基于Landsat TM的個舊錫礦成礦信息提取與找礦預測*

談樹成 虎雄崗 金艷珠 陳 健 陳 峰

(1.云南大學地質(zhì)研究所;2.湖北省荊州市江陵一中)

遙感技術(shù)以其信息量大、快速等優(yōu)勢而廣泛地應用于礦產(chǎn)資源勘查領(lǐng)域［1-6］。上世紀80年代，南美國家智利借助于航空攝影照片分析了礦化蝕變帶，發(fā)現(xiàn)了瑪爾泰和洛博金礦［7］。M.H.Tangestani和F.Moore等學者通過主成分分析對伊朗的Meiduk地區(qū)斑銅礦蝕變區(qū)進行了對比分析［8］，取得良好效果。M.K.Timothy等利用TM影像假彩色合成，對阿拉伯—努比亞地盾地區(qū)金礦礦化蝕變異常信息進行了提取［9］。而Crowley，James等學者則利用AVIRIS和ASTER影像數(shù)據(jù)對成層火山的熱液蝕變進行了研究［10］。

國內(nèi)自從開展了相關(guān)領(lǐng)域的研究后，不僅在理論上進行了創(chuàng)新，而且在實際應用中取得了豐碩的成果［11-13］。然而，由于控礦因素的多樣性和成礦模式的復雜性，傳統(tǒng)的成礦地段圈定方法已稍顯不足。因此在遙感礦化蝕變信息提取的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)線、環(huán)形構(gòu)造和物化探數(shù)據(jù)圈定成礦遠景區(qū)顯得很有必要。本研究在對個舊錫礦礦區(qū)成礦地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)特征和成礦規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，以2010年11月TM遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，利用遙感找礦理論，通過對礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造遙感異常的分析和遙感蝕變信息的提取，結(jié)合已有的地質(zhì)、物化探等數(shù)據(jù)圈定找礦遠景區(qū)。從而為礦產(chǎn)資源的勘查、管理、開采和利用提供科學依據(jù)。

1 礦區(qū)成礦地質(zhì)背景

個舊錫礦成礦主要受控于印支期巖漿巖，三疊紀的灰?guī)r、白云巖及其一系列斷裂、背向斜等構(gòu)造以及燕山中晚期黑云母花崗巖。前華力西構(gòu)造運動為其奠定了良好的成礦基礎(chǔ);華力西期—印支期，右江陸緣盆地張裂、板塊俯沖碰撞以及燕山中晚期重熔花崗巖疊加改造，多因復成，從而形成了規(guī)模罕見的錫礦礦床［14］。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造對錫多金屬礦床的形成、分布形態(tài)具有明顯的控制作用。

2 地質(zhì)構(gòu)造信息提取

由于影像各波段所記錄的地物信息的差異，因此有效的波段組合能夠更好地反映出地質(zhì)構(gòu)造信息。TM影像中6個波段的數(shù)理統(tǒng)計見表1，TM波段的相關(guān)性分析見表2。

表1 研究區(qū)TM多光譜波段數(shù)理統(tǒng)計

表2 研究區(qū)TM影像波段相關(guān)性分析

從表1可看出，就波段均值而言，TM1、TM4、TM5較大，表明影像質(zhì)量較好;而從波段標準差來看，TM5、TM7較大，表明影像包含的信息量較大;由表2可以看出，TM1和TM2，TM2和TM3，TM5和TM7波段的相關(guān)性比較大。此外，由于TM4波段相對獨立，可作為必選波段。因此，得出741波段組合為最優(yōu)組合，對波段進一步增強處理后，各種地質(zhì)信息得到加強，再結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造特征，采用計算機識別和人工判別相結(jié)合，對研究區(qū)遙感影像線型、環(huán)形構(gòu)造進行解譯，得到的結(jié)果見圖1。

2.1 環(huán)形構(gòu)造信息提取

總體上，個舊礦集區(qū)呈現(xiàn)出一個以個舊市為中心的巨大復式環(huán)形影像構(gòu)造(一級環(huán))，北到開遠南側(cè)，南至紅河深大斷裂，直徑為60～70 km，個舊斷裂由南向北從研究區(qū)穿過將其一分為二，形成了兩個直徑為30～40 km的次級環(huán)形構(gòu)造(二級環(huán))，并伴生有大量規(guī)模不等的三級構(gòu)造，以礦區(qū)中部和中南部地區(qū)分布最為密集，表現(xiàn)明顯且十分強烈，與礦體的分布呈現(xiàn)良好的相關(guān)性。

2.2 線性構(gòu)造信息提取

遙感線性構(gòu)造是地質(zhì)構(gòu)造場和成礦地質(zhì)場在地球表面和光譜特征上的反映［15］?？傮w上，可將研究區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造劃分為NW向、SN向、NE—SW向和NW—SE向4類。

圖1 研究區(qū)線性形、環(huán)形構(gòu)造解譯

NW向線性構(gòu)造位于研究區(qū)中部二級環(huán)形構(gòu)造內(nèi)，處于個舊斷裂、古山斷裂和紅河深大斷裂三大構(gòu)造系所圍成的三角形內(nèi)，并與環(huán)內(nèi)一系列的NE—SW向線性構(gòu)造相互交織，成為研究區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造最為密集的次區(qū)域;SN向線性構(gòu)造是區(qū)內(nèi)重要的成礦地質(zhì)構(gòu)造。其中開遠—個舊斷裂不僅成為大規(guī)?；詭r漿噴發(fā)的通道，而且沿斷裂帶強烈的地震活動和一系列溫(熱)泉的出露表明該斷裂強烈的構(gòu)造和熱流活動，對個舊地區(qū)中生代沉積建造和巖漿巖活動有關(guān)的礦化有著重要的控制作用。NE—SW向構(gòu)造主要分布于研究區(qū)東南部二級環(huán)形構(gòu)造邊緣和個舊斷裂西側(cè)二級環(huán)形內(nèi)大部分地區(qū)，對印支—燕山期巖漿巖活動及熱液礦化作用有一定的控制作用。NW—SE向構(gòu)造以紅河深大斷裂為代表，其余主要分布于研究區(qū)東南部二級環(huán)形構(gòu)造與一級環(huán)形構(gòu)造交匯處，在此區(qū)域通過與NE—SW向線性構(gòu)造的交匯，成為研究區(qū)構(gòu)造較為發(fā)育、程度較為強烈、成礦地質(zhì)環(huán)境較為有利的地段。

3 礦化蝕變信息提取

3.1 干擾信息的去除

礦床圍巖蝕變信息的強度很大程度上決定了對蝕變信息提取的效果，由于研究區(qū)較高的植被覆蓋率、較多的水系和大面積的居民區(qū)影響礦化蝕變信息的提?。?6］，因此，在蝕變信息提取前需對水體和植被去干擾，以增強礦化蝕變信息。水體反射光譜特征表現(xiàn)為可見光綠波段大于短紅外波段，因此可選用(0.52～0.60μm)/(1.55～1.75μn)作為淹沒去除水體;而植被干擾可利用可見光紅波段(0.63～0.69μm)和近紅外波段(0.76～0.90μm)兩個波段在保證可見光紅波段長度大于近紅外波段的前提下，壓制植被干擾，提取蝕變信息。

3.2 礦化蝕變信息分析

通過對研究區(qū)圍巖礦化蝕變信息的分析和研究，將區(qū)內(nèi)近礦圍巖主要蝕變信息分為羥基異常(OHA)和鐵染異常(FCA)。以羥基異常(OHA)為主的蝕變礦物在TM7波段和TM5波段具有較大的光譜特征差異，因此可考慮用TM5波段與TM7波段作為提取含羥基類礦物的有效波段;Fe3+在TM3波段有很高的反射率;在波段長度為1.1～2.4μm區(qū)域，F(xiàn)e2+因礦物種類的不同而產(chǎn)生不同的波譜特征。這些離子本身所具有的特定光譜特征與其他物質(zhì)光譜特征的差異成為了利用遙感影像進行蝕變信息提取分析的理論基礎(chǔ)。

3.3 蝕變信息的增強與提取

從表2可知，所選的6個波段相關(guān)性較大，表明影像中的信息重疊程度較大。主成分分析法可以利用盡可能少的波段表達原有多波段中的有用信息，而且最大程度地降低新組分影像之間的相關(guān)性。根據(jù)研究區(qū)礦化蝕變礦物相關(guān)的光譜特征，選取TM1、TM3、TM4和TM5共4個波段作為第一組波段，利用主成分分析進行鐵染礦化信息的提取。第一組波段的主成分特征統(tǒng)計見表3。

由表3可以看出，PC3中的TM3和TM1、TM4具有相反的貢獻值，而和TM5具有相同的貢獻值，且TM3波段具有最大的反射率，符合鐵染物主成分的判斷準則，結(jié)合實際獲得的地物光譜特征值，以PC3作為鐵染異常(FCA)信息的提取圖像。

表3 研究區(qū)TM1、TM 3、TM 4、TM 5波段的主成分特征統(tǒng)計

以TM1、TM4、TM5、TM7為第二組波段組合，進行羥基異常(OHA)信息提取。結(jié)合實際獲得的地物光譜特征值，以PC3作為羥基異常(OHA)信息提取圖像，統(tǒng)計結(jié)果見表4。從表中可以看出，PC3中的TM5和TM7影像具有較大的相反貢獻值，分別為－0.596 31和0.720 63，且TM5具有較強負載值(表現(xiàn)為負值)，故PC3反映了羥基信息。

以主分量的均值(X)表示區(qū)域背景，標準離差(σ)表示擴散尺度，σ的倍數(shù)kσ為閾值，利用X+kσ對異常進行等級劃分并確定閾值。對于鐵染異常而言，k一般取1.5～2.5;而對于羥基異常，k一般取2～3［17］。通過對鐵染異常(FCA)主分量PC3計算后得出其最大閾值為94.32～102.31，將此作為鐵染礦化異常閾值進行分割，得到鐵染礦化異常分布，見圖2。對羥基異常(OHA)主分量PC3而言，其異常閾值為39.52～42.93。將羥基礦化異常進行分割后得到羥基礦化異常分布，見圖3。

從圖2、圖3可以得出:鐵染礦化蝕變與羥基礦化蝕變在空間上表現(xiàn)出較高的相關(guān)性，即在研究區(qū)南中部、南東部、北東部和北西部鐵染異常和羥基異常均較強烈。

圖2 研究區(qū)鐵染礦化異常分布

4 遠景礦區(qū)的圈定與找礦預測

遙感信息線性構(gòu)造交匯區(qū)、線環(huán)構(gòu)造交切疊加區(qū)、色調(diào)異常區(qū)是成礦條件有利區(qū)，也是進一步進行找礦的重點靶區(qū)。根據(jù)研究區(qū)線、環(huán)形構(gòu)造分布規(guī)律及鐵染礦化異常(FEA)、羥基礦化異常(OHA)分布特征和已有物化探資料，結(jié)合實地調(diào)查，在研究區(qū)內(nèi)圈定了9個成礦遠景區(qū)，見圖4。

表4 研究區(qū)TM1、TM4、TM 5、TM 7波段的主成分特征統(tǒng)計

圖3 研究區(qū)羥基異常分布

圖4 成礦有利區(qū)及找礦遠景區(qū)

1#成礦遠景區(qū)位于個舊南部，區(qū)內(nèi)線、環(huán)型構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造部位處于NS向卡房斷裂南段和多個次級EW向斷裂交匯形成的凹陷帶，構(gòu)造活動強烈，次生暈Cu、Au、Mn、Pb、Sn等元素異常規(guī)模較大，強度較高;濃集中心和濃度分帶明顯，與其他元素異常吻合性好。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沿該斷層巖石擠壓破碎劇烈，發(fā)育構(gòu)造角礫巖和斷層泥，并有基性巖和花崗巖巖體順破裂面侵入。斷層控制著錫礦體的分布，特別是與兩側(cè)斷裂的交接點，已發(fā)現(xiàn)大量錫礦點。因此，1#成礦遠景區(qū)可作為進一步找礦的重點靶區(qū)。

2#成礦遠景區(qū)位于個舊東部，為NS向羅期底斷裂與多個次級EW向斷裂交匯處。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動強烈，規(guī)模較大，強度較高。該區(qū)主要巖性為中三疊統(tǒng)個舊組(T2g)。

3#、4#成礦遠景區(qū)位于個舊市北部和中部，緊鄰已有的馬格拉礦田，由一系列近EW向的線性構(gòu)造被NS向的開遠—個舊斷裂和古山斷裂所挾持形成的格子狀凹陷地帶，淺層巖石較為破碎，主要巖性為中三疊統(tǒng)個舊組(T2g)和法郎組(T2f)。三級環(huán)形構(gòu)造較為發(fā)育，鐵染異常和羥基異常強烈，根據(jù)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)有不同程度的Cu、Pb、Sn礦化?？勺鳛檫M一步找礦的重點靶區(qū)。

5#、6#成礦遠景區(qū)位于研究區(qū)北西側(cè)二級環(huán)形構(gòu)造內(nèi)。為個舊西區(qū)的主要礦化蝕變帶，具有一定的成礦有利條件。

7#、8#、9#成礦遠景區(qū)分別位于研究區(qū)南東部、北東角和東部。位為個舊礦區(qū)一級環(huán)形構(gòu)造邊部外緣，為一系列NE—SW向與NW—SE向的線性構(gòu)造交錯地帶，環(huán)形構(gòu)造明顯，表層巖石破碎，鐵染礦化異常和羥基礦化異常強烈，為研究區(qū)內(nèi)成礦條件的有利地段，可作為找礦遠景區(qū)。

以上9個成礦遠景區(qū)中，3個位于個舊斷裂以西，其余6個分布于個舊斷裂以東。根據(jù)遠景區(qū)的成礦地質(zhì)特征、成礦有利條件和礦化異常強烈程度，將1#、3#和4#確定為最佳遠景區(qū)，2#、5#和6#為次級遠景區(qū)，7#、8#和9#為三級遠景區(qū)。

5 結(jié)論

本研究以個舊錫礦礦區(qū)為研究對象，以TM影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，通過對波段的有效組合可以得到豐富的地質(zhì)構(gòu)造信息和礦化蝕變異常信息。在對干擾信息進行去除和對構(gòu)造信息與蝕變信息進行增強、分析、提取的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)、物探、化探資料圈定了9個遠景成礦區(qū)。根據(jù)遠景區(qū)的成礦地質(zhì)特征、成礦有利條件和礦化異常強烈程度將9個遠景成礦區(qū)分為3類遠景成礦區(qū)。其中3個(1#、3#、4#)確定為最佳遠景區(qū)，3個(2#、5#、6#)確定為次級遠景區(qū)，其余3個(7#、8#、9#)確定為更次一級遠景區(qū)。研究結(jié)果為礦區(qū)資源的勘查、開采和利用提供了重要科學依據(jù)。

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