基于ETM+和ASTER數(shù)據(jù)的礦化蝕變信息提取

張船紅，何政偉

（1.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 測量工程研究所，四川 德陽 618000；2.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都610059； 3.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059）

遙感蝕變信息是一種從遙感數(shù)據(jù)中量化提取的、用以表征有可能是蝕變巖石（包括蝕變規(guī)模大小和相對蝕變強度）的近礦指示信息。蝕變礦物在可見光和短波紅外波段內(nèi)都具有與它們組分有關(guān)的光譜吸收特征，許多地物的光譜吸收特征具有專一性，據(jù)此可識別地物[1]。因此，基于光譜特征的遙感蝕變信息提取研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文在GIS技術(shù)支持下，采用ETM+和ASTER遙感影像數(shù)據(jù)，分析了典型蝕變礦物在所選擇多光譜數(shù)據(jù)各波段中的波譜特征，了解數(shù)據(jù)源的基本特性，最終采用主成分分析、比值法提取了礦化蝕變信息，并對2種數(shù)據(jù)提取結(jié)果進行了空間疊加分析，從而得到基于不同數(shù)據(jù)源、不同蝕變信息提取方法的綜合蝕變異常信息。

1 研究數(shù)據(jù)源

研究數(shù)據(jù)源包括ETM+和ASTER影像數(shù)據(jù)，研究區(qū)地質(zhì)報告及1∶25萬地質(zhì)圖。研究使用2000-12-28 landsat7/ETM+，軌道號137/39、137/40；2000-06-09 ASTER，Granule ID為AST00087PRDAT0115。ETM+影像為二級數(shù)據(jù)，已作初步的輻射校正（傳感器定標(biāo)）和簡單的幾何校正。ASTER影像為L1B級數(shù)據(jù)，已作幾何校正和輻射校正，可直接進行輻射定標(biāo)和大氣校正，然后進行遙感蝕變信息提取。

美國陸地衛(wèi)星Landsat 7提供的ETM+影像共有8個波段，結(jié)合蝕變礦物的波譜特性，ETM+數(shù)據(jù)在1、3、4、5、7波段對礦物蝕變信息具有良好的指示作用[2,3]；ASTER是極地軌道環(huán)境遙感衛(wèi)星Terra（EOS-AM1）上載有的5種對地觀測儀器之一，共14個波段。相比ETM+數(shù)據(jù)，ASTER數(shù)據(jù)可見光與近紅外波段的地面分辨率更高（15 m），同時多出了10、11、12共3個波段，另外將ETM+7波段細分為5、6、7、8和9共5個波段，將ETM+6波段細分為13、14共2個波段。因此，ASTER數(shù)據(jù)和ETM+數(shù)據(jù)相結(jié)合是用于提取找礦信息的有效手段。

相比Landsat ETM+數(shù)據(jù)，ASTER數(shù)據(jù)的顯著特點之一是其在短波紅外范圍的波段數(shù)據(jù)更多，單波段波長間隔更窄，以及在熱紅外設(shè)置多波段，在識別和提取巖石、礦物信息方面有著明顯的優(yōu)勢。經(jīng)分析，ASTER可見光—近紅外波段設(shè)置在Fe3+、Al-OH、Mg-OH、CO32-的特征吸收帶附近，為有效進行巖性識別提供了堅實的基礎(chǔ)[4]。

2 研究方法

2.1 圖像處理

為了區(qū)分出不同種類的蝕變礦物，采用比值彩色合成法，豐富的彩色信息更有利于遙感蝕變異常信息的目視判讀。將比值ETM+5/7、ETM+3/1、ETM+3/4作為RGB進行彩色合成，以及ETM+5/7、ETM+3/1、ETM+5/4作為RGB進行彩色合成，有利于突出遙感蝕變異常信息，有效區(qū)別于植被、冰雪、水體等。結(jié)合研究區(qū)已有地質(zhì)資料，從ETM+5/7、ETM+3/1、ETM+3/4比值彩色合成圖（見圖1）可以看出，研究區(qū)內(nèi)的褐鐵礦化呈現(xiàn)淺藍色，含羥基礦物以及冰雪呈現(xiàn)藍色，植被呈現(xiàn)紅色、深紅色，第四系沉積物則為淺綠色。ETM+5/7、ETM+3/1、ETM+5/4彩色合成圖（見圖2）與圖1相比，ETM+5/7、ETM+3/1、ETM+5/4彩色合成圖冰雪呈現(xiàn)深綠色，云則呈現(xiàn)為深紫色，更有效地區(qū)分了含羥基礦物巖石與冰雪、云。

運用比值法對ASTER影像提取找礦蝕變信息。研究區(qū)內(nèi)典型蝕變礦物——絹云母化等粘土礦物在ASTER4波段表現(xiàn)為反射峰，ASTER6、ASTER8波段表現(xiàn)為吸收谷，則利用ASTER4、6、8波段進行彩色合成，絹云母化等粘土礦物在影像上呈現(xiàn)紅色（見圖3）；由于在ASTER6波段為吸收谷，ASTER5、ASTER7波段為反射峰，則在ASTER7、6、5波段合成影像上呈紫色（見圖4）。

圖1 研究區(qū)比值彩色合成圖

圖2 研究區(qū)比值彩色合成圖

圖3 ASTER468波段組合增強局部圖像

圖4 ASTER765波段組合增強局部圖像

2.2 遙感蝕變信息提取

1）ETM+影像提取找礦蝕變信息。運用Crosta主成分分析法對ETM+影像提取羥基、鐵染找礦蝕變信息。羥基遙感蝕變信息提取采用ETM+1、ETM+4、ETM+5、ETM+7進行主成分分析，異常主成分應(yīng)具有的特點是ETM+4、ETM+7的貢獻系數(shù)與ETM+5的貢獻系數(shù)符號相反。根據(jù)表1可知，研究區(qū)影像主成分為第四主成分，對其進行取反操作，然后進行異常分級，得到羥基找礦蝕變信息圖。鐵染遙感蝕變信息提取采用ETM+1、ETM+3、ETM+4、ETM+5進行主成分分析，異常主成分的特點為ETM+1、ETM+4的貢獻系數(shù)與ETM+3的貢獻系數(shù)符號相反，由表2可知，研究區(qū)影像主成分為第四主成分，對其進行異常分級，得到鐵染找礦蝕變信息圖。

表1 ETM+1、4、5、7主成分分析特征向量表

表2 ETM+1、3、4、5主成分分析特征向量表

2）ASTER影像提取找礦蝕變信息。運用主成分分析法對ASTER影像提取Al-OH、Mg-OH、CO23+以及Fe3+遙感找礦蝕變信息。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)已知2個礦區(qū)的圍巖蝕變類型，確定提取含Al-OH基團的絹英巖化，含Mg-OH基團的綠泥石—綠簾石化，含CO23+離子的碳酸鹽化，含F(xiàn)e3+離子的褐鐵礦化；再根據(jù)蝕變離子或基團的礦物波譜特征，分別采用以下4種具有針對性的主成分分析法。

絹英巖化的蝕變巖類為絹云母、石英、白云母、水白云母，選用ASTER1、ASTER4、ASTER6、ASTER7做主成分分析，得到絹英巖化找礦蝕變信息。綠泥石—綠簾石化的蝕變巖類為綠簾石、綠泥石等，選用ASTER1、ASTER3、ASTER4、ASTER8做主成分分析，得到綠簾石—綠泥石化找礦蝕變信息。碳酸鹽化的蝕變巖類為方解石、白云石等，選用ASTER1、ASTER3、ASTER4、ASTER(5+8)/2做主成分分析，得到碳酸鹽化找礦蝕變信息。褐鐵礦化為含F(xiàn)e3+的主要圍巖蝕變類型，蝕變巖類為黃鉀鐵礬、褐鐵礦等，選用ASTER1、ASTER2、ASTER3、ASTER4做主成分分析，得到褐鐵礦化找礦蝕變信息。

3 結(jié)果分析

3.1 鐵染蝕變信息疊加分析

為有效對比分析ETM+和ASTER影像所提取的蝕變異常信息效果，運用GIS空間分析方法，將不同數(shù)據(jù)源ETM+和ASTER影像提取的鐵染蝕變信息進行空間疊加，得到鐵染蝕變信息疊加效果圖，并對蝕變疊加面積進行統(tǒng)計，得到疊加結(jié)果統(tǒng)計圖（見圖5）。經(jīng)統(tǒng)計可知，ASTER影像提取的鐵染蝕變信息對ETM+影像提取的鐵染蝕變強度范圍定級起一定的輔助作用。由局部鐵染蝕變疊加效果圖（見圖6）可看出，ASTER影像提取的鐵染蝕變范圍明顯小于ETM+影像提取的鐵染蝕變范圍，且ASTER影像提取鐵染蝕變信息為褐鐵礦化蝕變信息，其對ETM+影像提取鐵染蝕變進行異常性質(zhì)的判定有重要輔助作用。

圖5 鐵染蝕變信息疊加統(tǒng)計圖

圖6 局部鐵染蝕變疊加效果圖

3.2 羥基蝕變信息疊加分析

將ASTER影像提取的含Al-OH礦物蝕變（絹英巖化）、含Mg-OH礦物蝕變與ETM+影像提取羥基異常進行空間疊加，得到羥基蝕變信息疊加效果圖，并將蝕變疊加面積進行統(tǒng)計，得到疊加結(jié)果統(tǒng)計圖（見圖7）。從不同蝕變疊加組合面積來看，孤立面積大小依次為OH﹥Al-OH﹥Mg-OH；疊合面積大小依次為(Mg-OH+Al-OH+OH)﹥(Al-OH+Mg-OH)﹥(Al-OH+OH)﹥(Mg-OH+OH)。從空間位置來看（見圖8），3種羥基蝕變存在不同程度的相交、相鄰關(guān)系，三者相交部位均為蝕變異常中心部位，表明ETM+和ASTER數(shù)據(jù)提取的蝕變異?？苫ハ嘟Y(jié)合與輔助，以準確定位羥基蝕變位置。

4 結(jié) 語

綜合ETM+數(shù)據(jù)和ASTER數(shù)據(jù)提取的遙感蝕變信息結(jié)果，得到如下結(jié)論：

1）不同影像數(shù)據(jù)提取的遙感鐵染蝕變異常和遙感羥基蝕變異常均在研究區(qū)呈一定濃集中心分布，說明ETM+影像和ASTER影像提取的蝕變異常信息的準確性與可靠性較好。

2）ASTER影像提取的褐鐵礦化蝕變異常信息在ETM+影像遙感鐵染蝕變信息中有絕大部分的空間疊合率，說明ASTER能輔助ETM+細化并確定鐵染蝕變異常的性質(zhì)。

3）ETM+影像提取的OH蝕變信息與ASTER影像提取的含Al-OH蝕變信息、含Mg-OH蝕變信息，三者的空間疊加效果較好，不同影像提取羥基蝕變信息可以互相補充、結(jié)合，以彌補各自影像不足帶來的蝕變信息提取不準確。

圖7 羥基蝕變信息疊加統(tǒng)計圖

圖8 羥基蝕變信息疊加效果圖

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