遙感技術(shù)在格咱島弧地區(qū)斑巖銅礦勘查中的應用

劉峻杉，胡 濱，何政偉，b

（成都理工大學a.地球科學學院，b.地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059）

遙感技術(shù)在格咱島弧地區(qū)斑巖銅礦勘查中的應用

劉峻杉a，胡 濱a，何政偉a，b

（成都理工大學a.地球科學學院，b.地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059）

遙感數(shù)據(jù)能夠提取圍巖蝕變信息，為斑巖銅礦的勘查提供依據(jù)。研究區(qū)地處格咱島弧地區(qū)，地質(zhì)研究程度較低，成礦潛力巨大。采用主成分分析法處理OLI數(shù)據(jù)得到研究區(qū)的鐵染和羥基蝕變信息，采用該方法從ASTER數(shù)據(jù)中提取了絹云母信息。利用ASTER數(shù)據(jù)的SWIR波段來提取絹云母信息，能夠抑制植被信息，突出礦物信息。經(jīng)過野外踏勘發(fā)現(xiàn)了斑巖銅礦點，證實了遙感技術(shù)的有效性，該方法能夠為云南地區(qū)斑巖銅礦的勘查提供借鑒。

遙感技術(shù)；OLI；ASTER；蝕變信息；格咱島弧地區(qū)

0 引言

多光譜遙感數(shù)據(jù)在蝕變礦物填圖方面具有不可替代的優(yōu)勢，采用遙感技術(shù)進行鐵染與羥基類蝕變礦物、碳酸鹽礦物和硅酸鹽礦物填圖已經(jīng)被廣泛采用。前人采用TM／ETM＋數(shù)據(jù)進行礦化蝕變信息提取的技術(shù)趨于成熟，所提取的蝕變圍巖是重要的找礦標志［1－3］。ASTER數(shù)據(jù)有3個波段在VNIR區(qū)間，空間分辨率是15m；有6個波段在SWIR區(qū)間，空間分辨率是30m。前人采用ASTER數(shù)據(jù)來識別明礬石、高嶺石、方解石、綠泥石、白云母等熱液蝕變礦物［4－8］，以上蝕變礦物對于斑巖銅礦的勘查具有重要的指示作用。

格咱島弧位于西南三江地區(qū)義敦島弧的南段，是甘孜——理塘洋殼向西俯沖而形成的。格咱島弧內(nèi)發(fā)生過多期的構(gòu)造運動和巖漿活動，豐富的成礦作用發(fā)育于島弧環(huán)境中［9］。格咱島弧熱液活動劇烈，成礦作用復雜，該火山巖漿弧以安山巖——英安巖及超淺成侵位的中酸性巖體為主要特征。該地區(qū)氣候復雜，交通不便，野外條件艱苦，地貌上具有山高谷深地形起伏大的特點，遙感技術(shù)在格咱地區(qū)的礦產(chǎn)勘查上具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

格咱島弧是晚三疊世甘孜——理塘洋殼向德格——中甸陸塊俯沖的產(chǎn)物，是我國最近發(fā)現(xiàn)的重點銅多金屬成礦帶。格咱島弧東邊是甘孜－理塘結(jié)合帶，西邊是中咱——香格里拉地塊。西邊的邊界是格咱斷裂，東邊的邊界是黑水潭斷裂。

格咱島弧地區(qū)內(nèi)出露地層主要為晚三疊系地層，為巖漿弧發(fā)育時期，該地區(qū)發(fā)育巨厚的碎屑巖——碳酸鹽巖——火山巖建造，巖性主要為砂板巖夾灰?guī)r、安山玄武巖——安山巖、英安巖，可以劃分為喇嘛埡組（T3lm）、拉納山組（T3l）、圖姆溝組（T3t）、曲嘎寺組（T3q）。該地區(qū)北西向斷層控制了印支晚期擠壓型鈣堿性系列鉀質(zhì)中酸性火山巖，并有大量同源中酸性淺成斑巖及次火山巖分布。格咱地區(qū)內(nèi)出露的巖體是與格咱島弧火山巖同源、同時異相巖漿活動的產(chǎn)物。印支期島弧型中酸性淺成、超淺成巖漿巖是格咱島弧區(qū)域內(nèi)最重要的巖漿巖類，該時期的巖漿巖以閃長斑巖、石英二長斑巖、花崗閃長斑巖為主，部分巖體蝕變強烈，產(chǎn)斑巖銅礦。研究區(qū)的地質(zhì)圖如圖1所示。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the research area

2 OLI數(shù)據(jù)蝕變信息提取

本次研究采用的OLI數(shù)據(jù)的軌道號是132－40，獲取日期是2014年11月22號，數(shù)據(jù)級別是L1T，該區(qū)域的OLI數(shù)據(jù)只有少量的積雪覆蓋，影像質(zhì)量合格。對該景數(shù)據(jù)進行輻射定標、FLAASH大氣校正、投影變換、裁剪、掩膜等處理，通過對OLI2、OLI4、OLI5、OLI6四個波段進行主成分變換來提取鐵染礦化蝕變信息，通過分析主成分變換后的特征向量矩陣（表1），可知PC4為鐵染圖像。對PC4進行3×3中值濾波，然后進行統(tǒng)計分析，在統(tǒng)計分析時要添加掩膜波段，可以避免背景值對圖像的特征值產(chǎn)生影響。通過均值＋N×標準差進行主分量異常等級閾值切割，采用N＝3、2.5、2進行一級、二級、三級鐵染異常的分割。從OLI數(shù)據(jù)中得到研究區(qū)的鐵染蝕變信息如圖2所示。

表1 OLI2，4，5，6波段主成分變換特征向量矩陣Tab.1 Eigenvector matrix of principal component transform for OLI band 2，4，5and 6

圖2 研究區(qū)鐵染蝕變信息Fig.2 Iron－stain alteration information of the research area

通過對OLI2、OLI5、OLI6、OLI7四個波段進行主成分變換來提取羥基礦化蝕變信息，通過分析主成分變換后的特征向量矩陣（表2），可知PC4為羥基圖像。對PC4進行3×3中值濾波，然后進行統(tǒng)計分析，在統(tǒng)計分析時要添加掩膜波段，通過均值＋N×標準差進行主分量異常等級閾值切割，采用N＝3、2.5、2進行一、二、三級羥基異常的分割。從OLI數(shù)據(jù)中得到研究區(qū)的羥基蝕變信息（圖3）。

表2 OLI2，5，6，7波段主成分變換特征向量矩陣Tab.2 Eigenvector matrix of principal component transform for OLI band 2，5，6and 7

圖3 研究區(qū)羥基蝕變信息Fig.3 Hydroxyl alteration information of the research area

由圖2與圖3可知，在研究區(qū)下部的查拉牛場一帶中鐵染異常信息和羥基異常信息呈面狀分布和北西向條帶狀分布，遙感蝕變信息通常分布于巖體或者隱伏巖體的周圍，與巖體以及巖漿熱液活動關(guān)系密切。遙感異常強度與巖體的埋藏深度有關(guān)系，巖體埋藏深度越淺，蝕變強度越大。在查拉牛場區(qū)域中一級鐵染異常信息與一級羥基異常信息呈大面積面狀分布，推測該區(qū)域存在埋藏深度較淺的巖體。查拉牛場區(qū)域附近的蝕變呈北西向條帶狀分布，與該地區(qū)的構(gòu)造方向一致，遙感蝕變信息受到地形、地貌的影響，容易出現(xiàn)蝕變信息不連續(xù)的現(xiàn)象。

3 ASTER數(shù)據(jù)蝕變信息提取

ASTER數(shù)據(jù)在SWIR區(qū)間有6個波段，有利于識別不同類型的蝕變礦物［10］。白云母在2.20 μm處具有強吸收特征，在2.35μm處有次一級的吸收特征；高嶺石和明礬石的吸收谷位于2.17μm 和2.20μm處［11］。植被在短波紅外區(qū)間受到植物含水量的影響，反射率下降。采用ASTER的SWIR區(qū)間的6個波段來提取蝕變信息，能夠壓抑植被信息，突出礦物信息，適合中高植被覆蓋區(qū)蝕變信息提取。短波紅外數(shù)據(jù)的信噪比較低，采用最小噪聲分離（Minimum Nosie Fraction，MNF）處理能夠有效的去除噪聲，進而提取蝕變礦物信息［12－14］。這里首先對最小噪聲分離處理后的數(shù)據(jù)進行彩色合成來增強蝕變信息，然后分別采用主成分分析法和最小能量約束法（Constrained Energy Minimization，CEM）提取絹云母信息［15－18］，最后根據(jù)蝕變信息進行野外驗證。

對ASTER數(shù)據(jù)進行輻射定標、FLAASH大氣校正、幾何校正、裁剪、掩膜等預處理。采用最小噪聲分離處理ASTER數(shù)據(jù)的SWIR區(qū)間的6個波段，根據(jù)圖4可知，前三個波段的特征值遠大于后三個波段的特征值，前三個波段中集中了大部分的地物光譜信息。采用變換后的3、2、1波段進行彩色合成結(jié)果如圖5所示。

圖4 MNF特征值曲線Fig.4 MNF eigenvalue curve

對研究區(qū)的ASTER1、ASTER3、ASTER5、ASTER6四個波段進行主成分分析，其特征向量矩陣如表3所示。絹云母信息在ASTER 6波段有強吸收特征，由表3可知，PC4波段中高亮度信息表示絹云母信息，對PC4進行取反操作，然后進行3×3中值濾波、統(tǒng)計分析，通過均值＋N×標準差進行主分量異常等級閾值切割，采用N＝3、2.5、2進行一、二、三級絹云母信息的分割。從ASTER數(shù)據(jù)中得到研究區(qū)的絹云母蝕變信息如圖6所示。

表3 ASTER 1，3，5，6波段主成分變換特征向量矩陣Tab.3 Eigenvector matrix of principal component transform for Aster band 1，3，5and 6

圖5 ASTER短波紅外數(shù)據(jù)MNF變換后的3、2、1波段合成圖像Fig.5 RGB color composites of MNF Eigen images 1，2and 3extracted from the SWIR subsystem of ASTER data

圖6 采用主成分分析法從ASTER數(shù)據(jù)中提取的絹云母信息Fig.6 Sericite information extracted from ASTER data by using principle component analysis

將MNF1、MNF2波段作為X、Y軸構(gòu)成二維散點圖，選擇散點圖周圍凸出部分區(qū)域，再獲取這個區(qū)域相應原圖上的平均波譜作為端元波譜。從ASTER數(shù)據(jù)中提取的絹云母波譜曲線如圖7所示。

根據(jù)ASTER數(shù)據(jù)中提取的絹云母端元波譜，采用最小能量約束法得到單波段的信息，最小能量約束法所得結(jié)果是每個端元波譜對比每個像元得到的灰度圖像，像元值越大表示越接近目標［19－20］。對最小能量約束法得到的單波段進行高端切割，將圖像亮度值大于0.52的區(qū)域提取出來得到研究區(qū)的絹云母分布信息如圖8所示。圖8中最小能量約束法所提取的絹云母信息，與圖6中主成分分析法所提取的絹云母信息分布范圍基本一致，這也表明不同方法在提取絹云母信息時的有效性。

4 野外驗證與結(jié)論

在1∶200 000貢嶺幅地質(zhì)圖中，查拉牛場區(qū)域沒有巖體出露。受研究區(qū)地質(zhì)工作程度的影響，小巖體容易被遺漏，嚴重制約了礦化斑巖體的發(fā)現(xiàn)［21］。查拉牛場成礦遠景區(qū)處于早堆——磨莫亞——亞雜——卓瑪銅成礦帶的下段，從遙感影像上所提取的圍巖蝕變信息呈大面積面狀分布，范圍較大，成礦潛力巨大。通過野外實地踏勘，在查拉牛場地區(qū)發(fā)現(xiàn)了強烈了圍巖蝕變現(xiàn)象，根據(jù)野外踏勘結(jié)果可知該區(qū)域存在一個填圖錯過的巖體。

圖7 從ASTER數(shù)據(jù)中獲取的絹云母波譜曲線Fig.7 Image average spectral curve of sericite from ASTER

根據(jù)最新的大比例尺地質(zhì)填圖結(jié)果（圖10），查拉牛場地區(qū)存在石英閃長玢巖和石英二長斑巖組成的復式巖體，巖體呈NW－SE向延伸，石英閃長玢巖出露面積較大，長大于10km，寬1km～2km。石英二長斑巖侵位于石英閃長玢巖，出露面積約0.8km2。羥基蝕變信息主要分布于絹英巖化帶中，少部分分布于青磐巖化帶。該地區(qū)巖石經(jīng)過了區(qū)域低溫動力變質(zhì)作用和熱接觸變質(zhì)作用，巖體外接觸帶形成角巖或角巖化巖石。

圖8 CEM提取的絹云母信息Fig.8 Sericite information extracted by CEM

圖9 實地圍巖蝕變信息Fig.9 The image of mineralized altered rocks

通過以上研究，作者得到以下結(jié)論：

1）云南地區(qū)地處我國西部，地貌上具有山高谷深地形起伏大的特點，地質(zhì)研究程度較低，在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中容易遺漏礦化斑巖。斑巖銅礦具有圍巖蝕變強烈的特點，采用遙感技術(shù)來提取圍巖蝕變信息，可以為斑巖銅礦的勘查提供依據(jù)。

2）采用傳統(tǒng)的主成分分析法從OLI數(shù)據(jù)中提取了鐵染蝕變信息和羥基蝕變信息，并分析了蝕變信息的特點。研究區(qū)具有植被發(fā)育的特點，采用ASTER數(shù)據(jù)SWIR波段來提取絹云母化信息，能夠有效地壓抑植被信息，突出蝕變礦物信息。

圖10 查拉牛場地質(zhì)圖Fig.10 Geological map of Chalaniuchang

3）通過野外踏勘和大比例尺的地質(zhì)填圖結(jié)果，在查拉牛場地區(qū)發(fā)現(xiàn)了礦化巖體信息，證明了遙感技術(shù)在云南地區(qū)斑巖銅礦勘查中的實用性與有效性。

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The application of remote sensing technique for porphyry copper exploration in the Gezan arc region

LIU Jun－shana，HU Bina，HE Zheng－weia，b
（Chengdu University of Technology a.College of Earth Science，b.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu 610059，China）

Remote sensing data can be used to extract alteration information，which provides the basis for porphyry copper ore exploration.The study area is located in the Gezan arc region.The level of geological research is low and the metallogenic potential is tremendous.Principal component analyses（PCA）were applied to get the iron－stain alteration and hydroxyl alteration information by making use of OLI data.Principal component analyses（PCA）were applied to get sericite information from ASTER data.SWIR band of ASTER data is used to extract sericite information，the method can inhibit the vegetation information，highlight the mineral information.A porphyry mineralization point was discovered during ground inspection which has confirmed the validity of remote sensing technology.The method can provide a reference for the mineral exploration in Yunnan region.

remote sensing technology；OLI；ASTER；alteration information；Gezan arc region

TP 79

：ADOI：10.3969／j.issn.1001－1749.2015.06.20

1001－1749（2015）06－0790－07

2015－08－23改回日期：2015－10－10

國家自然科技基金（40972225）；中國地質(zhì)調(diào)查局項目（12120113095400）；教育部博士點基金（20095122110003）；成都理工大學礦物學巖石學礦床學國家重點（培育）學科建設(shè)項目（SZD0407）

劉峻杉（1980－），男，博士，主要研究方向為地球探測與信息技術(shù)，E－mail：77729166＠qq.com。