SPOT5在印尼加里曼丹鋁土礦遙感調(diào)查中的應(yīng)用

張文龍，侯昭華，李領(lǐng)軍，高海峰，于占超

(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西西安 710010； 2.陜西能源集團有限公司，陜西西安 710061； 3.西北有色地質(zhì)研究院，陜西西安 710055)

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SPOT5在印尼加里曼丹鋁土礦遙感調(diào)查中的應(yīng)用

張文龍1，侯昭華2，李領(lǐng)軍3，高海峰1，于占超1

(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西西安 710010； 2.陜西能源集團有限公司，陜西西安 710061； 3.西北有色地質(zhì)研究院，陜西西安 710055)

以印度尼西亞西加里曼丹SANGGAU地區(qū)SPOT-5遙感圖像為數(shù)據(jù)源，采用4(R)1(G)2(B)合成方案及相關(guān)遙感數(shù)據(jù)處理方法，在歸納該地區(qū)地形地貌特征、紅土型鋁土礦成礦背景及控礦因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合DEM三維可視化技術(shù)，建立遙感找礦標(biāo)志，歸納總結(jié)控礦母巖及其他巖性的影像特征，劃分遙感找礦預(yù)測靶區(qū)并圈定礦體。所圈礦體與淺井驗證工程結(jié)果吻合度達75%以上，為快速準(zhǔn)確探明印度尼西亞加里曼丹地區(qū)紅的土型鋁土礦提供了新思路，二維和三維技術(shù)相結(jié)合的方法為此類受制于地形地貌的礦種提供一種新的找礦思路。

遙感解譯 鋁土礦 三維可視化 加里曼丹 印度尼西亞

Zhang Wen-long, Hou Zhao-hua, Li Ling-jun, Gao Hai-feng, Yu Zhan-chao.Application of SPOT5 data to the remote sensing survey of a bauxite deposit in the Kalimantan area of Indonesia [J].Geology and Exploration,2015,51(1):0157-0164.

0 前言

印度尼西亞西加里曼丹礦產(chǎn)資源多樣，其中鋁土礦資源豐富。19世紀(jì)60年代，美國鋁業(yè)公司在西加里曼丹發(fā)現(xiàn)了廣泛的鋁土礦帶(Wangetal.,1986)，該礦帶平行于西海岸，位于內(nèi)陸，呈近南北向分布，長約300 km，寬50～100 km。國內(nèi)對研究區(qū)鋁土礦成礦規(guī)律的研究資料甚少，在遙感解譯中沒有可借鑒同類型礦產(chǎn)的影像標(biāo)志。

本次研究運用SPOT-5高分辨率數(shù)據(jù)(陳玲等，2012；成功等，2012)，通過數(shù)據(jù)處理、各類處理方法的結(jié)果比對和二維、三維影像的目視解譯，歸納總結(jié)了印尼鋁土礦在高分辨率遙感影像中的特征及其成礦規(guī)律(樓性滿，1994；周成虎，1999；王慶飛等，2012)，為今后同類型鋁土礦找礦工作提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)處理

研究采用法國SPOT-5衛(wèi)星HRG數(shù)據(jù)，單景面積為60×60 km2，具有4個多光譜數(shù)據(jù)波段以及1個全色波段，分辨率為5～20 m，能夠滿足1∶2.5萬～1∶5萬制圖要求。通過彩色合成及融合技術(shù)處理，該數(shù)據(jù)可以形成分辨率為5 m的彩色影像，該圖像影紋清晰、細膩，能夠準(zhǔn)確細致地反映微地貌形態(tài)，清晰分辨地物展布特征，完全滿足解譯工作需要，基本參數(shù)見表1。遙感影像的處理主要采用圖像校正、彩色合成、數(shù)據(jù)融合、圖像增強等技術(shù)方法。

表1 SPOT-5數(shù)據(jù)參數(shù)簡表

1.1 圖像校正

傳感器本身、衛(wèi)星(傳感器)姿態(tài)、傳感介質(zhì)、地球曲率、地形起伏、地球旋轉(zhuǎn)等因素而造成遙感圖像的幾何變形。為滿足遙感制圖的量測和定位要求，首先需要校正影像以消除上述各種變形。由于研究區(qū)內(nèi)地形起伏較為平緩,利用現(xiàn)有的DEM數(shù)字高程資料進行正射校正可以滿足制圖要求。

1.2 彩色合成

基礎(chǔ)彩色圖像的制作在波段選擇上應(yīng)滿足信息豐富、色彩飽和的原則。即：選擇波段進行假彩色合成時，影像的實際色彩要盡量貼近實際地物色調(diào)。

專題圖像的制作應(yīng)根據(jù)解譯的需求選擇原始波段組合或運算后的結(jié)果圖像組合。使用的SPOT5數(shù)據(jù)無藍色波段，合成過程中選擇了短波紅外波段代替藍色波段進行假彩色合成，即使用B4(R)、B1(G)、B2(B)的合成方案，形成的彩色圖像與其它合成方案比較，具有色彩層次多、飽和度好等特點，便于地質(zhì)解譯中不同地物的識別與區(qū)分。

1.3 數(shù)據(jù)融合

為了提高圖像清晰度，同時充分發(fā)揮多波段數(shù)據(jù)的特點，需要將高分辨率的全色波段與參加彩色合成的多光譜波段進行融合處理。融合后的圖像可以發(fā)揮多光譜圖像的綜合分析精度。

研究過程中采用HIS變換的方法進行數(shù)據(jù)融合，SPOT數(shù)據(jù)多光譜波段與5 m的全色波段融合后分辨率可以達到5 m。融合后的圖像的地面分辨程度明顯提高。高分辨率圖像具有各自的優(yōu)勢，能相互彌補不足，改善遙感圖像目標(biāo)識別的準(zhǔn)確率。

1.4 圖像增強

圖像增強是為了突出相關(guān)的主題信息，提高圖像的視覺效果。常用圖像增強的手段是通過對圖像直方圖的變化獲得圖像色調(diào)、飽和度、亮度等方面的擴展，使影像的可識別程度提高。針對不同類型的直方圖以及處理的目的，直方圖處理常用方法主要有線性拉伸、直方圖均衡化、適應(yīng)性拉伸、對數(shù)拉伸等，各種方法的效果各不相同。

根據(jù)解譯要求，通過不同假彩色的波段組合比較，最終選擇B4(R)、B1(G)、B2(B)的合成方案，形成的彩色圖像與其它合成方案比較，具有色彩層次多、飽和度好等特點；通過適應(yīng)性拉伸進行圖像增強得到最佳效果的影像，如圖1所示。

圖1 研究區(qū)SPOT5數(shù)據(jù)遙感影像圖Fig.1 Remote sensing image of SPOT-5 data in the research area

1.5 影像三維可視化

遙感影像三維可視化是以DEM(為60 m分辨率的DEM，后期進行插值處理提高到30 m精度)為支撐，在其上疊加遙感圖像以及地理要素等實現(xiàn)研究區(qū)范圍的遙感影像三維顯示。影像可以更直觀清晰地識別地形變化和地貌特征，對于地形地貌為重要控礦因素的紅土型礦床識別具有很大的幫助(魏冠軍等，2007；凌成星等，2008；苗晉祥等，2012)。影像生成在ENVI4.0軟件平臺實現(xiàn)，生成的三維影像如圖2所示。

圖2 研究區(qū)SPOT5數(shù)據(jù)三維可視圖Fig.2 Three-dimensional display image of SPOT-5 data in the research area

2 研究區(qū)鋁土礦成礦條件簡述

2.1 研究區(qū)地質(zhì)簡況

本次遙感地質(zhì)調(diào)查研究區(qū)位于卡普阿斯河以北。據(jù)收集到的地質(zhì)圖資料(圖3)顯示，研究區(qū)大面積為沼澤和第四系覆蓋，出露巖性單元也較為簡單，其中砂巖、礫巖、泥巖(Tola)出露面積最大，分布在中北部；頁巖、泥板巖、泥巖、粉砂巖等(Kp)分布在東北角。成礦母巖多呈不規(guī)則蠶食狀出露在中部和中北部的沼澤地中，多為酸性巖，主要巖性為花崗閃長巖、黑云母花崗巖(Klm)、角閃石黑云母二長花崗巖、正長花崗巖(Kll)、角閃石黑云母石英閃長巖(Kls)。

2.2 加里曼丹鋁土礦的成礦條件

2.2.1 基巖條件

形成紅土型鋁土礦最常見的成礦基巖是玄武巖及基性、中酸性侵入巖(約占40%)，其次為富長石或富鋁質(zhì)的碎屑巖、粘土巖(約占22%)，堿性巖也是一種有利的成礦基巖(劉發(fā)榮等，2008；郭玉溪，2012；張云峰等，2012)。除化學(xué)成分富鋁外，巖石的滲透性能也是影響成礦的重要因素(洪金益，1994)。本次研究區(qū)鋁土礦床的成礦母巖為基性和酸性巖，基性巖包括輝長巖、橄欖輝長巖、蘇長巖；酸性巖包括閃長巖、石英閃長巖、石英二長巖、花崗巖及云英閃長巖(戴曉彬，2005；羅太旭，2008)。

圖3 研究區(qū)地層巖性簡圖Fig.3 Formation lithology map in the research area 1-砂巖、礫巖、泥巖；2-頁巖、泥巖、粉砂巖；3-花崗閃長巖、黑云母花崗巖；4-角閃石黑云母二長花崗巖、正長花崗巖 5-角閃石黑云母石英閃長巖；6-第四系1-sandstone, conglomerate, mudstone；2-shale, mudstone, siltstone；3- granodiorite and biotite granite；4-hornblende biotite monzonitic granite, orthoclase granite；5-hornblende biotite quartz diorite；6-Quaternary

2.2.2 氣候條件

紅土型鋁土礦最有利的成礦氣候條件是溫度高、降雨量大的熱帶及亞熱帶、雨季和旱季分明、年降雨量在1000～3500 mm的氣候帶；全球年輕的紅土型鋁土礦礦床一半分布在年降雨量2000～3500 mm的地區(qū)。

西加里曼丹氣候?qū)贌釒夂?，終年高溫多雨，日平均氣溫在22～32℃之間。年降雨量在3000 mm左右，具備有利的成礦氣候條件。

2.2.3 地形條件

影響紅土型鋁土礦富集的一個重要因素是地形條件。區(qū)域性大構(gòu)造控制著地形的格局，一般認(rèn)為穩(wěn)定的丘陵、臺地、低山、高原等地形的雨水滲濾條件良好，對成礦有利；受局部性斷裂、所屬巖性等因素影響，溝壑地形發(fā)育，雨水沿溝壑流失，無法對其產(chǎn)生淋濾作用，故不易成礦。

一般認(rèn)為研究區(qū)這類地形起伏較為平緩的島區(qū)，多以渾圓狀的小山包展布，地形高差較小，標(biāo)高一般在20～60 m。渾圓狀小山包多被沼澤環(huán)繞，排水條件良好。

3 遙感解譯及找礦靶區(qū)圈定

研究區(qū)可利用的地質(zhì)資料較少，僅收集到1∶20萬地質(zhì)圖。分析資料顯示，鋁土礦多與酸性巖類有關(guān)；結(jié)合遙感影像，由于植被覆蓋嚴(yán)重等原因，對這類中酸性巖的具體巖性的解譯較為困難。本研究主要是快速準(zhǔn)確圈定鋁土礦的有利成礦區(qū)，故僅從圈定成礦母巖為酸性和基性巖就能滿足需要(陳松嶺，1990；張瑞江，2010)。已有資料對酸性巖的圈定有一定幫助，基性巖的解譯需要在影像上歸納總結(jié)。

控制地形格局的區(qū)域性大構(gòu)造在研究區(qū)內(nèi)沒有展布;由于植被覆蓋嚴(yán)重，小型線性構(gòu)造在影像上基本沒有表現(xiàn)，且從現(xiàn)有資料分析小型線性構(gòu)造對鋁土礦的成礦沒有直接影響，故本次研究僅解譯與礦體有關(guān)的巖性。

主要的解譯方法是二維影像和三維影像相結(jié)合。由于此類礦種主要受地形地貌控制，運用二維和三維相結(jié)合的方法能更加清晰和直觀地顯示微地貌，對其快速識別有很大的幫助，且通過三維分析可以較準(zhǔn)確地認(rèn)識局部陰影面。

圖4 遙感解譯的巖性標(biāo)志Fig.4 Lithology indicators of remote sensing interpretation (a)-中酸性巖; (b)-中酸性巖; (c)-基性巖; (d)-泥頁巖; (e)-砂礫巖(a)- intermediate acid rock; (b)-intermediate acid rock; (c)-basic rock; (d)-mudstone-shale; (e)-sandstone-conglomerate stone

圖5 SPOT5數(shù)據(jù)遙感解譯成果圖Fig.5 Remote sensing interpretation results of SPOT-5 data 1-中酸性巖為母巖的鋁土礦；2-基性巖類為母巖的鋁土 礦；3-遙感解譯所圈的有利成礦區(qū)1-bauxite of middling acidic rock for parent rock; 2-bauxite of basic rock for parent rock; 3- Favourable metallogenic area of remote sensing interpretation

3.1 主要巖性解譯

研究區(qū)成礦母巖以基性巖和中酸性巖為主，且受地形地貌控制嚴(yán)重，均呈渾圓狀的小山包分布，高差不大，起伏較小。結(jié)合三維影像，參考地質(zhì)資料和二維影像特征，建立如下的巖性單元解譯標(biāo)志。

3.1.1 中酸性巖

以花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖等為主，在區(qū)內(nèi)小范圍分布，影像中主要有兩種紋型特征：① 地貌呈渾圓狀、蠕蟲狀的小山丘，是母巖為中酸性巖類的典型礦體，山體植被稀疏，影像呈淺色；周邊為沼澤，地勢低洼，影像色深(如圖4-a)；② 褐色圖斑的賦礦影像單元，成礦母巖為中酸性巖類。與典型中酸性巖類礦(化)體影像呈過渡狀，可能為地表剝蝕程度較弱所致(如圖4-b)。

3.1.2 基性巖

基性巖多呈獨立狀存在于淺色平滑影像區(qū)(棕櫚林)，圖斑規(guī)模較小，邊界較清楚，呈紫褐色細碎斑狀(如圖4-c)。

3.1.3 泥頁巖

泥頁巖大多分布在研究區(qū)的東北部，巖性軟弱，抗風(fēng)化能力弱，形成低緩地形，影像呈深綠-淺綠斑雜色(如圖4-d)。

3.1.4 砂礫巖

主要分布在研究區(qū)的中部，山體較為陡峻，起伏較大，呈凸起次棱角狀地貌，深褐色影像，反映抗風(fēng)化能力較強的特征(如圖4-e)。

3.2 鋁土礦遙感靶區(qū)圈定

根據(jù)鋁土礦成礦母巖和地形地貌等特征建立解譯標(biāo)志，并結(jié)合三維影像對研究區(qū)進行了全區(qū)解譯，圈定有利成礦靶區(qū)，歸納總結(jié)靶區(qū)內(nèi)礦體的形態(tài)、規(guī)模及分布規(guī)律(李領(lǐng)軍等，2010)。

(1) 研究區(qū)西部靠近海岸，沼澤發(fā)育，人類活動行跡稀少，原始地表狀態(tài)保存較完好，影像中圈定的礦(化)體連續(xù)性好，單體規(guī)模較大，如3號預(yù)測區(qū)及2號預(yù)測區(qū)西部；中東部地區(qū)由于大面積種植油棕櫚等農(nóng)作物以及礦業(yè)活動，森林成片遭砍伐，原始地貌形態(tài)破壞，影像中呈現(xiàn)大片的淺色白斑，鋁土礦(化)體均為殘留小斑塊狀，1號、5號預(yù)測區(qū)及6號預(yù)測區(qū)表現(xiàn)最為明顯。

(2) 巖石的圖形特征不會因為覆蓋而改變其分布形態(tài)及外形輪廓，這是覆蓋區(qū)大巖類遙感解譯的依據(jù)。本區(qū)大多數(shù)鋁土礦(化)體影像呈現(xiàn)被鉗狀樹枝狀分割的凸起渾圓地貌格局，再結(jié)合其淺色光譜特征，都表明中酸性巖類為本地區(qū)的主要成礦母巖；1號預(yù)測區(qū)及4號預(yù)測區(qū)部分鋁土礦(化)體影像呈較深的紫褐色，碎斑狀紋型，由于規(guī)模小、分布零散，巖石整體形態(tài)輪廓特征不明顯，解譯其為疑似基性巖類為母巖的礦(化)體。

(3) 礦體多分布在“Y”型分支河流的河間高地，說明良好的排泄水條件是鋁土礦富集成礦的重要因素，此特征也可作為解譯的重要標(biāo)志。

結(jié)合三維遙感影像圖，再結(jié)合以上研究的成礦有利區(qū)分布條件，即渾圓狀山包，具有明顯的色調(diào)差異，植被分布稀疏等，這就大大降低了解譯難度。根據(jù)這個規(guī)律解譯出的有利鋁土礦成礦區(qū)及礦(化)體分布情況如圖5所示。

4 靶區(qū)評價

4.1 對遙感解譯巖性標(biāo)志的驗證

在研究區(qū)內(nèi)開展了大范圍的地質(zhì)調(diào)查，主要有路線穿越、剖面調(diào)查及淺井工程。

地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，區(qū)域范圍內(nèi)主要以第四系沼澤地為主，沼澤地中的渾圓狀小山包出露酸性巖和基性巖，區(qū)域東北側(cè)有大面積頁巖分布，中部有部分砂巖出露。

現(xiàn)有地圖數(shù)據(jù)教學(xué)內(nèi)容中，主要講授傳統(tǒng)地圖制圖數(shù)據(jù)的獲取和空間觀測數(shù)據(jù)的獲取等幾種方式，且主要集中在野外實測成圖、數(shù)字化地圖、傳統(tǒng)攝影測量與遙感觀測等[6].隨著空間觀測技術(shù)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的到來，地圖數(shù)據(jù)獲取方式呈現(xiàn)多源化趨勢，如最新發(fā)展的一系列對地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)、低空無人機航拍數(shù)據(jù)，以及互聯(lián)網(wǎng)衍生出的帶有地理位置信息的眾源地理數(shù)據(jù).上述不同來源的數(shù)據(jù)不僅深刻改變了地圖數(shù)據(jù)獲取和處理方式，將地圖數(shù)據(jù)的發(fā)展帶入一個新的高度，而且在地圖數(shù)據(jù)使用方面也呈現(xiàn)出由單一數(shù)據(jù)源向多數(shù)據(jù)源融合的趨勢.因此在地圖學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)不斷更新教學(xué)內(nèi)容，及時介紹新生數(shù)據(jù)源的產(chǎn)生和特點，以增強內(nèi)容的現(xiàn)勢性.

地面地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，遙感解譯出的地層巖性及其邊界與實際情況相一致，證實了遙感解譯成果的準(zhǔn)確性。

4.2 對遙感圈定靶區(qū)的驗證

以淺井作為驗證手段對有利成礦靶區(qū)按100 m×100 m的網(wǎng)度布置工程，驗證結(jié)果進一步證明了鋁土礦成礦母巖中部酸性巖及疑似基性巖較為密集的分布在沼澤地中的渾圓狀突起的小山包上，高差相對較小(徐強等，2009)。

圖6 3號研究區(qū)遙感與野外工程圈定礦體對比圖Fig.6 Contrast maps of ore bodies delineated by remote sensing results and field mork in the No.3 research area (a)-實際工程圈定的礦體;(b)-遙感解譯圈定的礦體(a)-ore bodies by field engineering;(b)-ore bodies by re mote sensing results

以研究區(qū)北部圈定的3號靶區(qū)為例，區(qū)內(nèi)100 m×100 m間距的淺井工程共控制12個成礦區(qū)段，與遙感所圈礦體形態(tài)較為相似(圖6)，單個礦(化)體的礦化范圍為0.04～0.8 km2，圈定的整個礦化面積為2.9 km2，工程取樣測試結(jié)果顯示礦體內(nèi)的Al2O3>40%，其中3號預(yù)測區(qū)的12個成礦區(qū)段(礦體)的測試結(jié)果顯示所圈區(qū)域均已達到工業(yè)開采價值。礦體形態(tài)主要為上部1～2 m蓋層為黃色、土黃色的粘土層，2～4 m不等的鋁土礦層，一般被粘土包裹，呈土黃色，結(jié)核大小不等，上部結(jié)核小，靠近基巖結(jié)核較大(圖7)。這也與以往資料中對該地區(qū)以酸性和基性巖為成礦母巖的紅土型鋁土礦的礦體垂直空間展布相一致。

圖7 有利成礦區(qū)內(nèi)淺井素描圖Fig.7 Sketch of a shallow well in the favourable metallogenic area

通過遙感解譯結(jié)果和實際工程圈定的結(jié)果對比可以看出，兩者的對應(yīng)關(guān)系良好，符合程度達到75%以上，僅僅在礦體邊界出現(xiàn)差異。圖面上主要表現(xiàn)為：北側(cè)圈定的礦體與實際的礦體分布范圍、面積基本一致，中部和南部的礦體范圍由于受到植被覆蓋的影響，其形態(tài)吻合但礦體邊界略有偏差。南部遙感解譯出的星點狀的礦化異常，由于面積較少沒有研究價值，故沒有進行工程控制。

通過以上的對比分析發(fā)現(xiàn)，地形地貌對遙感解譯有一定影響，本次研究采用了二維和三維相結(jié)合的工作方法，很好地解決了地形地貌條件較復(fù)雜地區(qū)的遙感判讀問題。此方法的應(yīng)用極大地提高了解譯的準(zhǔn)確程度。

5 結(jié)論與建議

(1) 通過遙感解譯和野外工程的驗證，總結(jié)了印尼鋁土礦的控礦因素及遙感影像特征，為快速準(zhǔn)確地查明印度尼西亞加里曼丹地區(qū)紅土型鋁土礦提供新思路。

(2) 二維和三維影像的結(jié)合為找礦工作提供了一種新的思路，尤其是成礦條件受地形地貌控制的礦種，能更加快速準(zhǔn)確地圈定有利成礦區(qū)。

(3) 遙感解譯的DEM數(shù)據(jù)分辨率較低，導(dǎo)致生成的三維影像精度也較低，如影像中突顯的陡坎、影像失真等因素都對研究工作有一定影響。因此，應(yīng)盡可能收集高分辨率的DEM，從而使三維可視的效果更佳。

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Application of SPOT5 Data to the Remote Sensing Survey of a Bauxite Deposit in the Kalimantan area of Indonesia

ZHANG Wen-long1，HOU Zhao-hua2, LI Ling-jun3, GAO Hai-feng1, YU Zhan-chao1

(1.ShaanCenterofGeologySurvey，Xi’an,Shaanxi710010； 2.ShaanXiEnergyGroupCo.,Ltd.，Xi’an,Shaanxi710061； 3.NorthwestGeologicalInstituteOfNonferrousMetals，Xi’an,Shaanxi710055)

This work used the remote sensing data SPOT-5 and the synthesis method 4(R)1(G)2(B) to conduct a ore-search survey in the Sanggau area of western Kalimantan, Indonesia. It considered the terrain features, ore-controlling factors and metallogenic background of lateritic bauxite in this area, and combined the DEM 3D visualization technology. The results include establishment of the marks for remote sensing-based prospecting, summary of image features of ore-control host rock and other rocks, determination of target areas for ore search, and delineation of ore bodies. The consistency degree between the prediction and shallow-well verification is more than 75%. This work provides a new thought line for prospecting of the lateritic bauxite in the Kalimantan area. It also indicates that the combination of 2D and 3D methods can offer a new approach for prospecting of the ore limited by topography like the study area.

remote sensing interpretation，bauxite，three-dimensional display，Kalimantan, Indonesia

2014-09-10；

2014-11-22；[責(zé)任編輯]郝情情。

張文龍(1982年-)，男，工程師，從事遙感地質(zhì)找礦工作。E-mail: 27860422@qq.com。

P627

A

0495-5331(2015)01-0157-08