Landsat8衛(wèi)星OLI遙感影像解譯在云南勐海綜合找礦實(shí)踐中的應(yīng)用研究

周 雷 邱光輝 張啟生 張海亮 張超

中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東濟(jì)南，250000

研究區(qū)域位于云南省西雙版納州勐?？h，地區(qū)植被茂密，地形起伏強(qiáng)烈，野外工作環(huán)境艱苦。本次采用美國(guó)宇航局最新發(fā)射的Landsat8衛(wèi)星影像解譯，嘗試地、化、物、遙多手段聯(lián)合找礦，在多手段圈定的找礦靶區(qū)進(jìn)行槽探揭露，地表發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模金礦化蝕變帶，品位最高達(dá)0.68×10-6，取得了初步效果。

1 Landsat8衛(wèi)星簡(jiǎn)介

Landsat8衛(wèi)星由美國(guó)宇航局(NASA)和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)共同研發(fā)，于2013年2月發(fā)射，是美國(guó) Landsat衛(wèi)星系列的最新衛(wèi)星。Landsat8衛(wèi)星按極點(diǎn)太陽(yáng)同步軌道繞地球飛行，軌道高度為705km，軌道傾角為98.2°，每98.9min繞地球轉(zhuǎn)一圈，每16d覆蓋地球一遍，降交點(diǎn)時(shí)間為當(dāng)?shù)貢r(shí)間上午10時(shí)至10時(shí)15分，衛(wèi)星數(shù)據(jù)下行速率為 441Mbps。衛(wèi)星攜帶了 OLI（Operational Land Imager）和 TIRS（Thermal Infrared Sensor）推掃式成像儀。Landsat8衛(wèi)星數(shù)據(jù)很好的延續(xù)了 Landsat系列衛(wèi)星的特點(diǎn)，也進(jìn)行了很多改進(jìn)，成像方式由原來(lái)的掃描鏡式變成推掃式，波段更多、波段劃分更加精細(xì)，每個(gè)圖像行的像元數(shù)目也更多，衛(wèi)星數(shù)據(jù)下行速率提升了3倍，由150Mbps到441Mbps。Landsat8衛(wèi)星的波段信息改變?nèi)绫?所示。

表1 Landsat8波段信息表Table 1 Wave band information Table of Landsat8

2 遙感圖像處理

衛(wèi)星圖像采集于2014年2月25日3點(diǎn)42分，衛(wèi)片的軌道號(hào)（P130，R044）。

采用ENVI5.1軟件，進(jìn)行幾何校正，大氣校正，圖像增強(qiáng)等圖像預(yù)處理。大氣校正采用的方法是FLAASH大氣校正，校正后的圖像明顯消除了大氣散射的影響。

2.1 巖性構(gòu)造解譯【1】

采用大氣校正后的假彩色合成圖像RGB752，結(jié)合20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)圖，進(jìn)行遙感地質(zhì)解譯（圖1）。

圖1 工作區(qū)遙感地質(zhì)解譯圖Fig.1 Remote-sensing geology interpretation figure of work area

遙感圖像是地表和地下的地質(zhì)體的波譜特征的反映，不同的地質(zhì)體具有不同的影像特征，即具有不同的幾何形態(tài)、紋型結(jié)構(gòu)、水系、地貌及色調(diào)特征。而同類(lèi)型地質(zhì)體在同一區(qū)域內(nèi)有相似的影像特征；不同地質(zhì)體間有可辯別的影像分界線(xiàn)，這些可辯別的各地質(zhì)體的影像特征就構(gòu)成遙感解譯標(biāo)志【2】。

地質(zhì)解譯是通過(guò)影像的色調(diào)、粗糙程度，結(jié)構(gòu)特征、水系模式和發(fā)育程度、巖石的抗風(fēng)化強(qiáng)度、層理的發(fā)育程度、地表植被等特點(diǎn)，對(duì)工作區(qū)內(nèi)的地層、巖漿巖等進(jìn)行解譯和分類(lèi)等。

區(qū)內(nèi)沉積巖主要為三疊系凝灰?guī)r，影像特征色調(diào)偏淺，亮度較高，紋理特征較粗糙，與其他巖性的影像特征差異明顯。分布于工作區(qū)的西南角以及工作區(qū)的北部，范圍接近5km2。巖性為暗灰綠、黃色中基性凝灰質(zhì)砂泥巖、凝灰?guī)r、凝灰角礫巖夾熔巖。頂部為白色酸性凝灰?guī)r。地層傾向北東，傾角 20～37°。與上覆地層為不整合接觸。

構(gòu)造解譯包括對(duì)褶皺、斷裂等線(xiàn)性構(gòu)造及環(huán)形構(gòu)造的解譯。

區(qū)域內(nèi)共解譯出42條線(xiàn)性構(gòu)造，其中普查區(qū)9條。其中比較有意義的是，西北角至工作區(qū)的東南角，以總體 310°方向縱貫普查區(qū)的線(xiàn)性構(gòu)造，地質(zhì)上對(duì)應(yīng) F1斷裂。斷裂為勐往巖體的控制斷裂，斷裂的北東盤(pán)地層由老至新分布形成一單斜，并反映出北東盤(pán)是下降的，保留了火山巖盆地的特征。中部出露的小范圍石炭紀(jì)地層，作為剝蝕天窗。斷裂的南西盤(pán)為上升盤(pán)，為一地壘得以抬升，將勐往閃長(zhǎng)玢巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖含礦巖株抬升至地表。

巖漿巖解譯標(biāo)志：巖漿巖或火山機(jī)構(gòu)都有一定的幾何形態(tài)及熱暈反映。

普查區(qū)中勐往巖漿巖，影像特征明顯。顏色純凈，亮度較灰暗，紋理平淡。巖體北西走向，貫穿整個(gè)工區(qū)，其中北西部隱伏存在。勐往巖體生成于燕山早期，巖石組合為閃長(zhǎng)玢巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖，部分花崗閃長(zhǎng)巖。

在勐往巖體與周?chē)练e巖的接觸部位存在很多線(xiàn)性構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造，結(jié)合地質(zhì)查證遙感異常后，選擇工區(qū)西南部，線(xiàn)性構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造密集發(fā)育，巖漿巖與沉積巖的接觸部位，開(kāi)展其他方法找礦工作。

2.2 礦化蝕變信息的提取【3】

遙感蝕變信息提取采用主成分分析法【4】，運(yùn)用ENVI5.1軟件主成分分析法提取礦化異常。對(duì)大氣校正后的圖像進(jìn)行主成分分析，選取2、5、6、7波段，得到特征向量見(jiàn)表2，band7為+，band5為+，band6為-。PC4為羥基主分量。對(duì)PC4去反，進(jìn)行密度分割，高亮區(qū)域?yàn)榱u基蝕變異常強(qiáng)烈地段，見(jiàn)圖2。

含-OH的羥基類(lèi)特征礦物，如綠泥石、綠簾石、高嶺土、云母等這類(lèi)礦物造成蝕變稱(chēng)為羥基蝕變。結(jié)合地質(zhì)情況，此區(qū)域硅化、綠泥石化等蝕變對(duì)找礦有一定的指示作用。

在圖2中，普查區(qū)內(nèi)，羥基蝕變主要在西南部及東南角濃集。其中工作區(qū)的西南部位，呈現(xiàn)寬約2km，長(zhǎng)約5km，北西走向，條帶狀的羥基蝕變帶。在地質(zhì)上，蝕變帶存在北西走向斷裂，位于勐往巖體與圍巖的接觸地帶，成礦意義重大。

選取西南工區(qū)范圍為找礦潛力區(qū)域，進(jìn)一步開(kāi)展水系沉積物地球化學(xué)測(cè)量、地質(zhì)測(cè)量，進(jìn)一步開(kāi)展大比例尺的土壤地球化學(xué)測(cè)量、大功率激電測(cè)量、槽探等工作。

表2 PCA2567主成分分析的特征向量矩陣Table 2 Eigenvector matrix for PCA2567 principal component analysis

圖2 工作區(qū)遙感羥基蝕變異常圖Fig.2 Alteration anomaly map of hydroxy groups for workaround remote sensing

3 地球化學(xué)

3.1 水系沉積物地球化學(xué)測(cè)量

通過(guò)1∶2.5萬(wàn)比例尺的水系沉積物地球化學(xué)測(cè)量，在工區(qū)的西南部和北部出現(xiàn)兩個(gè)較好的異常濃集中心。其中Au異常如圖3示，異常形態(tài)完整，具較高峰值。寬約1.2km，長(zhǎng)約1.4km，異常面積約1.6km2，走向呈帶狀近南北向展布。

圖3 Au水系沉積物測(cè)量地球化學(xué)圖Fig.3 Geochemical chart of Au stream sediment survey

異常大部分位于勐往巖體與沉積巖地層接觸帶部位，處于地層、構(gòu)造、巖漿巖三位一體的有利成礦地質(zhì)環(huán)境中，在異常中心地帶發(fā)現(xiàn)碳質(zhì)泥巖等強(qiáng)構(gòu)造變質(zhì)作用產(chǎn)生的蝕變現(xiàn)象，與遙感解譯提取出的羥基異常對(duì)應(yīng)，是工區(qū)內(nèi)最具多金屬成礦潛力的異常。

3.2 土壤地球化學(xué)測(cè)量

在工區(qū)的西南水系異常區(qū)域，開(kāi)展1∶1萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量，其中Au異常如圖4示。Au異常面積約0.8 km2，異?？傮w呈現(xiàn)北西走向，沿?cái)嗔鸭佰峦鶐r體與沉積地層接觸帶分布，異常區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)炭質(zhì)千枚巖等強(qiáng)構(gòu)造變質(zhì)作用產(chǎn)生的黃鐵礦化等蝕變現(xiàn)象。

圖4 Au土壤測(cè)量地球化學(xué)圖Fig.4 Geochemical chart of Au soil measuring

4 地球物理

在工區(qū)西南部，同時(shí)開(kāi)展了1∶1萬(wàn)的大功率激電中梯測(cè)量，面積1km2(圖5)。視極化率異常整體近南北走向，主體異常呈北北西走向，幾乎縱貫該測(cè)區(qū)。在異常中部分成了東西兩支，其中東支異常強(qiáng)度稍高，且兩支異常向南都未封閉。在測(cè)量范圍內(nèi)，異常整體上南北長(zhǎng)約1.2km，寬度在70～500m左右，異常區(qū)視極化率極值為3.11%，其對(duì)應(yīng)的視電阻率顯示為低阻，視電阻率值一般都小于 400Ω·m，異常具有低阻、高極化的特征。

在激電異常有利部位布設(shè)激電測(cè)深剖面（圖6），擬斷面圖上以1.4%為異常下限圈定的激電異常在整條剖面上幾乎都有顯示，其位置與激電中梯測(cè)量及精測(cè)剖面所反映的異常位置，吻合較好。其中0～360m處的激電異常位于AB/5＞80m以下，控制范圍內(nèi)未封閉，向西、向下都有延伸；360～510m處的激電異常位于AB/5＞10m以下，異常向下仍有延伸；510～660m處的激電異常位于AB/5在0～130m之間，異常向東也沒(méi)有封閉。該綜合剖面上的激電異常規(guī)模較大，但強(qiáng)度不均，視極化率峰值為3.83%，位于360～510m處的激電異常處。剖面上的激電異常對(duì)應(yīng)的視電阻率均顯示為低阻，視電阻率值一般都小于200Ω·m，因此異常具有低阻、中高極化的特征。

圖5 視極化率等值線(xiàn)平面圖Fig.5 Isoline ichnography of apparent polarizability

圖6 激電測(cè)深綜合剖面Fig.6 General section of induced electrical sounding

5 槽探

在遙感羥基蝕變強(qiáng)烈區(qū)域，同時(shí)化探異常，激電異常成礦有利部位，進(jìn)行槽探地表揭露，發(fā)現(xiàn)一北北西向較大規(guī)模Au蝕變帶，綠泥石化、絹云母化、硅化強(qiáng)烈(圖 7、圖 8)，Au平均品位0.36×10-6，最高品位 0.68×10-6。

圖7 槽探揭露出的蝕變巖石樣品Fig.7 Altered rock samples revealed by trench test

圖8 槽探揭露出的蝕變巖石樣品Fig.8 Altered rock samples revealed by trench test

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）本次采用美國(guó)Landsat8衛(wèi)星OIL傳感器的衛(wèi)星影像遙感解譯，衛(wèi)星傳感器性能優(yōu)異，圖像精確，信息豐富，影像采集的日期新，更新頻率快，地物地貌未發(fā)生很大變化，色彩飽和度高，云層覆蓋率低，取得了良好的效果。

（2）本次遙感與物探、化探、地質(zhì)相結(jié)合，綜合分析,各種手段發(fā)揮各自的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，異常互相驗(yàn)證，彌補(bǔ)各自的不足。工區(qū)地處熱帶雨林，植被茂密，毒蟲(chóng)出沒(méi)，施工條件相當(dāng)惡劣，遙感解譯高效的提供了豐富的地質(zhì)信息。遙感解譯多解性強(qiáng)，只有與地質(zhì)、物化探相結(jié)合才能真正的發(fā)揮作用，應(yīng)用于大比例尺找礦，應(yīng)用于一線(xiàn)生產(chǎn)。

（3）本次遙感解譯采用的影像分最大分辨率為15m，分辨率較小，制約了遙感解譯的效果，隨著衛(wèi)星技術(shù)的飛速發(fā)展，傳感器性能的不斷提升，在國(guó)內(nèi)一線(xiàn)找礦的生產(chǎn)工作中，遙感技術(shù)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

1 郗國(guó)慶. 遙感及地球物理方法在尉犁地區(qū)尋找隱伏巖體中的應(yīng)用[J]化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2012，(34)

2 劉穎，蘇世杰，鄭寶軍，等. 遙感技術(shù)在大狐貍山地區(qū)1：50000礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查中的應(yīng)用[J]，西北地質(zhì)，2010，(2)

3 徐麗華，朱愷軍，陳鵬，張強(qiáng). 高植被覆蓋區(qū)遙感找錳礦實(shí)驗(yàn)研究——以桂西—滇東南的下雷—大新地區(qū)為例[J]，地質(zhì)論評(píng)，2011，（1）

4 湯國(guó)安，張友順，劉詠梅，等，遙感數(shù)字圖像處理[M].北京∶科學(xué)出版社，2004∶15～28