內(nèi)蒙古石尖山地區(qū)遙感蝕變信息提取

趙　棟

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

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內(nèi)蒙古石尖山地區(qū)遙感蝕變信息提取

趙棟

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

[摘要]內(nèi)蒙古石尖山地區(qū)是內(nèi)蒙古北部重要的成礦帶，已發(fā)現(xiàn)一批鐵、鋅、鉛、銀、鉬、螢石成礦靶區(qū)，具有優(yōu)越的成礦地質(zhì)背景和巨大的成礦潛力。石尖山地區(qū)屬于高原山區(qū)，植被覆蓋率高，地面地質(zhì)工作開展難度較大，因此，在該地區(qū)開展遙感找礦研究是一種經(jīng)濟(jì)便捷且有效的勘察手段。以ETM+數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在ENVI軟件的支持下，根據(jù)與蝕變礦物組合相關(guān)的波譜特征，通過(guò)波段比值、主成分分析、彩色空間變換等方法，對(duì)石尖山地區(qū)鐵染、羥基、金礦化等蝕變信息進(jìn)行提取，并結(jié)合基礎(chǔ)地質(zhì)資料，劃定預(yù)測(cè)靶區(qū)，取得了很好的效果。

[關(guān)鍵詞]遙感；波段比值；主成份分析；礦化蝕變信息；石尖山地區(qū)

石尖山地區(qū)位于大興安嶺中段西坡，大興安嶺中生代火山巖區(qū),大地構(gòu)造背景屬于西伯利亞板塊東南陸緣增生帶，區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造和火山機(jī)構(gòu)十分發(fā)育，是內(nèi)蒙北部重要成礦帶，區(qū)域上已發(fā)現(xiàn)的主要礦產(chǎn)為鐵、鋅、鉛、銀、鉬、螢石，其次有銅、石灰?guī)r、沸石、粘土、煤等，具有優(yōu)越的成礦地質(zhì)背景和巨大成礦潛力。

調(diào)查區(qū)位于內(nèi)蒙古東部大興安嶺中北段，地貌上屬高原山區(qū)，海拔高度一般800～1 100 m，相對(duì)高差較大。屬大陸性亞寒帶季風(fēng)氣候，溫差較大。工作區(qū)屬森林沼澤景觀區(qū)，水系、沼澤、濕地發(fā)育，基巖露頭差。加之調(diào)查區(qū)多為山區(qū)，交通不便，地面地質(zhì)工作的開展難度大,成本高,因此在該地區(qū)開展遙感找礦工作、劃定研究靶區(qū)，可以大大提高工作效率，節(jié)約成本。本文利用遙感數(shù)據(jù)對(duì)內(nèi)蒙古石尖山地區(qū)進(jìn)行礦化蝕變信息提取與分析,根據(jù)ETM+數(shù)據(jù)與蝕變礦物組合相關(guān)的波譜信息,利用掩膜+波段比值+主成分分析+色度調(diào)整的方法進(jìn)行了蝕變異常信息提取,為該區(qū)成礦預(yù)測(cè)研究與建立找礦靶區(qū)提供了依據(jù)。

1區(qū)域成礦地質(zhì)背景

本成礦區(qū)屬西伯利亞板塊南緣大陸邊緣，經(jīng)歷了陸殼分離、古亞洲洋的生成、發(fā)展和消亡，以及濱西太平洋構(gòu)造域的疊加，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)演化歷史復(fù)雜，巖漿作用強(qiáng)烈，因此成礦帶具有多期次疊加特點(diǎn)。

1.1構(gòu)造控礦作用

本區(qū)中部有北東向特尼河大斷裂通過(guò)，南側(cè)外圍有北東向海拉爾河大斷裂，西南側(cè)有北西向勉渡河大斷裂，這些斷裂相互交匯，次級(jí)構(gòu)造極為發(fā)育。區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、活動(dòng)期次多、次級(jí)斷裂發(fā)育，常形成不同時(shí)代的礦床。晚侏羅世至早白堊世這些斷裂活動(dòng)達(dá)到頂峰，并伴隨有強(qiáng)烈的中—酸性巖漿侵入活動(dòng)，形成一系列的火山噴發(fā)巖漿帶，并在附近形成多個(gè)鐵、鉬、鉛鋅多金屬及螢石礦(床)點(diǎn)。

1.2巖漿巖控礦作用

調(diào)查區(qū)內(nèi)見有泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和侏羅紀(jì)三個(gè)旋回巖漿侵入活動(dòng)，形成近北東向展布的巖漿巖帶。石炭紀(jì)的巖漿活動(dòng)形成于西伯利亞古板塊和華北古板塊的碰撞、擠壓環(huán)境及其后裂解再拉張環(huán)境，有大量的花崗巖類侵入，與本期侵入巖有關(guān)的金屬礦產(chǎn)主要分布在調(diào)查區(qū)東南部大春日山鉛鋅銀多金屬礦點(diǎn)。

燕山期是本區(qū)巖漿活動(dòng)的高峰期，形成花崗質(zhì)的巖漿活動(dòng)，形成淺成—超淺成相小侵入體，并伴有Cu、Pb、Zn、Ag、Au、Mo等的礦化，區(qū)域上形成許多具有工業(yè)價(jià)值的礦床。燕山期侵入巖出露不多，侵入于早石炭世花崗巖體中，形成復(fù)合花崗巖帶，與區(qū)域該期巖漿的分布趨勢(shì)一致。

2蝕變信息提取

通過(guò)對(duì)目前各種常用方法的試驗(yàn)以及優(yōu)劣性分析，我們認(rèn)為針對(duì)不同蝕變類型先用特征波段比值、選擇主成分分析、彩色空間變換增強(qiáng)，然后經(jīng)過(guò)閥值分割、異常疊加、假彩色合成、非監(jiān)督分類等方法的處理，在此基礎(chǔ)上結(jié)合主分量門限化模型對(duì)蝕變信息提取并分級(jí)，最終生成分級(jí)預(yù)測(cè)圖效果較好?；谠摲椒ǎ肊TM+數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)礦化蝕變信息進(jìn)行了提取，獲取了多種礦化蝕變信息成果。

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本次研究采用Landsat-7 ETM+數(shù)據(jù)，景號(hào)為122/25和122/26。原始影像已經(jīng)經(jīng)過(guò)了幾何校正與輻射校正。為保持蝕變信息提取的完整性，本次研究對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行了圖像鑲嵌與裁剪處理。在提取的蝕變圖像中，由于有第四系覆蓋、植被等干擾信息的影響，可以采用掩膜處理的方法對(duì)這些干擾信息進(jìn)行剔除。

2.2綠泥石化蝕變信息提取

綠泥石在中低溫?zé)嵋旱V床中廣泛分布。其為Mg-OH類蝕變礦物的典型代表，在2.32 μm附近具有一個(gè)明顯的吸收谷，在2.17 μm附近有一個(gè)反射峰。

選取ETM+1、4、5、7 四個(gè)波段，對(duì)其進(jìn)行主成份分析。泥化蝕變分別在 ETM+5 和 ETM+7 有較強(qiáng)的反射和吸收，符號(hào)相反且絕對(duì)值較大，由此獲得“羥基圖像”，它反映富泥化蝕變的遙感異常。對(duì)代表泥化物主分量的判斷準(zhǔn)則是：構(gòu)成該主分量的本征向量，其中ETM+5系數(shù)應(yīng)與ETM+7及ETM+4 的系數(shù)符號(hào)相反，ETM+1一般與ETM+5系數(shù)符號(hào)相同(張玉君等，2003)。據(jù)此，對(duì) ETM+1、4、5、7 四個(gè)波段主成分分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出 PC4 代表了泥化信息。

對(duì)于主成分變換的第四分量 PC4 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。據(jù)此，對(duì) PC4 進(jìn)行閾值分割，得到泥化信息圖像。最后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行中值濾波處理，得到最終的綠泥石化信息圖像。將生成的綠泥石化信息圖像矢量化；然后與單波段圖像疊加，生成綠泥石化信息提取遙感影像圖(見圖1)。

2.3羥基蝕變信息提取

在ETM+影像上，羥基信息在ETM+5 (1.55～1.75 μm)處表現(xiàn)出較強(qiáng)的反射，在ETM+7(2.08～2.35 μm)處表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸收；此外，在ETM+1(0.45～0.52 μm)和 ETM+4(0.76～0.90 μm)處還有兩個(gè)較弱反射和吸收帶。鑒于羥基信息這一光譜特征，我們采用主成分分析的方法對(duì)工作區(qū)羥基蝕變信息進(jìn)行遙感提取。

選擇ETM+1、4、5、7波段主成分分析，只有PC4這一主分量中ETM+1、ETM+5符號(hào)相同且與ETM+4和ETM+7符號(hào)相反，符合羥基蝕變信息的ETM+光譜特征，所以PC4是羥基信息的表征分量，我們利用PC4提取羥基信息。在第4主成分中ETM+5波段的權(quán)重因子最大，主要反映了羥基蝕變信息在第5波段的高反射性。由于第4主成分中還含有少量植被、河流及第四紀(jì)等干擾因素，需要將其去除。根據(jù)公式：PC4(1457)- ETM+4/3 - PC2(123457)(張廷斌，2009)對(duì)干擾因素進(jìn)行去除。

對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行低通濾波處理后，統(tǒng)計(jì)分析得到最終的羥基蝕變信息圖像。將生成的羥基蝕變信息圖像矢量化；然后與單波段圖像疊加，生成羥基蝕變信息提取遙感影像圖(見圖1)。

2.4鐵染蝕變信息提取

在ETM+影像上，鐵染信息在ETM+1(0.4～0.5 μm)和ETM+4(0.8～1.0 μm)波段處有兩個(gè)明顯的吸收帶，在ETM+3(0.63～0.69 μm)波段處附近反射相對(duì)較高，可將此獨(dú)特的波譜特征作為鐵染信息蝕變提取的依據(jù)。在不考慮符號(hào)的情況下，ETM+3波段的特征向量載荷因子最大的主分量影像反映了含鐵離子蝕變礦物信息，如果ETM+3波段的特征向量載荷因子為負(fù)，則鐵離子分布區(qū)域在主分量影像中為低值異常。

選擇ETM+1、3、4、5波段主成分分析，只有PC4這一主分量中ETM+3系數(shù)應(yīng)與ETM+1及 ETM+4的系數(shù)符號(hào)相反，且ETM+3與ETM+5系數(shù)符號(hào)相同。在第4主成分中ETM+3波段的權(quán)重因子最大，主要反映了羥基蝕變信息在第3波段的高反射性。ETM+3/1、ETM+5/1和ETM+5/4波段比值圖像不同程度的增強(qiáng)了黃鐵礦化、褐鐵礦化以及鉀化等具體與鐵染蝕變相關(guān)的蝕變信息；同時(shí)，波段比值ETM+4/3可以一直植被信息，因此選擇ETM+3/1、ETM+5/1、ETM+5/4、PC4(1345)和ETM+4/3圖像進(jìn)行二次主成分分析，將結(jié)果中的第一主分量作為鐵染蝕變基礎(chǔ)圖，進(jìn)行蒂通濾波處理后，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果得到最終的鐵染蝕變信息圖像(張廷斌，2009)。將生成的鐵染蝕變信息圖像矢量化，生成鐵染蝕變信息提取遙感影像圖(見圖1)。

2.5金礦化蝕變信息提取

與金礦礦化蝕變有關(guān)的礦物主要為一些含羥基(OH-)的粘土礦物(絹云母化、綠泥石化等)和富含三價(jià)鐵離子(Fe3+)的礦物。因此，在ETM+影像上，只有羥基礦物和三價(jià)鐵離子礦物同時(shí)顯示異常的區(qū)域才有可能是與金礦化有關(guān)的部位。

選擇上述羥基蝕變信息提取ETM+1、4、5、7波段主成分分析結(jié)果中的PC4分量、上述鐵染蝕變信息提取ETM+1、3、4、5波段主成分分析結(jié)果中的PC4分量、ETM+3/ETM1比值圖像(可以增強(qiáng)鐵染蝕變信息)以及ETM5/ETM7比值圖像(可以增強(qiáng)羥基蝕變信息)進(jìn)行主成分分析，主要信息集中在 PC1 和 PC2 兩個(gè)組分中。其中 PC1 組分的信息主要來(lái)自“鐵組分”和“羥基組分”，且符號(hào)相反，是4個(gè)PC 組分中能最好地突出礦化蝕變信息的特征組分。因而選擇信息量最豐富的 PC1 組分進(jìn)行金礦化蝕變信息提取。

對(duì) PC1 特征組分進(jìn)行線性反差增強(qiáng)、低通濾波、密度分割和分類處理，壓抑乃至去除與蝕變無(wú)關(guān)的信息，從而形成了只有金礦化蝕變信息圖像。將以上生成的圖像矢量化，生成金礦化信息矢量提取圖像，生成金礦化信息提取遙感影像圖(見圖1)。

3找礦預(yù)測(cè)

礦產(chǎn)的形成是多種成礦因素綜合作用的結(jié)果，研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等都是地質(zhì)歷史演化的結(jié)果，也是礦化信息提取的重要參考因素。因此，作者基于研究區(qū)遙感礦化蝕變提取圖并結(jié)合研究區(qū)構(gòu)造、巖性、地球物理、地球化學(xué)和已知礦點(diǎn)等資料，圈定了幾個(gè)成礦預(yù)測(cè)區(qū)。同時(shí)，考慮到地質(zhì)成礦因素與提取區(qū)的重合情況，將其分為了三個(gè)等級(jí)(見圖1)。

圖1　內(nèi)蒙古石尖山地區(qū)ETM+遙感綜合信息提取預(yù)測(cè)圖

一級(jí)預(yù)測(cè)區(qū)：包括兩個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)：Ⅰ1-1位于調(diào)查區(qū)西北部，呈北東向展布，預(yù)測(cè)區(qū)面積約140.07 km2，在調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)面積約112.06 km2；Ⅰ1-2位于調(diào)查區(qū)中北部，預(yù)測(cè)區(qū)面積約89.48 km2，兩異常區(qū)都與土壤異常、磁異常相重疊，且均位于線環(huán)構(gòu)造的交切部位及兩側(cè)，區(qū)內(nèi)已知礦點(diǎn)多，礦化信息提取結(jié)果表現(xiàn)為多種蝕變礦物的高異常。

二級(jí)預(yù)測(cè)區(qū)：包括兩個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)：Ⅱ2-1位于調(diào)查區(qū)東南部，預(yù)測(cè)區(qū)面積約86.82 km2；Ⅱ2-2位于調(diào)查區(qū)東南角，預(yù)測(cè)區(qū)面積約41.98 km2，在調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)面積約27.99 km2，兩異常區(qū)都與土壤異常、磁異較為重疊，且均位于線環(huán)構(gòu)造的交切部位及兩側(cè)，有已知礦化點(diǎn)分布，礦化信息提取結(jié)果表現(xiàn)為多種蝕變礦物的中異常。

三級(jí)預(yù)測(cè)區(qū)：包括三個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)：Ⅲ3-1位于調(diào)查區(qū)西部，預(yù)測(cè)區(qū)面積約：46.75 km2，在調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)面積約36.73 km2；Ⅲ3-2位于調(diào)查區(qū)中西部，預(yù)測(cè)區(qū)面積約29.49 km2；Ⅲ3-3位于調(diào)查區(qū)東北部，預(yù)測(cè)區(qū)面積約95.78 km2，在調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)面積約38.31 km2，此預(yù)測(cè)區(qū)屬于未發(fā)現(xiàn)礦化點(diǎn)或礦化點(diǎn)較少的區(qū)域，但這些區(qū)域多種蝕變礦物集中分布，是今后找礦的潛在研究區(qū)。

4結(jié)語(yǔ)

從蝕變信息提取圖像來(lái)看，整個(gè)石尖山地區(qū)的礦化蝕變明顯是受到斷裂、環(huán)狀等構(gòu)造現(xiàn)象所控制的，一級(jí)預(yù)測(cè)區(qū)往往出現(xiàn)在線環(huán)構(gòu)造的交切部位，這類地區(qū)往往是熱液礦床的產(chǎn)出部位，而劃出的預(yù)測(cè)區(qū)也與已知的礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)有很好的吻合，說(shuō)明本次遙感蝕變信息提取結(jié)果有較好的可信性。

在常規(guī)找礦方法有較大難度的石尖山地區(qū)，本次研究主要采用基于波段比值、選擇主成分分析、彩色空間變換增強(qiáng)的方法，然后經(jīng)過(guò)閥值分割、異常疊加、假彩色合成、非監(jiān)督分類等方法的處理，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了蝕變信息提取，提取結(jié)果與區(qū)域斷裂展布方向基本一致，說(shuō)明本次研究有一定的參考價(jià)值。但由于一些植被水體等干擾因素的存在，加之同物異譜與異物同譜現(xiàn)象的干擾，肯定存在一些錯(cuò)漏信息，因此在進(jìn)行礦化信息選擇時(shí)，須結(jié)合研究區(qū)的其它地質(zhì)資料綜合分析，去除干擾信息后方可進(jìn)行下一步工作。

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[中圖分類號(hào)]P617

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0218-03

[作者簡(jiǎn)介]趙棟(1991-)，男，山西晉中人，在讀碩士研究生，主攻方向：構(gòu)造地質(zhì)、遙感地質(zhì)。

[收稿日期]2015-12-02