蝕變礦物的遙感信息提取研究
——以北山方山口為例

韓海輝，王藝霖，任廣利，楊　敏，李健強(qiáng)，高　婷

(1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，西安 710054；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054)

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蝕變礦物的遙感信息提取研究
——以北山方山口為例

韓海輝1,2，王藝霖2，任廣利2，楊敏2，李健強(qiáng)2，高婷2

(1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，西安 710054；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054)

摘要：北山地區(qū)植被稀疏、地勢(shì)平坦，而且基巖出露好，是遙感地質(zhì)研究的理想?yún)^(qū)域。文章利用ASTER數(shù)據(jù)，采用主成分分析法對(duì)北山方山口地區(qū)的鐵染與羥基蝕變礦物信息進(jìn)行了提取研究。結(jié)果表明，提取結(jié)果中蝕變礦物的屬性特征能夠較好地與實(shí)際地質(zhì)屬性相符，且通過(guò)野外實(shí)地驗(yàn)證蝕變礦物信息發(fā)現(xiàn)了礦化點(diǎn)，即利用ASTER數(shù)據(jù)進(jìn)行蝕變礦物信息提取可為北山地區(qū)礦產(chǎn)資源勘查提供有效的礦化指示遙感信息。

關(guān)鍵詞：蝕變礦物；遙感信息；方山口；北山地區(qū)；甘肅省

0引言

伴隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，礦產(chǎn)資源需求量迅猛增長(zhǎng)。為了滿足礦產(chǎn)資源的需求，我國(guó)“十二五”規(guī)劃要求加強(qiáng)礦產(chǎn)資源地質(zhì)勘查，形成礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略接續(xù)區(qū)，建立重要礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備體系。為此，地質(zhì)找礦工作必須采用先進(jìn)的技術(shù)手段，快速有效地開(kāi)展大面積礦產(chǎn)資源勘查工作，而遙感技術(shù)是重要方法之一。

ASTER數(shù)據(jù)因其譜帶寬、波段多、性價(jià)比高[1-3]等特點(diǎn)在地質(zhì)礦產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，如在伊朗、蒙古以及我國(guó)新疆等多地的區(qū)域礦產(chǎn)資源勘查工作中，根據(jù)遙感數(shù)據(jù)提取的羥基、鐵染等蝕變礦物信息，有效幫助了礦化區(qū)域的快速識(shí)別[4-6]。

甘肅省北山地區(qū)礦床類型多樣、資源豐富，是我國(guó)重要的成礦帶之一，已發(fā)現(xiàn)的Au、Cu、Fe、W、Ni等礦床多與巖漿作用期后的熱液活動(dòng)密切相關(guān)[7]。該區(qū)氣候干旱，植被稀疏，地勢(shì)平坦，基巖出露較好，是開(kāi)展遙感地質(zhì)研究的理想?yún)^(qū)域。本文依托在方山口地區(qū)開(kāi)展的遙感地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目基礎(chǔ)上，開(kāi)展基于ASTER數(shù)據(jù)的蝕變礦物信息提取研究，目的在于進(jìn)一步查明該區(qū)域蝕變礦物的分布規(guī)律，驗(yàn)證遙感提取蝕變礦物信息的準(zhǔn)確性，以期望遙感技術(shù)為地質(zhì)找礦提供更有效的礦化指示信息。

1地質(zhì)背景

甘肅省北山方山口地區(qū)的大地構(gòu)造位置屬于塔里木板塊之敦煌地塊北部，紅柳河—牛圈子—洗腸井蛇綠巖帶南部[7]。區(qū)內(nèi)出露最老地層為太古宇—古元古界敦煌雜巖群(圖1)，其上為中新元古界薊縣系和青白口系變質(zhì)巖；古生界出露有奧陶系變砂巖、云石英片巖，石炭系石英砂巖、灰?guī)r，二疊系中-酸性火山巖；中新生界為陸相沉積建造[8]。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主斷裂為一組走向近EW向的逆斷層系統(tǒng)，另外還有一組典型的弧形斷裂貫穿中部。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，超基性、基性—中酸性巖漿巖均有產(chǎn)出，其侵入時(shí)代集中為華力西-印支期[9]。礦產(chǎn)以金、銅、鈾、鎢礦為主，除鈾礦為沉積型以外，其余多為熱液型成因[10]。

圖1　方山口地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1　Geological sketch of the Fangshankou area1.第四系；2.新近系；3.二疊系中-酸性火山巖；4.石炭系石英砂巖、灰?guī)r；5.泥盆系；6.奧陶系變砂巖、云石英片巖；7.青白口系；8.薊縣系；9.太古宇—古元古界敦煌雜巖群；10.三疊紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖；11.二疊紀(jì)花崗巖，12.二疊紀(jì)閃長(zhǎng)巖；13.二疊紀(jì)閃長(zhǎng)玢巖；14.二疊紀(jì)輝長(zhǎng)巖；15.石炭紀(jì)花崗巖；16.石炭紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖；17.石炭紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖；18.泥盆紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖；19.泥盆紀(jì)輝長(zhǎng)巖；20.推測(cè)斷層；21.實(shí)測(cè)性質(zhì)不明斷層；22.實(shí)測(cè)逆斷層

2蝕變礦物信息提取

2.1蝕變礦物類型

2.2蝕變礦物信息提取

本次使用的ASTER數(shù)據(jù)級(jí)別為L(zhǎng)1B，獲取時(shí)間為2000年10月16日，影像質(zhì)量較好，無(wú)云及陰影遮蓋。我們對(duì)方山口地區(qū)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，包括幾何校正、輻射校正、串?dāng)_校正[13]、以及大氣校正。

表1　ASTER 1、2、3、4主成分分析特征矩陣

表2　ASTER 1、3、4、6主成分分析特征矩陣

表3　ASTER 3、4、5、8主成分分析特征矩陣

表4　ASTER 5、6、7、8主成分分析特征矩陣

圖2　蝕變礦物信息提取信息圖Fig.2　Map showing Information of alteration minerala.鐵染；b.Al—OH；c.Mg—OH；d.

提取礦物查證礦物鐵染礦物Al—OH礦物Mg—OH礦物CO2-3礦物合計(jì)識(shí)別率/%鐵染礦物23343076.7Al—OH礦物122613073.3Mg—OH礦物232053066.7CO2-3礦物5253083.3合計(jì)26283531120正確率/%88.578.657.180.6

圖3　蝕變礦物信息疊加圖Fig.3　Overlay chart of alteration mineral

3提取結(jié)果評(píng)估與分析

對(duì)上述蝕變礦物結(jié)果進(jìn)行閾值分割處理，將分割出的蝕變礦物信息疊加到研究區(qū)ASTER (R8G4B1)影像圖上，得到研究區(qū)蝕變礦物信息提取圖(圖3)。閾值分割時(shí)為保證提取礦物蝕變信息的標(biāo)準(zhǔn)一致，采用μ(中值)+1.5σ(標(biāo)準(zhǔn)方差)作為最低閾值，并對(duì)分割結(jié)果作中值濾波處理。

圖4　典型區(qū)域的蝕變礦物信息提取圖Fig.4　Information extraction of alteration mineral in typical regions

將蝕變信息與已知地質(zhì)資料及前期野外調(diào)查結(jié)果綜合對(duì)比，發(fā)現(xiàn)本次提取的蝕變礦物屬性特征(空間位置、蝕變類型等)與研究區(qū)地質(zhì)體存在的蝕變現(xiàn)象相吻合。比如在進(jìn)行野外實(shí)地檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)的花崗巖主要存在褐鐵礦化、高嶺土化及絹云母化，而研究區(qū)中部的地質(zhì)體(圖4-a)在地質(zhì)圖上巖性為花崗巖，提取的蝕變礦物信息主要為鐵染；再如野外發(fā)現(xiàn)大理巖主要存在褐鐵礦化、碳酸鹽化，而研究區(qū)東南角的地質(zhì)體存在面狀碳酸鹽信息(圖4-b)，對(duì)比地質(zhì)圖發(fā)現(xiàn)該處為石炭系的白色大理巖；研究區(qū)東北角區(qū)域存在鋁羥基、鎂羥基及鐵染的礦物蝕變信息組合(圖4-c中北側(cè)異常區(qū)域)，地質(zhì)圖上該區(qū)域巖性主要為花崗巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖，而這幾類地質(zhì)體在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的蝕變主要為綠泥石化、綠簾石化、褐鐵礦化、絹云母化；而研究區(qū)東部主要為敦煌雜巖的云母片巖，提取的異常主要為鎂羥基(圖4-d)。

通過(guò)室內(nèi)分析和野外驗(yàn)證，可將蝕變礦物的成因歸納如下：

(1)巖體中呈面狀分布的鐵染礦物主要由巖體自身風(fēng)化產(chǎn)生，而褐鐵礦化石英脈與礦化的關(guān)系較密切；

(2)鎂羥基礦物中單一的綠泥石化或綠簾石化多為區(qū)域變質(zhì)引起，而與成礦有關(guān)的綠泥石化或綠簾石化常與褐鐵礦化、絹云母化、硅化等共生；

(3)與區(qū)域構(gòu)造線方向一致的鋁羥基礦物帶狀異常多由敦煌雜巖群中石英片巖引起，而與礦化相關(guān)的鋁羥基多與褐鐵礦化、綠泥石化、孔雀石化伴生。

此外，野外工作中通過(guò)驗(yàn)證蝕變礦物發(fā)現(xiàn)幾處礦化現(xiàn)象發(fā)育較好的地點(diǎn)，樣品測(cè)試結(jié)果也表明有較好的成礦潛力(局部采樣點(diǎn)的Au品位最高達(dá)2.8×10-6)，說(shuō)明利用ASTER數(shù)據(jù)進(jìn)行蝕變礦物提取可為北山地區(qū)礦產(chǎn)資源勘查提供有效的礦化指示信息。

4結(jié)論

(1)在北山這種地質(zhì)體出露良好的地區(qū)，利用遙感數(shù)據(jù)提取蝕變礦物，結(jié)果較為客觀和準(zhǔn)確，本文中蝕變礦物信息提取與實(shí)際情況相符性較高的情況表明了該方法的有效性。

(2)利用遙感技術(shù)提取蝕變礦物信息較為快速，但鑒于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，提取結(jié)果中不可避免的會(huì)出現(xiàn)偽信息，因此在找礦應(yīng)用中需要進(jìn)一步甄別。

(3)本文使用ASTER數(shù)據(jù)和主成分分析法提取蝕變礦物的結(jié)果盡管存在一定誤差，但作為一種簡(jiǎn)單可行的提取方法，可為相關(guān)研究和生產(chǎn)工作提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛曉長(zhǎng), 劉文燦, 杜建國(guó), 等. ETM+和ASTER數(shù)據(jù)在遙感礦化蝕變信息提取應(yīng)用中的比較—以安徽銅陵鳳凰山礦田為例[J]. 現(xiàn)代地質(zhì), 2005, 19(2): 309-314.

[2]Jouce K E, Samsonov S, Manville V, et al. Remote Sensing Data Types and Techniques for Lahar Path Detection: A Case Ctudy at Mt Ruapehu, New Zealand [J]. Remote Sensing of Environment, 2009, 113: 1778-1786.

[3]孫藝, 賴勇, 閆聰. ASTER數(shù)據(jù)在遙感蝕變填圖中的應(yīng)用研究—以內(nèi)蒙古半拉山鉬礦床為例[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2013, 49(5): 847-858.

[4]Zadeh M H, Tangestani M H, Roldan F V, et al. Spectral Characteristics of Minerals in Alteration Zones Associated with Porphyry Copper Deposits in the Middle Part of Kerman Copper Belt, SE Iran [J]. Ore Geology Reviews, 2014, doi：10.1016/j.oregeorev.2014.03.013.

[5]Son Y S, Kang M K, Yoon W J. Lithological and Mineralogical Survey of the Oyu Tolgoi Region, Southeastern Gobi, Mongolia Using ASTER Reflectance and Emissivity data [J]. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2014, 26: 205-216.

[6]劉磊, 周軍, 尹芳, 等. 基于ASTER數(shù)據(jù)的巴里坤地區(qū)蝕變礦物填圖與找礦[J]. 遙感技術(shù)與應(yīng)用, 2013, 28(4): 556-561.

[7]楊合群, 李英, 李文明, 等. 北山成礦構(gòu)造背景概論[J]. 西北地質(zhì), 2008, 41(1): 22-28.

[8]楊合群, 李英, 楊建國(guó), 等. 北山造山帶的基本成礦特征[J]. 西北地質(zhì), 2006, 39(2): 78-94.

[9]楊建國(guó), 楊合群, 楊林海, 等. 北山地區(qū)北東向構(gòu)造對(duì)金鎢錫鉬(稀土)礦床控制作用初探[J]. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 2004, 28(4): 404-412.

[10]曾長(zhǎng)華, 吳大江, 夏文彬, 等. 北山成礦帶金礦成礦規(guī)律與遠(yuǎn)景[J]. 新疆地質(zhì), 2002, 20(3): 219-223.

[11]燕守勛, 張兵, 趙永超, 等. 礦物與巖石的可見(jiàn)—近紅外光譜特性綜述[J]. 遙感技術(shù)與應(yīng)用, 2003, 18(4): 191-201.

[12]時(shí)丕龍, 付碧宏, 二宮芳樹(shù). 基于ASTER VNIR-SWIR多光譜遙感數(shù)據(jù)識(shí)別與提取干旱區(qū)巖性信息——以西南天山柯坪隆起東部為例[J]. 地質(zhì)科學(xué), 2010, 45(1): 333-347.

[13]黃照強(qiáng), 趙珍梅, 閆東川, 等. 基于熱紅外遙感數(shù)據(jù)的西藏岡底斯東段巖性識(shí)別[J]. 地質(zhì)與勘探, 2010, 46(6): 1092-1098.

Extraction of altered mineral from remote sensing data in fangshankou，Beishan area

HAN Haihui1,2，WANG Yilin2，REN Guangli2，YANG Min2，LI Jianqiang2，GAO Ting2

(1. Institute of Geological Engineering and Surveying, Chang′an University, Xi′an 710054, China;2.Xi′anCenterofChinaGeologicalSurvey,Xi′an710054,China)

Abstract：Beishan area is even with sparse vegetation and barely exposed bed rock. It is an ideal area to make remote sensing geology research. In this paper, based on ASTER data we use the principal component analysis (pca) to extract altered mineral that contain hydroxyl and iron The results show that the properties of alteration mineral we got can correspond with actual geological property and field check of the alteration mineral information reveals mineralization occurrences. The ASTER data-based extraction of alteration mineral information can provide effective mineralization information for mineral resources exploration in BeiShan area.

Key Words：altered mineral； remote sensing information； Fangshankou; Beishan area； Ganshu province

收稿日期：2015-03-31；責(zé)任編輯：王傳泰

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“機(jī)載高光譜測(cè)量”項(xiàng)目(編號(hào)：1212011120900)、“青海省柴達(dá)木北緣地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”項(xiàng)目(編號(hào)：12120113032500)聯(lián)合資助。

作者簡(jiǎn)介：韓海輝(1983—)，男，工程師，研究方向遙感地質(zhì)學(xué)。

通信地址：陜西省西安市友誼東路438號(hào)，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心(西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所)；郵政編碼：710054；E-mail：hanhh06@hotmail.com

doi:10.6053/j.issn.1001-1412.2016.02.016

中圖分類號(hào)：P627，TP751

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A