新疆若羌縣戈邊山地區(qū)遙感地質(zhì)信息提取與解譯

阿麗娜，丁建剛，郭凡

（1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊，新疆 昌吉 831100；2.新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七0一隊，新疆 昌吉 831100）

遙感技術(shù)作為一種新一代高新手段，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，尤其在礦產(chǎn)勘查方面，具降低成本、縮短周期、提高效率等優(yōu)勢[1]。遙感圖像顯示的線性、環(huán)形構(gòu)造復(fù)雜交錯，為巖漿活動提供物質(zhì)交換的通道和儲存空間，并在不同方向交匯部位往往有利于礦床的富集[2,3]。目前,蝕變巖石光譜異常為遙感異常信息提取，提供了理論依據(jù)，基于ETM、ASTER等數(shù)據(jù)的蝕變遙感異常信息提取技術(shù)已日趨成熟[4]。

阿爾金山北部地區(qū)地質(zhì)調(diào)查工作始于1958年，六十至八十年代，先后開展了區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、普查找礦、專題地質(zhì)、路線踏勘等工作。中外地質(zhì)學(xué)家對阿爾金構(gòu)造帶大地構(gòu)造性質(zhì)和歸屬問題至今仍不一致。阿爾金在中國西北部大地構(gòu)造中所處的關(guān)鍵位置，兩側(cè)構(gòu)造單元存在巨大差異，一些重要的構(gòu)造線至阿爾金山突然終止或改變方向等，一直成為中外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)[5]。

處于阿爾金古陸的戈邊山地區(qū)，由于交通十分困難，截止目前，僅東部一帶進(jìn)行了一條路線地質(zhì)踏勘，屬地質(zhì)調(diào)查空白區(qū)。本次研究從該區(qū)遙感地質(zhì)特征入手，以ETM、ASTER、Quick Bird等不同類型遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，通過對這3種影像進(jìn)行對比，取長補(bǔ)短，相互印證，解譯構(gòu)造、巖性特征及蝕變異常的分布規(guī)律，驗(yàn)證遙感提取地質(zhì)信息的有效性，以期為地質(zhì)找礦提供有效礦化指示信息。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

圖1 阿爾金構(gòu)造帶大地構(gòu)造位置圖Fig.1 The geotectonic position map of Altun tectonic belt

阿爾金山橫亙于青藏高原北緣，延綿約1 000 km，地處塔里木板塊與柴達(dá)木板塊交接部位[6]，由4個不同褶皺斷裂構(gòu)造單元組成（圖1）。南西段為NEE走向的南阿爾金地塊，構(gòu)成阿爾金山鏈主體；北東段為EW走向的北阿爾金古陸塊、紅柳溝-拉配泉奧陶紀(jì)裂谷和中阿爾金中元古代裂陷槽，戈邊山處于其中的北阿爾金古陸塊。北阿爾金古陸塊由晚太古代和新生代構(gòu)造層組成，區(qū)域構(gòu)造線呈EW向展布，主要由太古宇麻粒巖相-高角閃巖相紫蘇輝石麻粒巖、變粒巖、片麻巖、元古宇片麻巖、片巖等巖石構(gòu)成?西北有色地質(zhì)研究院.新疆若羌縣戈邊山地區(qū)遙感地質(zhì)調(diào)查報告,2013。

2 遙感圖像處理

2.1 遙感數(shù)據(jù)源

本文遙感數(shù)據(jù)的選取遵從“多源、多尺度、多時相”原則[7]，最終選用了ETM、ASTER和Quick Bird數(shù)據(jù)。

2.1.1 ETM數(shù)據(jù)

ETM數(shù)據(jù)時相為2002年4月11日，影像幾乎無植被、無云、無積雪覆蓋。該數(shù)據(jù)單景覆蓋面積大，融合后圖像對于大巖類識別、區(qū)域構(gòu)造圈定效果較好。

2.1.2 ASTER數(shù)據(jù)

ASTER數(shù)據(jù)時相為2001年3月23日，影像總體質(zhì)量良好（圖2）。數(shù)據(jù)地面分辨率中等，光譜分辨率較高，特別是相對于ETM數(shù)據(jù)，短波紅外波段分辨率有很大提高，在蝕變遙感異常提取方面應(yīng)用較廣，提取精度相對高。

2.1.3 Quick Bird數(shù)據(jù)

該數(shù)據(jù)具地面分辨率為2.44 m的4個多光譜波段和地面分辨率為0.61 m的1個全色波段。本次解譯中，通過彩色合成及融合處理技術(shù)，形成分辨率為0.61 m的彩色影像，用于重點(diǎn)地質(zhì)信息的解譯。

2.2 遙感數(shù)據(jù)處理

遙感地質(zhì)解譯工作開始前，需對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的預(yù)處理，主要包括幾何校正、影像鑲嵌、信息增強(qiáng)、數(shù)據(jù)融合等。

2.2.1數(shù)據(jù)幾何校正

收集的ETM數(shù)據(jù)級別為L2B，已經(jīng)過一定的幾何校正和地形校正。ASTER數(shù)據(jù)使用1:10萬的地形圖進(jìn)行幾何校正，校正模型選用二次多項式擬合，重采樣方法為3次卷積內(nèi)插法。Quick Bird數(shù)據(jù)幾何校正中，由于沒收集到相應(yīng)比例尺的地形圖，據(jù)其自身屬性進(jìn)行了投影校正。

2.2.2彩色合成

遙感地質(zhì)解譯工作中，最重要的一項是，獲取一幅信息豐富的基礎(chǔ)彩色圖像，其制作在波段選擇上應(yīng)滿足波段間相關(guān)系數(shù)小、波段的標(biāo)準(zhǔn)差盡可能大，各波段均值相差懸殊不大等要求[8,9]。

本次基礎(chǔ)彩色圖像制作過程中，選用合成方案為：①ASTER B4（R）、B2（G）、B1（B）；②ETM B7（R）、B4（G）、B2（B）；③Quick Bird B4（R）、B2（G）、B1（B）。

2.2.3數(shù)據(jù)融合

為提高解譯圖像精度，充分發(fā)揮多波段數(shù)據(jù)特點(diǎn)，需將高分辨率全色波段與多光譜波段進(jìn)行融合處理。融合后的圖像，可發(fā)揮多光譜圖像與高分辨率圖像各自的優(yōu)勢，彌補(bǔ)不足，提高遙感圖像的綜合解譯精度。本次數(shù)據(jù)處理中采用HIS變換方法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，ASTER數(shù)據(jù)多光譜波段與全色波段融合后，分辨率達(dá)到15 m，Quick Bird的達(dá)0.61 m（圖3）。

圖2 戈邊山地區(qū)ASTER-421圖像Fig.2 The ASTER-421 remote sensing image of the Ge Bian

圖3 影像圖融合前后圖像效果對比Fig.3 The comparison of image effects before and after image fusion

3 遙感地質(zhì)信息提取

現(xiàn)有技術(shù)條件下，利用人機(jī)交互解譯手段和遙感圖像處理方法，可從遙感數(shù)據(jù)中提取構(gòu)造、巖體、蝕變遙感異常等找礦信息，并建立遙感找礦地質(zhì)標(biāo)志和遙感蝕變信息標(biāo)志[10]。

本次研究中筆者首先對研究區(qū)已有地物化遙資料進(jìn)行綜合分析，再據(jù)現(xiàn)有遙感影像特征，結(jié)合野外實(shí)測地質(zhì)資料，建立解譯標(biāo)志，最終依據(jù)解譯標(biāo)志進(jìn)行解譯。

3.1 巖性解譯標(biāo)志

巖性解譯的建立主要以遙感影像的色調(diào)、紋形、水系特征、地貌形態(tài)特征為主。由于區(qū)內(nèi)發(fā)育以片麻巖類為主的深變質(zhì)巖?西北有色地質(zhì)研究院.新疆若羌縣戈邊山地區(qū)遙感地質(zhì)調(diào)查報告,2013，不同類片麻巖影像特征極近似，難以建立統(tǒng)一的解譯標(biāo)志，故僅能據(jù)影像細(xì)微紋型結(jié)構(gòu)、色彩差異及野外實(shí)地考證資料等，劃分影像特征差異明顯的解譯單元（表1）。

3.2 構(gòu)造解譯標(biāo)志

地質(zhì)構(gòu)造在遙感影像上以不同色調(diào)、紋理結(jié)構(gòu)、幾何形態(tài)特征表現(xiàn)[11]。本文構(gòu)造解譯中以Quick Bird 421波段彩色圖像為主影像，結(jié)合ETM 742彩色圖像進(jìn)行。

3.2.1線性構(gòu)造

據(jù)解譯圖像，區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造多以NE向、NW向和近NS向?yàn)橹鳌Ｆ渲?，分布于戈邊山西南角的線性斷裂共有7條，延伸以NE向和NW向?yàn)橹?，NW向斷裂多切穿NE向斷裂，斷裂構(gòu)造形跡平滑，呈近直線狀展布，斷裂兩側(cè)影像特征差異較??；分布于西北部的線性斷裂共有4條，以NE向-近EW向?yàn)橹?，?guī)模較大，延伸距離較遠(yuǎn)，多控制巖石地層的展布形態(tài)；分布于戈邊山北部斷裂為全區(qū)最大的EW向斷裂，斷裂兩側(cè)地質(zhì)時代及構(gòu)造形態(tài)存在明顯差別，該斷裂以北為古元古界阿爾金巖群，以亮白-淺青色大理巖影像為特征；位于戈邊山中部偏南地區(qū)的線性斷裂以NE向、NW向和近NS向?yàn)橹?，總體呈短直線狀，多形成直線狀沖溝（表2）。

3.2.2褶皺構(gòu)造

區(qū)內(nèi)發(fā)育有兩組尖棱狀褶皺，均屬層內(nèi)褶皺，沿近EW向展布，受斷裂切錯影響，形態(tài)不完整，褶皺影像標(biāo)志較典型，形跡較清晰，兩翼地層近平直相交，可見尖角狀的轉(zhuǎn)折端，造成地層發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)折變形（表2）。

3.2.3環(huán)形構(gòu)造

圖4 研究區(qū)遙感地質(zhì)解譯圖Fig.4 The remote sensing geological interpretation map of the study area

區(qū)內(nèi)環(huán)形構(gòu)造總體呈圓形、半圓形、橢圓形、半環(huán)形展布，大小不等，由弧狀山脊或弧形水系構(gòu)成邊界。其中，西南部分布的環(huán)形構(gòu)造中，內(nèi)外紋形色調(diào)有一定差異，推測其可能由內(nèi)應(yīng)力或構(gòu)造變動及隱伏巖漿活動引起（表2左）；中部偏南地區(qū)分布的環(huán)形構(gòu)造多由環(huán)狀及弧狀山脊構(gòu)成邊界，部分可見向心狀水系發(fā)育，個別為大環(huán)套小環(huán)狀態(tài)，形成多處連續(xù)的弧形山脊，推測其底部可能存在中酸性隱伏巖體；南側(cè)發(fā)育一組同心環(huán)，以相間分布環(huán)形山脊與環(huán)形水系為典型特征（表2右），推測其可能與區(qū)域構(gòu)造變動及底部巖漿活動有關(guān)。

表1 部分巖性地層（巖性組合）影像解譯標(biāo)志Table 1 Stratigraphic Image interpretation mark of partial lithology

表2 研究區(qū)內(nèi)部分遙感線性、褶皺、環(huán)形構(gòu)造影像解譯標(biāo)志Table 2 Image interpretation mark of partial Remote sensing linear、fold and ring structure in the study area

3.3 遙感地質(zhì)解譯

據(jù)解譯標(biāo)志完成研究區(qū)遙感地質(zhì)解譯（圖4）。研究區(qū)出露地層主要為中新太古界米蘭巖群，古元古界阿爾金巖群及第四系，地層分布形態(tài)受斷裂構(gòu)造控制明顯。區(qū)內(nèi)多見以大理巖為主的碳酸鹽巖脈體，呈脈狀、透鏡體狀，Quick Bird影像中顯亮白色、淺青色，易于識別。巖漿巖類分布較少，多呈脈狀、透鏡體狀，主要為以花崗巖、斜長巖等為主的中酸性侵入巖。

4 蝕變遙感異常信息提取

遙感異常是一種據(jù)特定遙感數(shù)據(jù)圈定的可能與礦化或圍巖蝕變礦物有關(guān)的信息[12]。本文以Aster數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用主成分分析法（K-L變換），提取與熱液蝕變有關(guān)的鐵染和羥基蝕變信息。該方法是在克羅斯塔分析方法的基礎(chǔ)上，利用特定波段光譜特征，通過主成分分析來提取蝕變巖石的光譜特征[13]。

4.1 鐵染異常信息提取

目的是提取與黃鉀鐵釩、黝簾石等相關(guān)的蝕變遙感異常。本次鐵染異常提取，選用Aster1.Aster2.Aster3.Aster4波段做主分量分析，以標(biāo)準(zhǔn)離差±4σ為主分量輸出的動態(tài)范圍，去掉影響異常信息結(jié)果的黑邊、陰影等干擾要素。異常主分量向量應(yīng)具Aster1和Aster2的貢獻(xiàn)系數(shù)符號相反特征（表3）。

據(jù)表3，選PC4作為鐵染異常主分量，再對其求反及異常后處理，得出異常劃分閾值，最終對異常分級，獲得研究區(qū)鐵染異常信息（圖5）。

4.2 羥基異常信息提取

目的是提取Mg-OH基團(tuán)礦物，如綠泥石、綠簾石、角閃石、蛇紋石及碳酸鹽類礦物。選用Aster1.Aster3.Aster4.Aster7波段做主分量分析，以標(biāo)準(zhǔn)離差±4σ為主分量輸出動態(tài)范圍，去掉影響異常信息結(jié)果的水體與陰影、植被等干擾要素。異常主分量的本征向量應(yīng)Aster3和Aster7的貢獻(xiàn)系數(shù)與Aster4的貢獻(xiàn)系數(shù)符號相反特征（表4）。據(jù)表4，選擇PC3作為羥基異常信息主分量，再對其求反并進(jìn)行異常后處理，得出異常劃分閾值，最終對異常分級，獲得研究區(qū)羥基異常信息（圖5）。

表3 鐵染異常信息提取參數(shù)表Table 3 The Parameter list for extracting abnormal information of iron alteration

5 結(jié)論

（1）本次研究中對ETM及ASTER多光譜影像進(jìn)行對比，相互印證，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，對研究區(qū)遙感影像進(jìn)行區(qū)域構(gòu)造解譯。同時，采用多種遙感信息增強(qiáng)方法和HIS融合技術(shù)，提高研究區(qū)Quick Bird影像精度，直觀解譯部分難識別的環(huán)形和褶皺構(gòu)造。筆者總結(jié)認(rèn)為，區(qū)內(nèi)個別環(huán)形構(gòu)造區(qū)域及疑似中酸性侵入巖脈周邊，下部存在隱伏巖體的可能性較大，有些構(gòu)造發(fā)育部位特別是斷裂交匯部位、褶皺轉(zhuǎn)折端部位、片理化帶密集發(fā)育區(qū)，為本區(qū)成礦有利部位。

圖5 研究區(qū)鐵染和羥基異常信息分布圖Fig.5 The iron and hydroxyl anomaly information distribution map in the study area

表4 羥基異常信息提取參數(shù)表Table 4 The Parameter list for extracting abnormal information of hydroxyl alteration

（2）據(jù)研究區(qū)蝕變類型及巖石地層變質(zhì)特征，基于ASTER數(shù)據(jù)，采用比值+主成分分析方法，提取羥基和鐵染蝕變異常，異常分布與已知礦床(點(diǎn))、礦化蝕變范圍基本吻合，表明該方法的有效性。

綜上所述，本區(qū)熱液型銅礦及石英脈型金礦的分布與斷裂構(gòu)造的相交處或構(gòu)造蝕變帶關(guān)系密切。高強(qiáng)度的遙感羥基及鐵染蝕變異常信息區(qū)，化探異常發(fā)育區(qū)和遙感色異常影像區(qū)塊，均可作為礦化蝕變區(qū)的某種指示，結(jié)合3者間相互聯(lián)系，彼此疊合較好區(qū)域可作為下一步工作重點(diǎn)區(qū)域。