格陵蘭島科瓦內(nèi)灣遙感異常提取及找礦預(yù)測

陳 超，朱志敏，王 璠

（1.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610000；2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都610000；3.四川省巴中市南江縣國土資源局，四川 巴中 635600）

1 區(qū)域概況

工作區(qū)位于格陵蘭島南部的加達(dá)爾（Gardar）省那薩克（Narsaq）鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)：60°57′ 30.53″ N，45°56′51.45″W。格陵蘭島氣候嚴(yán)寒，冰雪茫茫，除工作區(qū)等西南沿海少數(shù)地區(qū)無永凍層，有少量樹木與綠地之外，全島85%的地面覆蓋著道道冰川與厚重的冰山。目前無規(guī)模開采的礦山企業(yè)。

2 遙感地質(zhì)解譯

地質(zhì)解譯包括巖性解譯和構(gòu)造解譯?；贏rcgis平臺(tái)，采用計(jì)算機(jī)處理及人機(jī)交互的方式，以Landsat8數(shù)據(jù)為主要遙感信息源，以工作區(qū)OLI影像及圖像增強(qiáng)后的影像為參考，并輔助ASTER影像，通過建立各類巖性、構(gòu)造的解譯標(biāo)志，對工作區(qū)巖性和構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)解譯。

2.1 巖性解譯

解譯根據(jù)已建立的各類巖性解譯標(biāo)志，從整體到局部，由易到難的順序?qū)ぷ鲄^(qū)的巖性特征界限進(jìn)行勾繪，共解譯侵入巖、花崗巖、侵入細(xì)晶花崗巖、堿性花崗巖、酸性變質(zhì)火山巖、輝石黑云母二長巖、輝長巖、正長巖、霞石正長巖、方鈉霞石正長巖、玄武巖、砂巖、片麻巖、碳酸鹽、粗面巖、閃長巖、角閃巖等17種巖性，正長巖脈26條，輝長巖脈104條，未知巖脈141條。

2.2 構(gòu)造解譯

解譯時(shí)，工作區(qū)采用OLI數(shù)據(jù)7、6、5及7、5、4波段假彩色合成影像，上述兩種波段組合方式生成的圖像色彩鮮艷，層次豐富，紋理清晰，能突出工作區(qū)的構(gòu)造特征。解譯根據(jù)已建立的各類型構(gòu)造解譯標(biāo)志，從整體到局部，由易到難的順序?qū)ぷ鲄^(qū)的構(gòu)造特征界限進(jìn)行勾繪，共解譯一級斷層19條，二級斷層88條，推測斷層10條，環(huán)形構(gòu)造10個(gè)。

3 遙感異常提取與篩選

本次遙感蝕變信息提取以O(shè)LI、ASTER數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過輻射定標(biāo)、大氣校正及植被、水體等掩膜等遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理后，基于主成分分析的方法分別提取羥基異常和鐵染異常。

3.1 遙感異常提取的地質(zhì)依據(jù)及方法

圍巖蝕變是與熱液有關(guān)的金屬礦的重要找礦標(biāo)志，且不同的圍巖蝕變反映了不同的成礦條件。圍巖蝕變礦物一般含有羥基離子（團(tuán)），在境外波譜區(qū)間有明顯的特征吸收譜段，在遙感圖像中易于識(shí)別，對找礦具有一定的指導(dǎo)意義。同時(shí)，礦化一般伴隨有褐鐵礦化等鐵氧化物次生蝕變，以鐵氧化物組成的鐵帽為礦體表生氧化露頭的顯著性標(biāo)志，也是最直接的找礦標(biāo)志之一。鐵氧化物有褐鐵礦、赤鐵礦和黃鉀鐵礬等，化學(xué)成分普遍含有Fe2+和Fe3+離子（團(tuán)），在可見光波段有特征吸收譜段和強(qiáng)反射譜段，在遙感圖像中易于識(shí)別，除了指導(dǎo)尋找鐵礦床，對其他金屬礦的找礦工作也具有一定的指導(dǎo)意義。遙感獲得的是地表信息，只要有一定面積的蝕變巖石出露，就可能被遙感檢測，即礦體隱伏。本次遙感蝕變異常信息提取波譜依據(jù)如表3-1-1。

表3-1-1 鐵染蝕變和羥基蝕變的波譜依據(jù)

依據(jù)礦化蝕變巖與圍巖的波譜特征的差異，可采用圖像增強(qiáng)處理方法獲取礦化蝕變信息增強(qiáng)的圖像變量，從而最終實(shí)現(xiàn)提取礦化蝕變信息的目的。本文主要采用的圖像增強(qiáng)突出蝕變信息的方法為主成分分析法。

3.2 基于Landsat 8數(shù)據(jù)的礦化蝕變異常信息提取

根據(jù)含鐵氧化物光譜特征分析，對含鐵異常主分量的判斷準(zhǔn)則是：構(gòu)成主分量的特征向量，其band3系數(shù)符號(hào)應(yīng)與band1、band4的系數(shù)符號(hào)相反。根據(jù)特征向量矩陣分析PC4符合含鐵氧化物異常信息分布規(guī)律，因此，把該主成分求反后的圖像作為提取含鐵氧化物信息的最佳變量。

根據(jù)含羥基礦物光譜特征分析，對含羥基異常主分量的判斷準(zhǔn)則是：構(gòu)成主分量的特征向量，其band5系數(shù)符號(hào)應(yīng)與band7、band4的系數(shù)符號(hào)相反，band1一般與band5系數(shù)符號(hào)相同。根據(jù)特征向量矩陣分析，把PC2作為提取含羥基礦物異常信息的最佳變量。

對PC4和PC2采用主分量分析門限法分割異常值和背景值，以提取“鐵染”及“羥基異?！毙畔?，并可對其信息強(qiáng)度進(jìn)行分級。根據(jù)該工作區(qū)的實(shí)際特點(diǎn)，選取合適的閥值以及分割點(diǎn)進(jìn)行異常等級的劃分，最終生成一級異常、二級異常、三級異常3級標(biāo)準(zhǔn)的異常信息分類圖，異常級別越高，所在地區(qū)礦化蝕變程度越強(qiáng)。

3.3 基于ASTER數(shù)據(jù)的礦化蝕變異常信息提取

在對ASTER數(shù)據(jù)進(jìn)行鐵染信息提取時(shí)，選取Band1、Band2、Band3、Band4的波段組合方式進(jìn)行提取，計(jì)算結(jié)果中，Band1和Band3的特征向量系數(shù)符號(hào)相同，Band2和Band4的特征向量系數(shù)符號(hào)相同，且Band1和Band2的特征向量系數(shù)符號(hào)相反。Band1-4的波段組合針對褐鐵礦、針鐵礦和赤鐵礦蝕變信息的提取。根據(jù)特征向量矩陣分析PC4符合含鐵氧化物異常信息分布規(guī)律。

通過對羥基礦物波譜特征信息的了解，以及研究區(qū)常見羥基礦物，選擇Band1、Band3、Band4、Band8波段組合進(jìn)行工作區(qū)ASTER羥基蝕變信息的提取。組合波段計(jì)算結(jié)果中，Bnad4和Band8的特征向量系數(shù)符號(hào)應(yīng)相反，且Band4的特征向量系數(shù)應(yīng)為負(fù)。此波段組合是針對綠泥石化/黑云母化蝕變礦物的信息提取波段。根據(jù)特征向量矩陣分析PC4符合含羥基礦物異常信息分布規(guī)律。

對PC4采用主分量分析門限法分割異常值和背景值，以提取“鐵染”及“羥基異?！毙畔?，并可對其信息強(qiáng)度進(jìn)行分級，生成3級標(biāo)準(zhǔn)的異常信息分類圖。

3.4 礦化蝕變異常篩選及圈定

利用ASTER和Landsat 8數(shù)據(jù)提取的蝕變信息，進(jìn)行對比分析，再結(jié)合已有的工作區(qū)礦區(qū)地質(zhì)圖，發(fā)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)提取的鐵染蝕變信息匹配性較高，效果較好；ASTER數(shù)據(jù)提取的羥基蝕變信息與地質(zhì)圖上礦區(qū)顯示的有礦區(qū)域擬合度較高，具有較高的可信度，比較符合礦區(qū)的成礦特征，并且很好的反映了礦區(qū)圍巖蝕變的特點(diǎn)。再結(jié)合Google Earth及多光譜遙感影像，排除地質(zhì)災(zāi)害崩塌區(qū)域，修改并刪除非礦化相關(guān)異常信息，重復(fù)驗(yàn)證并仔細(xì)核對，最終得到鐵染、羥基異常圈定圖。

通過Landsat8和ASTER兩種數(shù)據(jù)異常的相互驗(yàn)證，同時(shí)剔除掉因?yàn)楦鞣N沖積物、崩積物、冰磧物等造成的異常干擾信息，最終確定了6個(gè)鐵染異常包及5個(gè)羥基異常包，其中Igaliko雜巖體上分布有1個(gè)鐵染異常包和1個(gè)羥基異常包，Motzfeldt雜巖體上分布有3個(gè)鐵染異常包，Motzfeldt雜巖體的北西方向并與之隔海相望的巖體上分布有2個(gè)鐵染異常包和2個(gè)羥基異常包，Ilimaussaq雜巖體上分布有2個(gè)羥基異常包，并與該雜巖體上發(fā)現(xiàn)的稀土礦點(diǎn)位置比較吻合。

4 遙感找礦預(yù)測

通過本區(qū)及外圍已知礦床點(diǎn)的成礦地質(zhì)特征及遙感巖性構(gòu)造規(guī)律分析，歸納出：工作區(qū)西北部和東南部主要為花崗巖，中部主要為正長巖，主要分布在Ilimmaasaq、Igaliko和Motzfeldt三大巖體上。Ilimmaasaq巖體上已有的礦點(diǎn)表明，稀土礦的主要賦礦巖石為霞石正長巖，羥基蝕變較明顯，遙感圖像特征顯著。

把依據(jù)遙感圖像圈定的找礦預(yù)測區(qū)劃分為A、B兩類，A類預(yù)測區(qū)遙感成礦地質(zhì)條件好，區(qū)內(nèi)或附近有已知礦床（點(diǎn)）和遙感圖像巖性、構(gòu)造、異常套合較好，找礦前景良好；B類預(yù)測區(qū)遙感成礦條件較好，綜合遙感成礦條件不完備，但具有某些特征的遙感依據(jù)，如遙感構(gòu)造控制帶，遙感斷裂破碎帶等，有較好的或有疑似采礦形跡，為找礦可能區(qū)。

圖4-1 A-1預(yù)測區(qū)圖

圖4-2 A-2預(yù)測區(qū)圖

圖4-3 B類預(yù)測區(qū)圖

本次工作區(qū)共圈出A類預(yù)測區(qū)2處，B類1處。三處預(yù)測區(qū)巖性主要為正長巖，影像特征典型，Landsat8RGB組合方式為7、6、5時(shí)，巖體呈土黃色，RGB組合方式為7、5、4時(shí)，巖體呈紫紅色、粉紅色，與其背景巖體色調(diào)差異明顯。此外，通過遙感鐵染異常和羥基異常篩選，發(fā)現(xiàn)A-1 Ilimmaasaq稀土礦預(yù)測區(qū)有較強(qiáng)烈的羥基蝕變，羥基異常顯著，見圖4-1，同時(shí)，此區(qū)域附近已知有一處稀土礦點(diǎn)正在開采，故推測其可能形成稀土礦床。發(fā)現(xiàn)A-2 Igaliko巖體中部稀土礦預(yù)測區(qū)有較強(qiáng)烈的鐵染、羥基蝕變，鐵染、羥基異常顯著，且該異常區(qū)域影紋特征特殊，呈現(xiàn)環(huán)形構(gòu)造特征，見圖4-2，結(jié)合Ilimmaasaq巖體上的稀土礦點(diǎn)圖像及蝕變特征，故推測其可能形成與其他礦床伴生的稀土礦床。發(fā)現(xiàn)B類預(yù)測區(qū)有較強(qiáng)烈的鐵染蝕變，鐵染異常顯著，因此有鐵染異常包分布，同時(shí)，此處還有較強(qiáng)烈的羥基蝕變，雖然沒有形成羥基異常包，但是羥基異常亦顯著，見圖4-3，結(jié)合Ilimmaasaq巖體上的稀土礦點(diǎn)圖像及蝕變特征，故推測其可能形成與其他礦床伴生的稀土礦床。