北京市遙感礦產(chǎn)地質(zhì)構(gòu)造解譯與異常提取初步分析

張曉亮,鄭國慶,方同明

(北京市地質(zhì)調(diào)查研究院,北京 100195)

1 北京地質(zhì)概況

北京地處內(nèi)蒙古高原、山西黃土高原、華北平原的交接地帶,地勢西北高,東南低,西、北、東三面環(huán)山,東南面向廣闊的平原.平原地勢上像一個(gè)半封閉狀態(tài)的海灣,地理學(xué)上稱其為"北京灣".

北京地區(qū)斷裂構(gòu)造相當(dāng)發(fā)育,有東西向、北東向、北北東向、北西向及近南北向5組斷裂.各斷裂構(gòu)造間相互復(fù)合、交切,構(gòu)成復(fù)雜的斷裂構(gòu)造格架.其中以東西向及北北東向斷裂最為發(fā)育、規(guī)模最大,其次是北東向斷裂.北京東西向斷裂帶分布在北部山區(qū),主要有3個(gè)帶:北帶為長哨營古北口斷裂帶,中帶為沙廠-墻子路斷裂帶,南帶分布于平谷地區(qū).北北東、北東向斷裂在整個(gè)地區(qū)都有發(fā)育,是北京市最發(fā)育的一組斷裂,規(guī)模大,分布廣,自西而東有紫荊關(guān)-大海坨斷裂帶、沿河城-南口斷裂帶、八寶山斷裂帶、南苑-通縣斷裂帶以及永樂店-夏墊-馬坊斷裂帶.南北向斷裂規(guī)模小、走向平直、時(shí)代較晚,自西往東,依次有西二道河、青石嶺、娘子水和黃崖關(guān)斷裂等.北西向主要有永定河、南口-孫河、小湯山和二十里長山斷裂.

2 遙感資料處理

2.1 影像資料

主要資料:landsat7- ETM數(shù)據(jù),3景,數(shù)據(jù)格式FST, 8個(gè)波段,多波段分辨率30m,全色波段15m,遠(yuǎn)紅外波段60m.Aster數(shù)據(jù),4景,數(shù)據(jù)格式DAT,13個(gè)波段,分辨率15m,部分world-view數(shù)據(jù),分辨率1m.輔助資料:①北京市1:250000地質(zhì)圖,②北京市布格重力異常圖,③北京市1:100000地形圖.

2.2 圖像處理

(1)遙感數(shù)據(jù)處理:圖像幾何校正、大氣校正、影像融合、數(shù)字鑲嵌及圖像拉伸等.

(2)幾何校正:采用多項(xiàng)式擬合方法,單景數(shù)據(jù)校正時(shí)不少于12個(gè)點(diǎn),總平方根誤差不大于1.5個(gè)像元.

(3)線性增強(qiáng)處理:為提高影像的分辨率, 突出線性斷裂, 運(yùn)用定向?yàn)V波、主成分分析和假彩色合成等技術(shù)對(duì)ETM 圖像進(jìn)行專題信息增強(qiáng).

(4)彩色合成:ETM采用741波段組合進(jìn)行圖像解譯,3個(gè)波段組合具有相關(guān)性小,信息量大,圖像具有兼容中紅外、近紅外及可見光波段信息的優(yōu)勢,色彩豐富,層次感好,清晰度高,干擾信息少,有極為豐富的地質(zhì)信息和地表環(huán)境信息;地質(zhì)可解譯程度高,各種構(gòu)造形跡(褶皺及斷裂)顯示清楚,不同類型的巖性、巖石地層單元邊界、以及火山機(jī)構(gòu)顯示清晰.

2.3 地質(zhì)構(gòu)造信息提取

主要使用ETM數(shù)據(jù),重要地段使用了ASTER和World-View數(shù)據(jù).在信息增強(qiáng)處理獲得假彩色合成圖像的基礎(chǔ)上, 采用人機(jī)交互模式, 進(jìn)行目視綜合解譯,提取相關(guān)的線、環(huán)、色、帶、塊等遙感要素,建立影像標(biāo)志(見表1).

表1 遙感要素解譯標(biāo)志表

2.4 蝕變異常的提取

遙感異常提取技術(shù)統(tǒng)一采用比較成熟的克羅斯塔技術(shù)和光譜角監(jiān)督分類技術(shù),以ASTER/TM為數(shù)據(jù)源,一次性異常提取,一般以"景"為單位.提取對(duì)象為羥基和鐵染兩類異常.

(1)異常信息提取方法原理

遙感異常提取方法采用"面向特征主分量選擇法" (克羅斯塔技術(shù)),當(dāng)需要從所提取的異常中檢出與某種類型礦床相關(guān)的遙感異常時(shí)(分類提取),可采用光譜角法進(jìn)行監(jiān)督分類.

(2)主要技術(shù)流程

遙感異常提取流程包括預(yù)處理、異常提取、數(shù)據(jù)庫3部分.

第一步:預(yù)處理

主要內(nèi)容:準(zhǔn)歸一化和遙感異常去干擾處理.

① 準(zhǔn)歸一化處理.準(zhǔn)歸一化系數(shù)為K=GkXd2/(sinφ XG) 其中:

Gk 增益系數(shù)值;d為日地距離(由國際天文機(jī)構(gòu)提供);φ日光入射角(由每景TM數(shù)據(jù)參數(shù)表提供);G可選常數(shù),取0.2或0.25.

② 遙感異常干擾處理.在異常提取前、后根據(jù)圖像中顯示的區(qū)域遙感地質(zhì)、環(huán)境特征,對(duì)數(shù)據(jù)做某些必要的去干擾處理,最大程度地清除干擾覆蓋區(qū).如,去除圖像中波段間不重疊邊界處理;不同景、不同時(shí)相遙感圖像、數(shù)據(jù)之間準(zhǔn)歸一化處理;根據(jù)圖像中遙感環(huán)境特征同異,選用整景或?qū)⒁痪皥D像分割為數(shù)個(gè)子區(qū)分別處理;去除云、霧覆蓋區(qū)處理;去除冰雪、水體覆蓋區(qū)處理;去除地形陰影、云影覆蓋區(qū)處理;去除植被覆蓋區(qū)處理;去除鹽堿地(白泥地)分布區(qū)處理.

第二步:異常提取

① 面向特征主分量選擇法(TM數(shù)據(jù)):采用B1、4、5、7提取羥基異常.采用B1、3、4、5提取鐵染異常.

② 光譜角法:一般應(yīng)采用B1-B5,B7波段聯(lián)合提取(TM數(shù)據(jù)).

第三步:異常編圖及數(shù)據(jù)庫建立

提取的異常信息轉(zhuǎn)成MAPGIS數(shù)據(jù)格式,在MAPGIS平臺(tái)上編制異常圖、掛異常屬性,建立異常數(shù)據(jù)庫.

3 研究成果

3.1 遙感構(gòu)造地質(zhì)特征解譯

通過遙感地質(zhì)構(gòu)造解譯,北京市范圍內(nèi)共解譯了斷裂435條、脆韌性變形構(gòu)造帶8條、逆沖推覆滑脫構(gòu)造3條,環(huán)要素80個(gè).基本確定了北京市構(gòu)造格局以EW、NENNE、NW向斷裂為主,主要斷裂有尚義-平泉斷裂、密云-墻子路斷裂、南口山前斷裂、河防口斷裂等.

(1)斷裂構(gòu)造

區(qū)域性大斷裂具有控制成礦的作用,是劃分成礦區(qū)帶的重要界線,如尚義-平泉斷裂,是北京市一條重要的控礦構(gòu)造,沿?cái)嗔芽刂平?、銅、鉛、鋅多金屬成礦的作用,不同區(qū)段礦床類型不同,西段主要為金礦、銅礦,東部則為鉬、鉛、鋅、金、銀等多金屬礦化.

(2)環(huán)形構(gòu)造

全市解譯出的80個(gè)環(huán)形構(gòu)造,成因?yàn)橹猩◢弾r類引起的環(huán)形構(gòu)造、與隱伏巖體有關(guān)的環(huán)形構(gòu)造和一些火山口、火山機(jī)構(gòu)或通道有關(guān)環(huán)形構(gòu)造等,對(duì)中生代花崗巖引起的環(huán)形構(gòu)造的分布規(guī)律以及分布密度推斷,沿清水-大莊科-馮家峪展布的一條巖漿巖帶,走向NE,與布格重力異常沿NE向呈條帶型展布一致,推斷存在一條NE向的酸性-中酸性巖漿巖構(gòu)造帶,該帶對(duì)北京地區(qū)成礦作用有著重要的意義.

(3)色帶要素

太古代密云變質(zhì)巖,沉積變質(zhì)鐵礦賦礦巖層中主要巖石為英云閃長質(zhì)片麻巖、奧長花崗質(zhì)片麻巖夾變粒巖、斜長角閃巖、磁鐵石英巖等,具片麻狀構(gòu)造.遙感解譯標(biāo)志明顯,變質(zhì)巖分布區(qū)山低坡緩,切割不深,植被不發(fā)育,紋理不明顯(圖1),團(tuán)塊狀色異常.不整合于長城系石英砂巖之下、或?yàn)閿鄬訛榻?二者之間界線清晰,以具有陡崖地貌為特征.

圖1 沙廠變質(zhì)鐵礦帶要素影像

3.2 遙感異常特征分析

(1)區(qū)域分布

遙感異常主要分布在延慶、密云、房山等地,構(gòu)成3個(gè)異常組合濃集中心(圖2).延慶、密云異常組合基本以鐵染組合為主,房山異常組合則為羥基組合.

圖2 北京市組合異常密度圖

(2)延慶鐵染組合

分布在延慶縣永寧、四海、寶山寺一帶,構(gòu)成兩個(gè)異常群.西側(cè)盆地異常環(huán)繞延慶盆地分布,位于山前地帶,盆地邊緣(圖3).圍巖土城子組紫紅色礫巖(北側(cè))、髫髻山組粗安質(zhì)、安山質(zhì)熔巖及粗安巖、安山巖巖株等(南側(cè)).盆地為第四紀(jì)沖洪積亞砂土堆積.東側(cè)異常群分布在環(huán)形構(gòu)造南緣,圍巖主要為薊縣系白云巖,次為侏羅系髫髻山組粗安質(zhì)、安山質(zhì)熔巖、土城子組紫紅色礫巖等.環(huán)形構(gòu)造由花崗巖類巖石侵位形成,在環(huán)形構(gòu)造內(nèi)的薊縣系白云巖地層出露區(qū),發(fā)現(xiàn)有花崗巖體存在.一般說來,白云巖分布區(qū)出現(xiàn)鐵染異常不太正常,推測該異常可能為礦化蝕變所致.

圖3 延慶鐵染組合

(3)密云鐵染組合

分布在密云境內(nèi)大城子、太師屯、不老屯一帶.該組合以鐵染異常為主,少有羥基異常(圖4).圍巖為太古代英云閃長質(zhì)片麻巖、紫蘇黑云斜長變粒巖、基性麻粒巖為主夾磁鐵石英巖等,植被不發(fā)育.組合呈離散分布,異常與圍巖關(guān)系非常密切.

圖4 密云鐵染組合

(4)房山羥基組合

分布在房山區(qū)張坊、周口店、石景山區(qū)潭柘寺等地.其位置基本處于太行山前與平原交界地帶之丘陵地貌,構(gòu)成NE向異常帶,分布較為集中(圖5).圍巖以薊縣系白云巖為主,其次為青白口系白云巖礫巖、海綠石砂巖頁巖、寒武-奧陶系灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、頁巖、石炭-二疊系砂頁巖、鋁土質(zhì)頁巖夾煤層和中部房山花崗侵入巖.羥基組合異常不完全因CO32-所致,房山羥基組合受構(gòu)造控制.西南側(cè)異常最強(qiáng)處具環(huán)形構(gòu)造,白云巖色調(diào)偏紅,團(tuán)塊狀影紋結(jié)構(gòu),山低坡緩,山脊圓滑,影像特征與北側(cè)同一巖石單位明顯不同,推測地下存在隱伏巖體,房山羥基異常組合分布區(qū)可能存在隱伏礦化的可能.

圖5 房山羥基異常組合

4 結(jié)論

(1)遙感礦產(chǎn)地質(zhì)構(gòu)造解譯

本次工作解譯了與礦相關(guān)的找礦遙感要素,利用遙感五要素反映礦化蝕變信息不但為各礦種資源潛力預(yù)測提供了依據(jù),而且較好地反映了遙感特色,圖面反映與找礦有關(guān)的線、環(huán)、色、帶、塊遙感要素,控礦因子明顯,便于圖面分析和找礦預(yù)測.

(2)遙感異常提取

遙感異常是指從遙感數(shù)據(jù)中提取地物光譜信息與巖石蝕變礦物有關(guān)的一種近礦指示信息.含鐵(Fe2+,Fe3+)和含羥基(OH-)、水(H20)或碳酸根(C032-)等圍巖蝕變,與金屬礦床有較好的相關(guān)性,異常強(qiáng)度可由蝕變礦物引起的若干特征吸收光譜段變量或它們的數(shù)字變換數(shù)據(jù)確定,這種信息是由二維空間連續(xù)無間隙采集一定區(qū)域范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)生成的,它不受人為因素影響,具有較高采樣密度和定位精度.

遙感異常信息提取技術(shù)是從遙感數(shù)據(jù)中提取蝕變信息的新技術(shù).該技術(shù)使用Landsat7ETM衛(wèi)星數(shù)據(jù).這種遙感數(shù)據(jù)在可見光-近紅外范圍內(nèi)具有6個(gè)光譜段,含鐵礦物在TM1-4可見光及近紅外波段具有明顯的光譜吸收特征,對(duì)于探測干旱、半干旱環(huán)境中含褐鐵礦的巖石與土壤有較好的效果;TM5(1.55～1.75μm)和TM7是專為地質(zhì)勘查設(shè)計(jì)的波段.在TM7(2.08～2.35μm)波段內(nèi),羥基和碳酸鹽礦物形成明顯的特征吸收帶,是目前探測含Al-OH、Fe-OH、Mg-OH基團(tuán)礦物與碳酸鹽類較理想的航天遙感數(shù)據(jù).這次礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)遙感專題研究,首次利用TM遙感數(shù)據(jù)完成北京市遙感羥基、鐵染異常提取,編制了全市異常組和圖.

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