基于中、高分辨率遙感影像的羥基和鐵染蝕變信息提取與成礦預(yù)測
——以吉林市等六幅為例

曹 會，張廷秀，李雨柯，韓科胤，溫秋園，王海英

1.中國地質(zhì)調(diào)查局牡丹江自然資源綜合調(diào)查中心，黑龍江牡丹江157021；2.吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長春130021；3.遼寧省北票市自然資源局，遼寧 北票122100

0 引言

遙感具有宏觀監(jiān)測，大范圍獲取數(shù)據(jù)資料；動態(tài)監(jiān)測，快速更新監(jiān)控范圍數(shù)據(jù)；技術(shù)手段多樣，可獲取海量信息；應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，經(jīng)濟(jì)效益高的特點［1］.遙感技術(shù)已經(jīng)成為地質(zhì)工作者從事地質(zhì)研究和地質(zhì)勘查不可或缺的技術(shù)手段.人們可以從遙感影像上獲取大量地質(zhì)信息，運用技術(shù)手段提取成礦信息，為地質(zhì)找礦提供依據(jù).

國內(nèi)外研究者在遙感蝕變信息提取方面提出很多方法，比如主成分分析法、光譜角法、比值法等［2-21］.為了提高遙感地質(zhì)解譯精度，本研究利用Landsat 8和SPOT－6遙感數(shù)據(jù)，在吉林市等六幅地區(qū)開展遙感地質(zhì)解譯，針對不同數(shù)據(jù)源特征采用不同方法提取遙感蝕變信息和成礦預(yù)測工作，以期為重點找礦靶區(qū)的確定提供依據(jù).

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)坐標(biāo)范圍東經(jīng)126°30′～127°00′，北緯43°30′～44°00′，共涉及6幅1∶5萬圖幅，分別是吉林市幅、天崗幅、豐滿幅、新開河屯幅、旺起屯幅和大石頭河子幅，總面積2 238 km2.研究區(qū)西北部為吉林市區(qū)，第四系較發(fā)育，因城市硬化面積較大，對遙感解譯影響較大；東南部以山區(qū)為主，植被覆蓋率較高.地勢由東南向西北逐漸降低，形成中山山區(qū)—低山丘陵區(qū)—峽谷湖泊區(qū)—河谷平原區(qū)的地貌格局.總體地形起伏較大，流水地貌和微地貌發(fā)育，對區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造揭露具有指示性意義.測區(qū)位于古亞洲構(gòu)造域與濱太平洋構(gòu)造域疊合部位，分布有不同時代火山巖、沉積巖、侵入巖，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜.

2 數(shù)據(jù)選擇與預(yù)處理

2.1 OLI遙感數(shù)據(jù)

采用美國陸地衛(wèi)星（Landsat 8）2015年4月22日接收的117－30景ETM數(shù)據(jù)，經(jīng)過融合、校正、圖像增強等處理，形成工作區(qū)遙感影像圖.采用主成分變換融合方法，將1—7波段與第8波段（全色波段）進(jìn)行分辨率融合，得到研究區(qū)增強的圖像，作為本次地質(zhì)構(gòu)造初步解譯的主要圖像，主要控制工作區(qū)區(qū)域構(gòu)造格架以及一些地質(zhì)體界線.同時利用該景數(shù)據(jù)的多光譜波段進(jìn)行遙感異常提取.

2.2 SPOT－6衛(wèi)星數(shù)據(jù)

法國SPOT6衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為本次遙感地質(zhì)解譯的主要數(shù)據(jù).對全色波段與多光譜波段進(jìn)行融合處理，選擇融合后的4（R）、3（G）、1（B）波段合成圖像可形成地面分辨率為1.5 m的彩色圖像，完全可以滿足1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作的詳細(xì)地質(zhì)構(gòu)造解譯，包括與成礦作用相關(guān)的線、帶、環(huán)、塊、色以及與成礦相關(guān)的近礦找礦標(biāo)志解譯，圈定遙感最小找礦靶區(qū).

3 遙感地質(zhì)解譯

3.1 地層解譯

遵循由點到線到面原則.首先，從已掌握地質(zhì)情況或建立解譯標(biāo)志的區(qū)（點）出發(fā)，垂直地質(zhì)構(gòu)造走向（即沿地質(zhì)剖面）進(jìn)行解譯，通過解譯掌握地層層序與變化，了解調(diào)查區(qū)域的基本地質(zhì)狀況；然后，再由線（剖面或路線）沿地質(zhì)線或線性構(gòu)造走向兩側(cè)延伸解譯，進(jìn)而完成全區(qū)的遙感解譯工作.

3.2 構(gòu)造解譯

從地質(zhì)構(gòu)造遙感解譯圖上看，研究區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造及環(huán)形構(gòu)造比較發(fā)育（圖1）.

圖1 研究區(qū)遙感斷裂構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造分布圖Fig.1 Distribution map of RS-interpreted fault and ring structures in the study area

1）斷裂構(gòu)造

此次研究初步解譯斷裂構(gòu)造41條，以北北東、北東向為主，次為北西向斷裂，其他方向斷裂不發(fā)育.北東向斷裂規(guī)模大，延伸長，影像特征明顯，主要表現(xiàn)為北東走向的大型沖溝及北東向排列的陡坎，局部可見北東向排列的斷層三角面，并對現(xiàn)代地形地貌有明顯的控制作用.北西向斷裂在遙感圖像上主要表現(xiàn)為北西走向的折線狀沖溝，北西向排列的陡坎或北西走向的洼地，局部地段控制了現(xiàn)代地形地貌，并顯示為張性斷裂特征.

2）環(huán)形構(gòu)造

區(qū)內(nèi)共解譯出17個環(huán)形構(gòu)造，它們在遙感圖象上主要表現(xiàn)為環(huán)形山脊、環(huán)形沖溝、環(huán)狀色調(diào)異常等.最大的環(huán)形構(gòu)造直徑約4 km，小者約1 km，一般為1～3 km.從空間分布看，研究區(qū)內(nèi)的環(huán)形構(gòu)造與斷裂構(gòu)造有極密切的關(guān)系，多分布在斷裂構(gòu)造附近或不同方向斷裂交匯部位，并具有成群分布特點，構(gòu)成一些環(huán)形構(gòu)造群.

4 遙感礦化蝕變信息提取

通過對研究區(qū)ETM數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到區(qū)內(nèi)7個多光譜波段矩陣（表1）.第三主成分的B4、B5波段存在序偶，反映植被信息；第四主成分的B6與B7波段、B4與B7波段存在序偶，可用B6、B7兩個波段運算提取鐵染異常；第五主成分的B1與B4波段存在序偶，可通過B1、B4兩個波段運算提取羥基異常.

表1 研究區(qū)多光譜數(shù)據(jù)矩陣表Table 1 Multispectral band spacing array table of the study area

利用具有序偶關(guān)系并能提取遙感異常的兩個波段做散點圖.B4、B1散點圖見圖2，B6、B7散點圖見圖3.

圖2 B4/B1散點圖Fig.2 Scatter plot of B4/B1 bands

圖3 B6/B7散點圖Fig.3 Scatter plot of B6/B7 bands

通過圖2分析，B4與B1散點主要分布在對角線下方，即B4/B1小于1，礦化信息主要為Y＝X線上區(qū)域，同時B1與B4波段相關(guān)系數(shù)為0.87，呈線性正相關(guān).因此選取用比值法，（B4＋10660）/1.90B1，同時掩膜掉B4/B1小于1的區(qū)域，截取其高端值，分為三級鐵染異常.

圖3中出現(xiàn)雙橢圓，為高植被覆蓋區(qū)典型的散點圖.主橢圓分布形狀為線性分布，相關(guān)系數(shù)為0.96，說明B6與B7波段之間具有高度的線性正相關(guān)，長軸方向斜率為1.03，可采用（B6－1292）/1.03B7的比值法或利用B6、B7兩個波段進(jìn)行主成分分析，取第二主成分高端值提取遙感羥基異常，分為三級羥基異常.對一級鐵染異常進(jìn)行“3×3”濾波，對二、三級鐵染異常進(jìn)行“5×5”濾波.

4.1 羥基異常分布特征

從遙感羥基蝕變異常圖（圖4）可以看出，區(qū)內(nèi)羥基異常主要分布在工作區(qū)中部及中北部，并且明顯與斷裂構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造有關(guān)，多分布于斷裂構(gòu)造附近及環(huán)形構(gòu)造集中區(qū)，應(yīng)為礦化蝕變引起.

圖4 遙感羥基蝕變異常圖Fig.4 RS-interpreted hydroxyl alteration anomaly map

研究區(qū)內(nèi)的羥基異常分布相對集中.其中一處主要集中于吉林市東側(cè)白菜溝附近的北東向斷裂帶上，異常主密度分布區(qū)多集中在豐滿礫巖及楊家溝組中，周圍為中侏羅世淺肉紅色中細(xì)粒二長花崗巖和早侏羅世灰白色斑狀花崗閃長巖大面積出露區(qū).分布區(qū)內(nèi)解譯出環(huán)形構(gòu)造4處，可能為隱伏巖體引起，因此認(rèn)為此處的羥基異?？赡芘c礦化蝕變有關(guān)，應(yīng)為礦化蝕變引起的羥基異常.另一處在松花湖南狄家溝附近羥基異常相對集中，該帶出露地層以中侏羅世灰白色中細(xì)?；◢忛W長巖為主，并且在異常分布區(qū)發(fā)育北西向局部小斷裂，認(rèn)為可能與礦化蝕變有關(guān).在松花湖周圍羥基異常較多，可能在一定程度上受到水的影響，需結(jié)合其他地質(zhì)信息綜合考慮.

4.2 鐵染異常分布特征

研究區(qū)內(nèi)的鐵染異常主要集中于北部小塘坊－卡福屯一帶、東部和平屯南側(cè)、西部巴虎屯附近、南部旺起鎮(zhèn)－摩天村一帶（圖5）.它們多與斷裂構(gòu)造或環(huán)形構(gòu)造有關(guān)，其中部分異常與羥基異常相吻合.這些異常應(yīng)與礦化蝕變有關(guān)，屬礦化蝕變引起的異常.

圖5 遙感鐵染蝕變異常圖Fig.5 RS-interpreted iron-stained alteration anomaly map

5 遙感成礦預(yù)測

根據(jù)遙感解譯的斷裂構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造以及遙感異常蝕變信息等綜合信息，在研究區(qū)內(nèi)共圈出6處遙感信息異常區(qū)（圖6），各異常區(qū)位置及預(yù)測依據(jù)如下.

圖6 研究區(qū)綜合遙感信息圖Fig.6 RS-interpreted integrated anomaly map of the study area

預(yù)測區(qū)Ⅰ：中心坐標(biāo)126°50′33″E，43°57′52″N，異常區(qū)面積28.63 km2.區(qū)內(nèi)的3個環(huán)形構(gòu)造呈現(xiàn)串珠狀沿北東向排列，與區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造走向相一致.區(qū)內(nèi)發(fā)育北東向及北北東向斷裂，北西向張性小構(gòu)造.該區(qū)為遙感一至三級羥基異常集中分布區(qū).

預(yù)測區(qū)Ⅱ：中心坐標(biāo)126°44′36″E，43°51′49″N，異常區(qū)面積30.38 km2.區(qū)內(nèi)2個環(huán)形構(gòu)造呈北西向排列，同時有2個大的環(huán)形構(gòu)造切過該區(qū).發(fā)育北東向局部小斷裂和北西向局部小斷裂.遙感羥基、鐵染異常在區(qū)中零星分布.

預(yù)測區(qū)Ⅲ：中心坐標(biāo)126°39′23″E，43°50′14″N，異常區(qū)面積12.89 km2.區(qū)內(nèi)分布2個環(huán)形構(gòu)造，北西向排列，北東與北西向構(gòu)造交叉，同時發(fā)育一組北北東向構(gòu)造帶.為遙感鐵染異常高度集中區(qū)，無羥基異常.

預(yù)測區(qū)Ⅳ：中心坐標(biāo)126°37′24″E，43°36′07″N，異常區(qū)面積21.29 km2.區(qū)內(nèi)分布2個環(huán)形構(gòu)造，北西向排列，北東與北西向構(gòu)造交叉，同時發(fā)育一組北北東向構(gòu)造帶，為遙感鐵染異常高度集中區(qū)，無羥基異常.

預(yù)測區(qū)Ⅴ：中心坐標(biāo)126°45′58″E，43°35′58″N，異常區(qū)面積9.55 km2.主要分布在侏羅系花崗閃長巖內(nèi)，異常區(qū)范圍和區(qū)內(nèi)一個環(huán)形構(gòu)造基本重合，發(fā)育北西向局部小斷裂構(gòu)造.為遙感羥基異常高度集中區(qū).

預(yù)測區(qū)Ⅵ：中心坐標(biāo)126°51′04″E，43°33′53″N，異常區(qū)面積28.62 km2.區(qū)內(nèi)分布2個環(huán)形構(gòu)造，東南的環(huán)形構(gòu)造明顯晚于西北的環(huán)形構(gòu)造，北西向與北東向局部小斷裂構(gòu)成格子狀構(gòu)造.為遙感羥基異常高度集中區(qū)，零星分布鐵染異常.

6 結(jié)語

本次研究共完成1∶5萬吉林市、天崗、豐滿、新開河屯、旺起屯、大石頭河子幅遙感地質(zhì)解譯2 238 km2.通過遙感地質(zhì)解譯建立區(qū)內(nèi)地質(zhì)體遙感解譯標(biāo)志，全區(qū)解譯出影像巖石單元30個，推斷解譯出線性斷裂41條，環(huán)形構(gòu)造17處.利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了礦化信息提取工作.根據(jù)遙感解譯的地質(zhì)、構(gòu)造、礦化信息提取結(jié)果，圈定出6處遙感信息異常區(qū).

遙感解譯的斷裂構(gòu)造充分發(fā)揮了遙感技術(shù)的直觀性、宏觀性、多信息源等特點，根據(jù)其影像特征可明顯見其延伸方向、斷層規(guī)模等，亦可判斷部分構(gòu)造性質(zhì)，可解譯程度高，可供野外工作直接利用.

遙感信息異常區(qū)是根據(jù)遙感蝕變礦化信息提取、遙感解譯的斷裂構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造相結(jié)合綜合分析圈定的，是從遙感角度圈定的成礦有利部位，可供野外找礦參考.