遙感技術(shù)在區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查中的應(yīng)用研究

林建平

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院， 福州，350013)

遙感作為一種先進(jìn)的空間技術(shù)，具有較好的綜合性、宏觀性及直觀性，對地質(zhì)構(gòu)造解譯具有獨(dú)特的優(yōu)勢[1-2]。受構(gòu)造控制或影響的地質(zhì)體、水體和植被等地物，反射來自太陽的電磁波輻射的能力存在差異，在遙感影像上表現(xiàn)為不同的色調(diào)和形態(tài)特征，可用于直接或間接解譯地質(zhì)構(gòu)造[3]。研究區(qū)位于福建東部，鷲峰山脈東南延伸部分，地勢總體西北高，東南部丹陽盆地、山仔水庫一帶地勢較低，山脈海拔為400～800 m，以中低山侵蝕山地為主。區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，種類較多，有高大的喬木，也有密布的灌木林和雜草叢生?；鶐r多數(shù)遭受植被嚴(yán)重覆蓋，僅在懸崖峭壁、采石場、公路、小路、河流及沖溝內(nèi)可見連續(xù)的基巖露頭。采用遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造、蝕變信息解譯，對研究區(qū)及自然地理環(huán)境、地質(zhì)背景研究區(qū)相似區(qū)域的地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作起先導(dǎo)作用。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于歐亞大陸板塊東南緣，為環(huán)太平洋中、新生代巨型構(gòu)造-巖漿帶的閩東火山斷坳帶，經(jīng)歷了中國東部燕山中-晚期成礦作用大爆發(fā)等構(gòu)造-巖漿-成礦事件。研究區(qū)地層以晚侏羅-早白堊世南園組、早白堊世小溪組、石帽山群(黃坑組、寨下組)為主。侵入巖分布較廣，查明侵入活動時(shí)期有早白堊世、晚白堊世，以早白堊世侵入活動規(guī)模為最大，具多階段、多次活動特點(diǎn)。形成的侵入巖呈巖基、巖株產(chǎn)出，少數(shù)呈巖瘤、巖(墻)脈產(chǎn)出，巖類齊全，巖性繁多，巖石類型以二長花崗巖為主，次為(正長)花崗巖，及少量花崗閃長巖、石英二長閃長巖、晶洞堿長花崗巖、石英正長斑巖等。研究區(qū)斷裂以北東向?yàn)橹?，北西與北東東次之，還有一些因火山活動而形成的環(huán)狀、放射狀斷裂(圖1)。區(qū)內(nèi)礦化、蝕變較為普遍，成礦類型主要以花崗巖型、火山熱液型、斑巖型為主，次為火山熱液-沉積型，該區(qū)是尋找火山-熱液型為主的鉬、鎢、鉛、鋅、銀金、銅等金屬礦床，葉蠟石、明礬石等非金礦床的有利地區(qū)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the study area

2 數(shù)據(jù)選擇及預(yù)處理

研究區(qū)ETM影像利用時(shí)相為2001年3月4日的Landsat ETM+影像，共8個(gè)波段，6個(gè)可見光波段、一個(gè)熱紅外波段和一個(gè)全色波段，光譜范圍覆蓋從可見光到熱紅外波段。提取選用TM1～TM5和TM7六個(gè)可見光波段為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，波長為0 .45～2 .35 μm，空間分辨率30 m(表1)，為現(xiàn)今遙感蝕變異常信息提取的主要數(shù)據(jù)。遙感影像的預(yù)處理是遙感影像地質(zhì)解譯和礦化蝕變信息提取的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，主要包括輻射校正、幾何校正、波段合成、影像增強(qiáng)等。

表1 ETM影像信息特征及用途

研究區(qū)位于我國東南沿海植被高覆蓋地區(qū)，地表植被覆蓋率高的地區(qū)超過70%，且其地形(地貌)以及地表環(huán)境受人類活動影響改變強(qiáng)烈，因此對研究區(qū)的特征影像組合開展分析，進(jìn)而得到最佳波段組合在該次研究中十分必要。從各組中選擇一個(gè)波段進(jìn)行彩色合成經(jīng)過反復(fù)對比嘗試，最終確定ETM543和ETM741波段的組合為最佳波段組合。其優(yōu)點(diǎn)在于具有兼容中紅外、近紅外及可見光波段信息的優(yōu)勢，圖面色彩豐富，層次感好，具有極為豐富的地質(zhì)信息和地表環(huán)境信息；而且清晰度高，干擾信息少，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，不同類型的巖石區(qū)邊界清晰，巖石地層單元的邊界、特殊巖性的展布也顯示清楚。

3 地質(zhì)構(gòu)造遙感解譯

3.1 地質(zhì)構(gòu)造遙感解譯標(biāo)志

研究選用ETM+遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，根據(jù)構(gòu)造解譯標(biāo)志，運(yùn)用直接判斷法、對比分析法、追索法和合理推理法，對該區(qū)遙感影像進(jìn)行解譯。

線性構(gòu)造解譯標(biāo)志：呈較平直延伸的線形負(fù)地形，串珠狀山間盆地；線形展布的陡崖或三角面，鞍部或山脊錯(cuò)斷處，尖棱狀山脊；水系呈直線、折線展布，或分流點(diǎn)、匯流點(diǎn)等；不同色彩、深淺色調(diào)的反差邊界線，色帶；有一定延伸長度的、影紋密集的節(jié)理裂隙帶。

環(huán)形構(gòu)造解譯標(biāo)志：通過色調(diào)、水系等形式表現(xiàn)出來，色調(diào)表現(xiàn)為色環(huán)、色斑，水系表現(xiàn)為河流急拐彎，另外，錐形山峰、環(huán)形盆地、環(huán)形山脊或非常清晰的不明原因引起的環(huán)狀形跡，都是較好的解譯標(biāo)志。

3.2 遙感影像解譯成果

遙感圖像的解譯分為2種：一種是目視解譯，通過直接觀察或借助判讀儀器在遙感圖像上獲取特定目標(biāo)地物信息的過程；另一種是用遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為支撐環(huán)境，利用模式識別技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)遙感圖像中目標(biāo)地物的影像特征，結(jié)合專業(yè)知識進(jìn)行分析和推理，實(shí)現(xiàn)對遙感圖像的理解，完成對遙感圖像的解譯。2種方法各有利弊，該次研究以目視解譯為主，計(jì)算機(jī)解譯為輔，結(jié)合已有研究成果，人機(jī)交互完成研究區(qū)巖性、地層、構(gòu)造等遙感解譯，主要形成線性構(gòu)造解譯成果、遙感蝕變信息異常等圖件。

從研究區(qū)線性構(gòu)造遙感解譯成果圖中(圖2)可以看出，線性構(gòu)造構(gòu)成格子狀構(gòu)造系統(tǒng)。研究區(qū)構(gòu)造以北東向?yàn)橹?，在西北部通過的斌溪—鐘洋一帶北東向線性構(gòu)造(屬于福安—南靖北東向斷裂帶)形態(tài)較為清晰；北西向次之，以東北部的潘洋—洪洋(屬于松溪—寧德北西向斷裂帶)及西南部的霍口—黃竹頭一帶較為顯著；中部丹陽巖體中北東東向霍口—白塔斷裂線性構(gòu)造密集發(fā)育(明溪—羅源東西向斷裂東部)。

圖2 研究區(qū)線性構(gòu)造遙感解譯成果圖Fig.2 Remote sensing interpretation result map of the linear structure in the study area

在遙感影像上，北東、北東東向線性構(gòu)造延伸較差，較連續(xù)、密集，北東東向斷裂在原地質(zhì)調(diào)查成果中未發(fā)現(xiàn)。經(jīng)此次先期遙感解譯，并經(jīng)野外驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)較為醒目，活動時(shí)間相對較新，地表形跡相對較清晰，于早白堊世晚期丹陽巖體中斷裂形跡較多。北西向線性構(gòu)造主要分布于研究區(qū)的西南部、東北部，延伸距離較短，較為稀疏。近東西向線性構(gòu)造零星分布，延伸距離較短，不連續(xù)。線性構(gòu)造的分布格局，表現(xiàn)出研究區(qū)地質(zhì)體呈北東、北東東向的條帶狀、透鏡狀分布。

研究區(qū)內(nèi)北東和北西向線性構(gòu)造相互交切，在線性構(gòu)造發(fā)育與交會部位通常是找礦的有利位置，大多數(shù)礦(化)點(diǎn)分布于此。如研究區(qū)西南部的日溪鉛鋅礦、鐵坑鉛鋅礦、滿盾鐵礦點(diǎn)、迭石鐵礦化點(diǎn)等就產(chǎn)于北東、北西向斷裂帶的交會部位。此外，研究區(qū)還解譯出了大窩、高壟頭、尖峰山、烏石崗、嶺下、石鼓山等6個(gè)環(huán)形構(gòu)造；經(jīng)驗(yàn)證前4個(gè)是火山機(jī)構(gòu)或構(gòu)造盆地等地質(zhì)現(xiàn)象引起的，后面2個(gè)可能是隱伏巖體侵入作用或者成因不明環(huán)形構(gòu)造等引起的，這在今后的工作中要引起注意。

4 遙感影像礦化蝕變信息提取

4.1 理論基礎(chǔ)

遙感影像信息是在提取熱液礦化蝕變的礦物，在短波近紅外波段具有診斷性強(qiáng)的吸收特征，是礦物本身固有的特征[4]。多光譜遙感影像，通常提取鐵染異常和羥基異常2類礦物組合異常。

鐵染異常：是指鐵的氧化物、氫氧化物和硫酸鹽礦物，這類礦物在TM1、TM2、TM3波段有較強(qiáng)的反射，而在TM4波段附近有一個(gè)較強(qiáng)的光譜吸收帶(圖3)。

圖3 研究區(qū)含F(xiàn)e礦物波譜曲線Fig.3 Spectral curves of Fe-bearing minerals

羥基異常：是指富含OH-或 CO32-的礦物，如高嶺石、綠泥石、綠簾石、蒙脫石、明礬石及云母類等次生蝕變礦物，在2.2～2.3 μm附近有較強(qiáng)的吸收譜帶。

4.2 蝕變礦物異常信息提取方法

該次蝕變礦物異常信息提取方法選用主成分分析法(PCA)，基于多波段影像數(shù)據(jù)特征值統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行多維正交線性變換計(jì)算，從而達(dá)到去除相關(guān)、進(jìn)行特征向量提取和數(shù)據(jù)壓縮的目的[5]。

研究區(qū)內(nèi)提取鐵染蝕變信息在TM1和TM4波段上有明顯吸收谷，在TM3波段有相對較高反射率，用TM1、TM3、TM4、TM5等4個(gè)波段做主成分分析法，在加強(qiáng)鐵染信息的同時(shí)，又避免了TM5、TM7波段參與運(yùn)算，排除羥基礦物蝕變信息干擾。

研究區(qū)內(nèi)提取羥基異常信息在TM5存在反射峰，在TM7存在吸收谷，用TM1、TM4、TM5、TM7等4個(gè)波段進(jìn)行PCA，去除TM2、TM3波段是為了防止可見光波段同時(shí)參與運(yùn)算，進(jìn)而排除鐵染礦物蝕變信息干擾。TM5和TM7波段同時(shí)呈現(xiàn)有利于提取羥基類蝕變礦物信息。

對研究區(qū)ETM 1-3-4-5和ETM 1-4-5-7波段組合影像進(jìn)行主成分分析計(jì)算，其特征向量載荷矩陣成果(表2，3)。

表2 ETM 1-3-4-5主成分分析特征向量

表3 ETM 1-4-5-7主成分分析特征向量

4.3 結(jié)果分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分布，研究區(qū)共提取鐵染異常圖斑、圖塊542個(gè)，2個(gè)級別(1～2級異常)異常發(fā)育面積為2.369 km2，占研究區(qū)總面積的0.257%；共提取羥基異常圖斑、圖塊942個(gè)，3個(gè)級別(1～3級異常)異常發(fā)育面積為4.247 km2，占研究區(qū)總面積的0.461%。其分級統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表4)。

表4 研究區(qū)遙感異常統(tǒng)計(jì)結(jié)果

通過對遙感蝕變異常、化探異常、航磁異常、礦床(點(diǎn))與巖漿巖分布等多種地學(xué)信息綜合分析，可以看出如下規(guī)律：

(1)遙感蝕變異常信息與巖漿巖體、化探異常呈明顯吻合度較好，如預(yù)測區(qū)Ⅰ-2、Ⅱ-2、Ⅱ-4內(nèi)遙感蝕變異常分別與91Hs-19(乙)、91Hs-6(乙)、91Hs-17(乙)等1∶20萬水系沉積物綜合異常套合較好。在重力上為局部重力異常，推測深部為隱伏中性巖體，可能為礦的形成提供條件。分布特征與區(qū)域構(gòu)造格局一致。巖體內(nèi)部異常不明顯，異常主要是圍繞丹陽巖體及鐘洋巖體的外接觸帶分布；其次在火山巖分布區(qū)，則呈北東東向展布。

(2)已知礦床、礦(化)點(diǎn)大多位于蝕變異常區(qū)內(nèi)。如羅源滿盾鐵礦點(diǎn)、迭石鐵礦化點(diǎn)、寧德菰洋鉛鋅礦化點(diǎn)位于預(yù)測區(qū)I-1蝕變異常帶內(nèi)，連江龍?zhí)躲f礦化點(diǎn)、翠林銅鉍礦化點(diǎn)、黃竹頭鎢礦化點(diǎn)位于預(yù)測區(qū)I-2蝕變異常帶內(nèi)，古田談書店鉛礦化點(diǎn)、川前鉛鋅礦化點(diǎn)、羅源三山嶺鐵礦化點(diǎn)、福州日溪鉛鋅礦點(diǎn)分別預(yù)測區(qū)Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-4蝕變異常帶內(nèi)，這表明，區(qū)域北東東向構(gòu)造和巖漿活動作為成礦物質(zhì)運(yùn)移通道和驅(qū)動力，是該區(qū)成礦的基本因素。巖體周邊熱能量和物質(zhì)交換最為活躍，導(dǎo)致遙感蝕變異常、化探異常，它們是成礦物質(zhì)活化-遷移-再分布作用在不同物質(zhì)層次上的表現(xiàn)形式，因此二者均可作為找礦預(yù)測依據(jù)[6]。

(3)值得注意的是，非植被覆蓋區(qū)的葉蠟石、高嶺土礦區(qū)的鐵染異常不明顯，僅有弱的羥基異常；在小溪組分布區(qū)中微弱羥基異常是我們尋找葉蠟石或明礬石之類非金屬礦產(chǎn)的重要信息，如區(qū)內(nèi)的羅源灣里葉蠟石礦床及該次工作中新發(fā)現(xiàn)的福州東坪葉蠟石礦、寧德朱洋高嶺土礦床就是此特征。

5 找礦預(yù)測

依據(jù)區(qū)內(nèi)遙感蝕變信息、巖體分布、區(qū)域地球化學(xué)異常和已知礦床(點(diǎn))等多種地學(xué)信息的綜合剖析，探討區(qū)域找礦前景，劃分了三級找礦遠(yuǎn)景區(qū)。一級找礦遠(yuǎn)景區(qū)蝕變強(qiáng)度大，區(qū)內(nèi)有已知礦床(點(diǎn))，存在自然重砂、水系沉積物或航磁異常，內(nèi)部或該區(qū)附近有巖體侵入。二級找礦遠(yuǎn)景區(qū)蝕變強(qiáng)度較強(qiáng)，區(qū)內(nèi)有已知礦(化)點(diǎn)，存在自然重砂、水系沉積物或航磁異常，內(nèi)部或該區(qū)附近有巖體侵入。三級找礦遠(yuǎn)景區(qū)蝕變強(qiáng)度較弱，存在多個(gè)或單元素化探異常，目前未發(fā)現(xiàn)礦(化)點(diǎn)，內(nèi)部或該區(qū)附近有巖體侵入。

經(jīng)過上述遙感綜合處理與分析，對找礦區(qū)礦源層、地質(zhì)構(gòu)造、巖石類型、已知礦床分布規(guī)律、礦化蝕變類型及各種蝕變巖分布、遙感異常位置情況有了全面了解和認(rèn)識。根據(jù)這些認(rèn)識，按照地質(zhì)學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)、礦床學(xué)和遙感理論進(jìn)行找礦預(yù)測。

此次工作在研究區(qū)共預(yù)測成礦遠(yuǎn)景區(qū)9個(gè)，Ⅰ級成礦遠(yuǎn)景區(qū)2個(gè)，Ⅱ級成礦遠(yuǎn)景區(qū)4個(gè)，Ⅲ級成礦遠(yuǎn)景區(qū)3個(gè)(圖4，表5)。

圖4 研究區(qū)綜合找礦預(yù)測圖Fig.4 Comprehensive mine prospecting prediction map of the study area

表5 研究區(qū)找礦遠(yuǎn)景區(qū)特征

6 結(jié)論

(1)遙感信息可識別斷層、褶皺的空間形態(tài)及展布、斷層的切割關(guān)系、斷層的運(yùn)動學(xué)等特征信息，其效果明顯優(yōu)于地面觀察，還可識別規(guī)模宏大的構(gòu)造帶、活動構(gòu)造、地層區(qū)等；對線性和環(huán)形構(gòu)造分析，尤其對隱伏構(gòu)造的解譯效果十分理想，而解譯結(jié)果可以多獲取圖面信息。

(2)遙感地質(zhì)調(diào)查技術(shù)手段是進(jìn)行地質(zhì)找礦的一種有效方法，特別是在結(jié)合遙感異常及構(gòu)造解譯的基礎(chǔ)上，在大范圍內(nèi)快速圈定優(yōu)選靶區(qū)方面十分有效。遙感異常與化探、礦點(diǎn)吻合程度較高，部分?jǐn)嗔盐呛铣潭纫草^高。提供的找礦靶區(qū)和遠(yuǎn)景區(qū)有參考價(jià)值。

致謝：在遙感解譯、異常提取、野外驗(yàn)證及文章的編寫等工作中，得到福建省地質(zhì)調(diào)查研究院李明、黃家龍高級工程師的指導(dǎo)及幫助，在此一并表示感謝。