玉龍斑巖銅礦帶北段ASTER遙感蝕變信息提取與優(yōu)選

別小娟，孫傳敏，張廷斌，易桂花，郭 娜，吳 華

(1.成都理工大學(xué)旅游學(xué)院，四川 成都 610059；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；3.成都理工大學(xué)管理科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；4.西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，西藏 拉薩 850000)

斑巖銅礦是銅礦的主要類型，無論儲量還是產(chǎn)量，世界銅礦的一半都來自斑巖銅礦；中國斑巖銅礦儲量占42.19%，因此，斑巖型銅礦在中國也占有舉足輕重的地位[1]。玉龍銅礦帶是我國重要的銅礦成礦遠(yuǎn)景區(qū)帶之一，同時玉龍斑巖銅(鉬)礦帶也是世界上三大主要斑巖銅礦帶之一的特提斯-喜馬拉雅成礦帶的一個組成部分[2]。1966年發(fā)現(xiàn)的玉龍銅礦是藏東地區(qū)一個特大斑巖型銅礦床，引起了研究者的廣泛關(guān)注，并在此地區(qū)開展了大量研究工作[3-5]。

斑巖銅礦通常具有明顯的蝕變分帶，礦床規(guī)模越大，蝕變越強(qiáng)，分帶性越好，則礦化富集程度越高。因此，圍巖蝕變，是斑巖型銅礦床重要的找礦標(biāo)志[6-8]。利用遙感技術(shù)進(jìn)行蝕變礦物填圖、羥基和鐵染異常提取等，代晶晶等[9]、胡紫豪等[10]對西藏多龍銅礦，張玉君等[11]對西藏驅(qū)龍銅礦，耿新霞等[12]對新疆西準(zhǔn)噶爾包古圖銅礦，姚佛軍等[13]對江西德興等斑巖型銅礦床進(jìn)行遙感蝕變信息研究，取得較好成果。蝕變遙感異?？梢宰鳛橐粋€與地球化學(xué)、地球物理同等重要的找礦獨立參數(shù)[14]。玉龍斑巖銅礦遙感蝕變信息的研究，對于在玉龍銅礦帶尋找新的銅礦床具有重要意義。相比之下，與玉龍斑巖銅礦有關(guān)的遙感蝕變信息研究的文章卻少見公開發(fā)表，而玉龍大型斑巖銅礦遙感蝕變信息研究對于斑巖型銅礦的遙感研究具有重要意義。

玉龍銅礦帶區(qū)域地貌類型以高山構(gòu)造剝蝕地貌類型為主，構(gòu)造侵蝕-溶蝕地貌、侵蝕堆積地貌及冰川地貌次之，平均海拔約4500m，相對高差較大。植被主要為高山草甸和灌木，具有一定的垂直分帶性，山頂多為巖石裸露無植被覆蓋，山坡多為苔蘚和小灌木，河谷漫灘及階地草類茂盛，部分地段溝谷谷底及以上斜坡地帶生長有較大灌木。礦帶地形起伏較大，冬季山頂有冰雪覆蓋，夏季則受到云及云的陰影的影響，使得玉龍銅礦帶遙感數(shù)據(jù)的獲取變得困難，能夠滿足遙感蝕變信息提取的遙感數(shù)據(jù)較少，這可能是玉龍遙感研究較少的原因之一。

1 地質(zhì)背景

玉龍銅礦帶位于西藏喀喇昆侖-三江成礦省東段，南北長近400km，東西寬達(dá)30～70km。在區(qū)域構(gòu)造上受勞亞大陸和岡瓦納大陸之間的中間地塊，構(gòu)造線由近東西向急轉(zhuǎn)為近南北向的轉(zhuǎn)折部位，大地構(gòu)造位置獨特。礦帶由特大型的玉龍、大型的馬拉松多和多霞松多、中型的扎那尕和莽總等多個斑巖銅(鉬)礦床(點)[15-17]。礦帶出露的地層主要為上三疊統(tǒng)，是礦帶最主要的控礦和含礦圍巖。成礦斑巖礦化分帶明顯，主要發(fā)生鉀化、硅化、絹云母化和以高嶺土化為主的黏土化，次為電氣石化，而且主要表現(xiàn)為前四種蝕變的疊加，相對而言，巖體中心硅化較強(qiáng)[18-19]。玉龍斑巖型銅礦床地質(zhì)簡圖如圖1所示。

1-泥盆系至石炭系；2-三疊系上統(tǒng)阿堵拉組；3-三疊系上統(tǒng)波里拉組；4-三疊系上統(tǒng)甲丕拉組；5-花崗閃長與石英二長斑巖；6-石英鈉長斑巖；7-二長花崗斑巖；8-二長花崗斑巖銅鉬礦組；9-斷層

2 遙感蝕變信息提取方法

本研究選取工作范圍坐標(biāo)為31°10′～31°35′，97°39′～98°00′，區(qū)內(nèi)有玉龍、恒星錯、扎那尕、莽總等斑巖型銅(鉬)礦床。本次遙感異常提取采用ASTER(2001-07-03)數(shù)據(jù)，影像上冰雪覆蓋較少，有淺植被覆蓋，有一定的云量，在下文中展示的異常底圖均為ETM的第7波段。

獲取的ASTER數(shù)據(jù)源為L1B級，對圖像的處理包括Crosstalk校正、輻射定標(biāo)和大氣校正，然后利用地形圖進(jìn)行幾何校正，再對云雪、陰影等信息進(jìn)行去干擾處理，得到異常提取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，研究遙感蝕變信息提取方法最常用的仍然是比值法和主成分分析法，根據(jù)常見蝕變礦物的實驗室或野外光譜特征，選擇適當(dāng)?shù)牟ǘ谓M合進(jìn)行蝕變信息提取。

2.1 比值法

比值法，是通過對影像的某兩個波段的做比值運算，操作簡單，且可有效減弱背景、突出目標(biāo)信息，消除云雪、陰影等的影響，提取的目標(biāo)地物結(jié)果較少受到干擾信息的影響。該方法計算簡單，是常用的遙感蝕變信息提取的方法之一。根據(jù)主要蝕變礦物的波譜特征，采用B4/B3提取鐵染類蝕變信息；采用B(6+9)/B(7+8)提取綠泥石、綠簾石、方解石等含Mg羥基類蝕變礦物信息；采用B(7+9)/B8提取碳酸鹽類礦物信息；采用B(5+7)/B6提取絹云母、白云母、伊利石和蒙脫石等類蝕變礦物信息[20-21]，提取結(jié)果如圖2所示。從圖2的結(jié)果可以看出，比值法提取的鐵染類異常較多分布在波里拉組和甲丕拉組地層，分布范圍較廣；三類羥基類異常在分布空間上范圍較小，相互之間重疊也較少。

圖2 比值法ASTER遙感蝕變信息

2.2 主成分分析法

主成分分析法是考慮到波段間存在的相關(guān)性，通過K-L變換，減少了各波段間存在的相關(guān)性對于分類的影響，根據(jù)各目標(biāo)物波譜特征選擇參與變換的波段。目前常采用B1、2、3、4波段提取鐵染類異常，采用1、3、4、5波段提取碳酸鹽化信息，1、3、4、8提取綠泥石、黑云母等蝕變信息，1、4、6、7提取高嶺石、蒙脫石、伊利石、絹云母等蝕變信息[22-23]，提取結(jié)果如圖3所示。

從圖3(a)中可以看出，主成分分析法提取了的鐵染異常，分布范圍比比值法小，分布趨勢基本一致；圖3(b)中，提取的與比值法的相比，空間位置較為接近，但規(guī)模更大；圖3(c)和圖3(d)的結(jié)果較為接近，與比值法提取結(jié)果也較為接近。

除了上述比值法和主成分分析法常用的波段組合選擇外，根據(jù)不同的礦物組合有不同的波段組合形式，這就造成遙感蝕變信息提取結(jié)果的多解性，不同的組合和不同的方法都會造成提取結(jié)果的變化，這對圍巖蝕變信息的研究是不利的，需要尋找一種能夠代表鐵染類蝕變和羥基類蝕變的綜合圍巖蝕變信息。

2.3 波譜特征擬合(SFF)

玉龍銅礦位于斑巖體及其外圍接觸帶內(nèi)，礦床圍巖蝕變也是重要的找礦信息。比值法和主成分分析法都是根據(jù)某一種或某一類波譜特征相近的礦物組合的反射和吸收波譜特征進(jìn)行波段組合，礦床的圍巖蝕變是多種礦物的組合，相同的蝕變礦物類型，不同的組合比重，都會影像其波譜變化。而遙感數(shù)據(jù)在獲取過程中，由于受到傳感器、大氣傳輸及地物在像元中的分布等因素的影響，圖像的地物光譜曲線(即使是純凈像元的光譜曲線)與實驗室或野外實測的地物光譜會有較大差別，如果直接用實驗室或野外實測光譜來進(jìn)行巖性識別，難以取得好的效果。本文利用經(jīng)過校正的ASTER圖像進(jìn)行最小噪聲分離(minimum noise fraction，MNF)變換、純凈像元指數(shù)(pure pixel index，PPI)來提取端元波譜，結(jié)合地面已知數(shù)據(jù)識別端元波譜，得到礦床圍巖蝕變的影像波譜曲線，以此作為參考波譜，采用波譜特征擬合的方法，提取遙感圍巖蝕變信息。波譜特征擬合(SFF)方法是一種基于吸收特征的方法，以分形理論為思想基礎(chǔ)，用選定的參照波譜在吸收的譜段范圍內(nèi)對影像中每一個像元進(jìn)行吸收谷深度對比，根據(jù)吸收谷位置和深度的近似性確定該像元與參照地物的相似程度，相似程度越大，匹配值越大，用均方根誤差(root mean square(RMS)error)的大小來確定該像元與該類地物的比較結(jié)果的精度。波譜特征擬合結(jié)果如圖4所示。

圖3 主成分分析法ASTER遙感蝕變信息

圖4 玉龍銅礦帶ASTER遙感圍巖蝕變信息

從圖4中可以看出，多數(shù)已知礦床(點)的周圍都有與玉龍礦床圍巖相似的蝕變信息分布，且蝕變信息明顯呈北西向帶狀分布，這與該區(qū)域地層、斷裂和已知礦(床)點的分布趨勢是一致的。由于植被、地形陰影、地層巖性等因素的影響，提取的圍巖蝕變信息并不都是與成礦有關(guān)的，因此需要對提取結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和篩選。

3 遙感蝕變信息優(yōu)選

遙感蝕變信息研究的目的是指示有利成礦部位，而提取的遙感蝕變信息并不都與成礦相關(guān)，因此，需要對提取結(jié)果進(jìn)行優(yōu)選。蝕變信息優(yōu)選首先需要考慮斑巖銅礦的成礦地質(zhì)條件，如圍巖、線環(huán)構(gòu)造等，只有在成礦地質(zhì)背景范圍內(nèi)、與斑巖銅礦有關(guān)的遙感蝕變信息才具有指示礦產(chǎn)存在的可能；其次根據(jù)蝕變信息的分布特征推斷礦產(chǎn)存在或成礦的有利部位。

3.1 斑巖銅礦圍巖

玉龍斑巖體侵位于甘龍拉背斜的南端傾伏端，含礦斑巖為二長花崗斑巖和花崗閃長斑巖，巖體呈復(fù)式巖株狀淺成-超淺成侵位于恒星錯-甘龍拉背斜軸部的上三疊統(tǒng)地層中。上三疊統(tǒng)由甲丕拉組、波里拉組和阿堵拉組組成，玉龍銅礦直接侵位于波里拉組，在礦區(qū)大片分布，如圖1所示。波里拉組為生物碎屑灰?guī)r夾白云巖，甲丕拉組為紫紅色砂頁巖，含礫砂巖，阿堵拉組為砂頁巖和粉砂巖[24-26]。結(jié)合玉龍礦帶地質(zhì)背景可以看出，波譜特征擬合提取的圍巖蝕變信息大多分布在花崗巖和波里拉地層上，其次為甲丕拉組地層，阿堵拉地層的蝕變信息分布較少。與含礦斑巖和賦礦地層重疊的圍巖蝕變信息與成礦的關(guān)系更密切。

3.2 環(huán)形構(gòu)造

玉龍礦區(qū)及其外圍，所出露的巖漿巖為成群分布的中酸性淺成、超淺成小型斑巖類[25]，其他礦床的含礦巖體多與中酸性巖體有關(guān)，其形成于巖漿活動相關(guān)，因此從影像上多表現(xiàn)為環(huán)形構(gòu)造。環(huán)形構(gòu)造是玉龍礦帶內(nèi)的重要地質(zhì)現(xiàn)象，常由多個環(huán)形構(gòu)造疊合組成，形態(tài)復(fù)雜，與斑巖銅(鉬)礦床有密切的時空聯(lián)系[3]。劉登忠[27](1988)將環(huán)形構(gòu)造歸納為隱伏巖體型等10種類別，并總結(jié)了環(huán)形構(gòu)造成礦的區(qū)域地質(zhì)背景、成因類型、環(huán)體結(jié)構(gòu)、規(guī)模及影像異常等標(biāo)志。張廷斌等[28]在玉龍礦帶利用影像紋理、結(jié)構(gòu)、色調(diào)和異常表現(xiàn)出來的實心圓形、空心圓形，準(zhǔn)圓形、準(zhǔn)環(huán)形以及未封閉的弧形特征開展斑巖體的推斷研究，為斑巖型銅礦資源潛力評價提供了遙感依據(jù)。在對玉龍銅礦ASTER遙感蝕變信息提取結(jié)果分析中發(fā)現(xiàn)，遙感異常不僅有明顯的成帶分布特點，而且有普遍的環(huán)形分布特征。圖5中，玉龍、恒星錯等礦床周圍的蝕變信息呈環(huán)形分布，這與解譯的環(huán)形構(gòu)造吻合，因此，在環(huán)形構(gòu)造周圍分布的蝕變信息可能與侵入巖體或巖漿熱液蝕變作用相關(guān)。

圖5 玉龍銅礦帶環(huán)形構(gòu)造

3.3 遙感蝕變信息特征

從蝕變信息提取結(jié)果可以看出，比值法提取的異常相對集中，規(guī)模較大，但在中東部由于有淺植被覆蓋，提取的異常較少，主要分布在研究區(qū)中西部巖石裸露區(qū)，且羥基異常和鐵染異常重疊度高；主成分法提取的異常分布范圍更廣，規(guī)模相對較小，在整個研究區(qū)都有分布，能夠反映出細(xì)部的蝕變信息；波譜特征擬合提取的蝕變信息綜合程度高，成帶和呈環(huán)狀分布的特征更明顯?？傊还苣姆N提取方法提取的蝕變信息都表現(xiàn)出明顯的異常環(huán)、帶狀分布特點。蝕變信息分布呈實心圓形、空心圓形，準(zhǔn)圓形、準(zhǔn)環(huán)形以及未封閉的弧形，將其推斷為異常環(huán)；在走向上一致的連續(xù)的或斷續(xù)的有一定規(guī)模的帶狀異常，將其推斷為異常帶。研究區(qū)內(nèi)已知礦床點周圍均有異常環(huán)和異常帶分布，礦點多分布在異常環(huán)和異常帶交切的部位。玉龍礦帶遙感蝕變信息表現(xiàn)出來的環(huán)、帶特征與遙感解譯的與中酸性巖體有關(guān)的環(huán)形構(gòu)造和斷裂分布特征是一致的。

4 結(jié)論及建議

1)比值法和主成分分析法是常用的兩種遙感蝕變信息提取的方法，對于多光譜遙感數(shù)據(jù)來說，依據(jù)礦物的波譜特征選取波段組合進(jìn)行蝕變信息提取，存在多解性的問題。由于蝕變礦物的組合較為復(fù)雜，因此用波譜特征擬合法，選取玉龍典型礦床，直接用遙感數(shù)據(jù)提取圍巖蝕變的影像波譜為參考波譜，提取的蝕變信息具有綜合性和代表性，可獲取代表了鐵染類和羥基類蝕變的綜合圍巖蝕變信息。玉龍銅礦帶內(nèi)，與玉龍銅礦相似的礦(床)點較多，該方法可推廣到礦帶其他地區(qū)，有利于圈定成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

2)提取的遙感蝕變信息中不可避免的包含有非礦化蝕變，可結(jié)合賦礦地層、與中酸性巖體(斑巖體)有關(guān)的環(huán)形構(gòu)造和蝕變信息的環(huán)帶分布特征，對蝕變信息提取結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和篩選，位于三疊系波里拉組、甲丕拉組地層、花崗斑巖體，或位于環(huán)形構(gòu)造周圍，環(huán)帶特征明顯的圍巖蝕變信息，能更好的指示礦產(chǎn)的存在。

3)此次研究只選取了玉龍礦帶核心部分區(qū)域，且有云、植被等干擾，在礦帶其他區(qū)域的遙感蝕變信息是否具有相同的分布特征，對礦床是否具有指示作用，還需要選取更好的遙感數(shù)據(jù)，在方法和判別上做進(jìn)一步研究。

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