基于多源遙感數(shù)據(jù)的成礦遠景區(qū)圈定
——以內(nèi)蒙古東烏珠穆沁-滿都地區(qū)為例

楊佳佳，馮雨林，徐英奎，呂霖冰，高鐵

（1.沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽遼寧 110034；2.中國地質(zhì)大學，北京 100083）

基于多源遙感數(shù)據(jù)的成礦遠景區(qū)圈定
——以內(nèi)蒙古東烏珠穆沁-滿都地區(qū)為例

楊佳佳1，馮雨林1，徐英奎1，呂霖冰2，高鐵1

（1.沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽遼寧 110034；2.中國地質(zhì)大學，北京 100083）

基于ETM+遙感數(shù)據(jù)解譯研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造,利用ASTER數(shù)據(jù)，采用光譜角填圖法（SAM）提取礦化蝕變信息.同時，結(jié)合研究區(qū)化探異常數(shù)據(jù)分布特征、巖體的空間展布特征、已有的地質(zhì)資料等，總結(jié)了研究區(qū)典型礦床的成礦地質(zhì)規(guī)律，并達到了成礦模型要求.最后，在內(nèi)蒙古東烏珠穆沁-滿都地區(qū)進行了成礦遠景區(qū)的圈定.研究結(jié)果表明：結(jié)合ETM+和ASTER遙感數(shù)據(jù)和化探異常數(shù)據(jù)，建立遙感成礦模型，在圈定成礦遠景方面有一定的可行性，該方法值得進一步推廣.

成礦遠景區(qū)；ASTER；ETM+；礦化；內(nèi)蒙古

0 引言

遙感技術(shù)具有快速、宏觀以及獨特的光譜特征識別能力，能夠比較全面地反映出地質(zhì)體、地質(zhì)構(gòu)造等表征信息.遙感圖像蝕變信息的提取已經(jīng)成為找礦的一個重要方法［1-3］.隨著空間遙感技術(shù)和信息處理技術(shù)的迅猛發(fā)展以及找礦工作難度的日益增加，遙感與常規(guī)地質(zhì)、地球物理、地球化學相結(jié)合的綜合找礦方法會成為現(xiàn)代找礦技術(shù)的主流，通過綜合研究，才能真正認識它們之間的必然聯(lián)系及依存關(guān)系，獲得滿意的地質(zhì)應(yīng)用效果［4］.本研究通過遙感技術(shù)在內(nèi)蒙古東烏珠穆沁-滿都地區(qū)成礦預測中的應(yīng)用，突出了遙感技術(shù)在找礦應(yīng)用中的優(yōu)越性和重要性，顯示了其在找礦領(lǐng)域的應(yīng)用潛力.

1 研究區(qū)地理及地質(zhì)概況

1.1 地理概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古的中部，錫林郭勒盟的東北部，屬中溫帶半干旱大陸性氣候.地理坐標范圍為北緯45°10′～46°50′，東經(jīng)116°10′～119°32′.北部與蒙古國接壤，東部與興安盟毗鄰，南部以東烏珠穆沁旗為界線.

研究區(qū)面積約為18 836 km2，包括1個旗、6個蘇木、5個嘎查，即東烏珠穆沁旗；滿都胡寶拉格蘇木、薩麥蘇木、巴彥霍布爾蘇木、寶拉格蘇木、巴彥毛都蘇木、額仁高畢蘇木；烏蘭查布嘎查、陶森淖爾嘎查、準哈塔布其嘎查、白音諾爾大隊嘎查、塔日根敖包嘎查（圖1）.

圖1 研究區(qū)交通位置圖Fig.1Location map of the study area

1.2 地質(zhì)概況

研究區(qū)地層分布主要為：古生界奧陶系銅山組（O1t）僅在本區(qū)南部有零星分布；志留系臥都河組（S3w）在研究區(qū)東南部有少量分布；泥盆系中下統(tǒng)的泥鰍河組（D1-2n）和上中統(tǒng)的塔爾巴格特組（D2-3t）在本區(qū)東西部各有少量分布，是本區(qū)的賦礦巖層；泥盆系上統(tǒng)安格爾音烏拉組（D3a）是該區(qū)的主要賦礦地層，覆蓋全區(qū)的大部分地區(qū)，產(chǎn)狀相對穩(wěn)定；中石炭—下二疊統(tǒng)的寶力高廟組（C2P1b）大面積分布于研究區(qū)的南部，與成礦有密切的關(guān)系；二疊系下統(tǒng)的大石寨組（P1ds）在本區(qū)分布極少；中生界三疊系下統(tǒng)的哈達陶勒蓋組（T1hd）在全區(qū)只有少量分布；侏羅系下統(tǒng)紅旗組（J1h），少量分布于薩麥地區(qū)；侏羅系上統(tǒng)的布拉根哈達組（J3b）、瑪尼吐組（J3mn）和滿克頭鄂博組（J3m）主要分布于研究區(qū)東部；白堊系二連組（K2e）、大磨管河組（K2d）在研究區(qū)僅有少量分布；新生界第三系中統(tǒng)寶格達烏拉組（N2b）貫穿于研究區(qū)大部，是研究區(qū)的主要地層，厚度大，延伸穩(wěn)定，平行不整合于中新統(tǒng)之上；第四系沖洪積物，分布于研究區(qū)中部及東北部.

1.3 研究區(qū)遙感數(shù)據(jù)及預處理

（1）ETM+和ASTER數(shù)據(jù)源

ETM+是NASA（美國國家航空和航天局）于1999年4月15日成功發(fā)射的美國陸地衛(wèi)星LandSat7攜帶的對地觀測傳感器，是一臺8波段的多光譜掃描輻射機，工作于可見光、近紅外、短波紅外和熱紅外波段.鑒于ETM+數(shù)據(jù)具有覆蓋面積廣，分辨率高等特點，本次研究用ETM+遙感影像鑲嵌圖來進行地質(zhì)構(gòu)造的解譯.

美國Terra衛(wèi)星的ASTER多光譜傳感器，是美國NASA與日本METI（經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)?。┖献餮兄频?，其單景覆蓋面積達60 km×60 km，可以獲取全球大部分地區(qū)分辨率15～30 m的遙感影像數(shù)據(jù)，在可見光—熱紅外光譜段可獲取達14個波段的光譜數(shù)據(jù).

本文所用ETM+遙感數(shù)據(jù)2景，ASTER遙感數(shù)據(jù)8景.

（2）數(shù)據(jù)預處理

預處理包括ETM+圖像輻射定標處理、目視解譯增強處理、ASTER數(shù)據(jù)的幾何校正、圖像去干擾和反射率轉(zhuǎn)換等.ETM+圖像通過增強處理后更加便于目視解譯，改進相鄰影像的色彩、對比度來確保拼圖的色調(diào)一致性.ASTER數(shù)據(jù)預處理最重要的一步為去干擾處理，鑒于本區(qū)影響該數(shù)據(jù)提取蝕變信息最主要的干擾因素為植被、陰影和云，針對這3種干擾因素，分別做了不同的去干擾處理，得到的影像作為下一步異常信息提取的基礎(chǔ).

在評估方面，我們要充分的結(jié)合《輻射環(huán)境監(jiān)測標準評估方案》和《輻射環(huán)境監(jiān)測標準制修訂管理辦法》等規(guī)章制度，進而制定一套完善的輻射環(huán)境監(jiān)測標準評估機制。在這一過程當中，我們要明確監(jiān)督實施要求，同時要始終遵循當前先進的修訂理念來進行制定。

2 遙感地質(zhì)異常信息提取結(jié)果

2.1 地質(zhì)構(gòu)造解譯

遙感圖像可以直觀地反映各種地質(zhì)構(gòu)造要素，特別是與成礦和控礦關(guān)系極為密切的斷裂構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造.基于原有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，利用ETM+遙感圖像對區(qū)域內(nèi)的斷裂構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造進行了詳細的遙感地質(zhì)構(gòu)造解譯（圖2）.

從研究區(qū)構(gòu)造解譯圖來看（圖2），北東向、北北東向斷裂為早期斷裂，貫穿整個研究區(qū)，斷裂延伸長，大都被后期北西向、北北西向斷裂所切割.在各地質(zhì)歷史時期，沿該方向斷裂有多期巖漿侵入過程，嚴格控制著本區(qū)的成礦.

2.2 遙感蝕變信息提取

1）光譜角填圖法

圖2 研究區(qū)ETM+影像構(gòu)造解譯圖Fig.2Interpretation of structures from the Landsat ETM+image in the study area

光譜角填圖法又稱光譜角匹配法，是以實驗室測得的標準光譜或從圖像上提取的已知點的平均光譜為參考，求算圖像中每個像元矢量（將像元n個波段的光譜響應(yīng)作為n維空間的矢量）與參考光譜矢量之間的廣義夾角，根據(jù)夾角的大小來確定光譜間的相似程度，以達到識別地物的目的［5］.

光譜角識別方法（又稱光譜角度填圖技術(shù)）是在由光譜組成的多維光譜矢量空間，利用一個角度測度函數(shù)（θ）求解參考光譜端元矢量（r）與圖像像元光譜矢量（t）的相似程度，即：

式中θ介于0和π/2之間，其值愈小二者的相似程度愈高，識別與提取的信息也就愈可靠.該方法基于整個譜形特征的相似概率的大小，能有效避免因巖石礦物光譜漂移或光譜變異而造成的單個光譜特征的不匹配，并能充分利用弱的波譜信息［6］.

2）蝕變信息提取方法

根據(jù)研究區(qū)礦化蝕變情況，重點提取鐵氧化物類（以褐鐵礦為主）、泥化（高嶺石、絹云母為代表）、青磐巖化類（綠泥石、碳酸鹽類礦物為代表）和硅化4類有代表性的蝕變礦物信息.

提取鐵氧化物、泥化、青磐巖化類礦化蝕變信息，采用USGS波譜庫提供的礦物波譜信息作為端元波譜，對其在ASTER可見光—近紅外波段范圍內(nèi)進行重采樣，將重采樣后的礦物光譜曲線和ASTER圖像上的未知礦物光譜進行夾角計算，波譜角θ取值范圍為0.02～0.07，并對信息進行了合并分析，得到了鐵氧化物、泥化、青磐巖化類礦化蝕變信息分布結(jié)果（圖3）.

提取硅化蝕變信息，利用ASTER的熱紅外波段，通過ENVI軟件包提供的α殘余（Alpha Residuals）生成發(fā)射率，采用JHU波譜庫中的石英波譜曲線作為端元波譜，對其在ASTER熱紅外波段范圍內(nèi)進行重采樣，將重采樣后的礦物光譜曲線和ASTER圖像上的未知礦物光譜進行夾角計算，波譜角θ取值范圍取為0.01～0.05，對硅化信息進行增強處理［7］，得到了硅化的蝕變信息分布結(jié)果（圖3）.

3）蝕變信息提取結(jié)果

利用SAM遙感技術(shù)分類提取了研究區(qū)4種主要的蝕變信息，如圖3所示.

2.3 區(qū)域地球化學異常

圖3 研究區(qū)蝕變信息提取結(jié)果Fig.3Extraction of alteration information in the study area

本區(qū)地質(zhì)背景復雜，成礦地球化學場一般可以簡化為區(qū)域地球化學背景場與地球化學異常場的綜合.通過對該區(qū)金屬元素地球化學分布與遙感提取的蝕變信息分布情況作綜合比較，分析它們之間的內(nèi)在關(guān)系，達到綜合預測成礦的目的.由于研究區(qū)已知礦床中以Ag、Cu含量為最高，本次研究選取了全區(qū)的Ag元素（圖4）、Cu元素（圖5）地球化學分布圖作為研究內(nèi)容.

3 研究區(qū)成礦靶區(qū)圈定

3.1 研究區(qū)成礦規(guī)律總結(jié)

利用遙感解譯構(gòu)造、巖性及提取的蝕變信息，結(jié)合該區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)資料、化探資料和已知礦床的成礦特征分析，總結(jié)了本區(qū)主要礦床成礦規(guī)律，如表1所示.

3.2 研究區(qū)成礦遠景區(qū)圈定

基于上述礦床成礦規(guī)律，通過綜合研究遙感蝕變信息和地質(zhì)成礦要素，對比地球化學分布異常圖，最終圈定了研究區(qū)綜合成礦遠景區(qū)，如圖6所示.

以研究區(qū)地質(zhì)條件為成礦背景，結(jié)合野外調(diào)查和前人地質(zhì)資料，以遙感技術(shù)提取的礦化蝕變信息分布特征、地球化學Ag、Cu異常分布及規(guī)律為重點，在遵循研究區(qū)成礦規(guī)律的基礎(chǔ)上（表1），采用地質(zhì)綜合信息法，對本區(qū)進行了成礦預測.從結(jié)果來看：圈定了6個成礦遠景區(qū).預測區(qū)相對較為集中，4個遠景區(qū)分布在研究區(qū)中部，1個分布在研究區(qū)西北角，另1個分布在研究區(qū)東北方向.本次成礦預測結(jié)果為進一步詳查指出了找礦方向.

表1 研究區(qū)主要礦床成礦規(guī)律Table 1Metallogenic regularity of major deposits in the study area

圖4 Ag元素地球化學信息與蝕變信息疊加圖Fig.4Superimposition of Ag geochemistry and alteration information

圖5 Cu元素地球化學信息與蝕變信息疊加圖Fig.5Superimposition of Cu geochemistry and alteration information

4 結(jié)論和認識

（1）利用ETM+合成圖像進行構(gòu)造解譯，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，可以從宏觀角度來研究成礦構(gòu)造規(guī)律，采用ASTER數(shù)據(jù)來提取礦化蝕變信息，取得了良好的應(yīng)用效果.

（2）遙感、地質(zhì)、化探的結(jié)合找礦是本次論文研究的核心內(nèi)容.以地質(zhì)成礦和遙感找礦理論為指導，利用ETM+遙感影像解譯斷裂構(gòu)造信息，利用ASTER遙感影像提取礦化蝕變信息，綜合分析它們與地層、地球化學異常等地質(zhì)成礦因素的空間分布關(guān)系，選取蝕變信息和成礦地質(zhì)因素最為充分的地區(qū)作為重點成礦區(qū)域，方法確實可行.

（3）運用此方法在研究區(qū)預測出成礦遠景區(qū)6處.

［1］甘甫平，王潤生，馬葛乃，等.光譜遙感巖礦識別基礎(chǔ)及技術(shù)研究進展［J］.遙感技術(shù)與應(yīng)用,2002,17（3）:140—147.

［2］馮雨林，邢德和，陳江，等.遙感混合蝕變信息在遼西等地礦產(chǎn)調(diào)查中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)與資源,2009,18（2）:149—151.

［3］田永慶，陳德兵，張書義.遙感方法在遼寧撫順-清原地區(qū)砂金預測中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)與資源,2008,17（1）:73—76.

［4］潘軍.多元地學空間數(shù)據(jù)融合及可視化研究［D］.長春：吉林大學, 2005:56—89.

［5］荊鳳，陳建平.礦化蝕變信息的遙感提取方法綜述［J］.遙感信息, 2009:37—38..

［6］楊佳佳.遙感技術(shù)在內(nèi)蒙古東烏珠穆旗-滿都地區(qū)成礦預測中心應(yīng)用［D］.長春：吉林大學,2012.

［7］陳江，王安建.利用ASTER熱紅外遙感數(shù)據(jù)開展巖石化學成分填圖的初步研究［J］.遙感學報,2007,11（4）:601—607.

DELINEATION OF METALLOGENIC PROSPECTS BASED ON MULTI-SOURCE REMOTE SENSING DATA: A Case Study of Dong Ujimqin-Mandu Region,Inner Mongolia

YANG Jia-jia1,FENG Yu-lin1,XU Ying-kui1,LYU Lin-bing2,GAO Tie1
（1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China;2.China University of Geosciences,Beijing 100083,China）

The geological structures of the study area are interpreted on the basis of ETM+data.The mineralized alteration information is extracted with spectral angle mapper（SAM）and ASTER data.Based on the previous geological data, combining the distribution characteristics of geochemical abnormal data with the spatially occurrence of rocks in the study area,the geological laws for metallogenesis of typical deposits are summed up to meet the requirements of metallogenic model.Finally,the prospective areas of mineralization in the Dong Ujimqin-Mandu region,Inner Mongolia,are delineated. The results show that the remote sensing mineralization model by combination of ETM+and ASTER data with geochemical abnormal data is feasible to delineate metallogenic prospect areas.Practice has proved that this method is worthy of further application.

metallogenic prospect area;ASTER;ETM+;mineraliazation;Inner Mongolia

圖6 研究區(qū)綜合成礦遠景區(qū)Fig.6Comprehensive mineralization prospects in the study area

1671-1947（2015）01-0051-06

P627

A

2013－11－06；

2015-02-05.編輯：李蘭英．

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“東北界河遙感調(diào)查”（編號12120113003000）資助.

楊佳佳（1984—），男，博士，地學信息工程專業(yè)，主要從事遙感應(yīng)用方面的研究，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河大街280號，E-mail// haixianxiaomei@163.com