遙感技術(shù)在提取礦化蝕變信息中的應(yīng)用

薛曉剛，韓　雷，孫　博

(長春工程學(xué)院勘查與測繪工程學(xué)院，長春 130021)

0　引言

遙感礦化蝕變信息是蝕變巖(帶)礦物光譜信息在影像上的一種綜合反映。熱液型成礦作用的重要標志就是圍巖蝕變，而圍巖蝕變范圍往往大于實際礦體范圍數(shù)倍乃至數(shù)十倍。絕大部分內(nèi)生礦床都伴隨著與之相應(yīng)的圍巖熱液蝕變，其特征與原巖從微觀到宏觀都有著較明顯的區(qū)別，對蝕變巖(帶)的光譜信息和遙感影像特征的提取研究，為尋找、發(fā)現(xiàn)大型礦床或礦集區(qū)將具有特別重要的地質(zhì)意義。遙感技術(shù)探測的是地物的光譜信息，理論上，只要有與成礦有關(guān)的蝕變巖(帶)出露，就可采用特定的遙感數(shù)據(jù)處理方法，將與礦床有關(guān)的各種圍巖蝕變特征波譜信息從遙感影像中提取出來，形成對應(yīng)的色調(diào)異常，可有針對性地對工作區(qū)進行重點查明，減少野外工作中的盲目性[1-3]。

1　研究區(qū)特征及數(shù)據(jù)處理模型

研究區(qū)位于中蒙邊境，區(qū)內(nèi)地質(zhì)工作程度較低，草原、風(fēng)成沙、殘坡積物覆蓋較嚴重，屬草原生態(tài)環(huán)境，找礦有較大難度，找礦效果并不明顯。通過以往工作可知，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征與俄、蒙相鄰地區(qū)基本相似，具有形成大型、超大型礦床的有利條件。

在干旱—半干旱基巖出露地區(qū)已成功運用克羅塔技術(shù)(Crosta)提取了蝕變巖信息[4]；采用混合像元線性分解方法，剔除第四系、植被等干擾光譜信息后，提取礦化蝕變信息得到了成功應(yīng)用[5-7]；本文以內(nèi)蒙古查干陶勒蓋地區(qū)為例，結(jié)合區(qū)內(nèi)1∶5萬地形圖、1∶20萬地質(zhì)圖以及相應(yīng)的20萬化探資料，通過對前期數(shù)據(jù)的圖像幾何精校正、彩色合成與數(shù)據(jù)融合和信息的增強處理后，據(jù)研究區(qū)地質(zhì)特征及遙感數(shù)據(jù)的時相性特點，分別采用了波段比值、LS-Fit、Crosta技術(shù)將比值處理、掩膜干擾去除、主成分分析、分類處理等手段綜合分析，比較有效地逐步分離提取出區(qū)內(nèi)礦化蝕變信息，為成礦遠景區(qū)及找礦方向提供依據(jù)，數(shù)據(jù)處理流程如圖1。

2　遙感礦化蝕變信息提取

圖1　遙感礦化蝕變信息提取流程圖

圖2　含礦物的光譜曲線

圖3　含F(xiàn)e2+、Fe3+礦物的光譜曲線

圖4　各礦物與植被波譜重 采樣后的波譜曲線特征

2.1　比值法的應(yīng)用

比值法是遙感礦化蝕變信息提取中常用的一種方法，為達到較準確的結(jié)果，將數(shù)據(jù)進行了對數(shù)殘差(Log Residuals)定標處理。將其波譜輻射信息轉(zhuǎn)換成假設(shè)的反射率數(shù)據(jù)，有效地剔除了大氣散射作用、太陽輻照度和地形起伏等因素對數(shù)據(jù)信息的影響，提高了與成礦作用有關(guān)的波譜特征信息提取基礎(chǔ)。常用礦化蝕變信息提取比值組合見表1。

為達到最佳的礦化信息提取效果，對Log Residuals數(shù)據(jù)進行上述的比值計算，由TM7/TM4的比值提取鐵染信息(圖5)，TM3/TM1的比值提取富黏土礦物信息，然后進行人工假彩色融合(圖6)，其提取結(jié)果在合成圖像中以色調(diào)差異表示。

表1　礦化蝕變信息提取波段組合及融合分量

低值高值圖5　TM7與TM4的比值形成的合成假彩色圖像

圖6　TM3與TM1的比值形成的合成假彩色圖像

2.2　LS-Fit技術(shù)應(yīng)用(Least Squares Fitting Technique)

該方法是一種線性波譜預(yù)測法，其原理是通過采用最小方框(least squares)擬合技術(shù)來實現(xiàn)線性波段預(yù)測，通過將線性預(yù)測的TM7波段與原始的TM7數(shù)據(jù)相比較，用來反映影像中具有不規(guī)則高吸收特征的區(qū)域異常，進而來提取黏土礦物的可能附存位置。在利用該方法過程中，使用的是原始的遙感數(shù)據(jù)，對預(yù)測結(jié)果進行彩色融合后，可圈定對應(yīng)黏土礦化蝕變信息的可能分布區(qū)并以對應(yīng)色調(diào)異常表示(圖7)。

圖7　研究區(qū)某地的黏土礦化信息分布范圍

2.3　Crosta技術(shù)的應(yīng)用

該方法是成熟的礦化蝕變信息提取技術(shù)，其原理是利用遙感數(shù)據(jù)特征向量矩陣為分析導(dǎo)向的主成分分析法。鐵的氧化物異常信息利用TM1、TM3、TM4、TM5波段做主成分分析來提取，含羥基礦物、碳酸鹽礦物蝕變異常信息利用TM1、TM4、TM5、TM7波段做主成分分析來提取。

2.3.1干擾剔除

為最大化剔除干擾，利用數(shù)學(xué)模型對研究區(qū)內(nèi)的水體、沙灘等干擾地物信息進行提取，并將所得結(jié)果生成一個零輻射值的掩膜范圍，使在遙感蝕變信息提取過程中剔除被掩膜的區(qū)域。圖8為TM7、TM4、TM1波段假彩色融合影像圖(右圖)及利用最大似然法提取的干擾信息掩膜圖(左圖)。

2.3.2利用Crosta技術(shù)提取蝕變信息

2.3.2.1以TM1、TM3、TM4、TM5波段做掩膜提取鐵的氧化物信息

由數(shù)據(jù)特征向量矩陣可知(表2)，第一主組分分量(PC1)信息主要反映的是地形、地貌特征。根據(jù)鐵的氧化物在TM1波段強吸收，在TM3波段有一個小反射峰值的波譜特點，可確定第4組分分量(PC4)符合異常分量的分布規(guī)律，可用來提取鐵的氧化物異常信息。

圖8　水體干擾信息形成的掩膜效果(最大似然法)

波段1波段3波段4波段5PC10.3245230.6692920.0635630.660434PC20.0656210.0529130.978156-0.184247PC3-0.381057-0.5356010.1920710.722943PC4-0.8760170.5113190.013726-0.087142

2.3.2.2以TM1、TM4、TM5、TM7波段做掩膜提取含OH-礦物蝕變信息

同上，將TM1、TM4、TM5、TM7波段做掩膜后進行主成分分析用來提取含OH-礦物蝕變信息。通過對特征向量矩陣分析(表3)。與礦化異常的波譜信息主分量第4分量，其在遙感影像具為暗像元特征，為達到提取效果，將其進行求反后以亮像元來表示對應(yīng)的黏土化信息異常分布。

表3　利用TM1、TM4、TM5、TM7波段做掩膜

3　信息的綜合提取與結(jié)果分析

利用上述的比值、LSFIT技術(shù)以及Crosta技術(shù)，在分別確定礦化異常分布特征后，進而對各異常信息進行分級。提取的礦化蝕變信息色調(diào)異常范圍大小不僅反映影像的美觀程度，更突顯了其成礦靶區(qū)圈定的實用性。異常范圍的起始值過小則導(dǎo)致信息量過多，就減弱了遙感技術(shù)找礦應(yīng)用效率；起始值太高則引起信息量太少，致使成礦有利位置信息的丟失。本文采用合成假彩色圖像技術(shù)為手段進行分級。采用低通濾波、高通濾波以及給定具體的飽和度來構(gòu)建新的色度空間，最終合成有利于圈定成礦靶區(qū)的色彩豐富、信息直觀的礦化異常分布圖像(圖9)。

圖9　研究區(qū)某地鐵染與黏土化信息可能分布圖

將上述綜合方法提取的蝕變異常信息范圍結(jié)果轉(zhuǎn)換為MAPGIS格式，與研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造、巖體分布、1∶20萬化探成果及研究區(qū)已知礦化點數(shù)據(jù)進行空間信息疊加對比分析，發(fā)現(xiàn)所提取的礦化蝕變信息在空間位置分布上與其有很大的相關(guān)性，而且鐵染信息分布在空間上的吻合度明顯優(yōu)于含羥基的黏土礦化信息，這可能是由于高覆蓋率草場引起的對黏土礦化信息異常的干擾。

4　結(jié)語

1)應(yīng)用比值處理、LS-Fit法、Crosta法、掩膜干擾去除、分類處理等手段綜合分析，對干旱、半干旱地區(qū)提取遙感蝕變信息異常是可行的，結(jié)果對成礦遠景區(qū)和找礦方向具有指導(dǎo)意義。

2)遙感礦化蝕變信息異常區(qū)往往受第四系、植被等影響出現(xiàn)部分“偽信息”，可利用掩膜技術(shù)進行剔除處理，在成礦靶區(qū)圈定時應(yīng)結(jié)合影像特征和地學(xué)圍巖蝕變相關(guān)理論分析對比予以甄別剔除。

3)利用遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)可將礦化蝕變信息分類分級，并賦予對應(yīng)像元以不同色彩，構(gòu)成特征色調(diào)的顏色分量意義明確，異常位置在圖像上分布一目了然。

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