山西靈丘縣梨園金礦遙感蝕變信息提取

梅加江　吳茜　查道函

摘? 要? 本文通過對(duì)山西靈丘縣梨園金礦礦區(qū)及其外圍地區(qū)的ETM+圖像遙感蝕變信息進(jìn)行提取，采用ETM+ 7（R）+ ETM+ 4（G）+ETM+ 1（B）進(jìn)行遙感圖像的RGB融合，分別提取鐵染蝕變信息和泥化蝕變信息，分析結(jié)果表明研究區(qū)內(nèi)蝕變信息不強(qiáng)，但研究區(qū)外圍狼牙山一帶蝕變信息較強(qiáng)，上述結(jié)論對(duì)今后該地區(qū)的找礦工作具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞? 蝕變;遙感;波段;金礦床

中圖分類號(hào)：TP79文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Remote Sensing Alteration Information Extraction of Liyuan Gold Deposit in Lingqiu County， Shanxi

Mei Jiajiang1， Wu Xi1 ， Zha Daohan1，2

（1.Hunan Planning Institute of Land and Resources， Changsha Hunan 410019;2.Hunan Vocationed College of Engineering， Changsha Hunan 410151）

Abstract： By analyzing the ETM + image remote sensing alteration information of Liyuan Dold Deposits mining area in Lingqiu County， Shanxi Province， and its peripheral areas， and by using the ETM + 7 （R） + ETM + 4 （G） + ETM + 1 （B） for remote sensing image RGB fusion， respectively Iron alteration information and argillization information is extracted. The results show that the alteration information of research area is not strong， but the alteration information of peripheral area in Langya Mountain is stronger. The conclusion has a certain guiding significance for the prospecting work in the future.

Keywords： alteration; remote sensing; band; gold deposits

山西靈丘縣梨園金礦發(fā)現(xiàn)于1990年代，該地區(qū)地質(zhì)研究程度較低，成礦系統(tǒng)復(fù)雜，礦區(qū)深邊部找礦潛力亟待查明。

梨園金礦礦體中廣泛發(fā)育破碎角礫巖和蝕變成礦現(xiàn)象，礦區(qū)常見煌斑巖、輝綠巖等深源脈巖，與金礦體空間和成因關(guān)系密切，而這些脈巖具深源成因特征，表明控礦巖體延深較大，現(xiàn)有礦區(qū)深部及外圍找礦潛力可期。

梨園金礦受斷裂構(gòu)造控制明顯，線性構(gòu)造走向多為北西向及北北西向，環(huán)形構(gòu)造亦較為發(fā)育。其斷裂構(gòu)造交匯部位具有較高的成礦潛力。

研究區(qū)基巖露頭較發(fā)育，對(duì)遙感蝕變異常提取有利。本次工作主要就礦區(qū)及其外延的遙感蝕變信息進(jìn)行提取，并根據(jù)蝕變信息結(jié)果對(duì)研究區(qū)的進(jìn)一步找礦工作進(jìn)行探討。

1? 遙感地質(zhì)找礦的理論基礎(chǔ)

大量研究表明，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的中等以上強(qiáng)度蝕變帶十分有利于提取ETM+蝕變信息。雖然區(qū)域地層內(nèi)蝕變巖并不是成礦的必要條件，但富礦和大礦一般均伴隨著圍巖的劇烈且較大范圍的蝕變現(xiàn)象，特別是大型、超大型內(nèi)生熱液礦床一般發(fā)育有較大范圍較強(qiáng)的圍巖蝕變。因此，礦區(qū)蝕變遙感異常的提取，對(duì)地質(zhì)找礦有重要的指導(dǎo)意義。

根據(jù)Hunt G.RC（1979）的研究成果以及甘甫平等（2004）基于地物完全譜形特征的成像光譜遙感多波段組合的主成分變換提取方法，可以得出以下結(jié)論：巖石的光譜特征是由巖石中含量較少的次要礦物決定的。

首先是氧化鐵基團(tuán)。巖石中的氧化鐵礦物主要為黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、角閃石、針鐵礦、磁鐵礦、黃鉀鐵礬等，這些氧化鐵礦物在ETM+1和ETM+4兩個(gè)波段存在相對(duì)較強(qiáng)的吸收譜帶，如果巖石礦物中含有大量的三價(jià)鐵（Fe3+），但二價(jià)鐵（Fe2+）含量相對(duì)較少，則TM1和TM4波段是該類巖石主要的吸收譜帶。若巖石中含有較多的二價(jià)鐵（Fe2+），但三價(jià)鐵（Fe3+）含量較少，則TM1波段是該類巖石的主要吸收譜帶。

其次是羥基、碳酸根和水基團(tuán)。2. 20～2.30μm波段是羥基（OH-）的主要吸收譜帶，從而會(huì)在TM5波段處產(chǎn)生高值，在TM7波段處產(chǎn)生低值。巖石礦物中主要的含羥基礦物為中—低溫蝕變礦物，常見的有云母、高嶺土、綠泥石、綠簾石等。含碳酸根礦物（CO32-）的吸收譜帶為在1.90～2.55μm之間，2.35μm和2.55μm波段是其中較強(qiáng)的兩個(gè)特征吸收譜帶;而相對(duì)較弱的特征吸收譜帶位于1.90μm、2.00μm、2.16μm波段。水（H2O）的特征吸收譜帶位于1.40μm和1.90μm兩個(gè)波段。

目前最常見的遙感蝕變信息提取對(duì)象主要是礦區(qū)圍巖中的鐵染和泥化蝕變信息，本次研究工作基于上述原理而展開的。

2? 遙感數(shù)據(jù)的獲取和預(yù)處理

遙感影像數(shù)據(jù)是借助航天遙感器在地球外圍空間利用微波、紅外線和可見光等探測儀器，利用全天候攝影、掃描的手段獲取淺地表物體對(duì)電磁波輻射的感應(yīng)特征。根據(jù)不同來源，將遙感數(shù)據(jù)分為三類：航空遙感、航天遙感和地面遙感，其中尤以航天遙感發(fā)展最快，應(yīng)用最廣。

2.1 遙感數(shù)據(jù)的選取

根據(jù)研究目的及現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)條件，選取了美國馬里蘭大學(xué)接收的LANDSAT陸地衛(wèi)星系列應(yīng)用較廣泛的中分辨率數(shù)據(jù)。因ETM+數(shù)據(jù)的單幅圖像面積為35673㎞2，覆蓋范圍極廣，為開展大范圍的區(qū)域宏觀對(duì)比分析提供了條件;ETM+數(shù)據(jù)信息豐富，包括可見光、近紅外、短波紅外、熱紅外等8個(gè)波段（表1），近紅外波段主要揭示了氧化鐵、羥基礦物、含水量等特征，熱紅外波段不但能揭示地物的熱特性，還能將不同巖石的硅酸鹽礦物進(jìn)行區(qū)分，特別是專為地質(zhì)研究追加的ETM+7波段，可直接提取巖性相關(guān)信息。在山區(qū)利用遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)研究時(shí)，應(yīng)選擇天氣晴朗時(shí)段，植被相對(duì)不發(fā)育，且無積雪時(shí)期的遙感影像。在挑選ETM+波段圖像進(jìn)行組合時(shí)，要甄選地質(zhì)信息豐富、層次清楚、微地貌清晰的ETM+波段影像。

本次選取衛(wèi)星軌道號(hào)為124/033的ETM+圖像，拍攝時(shí)間為2000年5月7日。此時(shí)在山西東部地區(qū)天高氣爽，云層稀薄，影響因素為一年中最少，是遙感影像信息提取的最佳時(shí)段。

2.2 遙感圖像精校正

幾何精校正的主要構(gòu)想是通過選取真實(shí)的地面控制點(diǎn)，利用控制點(diǎn)的大地測量參數(shù)和遙感圖像上的坐標(biāo)建立一個(gè)彼此關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)精校正模型，由此對(duì)整幅圖像進(jìn)行精校正處理。幾何精校正的關(guān)鍵是選取地面控制點(diǎn)和建立精校正模型。地面控制點(diǎn)的選取應(yīng)該遵循在原始圖像和遙感圖像上都易識(shí)別原則，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)可以選擇河流的拐點(diǎn)、道路的交匯點(diǎn)、山脊等比較容易識(shí)別的點(diǎn);本研究區(qū)域河流支叉較為發(fā)育，通過選取河流陡轉(zhuǎn)折點(diǎn)、分叉點(diǎn)等地面控制點(diǎn)共20個(gè)，對(duì)整幅遙感圖像進(jìn)行了精校正。通過與地質(zhì)圖對(duì)比，校正效果良好，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步的工作。

2.3 去干擾處理

研究區(qū)位于太行山山區(qū)，區(qū)內(nèi)水系眾多，植被比較發(fā)育。區(qū)內(nèi)水體、植被和裸露的白泥地等是研究區(qū)主要的干擾因素。為了ETM+遙感數(shù)據(jù)提取的礦化蝕變異常信息更加的準(zhǔn)確，需要利用掩膜圖像消除這些干擾因素。

2.4 子區(qū)截取與假彩色合成

在經(jīng)過幾何校正的圖像上，分析各波段相關(guān)系數(shù)矩陣，結(jié)果表明，ETM+7波段與其他各波段的相關(guān)性排列有小到大依次為：ETM+3，ETM+4，ETM+1，ETM+5，ETM+2，由于植被在ETM+4反射率較高，合成圖像上植被覆蓋區(qū)都呈不同的綠色，看上去很像真彩色，所以將ETM+4作為綠通道，而不選擇相關(guān)系數(shù)較小的ETM+3。為了獲得接近真彩色的圖像，也為反映更多的地物信息，最終采用了ETM+ 7（R）+ ETM+ 4（G）+ETM+ 1（B），進(jìn)行遙感圖像的RGB融合。最終獲取的遙感底圖如下圖（圖2）所示。

3? ?提取遙感蝕變信息

由于礦區(qū)內(nèi)巖性種類多，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，砂石、沙土等強(qiáng)反射率信息抑制了蝕變巖反射光譜信息，導(dǎo)致蝕變巖光譜比值特征不明顯，因此，無法利用比值圖像提取遙感信息?？紤]上述干擾因素，本次采用主成分分析法來提取蝕變遙感信息，輸入波段選擇與特定光譜信息有關(guān)的波段，同時(shí)為了排除干擾因素，將無關(guān)的波段消除，突顯分析目標(biāo)。

3.1 鐵染蝕變信息提取

鐵染的特征光譜信息主要集中在ETM+1

～ETM+4波段，結(jié)合各個(gè)波段波普反映的特征，我們選取ETM+1、ETM+3、ETM+4、ETM+5等波段作為組合波段進(jìn)行主成分分析。將上述波段應(yīng)用掩膜并進(jìn)行了植被抑制后，統(tǒng)計(jì)分析如下：

通過表2揭示的信息，結(jié)合鐵染類蝕變礦物的波譜特征判斷，ETM+1、 ETM+3波段具有相反的貢獻(xiàn)值， PC4分量中亮色調(diào)部分代表了鐵染信息，故選取PC4作為“鐵組圖像”。PC4反應(yīng)了ETM+3波段在鐵染礦物具有高的反射值，在ETM1波段吸收值較大，利用ETM+3/1波段比值可以強(qiáng)化異常，通過“3×3”進(jìn)行濾波處理后，根據(jù)其高端亮度分布直方圖選擇合適閾值進(jìn)行蝕變的分級(jí)，高值級(jí)（I級(jí)）、中等值級(jí)（II級(jí)）、低值級(jí)（III級(jí)）在異常圖像上分別以紅、黃、綠色彩表達(dá)，最終得出以下圖像（圖3）。

3.2 泥化蝕變信息提取

泥化羥基圖像選用ETM+1、ETM+4、ETM+5、ETM+7四個(gè)波段進(jìn)行主成分變換分析，選擇反映富羥基礦物成分波段組合的主分量圖像，從而確定泥化蝕變遙感異常區(qū)域。

對(duì)ETM+1、ETM+4、ETM+5、ETM+7進(jìn)行PCA主成分分析，統(tǒng)計(jì)分析如下：

從表3可以看出，PC2的特征向量載荷因子絕對(duì)值較大的是ETM+4和ETM+7波段，分別為0.92765和-0.35302。顯示了ETM+4波段對(duì)羥基礦物強(qiáng)反射的光譜特性，ETM+7波段對(duì)羥基礦物強(qiáng)吸收特征。因而選取PC2作為“泥化羥基圖像”。經(jīng)過拉伸處理、濾波后，根據(jù)其高端亮度分布直方圖選擇合適閾值進(jìn)行蝕變的分級(jí)，高值級(jí)（I級(jí)）、中等值級(jí)（II級(jí)）、低值級(jí)（III級(jí)）在異常圖像上分別以紅、黃、綠色彩表達(dá)，最終得出以下圖像（圖4）。

4? 結(jié)論

將研究區(qū)鐵染，泥化蝕變信息疊加到遙感底圖上，最終得到研究區(qū)復(fù)合蝕變信息圖，如下圖（圖5）所示。

由圖5可以看出，雖然現(xiàn)有礦區(qū)蝕變信息不甚強(qiáng)烈，但在礦區(qū)外圍東北方向狼牙山一帶，礦區(qū)東南、西南一側(cè)，以及上寨鎮(zhèn)以北地區(qū)，蝕變信息較強(qiáng)。經(jīng)查，靈丘縣上寨鎮(zhèn)雁翅村有一鐵礦（原青羊鐵礦），獨(dú)峪鄉(xiāng)有杜家河南洼溝鐵礦山，都與圖5中相應(yīng)位置的蝕變信息相符。因此，這些蝕變信息可以作為下一步地質(zhì) 工作的參考。

參考文獻(xiàn)/ References

[1] Hunt G R， Ashley R P. Spectra of altered rocks in the visible and near infrared[J]. Economic Geology， 1979， 74：1613-1629.

[2] 甘甫平，王潤生.遙感巖礦信息提取基礎(chǔ)與技術(shù)方法研究[M].北京：地質(zhì)出版社，2004.

[3] 王日冬，邢立新.礦床蝕變信息的遙感提取方法[J].世界地質(zhì)，2000，19（4）：397-400.

[4] 鞠培姣.太行山北段梨園金礦構(gòu)造地球化學(xué)特征[J/OL].黃金科學(xué)技術(shù)，2020，1-12.

[5] 何雅楓，何政偉，趙銀兵，等.地質(zhì)構(gòu)造與遙感蝕變的相關(guān)性分析[J].地理空間信息，2015，13（2）：91-93.

*第一作者簡介：梅加江，男，1981年生，工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查和規(guī)劃工作。E-mail： 709631023@qq.com。

收稿日期：2020-09-20; 改回日期：2020-11-02。