內(nèi)蒙古扎嘎烏蘇地區(qū)遙感礦化蝕變信息提取研究

連琛芹 李成元 劉永新

摘? 要：為充分發(fā)揮遙感技術(shù)在內(nèi)蒙古扎嘎烏蘇地區(qū)礦化蝕變信息提取方面的作用，以Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，采用特征向量主成分分析，結(jié)合異常切割和異常濾波的方法，提取研究區(qū)遙感礦化蝕變信息?；贕IS平臺(tái)，將已知的地質(zhì)礦產(chǎn)信息與提取的礦化蝕變信息進(jìn)行疊置分析，顯示提取的蝕變信息與研究區(qū)地質(zhì)信息吻合較好。研究證實(shí)，該方法對(duì)本地區(qū)蝕變礦物信息的提取可行，對(duì)該區(qū)未來找礦勘查具重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：扎嘎烏蘇;Landsat 8; 主成分分析;蝕變信息;鐵礦

遙感礦化蝕變信息提取研究，作為遙感找礦中最為重要的部分，在遙感地質(zhì)找礦勘查領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。張玉君等提出了“去干擾異常主分量門限化技術(shù)”[2]，在驅(qū)龍地區(qū)遙感蝕變信息提取中取得了較好的效果。Mars在斑巖銅礦的研究中使用Aster數(shù)據(jù)成功地提取了該區(qū)羥基蝕變礦物[3]。劉磊等在東準(zhǔn)噶爾三道嶺地區(qū)進(jìn)行了遙感礦化蝕變信息提取及找礦預(yù)測(cè)[4]，獲得良好效果。

內(nèi)蒙古扎嘎烏蘇地區(qū)位于興蒙造山帶，成礦條件非常有利。其地理位置位于我國(guó)西北中蒙邊境的大漠戈壁，研究程度低，是遙感技術(shù)發(fā)揮作用的理想場(chǎng)所。目前，國(guó)內(nèi)還沒有關(guān)于扎嘎烏蘇地區(qū)遙感蝕變信息提取方面的研究。因此，在扎嘎烏蘇地區(qū)進(jìn)行遙感蝕變信息提取研究，對(duì)該地區(qū)未來地質(zhì)找礦工作，具重要意義。本文以Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，采用特征向量主成分分析，結(jié)合異常切割和異常濾波的方法，提取研究區(qū)的遙感礦化蝕變信息?；贕IS平臺(tái)，將已知的地質(zhì)礦產(chǎn)信息與提取的礦化蝕變信息進(jìn)行疊置分析，顯示提取的蝕變信息與研究區(qū)地質(zhì)信息吻合較好。研究證實(shí)，該方法對(duì)本地區(qū)蝕變礦物信息的提取是可行的，對(duì)該區(qū)未來找礦勘查具重要指導(dǎo)意義。

1? 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古境內(nèi)，屬烏拉特中旗川井蘇木管轄。該區(qū)大地構(gòu)造位于華北板塊與西伯利亞板塊之間的興蒙造山帶西南部，扎嘎烏蘇鐵礦位于扎嘎烏蘇以北6 km處（圖1）。扎嘎烏蘇鐵礦的礦床類型屬熱液型鐵礦，出露地層較簡(jiǎn)單，巖性主要有新元古界艾勒格廟組絹云母千枚巖夾結(jié)晶灰?guī)r、白云質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r、綠泥絹云片巖夾薄層結(jié)晶灰?guī)r、石英巖等。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主。礦石礦物由赤鐵礦、假象赤鐵礦及褐鐵礦組成，脈石礦物以隱晶-他形粒狀的石英（硅質(zhì)）為主，致密塊狀、條帶狀、稠密浸染狀，少數(shù)角礫狀構(gòu)造。礦體形狀復(fù)雜，以脈狀及不規(guī)則狀為主，與硅質(zhì)脈為過渡關(guān)系，圍巖蝕變發(fā)育，近礦圍巖蝕變有硅化、赤鐵礦及褐鐵礦化等。在鐵礦和硅質(zhì)脈的附近硅化及褐鐵礦化等圍巖蝕變尤為發(fā)育。

2? 數(shù)據(jù)源的選擇及預(yù)處理

Landsat 8陸地衛(wèi)星攜帶了陸地成像儀（OLI）和熱紅外傳感器（TIRS），運(yùn)行于高度705 km的太陽同步軌道。本文使用的數(shù)據(jù)來自陸地成像儀（OLI）。OLI擁有9個(gè)波段，空間分辨率為30 m， 幅寬185 km。該數(shù)據(jù)與ETM數(shù)據(jù)相比，增加了光譜范圍和信噪比，具有12位的量化級(jí)數(shù)[5]。OLI的波段避開了大氣吸收特征，顯著地提升了對(duì)地物的識(shí)別能力，更利于蝕變礦物信息的提取[6]。

OLI數(shù)據(jù)預(yù)處理工作通常包括去邊框、去干擾地物及研究區(qū)裁剪等。由于 OLI數(shù)據(jù)在各波段獲取的數(shù)據(jù)在時(shí)間上略有差異，導(dǎo)致各波段的邊界信息不重合，去邊框?qū)⒉恢睾喜糠痔蕹?，保留重合部分。研究區(qū)位于戈壁，在數(shù)據(jù)選擇時(shí)，挑選干擾地物可忽略不計(jì)的影像數(shù)據(jù)，便于更好地進(jìn)行遙感礦化蝕變信息提取。因此，本次研究無需進(jìn)行干擾地物的去除。

3? 蝕變信息提取

3.1? 理論基礎(chǔ)

圍巖蝕變作為熱液礦床成礦作用發(fā)生的重要標(biāo)志之一，為有效找礦標(biāo)志[7-10]。一般狀況下，在遙感獲得的地表信息中，只要有一定強(qiáng)度的蝕變巖石出露，就可在遙感影像上有所反映[10]。據(jù)對(duì)研究區(qū)扎嘎烏蘇鐵礦的研究，主要礦化蝕變類型有赤鐵礦化、褐鐵礦化、硅化等。這些含鐵染蝕變礦物在OLI遙感數(shù)據(jù)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具典型可識(shí)別特征，是蝕變信息提取的理論基礎(chǔ)。

通常地球表面的地物均在400～2 500 nm譜段具可識(shí)別的診斷光譜特征[11]。一般來說，含鐵離子的礦物在400～1 200 nm光譜范圍內(nèi)具光譜診斷特征[12]。本次研究將美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）波譜庫(kù)中的蝕變礦物波譜以O(shè)LI遙感數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)進(jìn)行了重采樣。由蝕變礦物的波譜在OLI遙感數(shù)據(jù)的各通道對(duì)應(yīng)關(guān)系可知（圖2），含鐵礦物褐鐵礦和赤鐵礦在band2的反射率遠(yuǎn)低于其它波段，在 band4的反射率相對(duì)band2高，在band5具強(qiáng)吸收特征，band6具強(qiáng)反射特征。

3.2? 蝕變礦物信息提取

主成分分析法是應(yīng)用最為廣泛，具對(duì)影像大氣校正質(zhì)量要求不高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、提取效果好、效果穩(wěn)健等優(yōu)點(diǎn)，在地質(zhì)找礦實(shí)踐過程中，廣受地質(zhì)工作者的青睞[13-15]。本次工作中，使用特征向量主成分分析法對(duì)扎嘎烏蘇地區(qū)進(jìn)行蝕變礦物的提取研究。特征向量主成分分析法根據(jù)目標(biāo)蝕變礦物診斷波譜特征，選擇3～4個(gè)對(duì)應(yīng)的波段實(shí)現(xiàn)主成分分析運(yùn)算，經(jīng)主成分變換后，得到相應(yīng)的主分量。通常與礦化蝕變有關(guān)的信息為弱信息，一般包含在信息量最少的主分量中。據(jù)此對(duì)研究區(qū)Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感礦化蝕變信息提取。

據(jù)與扎嘎烏蘇鐵礦成礦有關(guān)的蝕變礦物光譜診斷特征，選擇Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)的2、4、5、6波段進(jìn)行主成分分析，提取研究區(qū)礦化蝕變異常信息。據(jù)含鐵礦物的光譜特征可知，構(gòu)成鐵染主分量的波段2、波段4的系數(shù)符號(hào)通常是相反的。從Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)的4個(gè)波段主成分分析后的特征向量矩陣可知（表1），遙感蝕變信息位于PC4。本次研究通過對(duì)“均值+n×標(biāo)準(zhǔn)差”中 “n”值的調(diào)整進(jìn)行異常切割，對(duì)蝕變異常信息進(jìn)行量化分級(jí)。n值取1.5、2.0、2.5分別對(duì)應(yīng)一、二、三級(jí)蝕變異常。

3.3? 結(jié)果分析

扎嘎烏蘇鐵礦和研究區(qū)其他已知礦點(diǎn)，均受區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造控制，熱液上升、運(yùn)移均以斷裂構(gòu)造為通道。扎嘎烏蘇鐵礦體分布在NE向壓扭性主干斷裂（破碎帶）和次級(jí)斷裂內(nèi)，并在二者交匯處較富集。礦體形狀復(fù)雜，以脈狀及不規(guī)則狀為主，與硅質(zhì)脈為過渡關(guān)系，圍巖蝕變發(fā)育，近礦圍巖蝕變有硅化及褐鐵礦化等。在鐵礦和硅質(zhì)脈附近，硅化及褐鐵礦化等圍巖蝕變發(fā)育，蝕變帶寬約20～50 m。本次提取的礦化蝕變異常主要為區(qū)內(nèi)赤鐵礦化和褐鐵礦化。

將提取的蝕變異常信息和已知的地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)疊合于GIS軟件中，進(jìn)行疊置分析。提取的遙感礦化蝕變信息與已知礦床和礦點(diǎn)基本重合，且呈NE向帶狀展布，與區(qū)內(nèi)主要成礦控礦斷裂構(gòu)造方向一致，基本分布于斷裂構(gòu)造周邊（圖3），說明異常信息的展布明顯受控于熱液活動(dòng)和區(qū)內(nèi)斷裂，充分證明本區(qū)礦化蝕變異常提取的可行性和有效性。

3.4? 野外驗(yàn)證

在綜合分析遙感和地質(zhì)礦產(chǎn)信息基礎(chǔ)上，進(jìn)行野外實(shí)地勘查，多處礦化區(qū)域具不同程度的硅化、褐鐵礦化等特征（圖4-a，b）。經(jīng)野外查證，充分肯定了此次遙感蝕變信息提取的價(jià)值和作用，對(duì)未來該地區(qū)找礦勘查具重要指導(dǎo)意義。

4? 結(jié)論

（1） 以Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，采用特征向量主成分分析，結(jié)合異常切割和異常濾波的方法，成功提取了內(nèi)蒙古扎嘎烏蘇地區(qū)的礦化蝕變信息。

（2） 結(jié)合已知地質(zhì)礦產(chǎn)資料，借助GIS平臺(tái)，對(duì)提取的蝕變異常信息進(jìn)行了疊置分析，顯示提取的遙感礦化蝕變信息與已知礦床和成礦控礦斷裂構(gòu)造等地質(zhì)信息吻合較好。充分證明遙感蝕變信息提取是一種高效快捷的找礦手段，可為本區(qū)開展更大規(guī)模地找礦提供牢固基礎(chǔ)。

（3） 遙感礦化蝕變信息提取技術(shù)作為找礦的先行手段，可為地質(zhì)找礦工作提供預(yù)測(cè)信息，突出找礦重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)域。

致謝：衷心感謝對(duì)本文提出寶貴修改意見的匿名審稿專家和責(zé)任編輯！

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WJCI項(xiàng)目簡(jiǎn)介

《世界期刊影響力指數(shù)（WJCI）報(bào)告》（2020科技版）（簡(jiǎn)稱：WJCI報(bào)告）是由中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所、《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤版）》電子雜志社有限公司、清華大學(xué)圖書館、萬方數(shù)據(jù)有限公司、中國(guó)高校科技期刊研究會(huì)聯(lián)合研制的期刊評(píng)價(jià)報(bào)告。該報(bào)告是中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)專題資助課題《面向國(guó)際的科技期刊影響力綜合評(píng)價(jià)方法研究》（2019KJQK004）的成果，入選了“科創(chuàng)中國(guó)”項(xiàng)目。

WJCI報(bào)告更加全面、客觀、綜合地評(píng)價(jià)科技期刊在當(dāng)今社會(huì)對(duì)全球科技創(chuàng)新活動(dòng)提供的出版?zhèn)鞑シ?wù)及其學(xué)術(shù)影響力，客觀反映了以中國(guó)為代表的新興科技大國(guó)的真實(shí)貢獻(xiàn)，為世界學(xué)術(shù)期刊的學(xué)術(shù)影響力提供更為客觀的統(tǒng)計(jì)方法和綜合排序，推動(dòng)世界科技期刊公平評(píng)價(jià)、同質(zhì)等效使用。相比其他期刊評(píng)價(jià)體系，WJCI報(bào)告主要在以下4方面進(jìn)行了創(chuàng)新：

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WJCI報(bào)告共收錄中國(guó)科技期刊1 426種，平均WJCI指數(shù)是1.185，專家審議后普遍認(rèn)為這些期刊與該報(bào)告的其他期刊一樣，達(dá)到了國(guó)際優(yōu)秀期刊的水平。其中，中國(guó)有8種期刊入選WJCI-TOP5%期刊，172種期刊入選WJCI-Q1區(qū)。日前該報(bào)告可通過網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)址：http：//wjci.cnki.net）查詢?cè)斍閿?shù)據(jù)。

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