内蒙古石尖山地区遥感蚀变信息提取

2016-05-23赵栋

地下水 2016年2期

关键词：遥感

赵　栋

(西北大学地质学系，陕西西安 710069)

内蒙古石尖山地区遥感蚀变信息提取

赵栋

(西北大学地质学系，陕西西安 710069)

[摘要]内蒙古石尖山地区是内蒙古北部重要的成矿带，已发现一批铁、锌、铅、银、钼、萤石成矿靶区，具有优越的成矿地质背景和巨大的成矿潜力。石尖山地区属于高原山区，植被覆盖率高，地面地质工作开展难度较大，因此，在该地区开展遥感找矿研究是一种经济便捷且有效的勘察手段。以ETM+数据为基础，在ENVI软件的支持下，根据与蚀变矿物组合相关的波谱特征，通过波段比值、主成分分析、彩色空间变换等方法，对石尖山地区铁染、羟基、金矿化等蚀变信息进行提取，并结合基础地质资料，划定预测靶区，取得了很好的效果。

[关键词]遥感；波段比值；主成份分析；矿化蚀变信息；石尖山地区

石尖山地区位于大兴安岭中段西坡，大兴安岭中生代火山岩区,大地构造背景属于西伯利亚板块东南陆缘增生带，区内褶皱、断裂构造和火山机构十分发育，是内蒙北部重要成矿带，区域上已发现的主要矿产为铁、锌、铅、银、钼、萤石，其次有铜、石灰岩、沸石、粘土、煤等，具有优越的成矿地质背景和巨大成矿潜力。

调查区位于内蒙古东部大兴安岭中北段，地貌上属高原山区，海拔高度一般800～1 100 m，相对高差较大。属大陆性亚寒带季风气候，温差较大。工作区属森林沼泽景观区，水系、沼泽、湿地发育，基岩露头差。加之调查区多为山区，交通不便，地面地质工作的开展难度大,成本高,因此在该地区开展遥感找矿工作、划定研究靶区，可以大大提高工作效率，节约成本。本文利用遥感数据对内蒙古石尖山地区进行矿化蚀变信息提取与分析,根据ETM+数据与蚀变矿物组合相关的波谱信息,利用掩膜+波段比值+主成分分析+色度调整的方法进行了蚀变异常信息提取,为该区成矿预测研究与建立找矿靶区提供了依据。

1区域成矿地质背景

本成矿区属西伯利亚板块南缘大陆边缘，经历了陆壳分离、古亚洲洋的生成、发展和消亡，以及滨西太平洋构造域的叠加，构造运动演化历史复杂，岩浆作用强烈，因此成矿带具有多期次叠加特点。

1.1构造控矿作用

本区中部有北东向特尼河大断裂通过，南侧外围有北东向海拉尔河大断裂，西南侧有北西向勉渡河大断裂，这些断裂相互交汇，次级构造极为发育。区内的断裂构造活动时间长、活动期次多、次级断裂发育，常形成不同时代的矿床。晚侏罗世至早白垩世这些断裂活动达到顶峰，并伴随有强烈的中—酸性岩浆侵入活动，形成一系列的火山喷发岩浆带，并在附近形成多个铁、钼、铅锌多金属及萤石矿(床)点。

1.2岩浆岩控矿作用

调查区内见有泥盆纪、石炭纪和侏罗纪三个旋回岩浆侵入活动，形成近北东向展布的岩浆岩带。石炭纪的岩浆活动形成于西伯利亚古板块和华北古板块的碰撞、挤压环境及其后裂解再拉张环境，有大量的花岗岩类侵入，与本期侵入岩有关的金属矿产主要分布在调查区东南部大春日山铅锌银多金属矿点。

燕山期是本区岩浆活动的高峰期，形成花岗质的岩浆活动，形成浅成—超浅成相小侵入体，并伴有Cu、Pb、Zn、Ag、Au、Mo等的矿化，区域上形成许多具有工业价值的矿床。燕山期侵入岩出露不多，侵入于早石炭世花岗岩体中，形成复合花岗岩带，与区域该期岩浆的分布趋势一致。

2蚀变信息提取

通过对目前各种常用方法的试验以及优劣性分析，我们认为针对不同蚀变类型先用特征波段比值、选择主成分分析、彩色空间变换增强，然后经过阀值分割、异常叠加、假彩色合成、非监督分类等方法的处理，在此基础上结合主分量门限化模型对蚀变信息提取并分级，最终生成分级预测图效果较好。基于该方法，利用ETM+数据对研究区矿化蚀变信息进行了提取，获取了多种矿化蚀变信息成果。

2.1数据来源

本次研究采用Landsat-7 ETM+数据，景号为122/25和122/26。原始影像已经经过了几何校正与辐射校正。为保持蚀变信息提取的完整性，本次研究对图像数据进行了图像镶嵌与裁剪处理。在提取的蚀变图像中，由于有第四系覆盖、植被等干扰信息的影响，可以采用掩膜处理的方法对这些干扰信息进行剔除。

2.2绿泥石化蚀变信息提取

绿泥石在中低温热液矿床中广泛分布。其为Mg-OH类蚀变矿物的典型代表，在2.32 μm附近具有一个明显的吸收谷，在2.17 μm附近有一个反射峰。

选取ETM+1、4、5、7 四个波段，对其进行主成份分析。泥化蚀变分别在 ETM+5 和 ETM+7 有较强的反射和吸收，符号相反且绝对值较大，由此获得“羟基图像”，它反映富泥化蚀变的遥感异常。对代表泥化物主分量的判断准则是：构成该主分量的本征向量，其中ETM+5系数应与ETM+7及ETM+4 的系数符号相反，ETM+1一般与ETM+5系数符号相同(张玉君等，2003)。据此，对 ETM+1、4、5、7 四个波段主成分分析结果进行统计，得出 PC4 代表了泥化信息。

对于主成分变换的第四分量 PC4 进行统计。据此，对 PC4 进行阈值分割，得到泥化信息图像。最后，对结果进行中值滤波处理，得到最终的绿泥石化信息图像。将生成的绿泥石化信息图像矢量化；然后与单波段图像叠加，生成绿泥石化信息提取遥感影像图(见图1)。

2.3羟基蚀变信息提取

在ETM+影像上，羟基信息在ETM+5 (1.55～1.75 μm)处表现出较强的反射，在ETM+7(2.08～2.35 μm)处表现出较强的吸收；此外，在ETM+1(0.45～0.52 μm)和 ETM+4(0.76～0.90 μm)处还有两个较弱反射和吸收带。鉴于羟基信息这一光谱特征，我们采用主成分分析的方法对工作区羟基蚀变信息进行遥感提取。

选择ETM+1、4、5、7波段主成分分析，只有PC4这一主分量中ETM+1、ETM+5符号相同且与ETM+4和ETM+7符号相反，符合羟基蚀变信息的ETM+光谱特征，所以PC4是羟基信息的表征分量，我们利用PC4提取羟基信息。在第4主成分中ETM+5波段的权重因子最大，主要反映了羟基蚀变信息在第5波段的高反射性。由于第4主成分中还含有少量植被、河流及第四纪等干扰因素，需要将其去除。根据公式：PC4(1457)- ETM+4/3 - PC2(123457)(张廷斌，2009)对干扰因素进行去除。

对处理结果进行低通滤波处理后，统计分析得到最终的羟基蚀变信息图像。将生成的羟基蚀变信息图像矢量化；然后与单波段图像叠加，生成羟基蚀变信息提取遥感影像图(见图1)。

2.4铁染蚀变信息提取

在ETM+影像上，铁染信息在ETM+1(0.4～0.5 μm)和ETM+4(0.8～1.0 μm)波段处有两个明显的吸收带，在ETM+3(0.63～0.69 μm)波段处附近反射相对较高，可将此独特的波谱特征作为铁染信息蚀变提取的依据。在不考虑符号的情况下，ETM+3波段的特征向量载荷因子最大的主分量影像反映了含铁离子蚀变矿物信息，如果ETM+3波段的特征向量载荷因子为负，则铁离子分布区域在主分量影像中为低值异常。

选择ETM+1、3、4、5波段主成分分析，只有PC4这一主分量中ETM+3系数应与ETM+1及 ETM+4的系数符号相反，且ETM+3与ETM+5系数符号相同。在第4主成分中ETM+3波段的权重因子最大，主要反映了羟基蚀变信息在第3波段的高反射性。ETM+3/1、ETM+5/1和ETM+5/4波段比值图像不同程度的增强了黄铁矿化、褐铁矿化以及钾化等具体与铁染蚀变相关的蚀变信息；同时，波段比值ETM+4/3可以一直植被信息，因此选择ETM+3/1、ETM+5/1、ETM+5/4、PC4(1345)和ETM+4/3图像进行二次主成分分析，将结果中的第一主分量作为铁染蚀变基础图，进行蒂通滤波处理后，统计分析结果得到最终的铁染蚀变信息图像(张廷斌，2009)。将生成的铁染蚀变信息图像矢量化，生成铁染蚀变信息提取遥感影像图(见图1)。

2.5金矿化蚀变信息提取

与金矿矿化蚀变有关的矿物主要为一些含羟基(OH-)的粘土矿物(绢云母化、绿泥石化等)和富含三价铁离子(Fe3+)的矿物。因此，在ETM+影像上，只有羟基矿物和三价铁离子矿物同时显示异常的区域才有可能是与金矿化有关的部位。

选择上述羟基蚀变信息提取ETM+1、4、5、7波段主成分分析结果中的PC4分量、上述铁染蚀变信息提取ETM+1、3、4、5波段主成分分析结果中的PC4分量、ETM+3/ETM1比值图像(可以增强铁染蚀变信息)以及ETM5/ETM7比值图像(可以增强羟基蚀变信息)进行主成分分析，主要信息集中在 PC1 和 PC2 两个组分中。其中 PC1 组分的信息主要来自“铁组分”和“羟基组分”，且符号相反，是4个PC 组分中能最好地突出矿化蚀变信息的特征组分。因而选择信息量最丰富的 PC1 组分进行金矿化蚀变信息提取。

对 PC1 特征组分进行线性反差增强、低通滤波、密度分割和分类处理，压抑乃至去除与蚀变无关的信息，从而形成了只有金矿化蚀变信息图像。将以上生成的图像矢量化，生成金矿化信息矢量提取图像，生成金矿化信息提取遥感影像图(见图1)。

3找矿预测

矿产的形成是多种成矿因素综合作用的结果，研究区地质构造、地层岩性等都是地质历史演化的结果，也是矿化信息提取的重要参考因素。因此，作者基于研究区遥感矿化蚀变提取图并结合研究区构造、岩性、地球物理、地球化学和已知矿点等资料，圈定了几个成矿预测区。同时，考虑到地质成矿因素与提取区的重合情况，将其分为了三个等级(见图1)。

图1　内蒙古石尖山地区ETM+遥感综合信息提取预测图

一级预测区：包括两个预测区：Ⅰ1-1位于调查区西北部，呈北东向展布，预测区面积约140.07 km2，在调查区范围内面积约112.06 km2；Ⅰ1-2位于调查区中北部，预测区面积约89.48 km2，两异常区都与土壤异常、磁异常相重叠，且均位于线环构造的交切部位及两侧，区内已知矿点多，矿化信息提取结果表现为多种蚀变矿物的高异常。

二级预测区：包括两个预测区：Ⅱ2-1位于调查区东南部，预测区面积约86.82 km2；Ⅱ2-2位于调查区东南角，预测区面积约41.98 km2，在调查区范围内面积约27.99 km2，两异常区都与土壤异常、磁异较为重叠，且均位于线环构造的交切部位及两侧，有已知矿化点分布，矿化信息提取结果表现为多种蚀变矿物的中异常。

三级预测区：包括三个预测区：Ⅲ3-1位于调查区西部，预测区面积约：46.75 km2，在调查区范围内面积约36.73 km2；Ⅲ3-2位于调查区中西部，预测区面积约29.49 km2；Ⅲ3-3位于调查区东北部，预测区面积约95.78 km2，在调查区范围内面积约38.31 km2，此预测区属于未发现矿化点或矿化点较少的区域，但这些区域多种蚀变矿物集中分布，是今后找矿的潜在研究区。

4结语

从蚀变信息提取图像来看，整个石尖山地区的矿化蚀变明显是受到断裂、环状等构造现象所控制的，一级预测区往往出现在线环构造的交切部位，这类地区往往是热液矿床的产出部位，而划出的预测区也与已知的矿点、矿化点有很好的吻合，说明本次遥感蚀变信息提取结果有较好的可信性。

在常规找矿方法有较大难度的石尖山地区，本次研究主要采用基于波段比值、选择主成分分析、彩色空间变换增强的方法，然后经过阀值分割、异常叠加、假彩色合成、非监督分类等方法的处理，对研究区进行了蚀变信息提取，提取结果与区域断裂展布方向基本一致，说明本次研究有一定的参考价值。但由于一些植被水体等干扰因素的存在，加之同物异谱与异物同谱现象的干扰，肯定存在一些错漏信息，因此在进行矿化信息选择时，须结合研究区的其它地质资料综合分析，去除干扰信息后方可进行下一步工作。

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