吳志春， 郭福生， 劉林清， 姜勇彪

(1.東華理工大學，江西 撫州 344000;2.江西省數(shù)字國土重點實驗室，江西 撫州344000)

青海玉樹地區(qū)遙感找礦蝕變異常提取與成礦預測

吳志春1，2， 郭福生1， 劉林清1，2， 姜勇彪1，2

(1.東華理工大學，江西 撫州 344000;2.江西省數(shù)字國土重點實驗室，江西 撫州344000)

遙感找礦蝕變異常提取是當今綜合找礦的重要手段之一。以青海玉樹地區(qū)的遙感找礦蝕變異常提取為例，運用主成分分析、波段比值、波段比值的主成分分析復合法、無損線性拉伸、掩膜、密度分割等方法，解決了第四系和植被對遙感蝕變異常提取的干擾的問題。在該工作區(qū)內(nèi)共圈出了6個Ⅰ級找礦遠景區(qū)，3個Ⅱ級找礦遠景區(qū)，7個Ⅲ級找礦遠景區(qū);遙感蝕變異常區(qū)與全部礦床、礦(化)點吻合率高達88.1%，與含銅、含鉛、含鋅、含鐵的金屬礦床、礦(化)點吻合率分別為93.22%，75.76%，78.26%，100%。

遙感找礦;蝕變異常;成礦預測;玉樹地區(qū);青海

遙感蝕變異常提取一直是遙感應用的關鍵技術(劉剛，2002)。30多年來一直受國內(nèi)外學者關注，Rowan等(1977)采用 MSS4/5，MSS5/6和MSS5/7波段比值合成彩色圖像對含次生粘土，氧化硅和褐鐵礦的蝕變礦區(qū)進行了識別填圖;Croksta等(1989)提出了主成分分析;Kruse等(1993)提出了光譜角分類;趙元洪等(1991)提出了波段比值的主成分分析復合法;何國金等(1995)提出了“微量信息處理”方法;馬建文等(1997)利用“掩膜+主成分分析+分類識別”提取礦化蝕變信息;甘甫平(2001，2002)、王曉鵬等(2002a，2002b)、劉素紅等(2002)、劉成等(2003)、張玉君等(2003)均做了深入的相關研究。

圍巖蝕變是熱液礦床的重要找礦標志，很多礦床成礦時均伴有熱液蝕變。一般而言，蝕變越強，成礦可能性越高;蝕變范圍越寬，礦化規(guī)?？赡茉酱?，因此指導找礦意義越大。最常見的蝕變?yōu)楣杌?、絹云母化、綠泥石化、褐鐵礦化、黃鐵礦化、云英巖化、矽卡巖化、白云巖化、錳鐵碳酸鹽化(張玉君等，2002)。從理論上說，上述蝕變類型均含有Fe2+，F(xiàn)e3+或OH－，CO32－(黨福星等，2002)。可見光—近紅外光譜區(qū)(0.325～2.5 μm)，主要造巖礦物中各主要化學成分(Si，Al，Mg和O)并不產(chǎn)生具有鑒定意義的反射譜帶(張玉君等，1998)。鐵化和泥化是遙感蝕變異常提取的主要目標。鐵化有兩個明顯的吸收帶和一個反射帶，第一個吸收帶為0.4～0.5 μm，相當于TM1(0.45～0.52 μm)，第二個吸收帶為0.8～1.0 μm，相當于TM4(0.76～0.9 μm)。反射帶為0.63～0.69 μm附近，相當于TM3(0.63～0.69 μm)。與泥化有關的高嶺土化、綠泥石化、綠簾石化、絹云母化、碳酸鹽化等有一個強反射和一個強吸收帶，反射帶為1.55～1.75 μm，相當于TM5(1.55～1.75 μm)，反射帶為2.08～2.35 μm，相當于 TM7(2.08～2.35 μm)(楊金忠等，2003)。根據(jù)蝕變的吸收和反射帶與landsat(美國陸地探測衛(wèi)星系統(tǒng))衛(wèi)星波段的對應關系，通過主成分分析和波段比值增強微弱的蝕變信息。

1 工作區(qū)概況

本次研究的范圍為東經(jīng)94°30'00″～97°30'00″，北緯31°00'00″～34°00'00″，涵蓋5幅1∶250000圖幅，對應的TM/ETM+遙感圖像有10景，面積約90 907 km2。該地區(qū)大部分海拔在4 000～5 000 m之間，最高峰為治多縣的布喀達板峰，海拔為6 860 m。工作區(qū)屬于高寒干旱地區(qū)，年平均氣溫為3.7℃，蒸發(fā)量大于降水量，玉樹高原還是一個多雷電、多冰雹、多霜凍、多大風的地區(qū)(《玉樹藏族自治洲概況》編寫組，1985)。

青海玉樹地區(qū)位于橫斷山北段青海省西南部與西藏藏族自治區(qū)東部接壤處，介于金沙江縫合帶與怒江縫合帶之間，大地構造位置上屬羌塘微板塊東部，瀾滄江縫合帶北側(cè)的古特提斯構造域。研究區(qū)屬于風火山-囊謙逆沖帶的東段，介于木曲-包青涌結合帶和玉樹-巴塘結合帶之間，其西南側(cè)為南羌塘-左貢地塊，東北側(cè)為松潘-甘孜地塊(姜勇彪等，2009)。該工作區(qū)屬于三江成礦帶北段，工作程度低，發(fā)現(xiàn)各類礦床，礦(化)點百余處，涉及礦種有金、汞、鐵、銅、鉛、鋅、銻等?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的銅、鉛、鋅、金、銀、鐵礦床、礦(化)點就達84個。玉樹地區(qū)已顯示出較大的找礦潛力，有可能成為一個有色金屬礦產(chǎn)地集中區(qū)。盡管幾年來該地區(qū)開展了大量的地質(zhì)調(diào)查工作，但是由于惡劣的自然地理條件，工作程度依然較低。通過遙感找礦異常提取和檢查工作，對查明玉樹地區(qū)成礦潛力，促進玉樹地區(qū)的經(jīng)濟快速發(fā)展具有十分重要的意義。

2 技術方法

目前用于遙感異常提取的方法很多，主要有主成分分析、波段比值法、光譜角填圖法、MPH技術、混合像元分解法等。遙感蝕變異常提取受到多種因素的干擾，過去許多人忽略了第四系對遙感蝕變信息提取結果的影響，第四系廣泛受到氧化鐵的污染，第四系參與計算將會突出顯示第四系中氧化鐵的污染信息，而這種被氧化鐵污染所反映出來的鐵染異常屬于偽信息，導致基巖裸露區(qū)微弱的氧化鐵類蝕變信息受到壓抑，以致不能顯示或顯示非常微弱。第四系為松散沉積物，存在強烈的泥化現(xiàn)象，第四系里出現(xiàn)的泥化現(xiàn)象絕大多數(shù)屬于偽信息，對

遙感泥化蝕變的提取影響很大，因此應該對第四系進行掩膜，凸顯出基巖裸露區(qū)的蝕變異常。本實驗區(qū)面積大，涉及的遙感圖像較多，地形地貌復雜，獲取圖像的季節(jié)、光照條件、氣候條件各不相同，導致干擾因素種類和影響程度也不相同，為了能夠更加準確地提取蝕變異常，將采取分景提取蝕變異常。每景圖像所處的月份不一樣，植被覆蓋程度也不一樣，為了盡量減小植被的影響，對于植被茂盛、覆蓋程度大的圖像，運用波段比值法，先對圖像進行植被掩膜，再采用波段比值提取的蝕變信息和掩膜后的植被信息進行主成分分析，進一步把植被信息和蝕變信息分離，凸顯出基巖裸露區(qū)的蝕變信息。具體的技術方法可以表示為:“無損線性拉伸+掩膜+主成分分析/波段比值/復合法+密度分割”。

3 遙感找礦蝕變異常提取

3.1 數(shù)據(jù)選擇

經(jīng)檢索，本區(qū)原始遙感影像數(shù)據(jù)較多，同一景影像均有兩種類型、3～4個時相。由于成像時間、光照條件以及地面狀況不同，這些遙感影像數(shù)據(jù)存在較大的差異。為了盡量滿足遙感找礦預測影像數(shù)據(jù)質(zhì)量要求，對這些影像數(shù)據(jù)進行了對比和篩選。根據(jù)該地區(qū)的氣候資料，最好選擇6～9月中旬，少云、冰、雪、植被，圖像之間時相相差小、質(zhì)量高的遙感影像。選擇的原始遙感影像數(shù)據(jù)如表1。

表1 研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)源Tab.1 The remote sensing image data of the research area

3.2 圖像預處理

由于獲取的遙感影像屬于1級產(chǎn)品，在蝕變信息提取之前對影像進行輻射校正、大氣校正、幾何校正、歸一化處理。為了突出地物之間的差異，采用圖像拉伸。常規(guī)的拉伸導致5%(或6%)數(shù)據(jù)丟失(張玉君等，1998)，采用常規(guī)的拉伸很有可能損失掉一些有用數(shù)據(jù)，采用無損線性拉伸可以保證微弱的異常信息不致在亮度拉伸時丟失，因此本次試驗采用無損線性拉伸。其方法是先對各個波段像元值進行統(tǒng)計，再將其各個波段像元亮度值的最大值與最小值之間全部數(shù)據(jù)線性拉伸至0～255。

本研究區(qū)的范圍大，地形復雜，干擾因素多，概括起來主要有植被、水體、第四系、冰雪、云、陰影、鹽堿地等。這些干擾因素對蝕變信息的提取影響較大。根據(jù)各種干擾因素的波普特征，采用不同的方法。用歸一化植被指數(shù)(NDVI＞N)消除植被干擾、水體(TM2—TM5＞N)、第四系根據(jù)1∶25萬地質(zhì)圖進行掩膜，由于冰雪在紅外波段(TM6)表現(xiàn)為低值及在可見光(TM1，TM2)表現(xiàn)為高值，故可利用TM6的低值閾或TM1+TM2的高值閾處理，云(TM7＞N)，陰影(TM1+TM2+TM3＜N)，鹽堿地(TM3＞N)。根據(jù)上述方法分別得到二值圖像跟原圖像做乘法運算進行掩膜。掩膜處理不僅減少了大量后期處理干擾因素的工作量，而且對于減少提取過程中產(chǎn)生的“偽”異常具有十分重要的意義。

3.3 異常信息提取

異常信息的提取，鐵化蝕變異常信息提取，采用TM1，3，4，5四個波段進行主成分分析的方法，粘土采用TM1，4，5，7四個波段進行主成分分析的方法。根據(jù)主成分分析變換后各波段的特征向量矩陣來選擇主分量，鐵化蝕變異常遙感信息提取判別標準是:含鐵化蝕變主分量的特征向量TM3應與TM1及TM4為負相關，一般TM3與TM5的特征向量符號相同的判斷準則。含粘土蝕變主分量的特征向量TM5與TM4及TM7為負相關，一般TM1與TM5的特征向量符號相同的判斷準則。絕大部分情況下，第四主分量符合上述條件。同時，進行TM3/TM1，TM5/TM4，TM5/TM7波段比值分別提取鐵、亞鐵、粘土蝕變信息。134-036和134-037由于植被較多，采用復合法。用TM4/TM3分別和TM3/TM1，TM5/TM4，TM5/TM7進行主成分分析，得到兩個主分量，第一主分量與 TM4/TM3和 TM3/TM1，TM5/TM4，TM5/TM7成正相關，第一主分量植被信息占絕大部分;第二主分量與TM4/TM3成負相關，與TM3/TM1，TM5/TM4，TM5/TM7成正相關，蝕變信息絕大部分落在第二主分量，因此選擇第二主成分量。

3.4 密度分割

在密度分割前，對圖像進行兩次5×5的中值濾波，去除孤立的偽異常。為了突出異常區(qū)的中位置，對異常信息進行量化分級，通過對“均值+N×方差”中N值的調(diào)整，進行密度分割。主成分分析提取的羥基異常，N值一般取2，2.5，3來劃分三個等級;鐵染異常，N值一般取1.5，2，2.5。將三個等級賦予不同的顏色，使異常中心位置、異常面積大小、異常強弱在遙感異常分布圖上一目了然。由于圖幅面積大，為了保持圖幅的美觀，本圖采用閉合的曲線將三個等級圈起來(圖1)。主成分分析提取的鐵染異常區(qū)259個，提取的羥基異常區(qū)350個;波段比值提取的鐵離子蝕變異常區(qū)292個，亞鐵離子蝕變異常區(qū)468個，羥基異常區(qū)342個。

3.5 遙感找礦遠景區(qū)的劃分及劃分標準

Ⅰ級找礦遠景區(qū)。有直接礦化影像標志層(帶)或多種間接成礦蝕變信息影像標志存在;有已知含礦層位或含礦帶出露;區(qū)內(nèi)或外圍附近有巖漿巖出露及熱液蝕變帶產(chǎn)出，構造發(fā)育有利于導礦、控礦;有已知礦床、礦點、礦化點分布;野外找礦標志明顯，推測礦產(chǎn)資源潛力大;通過安排少量野外調(diào)查，有進一步發(fā)展或擴大同類礦產(chǎn)儲量的可能性。

Ⅱ級找礦遠景區(qū)。未見直接礦化信息影像標志，但有多種間接成礦蝕變信息影像標志存在;有含礦層位或含礦帶出露或隱伏，并有較好的成礦蝕變條件;構造條件較為有利;有已知礦點、礦化點分布;野外找礦標志較為明顯，推測礦產(chǎn)資源潛力較大;通過安排一定的野外檢查，有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)地或擴大同類礦產(chǎn)儲量可能。

Ⅲ級找礦遠景區(qū)。成礦影像特征組合標志一般，有一種或一種以上的間接成礦蝕變信息影像志存在;從理論上分析，有成礦地質(zhì)條件，但由于地質(zhì)工作程度偏低，已知成礦標志隱晦，進一步工作難度較大;有已知礦化點分布;野外找礦標志隱晦，有進一步研究和工作價值。

根據(jù)遙感找礦遠景分級依據(jù)，以遙感異常為基礎，成礦預測理論為指導，結合地質(zhì)礦產(chǎn)資料及遙感地質(zhì)解譯信息，按照不同的地質(zhì)背景、成礦環(huán)境及成礦條件，對工作區(qū)進行遙感找礦預測，圈定出6個Ⅰ級找礦遠景區(qū)，3個Ⅱ級找礦遠景區(qū)，7個Ⅲ級找礦遠景區(qū)(圖1)。

圖1 青海玉樹地區(qū)遙感找礦蝕變異常與成礦預測圖Fig.1 The alterations anomaly abstraction of mineral survey with remote sensing and metallogenic prognosis in Yushu，Qinghai

4 遙感找礦蝕變異常分析

主成分分析異常與比值法異常進行疊合，一般異常疊合程度越高，與礦點的相關性越高，對礦化蝕變點反映就越好(段元彬等，2008)。各種礦床、礦(化)點吻合率見表2。含銅的礦床、礦(化)點59個，其中有55個吻合，吻合率為93.22%。含鉛礦床、礦(化)點吻合率為75.76%，含鋅礦床、礦(化)點吻合率為79.17%，含鐵礦床、礦(化)點吻合率高達100%。鐵礦床主要含鐵礦物為褐鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、黃鐵礦、磁鐵礦、黃鉀鐵礬等，褐鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、黃鉀鐵礬在鐵離子蝕變異常帶得到響應;黃鐵礦、磁鐵礦等在亞鐵離子蝕變異常帶得到響應;銅礦床主要類型有斑巖型銅礦床、矽卡巖型銅礦床、火山巖型銅礦等。斑巖型銅礦床以中心式面型蝕變最為常見，由巖體中心向外依次出現(xiàn):鉀質(zhì)蝕變帶、似千枚巖化蝕變帶、泥質(zhì)蝕變帶、青磐巖化帶(姚鳳良等，2006)。鉀質(zhì)蝕變帶主要蝕變礦物有絹云母;似千枚巖化蝕變帶主要礦物絹云母、黃鐵礦;羥基蝕變帶主要礦物為高嶺石、綠泥石、絹云母;青磐巖化帶主要礦物為綠泥石、綠簾石、方解石、黃鐵礦等，絹云母、高嶺石、綠泥石、綠簾石和方解石在泥化蝕變異常可以顯現(xiàn)出來，黃鐵礦在鐵化蝕變異常可以顯示。矽卡巖型銅礦床存在大面積的矽卡巖化，矽卡巖化過程中存在大量的CO3

2－，在羥基異常提取過程中可以顯現(xiàn)出來;鉛鋅礦常見的蝕變有硅化、絹英巖化、綠泥石化、綠簾石化、青磐巖化、黃鐵礦化等，與主成分分析和波段比值提取的鐵化與泥化蝕變密切相關。鉛-鋅礦主要金屬礦物有黃鐵礦、白鐵礦，少量黃銅礦，提取的鐵化鐵化蝕變和泥化蝕變均可以得到響應，因此常處于多種蝕變重合處。

表2 研究區(qū)礦床、礦(化)點與遙感找礦蝕變異常區(qū)吻合程度統(tǒng)計表Tab.2 The statistics of the uniformity degree between ore deposits and alterations anomaly abstraction of mineral survey with remote sensing in research area

波段比值提取的亞鐵蝕變相對比較分散，且每個蝕變區(qū)面積不大。亞鐵蝕變主要分布在斷層兩側(cè)，呈北西方向分布，Ⅰ-2遠景區(qū)分布較多，有102個亞鐵離子蝕變異常區(qū)(表3)，主要是受黃銅礦中亞鐵離子的影響。比值提取的鐵離子蝕變主要分布在Ⅱ-1，Ⅰ-2，Ⅱ-2，Ⅱ-3，Ⅲ-6，Ⅲ-7相對較多，且與主成分分析提取的粘土重合率很高。比值粘土主要分布在Ⅰ-2遠景區(qū)的西北區(qū)域，該區(qū)域粘土蝕變區(qū)內(nèi)分布了大量的銅礦床及含銅多金屬礦床。

Ⅰ-1遠景區(qū)有3個銅礦床、2個鉛礦、1個銅-鉛-鋅礦，有2個銅礦(化)點落在三個蝕變異常的疊合部位，一銅礦床落在只有羥基異常蝕變帶內(nèi)，1個鉛礦和1個銅-鉛-鋅礦處在主成分分析的鐵染異常和羥基異常交接區(qū)內(nèi);Ⅰ-2遠景區(qū)中的銅礦床與比值提取的羥基異常吻合率高，多金屬礦床絕大部分處于兩種以上蝕變異常疊合部位?？梢园l(fā)現(xiàn)，羥基異常和鐵染異常疊合程度越高，出現(xiàn)礦床的概率越大。蝕變跟構造關系密切，主要分布在斷層的兩側(cè)，特別是斷層的交接處，兩條平行斷層的中間，構造為流體、熱液提供運移通道和礦床儲存提供足夠的空間。在Ⅰ級遠景區(qū)內(nèi)多金屬礦床處在兩種以上蝕變異常區(qū)內(nèi)的概率為65.21%。Ⅰ-3，Ⅰ-4遠景區(qū)多金屬礦點均處于兩種以上蝕變異常區(qū)內(nèi)，Ⅰ-3遠景區(qū)的西北和東南部位，多種蝕變重合度高，位于斷層交接部位。Ⅰ-3遠景區(qū)東南部蝕變異常區(qū)跟北西方向的銅礦點同處于沱沱河組地層，且蝕變異常種類相同、受構造控制明顯。

5 結論

(1)主成分分析提取的鐵染異常和羥基異常、波段比值法提取的鐵離子異常、亞鐵離子(鐵染異常包含鐵離子異常和亞鐵離子異常，即鐵元素包含兩種價態(tài)，+2價和+3價)異常和羥基異常與成礦地層和構造具有很高的相關性。蝕變異常疊合程度越高，出現(xiàn)礦床的概率越大。多金屬礦床絕大多數(shù)處于兩種蝕變異常疊合部位。

(2)吻合率:鐵礦床＞銅礦床＞鋅礦床＞鉛礦床。

(3)有些礦點、礦(化)點未落入蝕變異常區(qū)，有可能是該礦點、礦(化)點處于第四紀覆蓋區(qū)、植被覆蓋區(qū)等被掩膜的區(qū)域，因此沒能提取出該地區(qū)的蝕變異常，或者是該礦床、礦(化)點蝕變未出露地表，也可能該礦床、礦(化)點不存在該類蝕變異常。

(4)為減少植被、冰雪、云、鹽堿地、陰影、第四系等干擾因素的影響，在主成分分析和波段比值之前進行了掩膜處理，減少了這些干擾因素的影響。特別是提出了對第四系的掩膜和為了盡量減小植被對異常信息的影響，對掩膜后的圖像進行復合法提取礦化蝕變，最大限度的減小第四系和植被對異常信息的干擾和抑制。

(5)蝕變遙感異常是一種廉價、快捷、準確、有效地找礦獨立參數(shù)。該技術特別適用于我國西北部交通不便、工作程度低、條件惡劣的干旱裸露基巖區(qū)。

表3 Ⅰ級遠景區(qū)信息統(tǒng)計Tab.3 The information statistics of gradeⅠpotential areas

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Alterations Anomaly Abstraction of Mineral Survey with Remote Sensing and Metallogenic Prognosis in Yushu，Qinghai

WU Zhi-chun1，2， GUO Fu-sheng1， LIU Lin-qing1，2， JIANG Yong-biao1，2
(1.East China Institute of Technology，F(xiàn)uzhou，JX 344000，China;2.Digital Land Key Laboratory of Jiangxi Province，F(xiàn)uzhou，JX 344000，China)

Alterations anomaly abstraction of mineral survey with remote sensing Method is one of the important methods of mineral survey in nowadays.Such as which used in Yushu，Qinghai.It used principal components analysis，band radio，principal components integration of different band radio images，harmless linear Extension，image masking and density segment methods.By such means，it solves the problems of remote sensing alteration anomaly abstraction which interfered by the Quaternary and vegetation.The area were out for 6 gradeⅠpotential areas，3 gradeⅡpotential areas and 7 gradeⅢpotential areas.The remote sensing alterations anomaly area is identical with all mineral deposits in the rate of 88.1%，and it is respectively identical with deposit of Copper Mine，deposit of Lead，deposit of Zinc and deposit of Iron in the rate of 93.22%，75.7%，78.26%，100%.

mineral survey with remote sensing method;alterations anomaly;metallogenic prognosis;Yushu area;Qinghai province

TP79

A

1674-3504(2011)03-271-07

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.03.011

2010-07-28

國家自然科學基金項目(U0933605);中國地調(diào)局地質(zhì)調(diào)查工作項目(1212010818096);江西省數(shù)字國土重點實驗室開放基金資助項目(DLLJ201106)

吳志春(1986—)，男，研究生，主要從事遙感地質(zhì)方面的研究。