林慈鑾

（福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福建 福州 350013）

鐵是最常用的金屬，也是地殼含量第二高的金屬元素。福建省鐵礦床遍布各縣、市，閩西南一帶鐵礦床（點(diǎn)）星羅棋布，尤其是龍巖、漳平、大田北部、安溪西部、德化西部是鐵礦集中區(qū)。其與廣東興寧鐵山嶂、平遠(yuǎn)尖山等鐵礦相連，構(gòu)成重要的永安-梅州-惠陽(坳陷)鐵成礦帶。

1 研究區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)概況

所選研究區(qū)位于福建省大田縣太華鎮(zhèn)、前坪鄉(xiāng)一帶，東經(jīng)117°43′02″~117°50′48″，北緯25°47′00″~25°52′46″，位于永安-梅州-惠陽(坳陷)Fe-Pb-Zn-Cu-Au-Ag-Sb成礦亞帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層發(fā)育齊全，火山巖、侵入巖廣布，海西—印支期和燕山期巖漿活動均較強(qiáng)烈，巖體呈巖基狀沿北東向分布，燕山期部分中酸性侵入體呈小巖株、巖脈狀沿斷裂帶侵入。

成礦地質(zhì)條件十分優(yōu)越，眾多重要的礦床均在本區(qū)，被稱為福建省礦產(chǎn)的聚寶盆。測區(qū)主要控礦構(gòu)造以北東向的褶皺、斷裂構(gòu)造等為主，賦礦地層為二疊紀(jì)船山組、棲霞組等（圖1），鐵礦體主要產(chǎn)于早石炭世林地組(C1l)碎屑沉積巖建造與中二疊世文筆山組(P2w)粉砂巖間石炭紀(jì)-二疊紀(jì)(C－P)碳酸鹽巖建造的底部，礦床類型主要為接觸交代型鐵礦和風(fēng)化殘積型鐵礦。

2 數(shù)據(jù)選擇

鐵染異常信息提取采用美國陸地衛(wèi)星landsat7的ETM+影像，時相為2001年10月21日，影像色彩鮮艷，構(gòu)造線清晰，研究區(qū)無云層、亮度突變等明顯的圖像干擾因素，去除影響異常提取的水系、植被等干擾，經(jīng)幾何校正和徑輻射校正后，完全滿足遙感異常信息提取的要求。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖

3 鐵染蝕變異常提取

3.1 異常提取理論基礎(chǔ)

根據(jù)已有地質(zhì)資料所示，研究區(qū)內(nèi)金屬礦物主要為磁鐵礦，磁鐵礦經(jīng)外力作用進(jìn)一步氧化后，轉(zhuǎn)換為褐鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦等礦物，而鐵染異常信息所反映的圍巖蝕變即為含F(xiàn)e3+的赤鐵礦、針鐵礦、黃鉀鐵礬等礦物，這就為用鐵染異常信息反映該區(qū)域鐵礦發(fā)育提供了依據(jù)。為了減少各參數(shù)間存在的相關(guān)性對于分類的影響，本次研究區(qū)異常信息提取采用了主成分分析法[1]來提取有關(guān)的蝕變礦物，主成分分析是將離散系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成非相關(guān)系數(shù)的變換，將連續(xù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成非相關(guān)系數(shù)集合的類似變換。鐵染信息在可見光-近紅外波段吸收非常明顯，分別在500nm和900nm附近，從900nm開始，反射率隨波長急劇上升，到1400nm附近達(dá)到最大值（如下圖2）。在TM數(shù)據(jù)的各波段中，TM123為可見光波段，其中TM23包含了鐵氧化物信息，在TM1和TM4波段上具有明顯吸收谷，在TM3波段具有相對較高反射率[2]。所以根據(jù)這一光譜反射和吸收特征，利用TM1、TM3、TM4、TM5四個波段進(jìn)行主成分分析,然后通過光譜角制圖法（SAM）分析，結(jié)合礦點(diǎn)分布對最終結(jié)果進(jìn)行初步評估。

3.2 主成分分析

如上文所述，根據(jù)鐵染信息的光譜反射和吸收特征，選擇TM1345波段組合進(jìn)行主成分分析。在進(jìn)行主成分分析時，旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)軸與數(shù)據(jù)具有最大的分布的方向相符合，主成分特征向量中的符號表示的是本向量對這一主成分的貢獻(xiàn)性，其符號的正負(fù)受坐標(biāo)軸的正方向的選擇有關(guān)，而算法中并沒有規(guī)定哪個方向代表坐標(biāo)軸的正方向，但根據(jù)地物的光譜特征可以處理得到符合實際的結(jié)果[3]。因為鐵染礦物的波譜特征是在TM3具有強(qiáng)反射，故TM3的特征向量一定為正值。

圖2 鐵染異常信息主要礦物波譜曲線圖

對于主成分分析結(jié)果，從第一主分量PC1到第四主分量PC4，不同的主成分代表了不同的信息，PC1稱為反照率因子，PC2稱為形狀因子，PC3和PC4則反映巖石礦物的信息。

從表1可以看出，只有在PC4的時候，代表反射峰的ETM數(shù)據(jù)第三波段TM3與代表吸收谷的TM1符號才是相反的，而它們的絕對值之和也是最大的，這說明PC4包含的鐵染異常信息量最大。

表1 主成分分析特征向量矩陣

圖3 主成分分析結(jié)果

3.3 光譜角制圖法（SAM）

光譜角制圖法（又稱為光譜角分類法）是將光譜數(shù)據(jù)視為多維空間的矢量，利用解析方法計算像元光譜與光譜數(shù)據(jù)庫中參考光譜之間矢量的夾角，根據(jù)夾角的大小來確定光譜間的相似程度，以達(dá)到識別地物的目的。利用光譜角對鐵染異常信息進(jìn)行分類和優(yōu)化，首先要選定一個感興趣區(qū)，該感興趣區(qū)代表了研究區(qū)鐵染礦物的典型光譜特征。在本文中，選定了大田銀頂格鐵礦為感興趣區(qū)，亮度值分別為：63.84,57.96,70.00,42.56,100.16,81.68。

圖4 對PC4進(jìn)行SAM分類后的優(yōu)化結(jié)果

4 結(jié)論

在南方高植被覆蓋地區(qū)，由于水系發(fā)育、植被覆蓋及氣象條件制約等，常常對蝕變異常的遙感提取工作造成很大的影響，加上地形地勢復(fù)雜，構(gòu)造異常發(fā)育，單純的應(yīng)用主成分分析、比值法以及其它單一異常提取方法容易造成大量微弱異?；騻萎惓４嬖?，僅利用主成分分析方法提取的鐵染異常分布非常廣泛（圖3）。因此，本文根據(jù)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)發(fā)育的特點(diǎn)，選取主成分分析法+光譜角制圖法對福建省大田縣鐵礦發(fā)育地區(qū)進(jìn)行鐵染異常提取，并得出如下結(jié)論。

（1）對露天礦床反映良好。綠色調(diào)鐵染異常信息為對第四主分量經(jīng)SAM分類優(yōu)化后的結(jié)果，觀察可以發(fā)現(xiàn)，鐵染異常集中分布在大田銀頂格鐵礦和大田南坑鐵礦區(qū)（圖4），皆因它們?yōu)槁短扉_采，出露面積大，故異常信息反映明顯。

（2）研究區(qū)內(nèi)異常的提取受植被和水系影響大。對于研究區(qū)內(nèi)其它礦床，由于植被或水系形成的干擾因素影響，異常信息僅零星發(fā)育（圖4）。

（3）驗證效果較好。結(jié)合已知研究區(qū)內(nèi)分布的13個礦床、礦（化）點(diǎn)坐標(biāo)范圍對比發(fā)現(xiàn)，鐵染異常信息在包括銀頂格、南坑、太華、張地、錦溪、巖坑寨、下地、小合等8個鐵礦床、礦（化）點(diǎn)范圍內(nèi)有反映，百分比達(dá)到60%以上；如果排除部分地下采礦的情況，準(zhǔn)確度將更高。

由此可知，該方法能較好的反映區(qū)域鐵質(zhì)礦物的分布，其適合福建省高植被覆蓋地區(qū)的遙感異常提取工作。