遙感蝕變異常在地質礦產勘查工作中的應用

王寶林，朱 鎖，叢麗娟，高秀花

(1.內蒙古第四地質礦產勘查開發院，內蒙集寧 012000；2.內蒙古國土資源勘查開發院，呼和浩特 010020；3.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083；4.中國石油安全環保技術研究院,北京 100083)

遙感蝕變異常在地質礦產勘查工作中的應用

王寶林1，朱 鎖2，叢麗娟3，高秀花4

(1.內蒙古第四地質礦產勘查開發院，內蒙集寧 012000；2.內蒙古國土資源勘查開發院，呼和浩特 010020；3.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083；4.中國石油安全環保技術研究院,北京 100083)

闡述利用遙感數據提取蝕變異常的機理、方法、數據源及在不同找礦階段的應用。以內蒙古西部阿拉善左旗沙拉西別地區為例，討論了遙感找礦的預測應用；以內蒙古西部朱拉扎嘎金礦為例，討論了遙感找礦在詳查工作階段的應用。通過研究認為，遙感蝕變異常可以為野外勘探前期的預測階段提供重要的找礦信息，為詳查階段提供精確的定位信息。遙感技術是貫穿整個礦產勘查工作的有益手段。

遙感；蝕變異常；找礦應用；朱拉扎嘎；沙拉西別

利用遙感數據進行礦化蝕變異常提取，國內外學者進行了大量卓有成效的研究。20世紀60年代末70年代初，以Hunt和Salisbury為代表進行了大量巖石光譜測試；80年代后期，以Clark為代表開發出大量巖石礦物信息識別和提取技術[1～4]。我國利用遙感技術進行蝕變異常提取始于20世紀80年代，劉燕君的比值法、馬建文的圖像掩膜+主成分分析+分類識別法、張玉君介紹并推薦的Crosta法則等，在國內得到廣泛應用[5～7]；而王潤生、甘甫平在高光譜礦物填圖工作中也取得了卓有成效的研究[8]。由于數據源的限制，目前我國地質找礦主要使用多光譜數據。地質找礦是個由未知到已知循序漸進的過程，在地質找礦工作的不同階段如何利用礦化蝕變信息提取技術服務于找礦有重要意義。本文從應用角度出發，針對找礦的不同階段，對該項技術的應用做深入闡述。

1 原理及數據源

遙感蝕變異常提取起源于對巖石礦物波譜特征的研究，據Hunt和Salisbury所做的大量巖石礦物光譜測試發現，在可見光和近紅外區，巖石礦物的光譜特征取決于在巖石礦物中占有比例很少的雜質成分的光譜特征。因為巖石礦物的主要成分硅質、鋁質、鎂、氧等特征譜帶分布在中紅外或遠紅外區，而巖石中的次要成分，如鐵質和蝕變礦物的特征譜帶在可見光和近紅外區出現[9]，蝕變異常的提取主要是參考這些蝕變礦物的特征光譜，特別是特征吸收譜帶的利用。美國地調局（USGS）的礦物光譜數據庫和美國噴氣推進實驗室JPL的光譜數據庫搜集了大量蝕變礦物的光譜曲線，免費提供使用。

目前應用于地質找礦的數據源主要有美國陸地衛星的系列數據MSS、TM、ETM+和美國NASA（宇航局）與日本METI（經貿及工業部）合作的ASTER數據，數據特征參數見表1。這兩種數據在蝕變礦物的特征譜帶2.2μm附近都設立了不同的通道，ASTER數據的波譜分辨率較ETM+數據高，對應于ETM+的Band 7波段，ASTER數據設立了Band 7、Band 8、Band 9三個波段，因此ASTER數據對蝕變礦物的鑒別精度要高于ETM+的數據。但ETM+的數據在覆蓋面積方面較ASTER數據有優勢，每景ETM+數據覆蓋面積約31 110 km2(183 km ×170 km)，而ASTER數據是360 km2(60 km×60 km)，再加上ETM+數據有多年的存檔資源，ASTER數據主要以科研為主，商業應用有限，因此，生產上還是以ETM+數據應用較多。

表1 ETM+、ASTER數據特征參數表Table 1 Listof characteristic parametersof ETM+and ASTER data

2 數據處理

蝕變異常作為一種弱信息存在于遙感圖像的背景中，從圖像中提取這種信息是很困難的，目前提取的方法可以分為兩種趨勢，一是基于特征譜帶的增強手段，如比值增強、主成分分析等；二是基于波譜形態識別的方法，如光譜角填圖。以下簡述這些技術的特點。

比值增強:是最為常見的一種運算增強方法，它是通過不同波段的同名像元亮度值之間的除法運算，生成新的比值圖像來實現的。例如含羥基和碳酸鹽化的蝕變礦物在2.2μm附近存在有強吸收，故在TM 7上為低亮度，因此TM 5/TM 7常被用來提取與含羥基、碳酸鹽化有關的礦化蝕變信息；0.48 μm是鐵離子電荷轉移強烈吸收的位置，故用TM 5/ TM 1提取與鐵有關的信息[10]。

主成分分析：在數學含義上，它是一種基于圖像統計特征的多維正交線性變換。經變化后生成一組新的組分圖像，新的組分圖像之間互不相關。文獻中報道的Crosta技術就是一種主成分分析方法，即有TM 1、TM 3、TM 4、TM 5作為輸入波段組合，變換后新的組分可能集中了鐵染蝕變信息，對代表鐵染信息主分量的判斷準則是：TM 4的系數與TM 3、TM 5的系數相反；由TM 1、TM 4、TM 5、TM 7作為輸入波段組合進行主成分分析，提取含羥基、碳酸鹽化蝕變信息，對代表含羥基、碳酸鹽化蝕變的主分量的判斷準則是TM 5與TM 4、TM 7的系數相反[7]。

光譜角填圖：是圖像處理技術中，對巖石礦物進行波譜形態識別的主要方法之一，它將光譜數據視為多維空間的矢量，利用解析方法計算像元光譜與參考光譜（光譜庫、訓練光譜）之間的矢量夾角，根據夾角的大小來確定光譜間的相似程度。可以檢測已知端元組分，不考慮未知成分，該技術適合于波段較多的高光譜數據[8]。

3 找礦應用

熱液型金屬礦床中，某種有用元素的逐步富集是形成礦床的必要條件，而這種成礦物質通常由成礦熱液來遷移搬運和卸載沉淀，圍巖蝕變是成礦物質逐步富集過程中留下的印記，是熱液型金屬礦床找礦的重要標志[11～12]。最常見的蝕變有硅化、絹云母化、綠泥石化、云英巖化、矽卡巖化、白云巖化、重晶石化及鐵錳碳酸巖化等。遙感找礦是通過探測這些蝕變礦物來間接實現的。遙感探測的是地表物質的光譜信息，因此只要有一定面積的蝕變巖石出露，遙感都有可能測出，也就是說，即或礦體隱伏，只要有蝕變巖出露，就有可能被發現[9]。

3.1 在找礦預測工作中的應用

以內蒙古西部阿拉善左旗沙拉西別地區遙感地質找礦應用為例。

工作區位于內蒙古西部阿拉善左旗境內，地理坐標為東經105°00′ 00″～ 1 05°45′ 00″；北 緯40°20′ 00″～40°40′ 00″。工作區屬于狼山西段尾端，山體NESW向斜貫全區，主要出露太古界、早-中元古界地層

圖1 沙拉西別地區蝕變異常分布圖Fig．1 Imagesshow ing alteration abnormitiesextracted from ETM+data in the Shalaxibie regions

強異常區（Ⅰ區）：分布在沿布魯斯太-腦木洪-沙拉西別-德斯特烏拉-哈達烏拉一帶，呈NE向展布，遙感提取的褐鐵礦化蝕變異常和含羥基、碳酸鹽化蝕變異常強度高，重疊性好，區內含多處已知鐵、銅多金屬礦產。弱異常區（Ⅱ區）：分布在Ⅰ區的東南部，區內普遍發育褐鐵礦化蝕變異常，異常呈面狀均勻分布，以弱異常為主，強異常地區很少，區內礦產分布少。綜合分析異常分布規律，Ⅰ區為紅格爾玉林成礦帶的重要組成部分，區內蝕變異常與多金屬礦產的分布規律具有較好的相關性，這說明遙感提取的蝕變異常信息具有指示找礦的可能，即可以利用這個指標來圈定找礦靶區進行成礦預測。Ⅱ區可能為干擾異常，由于在干旱地區普遍存在“荒漠漆”現象造成假象褐鐵礦的各類變質巖、混合巖，區內巖漿活動強烈，礦床、礦點、礦化點分布較多，以鐵、銅為主，構成有名的紅格爾玉林多金屬成礦帶①寧夏地質局地質調查隊，慶格勒圖幅區域地質調查報告，1976．。

遙感測量選擇Landsat-7的ETM+數據，時間為2002年8月27日，軌道號為130-32。由于工作區屬于沙漠戈壁景觀，夏季數據質量較好，它能避免冬季積雪、春秋風沙的影響。蝕變異常提取工作是在影像幾何校正和大氣校正以及掩模等數據處理的基礎上利用Crosta法則完成的，分別提取了含羥基、碳酸鹽化蝕變異常和鐵染蝕變異常，異常提取后分別進行了閾值分割處理，劃分為強異常區和弱異常區兩個級別（圖1）。化蝕變異常所致，即由于氣候干燥，巖石常年裸露，風化作用使巖石內部的Fe2+轉變成為Fe3+積聚在表面而形成。這種鐵染異常假象在實際找礦工作中應該謹慎應用。

3.2 在詳查階段的應用

遙感技術不但具有宏觀監測能力，借助其較高的空間分辨率數據也能在大比例尺詳查階段發揮作用。

以內蒙古西部朱拉扎嘎金礦為例。朱拉扎嘎金礦區位于內蒙古西部阿拉善左旗巴彥諾爾公地區，工作區內植被稀少，基巖出露好。礦區主要出露中元古界長城系阿古魯溝組（J xa）地層，礦區范圍內巖體出露較少，中酸性脈巖較多。金礦體主要賦存于阿古魯溝組一巖段中部含鈣質的淺變質碎屑巖中，并且與地層產狀基本一致，礦體集中分布在2條礦帶中，總體走向35°，礦帶長570m。礦區透輝石化、陽起石化、綠簾石化、綠泥石化、冰長石化、碳酸鹽化等熱液蝕變強烈，地表褐鐵礦化和高嶺土化普遍①。

應用時間為2000年7月11日，軌道號131-32的Landsat-7 ETM+數據，進行礦化蝕變異常提取，提取的結果顯示（圖2），礦區蝕變異常與礦體分布趨勢一致，礦體包含于蝕變異常范圍內，蝕變異常控制面積約0.5 km2，1：5萬化探測量結果顯示，與朱拉扎嘎金礦相關的金元素異常控制面積約4 km2（圖2）；另外針對采樣精度而言，ETM+數據提取的異常定位精度為30m/像元，1：5萬化探采樣按照規范要求每平方公里采樣6～8個點，這樣采樣精度就控制在0.166～0.125 km2/點。因此說在空間定位能力上，ETM+的遙感數據高于1:5萬的化探測量，蝕變異常也比化探金異常與礦體的關系更密切。

當然，由于遙感數據具有很多不確定性[14]，如同物異譜和異物同譜現象會造成許多假異常的干擾，所以不能斷言遙感異常找礦優于化探工作，但可以作為輔助手段提高找礦效率。

圖2 朱拉扎嘎金礦體、遙感蝕變異常、1:5萬化探Au元素異常分布對比圖Fig.2 Relationshipsof alteration abnorm ities from ETM+data,1∶50 000Au geochem iscalabnorm ities and the Zhulazhaga gold deposit

4 結論

礦化蝕變異常是尋找熱液型金屬礦產的重要標志，利用遙感技術提取礦化蝕變異常有較成熟的理論和技術方法，在礦產勘查過程中可以根據不同階段有針對性的進行找礦服務。在野外勘探前期的預測階段，可以根據其宏觀覆蓋優勢，進行成礦區帶的預測工作；而在野外勘探前期的預測階段，可以根據其宏觀覆蓋優勢，進行成礦區帶的預測工作；而在進一步詳查階段，可以借助其較高的空間分辨率（如，ETM+和ASTER數據空間分辨率可達15m/像元）直接進行尋找礦體的工作。隨著遙感技術的發展，遙感數據空間分辨率和波譜分辨率的提高，遙感技術在地質找礦工作中將發揮更重要的作用。

[1]HuntG R,Salisbury JW.Visible and near-infrared spectra ofminerals and rocks:I.Silicateminerals[J].Modern Geology,1970,1:283－300.

[2]HuntG R,Salisbury JW.Visible and near-infrared spectra ofminerals and rocks:II.Carbonates[J].Modern Geology,1971,2：23－30．

[3]HuntG R.spectral signsturesof particulateminerals in the visible and near infrared[J].Geophysics 1977,42:501－513.

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[5]劉燕君.遙感找礦的原理和方法[M].北京：冶金工業出版社,1991.

[6]馬建文,張齊到.利用TM數據在多種環境因素干擾條件下填制蝕變巖方法[J].地質找礦論從,1994,9(2)：84－86.

[7]張玉君,曾朝銘,陳 薇．ETM+（TM）蝕變遙感異常提取方法研究與應用——方法選擇和技術流程[J].國土資源遙感,2003,56(2)：44－50.

[8]甘甫平,王潤生.遙感巖礦信息提取基礎與技術方法研究[M].北京：地質出版社,2004.

[9]張玉君,楊建民,陳 薇,等.ETM+(TM)蝕變遙感異常提取方法研究與應用——地質依據和波譜前提[J].國土資源遙感,2002,54(4)：30－36.

[10]朱亮璞.遙感地質學[M].北京：地質出版社,1994.

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[12]岑 況,於崇文.成礦流體的流動反應輸運耦合與金屬成礦[J].地學前緣,2001,8(4)：323－328.

[13]叢麗娟.荒漠戈壁景觀區金屬礦床遙感、化探綜合找礦方法研究——以內蒙古西部朱拉扎嘎金礦為例[D].北京：中國地質大學(北京),2008.

[14]承繼成,郭華東,史文中,等.遙感數據的不確定性問題[M].北京：科學出版社,2004.

The Application of A lteration Abnorm ities Extracting from Remote Sensing Data for GeologicalExploration

WANG Bao-lin1,ZHU Suo2,CONG Li-juan3,GAO Xiu-hua4
(1.The Fourth Instituteofgeology andmineral Exploration and Development,Jining 012000,InnerMongolia,China;2.InnerMon?golia Institute for Land and resourcesExploration and development,Huhhot010020,InnerMongolia,China;3.China Aero Geophys?ical Survey&Remote Sensing Center for Land and Resources,Beijing 100083,china;4.CNPCResearch Instituteof Safety＆Envi?ronment Technology,Beijing 100083,China)

The theory,method and data source of extracting alteration abnorm ities from remote sensing data is discussedin this paper,which can also used for ore exploration.Shalaxibie area,Inner Mongolia,is taking asexample for discussing the use of remote sensing data in regionalprospection.The detailed exploration stage use of remote sensing data in Zhulazhaga gold deposit is introduced.A lteration abnorm itiesextracting from remote sensing data is useful in thewhole geologicalexploration stage,and can provide lots of valuable information in prospecting process.

remote sensing;alteration abnorm ities;application for ore-exploration;Zhulazhaga gold deposit;Shalaxibiearea

P627

A

1007-3701(2011)01-0064-05

2010-08-30

內蒙古自治區地質礦產勘查項目（編號：08-1-HK01和08-1-KC552）．

王寶林(1967—)，男，高級工程師，主要從事地質礦產勘查與GIS研究、應用工作。

朱鎖，高級工程師，E-mail:zhusuo@126.com.