遙感構(gòu)造蝕變異常信息提取及找礦預(yù)測
——以老撾為例

劉文蘭，張 微

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;2.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

遙感構(gòu)造蝕變異常信息提取及找礦預(yù)測
——以老撾為例

劉文蘭1，張 微2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;2.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

遙感地質(zhì)異常信息提取是遙感地質(zhì)學(xué)的重要研究內(nèi)容之一。以老撾為例，對研究區(qū)ETM+遙感圖像采用幾何糾正、圖像鑲嵌、彩色合成、空間變換、圖像增強等技術(shù)手段，提取地質(zhì)構(gòu)造信息;利用掩模技術(shù)去除干擾信息，采用主成分分析和閾值分割技術(shù)進行鐵染和羥基蝕變異常信息提取;結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等多元地學(xué)信息綜合分析，開展研究區(qū)遙感找礦預(yù)測，圈定了5處遙感找礦遠景區(qū)。研究成果為加快老撾地質(zhì)找礦工作提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

斷裂構(gòu)造;蝕變異常;圖像增強;找礦預(yù)測;老撾

0 引言

隨著礦產(chǎn)資源勘查工作的不斷深入，易于發(fā)現(xiàn)的露天礦、淺部礦和已知類型礦床日趨減少，找礦難度越來越大［1］。遙感技術(shù)以其宏觀、經(jīng)濟、快速等技術(shù)特點，尤其是在提取地質(zhì)構(gòu)造信息和遙感蝕變異常信息方面具有得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢，被越來越多地應(yīng)用到礦產(chǎn)資源勘查和資源評價，尤其是在境外地質(zhì)找礦中發(fā)揮著越來越重要的作用。

線性構(gòu)造在遙感圖像上往往具有清晰的線性形跡，常常表現(xiàn)為直線狀、弧形、波狀色線等特征，具有一定規(guī)模時則構(gòu)成色調(diào)異常帶。線性構(gòu)造提取常用的方法有濾波、主成分分析、多重主成分分析等［2］。20世紀(jì)70年代末，以美國Hunt等［3］為代表的研究人員先后發(fā)表了一系列關(guān)于礦物、巖石的可見光—近紅外光譜特性等方面的研究成果，較系統(tǒng)地研究了巖石礦物的光譜特性，分析了產(chǎn)生這些光譜特性的原因，并討論了不同巖類(包括近礦圍巖蝕變礦物)光譜特性的變化規(guī)律及影響因素。利用這些近礦圍巖蝕變礦物特定的光譜特征，通過遙感數(shù)字圖像處理，可有效地提取遙感蝕變異常信息。國內(nèi)外研究人員已先后提出了多種提取遙感蝕變異常信息的方法，如比值法、主成分分析法、光譜角法、“掩?！鞒煞址治觥惓７旨?MPH)”法［4－6］、“去干擾—主成分分析—異常篩選”法［7－9］、微量信息處理方法、彩色空間變換法及克羅斯塔法等［10－12］，取得了明顯的遙感蝕變信息提取和找礦效果。

本文以老撾為例，分別從遙感構(gòu)造信息提取、遙感蝕變異常信息處理以及多元地學(xué)信息綜合分析等方面，在研究區(qū)開展了成礦地質(zhì)條件綜合分析和找礦預(yù)測研究。研究結(jié)果證實，本文方法在老撾及同類地區(qū)遙感找礦中是可行的。

1 研究區(qū)概況

老撾地跨昌都—思茅—南幫和印支成礦省，其大地構(gòu)造位置處于印度板塊和太平洋板塊之間、歐亞板塊與印度板塊縫合線的東側(cè)，在地質(zhì)歷史上，構(gòu)造運動與巖漿活動十分強烈。由于老撾地處岡瓦納和歐亞兩大陸相互離散拼合區(qū)［13］，受該構(gòu)造環(huán)境影響，斷裂性質(zhì)極其復(fù)雜，以張剪性為主，且多呈北東(NE)、北西(NW)向展布，形成了一系列相互交錯的線性、環(huán)形構(gòu)造，在遙感圖像上表現(xiàn)尤為突出。巖漿侵入作用分布較為廣泛，巖體形成時代主要有元古宙、華力西期、印支期、燕山期和新生代，其中以印支期巖體最為發(fā)育(圖1)。強烈的構(gòu)造運動與巖漿活動為礦產(chǎn)資源的形成與分布提供了必要條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。盡管老撾的地質(zhì)工作程度較低，已開展的地質(zhì)填圖、區(qū)域地球化學(xué)填圖和航空地球物理調(diào)查等工作有限，但現(xiàn)有的工作成果已經(jīng)反映出老撾具有巨大的礦產(chǎn)資源開發(fā)潛力。

圖1 老撾1∶100萬區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Laos at 1 ∶1 000 000 scale

在漫長的地質(zhì)演化歷史過程中，老撾的區(qū)域成礦作用無論在礦產(chǎn)種類還是在礦床類型上均呈現(xiàn)出多樣性，主要為熱液型、矽卡巖型、沉積型、砂礦型和風(fēng)化淋濾型，其次為巖漿型、偉晶巖型和火山巖型，并且在礦種上具有一定特色。目前，老撾已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多金屬礦床、礦點和礦化點，鉀鹽、錫、鐵和藍寶石是老撾的特色礦產(chǎn)，石油和天然氣被大國石油公司看成是最有前景的能源礦產(chǎn)。

根據(jù)現(xiàn)有的工作成果可知［14］，老撾的區(qū)域成礦時期比較集中(主要集中在華力西晚期、印支期、燕山晚期、晚第三紀(jì)和第四紀(jì))。銅、鉛鋅、鉬、錫、金、鐵等內(nèi)生多金屬礦化主要與中生代巖漿活動有關(guān)，其中鐵、金、銅、鉛鋅等礦化主要與花崗閃長巖有關(guān)，鉬、銻、錫礦化一般與石英二長巖及花崗巖有關(guān)。此外，與碳酸鹽巖和砂巖接觸的新生代流斑巖也引起金、銀、銅、鉛鋅等弱礦化。上古生界和中生界地層中有同生層狀礦床，如賦存于二疊系地層中的巨大的石灰?guī)r礦床、賦存于侏羅系砂巖中的弱銅礦化等。晚石炭世、二疊紀(jì)和三疊紀(jì)為成煤期。新生代發(fā)育有厚層蒸發(fā)巖，形成石膏(硬石膏)和鉀鹽類礦床。第四紀(jì)沖積物和殘坡積物中，往往有金、錫石和寶石等富集并達到工業(yè)品位，這些礦床一般都產(chǎn)在距原生礦床或礦源巖不遠的范圍內(nèi)，是目前礦產(chǎn)開發(fā)的主要對象。此外，還有一些礦化富集源于表生風(fēng)化作用，如新生代玄武巖風(fēng)化形成的鋁土礦、蝕變花崗巖風(fēng)化形成的高嶺土、含錫花崗巖風(fēng)化形成的含錫紅石土、超基性巖風(fēng)化形成的菱鐵礦等［15］。

2 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

2.1 數(shù)據(jù)選取

本次遙感地質(zhì)解譯工作選取的遙感數(shù)據(jù)源是具有中等空間分辨率和光譜分辨率的美國陸地衛(wèi)星ETM+圖像，成像時間為1999—2001年，共計18景。圖像清晰，對比度好，紋理結(jié)構(gòu)特征明顯，利于地質(zhì)構(gòu)造解譯及蝕變異常信息提取。

采用的DEM數(shù)據(jù)是基于ASTER立體相對生成的，可作為構(gòu)造信息提取的有效補充。

2.2 圖像預(yù)處理

利用遙感圖像處理軟件(ENVI，ERDAS)，對研究區(qū)的ETM+圖像進行大氣校正和幾何糾正，啟用拼接功能對18景ETM+圖像和DEM數(shù)據(jù)分別進行鑲嵌與拼接，通過矢量邊界對拼接后的數(shù)據(jù)進行裁剪。在后續(xù)研究中均以裁剪后的區(qū)域為研究對象，開展空間變換、圖像增強等處理，盡可能地突出感興趣信息(如線性構(gòu)造信息、隱伏構(gòu)造信息、弱異常信息等)，掌握圖像的有效特征以獲取高質(zhì)量的影像特征和相關(guān)信息，以便于地質(zhì)人員進行分析和解釋。

2.3 基礎(chǔ)遙感圖像制作

遙感圖像波段的選取對提取地質(zhì)構(gòu)造信息非常重要，不同的波段組合在不同地區(qū)呈現(xiàn)出不同的效果。根據(jù)OIF(optimum index factor)指數(shù)［16］最佳波段組合原理，結(jié)合研究區(qū)的礦化蝕變特征，本次研究最終選用ETM7(R)，ETM4(G)，ETM2(B)波段組合并與全色波段進行數(shù)據(jù)融合的假彩色合成圖像作為遙感地質(zhì)解譯的基礎(chǔ)圖像(圖2);利用ASTER數(shù)據(jù)自動生成全區(qū)的DEM數(shù)據(jù)(圖3)，并在此基礎(chǔ)上制作研究區(qū)山體陰影圖像，從立體的角度觀測和推斷地質(zhì)構(gòu)造及斷裂的空間展布，使構(gòu)造信息的解譯更加全面和直觀，可作為常規(guī)遙感地質(zhì)解譯的重要補充。

圖2 老撾ETM圖像(ETM7(R)，4(G)，2(B)假彩色合成與全色波段融合)Fig.2 ETM image of Laos

圖3 老撾數(shù)字高程模型(利用ASTER數(shù)據(jù)自動生成)Fig.3 DEM of Laos

2.4 干擾信息去除

陰影、水體、植被及白泥地等地物是遙感蝕變異常信息提取的干擾信息，在進行蝕變信息提取之前要對其進行去除，以免蝕變信息失真;根據(jù)不同地物的不同波譜特征信息而采用不同的去除方法，并盡可能地減少對遙感蝕變異常提取產(chǎn)生影響［17］。

老撾地處熱帶，常年有植被覆蓋，勢必對遙感蝕變異常信息的提取造成一定的干擾。本次研究主要通過提取植被覆蓋區(qū)植物的地球化學(xué)異常來進行蝕變異常信息的提取，即利用TM1—5，7波段做掩模主成分分析，根據(jù)第5，6主成分的貢獻決定對異常結(jié)果的選用，并結(jié)合ETM3/ETM4比值進行相關(guān)異常信息提取;根據(jù)植被的波譜特性，對上述結(jié)果進行對比分析，最大限度地去除植被對異常提取結(jié)果的干擾。而由于陰影與水體有相似的波譜特征，因此可以將二者一并去除，采用比值ETM6/ETM1去除水體和陰影。同時根據(jù)白泥地的波譜特征，采用ETM3高端切割去除白泥地［18］。

3 遙感構(gòu)造信息與蝕變信息提取

3.1 構(gòu)造信息提取

構(gòu)造條件是礦床形成的重要因素之一［19］，根據(jù)遙感影像特征和地質(zhì)成礦理論，提取的構(gòu)造信息主要有斷裂構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造。其中斷裂構(gòu)造對礦產(chǎn)的控制作用十分明顯，礦床常常富集在與主干構(gòu)造斜交或平行的斷層或節(jié)理中，并且以線性體或環(huán)形體等結(jié)構(gòu)信息反映在遙感影像上。這些成礦有利部位既有利于成礦元素的遷移與富集，又提供了成礦空間，有利于形成規(guī)模較大、品位較高的礦床。各種不同類型金屬礦床的分布與線性構(gòu)造的關(guān)系，大體上有以下4種形式:①表示構(gòu)造單元邊界的深、大斷裂(帶)的巨大型、大型主干線性構(gòu)造(帶)，控制著成礦帶或礦化集中帶的展布;②交切于上述線性構(gòu)造(帶)的稍次級區(qū)域性大斷裂(帶)的線性構(gòu)造(帶)及其切割的地質(zhì)塊體，往往是成礦亞帶、成礦區(qū)的出現(xiàn)部位;③在前述線性構(gòu)造疊合地帶上的次級線性構(gòu)造帶，往往控制著礦田、礦區(qū)的分布;④規(guī)模較小、但密集程度較高的次級線性構(gòu)造，通常是礦床、礦體的產(chǎn)出部位。

本次遙感構(gòu)造解譯以ETM+圖像解譯為主，結(jié)合利用DEM數(shù)據(jù)制作的山體陰影圖進行綜合解譯(圖4)，主要的方法有兩種:①直接解譯，根據(jù)巖石或者地層發(fā)生位移，構(gòu)造線發(fā)生錯位，地層重復(fù)或者缺失，陡崖的直線狀分布，巖體、巖脈、火山口呈線狀分布等地質(zhì)解譯標(biāo)志進行構(gòu)造解譯;②間接解譯，根據(jù)山脊、湖泊、沼澤錯位，對頭溝、對頭河的出現(xiàn)，直線狀溝谷、洼地，不同地貌區(qū)沿直線相接，水系特征和地表水體異常等［20］地貌解譯標(biāo)志進行構(gòu)造解譯。

圖4 老撾線性構(gòu)造圖Fig.4 Maps of linear structure of Laos

從圖4可以看出，研究區(qū)的構(gòu)造主要分布在中部和北部，有成群成帶分布特征，整體以NE向、NW向為主，北部局部地區(qū)近東西(EW)向斷裂較為發(fā)育。其中波里坎曬—他曲斷裂、沙拉灣—塞公斷裂等NW向斷裂帶橫貫全區(qū)，這些斷裂控制著區(qū)域的沉積建造、巖漿活動和變質(zhì)作用，也控制著與其有關(guān)的礦產(chǎn)，是重要的控礦構(gòu)造。其強烈的構(gòu)造運動和熱液活動可使原來相對分散的銅、鉛鋅、鐵、金元素得到進一步聚集，并在有利的構(gòu)造空間部位富集成礦。從線性構(gòu)造密集度可以看出，本次研究共圈定了6處線性構(gòu)造密集區(qū)，這些區(qū)域往往是成礦的有利地段，既有利于成礦元素的遷移、富集，又提供了成礦空間，是今后開展礦產(chǎn)資源勘查的重點地區(qū)。

3.2 蝕變信息提取

根據(jù)前人研究成果可知［21］，研究區(qū)的區(qū)域成礦作用時間比較集中，主要集中在華力西晚期、印支期、燕山晚期、早第三紀(jì)和第四紀(jì)，其中鐵、有色金屬和稀有金屬等礦產(chǎn)主要集中在燕山晚期(晚侏羅世至早白堊世);以熱液型與矽卡巖型礦產(chǎn)為主，主要的蝕變礦物有黃鉀鐵礬、綠泥石、綠簾石、高嶺土等，而這些蝕變礦物主要與鐵染異常和羥基異常有關(guān)。據(jù)蝕變礦物的波譜特征可知，黃鉀鐵礬、綠泥石等蝕變礦物分別在 ETM+1，3，4，5 波段和 ETM+1，4，5，7波段具有特殊的光譜特征，利用不同波段對不同地物類型的強反射與強吸收特性，分別對這4個波段進行主成分分析［22］;通過對各主分量進行分析和定量化評價，得出異常主要集中在第4主成分中;運用閾值分割技術(shù)，得到研究區(qū)鐵染蝕變和羥基蝕變的異常分布圖［23］(圖5)。在完成遙感異常篩選的同時，通過對區(qū)域成礦條件的綜合分析與研究，對區(qū)域遙感異常進行分類，對可能屬于同一類型、空間位置關(guān)系密切或成礦地質(zhì)背景相近的遙感異常，用閉合的人工包絡(luò)線進行歸類，將其定義為具有一定找礦意義的遙感異常。本次研究共圈定了遙感找礦異常區(qū)27處。

圖5 老撾鐵染蝕變與羥基蝕變異常分布圖Fig.5 Maps of distribution of iron staining and hydroxyl alteration anomalies of Laos

從圖5可以看出，研究區(qū)內(nèi)的遙感異常以鐵染異常為主，其分布與區(qū)內(nèi)的構(gòu)造格架大體一致，多分布在斷裂構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造較為發(fā)育的地區(qū);大多數(shù)位于沖溝內(nèi)植被覆蓋區(qū)的羥基異常主要為植被干擾因素未完全消除所致;而鐵染異常和羥基異常套合度較好地段往往是成礦有利地區(qū)，對在這些地區(qū)尋找淺層低溫?zé)嵋盒?、矽卡巖型以及火山巖型礦床具有一定的指示作用，可為遙感找礦遠景區(qū)的圈定提供基礎(chǔ)資料和參考依據(jù)。同時考慮到老撾地區(qū)常年有植被覆蓋，且第四系松散堆積物較為發(fā)育，盡管最大限度地對其進行了篩選和剔除，但對礦致異常和巖性異常的提取仍存在著一定的影響和干擾，須結(jié)合地、物、化等綜合信息進行遙感找礦預(yù)測工作。

4 多元信息綜合應(yīng)用驗證解譯結(jié)果

本次研究通過遙感構(gòu)造解譯和異常信息提取獲得了大量的遙感信息，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)等多元地學(xué)信息，建立了以遙感信息為主的多元信息遙感找礦預(yù)測技術(shù)方法流程(圖6)。

圖6 找礦預(yù)測流程圖Fig.6 Flow chart of mineral prospecting prediction

按照上述遙感找礦預(yù)測技術(shù)流程，以遙感構(gòu)造信息和蝕變異常信息為主，圈定出線性構(gòu)造密集區(qū)和遙感異常區(qū);并結(jié)合所收集的地質(zhì)、礦產(chǎn)等資料，對老撾進行了以遙感信息為主的多元信息綜合分析和找礦預(yù)測。考慮到老撾目前的區(qū)域成礦研究程度較低，還不可能劃分出比較細致的成礦區(qū)或成礦帶，因此本次研究主要以遙感信息為主，結(jié)合己知資料，共圈定出烏多姆塞銅、金、鉛鋅多金屬找礦區(qū)，南俄河水庫西鐵、銅、錫、鉛鋅銀多金屬找礦區(qū)，川壙鐵、錳及貴金屬找礦區(qū)，波里坎曬東銅、鉛鋅找礦區(qū)和占巴塞銅、鉛鋅礦找礦區(qū)等5處找礦遠景區(qū)(圖7)。其中烏多姆塞、川壙和占巴塞找礦區(qū)在前人資料［21］中有一些反映，而南俄河水庫西和波里坎曬東找礦區(qū)是根據(jù)本次研究新提出的找礦區(qū)，研究成果為加快老撾地質(zhì)找礦工作提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

圖7 老撾遙感找礦遠景區(qū)分布圖Fig.7 Map of remote sensing mineral prospecting perspective of Laos

5 結(jié)論

1)利用 ETM+遙感圖像的 ETM7(R)，ETM4(G)，ETM2(B)波段組合進行假彩色合成，并與全色波段進行數(shù)據(jù)融合，獲取的圖像更有利于目視解譯和遙感構(gòu)造信息的提取;與此同時，利用DEM生成山體陰影圖像能從立體的角度觀測構(gòu)造信息和斷裂的空間展布，使得構(gòu)造信息的解譯更加全面，可作為常規(guī)遙感地質(zhì)解譯的重要補充。

2)遙感蝕變異常信息提取不受人為因素影響，可作為礦產(chǎn)資源潛力評價的基礎(chǔ)性參量;結(jié)合遙感地質(zhì)解譯結(jié)果、區(qū)域典型礦床、蝕變帶的吻合程度等進行綜合分析，可為開展區(qū)域礦產(chǎn)資源勘查和資源評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。

3)由于礦床的形成過程是極其復(fù)雜的，因此利用遙感圖像進行地質(zhì)構(gòu)造解譯和遙感蝕變異常信息提取、開展礦產(chǎn)資源勘查與評價還只是一種戰(zhàn)略手段;加之研究區(qū)內(nèi)植被和第四系覆蓋嚴(yán)重、交通不便等因素，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果可能存在一定的偏差。但是，隨著遙感數(shù)據(jù)空間分辨率的不斷提高，以及高光譜、高分雷達數(shù)據(jù)的不斷發(fā)展，遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦中必將發(fā)揮更大的作用。

志謝:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)王功文教授提供了研究所需的老撾1∶100萬比例尺的地質(zhì)圖件，在此表示誠摯的謝意。

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Remote Sensing Structural Alteration Information Extraction and Ore Prognosis:A Case Study of Laos

LIU Wen－lan1，ZHANG Wei2
(1.School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China;2.China Aero Geophysical Surney and Remote Sensing Center for Land and Resources，Beijing 100083，China)

The extraction of remote sensing geological anomaly information is one of the important research methods in GARS.In this paper，taking Laos as an example and using such means as geometric rectification，image mosaicking，color composite，space transformation and image enhancement processing to the ETM+image in the study area，the authors extracted the geological structural information.The interference information was removed by mask technique，and the iron staining and hydroxyl alteration information was extracted by using principal component analysis and threshold segmentation techniques.Five perspective areas for mineral exploration were delineated on the basis of a synthetic analysis of the multi－geoscience information.The results can provide a reference and effective means for accelerating the geological prospecting work in Laos.

fault;alteration anomaly;image enhancement;prediction of mineral prospecting;Laos

TP 75

A

1001－070X(2012)02－0068－07

劉文蘭(1984－)，女，在讀碩士研究生，主要從事遙感技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查與評價方面的研究。E－mail:lty102627@163.com。

(責(zé)任編輯:劉心季)

10.6046/gtzyyg.2012.02.13

2011－09－14;

2011－10－20

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項目“西昆侖成礦帶礦產(chǎn)資源遙感地質(zhì)調(diào)查”(編號:1212011120887)資助。