基于Landsat TM的個舊錫礦成礦信息提取與找礦預測*

談樹成 虎雄崗 金艷珠 陳 健 陳 峰

(1.云南大學地質研究所;2.湖北省荊州市江陵一中)

遙感技術以其信息量大、快速等優勢而廣泛地應用于礦產資源勘查領域［1-6］。上世紀80年代，南美國家智利借助于航空攝影照片分析了礦化蝕變帶，發現了瑪爾泰和洛博金礦［7］。M.H.Tangestani和F.Moore等學者通過主成分分析對伊朗的Meiduk地區斑銅礦蝕變區進行了對比分析［8］，取得良好效果。M.K.Timothy等利用TM影像假彩色合成，對阿拉伯—努比亞地盾地區金礦礦化蝕變異常信息進行了提取［9］。而Crowley，James等學者則利用AVIRIS和ASTER影像數據對成層火山的熱液蝕變進行了研究［10］。

國內自從開展了相關領域的研究后，不僅在理論上進行了創新，而且在實際應用中取得了豐碩的成果［11-13］。然而，由于控礦因素的多樣性和成礦模式的復雜性，傳統的成礦地段圈定方法已稍顯不足。因此在遙感礦化蝕變信息提取的基礎上，結合研究區線、環形構造和物化探數據圈定成礦遠景區顯得很有必要。本研究在對個舊錫礦礦區成礦地質環境、地質特征和成礦規律研究的基礎上，以2010年11月TM遙感影像為基礎數據源，利用遙感找礦理論，通過對礦區地質構造遙感異常的分析和遙感蝕變信息的提取，結合已有的地質、物化探等數據圈定找礦遠景區。從而為礦產資源的勘查、管理、開采和利用提供科學依據。

1 礦區成礦地質背景

個舊錫礦成礦主要受控于印支期巖漿巖，三疊紀的灰巖、白云巖及其一系列斷裂、背向斜等構造以及燕山中晚期黑云母花崗巖。前華力西構造運動為其奠定了良好的成礦基礎;華力西期—印支期，右江陸緣盆地張裂、板塊俯沖碰撞以及燕山中晚期重熔花崗巖疊加改造，多因復成，從而形成了規模罕見的錫礦礦床［14］。區內斷裂構造對錫多金屬礦床的形成、分布形態具有明顯的控制作用。

2 地質構造信息提取

由于影像各波段所記錄的地物信息的差異，因此有效的波段組合能夠更好地反映出地質構造信息。TM影像中6個波段的數理統計見表1，TM波段的相關性分析見表2。

表1 研究區TM多光譜波段數理統計

表2 研究區TM影像波段相關性分析

從表1可看出，就波段均值而言，TM1、TM4、TM5較大，表明影像質量較好;而從波段標準差來看，TM5、TM7較大，表明影像包含的信息量較大;由表2可以看出，TM1和TM2，TM2和TM3，TM5和TM7波段的相關性比較大。此外，由于TM4波段相對獨立，可作為必選波段。因此，得出741波段組合為最優組合，對波段進一步增強處理后，各種地質信息得到加強，再結合區內地質構造特征，采用計算機識別和人工判別相結合，對研究區遙感影像線型、環形構造進行解譯，得到的結果見圖1。

2.1 環形構造信息提取

總體上，個舊礦集區呈現出一個以個舊市為中心的巨大復式環形影像構造(一級環)，北到開遠南側，南至紅河深大斷裂，直徑為60～70 km，個舊斷裂由南向北從研究區穿過將其一分為二，形成了兩個直徑為30～40 km的次級環形構造(二級環)，并伴生有大量規模不等的三級構造，以礦區中部和中南部地區分布最為密集，表現明顯且十分強烈，與礦體的分布呈現良好的相關性。

2.2 線性構造信息提取

遙感線性構造是地質構造場和成礦地質場在地球表面和光譜特征上的反映［15］。總體上，可將研究區內線性構造劃分為NW向、SN向、NE—SW向和NW—SE向4類。

圖1 研究區線性形、環形構造解譯

NW向線性構造位于研究區中部二級環形構造內，處于個舊斷裂、古山斷裂和紅河深大斷裂三大構造系所圍成的三角形內，并與環內一系列的NE—SW向線性構造相互交織，成為研究區內線性構造最為密集的次區域;SN向線性構造是區內重要的成礦地質構造。其中開遠—個舊斷裂不僅成為大規模基性巖漿噴發的通道，而且沿斷裂帶強烈的地震活動和一系列溫(熱)泉的出露表明該斷裂強烈的構造和熱流活動，對個舊地區中生代沉積建造和巖漿巖活動有關的礦化有著重要的控制作用。NE—SW向構造主要分布于研究區東南部二級環形構造邊緣和個舊斷裂西側二級環形內大部分地區，對印支—燕山期巖漿巖活動及熱液礦化作用有一定的控制作用。NW—SE向構造以紅河深大斷裂為代表，其余主要分布于研究區東南部二級環形構造與一級環形構造交匯處，在此區域通過與NE—SW向線性構造的交匯，成為研究區構造較為發育、程度較為強烈、成礦地質環境較為有利的地段。

3 礦化蝕變信息提取

3.1 干擾信息的去除

礦床圍巖蝕變信息的強度很大程度上決定了對蝕變信息提取的效果，由于研究區較高的植被覆蓋率、較多的水系和大面積的居民區影響礦化蝕變信息的提取［16］，因此，在蝕變信息提取前需對水體和植被去干擾，以增強礦化蝕變信息。水體反射光譜特征表現為可見光綠波段大于短紅外波段，因此可選用(0.52～0.60μm)/(1.55～1.75μn)作為淹沒去除水體;而植被干擾可利用可見光紅波段(0.63～0.69μm)和近紅外波段(0.76～0.90μm)兩個波段在保證可見光紅波段長度大于近紅外波段的前提下，壓制植被干擾，提取蝕變信息。

3.2 礦化蝕變信息分析

通過對研究區圍巖礦化蝕變信息的分析和研究，將區內近礦圍巖主要蝕變信息分為羥基異常(OHA)和鐵染異常(FCA)。以羥基異常(OHA)為主的蝕變礦物在TM7波段和TM5波段具有較大的光譜特征差異，因此可考慮用TM5波段與TM7波段作為提取含羥基類礦物的有效波段;Fe3+在TM3波段有很高的反射率;在波段長度為1.1～2.4μm區域，Fe2+因礦物種類的不同而產生不同的波譜特征。這些離子本身所具有的特定光譜特征與其他物質光譜特征的差異成為了利用遙感影像進行蝕變信息提取分析的理論基礎。

3.3 蝕變信息的增強與提取

從表2可知，所選的6個波段相關性較大，表明影像中的信息重疊程度較大。主成分分析法可以利用盡可能少的波段表達原有多波段中的有用信息，而且最大程度地降低新組分影像之間的相關性。根據研究區礦化蝕變礦物相關的光譜特征，選取TM1、TM3、TM4和TM5共4個波段作為第一組波段，利用主成分分析進行鐵染礦化信息的提取。第一組波段的主成分特征統計見表3。

由表3可以看出，PC3中的TM3和TM1、TM4具有相反的貢獻值，而和TM5具有相同的貢獻值，且TM3波段具有最大的反射率，符合鐵染物主成分的判斷準則，結合實際獲得的地物光譜特征值，以PC3作為鐵染異常(FCA)信息的提取圖像。

表3 研究區TM1、TM 3、TM 4、TM 5波段的主成分特征統計

以TM1、TM4、TM5、TM7為第二組波段組合，進行羥基異常(OHA)信息提取。結合實際獲得的地物光譜特征值，以PC3作為羥基異常(OHA)信息提取圖像，統計結果見表4。從表中可以看出，PC3中的TM5和TM7影像具有較大的相反貢獻值，分別為－0.596 31和0.720 63，且TM5具有較強負載值(表現為負值)，故PC3反映了羥基信息。

以主分量的均值(X)表示區域背景，標準離差(σ)表示擴散尺度，σ的倍數kσ為閾值，利用X+kσ對異常進行等級劃分并確定閾值。對于鐵染異常而言，k一般取1.5～2.5;而對于羥基異常，k一般取2～3［17］。通過對鐵染異常(FCA)主分量PC3計算后得出其最大閾值為94.32～102.31，將此作為鐵染礦化異常閾值進行分割，得到鐵染礦化異常分布，見圖2。對羥基異常(OHA)主分量PC3而言，其異常閾值為39.52～42.93。將羥基礦化異常進行分割后得到羥基礦化異常分布，見圖3。

從圖2、圖3可以得出:鐵染礦化蝕變與羥基礦化蝕變在空間上表現出較高的相關性，即在研究區南中部、南東部、北東部和北西部鐵染異常和羥基異常均較強烈。

圖2 研究區鐵染礦化異常分布

4 遠景礦區的圈定與找礦預測

遙感信息線性構造交匯區、線環構造交切疊加區、色調異常區是成礦條件有利區，也是進一步進行找礦的重點靶區。根據研究區線、環形構造分布規律及鐵染礦化異常(FEA)、羥基礦化異常(OHA)分布特征和已有物化探資料，結合實地調查，在研究區內圈定了9個成礦遠景區，見圖4。

表4 研究區TM1、TM4、TM 5、TM 7波段的主成分特征統計

圖3 研究區羥基異常分布

圖4 成礦有利區及找礦遠景區

1#成礦遠景區位于個舊南部，區內線、環型構造發育，構造部位處于NS向卡房斷裂南段和多個次級EW向斷裂交匯形成的凹陷帶，構造活動強烈，次生暈Cu、Au、Mn、Pb、Sn等元素異常規模較大，強度較高;濃集中心和濃度分帶明顯，與其他元素異常吻合性好。野外調查發現，沿該斷層巖石擠壓破碎劇烈，發育構造角礫巖和斷層泥，并有基性巖和花崗巖巖體順破裂面侵入。斷層控制著錫礦體的分布，特別是與兩側斷裂的交接點，已發現大量錫礦點。因此，1#成礦遠景區可作為進一步找礦的重點靶區。

2#成礦遠景區位于個舊東部，為NS向羅期底斷裂與多個次級EW向斷裂交匯處。區內構造活動強烈，規模較大，強度較高。該區主要巖性為中三疊統個舊組(T2g)。

3#、4#成礦遠景區位于個舊市北部和中部，緊鄰已有的馬格拉礦田，由一系列近EW向的線性構造被NS向的開遠—個舊斷裂和古山斷裂所挾持形成的格子狀凹陷地帶，淺層巖石較為破碎，主要巖性為中三疊統個舊組(T2g)和法郎組(T2f)。三級環形構造較為發育，鐵染異常和羥基異常強烈，根據野外調查發現有不同程度的Cu、Pb、Sn礦化。可作為進一步找礦的重點靶區。

5#、6#成礦遠景區位于研究區北西側二級環形構造內。為個舊西區的主要礦化蝕變帶，具有一定的成礦有利條件。

7#、8#、9#成礦遠景區分別位于研究區南東部、北東角和東部。位為個舊礦區一級環形構造邊部外緣，為一系列NE—SW向與NW—SE向的線性構造交錯地帶，環形構造明顯，表層巖石破碎，鐵染礦化異常和羥基礦化異常強烈，為研究區內成礦條件的有利地段，可作為找礦遠景區。

以上9個成礦遠景區中，3個位于個舊斷裂以西，其余6個分布于個舊斷裂以東。根據遠景區的成礦地質特征、成礦有利條件和礦化異常強烈程度，將1#、3#和4#確定為最佳遠景區，2#、5#和6#為次級遠景區，7#、8#和9#為三級遠景區。

5 結論

本研究以個舊錫礦礦區為研究對象，以TM影像為基礎數據源，通過對波段的有效組合可以得到豐富的地質構造信息和礦化蝕變異常信息。在對干擾信息進行去除和對構造信息與蝕變信息進行增強、分析、提取的基礎上，結合研究區地質、物探、化探資料圈定了9個遠景成礦區。根據遠景區的成礦地質特征、成礦有利條件和礦化異常強烈程度將9個遠景成礦區分為3類遠景成礦區。其中3個(1#、3#、4#)確定為最佳遠景區，3個(2#、5#、6#)確定為次級遠景區，其余3個(7#、8#、9#)確定為更次一級遠景區。研究結果為礦區資源的勘查、開采和利用提供了重要科學依據。

［1］ 丁家瑞，李佩基，刁淑娟.遙感在礦產資源調查、合理開發規劃、管理和保護工作中的應用［J］.國土資源遙感，1998(2):12-17.

［2］ 丁建華，肖克炎.遙感技術在我國礦產資源預測評價中的應用［J］.地球物理學進展，2006，21(2):588-593.

［3］ 趙鴻燕，魏也納，戴立乾.礦產資源規劃遙感監測研究［J］.測繪通報，2010(11):30-32.

［4］ 李 嵩，李海鷹.遙感在礦產資源潛力評價中的綜合應用研究——以山西省為例［J］.國土資源遙感，2012(1):11-119.

［5］ 耿新霞，楊建民，張玉君，等.遙感技術在地質找礦中的應用及發展前景［J］.地質找礦論叢，2008，23(2):89-93.

［6］ 劉 影.地質遙感及其在找礦中的應用［J］.西部探礦工程，2011(8):105-107.

［7］ 王曉鵬，謝志清，伍躍中.ETM圖像數據中礦化蝕變信息的提取——以西昆侖塔什庫爾干地區為例［J］.地質與資源，2002，11(2):119-122.

［8］ Tangestani M H，Moore F.Comparison of three principal component analysis techniques to porphyry copper alteration mapping:a case study，Meiduk area，Kerman，Iran［J］.Canadian Journal of remote sensing，2001，27(2):176-181.

［9］ Timothy M，Kusky T M.Ramdadan Structural controls on Neoprotero zoic mineralization in the South Eastern Desert，Egypt:an integrated field，Landsat TM，and SIR-C/XSAT approach［J］.Journal of African Earth Sciences，2002(35):107-121.

［10］ Crowley J K，Hubbard Bernard E，MARS John C.Hydrothermal Alteration on the cascade stratovolcanoes:a remote sensing survey［J］.Geological Society of America Abstracts with Programs，2003，35(6):552.

［11］ 楊 波，吳德文，陳云浩，等.礦化信息提取的混合蝕變遙感模型——以鷹嘴山金礦區為例［J］.國土資源遙感，2005，63(1):20-24.

［12］ 傅文杰，洪金益，朱谷昌.基于光譜相似尺度的支持向量機蝕變信息提取［J］.地質與勘探，2006，42(2):69-73.

［13］ 楊長保，姜琦剛.遼東地區礦化蝕變遙感信息提取的研究和應用［J］.遙感信息，2007(4):20-24.

［14］ 談樹成.個舊錫－多金屬礦床成礦系列研究［D］.昆明:昆明理工大學，2004.

［15］ 王潤生，楊文立.遙感線性體場的數量化分析［J］.國土資源遙感，1992(3):49-53.

［16］ 張遠飛，吳德文，袁繼明，等.遙感蝕變信息多層次分離技術模型與應用研究［J］.國土資源遙感，2011(4):6-12.

［17］ 馮雨林，時建民，楊利軍.ETM+遙感影像礦化蝕變信息的提取與找礦實踐［J］.地質與資源，2008，17(1):69-72.