基于多源遙感數據的成礦遠景區圈定
——以內蒙古東烏珠穆沁-滿都地區為例

楊佳佳，馮雨林，徐英奎，呂霖冰，高鐵

（1.沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，沈陽遼寧 110034；2.中國地質大學，北京 100083）

基于多源遙感數據的成礦遠景區圈定
——以內蒙古東烏珠穆沁-滿都地區為例

楊佳佳1，馮雨林1，徐英奎1，呂霖冰2，高鐵1

（1.沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，沈陽遼寧 110034；2.中國地質大學，北京 100083）

基于ETM+遙感數據解譯研究區地質構造,利用ASTER數據，采用光譜角填圖法（SAM）提取礦化蝕變信息.同時，結合研究區化探異常數據分布特征、巖體的空間展布特征、已有的地質資料等，總結了研究區典型礦床的成礦地質規律，并達到了成礦模型要求.最后，在內蒙古東烏珠穆沁-滿都地區進行了成礦遠景區的圈定.研究結果表明：結合ETM+和ASTER遙感數據和化探異常數據，建立遙感成礦模型，在圈定成礦遠景方面有一定的可行性，該方法值得進一步推廣.

成礦遠景區；ASTER；ETM+；礦化；內蒙古

0 引言

遙感技術具有快速、宏觀以及獨特的光譜特征識別能力，能夠比較全面地反映出地質體、地質構造等表征信息.遙感圖像蝕變信息的提取已經成為找礦的一個重要方法［1-3］.隨著空間遙感技術和信息處理技術的迅猛發展以及找礦工作難度的日益增加，遙感與常規地質、地球物理、地球化學相結合的綜合找礦方法會成為現代找礦技術的主流，通過綜合研究，才能真正認識它們之間的必然聯系及依存關系，獲得滿意的地質應用效果［4］.本研究通過遙感技術在內蒙古東烏珠穆沁-滿都地區成礦預測中的應用，突出了遙感技術在找礦應用中的優越性和重要性，顯示了其在找礦領域的應用潛力.

1 研究區地理及地質概況

1.1 地理概況

研究區位于內蒙古的中部，錫林郭勒盟的東北部，屬中溫帶半干旱大陸性氣候.地理坐標范圍為北緯45°10′～46°50′，東經116°10′～119°32′.北部與蒙古國接壤，東部與興安盟毗鄰，南部以東烏珠穆沁旗為界線.

研究區面積約為18 836 km2，包括1個旗、6個蘇木、5個嘎查，即東烏珠穆沁旗；滿都胡寶拉格蘇木、薩麥蘇木、巴彥霍布爾蘇木、寶拉格蘇木、巴彥毛都蘇木、額仁高畢蘇木；烏蘭查布嘎查、陶森淖爾嘎查、準哈塔布其嘎查、白音諾爾大隊嘎查、塔日根敖包嘎查（圖1）.

圖1 研究區交通位置圖Fig.1Location map of the study area

1.2 地質概況

研究區地層分布主要為：古生界奧陶系銅山組（O1t）僅在本區南部有零星分布；志留系臥都河組（S3w）在研究區東南部有少量分布；泥盆系中下統的泥鰍河組（D1-2n）和上中統的塔爾巴格特組（D2-3t）在本區東西部各有少量分布，是本區的賦礦巖層；泥盆系上統安格爾音烏拉組（D3a）是該區的主要賦礦地層，覆蓋全區的大部分地區，產狀相對穩定；中石炭—下二疊統的寶力高廟組（C2P1b）大面積分布于研究區的南部，與成礦有密切的關系；二疊系下統的大石寨組（P1ds）在本區分布極少；中生界三疊系下統的哈達陶勒蓋組（T1hd）在全區只有少量分布；侏羅系下統紅旗組（J1h），少量分布于薩麥地區；侏羅系上統的布拉根哈達組（J3b）、瑪尼吐組（J3mn）和滿克頭鄂博組（J3m）主要分布于研究區東部；白堊系二連組（K2e）、大磨管河組（K2d）在研究區僅有少量分布；新生界第三系中統寶格達烏拉組（N2b）貫穿于研究區大部，是研究區的主要地層，厚度大，延伸穩定，平行不整合于中新統之上；第四系沖洪積物，分布于研究區中部及東北部.

1.3 研究區遙感數據及預處理

（1）ETM+和ASTER數據源

ETM+是NASA（美國國家航空和航天局）于1999年4月15日成功發射的美國陸地衛星LandSat7攜帶的對地觀測傳感器，是一臺8波段的多光譜掃描輻射機，工作于可見光、近紅外、短波紅外和熱紅外波段.鑒于ETM+數據具有覆蓋面積廣，分辨率高等特點，本次研究用ETM+遙感影像鑲嵌圖來進行地質構造的解譯.

美國Terra衛星的ASTER多光譜傳感器，是美國NASA與日本METI（經濟產業省）合作研制的，其單景覆蓋面積達60 km×60 km，可以獲取全球大部分地區分辨率15～30 m的遙感影像數據，在可見光—熱紅外光譜段可獲取達14個波段的光譜數據.

本文所用ETM+遙感數據2景，ASTER遙感數據8景.

（2）數據預處理

預處理包括ETM+圖像輻射定標處理、目視解譯增強處理、ASTER數據的幾何校正、圖像去干擾和反射率轉換等.ETM+圖像通過增強處理后更加便于目視解譯，改進相鄰影像的色彩、對比度來確保拼圖的色調一致性.ASTER數據預處理最重要的一步為去干擾處理，鑒于本區影響該數據提取蝕變信息最主要的干擾因素為植被、陰影和云，針對這3種干擾因素，分別做了不同的去干擾處理，得到的影像作為下一步異常信息提取的基礎.

在評估方面，我們要充分的結合《輻射環境監測標準評估方案》和《輻射環境監測標準制修訂管理辦法》等規章制度，進而制定一套完善的輻射環境監測標準評估機制。在這一過程當中，我們要明確監督實施要求，同時要始終遵循當前先進的修訂理念來進行制定。

2 遙感地質異常信息提取結果

2.1 地質構造解譯

遙感圖像可以直觀地反映各種地質構造要素，特別是與成礦和控礦關系極為密切的斷裂構造和環形構造.基于原有地質資料的基礎上，利用ETM+遙感圖像對區域內的斷裂構造和環形構造進行了詳細的遙感地質構造解譯（圖2）.

從研究區構造解譯圖來看（圖2），北東向、北北東向斷裂為早期斷裂，貫穿整個研究區，斷裂延伸長，大都被后期北西向、北北西向斷裂所切割.在各地質歷史時期，沿該方向斷裂有多期巖漿侵入過程，嚴格控制著本區的成礦.

2.2 遙感蝕變信息提取

1）光譜角填圖法

圖2 研究區ETM+影像構造解譯圖Fig.2Interpretation of structures from the Landsat ETM+image in the study area

光譜角填圖法又稱光譜角匹配法，是以實驗室測得的標準光譜或從圖像上提取的已知點的平均光譜為參考，求算圖像中每個像元矢量（將像元n個波段的光譜響應作為n維空間的矢量）與參考光譜矢量之間的廣義夾角，根據夾角的大小來確定光譜間的相似程度，以達到識別地物的目的［5］.

光譜角識別方法（又稱光譜角度填圖技術）是在由光譜組成的多維光譜矢量空間，利用一個角度測度函數（θ）求解參考光譜端元矢量（r）與圖像像元光譜矢量（t）的相似程度，即：

式中θ介于0和π/2之間，其值愈小二者的相似程度愈高，識別與提取的信息也就愈可靠.該方法基于整個譜形特征的相似概率的大小，能有效避免因巖石礦物光譜漂移或光譜變異而造成的單個光譜特征的不匹配，并能充分利用弱的波譜信息［6］.

2）蝕變信息提取方法

根據研究區礦化蝕變情況，重點提取鐵氧化物類（以褐鐵礦為主）、泥化（高嶺石、絹云母為代表）、青磐巖化類（綠泥石、碳酸鹽類礦物為代表）和硅化4類有代表性的蝕變礦物信息.

提取鐵氧化物、泥化、青磐巖化類礦化蝕變信息，采用USGS波譜庫提供的礦物波譜信息作為端元波譜，對其在ASTER可見光—近紅外波段范圍內進行重采樣，將重采樣后的礦物光譜曲線和ASTER圖像上的未知礦物光譜進行夾角計算，波譜角θ取值范圍為0.02～0.07，并對信息進行了合并分析，得到了鐵氧化物、泥化、青磐巖化類礦化蝕變信息分布結果（圖3）.

提取硅化蝕變信息，利用ASTER的熱紅外波段，通過ENVI軟件包提供的α殘余（Alpha Residuals）生成發射率，采用JHU波譜庫中的石英波譜曲線作為端元波譜，對其在ASTER熱紅外波段范圍內進行重采樣，將重采樣后的礦物光譜曲線和ASTER圖像上的未知礦物光譜進行夾角計算，波譜角θ取值范圍取為0.01～0.05，對硅化信息進行增強處理［7］，得到了硅化的蝕變信息分布結果（圖3）.

3）蝕變信息提取結果

利用SAM遙感技術分類提取了研究區4種主要的蝕變信息，如圖3所示.

2.3 區域地球化學異常

圖3 研究區蝕變信息提取結果Fig.3Extraction of alteration information in the study area

本區地質背景復雜，成礦地球化學場一般可以簡化為區域地球化學背景場與地球化學異常場的綜合.通過對該區金屬元素地球化學分布與遙感提取的蝕變信息分布情況作綜合比較，分析它們之間的內在關系，達到綜合預測成礦的目的.由于研究區已知礦床中以Ag、Cu含量為最高，本次研究選取了全區的Ag元素（圖4）、Cu元素（圖5）地球化學分布圖作為研究內容.

3 研究區成礦靶區圈定

3.1 研究區成礦規律總結

利用遙感解譯構造、巖性及提取的蝕變信息，結合該區地質礦產資料、化探資料和已知礦床的成礦特征分析，總結了本區主要礦床成礦規律，如表1所示.

3.2 研究區成礦遠景區圈定

基于上述礦床成礦規律，通過綜合研究遙感蝕變信息和地質成礦要素，對比地球化學分布異常圖，最終圈定了研究區綜合成礦遠景區，如圖6所示.

以研究區地質條件為成礦背景，結合野外調查和前人地質資料，以遙感技術提取的礦化蝕變信息分布特征、地球化學Ag、Cu異常分布及規律為重點，在遵循研究區成礦規律的基礎上（表1），采用地質綜合信息法，對本區進行了成礦預測.從結果來看：圈定了6個成礦遠景區.預測區相對較為集中，4個遠景區分布在研究區中部，1個分布在研究區西北角，另1個分布在研究區東北方向.本次成礦預測結果為進一步詳查指出了找礦方向.

表1 研究區主要礦床成礦規律Table 1Metallogenic regularity of major deposits in the study area

圖4 Ag元素地球化學信息與蝕變信息疊加圖Fig.4Superimposition of Ag geochemistry and alteration information

圖5 Cu元素地球化學信息與蝕變信息疊加圖Fig.5Superimposition of Cu geochemistry and alteration information

4 結論和認識

（1）利用ETM+合成圖像進行構造解譯，結合區域構造背景，可以從宏觀角度來研究成礦構造規律，采用ASTER數據來提取礦化蝕變信息，取得了良好的應用效果.

（2）遙感、地質、化探的結合找礦是本次論文研究的核心內容.以地質成礦和遙感找礦理論為指導，利用ETM+遙感影像解譯斷裂構造信息，利用ASTER遙感影像提取礦化蝕變信息，綜合分析它們與地層、地球化學異常等地質成礦因素的空間分布關系，選取蝕變信息和成礦地質因素最為充分的地區作為重點成礦區域，方法確實可行.

（3）運用此方法在研究區預測出成礦遠景區6處.

［1］甘甫平，王潤生，馬葛乃，等.光譜遙感巖礦識別基礎及技術研究進展［J］.遙感技術與應用,2002,17（3）:140—147.

［2］馮雨林，邢德和，陳江，等.遙感混合蝕變信息在遼西等地礦產調查中的應用［J］.地質與資源,2009,18（2）:149—151.

［3］田永慶，陳德兵，張書義.遙感方法在遼寧撫順-清原地區砂金預測中的應用［J］.地質與資源,2008,17（1）:73—76.

［4］潘軍.多元地學空間數據融合及可視化研究［D］.長春：吉林大學, 2005:56—89.

［5］荊鳳，陳建平.礦化蝕變信息的遙感提取方法綜述［J］.遙感信息, 2009:37—38..

［6］楊佳佳.遙感技術在內蒙古東烏珠穆旗-滿都地區成礦預測中心應用［D］.長春：吉林大學,2012.

［7］陳江，王安建.利用ASTER熱紅外遙感數據開展巖石化學成分填圖的初步研究［J］.遙感學報,2007,11（4）:601—607.

DELINEATION OF METALLOGENIC PROSPECTS BASED ON MULTI-SOURCE REMOTE SENSING DATA: A Case Study of Dong Ujimqin-Mandu Region,Inner Mongolia

YANG Jia-jia1,FENG Yu-lin1,XU Ying-kui1,LYU Lin-bing2,GAO Tie1
（1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China;2.China University of Geosciences,Beijing 100083,China）

The geological structures of the study area are interpreted on the basis of ETM+data.The mineralized alteration information is extracted with spectral angle mapper（SAM）and ASTER data.Based on the previous geological data, combining the distribution characteristics of geochemical abnormal data with the spatially occurrence of rocks in the study area,the geological laws for metallogenesis of typical deposits are summed up to meet the requirements of metallogenic model.Finally,the prospective areas of mineralization in the Dong Ujimqin-Mandu region,Inner Mongolia,are delineated. The results show that the remote sensing mineralization model by combination of ETM+and ASTER data with geochemical abnormal data is feasible to delineate metallogenic prospect areas.Practice has proved that this method is worthy of further application.

metallogenic prospect area;ASTER;ETM+;mineraliazation;Inner Mongolia

圖6 研究區綜合成礦遠景區Fig.6Comprehensive mineralization prospects in the study area

1671-1947（2015）01-0051-06

P627

A

2013－11－06；

2015-02-05.編輯：李蘭英．

中國地質調查局項目“東北界河遙感調查”（編號12120113003000）資助.

楊佳佳（1984—），男，博士，地學信息工程專業，主要從事遙感應用方面的研究，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河大街280號，E-mail// haixianxiaomei@163.com