新疆若羌縣戈邊山地區遙感地質信息提取與解譯

阿麗娜，丁建剛，郭凡

（1.新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第十一地質大隊，新疆 昌吉 831100；2.新疆維吾爾自治區有色地質勘查局七0一隊，新疆 昌吉 831100）

遙感技術作為一種新一代高新手段，應用領域非常廣泛，尤其在礦產勘查方面，具降低成本、縮短周期、提高效率等優勢[1]。遙感圖像顯示的線性、環形構造復雜交錯，為巖漿活動提供物質交換的通道和儲存空間，并在不同方向交匯部位往往有利于礦床的富集[2,3]。目前,蝕變巖石光譜異常為遙感異常信息提取，提供了理論依據，基于ETM、ASTER等數據的蝕變遙感異常信息提取技術已日趨成熟[4]。

阿爾金山北部地區地質調查工作始于1958年，六十至八十年代，先后開展了區域地質調查、普查找礦、專題地質、路線踏勘等工作。中外地質學家對阿爾金構造帶大地構造性質和歸屬問題至今仍不一致。阿爾金在中國西北部大地構造中所處的關鍵位置，兩側構造單元存在巨大差異，一些重要的構造線至阿爾金山突然終止或改變方向等，一直成為中外學者關注的焦點[5]。

處于阿爾金古陸的戈邊山地區，由于交通十分困難，截止目前，僅東部一帶進行了一條路線地質踏勘，屬地質調查空白區。本次研究從該區遙感地質特征入手，以ETM、ASTER、Quick Bird等不同類型遙感數據為數據源，通過對這3種影像進行對比，取長補短，相互印證，解譯構造、巖性特征及蝕變異常的分布規律，驗證遙感提取地質信息的有效性，以期為地質找礦提供有效礦化指示信息。

1 研究區地質背景

圖1 阿爾金構造帶大地構造位置圖Fig.1 The geotectonic position map of Altun tectonic belt

阿爾金山橫亙于青藏高原北緣，延綿約1 000 km，地處塔里木板塊與柴達木板塊交接部位[6]，由4個不同褶皺斷裂構造單元組成（圖1）。南西段為NEE走向的南阿爾金地塊，構成阿爾金山鏈主體；北東段為EW走向的北阿爾金古陸塊、紅柳溝-拉配泉奧陶紀裂谷和中阿爾金中元古代裂陷槽，戈邊山處于其中的北阿爾金古陸塊。北阿爾金古陸塊由晚太古代和新生代構造層組成，區域構造線呈EW向展布，主要由太古宇麻粒巖相-高角閃巖相紫蘇輝石麻粒巖、變粒巖、片麻巖、元古宇片麻巖、片巖等巖石構成?西北有色地質研究院.新疆若羌縣戈邊山地區遙感地質調查報告,2013。

2 遙感圖像處理

2.1 遙感數據源

本文遙感數據的選取遵從“多源、多尺度、多時相”原則[7]，最終選用了ETM、ASTER和Quick Bird數據。

2.1.1 ETM數據

ETM數據時相為2002年4月11日，影像幾乎無植被、無云、無積雪覆蓋。該數據單景覆蓋面積大，融合后圖像對于大巖類識別、區域構造圈定效果較好。

2.1.2 ASTER數據

ASTER數據時相為2001年3月23日，影像總體質量良好（圖2）。數據地面分辨率中等，光譜分辨率較高，特別是相對于ETM數據，短波紅外波段分辨率有很大提高，在蝕變遙感異常提取方面應用較廣，提取精度相對高。

2.1.3 Quick Bird數據

該數據具地面分辨率為2.44 m的4個多光譜波段和地面分辨率為0.61 m的1個全色波段。本次解譯中，通過彩色合成及融合處理技術，形成分辨率為0.61 m的彩色影像，用于重點地質信息的解譯。

2.2 遙感數據處理

遙感地質解譯工作開始前，需對原始數據進行一系列的預處理，主要包括幾何校正、影像鑲嵌、信息增強、數據融合等。

2.2.1數據幾何校正

收集的ETM數據級別為L2B，已經過一定的幾何校正和地形校正。ASTER數據使用1:10萬的地形圖進行幾何校正，校正模型選用二次多項式擬合，重采樣方法為3次卷積內插法。Quick Bird數據幾何校正中，由于沒收集到相應比例尺的地形圖，據其自身屬性進行了投影校正。

2.2.2彩色合成

遙感地質解譯工作中，最重要的一項是，獲取一幅信息豐富的基礎彩色圖像，其制作在波段選擇上應滿足波段間相關系數小、波段的標準差盡可能大，各波段均值相差懸殊不大等要求[8,9]。

本次基礎彩色圖像制作過程中，選用合成方案為：①ASTER B4（R）、B2（G）、B1（B）；②ETM B7（R）、B4（G）、B2（B）；③Quick Bird B4（R）、B2（G）、B1（B）。

2.2.3數據融合

為提高解譯圖像精度，充分發揮多波段數據特點，需將高分辨率全色波段與多光譜波段進行融合處理。融合后的圖像，可發揮多光譜圖像與高分辨率圖像各自的優勢，彌補不足，提高遙感圖像的綜合解譯精度。本次數據處理中采用HIS變換方法進行數據融合，ASTER數據多光譜波段與全色波段融合后，分辨率達到15 m，Quick Bird的達0.61 m（圖3）。

圖2 戈邊山地區ASTER-421圖像Fig.2 The ASTER-421 remote sensing image of the Ge Bian

圖3 影像圖融合前后圖像效果對比Fig.3 The comparison of image effects before and after image fusion

3 遙感地質信息提取

現有技術條件下，利用人機交互解譯手段和遙感圖像處理方法，可從遙感數據中提取構造、巖體、蝕變遙感異常等找礦信息，并建立遙感找礦地質標志和遙感蝕變信息標志[10]。

本次研究中筆者首先對研究區已有地物化遙資料進行綜合分析，再據現有遙感影像特征，結合野外實測地質資料，建立解譯標志，最終依據解譯標志進行解譯。

3.1 巖性解譯標志

巖性解譯的建立主要以遙感影像的色調、紋形、水系特征、地貌形態特征為主。由于區內發育以片麻巖類為主的深變質巖?西北有色地質研究院.新疆若羌縣戈邊山地區遙感地質調查報告,2013，不同類片麻巖影像特征極近似，難以建立統一的解譯標志，故僅能據影像細微紋型結構、色彩差異及野外實地考證資料等，劃分影像特征差異明顯的解譯單元（表1）。

3.2 構造解譯標志

地質構造在遙感影像上以不同色調、紋理結構、幾何形態特征表現[11]。本文構造解譯中以Quick Bird 421波段彩色圖像為主影像，結合ETM 742彩色圖像進行。

3.2.1線性構造

據解譯圖像，區內線性構造多以NE向、NW向和近NS向為主。其中，分布于戈邊山西南角的線性斷裂共有7條，延伸以NE向和NW向為主，NW向斷裂多切穿NE向斷裂，斷裂構造形跡平滑，呈近直線狀展布，斷裂兩側影像特征差異較小；分布于西北部的線性斷裂共有4條，以NE向-近EW向為主，規模較大，延伸距離較遠，多控制巖石地層的展布形態；分布于戈邊山北部斷裂為全區最大的EW向斷裂，斷裂兩側地質時代及構造形態存在明顯差別，該斷裂以北為古元古界阿爾金巖群，以亮白-淺青色大理巖影像為特征；位于戈邊山中部偏南地區的線性斷裂以NE向、NW向和近NS向為主，總體呈短直線狀，多形成直線狀沖溝（表2）。

3.2.2褶皺構造

區內發育有兩組尖棱狀褶皺，均屬層內褶皺，沿近EW向展布，受斷裂切錯影響，形態不完整，褶皺影像標志較典型，形跡較清晰，兩翼地層近平直相交，可見尖角狀的轉折端，造成地層發生明顯的轉折變形（表2）。

3.2.3環形構造

圖4 研究區遙感地質解譯圖Fig.4 The remote sensing geological interpretation map of the study area

區內環形構造總體呈圓形、半圓形、橢圓形、半環形展布，大小不等，由弧狀山脊或弧形水系構成邊界。其中，西南部分布的環形構造中，內外紋形色調有一定差異，推測其可能由內應力或構造變動及隱伏巖漿活動引起（表2左）；中部偏南地區分布的環形構造多由環狀及弧狀山脊構成邊界，部分可見向心狀水系發育，個別為大環套小環狀態，形成多處連續的弧形山脊，推測其底部可能存在中酸性隱伏巖體；南側發育一組同心環，以相間分布環形山脊與環形水系為典型特征（表2右），推測其可能與區域構造變動及底部巖漿活動有關。

表1 部分巖性地層（巖性組合）影像解譯標志Table 1 Stratigraphic Image interpretation mark of partial lithology

表2 研究區內部分遙感線性、褶皺、環形構造影像解譯標志Table 2 Image interpretation mark of partial Remote sensing linear、fold and ring structure in the study area

3.3 遙感地質解譯

據解譯標志完成研究區遙感地質解譯（圖4）。研究區出露地層主要為中新太古界米蘭巖群，古元古界阿爾金巖群及第四系，地層分布形態受斷裂構造控制明顯。區內多見以大理巖為主的碳酸鹽巖脈體，呈脈狀、透鏡體狀，Quick Bird影像中顯亮白色、淺青色，易于識別。巖漿巖類分布較少，多呈脈狀、透鏡體狀，主要為以花崗巖、斜長巖等為主的中酸性侵入巖。

4 蝕變遙感異常信息提取

遙感異常是一種據特定遙感數據圈定的可能與礦化或圍巖蝕變礦物有關的信息[12]。本文以Aster數據為基礎，采用主成分分析法（K-L變換），提取與熱液蝕變有關的鐵染和羥基蝕變信息。該方法是在克羅斯塔分析方法的基礎上，利用特定波段光譜特征，通過主成分分析來提取蝕變巖石的光譜特征[13]。

4.1 鐵染異常信息提取

目的是提取與黃鉀鐵釩、黝簾石等相關的蝕變遙感異常。本次鐵染異常提取，選用Aster1.Aster2.Aster3.Aster4波段做主分量分析，以標準離差±4σ為主分量輸出的動態范圍，去掉影響異常信息結果的黑邊、陰影等干擾要素。異常主分量向量應具Aster1和Aster2的貢獻系數符號相反特征（表3）。

據表3，選PC4作為鐵染異常主分量，再對其求反及異常后處理，得出異常劃分閾值，最終對異常分級，獲得研究區鐵染異常信息（圖5）。

4.2 羥基異常信息提取

目的是提取Mg-OH基團礦物，如綠泥石、綠簾石、角閃石、蛇紋石及碳酸鹽類礦物。選用Aster1.Aster3.Aster4.Aster7波段做主分量分析，以標準離差±4σ為主分量輸出動態范圍，去掉影響異常信息結果的水體與陰影、植被等干擾要素。異常主分量的本征向量應Aster3和Aster7的貢獻系數與Aster4的貢獻系數符號相反特征（表4）。據表4，選擇PC3作為羥基異常信息主分量，再對其求反并進行異常后處理，得出異常劃分閾值，最終對異常分級，獲得研究區羥基異常信息（圖5）。

表3 鐵染異常信息提取參數表Table 3 The Parameter list for extracting abnormal information of iron alteration

5 結論

（1）本次研究中對ETM及ASTER多光譜影像進行對比，相互印證，并結合區域地質資料，對研究區遙感影像進行區域構造解譯。同時，采用多種遙感信息增強方法和HIS融合技術，提高研究區Quick Bird影像精度，直觀解譯部分難識別的環形和褶皺構造。筆者總結認為，區內個別環形構造區域及疑似中酸性侵入巖脈周邊，下部存在隱伏巖體的可能性較大，有些構造發育部位特別是斷裂交匯部位、褶皺轉折端部位、片理化帶密集發育區，為本區成礦有利部位。

圖5 研究區鐵染和羥基異常信息分布圖Fig.5 The iron and hydroxyl anomaly information distribution map in the study area

表4 羥基異常信息提取參數表Table 4 The Parameter list for extracting abnormal information of hydroxyl alteration

（2）據研究區蝕變類型及巖石地層變質特征，基于ASTER數據，采用比值+主成分分析方法，提取羥基和鐵染蝕變異常，異常分布與已知礦床(點)、礦化蝕變范圍基本吻合，表明該方法的有效性。

綜上所述，本區熱液型銅礦及石英脈型金礦的分布與斷裂構造的相交處或構造蝕變帶關系密切。高強度的遙感羥基及鐵染蝕變異常信息區，化探異常發育區和遙感色異常影像區塊，均可作為礦化蝕變區的某種指示，結合3者間相互聯系，彼此疊合較好區域可作為下一步工作重點區域。