格陵蘭島科瓦內灣遙感異常提取及找礦預測

陳 超，朱志敏，王 璠

（1.成都理工大學 地球科學學院，四川 成都 610000；2.中國地質科學院礦產綜合利用研究所，四川 成都610000；3.四川省巴中市南江縣國土資源局，四川 巴中 635600）

1 區域概況

工作區位于格陵蘭島南部的加達爾（Gardar）省那薩克（Narsaq）鎮，地理坐標：60°57′ 30.53″ N，45°56′51.45″W。格陵蘭島氣候嚴寒，冰雪茫茫，除工作區等西南沿海少數地區無永凍層，有少量樹木與綠地之外，全島85%的地面覆蓋著道道冰川與厚重的冰山。目前無規模開采的礦山企業。

2 遙感地質解譯

地質解譯包括巖性解譯和構造解譯。基于Arcgis平臺，采用計算機處理及人機交互的方式，以Landsat8數據為主要遙感信息源，以工作區OLI影像及圖像增強后的影像為參考，并輔助ASTER影像，通過建立各類巖性、構造的解譯標志，對工作區巖性和構造進行詳細解譯。

2.1 巖性解譯

解譯根據已建立的各類巖性解譯標志，從整體到局部，由易到難的順序對工作區的巖性特征界限進行勾繪，共解譯侵入巖、花崗巖、侵入細晶花崗巖、堿性花崗巖、酸性變質火山巖、輝石黑云母二長巖、輝長巖、正長巖、霞石正長巖、方鈉霞石正長巖、玄武巖、砂巖、片麻巖、碳酸鹽、粗面巖、閃長巖、角閃巖等17種巖性，正長巖脈26條，輝長巖脈104條，未知巖脈141條。

2.2 構造解譯

解譯時，工作區采用OLI數據7、6、5及7、5、4波段假彩色合成影像，上述兩種波段組合方式生成的圖像色彩鮮艷，層次豐富，紋理清晰，能突出工作區的構造特征。解譯根據已建立的各類型構造解譯標志，從整體到局部，由易到難的順序對工作區的構造特征界限進行勾繪，共解譯一級斷層19條，二級斷層88條，推測斷層10條，環形構造10個。

3 遙感異常提取與篩選

本次遙感蝕變信息提取以OLI、ASTER數據為基礎，經過輻射定標、大氣校正及植被、水體等掩膜等遙感數據預處理后，基于主成分分析的方法分別提取羥基異常和鐵染異常。

3.1 遙感異常提取的地質依據及方法

圍巖蝕變是與熱液有關的金屬礦的重要找礦標志，且不同的圍巖蝕變反映了不同的成礦條件。圍巖蝕變礦物一般含有羥基離子（團），在境外波譜區間有明顯的特征吸收譜段，在遙感圖像中易于識別，對找礦具有一定的指導意義。同時，礦化一般伴隨有褐鐵礦化等鐵氧化物次生蝕變，以鐵氧化物組成的鐵帽為礦體表生氧化露頭的顯著性標志，也是最直接的找礦標志之一。鐵氧化物有褐鐵礦、赤鐵礦和黃鉀鐵礬等，化學成分普遍含有Fe2+和Fe3+離子（團），在可見光波段有特征吸收譜段和強反射譜段，在遙感圖像中易于識別，除了指導尋找鐵礦床，對其他金屬礦的找礦工作也具有一定的指導意義。遙感獲得的是地表信息，只要有一定面積的蝕變巖石出露，就可能被遙感檢測，即礦體隱伏。本次遙感蝕變異常信息提取波譜依據如表3-1-1。

表3-1-1 鐵染蝕變和羥基蝕變的波譜依據

依據礦化蝕變巖與圍巖的波譜特征的差異，可采用圖像增強處理方法獲取礦化蝕變信息增強的圖像變量，從而最終實現提取礦化蝕變信息的目的。本文主要采用的圖像增強突出蝕變信息的方法為主成分分析法。

3.2 基于Landsat 8數據的礦化蝕變異常信息提取

根據含鐵氧化物光譜特征分析，對含鐵異常主分量的判斷準則是：構成主分量的特征向量，其band3系數符號應與band1、band4的系數符號相反。根據特征向量矩陣分析PC4符合含鐵氧化物異常信息分布規律，因此，把該主成分求反后的圖像作為提取含鐵氧化物信息的最佳變量。

根據含羥基礦物光譜特征分析，對含羥基異常主分量的判斷準則是：構成主分量的特征向量，其band5系數符號應與band7、band4的系數符號相反，band1一般與band5系數符號相同。根據特征向量矩陣分析，把PC2作為提取含羥基礦物異常信息的最佳變量。

對PC4和PC2采用主分量分析門限法分割異常值和背景值，以提取“鐵染”及“羥基異常”信息，并可對其信息強度進行分級。根據該工作區的實際特點，選取合適的閥值以及分割點進行異常等級的劃分，最終生成一級異常、二級異常、三級異常3級標準的異常信息分類圖，異常級別越高，所在地區礦化蝕變程度越強。

3.3 基于ASTER數據的礦化蝕變異常信息提取

在對ASTER數據進行鐵染信息提取時，選取Band1、Band2、Band3、Band4的波段組合方式進行提取，計算結果中，Band1和Band3的特征向量系數符號相同，Band2和Band4的特征向量系數符號相同，且Band1和Band2的特征向量系數符號相反。Band1-4的波段組合針對褐鐵礦、針鐵礦和赤鐵礦蝕變信息的提取。根據特征向量矩陣分析PC4符合含鐵氧化物異常信息分布規律。

通過對羥基礦物波譜特征信息的了解，以及研究區常見羥基礦物，選擇Band1、Band3、Band4、Band8波段組合進行工作區ASTER羥基蝕變信息的提取。組合波段計算結果中，Bnad4和Band8的特征向量系數符號應相反，且Band4的特征向量系數應為負。此波段組合是針對綠泥石化/黑云母化蝕變礦物的信息提取波段。根據特征向量矩陣分析PC4符合含羥基礦物異常信息分布規律。

對PC4采用主分量分析門限法分割異常值和背景值，以提取“鐵染”及“羥基異常”信息，并可對其信息強度進行分級，生成3級標準的異常信息分類圖。

3.4 礦化蝕變異常篩選及圈定

利用ASTER和Landsat 8數據提取的蝕變信息，進行對比分析，再結合已有的工作區礦區地質圖，發現兩種數據提取的鐵染蝕變信息匹配性較高，效果較好；ASTER數據提取的羥基蝕變信息與地質圖上礦區顯示的有礦區域擬合度較高，具有較高的可信度，比較符合礦區的成礦特征，并且很好的反映了礦區圍巖蝕變的特點。再結合Google Earth及多光譜遙感影像，排除地質災害崩塌區域，修改并刪除非礦化相關異常信息，重復驗證并仔細核對，最終得到鐵染、羥基異常圈定圖。

通過Landsat8和ASTER兩種數據異常的相互驗證，同時剔除掉因為各種沖積物、崩積物、冰磧物等造成的異常干擾信息，最終確定了6個鐵染異常包及5個羥基異常包，其中Igaliko雜巖體上分布有1個鐵染異常包和1個羥基異常包，Motzfeldt雜巖體上分布有3個鐵染異常包，Motzfeldt雜巖體的北西方向并與之隔海相望的巖體上分布有2個鐵染異常包和2個羥基異常包，Ilimaussaq雜巖體上分布有2個羥基異常包，并與該雜巖體上發現的稀土礦點位置比較吻合。

4 遙感找礦預測

通過本區及外圍已知礦床點的成礦地質特征及遙感巖性構造規律分析，歸納出：工作區西北部和東南部主要為花崗巖，中部主要為正長巖，主要分布在Ilimmaasaq、Igaliko和Motzfeldt三大巖體上。Ilimmaasaq巖體上已有的礦點表明，稀土礦的主要賦礦巖石為霞石正長巖，羥基蝕變較明顯，遙感圖像特征顯著。

把依據遙感圖像圈定的找礦預測區劃分為A、B兩類，A類預測區遙感成礦地質條件好，區內或附近有已知礦床（點）和遙感圖像巖性、構造、異常套合較好，找礦前景良好；B類預測區遙感成礦條件較好，綜合遙感成礦條件不完備，但具有某些特征的遙感依據，如遙感構造控制帶，遙感斷裂破碎帶等，有較好的或有疑似采礦形跡，為找礦可能區。

圖4-1 A-1預測區圖

圖4-2 A-2預測區圖

圖4-3 B類預測區圖

本次工作區共圈出A類預測區2處，B類1處。三處預測區巖性主要為正長巖，影像特征典型，Landsat8RGB組合方式為7、6、5時，巖體呈土黃色，RGB組合方式為7、5、4時，巖體呈紫紅色、粉紅色，與其背景巖體色調差異明顯。此外，通過遙感鐵染異常和羥基異常篩選，發現A-1 Ilimmaasaq稀土礦預測區有較強烈的羥基蝕變，羥基異常顯著，見圖4-1，同時，此區域附近已知有一處稀土礦點正在開采，故推測其可能形成稀土礦床。發現A-2 Igaliko巖體中部稀土礦預測區有較強烈的鐵染、羥基蝕變，鐵染、羥基異常顯著，且該異常區域影紋特征特殊，呈現環形構造特征，見圖4-2，結合Ilimmaasaq巖體上的稀土礦點圖像及蝕變特征，故推測其可能形成與其他礦床伴生的稀土礦床。發現B類預測區有較強烈的鐵染蝕變，鐵染異常顯著，因此有鐵染異常包分布，同時，此處還有較強烈的羥基蝕變，雖然沒有形成羥基異常包，但是羥基異常亦顯著，見圖4-3，結合Ilimmaasaq巖體上的稀土礦點圖像及蝕變特征，故推測其可能形成與其他礦床伴生的稀土礦床。