山西靈丘縣梨園金礦遙感蝕變信息提取

梅加江　吳茜　查道函

摘? 要? 本文通過對山西靈丘縣梨園金礦礦區及其外圍地區的ETM+圖像遙感蝕變信息進行提取，采用ETM+ 7（R）+ ETM+ 4（G）+ETM+ 1（B）進行遙感圖像的RGB融合，分別提取鐵染蝕變信息和泥化蝕變信息，分析結果表明研究區內蝕變信息不強，但研究區外圍狼牙山一帶蝕變信息較強，上述結論對今后該地區的找礦工作具有一定的指導意義。

關鍵詞? 蝕變;遙感;波段;金礦床

中圖分類號：TP79文獻標識碼：A

Remote Sensing Alteration Information Extraction of Liyuan Gold Deposit in Lingqiu County， Shanxi

Mei Jiajiang1， Wu Xi1 ， Zha Daohan1，2

（1.Hunan Planning Institute of Land and Resources， Changsha Hunan 410019;2.Hunan Vocationed College of Engineering， Changsha Hunan 410151）

Abstract： By analyzing the ETM + image remote sensing alteration information of Liyuan Dold Deposits mining area in Lingqiu County， Shanxi Province， and its peripheral areas， and by using the ETM + 7 （R） + ETM + 4 （G） + ETM + 1 （B） for remote sensing image RGB fusion， respectively Iron alteration information and argillization information is extracted. The results show that the alteration information of research area is not strong， but the alteration information of peripheral area in Langya Mountain is stronger. The conclusion has a certain guiding significance for the prospecting work in the future.

Keywords： alteration; remote sensing; band; gold deposits

山西靈丘縣梨園金礦發現于1990年代，該地區地質研究程度較低，成礦系統復雜，礦區深邊部找礦潛力亟待查明。

梨園金礦礦體中廣泛發育破碎角礫巖和蝕變成礦現象，礦區常見煌斑巖、輝綠巖等深源脈巖，與金礦體空間和成因關系密切，而這些脈巖具深源成因特征，表明控礦巖體延深較大，現有礦區深部及外圍找礦潛力可期。

梨園金礦受斷裂構造控制明顯，線性構造走向多為北西向及北北西向，環形構造亦較為發育。其斷裂構造交匯部位具有較高的成礦潛力。

研究區基巖露頭較發育，對遙感蝕變異常提取有利。本次工作主要就礦區及其外延的遙感蝕變信息進行提取，并根據蝕變信息結果對研究區的進一步找礦工作進行探討。

1? 遙感地質找礦的理論基礎

大量研究表明，礦區內發育的中等以上強度蝕變帶十分有利于提取ETM+蝕變信息。雖然區域地層內蝕變巖并不是成礦的必要條件，但富礦和大礦一般均伴隨著圍巖的劇烈且較大范圍的蝕變現象，特別是大型、超大型內生熱液礦床一般發育有較大范圍較強的圍巖蝕變。因此，礦區蝕變遙感異常的提取，對地質找礦有重要的指導意義。

根據Hunt G.RC（1979）的研究成果以及甘甫平等（2004）基于地物完全譜形特征的成像光譜遙感多波段組合的主成分變換提取方法，可以得出以下結論：巖石的光譜特征是由巖石中含量較少的次要礦物決定的。

首先是氧化鐵基團。巖石中的氧化鐵礦物主要為黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、角閃石、針鐵礦、磁鐵礦、黃鉀鐵礬等，這些氧化鐵礦物在ETM+1和ETM+4兩個波段存在相對較強的吸收譜帶，如果巖石礦物中含有大量的三價鐵（Fe3+），但二價鐵（Fe2+）含量相對較少，則TM1和TM4波段是該類巖石主要的吸收譜帶。若巖石中含有較多的二價鐵（Fe2+），但三價鐵（Fe3+）含量較少，則TM1波段是該類巖石的主要吸收譜帶。

其次是羥基、碳酸根和水基團。2. 20～2.30μm波段是羥基（OH-）的主要吸收譜帶，從而會在TM5波段處產生高值，在TM7波段處產生低值。巖石礦物中主要的含羥基礦物為中—低溫蝕變礦物，常見的有云母、高嶺土、綠泥石、綠簾石等。含碳酸根礦物（CO32-）的吸收譜帶為在1.90～2.55μm之間，2.35μm和2.55μm波段是其中較強的兩個特征吸收譜帶;而相對較弱的特征吸收譜帶位于1.90μm、2.00μm、2.16μm波段。水（H2O）的特征吸收譜帶位于1.40μm和1.90μm兩個波段。

目前最常見的遙感蝕變信息提取對象主要是礦區圍巖中的鐵染和泥化蝕變信息，本次研究工作基于上述原理而展開的。

2? 遙感數據的獲取和預處理

遙感影像數據是借助航天遙感器在地球外圍空間利用微波、紅外線和可見光等探測儀器，利用全天候攝影、掃描的手段獲取淺地表物體對電磁波輻射的感應特征。根據不同來源，將遙感數據分為三類：航空遙感、航天遙感和地面遙感，其中尤以航天遙感發展最快，應用最廣。

2.1 遙感數據的選取

根據研究目的及現有經濟條件，選取了美國馬里蘭大學接收的LANDSAT陸地衛星系列應用較廣泛的中分辨率數據。因ETM+數據的單幅圖像面積為35673㎞2，覆蓋范圍極廣，為開展大范圍的區域宏觀對比分析提供了條件;ETM+數據信息豐富，包括可見光、近紅外、短波紅外、熱紅外等8個波段（表1），近紅外波段主要揭示了氧化鐵、羥基礦物、含水量等特征，熱紅外波段不但能揭示地物的熱特性，還能將不同巖石的硅酸鹽礦物進行區分，特別是專為地質研究追加的ETM+7波段，可直接提取巖性相關信息。在山區利用遙感技術進行地質研究時，應選擇天氣晴朗時段，植被相對不發育，且無積雪時期的遙感影像。在挑選ETM+波段圖像進行組合時，要甄選地質信息豐富、層次清楚、微地貌清晰的ETM+波段影像。

本次選取衛星軌道號為124/033的ETM+圖像，拍攝時間為2000年5月7日。此時在山西東部地區天高氣爽，云層稀薄，影響因素為一年中最少，是遙感影像信息提取的最佳時段。

2.2 遙感圖像精校正

幾何精校正的主要構想是通過選取真實的地面控制點，利用控制點的大地測量參數和遙感圖像上的坐標建立一個彼此關聯的系統精校正模型，由此對整幅圖像進行精校正處理。幾何精校正的關鍵是選取地面控制點和建立精校正模型。地面控制點的選取應該遵循在原始圖像和遙感圖像上都易識別原則，根據工作經驗可以選擇河流的拐點、道路的交匯點、山脊等比較容易識別的點;本研究區域河流支叉較為發育，通過選取河流陡轉折點、分叉點等地面控制點共20個，對整幅遙感圖像進行了精校正。通過與地質圖對比，校正效果良好，可以在此基礎上進行下一步的工作。

2.3 去干擾處理

研究區位于太行山山區，區內水系眾多，植被比較發育。區內水體、植被和裸露的白泥地等是研究區主要的干擾因素。為了ETM+遙感數據提取的礦化蝕變異常信息更加的準確，需要利用掩膜圖像消除這些干擾因素。

2.4 子區截取與假彩色合成

在經過幾何校正的圖像上，分析各波段相關系數矩陣，結果表明，ETM+7波段與其他各波段的相關性排列有小到大依次為：ETM+3，ETM+4，ETM+1，ETM+5，ETM+2，由于植被在ETM+4反射率較高，合成圖像上植被覆蓋區都呈不同的綠色，看上去很像真彩色，所以將ETM+4作為綠通道，而不選擇相關系數較小的ETM+3。為了獲得接近真彩色的圖像，也為反映更多的地物信息，最終采用了ETM+ 7（R）+ ETM+ 4（G）+ETM+ 1（B），進行遙感圖像的RGB融合。最終獲取的遙感底圖如下圖（圖2）所示。

3? ?提取遙感蝕變信息

由于礦區內巖性種類多，地質構造十分復雜，砂石、沙土等強反射率信息抑制了蝕變巖反射光譜信息，導致蝕變巖光譜比值特征不明顯，因此，無法利用比值圖像提取遙感信息。考慮上述干擾因素，本次采用主成分分析法來提取蝕變遙感信息，輸入波段選擇與特定光譜信息有關的波段，同時為了排除干擾因素，將無關的波段消除，突顯分析目標。

3.1 鐵染蝕變信息提取

鐵染的特征光譜信息主要集中在ETM+1

～ETM+4波段，結合各個波段波普反映的特征，我們選取ETM+1、ETM+3、ETM+4、ETM+5等波段作為組合波段進行主成分分析。將上述波段應用掩膜并進行了植被抑制后，統計分析如下：

通過表2揭示的信息，結合鐵染類蝕變礦物的波譜特征判斷，ETM+1、 ETM+3波段具有相反的貢獻值， PC4分量中亮色調部分代表了鐵染信息，故選取PC4作為“鐵組圖像”。PC4反應了ETM+3波段在鐵染礦物具有高的反射值，在ETM1波段吸收值較大，利用ETM+3/1波段比值可以強化異常，通過“3×3”進行濾波處理后，根據其高端亮度分布直方圖選擇合適閾值進行蝕變的分級，高值級（I級）、中等值級（II級）、低值級（III級）在異常圖像上分別以紅、黃、綠色彩表達，最終得出以下圖像（圖3）。

3.2 泥化蝕變信息提取

泥化羥基圖像選用ETM+1、ETM+4、ETM+5、ETM+7四個波段進行主成分變換分析，選擇反映富羥基礦物成分波段組合的主分量圖像，從而確定泥化蝕變遙感異常區域。

對ETM+1、ETM+4、ETM+5、ETM+7進行PCA主成分分析，統計分析如下：

從表3可以看出，PC2的特征向量載荷因子絕對值較大的是ETM+4和ETM+7波段，分別為0.92765和-0.35302。顯示了ETM+4波段對羥基礦物強反射的光譜特性，ETM+7波段對羥基礦物強吸收特征。因而選取PC2作為“泥化羥基圖像”。經過拉伸處理、濾波后，根據其高端亮度分布直方圖選擇合適閾值進行蝕變的分級，高值級（I級）、中等值級（II級）、低值級（III級）在異常圖像上分別以紅、黃、綠色彩表達，最終得出以下圖像（圖4）。

4? 結論

將研究區鐵染，泥化蝕變信息疊加到遙感底圖上，最終得到研究區復合蝕變信息圖，如下圖（圖5）所示。

由圖5可以看出，雖然現有礦區蝕變信息不甚強烈，但在礦區外圍東北方向狼牙山一帶，礦區東南、西南一側，以及上寨鎮以北地區，蝕變信息較強。經查，靈丘縣上寨鎮雁翅村有一鐵礦（原青羊鐵礦），獨峪鄉有杜家河南洼溝鐵礦山，都與圖5中相應位置的蝕變信息相符。因此，這些蝕變信息可以作為下一步地質 工作的參考。

參考文獻/ References

[1] Hunt G R， Ashley R P. Spectra of altered rocks in the visible and near infrared[J]. Economic Geology， 1979， 74：1613-1629.

[2] 甘甫平，王潤生.遙感巖礦信息提取基礎與技術方法研究[M].北京：地質出版社，2004.

[3] 王日冬，邢立新.礦床蝕變信息的遙感提取方法[J].世界地質，2000，19（4）：397-400.

[4] 鞠培姣.太行山北段梨園金礦構造地球化學特征[J/OL].黃金科學技術，2020，1-12.

[5] 何雅楓，何政偉，趙銀兵，等.地質構造與遙感蝕變的相關性分析[J].地理空間信息，2015，13（2）：91-93.

*第一作者簡介：梅加江，男，1981年生，工程師，主要從事礦產勘查和規劃工作。E-mail： 709631023@qq.com。

收稿日期：2020-09-20; 改回日期：2020-11-02。