基于中、高分辨率遙感影像的羥基和鐵染蝕變信息提取與成礦預測
——以吉林市等六幅為例

曹 會，張廷秀，李雨柯，韓科胤，溫秋園，王海英

1.中國地質調查局牡丹江自然資源綜合調查中心，黑龍江牡丹江157021；2.吉林省地質調查院，吉林 長春130021；3.遼寧省北票市自然資源局，遼寧 北票122100

0 引言

遙感具有宏觀監測，大范圍獲取數據資料；動態監測，快速更新監控范圍數據；技術手段多樣，可獲取海量信息；應用領域廣泛，經濟效益高的特點［1］.遙感技術已經成為地質工作者從事地質研究和地質勘查不可或缺的技術手段.人們可以從遙感影像上獲取大量地質信息，運用技術手段提取成礦信息，為地質找礦提供依據.

國內外研究者在遙感蝕變信息提取方面提出很多方法，比如主成分分析法、光譜角法、比值法等［2-21］.為了提高遙感地質解譯精度，本研究利用Landsat 8和SPOT－6遙感數據，在吉林市等六幅地區開展遙感地質解譯，針對不同數據源特征采用不同方法提取遙感蝕變信息和成礦預測工作，以期為重點找礦靶區的確定提供依據.

1 研究區概況

研究區坐標范圍東經126°30′～127°00′，北緯43°30′～44°00′，共涉及6幅1∶5萬圖幅，分別是吉林市幅、天崗幅、豐滿幅、新開河屯幅、旺起屯幅和大石頭河子幅，總面積2 238 km2.研究區西北部為吉林市區，第四系較發育，因城市硬化面積較大，對遙感解譯影響較大；東南部以山區為主，植被覆蓋率較高.地勢由東南向西北逐漸降低，形成中山山區—低山丘陵區—峽谷湖泊區—河谷平原區的地貌格局.總體地形起伏較大，流水地貌和微地貌發育，對區域的地質構造揭露具有指示性意義.測區位于古亞洲構造域與濱太平洋構造域疊合部位，分布有不同時代火山巖、沉積巖、侵入巖，地質構造較復雜.

2 數據選擇與預處理

2.1 OLI遙感數據

采用美國陸地衛星（Landsat 8）2015年4月22日接收的117－30景ETM數據，經過融合、校正、圖像增強等處理，形成工作區遙感影像圖.采用主成分變換融合方法，將1—7波段與第8波段（全色波段）進行分辨率融合，得到研究區增強的圖像，作為本次地質構造初步解譯的主要圖像，主要控制工作區區域構造格架以及一些地質體界線.同時利用該景數據的多光譜波段進行遙感異常提取.

2.2 SPOT－6衛星數據

法國SPOT6衛星數據作為本次遙感地質解譯的主要數據.對全色波段與多光譜波段進行融合處理，選擇融合后的4（R）、3（G）、1（B）波段合成圖像可形成地面分辨率為1.5 m的彩色圖像，完全可以滿足1∶5萬區域地質礦產調查工作的詳細地質構造解譯，包括與成礦作用相關的線、帶、環、塊、色以及與成礦相關的近礦找礦標志解譯，圈定遙感最小找礦靶區.

3 遙感地質解譯

3.1 地層解譯

遵循由點到線到面原則.首先，從已掌握地質情況或建立解譯標志的區（點）出發，垂直地質構造走向（即沿地質剖面）進行解譯，通過解譯掌握地層層序與變化，了解調查區域的基本地質狀況；然后，再由線（剖面或路線）沿地質線或線性構造走向兩側延伸解譯，進而完成全區的遙感解譯工作.

3.2 構造解譯

從地質構造遙感解譯圖上看，研究區內的斷裂構造及環形構造比較發育（圖1）.

圖1 研究區遙感斷裂構造、環形構造分布圖Fig.1 Distribution map of RS-interpreted fault and ring structures in the study area

1）斷裂構造

此次研究初步解譯斷裂構造41條，以北北東、北東向為主，次為北西向斷裂，其他方向斷裂不發育.北東向斷裂規模大，延伸長，影像特征明顯，主要表現為北東走向的大型沖溝及北東向排列的陡坎，局部可見北東向排列的斷層三角面，并對現代地形地貌有明顯的控制作用.北西向斷裂在遙感圖像上主要表現為北西走向的折線狀沖溝，北西向排列的陡坎或北西走向的洼地，局部地段控制了現代地形地貌，并顯示為張性斷裂特征.

2）環形構造

區內共解譯出17個環形構造，它們在遙感圖象上主要表現為環形山脊、環形沖溝、環狀色調異常等.最大的環形構造直徑約4 km，小者約1 km，一般為1～3 km.從空間分布看，研究區內的環形構造與斷裂構造有極密切的關系，多分布在斷裂構造附近或不同方向斷裂交匯部位，并具有成群分布特點，構成一些環形構造群.

4 遙感礦化蝕變信息提取

通過對研究區ETM數據進行主成分分析，得到區內7個多光譜波段矩陣（表1）.第三主成分的B4、B5波段存在序偶，反映植被信息；第四主成分的B6與B7波段、B4與B7波段存在序偶，可用B6、B7兩個波段運算提取鐵染異常；第五主成分的B1與B4波段存在序偶，可通過B1、B4兩個波段運算提取羥基異常.

表1 研究區多光譜數據矩陣表Table 1 Multispectral band spacing array table of the study area

利用具有序偶關系并能提取遙感異常的兩個波段做散點圖.B4、B1散點圖見圖2，B6、B7散點圖見圖3.

圖2 B4/B1散點圖Fig.2 Scatter plot of B4/B1 bands

圖3 B6/B7散點圖Fig.3 Scatter plot of B6/B7 bands

通過圖2分析，B4與B1散點主要分布在對角線下方，即B4/B1小于1，礦化信息主要為Y＝X線上區域，同時B1與B4波段相關系數為0.87，呈線性正相關.因此選取用比值法，（B4＋10660）/1.90B1，同時掩膜掉B4/B1小于1的區域，截取其高端值，分為三級鐵染異常.

圖3中出現雙橢圓，為高植被覆蓋區典型的散點圖.主橢圓分布形狀為線性分布，相關系數為0.96，說明B6與B7波段之間具有高度的線性正相關，長軸方向斜率為1.03，可采用（B6－1292）/1.03B7的比值法或利用B6、B7兩個波段進行主成分分析，取第二主成分高端值提取遙感羥基異常，分為三級羥基異常.對一級鐵染異常進行“3×3”濾波，對二、三級鐵染異常進行“5×5”濾波.

4.1 羥基異常分布特征

從遙感羥基蝕變異常圖（圖4）可以看出，區內羥基異常主要分布在工作區中部及中北部，并且明顯與斷裂構造和環形構造有關，多分布于斷裂構造附近及環形構造集中區，應為礦化蝕變引起.

圖4 遙感羥基蝕變異常圖Fig.4 RS-interpreted hydroxyl alteration anomaly map

研究區內的羥基異常分布相對集中.其中一處主要集中于吉林市東側白菜溝附近的北東向斷裂帶上，異常主密度分布區多集中在豐滿礫巖及楊家溝組中，周圍為中侏羅世淺肉紅色中細粒二長花崗巖和早侏羅世灰白色斑狀花崗閃長巖大面積出露區.分布區內解譯出環形構造4處，可能為隱伏巖體引起，因此認為此處的羥基異常可能與礦化蝕變有關，應為礦化蝕變引起的羥基異常.另一處在松花湖南狄家溝附近羥基異常相對集中，該帶出露地層以中侏羅世灰白色中細粒花崗閃長巖為主，并且在異常分布區發育北西向局部小斷裂，認為可能與礦化蝕變有關.在松花湖周圍羥基異常較多，可能在一定程度上受到水的影響，需結合其他地質信息綜合考慮.

4.2 鐵染異常分布特征

研究區內的鐵染異常主要集中于北部小塘坊－卡福屯一帶、東部和平屯南側、西部巴虎屯附近、南部旺起鎮－摩天村一帶（圖5）.它們多與斷裂構造或環形構造有關，其中部分異常與羥基異常相吻合.這些異常應與礦化蝕變有關，屬礦化蝕變引起的異常.

圖5 遙感鐵染蝕變異常圖Fig.5 RS-interpreted iron-stained alteration anomaly map

5 遙感成礦預測

根據遙感解譯的斷裂構造、環形構造以及遙感異常蝕變信息等綜合信息，在研究區內共圈出6處遙感信息異常區（圖6），各異常區位置及預測依據如下.

圖6 研究區綜合遙感信息圖Fig.6 RS-interpreted integrated anomaly map of the study area

預測區Ⅰ：中心坐標126°50′33″E，43°57′52″N，異常區面積28.63 km2.區內的3個環形構造呈現串珠狀沿北東向排列，與區內總體構造走向相一致.區內發育北東向及北北東向斷裂，北西向張性小構造.該區為遙感一至三級羥基異常集中分布區.

預測區Ⅱ：中心坐標126°44′36″E，43°51′49″N，異常區面積30.38 km2.區內2個環形構造呈北西向排列，同時有2個大的環形構造切過該區.發育北東向局部小斷裂和北西向局部小斷裂.遙感羥基、鐵染異常在區中零星分布.

預測區Ⅲ：中心坐標126°39′23″E，43°50′14″N，異常區面積12.89 km2.區內分布2個環形構造，北西向排列，北東與北西向構造交叉，同時發育一組北北東向構造帶.為遙感鐵染異常高度集中區，無羥基異常.

預測區Ⅳ：中心坐標126°37′24″E，43°36′07″N，異常區面積21.29 km2.區內分布2個環形構造，北西向排列，北東與北西向構造交叉，同時發育一組北北東向構造帶，為遙感鐵染異常高度集中區，無羥基異常.

預測區Ⅴ：中心坐標126°45′58″E，43°35′58″N，異常區面積9.55 km2.主要分布在侏羅系花崗閃長巖內，異常區范圍和區內一個環形構造基本重合，發育北西向局部小斷裂構造.為遙感羥基異常高度集中區.

預測區Ⅵ：中心坐標126°51′04″E，43°33′53″N，異常區面積28.62 km2.區內分布2個環形構造，東南的環形構造明顯晚于西北的環形構造，北西向與北東向局部小斷裂構成格子狀構造.為遙感羥基異常高度集中區，零星分布鐵染異常.

6 結語

本次研究共完成1∶5萬吉林市、天崗、豐滿、新開河屯、旺起屯、大石頭河子幅遙感地質解譯2 238 km2.通過遙感地質解譯建立區內地質體遙感解譯標志，全區解譯出影像巖石單元30個，推斷解譯出線性斷裂41條，環形構造17處.利用遙感數據進行了礦化信息提取工作.根據遙感解譯的地質、構造、礦化信息提取結果，圈定出6處遙感信息異常區.

遙感解譯的斷裂構造充分發揮了遙感技術的直觀性、宏觀性、多信息源等特點，根據其影像特征可明顯見其延伸方向、斷層規模等，亦可判斷部分構造性質，可解譯程度高，可供野外工作直接利用.

遙感信息異常區是根據遙感蝕變礦化信息提取、遙感解譯的斷裂構造和環形構造相結合綜合分析圈定的，是從遙感角度圈定的成礦有利部位，可供野外找礦參考.