遙感鐵染蝕變異常提取研究

摘要：自然界大多數(shù)礦物在近紅外—熱紅外波長范圍內(nèi)波譜特征差異較大，便于區(qū)分地物類型。因此，當?shù)匚镱愋驮诳梢姽獠ǘ畏秶鷥?nèi)色彩合成不易區(qū)分時，利用人眼不能識別的近紅外波段與可見光波段組合做色彩合成能夠有效區(qū)分地物類型，突出地質(zhì)體之間的界線。主要分析研究區(qū)鐵染蝕變提取信息結(jié)果，并開展遙感鐵染蝕變礦物目標檢測研究，為該地區(qū)的找礦工作提供較好的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：鐵染蝕變；異常提取；扎嘎烏蘇

中圖分類號：P627 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）12-0-0331

Study on Extraction of Iron Stain Alteration Anomaly by Remote Sensing

—Taking Zagawusu Area of Saolun Mountain in Inner Mongolia as an Example

WEI Xin1，2， GAO He1，2

（1. China Geological Survey Hohhot Natural Resources Comprehensive Survey Center;

2. Water Resources Development and Eco-environmental Effects Innovation Base， Daheihe River Basin， Hohhot 010010， China）

Abstract： Most minerals in nature exhibit significant differences in spectral characteristics within the near-infrared thermal infrared wavelength range， making it easier to distinguish land cover types. Therefore， when the color synthesis of land cover types is difficult to distinguish within the visible light range， using a combination of near-infrared and visible light bands that cannot be recognized by the human eye for color synthesis can effectively distinguish land cover types and highlight the boundaries between geological bodies. The main focus of this study is to analyze the information extracted from iron staining and alteration in the research area， and to conduct research on remote sensing detection of iron staining and alteration mineral targets， providing better guidance for mineral exploration in the region.

Keywords： iron stain alteration; abnormal extraction; Zhagawusu

2013—2015年，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）對內(nèi)蒙古自治區(qū)索倫山扎嘎烏蘇地區(qū)進行了較為詳細的遙感地質(zhì)解譯，全區(qū)的宏觀解譯選擇使用了資源一號衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)，重點區(qū)域使用了WorldView-2多光譜遙感影像，解譯了6個圖幅的遙感地質(zhì)體和構(gòu)造，建立了工作區(qū)的基本構(gòu)造格架，地質(zhì)體的解譯結(jié)果與野外實地特征較為吻合，解譯結(jié)果可信度較高。蝕變信息的提取選用了Landsat 8 OLIamp;TIRS數(shù)據(jù)，使用主成分分析+閾值分割方法提取了工作區(qū)6個圖幅的鐵染蝕變信息，經(jīng)野外驗證蝕變提取結(jié)果與實地特征吻合度較差，可信度較低。因此，本研究針對以上問題，以遙感地質(zhì)解譯相關(guān)技術(shù)標準為準繩，充分利用搜集到的地質(zhì)、地形、礦產(chǎn)以及物化探資料，使用高分辨率和多光譜遙感影像配合多種合理實用的遙感圖像處理和相關(guān)數(shù)學(xué)分析方法展開此次遙感地質(zhì)解譯工作，全面詳細研究調(diào)查區(qū)地質(zhì)、構(gòu)造、蝕變、找礦預(yù)測等幾個方面內(nèi)容。

1 研究區(qū)位置

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部，巴彥淖爾市烏拉特中旗烏蘭巴音蘇木北西約60 km，隸屬烏蘭巴音蘇木管轄，南距烏拉特中旗旗政府所在地海流圖鎮(zhèn)約130 km，面積約135.18 km2。區(qū)內(nèi)自然地形起伏平緩，地貌以草原、丘陵為主，平均海拔約1 300 m，最高海拔為1 450 m。當?shù)刂饕孕竽翗I(yè)為主，以皮毛、肉類為主要經(jīng)濟收入。研究區(qū)無地表徑流，人、畜供水以井水為主。近年來，連年干旱少雨，草場退化嚴重，荒漠化速度加劇[1]。研究區(qū)礦產(chǎn)資源潛力較大，為內(nèi)蒙古中部重要的鉻鐵礦成礦帶，也是鉻、鐵、銅、金、鉬多金屬成礦的有利區(qū)域，隨著地質(zhì)工作程度的深入，近些年礦業(yè)成為該地區(qū)重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)[2]。

2 蝕變信息提取方法介紹

研究以Landsat8 OLIamp;TIRS影像為數(shù)據(jù)源，利用陸地成像儀（Operational Land Imager，OLI）數(shù)據(jù)使用復(fù)合主成分分析法和基于分形與生長曲線閾值分割相結(jié)合的方法提取鐵染蝕變信息，并使用光譜角度映射（Spectral Angle Mapping，SAM）制圖法，將WorldView-2數(shù)據(jù)與USGS礦物波譜庫做匹配，檢測鐵染蝕變礦物。

2.1 復(fù)合主成分分析法

遙感蝕變信息提取時，通常選用掩膜+主成分分析+閾值分割的方法。研究使用的復(fù)合主成分分析法是先對含蝕變礦物組合的反射峰和反射谷做比值變換作為新的反射峰波段，再利用原始反射谷波段、比值變換后的反射峰波段及其他波段組合做主成分分析[3]。

2.2 SAM礦物識別

SAM是多光譜和高光譜制圖中一種基于地物光譜特征的匹配技術(shù)，屬于監(jiān)督分類范疇。該方法直接將圖像波譜與參考波譜做匹配，通過計算設(shè)定最小的光譜間的匹配夾角[4]，可以精確識別混合地物中的各種礦物。

3 鐵染蝕變信息提取

在礦化圍巖蝕變中，鐵染蝕變與金礦床、赤鐵礦床等金屬硫化物礦床分布具有密切的聯(lián)系。因此，提取鐵染蝕變信息對金及多金屬找礦具有重要意義，廣泛應(yīng)用遙感鐵染蝕變技術(shù)尋找與多金屬成礦有關(guān)的礦床。

3.1 遙感鐵染蝕變提取光譜物理基礎(chǔ)

赤鐵礦、針鐵礦、黃鉀鐵礬等含F(xiàn)e2+和Fe3+的礦物具有相似的波譜反射特征，OLI的Band1具有低反射、Band3具有高反射特征，即為吸收谷和反射峰。自然界的大多數(shù)礦物在近紅外電磁波譜范圍內(nèi)反映強烈、差異明顯，因此合理選擇波段之間的組合方式可以有效提取所需蝕變信息，本研究提取鐵染蝕變選用了OLI 1345波段組合方式[5]。

3.2 鐵染蝕變提取結(jié)果分析

基于鐵染蝕變礦物的波譜物理基礎(chǔ)和所提方法，提取鐵染蝕變結(jié)果如圖1所示。圖中一級蝕變與已知礦區(qū)吻合很好，形態(tài)特征完全一致，次生暈蝕變在地形較低的河流和干涸湖泊等類似地區(qū)富集，圖中常興鐵礦以南的次生暈蝕變，其形態(tài)指向原生暈，因此可以根據(jù)次生暈蝕變形態(tài)推測原生礦體所在位置。

4 遙感鐵染蝕變礦物目標檢測

本次工作選用了美國地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey，USGS）波譜庫作為參考，將World-View-2四波段影像和Landsat8 OLI多光譜影像做與鐵染蝕變有關(guān)的鐵染蝕變礦物目標匹配和檢測，包括赤鐵礦、針鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦、褐鐵礦、石榴石、綠簾石、綠泥石、橄欖石、輝石、皂石以及十字石等。

OLI鐵染蝕變礦物解譯（鐵礦物）如圖2所示。可以看出，鐵石礦物組合赤鐵礦-針鐵礦-黃鐵礦-鉻鐵礦礦物組合與常興鐵礦礦區(qū)套和較好，同時指示出其他鐵染蝕變區(qū)域，對尋找與鐵染蝕變有關(guān)的鐵礦等相關(guān)礦種具有很好的指示作用。WorldView2鐵染蝕變礦物解譯（十字石、石榴石）如圖3所示。結(jié)果顯示，十字石、石榴子石礦物組合與研究區(qū)內(nèi)已知礦區(qū)完全套和。此外，根據(jù)其他解譯結(jié)果，綠簾石、橄欖石、黃鐵礦、鉻鐵礦、針鐵礦等礦物組合類型與已知礦區(qū)也套和較好，總體上指示出研究區(qū)內(nèi)大范圍的鐵染蝕變區(qū)域，主要與研究區(qū)內(nèi)的不同程度的赤鐵礦化和褐鐵礦化有關(guān)。根據(jù)礦物組合類型也可推測礦床成因類型，因此研究區(qū)內(nèi)鐵礦成因類型應(yīng)屬于中等區(qū)域變質(zhì)程度下的矽卡巖型鐵礦。

5 結(jié)論

本研究采用了遙感鐵染蝕變技術(shù)，基于OLI 1345波段組合方式發(fā)現(xiàn)了赤鐵礦、針鐵礦等含F(xiàn)e礦物的波譜反射特征，得出鐵染蝕變信息與金礦床、赤鐵礦床分布密切相關(guān)的結(jié)論。通過WorldView-2和Landsat8 OLI影像分析，檢測出鐵石礦物組合與已知礦區(qū)高度吻合，指示出廣泛的鐵染蝕變區(qū)域，為尋找多金屬礦床提供了重要依據(jù)。根據(jù)相關(guān)標準規(guī)范，對礦化指示意義強的區(qū)域做了全部驗證，驗證點共計30處，將解譯結(jié)果導(dǎo)入掌機，進行野外定點驗證、記錄、牌照以及分析，并將驗證結(jié)果導(dǎo)出至計算機，建立數(shù)據(jù)庫。經(jīng)野外驗證，與實地地質(zhì)、礦化、地形等特征符合一致，使用所提方法提取的蝕變結(jié)果具有很好的找礦指示意義。

參考文獻

1 魏 昕.內(nèi)蒙古扎嘎烏蘇地區(qū)多金屬礦成礦地質(zhì)背景及找礦標志[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2019.

2 魏 昕，項 磊.內(nèi)蒙古自治區(qū)扎嘎烏蘇地區(qū)多金屬礦找礦標志分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2019（14）：153.

3 馬 敏.一種遙感蝕變提取方法在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用[J].地質(zhì)論評，2021（增刊1）：81-83.

4 李 東.內(nèi)蒙古北山地區(qū)礦化蝕變遙感異常提取研究及應(yīng)用[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2008.

5 陳雪薇.基于WorldView-2數(shù)據(jù)的內(nèi)蒙古索倫地區(qū)遙感地質(zhì)解譯研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2018.

作者簡介：魏昕（1991—），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士，工程師。研究方向：多金屬資源勘查、礦床學(xué)及礦床地球化學(xué)。

通信作者：高賀（1990—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師。研究方向：自然資源調(diào)查監(jiān)測、礦產(chǎn)資源勘查等。