山西灵丘县梨园金矿遥感蚀变信息提取

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摘要：摘 要 本文通过对山西灵丘县梨园金矿矿区及其外围地区的ETM+图像遥感蚀变信息进行提取，采用ETM+ 7(R)+ ETM+ 4(G)+ETM+ 1(B)进行遥感图像的RGB融合，分别提取铁染蚀变信息和泥化蚀变信息，分析结果表明研究区内蚀变信息不强，但研究区外围狼牙山一带蚀变信息

　　摘 要 本文通过对山西灵丘县梨园金矿矿区及其外围地区的ETM+图像遥感蚀变信息进行提取，采用ETM+ 7(R)+ ETM+ 4(G)+ETM+ 1(B)进行遥感图像的RGB融合，分别提取铁染蚀变信息和泥化蚀变信息，分析结果表明研究区内蚀变信息不强，但研究区外围狼牙山一带蚀变信息较强，上述结论对今后该地区的找矿工作具有一定的指导意义。

　　关键词 蚀变;遥感;波段;金矿床

　　山西灵丘县梨园金矿发现于1990年代，该地区地质研究程度较低，成矿系统复杂，矿区深边部找矿潜力亟待查明。

　　梨园金矿矿体中广泛发育破碎角砾岩和蚀变成矿现象，矿区常见煌斑岩、辉绿岩等深源脉岩，与金矿体空间和成因关系密切，而这些脉岩具深源成因特征，表明控矿岩体延深较大，现有矿区深部及外围找矿潜力可期。

　　梨园金矿受断裂构造控制明显，线性构造走向多为北西向及北北西向，环形构造亦较为发育。其断裂构造交汇部位具有较高的成矿潜力。

　　研究区基岩露头较发育，对遥感蚀变异常提取有利。本次工作主要就矿区及其外延的遥感蚀变信息进行提取，并根据蚀变信息结果对研究区的进一步找矿工作进行探讨。

　　1 遥感地质找矿的理论基础

　　大量研究表明，矿区内发育的中等以上强度蚀变带十分有利于提取ETM+蚀变信息。虽然区域地层内蚀变岩并不是成矿的必要条件，但富矿和大矿一般均伴随着围岩的剧烈且较大范围的蚀变现象，特别是大型、超大型内生热液矿床一般发育有较大范围较强的围岩蚀变。因此，矿区蚀变遥感异常的提取，对地质找矿有重要的指导意义。

　　根据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谱遥感多波段组合的主成分变换提取方法，可以得出以下结论：岩石的光谱特征是由岩石中含量较少的次要矿物决定的。

　　首先是氧化铁基团。岩石中的氧化铁矿物主要为黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿、角闪石、针铁矿、磁铁矿、黄钾铁矾等，这些氧化铁矿物在ETM+1和ETM+4两个波段存在相对较强的吸收谱带，如果岩石矿物中含有大量的三价铁(Fe3+)，但二价铁(Fe2+)含量相对较少，则TM1和TM4波段是该类岩石主要的吸收谱带。若岩石中含有较多的二价铁(Fe2+)，但三价铁(Fe3+)含量较少，则TM1波段是该类岩石的主要吸收谱带。

　　其次是羟基、碳酸根和水基团。2. 20～2.30μm波段是羟基(OH-)的主要吸收谱带，从而会在TM5波段处产生高值，在TM7波段处产生低值。岩石矿物中主要的含羟基矿物为中—低温蚀变矿物，常见的有云母、高岭土、绿泥石、绿帘石等。含碳酸根矿物(CO32-)的吸收谱带为在1.90～2.55μm之间，2.35μm和2.55μm波段是其中较强的两个特征吸收谱带;而相对较弱的特征吸收谱带位于1.90μm、2.00μm、2.16μm波段。水(H2O)的特征吸收谱带位于1.40μm和1.90μm两个波段。

　　目前最常见的遥感蚀变信息提取对象主要是矿区围岩中的铁染和泥化蚀变信息，本次研究工作基于上述原理而展开的。

　　2 遥感数据的获取和预处理

　　遥感影像数据是借助航天遥感器在地球外围空间利用微波、红外线和可见光等探测仪器，利用全天候摄影、扫描的手段获取浅地表物体对电磁波辐射的感应特征。根据不同来源，将遥感数据分为三类：航空遥感、航天遥感和地面遥感，其中尤以航天遥感发展最快，应用最广。

　　2.1 遥感数据的选取

　　根据研究目的及现有经济条件，选取了美国马里兰大学接收的LANDSAT陆地卫星系列应用较广泛的中分辨率数据。因ETM+数据的单幅图像面积为35673㎞2，覆盖范围极广，为开展大范围的区域宏观对比分析提供了条件;ETM+数据信息丰富，包括可见光、近红外、短波紅外、热红外等8个波段(表1)，近红外波段主要揭示了氧化铁、羟基矿物、含水量等特征，热红外波段不但能揭示地物的热特性，还能将不同岩石的硅酸盐矿物进行区分，特别是专为地质研究追加的ETM+7波段，可直接提取岩性相关信息。在山区利用遥感技术进行地质研究时，应选择天气晴朗时段，植被相对不发育，且无积雪时期的遥感影像。在挑选ETM+波段图像进行组合时，要甄选地质信息丰富、层次清楚、微地貌清晰的ETM+波段影像。

　　本次选取卫星轨道号为124/033的ETM+图像，拍摄时间为2000年5月7日。此时在山西东部地区天高气爽，云层稀薄，影响因素为一年中最少，是遥感影像信息提取的最佳时段。

　　2.2 遥感图像精校正

　　几何精校正的主要构想是通过选取真实的地面控制点，利用控制点的大地测量参数和遥感图像上的坐标建立一个彼此关联的系统精校正模型，由此对整幅图像进行精校正处理。几何精校正的关键是选取地面控制点和建立精校正模型。地面控制点的选取应该遵循在原始图像和遥感图像上都易识别原则，根据工作经验可以选择河流的拐点、道路的交汇点、山脊等比较容易识别的点;本研究区域河流支叉较为发育，通过选取河流陡转折点、分叉点等地面控制点共20个，对整幅遥感图像进行了精校正。通过与地质图对比，校正效果良好，可以在此基础上进行下一步的工作。

　　2.3 去干扰处理

　　研究区位于太行山山区，区内水系众多，植被比较发育。区内水体、植被和裸露的白泥地等是研究区主要的干扰因素。为了ETM+遥感数据提取的矿化蚀变异常信息更加的准确，需要利用掩膜图像消除这些干扰因素。

　　2.4 子区截取与假彩色合成

　　在经过几何校正的图像上，分析各波段相关系数矩阵，结果表明，ETM+7波段与其他各波段的相关性排列有小到大依次为：ETM+3，ETM+4，ETM+1，ETM+5，ETM+2，由于植被在ETM+4反射率较高，合成图像上植被覆盖区都呈不同的绿色，看上去很像真彩色，所以将ETM+4作为绿通道，而不选择相关系数较小的ETM+3。为了获得接近真彩色的图像，也为反映更多的地物信息，最终采用了ETM+ 7(R)+ ETM+ 4(G)+ETM+ 1(B)，进行遥感图像的RGB融合。最终获取的遥感底图如下图(图2)所示。

　　3 提取遥感蚀变信息

　　由于矿区内岩性种类多，地质构造十分复杂，砂石、沙土等强反射率信息抑制了蚀变岩反射光谱信息，导致蚀变岩光谱比值特征不明显，因此，无法利用比值图像提取遥感信息。考虑上述干扰因素，本次采用主成分分析法来提取蚀变遥感信息，输入波段选择与特定光谱信息有关的波段，同时为了排除干扰因素，将无关的波段消除，突显分析目标。

　　3.1 铁染蚀变信息提取

　　铁染的特征光谱信息主要集中在ETM+1

　　～ETM+4波段，结合各个波段波普反映的特征，我们选取ETM+1、ETM+3、ETM+4、ETM+5等波段作为组合波段进行主成分分析。将上述波段应用掩膜并进行了植被抑制后，统计分析如下：

　　通过表2揭示的信息，结合铁染类蚀变矿物的波谱特征判断，ETM+1、 ETM+3波段具有相反的贡献值， PC4分量中亮色调部分代表了铁染信息，故选取PC4作为“铁组图像”。PC4反应了ETM+3波段在铁染矿物具有高的反射值，在ETM1波段吸收值较大，利用ETM+3/1波段比值可以强化异常，通过“3×3”进行滤波处理后，根据其高端亮度分布直方图选择合适阈值进行蚀变的分级，高值级(I级)、中等值级(II级)、低值级(III级)在异常图像上分别以红、黄、绿色彩表达，最终得出以下图像(图3)。

　　3.2 泥化蚀变信息提取

　　泥化羟基图像选用ETM+1、ETM+4、ETM+5、ETM+7四个波段进行主成分变换分析，选择反映富羟基矿物成分波段组合的主分量图像，从而确定泥化蚀变遥感异常区域。

　　对ETM+1、ETM+4、ETM+5、ETM+7进行PCA主成分分析，统计分析如下：

　　从表3可以看出，PC2的特征向量载荷因子绝对值较大的是ETM+4和ETM+7波段，分别为0.92765和-0.35302。显示了ETM+4波段对羟基矿物强反射的光谱特性，ETM+7波段对羟基矿物强吸收特征。因而选取PC2作为“泥化羟基图像”。经过拉伸处理、滤波后，根据其高端亮度分布直方图选择合适阈值进行蚀变的分级，高值级(I级)、中等值级(II级)、低值级(III级)在异常图像上分别以红、黄、绿色彩表达，最终得出以下图像(图4)。

　　4 结论

　　将研究区铁染，泥化蚀变信息叠加到遥感底图上，最终得到研究区复合蚀变信息图，如下图(图5)所示。

　　由图5可以看出，虽然现有矿区蚀变信息不甚强烈，但在矿区外围东北方向狼牙山一带，矿区东南、西南一侧，以及上寨镇以北地区，蚀变信息较强。经查，灵丘县上寨镇雁翅村有一铁矿(原青羊铁矿)，独峪乡有杜家河南洼沟铁矿山，都与图5中相应位置的蚀变信息相符。因此，这些蚀变信息可以作为下一步地质 工作的参考。

　　参考文献/ 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，王润生.遥感岩矿信息提取基础与技术方法研究[M].北京：地质出版社，2004.

　　[3] 王日冬，邢立新.矿床蚀变信息的遥感提取方法[J].世界地质，2000，19(4)：397-400.

　　[4] 鞠培姣.太行山北段梨园金矿构造地球化学特征[J/OL].黄金科学技术，2020，1-12.

　　[5] 何雅枫，何政伟，赵银兵，等.地质构造与遥感蚀变的相关性分析[J].地理空间信息，2015，13(2)：91-93.

　　作者：梅加江

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