陳 理， 胡光道， 唐 晨

(1.北京大學遙感與地理信息系統(tǒng)研究所，北京100871;2.中國地質大學(武漢)數學地質遙感地質研究所，湖北武漢430074;3.云南省地質礦產勘察院快速評價所，云南昆明650093)

遙感技術在鶴慶北衙金礦找礦中的應用

陳 理1， 胡光道2， 唐 晨3

(1.北京大學遙感與地理信息系統(tǒng)研究所，北京100871;2.中國地質大學(武漢)數學地質遙感地質研究所，湖北武漢430074;3.云南省地質礦產勘察院快速評價所，云南昆明650093)

遙感技術能以較低的成本快速地提供更多更有效的地質異常信息，在分析云南省鶴慶北衙金礦的區(qū)域地質背景和控礦規(guī)律的基礎上，通過目視解譯的方法對該區(qū)的線性構造和環(huán)形構造進行了解譯，并利用MORPAS軟件對其進行詳細的定量分析，繪制了線環(huán)構造等密度和優(yōu)益度的等值線圖。并分析蝕變異常的光譜反映特征，提出增強鐵化和硅化蝕變異常的方法，從ETM影像中利用比值和主成份分析的方法提取與金礦有關的鐵化、硅化蝕變異常信息，解譯效果良好，最后綜合分析圈定出三處最有利的找礦遠景區(qū)。

遙感;金礦;鶴慶

在當今的地質找礦工作中，傳統(tǒng)的找礦方法難度越來越大，成本也不斷攀升。在遙感技術飛速發(fā)展的今天，地勘單位希望能以較低的成本快速地提供更多、更準確的遙感找礦異常信息，提高工作效率，降低風險。

近些年來越來越多的學者加強了金礦床的研究和分析，特別是根據金礦的分布規(guī)律和遙感影像上的構造特征和蝕變信息，利用不同的方法建立了不同的金礦床的遙感找礦信息模型。羅富生等(1994)通過TM數據對河南熊耳山地區(qū)的金礦床進行了研究和分析，并利用證據權法圈定找礦靶區(qū);何國金等(1995)提出利用“微差信息處理”的觀點提取了撰山子金礦的礦化蝕變信息;衛(wèi)萬順(1995)以山海關為例通過研究線環(huán)構造信息與金礦床的位置關系，建立金礦的波譜特征，最后確立金礦找礦模型;朱嘉偉等(1996)在豫西熊耳山地區(qū)利用TM數據自動提取金礦遙感異常信息。因此遙感技術在金礦床的研究方面已經發(fā)揮了一定作用。

在鶴慶預測工作區(qū)中的北衙金礦位于云南省鶴慶縣北衙鄉(xiāng)，北衙成礦物質來源豐富，礦化期次多、礦床類型多，成礦范圍廣、深度大，發(fā)育賦礦有利的構造。因此無論在礦區(qū)內部還是外圍，開展金多金屬礦產資源勘查評價，加大對該區(qū)的資源勘查力度，可能會取得找礦的重大突破。

1 區(qū)域地質概況

本區(qū)位于藏東—滇西成礦帶南部，揚子地臺與三江褶皺帶的過渡部位，主體屬于麗江臺緣拗折區(qū)的鶴慶—洱海臺褶束。北以翁水河、小金河大斷裂為界，西以哀牢山深斷裂為界，東至程海、賓川大斷裂。這些斷裂不但規(guī)模巨大，而且活動歷史久遠，長期以來控制著區(qū)內的地層發(fā)育、巖漿活動及各類礦產的形成與分布。

區(qū)內地層發(fā)育較全，下元古界蒼山群集中出露于大理洱海西側，主要由片麻巖、片巖及少量混合巖、大理巖組成;古生界地層分布在洱海附近，下古生界僅見下奧陶統(tǒng)，上古生界發(fā)育齊全，主要為碳酸鹽沉積，次為碎屑巖及硅質巖;二疊系玄武巖廣泛分布于程海斷裂西側;中生界三疊系分布在鶴慶—北衙一帶，侏羅系、白堊系地層則主要分布在哀牢山斷裂以西和程海斷裂以東。

本區(qū)處于幾個構造單元的結合部位，故該區(qū)域構造形式復雜，構造變形是以斷塊中的褶皺為主，鶴慶北衙一帶主要為北東向與南北向構造交切復合，并含東西向構造殘跡，其中南北向的松桂向斜及馬鞍山斷裂為區(qū)內主要的控巖控礦構造。哀牢山深斷裂的長期活動，使本區(qū)構造應力集中，地殼脆弱，地幔上隆，導致火山噴溢，巖漿侵入，屬于喜山期富堿斑巖出露帶。

2 金礦遙感異常信息提取方法

本文主要是通過收集大量的資料，以遙感數據(ETM+影像)為基礎，經過幾何校正，與全色波段進行數據融合，并進行了適當的圖像增強處理，生成一副以ETM5，ETM4，ETM3彩色合成的影像圖，并在該遙感影像圖的基礎上建立符合該地區(qū)的地質構造解譯標志，以解譯標志為依據進行遙感地質目視解譯。再通過分析該區(qū)金礦床的特點，確定要提取的蝕變信息，最后根據與礦化有關的構造信息和蝕變異常信息圈定成礦遠景區(qū)，為該區(qū)的地質勘查工作提供一定的依據(圖1)。

圖1 流程圖Fig.1 The flow chart

2.1 數據預處理

隨著遙感技術的發(fā)展，遙感數據紛繁眾多，其空間分辨率和時間分辨率都有了很大程度的提高，本文主要是從宏觀上提取構造信息和蝕變信息，所以選用了美國陸地衛(wèi)星LandSat7于2000年獲得的ETM+數據，該數據是目前應用比較成熟、穩(wěn)定、且具有全球覆蓋性的遙感數據。

遙感數據的預處理主要包括幾何校正、圖像裁剪、數據融合、圖像增強等。(1)幾何校正。利用地形圖進行幾何校正，幾何變換采用三次多項式法，并用立方卷積法進行灰度重采樣，配準后影像與矢量地形圖疊合良好。(2)圖像裁剪。根據鶴慶預測工作區(qū)的范圍，確定裁剪框，對整幅的遙感影像進行裁剪，得到本文需要研究的工作區(qū)范圍。(3)數據融合。采用Pansharp方法將第八波段與其它波段進行融合，提高影像的空間分辨率。(4)圖像增強。融合后影像需要做圖像增強處理，采用直方圖線性拉伸，并調整色調。

2.2 影像圖合成

根據目標物和背景地物在不同波段上的組合關系，采用彩色合成方案為最佳波段顯示影像，本文以ETM5，ETM4，ETM3波段彩色合成的影像圖為基礎(圖2)，該波段組合反映較多的地物信息，且色調的配置具有良好視覺效果，適用于遙感地質信息提取。

2.3 遙感地質解譯

2.3.1 遙感地質解譯標志的建立

(1)線性構造的解譯標志。線性構造主要是指不同類型的斷裂、節(jié)理密集帶或者是隱藏在地表下的隱伏斷裂等，結合該地區(qū)在影像上的特征，主要表現形式為:①色調差異標志。在線性構造的兩側由于地質體的光譜特征不一致造成在影像上呈現不同的色調，如深淺不一;②紋理差異標志。因為兩側地質體所受的應力作用不同，在線性構造的兩側出現不同的條帶紋理，如條帶的寬度或方向不同;③地貌特征標志。在影像上斷裂構造的主要表現形式為斷層三角面、斷層崖、山脊線的錯動等;④水系特征標志。水系的拐點、分流點等，特別是出現異常直角拐彎處(劉蔭椿等，2000)。

(2)環(huán)形構造的解譯標志。環(huán)形構造的成因主要是火山噴發(fā)、巖漿活動、褶皺構造、弧形斷裂構造及熱液蝕變帶構造等，在影像上主要呈環(huán)狀色界，山脊或地層呈弧狀彎曲，環(huán)狀隆起或凹陷形成構造穹窿或盆地，分布有放射狀或向心狀水系等(廖崇高等，1999)。

圖2 鶴慶預測工作區(qū)遙感影像圖Fig.2 The remote sensing image in the region of Heqing

2.3.2 線環(huán)構造解譯

采用目視解譯，在建立的解譯標志的基礎上對已經增強處理過的影像進行判讀識別。工作區(qū)內遙感解譯構造特征如圖3，4。礦區(qū)的褶皺主要為近南北上的北衙向斜，礦帶分布在兩翼上。斷裂主要呈NNE-NNW向展布，大多為隱伏構造，控制著礦體的分布，另外還有近東西向的斷裂存在，規(guī)模不一，對礦體有明顯位移，可能為成礦后構造。

從圖中可以看出該工作區(qū)線性構造極其發(fā)育，主要是近NE向，少量SN，EW向，其中斷裂和褶皺為主要控礦構造，在工作區(qū)內部大量線性構造交錯分布，已知的四個礦點都分布在兩線性構造體的銳夾角處。環(huán)形構造分散于整個工作區(qū)，在東部和南部比較密集，出現包含環(huán)或套接環(huán)的現象(周正武等，1996)，大量的已知礦點都分布在環(huán)線周圍或環(huán)內部。

2.3.3 線環(huán)構造統(tǒng)計分析

在遙感地質解譯的基礎上，運用定量數學統(tǒng)計方法對該工作區(qū)的線環(huán)構造空間結構及分布規(guī)律進行分析，這項研究不但可以揭示線環(huán)構造的空間分布情況及相互關系，還能有效地降低在目視解譯中的人為因素。本文采用中國地質大學(武漢)數學地質遙感地質研究所研究開發(fā)的軟件——金屬礦產資源評價分析系統(tǒng)(MORPAS)，線環(huán)構造統(tǒng)計包括構造等密度、中心對稱度、優(yōu)益度、交點數等。

圖3 線性構造解譯圖Fig.3 The linear structures

等密度是指一個網格單元內的線性體的累計長度，對線性體的分布情況進行定量的劃分。優(yōu)益度主要指的是一個單元范圍內多組線性體的交匯和密集程度，是通過線性體之間的夾角和方位的控礦程度加權的密度來度量的，因為斷裂交匯處或斷裂密集地段是成礦的有力地段，所以優(yōu)益度越高對成礦越有利。因此本文對等密度和優(yōu)益度兩個方面進行分析，并將這兩個方面的數據通過等值線的形式在圖上顯示出來為礦產預測提供線索和依據(徐水輝等，2001)。

圖4 環(huán)形構造解譯圖Fig.4 The circular structures

此次的采樣間隔為50 cm，實際距離為2.5 km，劃分了17×20個網格單元，按照劃分單元計算每個單元中線性體的等密度及優(yōu)益度數值。將等密度分為12個等級以等值線的形式顯示(圖5)，工作區(qū)的等密度圖的分布反映了區(qū)內構造的大致分布情況，大部分中高值區(qū)成NE軸向的橢圓，少量成SN，EW向，說明工作區(qū)受NE向構造的影響顯著，少量SN，EW向構造也對該區(qū)造成了影響，礦點都分布在等密度中高值范圍內。部分地區(qū)受到異常高值的影響，出現圓圈狀。該區(qū)優(yōu)益度劃分為14個等級，也以等值線形式顯示(圖6)，優(yōu)益度的分布規(guī)律與等密度很相似，主要是受NE向構造的影響，兩者分布情況可相互對應。和礦點附近的情況相比較，在研究區(qū)西北和西南部也有類似分布，為成礦預測提供依據。

2.4 遙感蝕變信息提取

2.4.1 工作區(qū)金礦蝕變特征

該工作區(qū)構造裂隙發(fā)育，巖漿侵入廣泛，巖體及圍巖蝕變均較強烈。工作區(qū)內各類巖體均有不同程度的蝕變，主要有鉀化、絹云母化、硅化、碳酸鹽化;該區(qū)所有巖體的圍巖都為北衙組碳酸鹽巖，其蝕變有矽卡巖化、鐵化、硅化、大理巖化，該區(qū)的鐵化分布廣泛，是本區(qū)的顯著特征，接觸帶伴隨強硅化，與金礦化關系密切。

由于鐵化和硅化蝕變與該工作區(qū)金礦的產出有著密切的聯(lián)系，因此本文主要對這兩方面進行詳細分析，根據ENVI波譜庫中的含鐵氧化物礦物的波譜曲線(圖7)，分析其在ETM波段上的特征，以確定提取鐵化為主的蝕變信息的方法。

圖7 含鐵氧化物礦物反射波譜曲線圖Fig.7 The spectrum curve of the oxide of Fe2+/3+

從圖7看出，鐵的氧化物在ETM1和ETM4波段有較強的吸收帶，而在ETM3波段上有比較高的反射峰(相對與ETM1，ETM2波段)，ETM5波段也是鐵的氧化物強反射區(qū)(易善楨，1994)。因此ETM3/ETM1和ETM5/ETM4可增強鐵氧化物類的蝕變信息。進一步采用ETM3/ETM1，ETM5/ETM4和ETM4/ETM3做主成份分析提取以鐵化為主的蝕變信息(朱嘉偉等，1996;吳志春等，2010)。另外大量的研究資料表明，硅化的蝕變信息可通過ETM5/ETM3和ETM5/ETM4得到增強(王祖洪等，1996;陳趕良等，1996)，所以本文采用 ETM5/ETM3，ETM5/ETM4和ETM4/ETM3做主成份分析來提取硅化蝕變信息。選擇ETM4/ETM3的作用主要是為了消除植被產生的影響。

2.4.2 工作區(qū)蝕變信息提取

工作區(qū)的植被覆蓋比較密集，存在大量的冰雪覆蓋區(qū)及少量水系，為了減少這些與礦化蝕變無關的各種信息影響，在進行蝕變提取前要對這些干擾信息進行剔除。本文通過ENVI的MASK功能掩膜植被、冰雪及水體等信息。植被的去除采用了NDVI的方法。冰雪和水體的去除采用比值法ETM5/ETM2，還能去除部分陰影(劉志杰等，2008)。

經過上述分析，本文確定用比值和主成份分析的方法進行礦化蝕變信息的提取(鄧兆亻毛，1994)，工作區(qū)鐵化蝕變異常信息的提取采用ETM3/ETM1，ETM5/ETM4和ETM4/ETM3進行主成份分析，提取鐵化蝕變異常的主成份特征向量矩陣見表1。段和ETM5/ETM4波段的特征載荷均為正值，為蝕變強異常信息分量。ETM4/ETM3波段的特征載荷說明這一主分量只含有少量植被信息，所以取PC1為異常分量，進行鐵化蝕變信息提取。

表1 鐵化蝕變遙感異常的主成分特征向量矩陣Table 1 The principal component analysis eigenvector matrix of Fe2+/3+alternation

為了減少孤立點對蝕變異常的影響，并加強異常點的連接性，進行了5像元×5像元的均值濾波，而后利用均值(X)加數倍標準偏差(σ)即X+kσ確定異常閾值。制作鐵化蝕變的遙感異常圖像，如圖8所示。

工作區(qū)硅化蝕變信息提取選用ETM5/ETM4，ETM5/ETM3和ETM4/ETM3為輸入數據，提取硅化蝕變異常的主成份特征向量矩陣見表2。

表2 硅化蝕變遙感異常的主成分特征向量矩陣Table 2 The principal component analysis eigenvector matrix of Si2+alternation

從表2可以看出，PC1的 ETM5/ETM4和ETM5/ETM3為正，而反映植被信息的ETM4/ETM3很小，所以將利用PC1提取硅化蝕變信息的異常。首先對PC1進行了5像元×5像元的均值濾波，而后采用均值(X)加數倍標準偏差(σ)即X+kσ對PC1圖像進行密度分割確定異常閾值。制作硅化蝕變的遙感異常圖像，如圖9所示。

圖8 鐵化異常分布圖Fig.8 The Fe2+/3+alternation

從圖8，9上可以看出，異常信息分布不均勻，大部分分布在鶴慶中西部，與解譯的線性構造吻合較好，大部分異常和已知礦點吻合度較高，ETM4/ETM3參與運算，能壓抑植被信息，突出蝕變礦物的弱信息。這種方法在植被覆蓋率高的地區(qū)尤為有效。在東北部也有一定量硅化異常信息存在，但是硅化信息可能還受到植被、水系和第四系覆蓋物影響，特別在沖溝的部位存在大量假異常信息。其它地區(qū)異常信息分布較為分散。

3 結果與分析

通過對鶴慶地區(qū)線環(huán)構造信息及鐵化、硅化蝕變信息的提取和分析，根據線環(huán)構造的發(fā)育程度、蝕變異常分布的密集程度、成礦地質條件的好壞程度及礦點的分布情況等方面，在該工作區(qū)圈定三處成礦遠景區(qū)(圖10)。

(1)鶴慶北衙西北部南登-彎登-瓜拉坡一帶。該區(qū)線環(huán)構造發(fā)育較好，尤其是北北東向斷裂，為主要的控礦構造，另外該區(qū)正處于環(huán)形構造邊緣地帶，為等密度高值區(qū)。從鐵化和硅化蝕變異常也可以看出，該區(qū)硅化蝕變異常信息分布密集，并有少量鐵化異常信息，故圈定該區(qū)為成礦遠景地段。

圖9 硅化異常分布圖Fig.9 The Si2+alternation

(2)西南部樂善村-巡檢司-宋家園一帶。該區(qū)線性構造主要成北東向展布，存在于環(huán)形構造邊緣，等密度和優(yōu)益度為明顯高值區(qū)，并且鐵化蝕變異常信息分布密集。

(3)中南部大龍?zhí)?寸家院-大營一帶。該區(qū)有已知礦點存在，分布于線環(huán)構造交叉處，線性構造成北東向展布，存在大量環(huán)形構造，并有包含環(huán)和套接環(huán)的現象，為優(yōu)益度高值區(qū)，該區(qū)內鐵化和硅化蝕變異常信息分布都很密集，可以確定為有利找礦的遠景地段。

另外本文也存在許多不足:

首先，應加強多元數據的應用，特別是物化探數據，多元數據和工作區(qū)線性、環(huán)形構造的疊加分析可助于線環(huán)構造分布規(guī)律的研究，深入分析線性、環(huán)形構造的成因。

其次，受ETM分辨率的影響，只是初略提取工作區(qū)鐵化、硅化蝕變異常信息，未能更進一步對地層巖性進行劃分。對于一些小型的構造信息，也未能完全解譯。建議以后采用高分辨率、不同時相的數據源進行巖性提取和線-環(huán)構造解譯，以增強結果的可靠性。

圖10 遙感找礦遠景區(qū)圖Fig.10 The prospecting from remote sensing data

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Gold Deposits in Heqing from Remotely Sensed Data

CHEN Li1， HU Guang-dao2， TANG Chen3
(1.Institute of Remote Sensing and GIS，Peking University，Beijing 100871，China;2.Institute of Mathematic Geology and Remote Sensing Geology，China University of Geosciences，Wuhan，HB 430074，China;3.Rapid Evaluation Institute of Yunan Geology and Mineral Exploration Courtyard，Kunming，YN 650093，China)

The remote sensing technology，has been used to prospect ore，armed to provide more accurate mineralization abnormal information and decrease the exploration risks extremely.Based on the region geological background and the controlling rules of fault in Heqing，the linear and circular fault structures are examined with visual interpretation from remotely sensed data.The isopycnal map and the excellent benefits image are drawn and analyzed quantitatively with MORPAS.Then the alternation characteristics are analyzed.The Fe2+/3+and Si2+alternation information related to gold deposits is extracted with band math and principal component analysis，the results of the extraction are very well.The three favorable prospected areas are delineated with synthesizing controlling factor of ore deposits.

remote sensing;gold deposits;Heqing

P627

A

1674-3504(2011)04-0366-08

陳理，胡光道，唐晨.2011.遙感技術在鶴慶北衙金礦找礦中的應用［J］.東華理工大學學報:自然科學版，34(4):366-373. Chen Li，Hu Guang-dao，Tang Chen.2011.Gold deposits in Heqing from remotely sensed data［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，34(4):366-373.

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.04.010

2011-06-03; 責任編輯:吳志猛

國家自然科學基金項目(40874092)

陳 理(1986—)，女，博士生，地圖學與地理信息系統(tǒng)專業(yè)，主要研究方向為礦產預測與遙感地質。E-mail:chenli-xyz@163.com