王 蔚，張世濤，尹光侯，許 東

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093;2.云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局信息中心，昆明 650051;3.云南省地質(zhì)調(diào)查局，昆明 650051)

應(yīng)用ASTER數(shù)據(jù)提取矽卡巖型錫礦蝕變遙感異常信息
——以滇東南馬關(guān)都龍錫礦為例

王 蔚1，2，張世濤1，尹光侯3，許 東3

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093;2.云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局信息中心，昆明 650051;3.云南省地質(zhì)調(diào)查局，昆明 650051)

運(yùn)用多光譜遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行礦化蝕變信息提取，對(duì)圈定找礦預(yù)測(cè)區(qū)具有重要意義。采用ASTER數(shù)據(jù)及其礦化蝕變信息提取原理，對(duì)滇東南馬關(guān)都龍錫礦含礦巖體分布區(qū)分別提取了方解石化、白云巖化、綠泥石化等3類(lèi)蝕變遙感異常信息。所提取的蝕變異常與野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)的礦化點(diǎn)吻合性好，蝕變信息可靠，對(duì)指導(dǎo)找礦有較好的效果，為該地區(qū)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)和綜合找礦預(yù)測(cè)提供了遙感依據(jù)。

ASTER;蝕變信息;異常提取;矽卡巖;都龍錫礦

0 引言

目前，遙感技術(shù)已經(jīng)成為地質(zhì)填圖和找礦的重要技術(shù)手段之一。巖性判別、地質(zhì)構(gòu)造解譯、礦化蝕變信息提取等工作可為區(qū)域遙感找礦提供有力的支持，其中礦化蝕變信息提取可以提供某些直接的找礦技術(shù)參數(shù)［1－2］，尤其適用于自然條件差、工作范圍大、研究程度低地區(qū)的遙感找礦工作。圍巖蝕變是熱液礦床的重要找礦標(biāo)志之一，蝕變圍巖的范圍一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦體，且具有分帶性的分布特征。蝕變帶在遙感圖像上反映的是蝕變礦物和各種背景地物(一般指土壤、植被及圍巖等)的綜合光譜信息。本文利用ASTER數(shù)據(jù)，運(yùn)用多種蝕變信息提取方法對(duì)滇東南馬關(guān)都龍錫礦區(qū)進(jìn)行了蝕變遙感異常信息提取研究，為該地區(qū)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)和綜合找礦預(yù)測(cè)提供遙感依據(jù)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)地質(zhì)概況

在位于滇東南的馬關(guān)都龍錫礦區(qū)中，已知礦床(體)多圍繞老君山花崗巖體內(nèi)、外接觸帶分布，已探明曼家寨超大型礦床1處，銅街、新寨和南秧田大型礦床3處，辣子寨、南當(dāng)廠、戈嶺和老寨中型礦床4處以及一系列小型錫、鎢、鉛、鋅、銅、鐵多金屬礦床(點(diǎn))。區(qū)域礦床(點(diǎn))按成礦系列可以分為酸性巖漿成礦系列和基性超基性巖漿成礦系列。其中，酸性巖漿系列礦床主要分布于老君山穹隆區(qū)，屬于與燕山期花崗巖有關(guān)的錫、鎢、鉛、鋅、銅多金屬成礦亞系列。

接觸交代(矽卡巖)型礦床是研究區(qū)內(nèi)主要的礦床類(lèi)型，分布于老君山巖體外接觸帶寒武系田蓬組(2t)、龍哈組(l)中，含礦圍巖為矽卡巖等。礦體呈似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)町a(chǎn)于緩傾斜褶皺的層間剝離帶和層間破碎帶中。圍巖蝕變以方解石化、白云巖化和綠泥石化為主。礦床按礦物組合可分為矽卡巖型錫石硫化物礦床、矽卡巖型白鎢礦礦床、矽卡巖型錫石—白鎢礦礦床和矽卡巖型銅(鎢、銀)礦床。典型礦床有南秧田、灑西、花石頭、老君山、茶葉山、戈嶺、巖腳等礦床［3］(圖1)。

馬關(guān)—麻栗坡錫鎢鉛鋅多金屬成礦區(qū)具有獨(dú)特的成礦環(huán)境及多因素的成礦控礦作用，不同類(lèi)型礦床(點(diǎn))星羅棋布，受地層層位、圍巖巖性、斷裂構(gòu)造、花崗巖體等多種成礦因素控制。

圖1 馬關(guān)都龍錫礦區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖［3］(據(jù)云南省地礦局資料修編)Fig.1 Geological sketch map of the Sn mining area in Maguan—Dulong［3］

1.2 數(shù)據(jù)源簡(jiǎn)介

ASTER數(shù)據(jù)包括VNIR(可見(jiàn)光與近紅外)和SWIR(短波紅外)波段范圍內(nèi)產(chǎn)生的地物光譜反射率數(shù)據(jù)，以及TIR(熱紅外)波段范圍內(nèi)的地物熱輻射值數(shù)據(jù)［4］，具有涵蓋的波長(zhǎng)范圍寬、波段多、性?xún)r(jià)比合理等特點(diǎn)，其應(yīng)用研究已得到了迅速發(fā)展。在地質(zhì)找礦中采用ASTER數(shù)據(jù)進(jìn)行蝕變遙感異常信息提取時(shí)，通常利用的是地質(zhì)體在VNIR與SWIR波段范圍內(nèi)的反射率光譜數(shù)據(jù)。

本文使用的ASTER數(shù)據(jù)的獲取日期是2008年12月23日。數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，無(wú)云霧覆蓋，巖體出露區(qū)植被覆蓋較少，有利于進(jìn)行礦化蝕變異常信息提取研究。

2 方法技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)ASTER數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):①ASTER數(shù)據(jù)的大氣校正;②典型礦物標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線與ASTER數(shù)據(jù)的波段匹配［5］。

2.1.1 大氣校正

目前較常用的內(nèi)部平均相對(duì)反射率法(internal average relative Reflectance，IARR)是一種快速便捷的大氣校正方法，它是利用整景圖像的平均波譜曲線來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。當(dāng)缺乏地面實(shí)測(cè)反射率數(shù)據(jù)時(shí)，這種校正方法能有效地將光譜儀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為該地區(qū)地面的相對(duì)反射率，尤其適合于沒(méi)有植被覆蓋的干旱區(qū)［6］。

進(jìn)行大氣校正時(shí)，首先計(jì)算整景圖像的平均波譜曲線，將其作為參考波譜曲線;然后用圖像中的每一個(gè)像元的亮度值除以參考波譜曲線的亮度值，計(jì)算出表觀反射率值。對(duì)比校正前后的光譜曲線可以看出，大氣校正對(duì) ASTER1，ASTER2和 ASTER3所對(duì)應(yīng)的520～860 nm的光譜區(qū)間影響較大。以大地坐標(biāo)為 E45°19'40″，N25°37'30″的像元校正前后的光譜剖面曲線對(duì)比為例，光譜反射率在校正前為ASTER1＞ASTER2＞ASTER3，而校正后為ASTER3＞ASTER2＞ASTER1。該處各波段圖像平均亮度值的光譜曲線也呈現(xiàn)出相同的特點(diǎn)(圖2)。

圖2 IARR大氣校正前后ASTER圖像平均亮度值光譜曲線［5］Fig.2 Spectra curves of means of ASTER data before and after atmospheric correction by IARR［5］

2.1.2 波段匹配

1)參考光譜的選擇。研究區(qū)典型蝕變礦物有方解石、白云石和綠泥石，從 USGS［7］和 JPL［8］光譜庫(kù)中選擇上述蝕變礦物的標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線作為參考光譜。

2)典型礦物標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線與ASTER數(shù)據(jù)的波段匹配。USGS和JPL光譜庫(kù)中，典型礦物標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線在400～2 500 nm譜段的光譜反射率數(shù)據(jù)采樣827個(gè)，相當(dāng)于光譜分辨率為2.54 nm，光譜曲線是一條連續(xù)的光滑曲線;該光譜曲線要作為ASTER數(shù)據(jù)的參考光譜，需截取與ASTER數(shù)據(jù)波段相對(duì)應(yīng)的光譜區(qū)間值進(jìn)行重采樣。前人研究成果表明，利用典型礦物標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線對(duì)應(yīng)ASTER數(shù)據(jù)波段區(qū)間取值的最小值繪制的波譜曲線與野外實(shí)測(cè)光譜曲線擬合效果最好［9］，因此本文亦采用該方法。

光譜庫(kù)典型礦物標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線對(duì)應(yīng)ASTER波段重采樣獲得的新的反射率光譜曲線見(jiàn)圖3。根據(jù)圖3中反射率光譜曲線的形態(tài)，可將其進(jìn)一步分為兩組:①方解石和白云石，代表碳酸鹽巖化蝕變礦物組合;②綠泥石，代表富含F(xiàn)e質(zhì)成分和OH－成分的蝕變礦物。

圖3 都龍礦區(qū)蝕變礦物典型波譜對(duì)應(yīng)于ASTER波段重采樣光譜曲線Fig.3 Spectra re－sampling to ASTER bands of alteration minerals of the Dulong deposit area

2.2 蝕變信息提取原理與方法

2.2.1 提取原理

蝕變巖石由于具有與未蝕變圍巖不同的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，表現(xiàn)出與圍巖不同的波譜特征，即蝕變礦物標(biāo)志性的波譜特征［10－11］。通常，各種蝕變礦物都具有獨(dú)特的識(shí)別譜段，因此蝕變礦物的特征譜段是遙感蝕變信息提取的波譜依據(jù)。大量的遙感實(shí)驗(yàn)證明，蝕變巖石與未蝕變的巖石相比，其地表氧化物因含有大量的OH－，CO2－3，F(xiàn)e2+和Fe3+離子基團(tuán)或離子，與鐵離子有關(guān)的蝕變礦物的波譜特征主要取決于鐵離子的價(jià)態(tài)及礦物的含水性和透明度等因素;該類(lèi)蝕變礦物以褐鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦、黃鉀鐵礬等Fe3+礦物為主，含少量Fe2+氧化物，大多分布于金屬礦物氧化帶及含鐵礦物的風(fēng)化表面。含鐵離子(主要是 Fe3+)礦物在0.85 ～0.94 μm 譜段具有較高的亮度值，而在1.1～2.4 μm譜段的亮度值較低。與OH－有關(guān)的蝕變礦物以高嶺石、葉蠟石、白云母、滑石、蛇紋石和綠泥石等為代表，蝕變礦物主要為泥質(zhì)蝕變的產(chǎn)物，在熱液及風(fēng)化礦床中較為發(fā)育;該類(lèi)蝕變礦物在 1.4 μm 和 2.2 ～2.4 μm附近具有吸收帶。與CO2－3有關(guān)的蝕變礦物以方解石、白云石、菱鎂礦等為代表，CO2－3在2.35 μm和2.55 μm 波長(zhǎng)處顯現(xiàn)出強(qiáng)吸收，在 1.9 μm，2.0 μm和2.16 μm 波長(zhǎng)處則顯現(xiàn)相對(duì)較弱的吸收［12］。

2.2.2 提取方法

本文提取巖礦蝕變信息的方法主要采用《全國(guó)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)遙感資料應(yīng)用技術(shù)要求》規(guī)定的方法思路?？傮w技術(shù)流程如下:

為充分發(fā)揮ASTER數(shù)據(jù)VNIR波段的15 m分辨率的優(yōu)勢(shì)，首先將SWIR波段數(shù)據(jù)重采樣到像元大小為15 m×15 m，并將VNIR與SWIR波段數(shù)據(jù)一并輸入到一個(gè)文件中;然后利用數(shù)據(jù)本身自帶的GPS點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)ASTER數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正，使該數(shù)據(jù)可顯示經(jīng)緯度坐標(biāo);再生成去干擾窗，進(jìn)行陰影、植被等干擾的去除;最后對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行“準(zhǔn)歸一化”和線性拉伸處理，使每一通道的亮度值落于［0，255］內(nèi)，以增強(qiáng)地物間的對(duì)比性，并利用波段比值、主成分分析(principle component analysis，PCA)等方法［13］提取蝕變信息。

3 異常提取

本文利用PCA技術(shù)，根據(jù)ASTER數(shù)據(jù)特點(diǎn)，構(gòu)建蝕變信息提取模型，針對(duì)研究區(qū)的方解石化、白云巖化和綠泥石化3類(lèi)主要蝕變進(jìn)行遙感異常信息提取試驗(yàn)。

3.1 方解石化蝕變信息提取

方解石化蝕變異常信息的提取采用ASTER1，ASTER3，ASTER4，ASTER4/ASTER8 作為輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行比值主成分分析，提取的蝕變異常主成分特征向量矩陣見(jiàn)表1。

表1 方解石化蝕變異常主成分特征向量矩陣Tab.1 Eigenvector matrix for calcite

從表1可以看出，對(duì)PC3的主要貢獻(xiàn)來(lái)源于ASTER4和 ASTER4/ASTER8。由于 ASTER4/ASTER8的貢獻(xiàn)為正，ASTER4的貢獻(xiàn)為負(fù)，所以在圖像中暗色區(qū)代表方解石化蝕變;取反后，高亮度區(qū)代表蝕變強(qiáng)烈區(qū)。因此，本次工作采用－PC3進(jìn)行以方解石化為主的蝕變信息的提取。為了略去遙感蝕變異常圖中的孤立點(diǎn)并加強(qiáng)有意義異常點(diǎn)的連接性，進(jìn)行了3像元×3像元窗口的均值濾波;而后采用均值加2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差為異常下限對(duì)－PC3圖像進(jìn)行密度分割，制作成方解石化蝕變的遙感異常圖像。

3.2 白云巖化蝕變信息提取

白云巖化蝕變異常信息的提取采用ASTER1，ASTER3，ASTER4，ASTER3/ASTER8 作為輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行比值主成分分析，提取的蝕變異常主成分特征向量矩陣見(jiàn)表2。

表2 白云巖化蝕變異常主成分特征向量矩陣Tab.2 Eigenvector matrix for dolomite

從表2可以看出，對(duì) PC3的主要貢獻(xiàn)源于ASTER4和ASTER3/ASTER8。由于ASTER3/ASTER8的貢獻(xiàn)為正，ASTER4的貢獻(xiàn)為負(fù)，所以圖像中暗色區(qū)代表白云巖化蝕變;取反后，高亮區(qū)代表蝕變強(qiáng)烈區(qū)。因此，采用－PC3進(jìn)行白云巖化為主的蝕變信息提取。為了略去遙感蝕變異常圖中的孤立點(diǎn)并加強(qiáng)有意義異常點(diǎn)的連接性，進(jìn)行了3像元×3像元窗口的均值濾波;而后采用均值加2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差為異常下限對(duì)－PC3圖像進(jìn)行密度分割，制作成白云巖化蝕變的遙感異常圖像。

3.3 綠泥石化蝕變信息提取

綠泥石化蝕變異常信息的提取采用ASTER1，ASTER3，ASTER4，ASTER5/ASTER8 作為輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行比值主成分分析，提取的蝕變異常主成分特征向量矩陣見(jiàn)表3。

表3 綠泥石化蝕變異常主成分特征向量矩陣Tab.3 Eigenvector matrix for chlorite

表3顯示，PC4的主要貢獻(xiàn)源于 ASTER1和ASTER4，說(shuō)明圖像中高亮區(qū)代表綠泥石化蝕變強(qiáng)烈區(qū)。因此，采用PC4進(jìn)行綠泥石化為主的蝕變信息提取。為了略去遙感蝕變異常圖中的孤立點(diǎn)并加強(qiáng)有意義異常點(diǎn)的連接性，進(jìn)行了3像元×3像元窗口的均值濾波;而后采用均值加2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差為異常下限對(duì)PC4圖像進(jìn)行密度分割，制作成綠泥石化蝕變的遙感異常圖像。

將以上提取的3類(lèi)蝕變異常信息疊加，分別圈定出異常聚集區(qū)范圍，制作成馬關(guān)都龍錫礦區(qū)遙感蝕變異常圖(圖4)。

圖4 馬關(guān)都龍錫礦區(qū)遙感蝕變異常圖Fig.4 The image of alteration anomaly information in Dulong mining area

由于時(shí)間關(guān)系，未對(duì)所提取的3類(lèi)蝕變遙感異常進(jìn)行野外驗(yàn)證。在根據(jù)異常分布情況圈定的異常聚集區(qū)域中，通過(guò)與已有地質(zhì)、礦產(chǎn)資料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，白云巖化、方解石化蝕變異常濃集中心主要位于老君山巖體內(nèi)外接觸帶上，在圖4西北角有少量酸性巖漿巖出露的地區(qū)也提取出以上兩類(lèi)蝕變，說(shuō)明在該地區(qū)利用白云巖化、方解石化蝕變尋找酸性巖漿巖進(jìn)而尋找與之相關(guān)的礦床是有可能的;綠泥石化蝕變異常濃集中心主要位于老君山巖體西北側(cè)，與地表巖體出露位置接近，結(jié)合地質(zhì)分析認(rèn)為，該蝕變信息反應(yīng)了老君山巖體在西北側(cè)可能有延伸，這一認(rèn)識(shí)與地質(zhì)上對(duì)老君山巖體的看法相同。同時(shí)，此次研究提取的3類(lèi)遙感蝕變異常聚集區(qū)與已知礦點(diǎn)在空間上吻合較好，所有已知礦點(diǎn)附近都有異常聚集區(qū)分布，說(shuō)明本次研究的技術(shù)方法在該地區(qū)是可行、有效的。

4 結(jié)論

1)ASTER數(shù)據(jù)的空間分辨率和光譜分辨率較之ETM+/TM數(shù)據(jù)都有很大提高，利用ASTER增設(shè)的短波紅外波段對(duì)某些礦化蝕變異?？梢赃M(jìn)行信息提取，這是ETM+/TM數(shù)據(jù)難以做到的。本文充分運(yùn)用ASTER可見(jiàn)光和短波紅外波段，分別提取了馬關(guān)都龍錫礦區(qū)方解石化、白云巖化和綠泥石化等蝕變信息。提取結(jié)果表明:方解石化和白云巖化蝕變主要位于老君山(都龍)巖體與元古界地層(南秧田組)的接觸部位，與已知礦床點(diǎn)有較好的吻合;綠泥石化蝕變主要位于老君山巖體與寒武系地層(田蓬組、龍哈組)的接觸部位。以上認(rèn)識(shí)與地質(zhì)礦產(chǎn)規(guī)律基本一致，證明所采用的方法有效、結(jié)果可靠，對(duì)該區(qū)找礦工作具有一定的指導(dǎo)意義。

2)如何利用ASTER短波紅外和熱紅外波段數(shù)據(jù)對(duì)該地區(qū)更多的蝕變礦物種類(lèi)進(jìn)行定量反演，以及對(duì)巖性更精確識(shí)別的方法等問(wèn)題是今后需要深入研究的課題之一。

［1］ 甘甫平，王潤(rùn)生.遙感巖礦信息提取基礎(chǔ)與技術(shù)方法研究［M］.北京:地質(zhì)出版社，2004:14－15.

［2］ 張玉君，楊建民.基巖裸露區(qū)蝕變巖遙感信息的提取方法［J］.國(guó)土資源遙感，1998(2):46－53.

［3］ 云南省地質(zhì)調(diào)查院.云南省馬關(guān)—麻栗坡鉛鋅銀錫礦評(píng)價(jià)地質(zhì)報(bào)告［R］.昆明:云南省地質(zhì)調(diào)查院，2003.

［4］ 中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心.ASTER數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介［EB/OL］.［2008 －09 －17］.http://www.ceode.cas.cn.

［5］ 叢利民，李國(guó)志，王登科，等.光譜角技術(shù)在多光譜遙感蝕變異常提取工作中的應(yīng)用［J］.化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2009，12(4):242 －246.

［6］ 黨安榮，王曉東，陳曉峰，等.REDAS IMAGINE遙感圖像處理方法［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003:194－195.

［7］ USGS.Digital Spectral Libraries［DB/OL］.［2007 － 09 － 25］.http://speclab.cr.usgs.gov.

［8］ JPL.Aster Spectral Libraries［DB/OL］.［2004 － 09 － 07］.http://speclib.jpl.nasa.gov.

［9］ 荊 鳳，陳建平.礦化蝕變信息的遙感提取方法綜述［J］.遙感信息，2005(2):63－66.

［10］童慶禧，田國(guó)良.中國(guó)典型地物波譜及其特征分析［M］.北京:科學(xué)出版社，1990.

［11］張宗貴.成像光譜巖礦識(shí)別方法技術(shù)研究和影響因素分析［D］.北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2004.

［12］張玉君，楊建民，陳 薇.ETM+(TM)蝕變遙感異常提取方法研究與應(yīng)用——地質(zhì)依據(jù)和波譜前提［J］.國(guó)土資源遙感，2002(4):30－36.

［13］趙英時(shí).遙感應(yīng)用分析原理與方法［M］.北京:科學(xué)出版社，2003.

The Application of ASTER Data to Extracting Alteration Anomaly Information in Skarn Sn Deposits:A Case Study of the Maguan－Dulong Sn Deposit in Southeast Yunnan

WANG Wei1，2，ZHANG Shi－ tao1，YIN Guang － hou3，XU Dong3
(1.The Faculty of Land Resource Engineering of Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China;2.Yunnan Information Center of Geology and Mineral Resources，Kunming 650051，China;3.The Bureau of Yunnan Geology Survey，Kunming 650051，China)

The extraction of alteration mineral information by using the multi－spectral remote sensing data plays an important role in search for mineral deposits.In this paper，the authors have described the alteration anomaly information of calcitization，dolomitization and chloritization extracted from the Maguan － Dulong Sn deposit in southeast Yunnan by using ASTER data.The alteration anomaly information is well consistent with the field geological survey.The results show that the alteration information extracted from ASTER is effective in the potential assessment of mineral resources and the ore－prospecting prediction.

ASTER;alteration information;anomaly extraction;skarn;Dulong Sn deposit

TP 79

A

1001－070X(2012)01－0155－05

10.6046/gtzyyg.2012.01.27

2011－10－18;

2011－11－21

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局全國(guó)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)云南省礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)項(xiàng)目(編號(hào):1212010813024)資助。

王 蔚(1984－)，男，礦產(chǎn)勘查專(zhuān)業(yè)在職碩士研究生，主要研究方向?yàn)檫b感找礦。E－mail:dior_wang@163.com。

(責(zé)任編輯:劉心季)