江昌祿， 吳仁貴， 彭啟輝， 祝洪濤

(1.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌330013;2.核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰024000)

最近幾十年來，遙感技術(shù)成為了地質(zhì)找礦過程中的一種重要技術(shù)手段，被廣泛用于地層解譯、地質(zhì)構(gòu)造解譯、蝕變信息提取，取得了顯著的成效(吳志春等，2013;林騰等，2011)。遙感蝕變信息是指各類遙感數(shù)據(jù)源中反映地質(zhì)構(gòu)造、含礦地質(zhì)體和巖石蝕變等地質(zhì)現(xiàn)象的一種量化信息(林騰等，2011)。以往異常提取工作所用數(shù)據(jù)源多為TM ∕ETM，空間分辨率和波譜分辨率較低，區(qū)分粘土礦物的能力有限，而且目前l(fā)andsat 7 和landsat 5 衛(wèi)星相繼失效，采用TM，ETM 數(shù)據(jù)作為蝕變異常提取已失去數(shù)據(jù)源保障(趙志芳等，2012)。

1999年12月，美國航天局發(fā)射了Terra 衛(wèi)星，其所裝載的ASTER 傳感器在空間和光譜分辨率上較TM ∕ETM 有了很大提高:在可見光和部分近紅外波段，空間分辨率為15 m，在近紅外波段，ASTER將其細(xì)分至6個(gè)波段，能識(shí)別羥基和碳酸鹽化蝕變礦物，在熱紅外波段，ASTER 將其細(xì)分至5個(gè)波段，能識(shí)別出石英、長石和石榴子石等礦物(楊佳佳等，2008)。人們對萬合永盆地開展的找礦工作集中在20 世紀(jì)八九十年代，工作程度相對較低，從遙感角度進(jìn)行的研究較少。正是基于以上因素，本文利用ASTER 遙感影像數(shù)據(jù)，以ERDAS IMAGINE 2010 和ARCGIS 10 軟件為技術(shù)平臺(tái)，對內(nèi)蒙古萬合永火山盆地進(jìn)行了鐵染、羥基蝕變信息提取研究，所得結(jié)果希望能對以后的研究工作有所幫助。

1 研究區(qū)地質(zhì)特征

萬合永盆地(圖1)處于紅山子-五分地復(fù)背斜北東端南翼，北鄰近東西向西拉木倫河斷裂帶。該盆地在平面上大致呈菱形，NEE 向延長約10. 5 km，NNE 向延長約12.5 km，面積約130 km2，盆地受NEE 向斷裂帶與NNE 向斷裂帶聯(lián)合控制。基底由壽山組(P1ss)、大石寨組(P1ds)和于家北溝組(P2y)組成，蓋層主要為滿克頭鄂博組(J3mk)、瑪尼吐組(J3mn)、漢諾壩組(N1h)、第四系(Q4)，局部地段出露有晚侏羅世花崗閃長巖、閃長巖(J3δ)。各地層巖性見圖1。盆地內(nèi)目前已發(fā)現(xiàn)上馬架子鈾礦床1個(gè)、礦化點(diǎn)2個(gè)、異常點(diǎn)(帶)22個(gè)，礦床、礦化點(diǎn)帶在空間上與盆地內(nèi)第一酸性火山噴發(fā)旋回(J3)有關(guān)，尤其與滿克頭鄂博組關(guān)系密切。其中熱液型礦化點(diǎn)帶多位于J3mk 的黃色蝕變流紋巖中，沉積型礦化點(diǎn)帶多位于J3mk 與J3mk 接觸帶的結(jié)晶灰?guī)r，少數(shù)分布于J3mk 與J3mk 接觸帶的凝灰質(zhì)(粉)砂巖中。區(qū)內(nèi)斷裂十分發(fā)育，可分為線性斷裂和環(huán)形斷裂。線性斷裂有近EW、NE、近SN 向等幾組;環(huán)形斷裂在盆地內(nèi)較為明顯的有8 處，大部分環(huán)形斷裂的圓心處在幾組線性斷裂的交匯點(diǎn)上，礦化異常點(diǎn)多分布于環(huán)形區(qū)域內(nèi)。環(huán)形斷裂與線性斷裂相互切割。研究區(qū)熱液蝕變較為發(fā)育，具有多期多種形式的特點(diǎn)，主要有高嶺土化、水云母化、硅化、螢石化、赤鐵礦化、(膠)黃鐵礦化等。其中高嶺土化分布最廣，與水云母化、螢石化共生。

圖1 萬合永盆地地質(zhì)略圖Fig.1 The geological sketch map of wanheyong basin

2 遙感數(shù)據(jù)處理

本次用于蝕變信息提取的ASTER 影像數(shù)據(jù)級(jí)別為L1B，表明影像已經(jīng)過輻射校正和幾何粗校正，可直接進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正等預(yù)處理工作。

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.1.1 輻射定標(biāo)與大氣校正

由于受到傳感器靈敏度影響，傳感器輸出數(shù)值會(huì)發(fā)生畸變，而且其輸出數(shù)值只是電信號(hào)數(shù)值或模擬量，而我們所需要的是實(shí)際地物的輻射亮度，建立傳感器輸出值(DN)與其所對應(yīng)視場地物中輻射亮度值(Radiance)之間定量關(guān)系的過程即為輻射定標(biāo)(劉小平等，2005;程亮等，2011)。定標(biāo)公式如下(黨安榮等，2010):

式中，gain 為增益;bias 為偏移量∕偏置。這兩個(gè)定標(biāo)系數(shù)都可從影像頭文件中獲取。

進(jìn)入大氣的太陽輻射受到氣溶膠、二氧化碳、水蒸氣等物質(zhì)影響，會(huì)發(fā)生折射、反射、散射、吸收，導(dǎo)致傳感器獲取值與地物真實(shí)反射率出現(xiàn)偏差，因此在遙感定量化研究前還必須要進(jìn)行大氣校正。

ATCOR 為ERDAS IMAGINE 2010 軟件的圖像大氣矯正模塊，它不僅可以去除大氣對地物反射的影響，還可以校正地表地物反射光譜和去除圖像中的霧霾、薄云(黨安榮等，2010)。影像的輻射定標(biāo)和大氣校正可以在ATCOR 模塊里同步完成，但是須將頭文件中的信息填入相應(yīng)位置。值得一提的是，在對傳感器校準(zhǔn)文件進(jìn)行編輯時(shí)，由于數(shù)值單位不同，c0=bias/10，c1=gain/10。

2.1.2 幾何精校正及裁剪

受遙感衛(wèi)星以及地球自轉(zhuǎn)因素影響，遙感圖像相對于地面實(shí)際位置發(fā)生了扭曲、擠壓、偏移等，會(huì)對后續(xù)其它數(shù)據(jù)疊加產(chǎn)生誤差，所以需要對這些幾何畸變進(jìn)行誤差校正(康高峰，2009)。本次幾何精校正以萬合永盆地1∶10000 地形圖為基準(zhǔn)，采用二次多項(xiàng)式變換，選取了地形圖與遙感影像圖相對應(yīng)的、均勻分布的多個(gè)地物作為控制點(diǎn)進(jìn)行校正，隨后將圖像坐標(biāo)系統(tǒng)重投影至北京54 地圖坐標(biāo)系，并根據(jù)研究區(qū)范圍進(jìn)行了裁剪。用假彩色RGB631打開裁剪影像，可以看出圖像(圖2)質(zhì)量較好，云霧覆蓋量很小，植被不甚發(fā)育，沒有冰雪出現(xiàn)，達(dá)到了本次蝕變信息提取所需的基本要求。

圖2 研究區(qū)遙感影像(RGB632)Fig.2 Remote sensing of study area(RGB632)

2.1.3 干擾地物去除

工作區(qū)影像中干擾地物包含了植被、水體和第四系，它們可能會(huì)導(dǎo)致在后期蝕變提取過程中出現(xiàn)假異常，所以在異常信息提取之前要盡可能地剔除。

(1)去植被和第四系。地質(zhì)圖中第四系區(qū)域和遙感影像中植被覆蓋范圍基本一致，去除植被過程中可以同時(shí)去除第四系。根據(jù)綠色植被在近紅外波段呈強(qiáng)反射，在可見光波段里面的紅光呈吸收的波譜特性(梅安新等，2001)，可利用經(jīng)驗(yàn)比值法(band3 -band2)/(band3 +band2)生成植被二值掩膜圖像。

(2)去水體。水體在近紅外波段呈強(qiáng)吸收，而在藍(lán)綠光波段則為反射(梅安新等，2001)，因此可用band1/band7 生成水體二值掩膜圖像。

最后將植被、水體二值掩膜圖像與9個(gè)波段原始遙感影像相乘實(shí)現(xiàn)干擾因子剔除。

2.2 蝕變信息提取

2.2.1 主成分分析

利用ASTER 數(shù)據(jù)進(jìn)行蝕變信息提取的方法目前主要有波段比值法、主成分分析及光譜角填圖法。比值法結(jié)果中往往包含了大量假異常，而光譜角法則主要是用于高光譜遙感數(shù)據(jù)信息提取，主成分分析法相關(guān)研究較多，技術(shù)較為成熟，具有廣泛有效性和適用性，本次工作采用該種方案。

主成分分析是指在信息總量保持不變的前提下，通過多維正交線性變換來去除特征波段之間的相關(guān)性，所得到各主分量之間信息沒有重復(fù)或冗余(張玉君等，2003)，利用特征矩陣中各波段貢獻(xiàn)系數(shù)符號(hào)可以確定最適合提取蝕變信息的主分量影像。

研究區(qū)蝕變礦物主要有高嶺石、赤鐵礦、(膠)黃鐵礦、綠泥石、綠簾石等，根據(jù)礦物的特征譜帶，可將蝕變礦物分為三種(圖3):

圖3 ASTER 數(shù)據(jù)波段與礦物波譜對應(yīng)關(guān)系圖(唐超等，2013，修改)Fig.3 The correspondence relation between the bands of Aster data and minerals spectrum

(1)含F(xiàn)e 離子礦物:如褐鐵礦、赤鐵礦，它們在band1 和band2 呈低反射，而在band4 處呈強(qiáng)反射，因此可取1、2、3、4 波段組合進(jìn)行主成分分析。判別其主分量圖像的標(biāo)準(zhǔn)是band1，band2 和band4 貢獻(xiàn)系數(shù)符號(hào)相反(周永貴，2013)，由表1 可知，PC3符合要求。

表1 band1、2、3、4 主成分分析特征矩陣Table 1 The Eigenvector of PCA1234

(2)含Al -OH 基團(tuán)礦物:如高嶺石、蒙脫石，它們在band4 處是反射峰，而在band6 處是吸收谷，因此可取1、3、4、6 波段組合進(jìn)行主成分分析，判別其主分量圖像的準(zhǔn)則是Band1 與Band4 貢獻(xiàn)系數(shù)符號(hào)為正，Band4 與Band6 貢獻(xiàn)系數(shù)符號(hào)相反，由表2 可知，-PC4 符合要求。

表2 band1、3、4、6 主成分分析特征矩陣Table 2 The Eigenvector of PCA1346

(3)含Mg-OH 基團(tuán)礦物:如綠泥石、綠簾石，它們在band4 處為強(qiáng)反射，而在band8 為強(qiáng)吸收，因此可用1、3、4、8 波段組合進(jìn)行主成分分析。判別其主分量圖像的標(biāo)準(zhǔn)是band1 與band4 貢獻(xiàn)系數(shù)符號(hào)為正，band4 與band8 貢獻(xiàn)系數(shù)符號(hào)相反，由表3 可知，-PC4 符合要求。

表3 band1、3、4、8 主成分分析特征矩陣Table 3 The Eigenvector of PCA1348

閾值分割前，分別對3 組主分量影像進(jìn)行無損線性拉伸和3 ×3 低通濾波，以達(dá)到突顯地物之間差異以及去除孤立噪點(diǎn)的效果。

2.2.2 閾值分割

本次蝕變分級(jí)采用張玉君等(2003)提出的“均值+N ×標(biāo)準(zhǔn)差”方法，以提取出的蝕變區(qū)域與已發(fā)現(xiàn)的礦床、礦化異常點(diǎn)帶最大吻合為原則，對以上主成分分析得到的各主分量影像進(jìn)行蝕變分級(jí)，劃分出蝕變區(qū)域和非蝕變區(qū)域。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終確定了含F(xiàn)e 離子礦物、Al-OH 基團(tuán)礦物、Mg-OH基團(tuán)礦物三組蝕變下限值分別為170.99，151.581，171.545 5，大于該亮度值都為異常。

將工作區(qū)地質(zhì)圖、遙感影像圖導(dǎo)入至ARCGIS中，運(yùn)用分類功能將遙感影像中處在閾值范圍內(nèi)的像元賦予特殊顏色，閾值以外賦為無色，以便做疊合分析。

3 異常分析及找礦有利地段預(yù)測

由于河流、植被、第四系等干擾因子去除不完全，經(jīng)過閾值分割得到的原始蝕變分布圖仍存在一些干擾異常，例如河流、溝谷及山前堆積物附近常常存在成線狀或面狀分布的鐵化、羥基異常等等。除以上因素外，研究區(qū)內(nèi)還大面積出露有成礦可能性較低的一些基底和蓋層(壽山組、大石寨組、于家北溝組、漢諾壩組)，巖性多為玄武巖、安山巖和(粉)砂巖，這些地層中會(huì)有鐵染和羥基假異常的出現(xiàn)，對后期分析產(chǎn)生影響，在最終的蝕變分布圖中必須將這部分偽異常信息剔除。

在去除假異常的圖上可以看出(圖4，圖5)，鐵染異常比較分散，各組地層中都有分布，與已知礦化點(diǎn)匹配程度較差，可能是受到工作區(qū)大面積出露富鐵離子玄武巖和安山巖的影響，使得圖像數(shù)據(jù)參與計(jì)算后突出了后者信息，而成礦有利的地層中所含氧化鐵類微弱蝕變信息則受到了抑制，不能在蝕變圖中有所體現(xiàn)。

兩組羥基異常分布情況基本相同，而且與未被掩膜掉的礦化點(diǎn)匹配很好，區(qū)內(nèi)幾個(gè)重要的礦化異常點(diǎn)，如714、717 和311 都剛好位于提取出的羥基蝕變區(qū)域內(nèi)，已有地質(zhì)資料表明，這些礦化點(diǎn)蝕變類型也主要是高嶺土化、水云母化等羥基蝕變。從地層和構(gòu)造角度來看，蝕變大都位于J3mk 地層中，環(huán)形構(gòu)造內(nèi)部、多組斷裂交匯部位以及夾持區(qū)為蝕變發(fā)育的主要部位。以上三點(diǎn)表明，本次蝕變提取的結(jié)果可靠。按照形態(tài)及成因，工作區(qū)羥基異常大致可分為三種:①呈零星點(diǎn)狀分布。主要由局部羥基異常引起，規(guī)模小，找礦意義不大。②呈面狀分布。面積較廣，主要與研究區(qū)出露的滿克頭鄂博組黃色蝕變流紋巖有關(guān)，大多位于環(huán)形構(gòu)造內(nèi)部或者邊緣、斷裂夾持區(qū)，找礦意義重大。③呈連續(xù)性好的帶狀分布。這種類型同構(gòu)造關(guān)系密切，與區(qū)內(nèi)環(huán)形斷裂以及主要線性斷裂方向，如NNE、NEE，方向一致而且位置重合，找礦意義重大。

圖4 蝕變與地層關(guān)系圖Fig.4 The correspondence relation between alteration and stratum

根據(jù)以上建立起來的找礦標(biāo)志，除已知蝕變帶，還圈定出4 處找礦有利地段(圖6):

Ⅰ區(qū):由上、下兩部分構(gòu)成，兩者蝕變規(guī)模大，兩組羥基蝕變相互疊合，上部呈面狀，空間上處于多組斷裂所夾持的地質(zhì)體以及兩個(gè)環(huán)形構(gòu)造的過渡部位，下部成連續(xù)帶狀分布，明顯受NEE 向斷裂構(gòu)造控制，所處地層為J3mk，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越。

圖5 蝕變與構(gòu)造關(guān)系圖Fig.5 The correspondence relation between alteration and geologic structure

圖6 萬合永盆地找礦有利地段預(yù)測圖Fig.6 The forecast figure of favorable prospecting places in wanheyong basin

Ⅱ區(qū):是蝕變分布圖中異常最為集中、面積最廣的區(qū)域，三組蝕變發(fā)育強(qiáng)烈，空間上位于環(huán)形構(gòu)造內(nèi)部，地層為J3mk，附近已發(fā)現(xiàn)有大量的沉積型、熱液型異常點(diǎn)帶，建議在該區(qū)重點(diǎn)開展工作。

Ⅲ區(qū):三組蝕變發(fā)育，疊合關(guān)系相對Ⅱ區(qū)較差，空間上位于環(huán)形構(gòu)造外圍附近，SN、NEE 向斷裂交匯部位，大致成NEE 向帶狀展布，主體應(yīng)該是受到NEE 向斷裂控制，所處地層為J3mk。

Ⅳ區(qū):發(fā)育兩組羥基蝕變，規(guī)模很大，巖性為閃長巖、花崗閃長巖，由于該區(qū)植被覆蓋面積較廣，在前期預(yù)處理過程中部分像元數(shù)據(jù)被掩膜，所以提取出的蝕變分散，但總體成面狀分布，以往對這部分出露的中酸性巖研究很少，在以后的工作中應(yīng)該得到重視。

4 結(jié)論

(1)已知礦化點(diǎn)與提取出的鐵染異常吻合度較低，而與羥基異常匹配很好，成礦可能性較高的蝕變多分布于滿克頭鄂博組環(huán)形構(gòu)造內(nèi)部、多組斷裂交匯部位以及夾持區(qū)，主干斷裂周圍。

(2)根據(jù)已有地質(zhì)資料，結(jié)合本次蝕變提取結(jié)果，圈定出四處找礦有利地段，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ最為重要，Ⅳ次之。

(3)在研究區(qū)中的閃長巖、花崗閃長巖中提取到了大面積羥基異常，以往對這部分侵入巖研究很少，建議在以后野外工作中加以重視。

程亮，馬友華，黃艷艷，等.2011. ENVI FLAASH 和ERDAS ATCOR2的大氣校正對比研 究［J］.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，(12):17-20.

黨安榮，賈海峰，陳曉峰，等.2010.ERDAS IMAGINE 遙感圖像處理教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社:133-510.

康高峰.2009.柴達(dá)木盆地北緣成礦帶遙感信息提取及有利成礦區(qū)預(yù)測研究［D］.西安:西北大學(xué):38.

林騰，高光明，劉容秀，等.2011. ETM +和ASTER 數(shù)據(jù)在遙感信息提取中的對比研究［J］.遙感應(yīng)用，(1):65-69.

劉小平，鄧孺孺，彭曉鵑.2005. 基于TM 影像的快速大氣校正方法［J］.地理科學(xué)，25(1):87-93.

梅安新，彭望露，秦其明，等.2001.遙感導(dǎo)論［M］.北京:高等教育出版社:38-41.

唐超，陳建平，張瑞絲，等.2013. 基于Aster 遙感數(shù)據(jù)的班怒成礦帶礦化蝕變信息提取［J］.遙感技術(shù)與應(yīng)用，28(1):122-128.

吳志春，郭福生，劉林清，等.2013.基于TM/ETM 影像的復(fù)合法遙感蝕變異常提取應(yīng)用研究［J］.地質(zhì)與勘探，49(3):511-522.

楊佳佳，姜琦剛，趙靜，等.2008. 基于ASTER 和ETM +數(shù)據(jù)的遙感蝕變信息提取——以內(nèi)蒙古塔日根敖包地區(qū)為例［J］. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，38:153-158.

趙志芳，談樹成，王鋒德，等.2012.ASTER 數(shù)據(jù)礦化蝕變異常信息提取方法研究［J］.國土資源科技管理，29(6):44-50.

張玉君，曾朝銘，陳薇.2003.ETM+(TM)蝕變遙感異常提取方法研究與應(yīng)用——方法選擇和技術(shù)流程［J］. 國土資源遙感，(2):44-49.

周永貴.2013.阿爾金山北緣喀臘大灣地區(qū)遙感異常信息提取及找礦靶區(qū)預(yù)測［D］.北京:中國地質(zhì)科學(xué)院:70.