李建國(guó), 高學(xué)生, 奧　琮, 張國(guó)利， 范素英

(1.天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170； 2.河北省遙感中心，河北石家莊050021)

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遙感綜合信息找礦模型與找礦預(yù)測(cè)
——以二連浩特北部地區(qū)為例

李建國(guó)1, 高學(xué)生1, 奧琮1, 張國(guó)利1， 范素英2

(1.天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170； 2.河北省遙感中心，河北石家莊050021)

總結(jié)回顧了近30年來(lái)遙感信息獲取技術(shù)、遙感找礦模型的發(fā)展歷程和特點(diǎn)，提出了遙感綜合信息找礦模型的基本概念及找礦預(yù)測(cè)方法。認(rèn)為遙感綜合信息找礦模型更加突出綜合信息與找礦標(biāo)志的系統(tǒng)組合，指出模型構(gòu)建的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)“地質(zhì)找礦要素”向“遙感信息要素”的相互轉(zhuǎn)換。以二連浩特北部地區(qū)為例，構(gòu)建了該地區(qū)以遙感信息為主要數(shù)據(jù)源的遙感地質(zhì)信息獲取技術(shù)方法及找礦預(yù)測(cè)模型，圈定了5個(gè)重要的鎢鉬銅多金屬礦找礦靶區(qū)，取得了較好的找礦應(yīng)用效果。

遙感綜合信息；找礦模型；礦產(chǎn)預(yù)測(cè)；內(nèi)蒙古二連浩特

0　引　言

遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科。由于具有快速、真實(shí)、客觀和宏觀反映地質(zhì)體、構(gòu)造信息以及礦化蝕變信息的特點(diǎn)，一經(jīng)引入就被廣泛應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)研究和地質(zhì)找礦工作，特別是應(yīng)用于尋找與淺層熱液有關(guān)的金屬礦產(chǎn)(李瑾煥，1989；楊武年，1989；劉嚴(yán)松等，2009；李建力等，2012;熊雙才等，2015；余先川等，2015)，甚至在一些能源礦產(chǎn)，如石油、鉀鹽、煤礦、鈾礦的找礦中也得到了較好的應(yīng)用(李廷祺，1991；鄒遠(yuǎn)耀，1993；王多義等，1994；傅碧宏等，1997；王保群，2002；劉德長(zhǎng)等，2012；譚克龍等，2012)。通過前人不斷試驗(yàn)和總結(jié)，遙感信息獲取技術(shù)得到了系統(tǒng)的整理和快速發(fā)展，產(chǎn)生了包括遙感地質(zhì)學(xué)(朱亮璞，1994)、1∶25萬(wàn)遙感地質(zhì)填圖方法和技術(shù)(方洪賓等，2002，2010)、基于特征主分量法、分層次分離技術(shù)模型的蝕變信息提取技術(shù)(甘甫平等，2002；張玉君等，2002，2014；張遠(yuǎn)飛等，2011)等一批具代表性和影響力的成果。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)成礦規(guī)律，前人先后提出了“三步曲”遙感找礦模式(郭華東，1995)、“礦源場(chǎng)-成礦節(jié)-遙感信息異?！闭业V模式(趙福岳,2000)、遙感找礦“五要素”(于學(xué)政等，2003)等遙感找礦模型或模式，使遙感技術(shù)應(yīng)用從圖像和信息層面逐步上升到了知識(shí)和規(guī)則層面。但模型總是隨遙感數(shù)據(jù)、遙感信息獲取技術(shù)及地質(zhì)找礦模型的發(fā)展而發(fā)展。特別是近幾年，隨著多、高光譜數(shù)據(jù)及高空間分辨率數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，遙感找礦預(yù)測(cè)模型也得到了長(zhǎng)足發(fā)展，相繼提出了綜合信息找礦預(yù)測(cè)以及以蝕變異常為核心的遙感綜合找礦模式(楊金中，2003；王潤(rùn)生等，2011；汪冰等，2015)。

在前人研究成果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)總結(jié)了當(dāng)前遙感地質(zhì)信息獲取技術(shù)和找礦預(yù)測(cè)模型的發(fā)展及其特點(diǎn)，提出了遙感綜合信息找礦模型的概念及找礦預(yù)測(cè)方法、流程，討論了模型構(gòu)建的關(guān)鍵要素，并以二連浩特北部地區(qū)為例進(jìn)行遙感綜合信息找礦預(yù)測(cè)。

1　遙感地質(zhì)信息獲取技術(shù)的發(fā)展及找礦應(yīng)用

遙感地質(zhì)信息通常指利用遙感數(shù)據(jù)獲取的基礎(chǔ)地質(zhì)信息和礦化蝕變信息，它主要取決于遙感數(shù)據(jù)精度、信息解譯和信息提取的水平。從發(fā)展階段和應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)看，大體可分為2個(gè)階段(李建國(guó)，2016)：第一階段主要以基礎(chǔ)地質(zhì)信息解譯為主，該階段可選擇的遙感數(shù)據(jù)較少，多為航片或TM影像資料，專業(yè)處理軟件還不普及，主要通過人機(jī)交互解譯，獲取地貌、地層、巖體、構(gòu)造等基礎(chǔ)地質(zhì)信息，為地質(zhì)背景研究和礦產(chǎn)預(yù)測(cè)提供信息支撐；第二階段主要表現(xiàn)為蝕變信息提取技術(shù)的快速發(fā)展，該階段可獲取的多、高光譜數(shù)據(jù)較多，數(shù)據(jù)處理方法及軟件較為普及，多以光譜信息提取為基礎(chǔ)，在常規(guī)地質(zhì)信息解析的基礎(chǔ)上，通過光譜識(shí)別技術(shù)提取蝕變礦物信息，為地質(zhì)找礦工作提供直接線索。

1.1遙感基礎(chǔ)地質(zhì)信息解譯

遙感基礎(chǔ)地質(zhì)信息解譯是遙感技術(shù)在地質(zhì)學(xué)上最基礎(chǔ)、最重要的應(yīng)用方向，它主要通過對(duì)遙感影像的判讀來(lái)獲取地貌、地層、巖體、構(gòu)造等信息。其信息獲取的一般流程為遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理、影像制作、解譯標(biāo)志建立、人機(jī)交互解譯、信息獲取與綜合分析等(朱亮璞，1994；郭華東，1995；方洪賓等，2002，2010)，信息獲取的水平更多取決于解譯人員判讀地質(zhì)學(xué)、遙感學(xué)基礎(chǔ)和遙感數(shù)據(jù)的精度。近幾年，隨著高空間分辨率數(shù)據(jù)的廣泛獲取，如WorldView-2的數(shù)據(jù)空間分辨率已達(dá)0.5 m，遙感基礎(chǔ)地質(zhì)信息判讀的精度和水平大大提高。

由于遙感基礎(chǔ)地質(zhì)信息并不提供直接的找礦線索，因此利用其開展找礦預(yù)測(cè)則需要借助前人的區(qū)域成礦理論模型，從已知到未知，即相似類比的找礦方法。

1.2遙感礦化蝕變信息提取

國(guó)外對(duì)礦化蝕變信息的提取研究較早。早期主要是利用比值法區(qū)分特定的蝕變巖石與未蝕變巖石。由于方法簡(jiǎn)單、直接，一直被用于多光譜數(shù)據(jù)的信息提取，在很長(zhǎng)一段時(shí)間占據(jù)了主導(dǎo)地位，取得了一定的應(yīng)用成果(趙元洪等，1991；朱亮璞，1994；Hunt，1979；Sabins，1999)。但由于當(dāng)時(shí)遙感數(shù)據(jù)的寬譜特點(diǎn)及比值法的不確定性，其應(yīng)用并未得到重視。Crosta等(1989)利用主成分分析技術(shù)(克羅斯塔技術(shù))在巴西雨林地區(qū)成功提取了鐵染和含羥基的淺層熱液蝕變信息。此后，主成分分析法及其與比值法的結(jié)合被大量應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的多光譜數(shù)據(jù)蝕變信息提取工作中，在干旱和半干旱地區(qū)取得了很好的找礦應(yīng)用效果(趙元洪等，1994；張玉君等，2002；楊建民等，2003；楊波等，2005；閆潔茹等，2015)。在此過程中，一些地球化學(xué)的編圖方法和思想相繼被引入到異常分級(jí)和編圖工作中(張玉君等，2003；李建國(guó)等，2015)。近幾年，隨著ASTER和Hyperion等多、高光譜數(shù)據(jù)的獲取，國(guó)內(nèi)外在礦物蝕變信息提取方面得到了飛速發(fā)展。一是方法的創(chuàng)新，代表性的有光譜角填圖、光譜匹配濾波、連續(xù)光譜去除等(王正海等，2006；何中海等，2011；閻繼寧等，2013；Clark et al.,1991)。許多新的人工智能算法也被引入高光譜圖像分類中，如自組織映射、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、支持向量機(jī)(哈斯巴干等，2003；傅文杰等，2006；楊國(guó)鵬等，2008；梁亮等，2010)。二是能區(qū)分的蝕變礦物種類的能力大大增強(qiáng)。如ASTER數(shù)據(jù)大大提高了泥化和碳酸鹽化信息的可分性，大量學(xué)者開展了相關(guān)研究(毛曉長(zhǎng)等，2005；陳江等，2007；李建國(guó)等，2007；耿新霞等，2008；楊佳佳等，2008；王云濤等，2012；Ninomiya et al.，2005；Moghtaderi et al.，2007)。該數(shù)據(jù)甚至被用于提取蛇綠巖化信息(李培軍等，2007；黃照強(qiáng)等，2010；別小娟等，2013)。而Hyperion數(shù)據(jù)可區(qū)分的蝕變礦物則更多(甘甫平等，2002；譚炳香等，2005)。但由于該數(shù)據(jù)的幅寬太小且覆蓋不全，嚴(yán)重制約了其在找礦中的應(yīng)用。

由于蝕變信息可直接提供重要的找礦線索，它的發(fā)展為遙感技術(shù)在找礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用提供了廣闊的前景，以蝕變異常為核心(即地質(zhì)異常找礦)的遙感綜合找礦模式得到了越來(lái)越多的地質(zhì)學(xué)家和找礦工作者的重視。一些學(xué)者甚至開始嘗試將蝕變信息與成礦流體過程結(jié)合起來(lái)開展找礦預(yù)測(cè)，并取得了較好的應(yīng)用效果(Van Ruitenbeek et al.，2005)。

2　遙感綜合信息找礦模型與找礦預(yù)測(cè)

2.1找礦模型

隨著礦床模型研究的深入發(fā)展，遙感找礦模型研究逐漸成為遙感地質(zhì)找礦的研究熱點(diǎn)之一。眾多學(xué)者先后提出了遙感解譯模型、遙感地質(zhì)找礦模型、礦床遙感影像模式、遙感找礦模式、遙感模式、遙感找礦信息模型、遙感信息找礦模式等(姜曉瑋等，2003;趙玉靈，2003；王耿明等，2015)。模型總是相對(duì)于“原型”而言的，是對(duì)原型的抽象和仿真。趙玉靈(2003)認(rèn)為，遙感找礦模型是在現(xiàn)有技術(shù)條件下，表征一類礦床形成和保存的一系列遙感找礦標(biāo)志的組合，包含5個(gè)基本要素。姜曉瑋等(2003)則提出遙感找礦模型應(yīng)符合概況性、相似性、簡(jiǎn)化性、客觀性、可預(yù)見性和可重復(fù)性6項(xiàng)基本原則，建模基礎(chǔ)包括礦床的成因模型、改造模型和獨(dú)立的遙感信息找礦標(biāo)志。

由于技術(shù)的局限性，早期的遙感模型更加突出對(duì)影像的定性解譯和以線、環(huán)組合特征為代表的控礦模式或圖案組合，如樓性滿(1991)提出的8種金屬礦田構(gòu)造的遙感影像模式，于學(xué)政等(2003)提出的遙感找礦“五要素”找礦模型，且信息的來(lái)源也更多強(qiáng)調(diào)遙感信息的獨(dú)立性。但隨著蝕變信息提取技術(shù)的發(fā)展，以蝕變信息為核心的遙感異常找礦越來(lái)越得到重視。同時(shí)，單純的遙感信息已難以適應(yīng)逐步加大的勘探深度要求和覆蓋區(qū)景觀特點(diǎn)，必須有所拓展。

遙感綜合信息找礦模型概念的提出正是適應(yīng)了當(dāng)前遙感找礦應(yīng)用的需要，它更加突出了綜合信息和遙感找礦標(biāo)志組合，可有機(jī)融合相似類比法和以蝕變信息為核心的地質(zhì)異常法找礦思想，同時(shí)信息源既可以完全來(lái)源于遙感資料，也可以輔助部分地、物、化探信息，一定程度上解決了遙感技術(shù)的局限性，它可被定義為一類礦床本質(zhì)屬性的以遙感信息為主導(dǎo)的找礦標(biāo)志的系統(tǒng)組合。

遙感綜合信息找礦模型的理論基礎(chǔ)來(lái)源于地質(zhì)找礦的相似類比理論、求異理論和定量組合控礦理論(趙鵬大，2006)，無(wú)論模型的具體表述有何差異，其地質(zhì)基礎(chǔ)都應(yīng)該是礦床的成因模型與改造模型，構(gòu)建以地質(zhì)意義為基礎(chǔ)的地質(zhì)找礦要素與遙感信息要素的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系是遙感綜合信息找礦模型準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)遙感信息由技術(shù)層面上升到科學(xué)層面的關(guān)鍵。

2.2找礦預(yù)測(cè)方法

目前常用的預(yù)測(cè)方法主要有定性預(yù)測(cè)與定量、半定量預(yù)測(cè)2類，它與一般的地質(zhì)信息成礦預(yù)測(cè)方法沒有本質(zhì)上的不同。采用何種方法更多取決于模型的適用性和可提供驗(yàn)證的信息量，對(duì)不同工作程度的地區(qū)，遙感綜合信息找礦預(yù)測(cè)所采用的方法有所差異：對(duì)一個(gè)成礦規(guī)律研究相對(duì)透徹、找礦類型和控礦要素相對(duì)清楚且有一定的已知礦床、礦點(diǎn)的地區(qū)，往往可選擇一些定量或半定量方法，如證據(jù)權(quán)法(肖克炎等，1999；陳建平等，2011；李建國(guó)等，2013)、模糊數(shù)學(xué)法(劉名龍等，2005)、非線性成礦預(yù)測(cè)方法(成秋明，2012)等；而對(duì)于一些工作程度較低、無(wú)合適的典型礦床模型或較少已知礦床、礦點(diǎn)地區(qū)，多采用定性預(yù)測(cè)的方法開展找礦預(yù)測(cè)，此時(shí)，特定類型礦床的一般性成礦規(guī)律及要素將作為分析的重點(diǎn)。而實(shí)際上，往往工作程度較低的地區(qū)，利用遙感技術(shù)開展找礦預(yù)測(cè)工作的實(shí)際意義更大。

綜上所述，遙感綜合信息找礦預(yù)測(cè)方法的基本流程和內(nèi)容包括典型礦床與找礦要素分析、遙感找礦要素分析、遙感綜合信息提取、找礦模型構(gòu)建與方法選擇、找礦預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)5個(gè)主要步驟(圖1)。

圖1　遙感綜合信息找礦預(yù)測(cè)方法Fig.1　Prospecting prediction process based on integrated remote sensing information

3　遙感綜合信息找礦預(yù)測(cè)實(shí)例

3.1區(qū)域地質(zhì)概況

本次研究以二連浩特北部地區(qū)為例。區(qū)內(nèi)主要出露古生代及中—新生代地層。其中，古生代地層主要有奧陶系烏賓敖包組、泥盆系泥鰍河組、石炭—二疊系寶力高廟組；中—新生代出露的地層主要有侏羅系瑪尼吐組、白音高老組，白堊系大磨拐河組，古近系伊爾丁曼哈組，中新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組、第四系更新統(tǒng)及全新統(tǒng)。侵入巖主要有石炭紀(jì)的查干敖包廟巖體(C1γδ)、紅格爾巖體(C1ηγβbzx)、呼舒楚魯巖體(C1ηγβzc)、蘇爾昌特巖體(C1ηγzx)、烏蘭敖包巖體(C1ξγβbzx)和阿仁紹布巖體(C2δ)，它們多位于研究區(qū)的北部或西北部地區(qū)。二疊紀(jì)巖體包括昌特敖包巖體(P1ηγβbzx)和格爾楚魯巖體(P1ηγβzx)，它們主要分布于研究區(qū)的南部。

該區(qū)構(gòu)造先后受古生代末期西伯利亞板塊與中朝板塊拼接碰撞和燕山期古太平洋構(gòu)造域影響，形成了以NNE、NE向斷裂為主，NEE、NW向斷裂次之的構(gòu)造格局。NNE向以壓性和壓扭性為特征，表現(xiàn)為逆、滑斷層性質(zhì)，大致呈20°展布，橫貫全區(qū)，具多期活動(dòng)的特點(diǎn)，是研究區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造；NE向斷層大致呈40°～50°，一般構(gòu)成盆地邊緣斷裂，具有張性斷層特征；NW向斷裂以張性、張扭性為特征，表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)(圖2)。

圖2　研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖1-湖積層；2-沖洪積層；3-沖洪積層；4-阿巴嘎組；5-寶格達(dá)烏拉組；6-伊爾丁曼哈組；7-大磨拐河組；8-白音高老組；9-瑪尼吐組；10-寶力高廟組二段；11-寶力高廟組一段；12-泥鰍河組二段；13-泥鰍河組一段；14-烏賓敖包組；15-中細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖；16-中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖；17-閃長(zhǎng)巖；18-角閃花崗閃長(zhǎng)巖；19-斑狀中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖Fig.2　Geological sketch map of the study area

3.2典型礦床特征與遙感找礦要素分析

區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的礦床較少，僅中部有1個(gè)螢石礦，北部有1個(gè)烏日尼圖熱液型鎢鉬礦。區(qū)外北部有多個(gè)鐵礦點(diǎn)，東部及東北部地區(qū)有準(zhǔn)蘇吉花熱液型銅鉬礦以及烏蘭德勒斑巖型鉬礦。它們均屬與燕山期酸性巖漿活動(dòng)有關(guān)的鐵、鋅、鉛、銅、鎢、銀、鉬礦床成礦亞系列，是鎢鉬銅多金屬礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)(許立權(quán)等，2013)。主要成礦規(guī)律及遙感綜合信息找礦要素分析如下。

3.2.1有利大地構(gòu)造背景找礦的必要因素。其古生代屬天山興蒙造山系大興安嶺弧盆系扎蘭屯—多寶山島?。恢猩鷮侪h(huán)太平洋巨型火山活動(dòng)帶、大興安嶺火山巖帶、烏日尼圖—查干敖包火山噴發(fā)帶、查干敖包晚侏羅世火山盆地?？筛鶕?jù)遙感構(gòu)造解析并結(jié)合地質(zhì)圖進(jìn)行圈定，研究區(qū)均在該大地構(gòu)造單元內(nèi)。

3.2.2控礦侵入巖找礦的必要因素。主要受燕山期巖漿活動(dòng)控制，多在巖體的內(nèi)、外接觸帶上。由于礦化體同期高溫?zé)嵋涸谠缙谑㈤W長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖的次生裂隙隨硅質(zhì)賦存在硅質(zhì)脈兩側(cè)，因此常形成上部的脈狀礦層和下部的巖漿巖含礦層。由于研究區(qū)燕山期巖體基本為隱伏巖體，因此主要通過解析遙感環(huán)形構(gòu)造進(jìn)行推斷。

3.2.3主要賦礦地層找礦的重要因素。鎢鉬礦主要賦存于下奧陶統(tǒng)烏賓敖包組、泥鰍河組地層。銅礦主要賦存于寶力高廟組一段。對(duì)應(yīng)的遙感信息為遙感找礦五要素中的“帶要素”，可直接從遙感解析圖中提取。

3.2.4控礦構(gòu)造找礦的必要因素。主要為NE向與NW向構(gòu)造交匯部位。其中，NE向斷裂構(gòu)造對(duì)花崗斑巖體的侵位、熱液活動(dòng)及成礦起著控制作用，NW向構(gòu)造主要為容礦構(gòu)造。主要對(duì)應(yīng)遙感的線要素特征，重點(diǎn)提取NE向與NW向構(gòu)造。

3.2.5圍巖蝕變找礦的重要因素。礦區(qū)附近發(fā)育有明顯的圍巖蝕變，且具有一定的分帶性，是找礦的重要標(biāo)志。主要蝕變類型包括：云英巖化、鉀化、硅化、碳酸鹽化、螢石礦化、矽卡巖化、絹云母化、綠簾石化、青磐巖化，黃鐵礦化，黃銅礦化等?？赏ㄟ^遙感礦化蝕變信息提取結(jié)果進(jìn)行圈定。

3.2.6地球化學(xué)特征找礦的重要因素。有W、Mo、Cu等元素化探異常。異常多，強(qiáng)度高，面積大，具明顯的濃度分帶和濃集中心，濃集中心部位與地層和巖體的接觸帶、礦體較吻合。可利用收集的部分化探資料作為輔助信息加入模型。

3.3遙感地質(zhì)找礦信息獲取

3.3.1遙感基礎(chǔ)地質(zhì)控礦要素解析主要根據(jù)遙感影像圖，結(jié)合遙感找礦模型和地質(zhì)圖，重點(diǎn)解析與成、控礦有關(guān)的巖體、地層和線性、環(huán)形構(gòu)造信息。

(1) 與控礦侵入巖有關(guān)的環(huán)形構(gòu)造信息。全區(qū)共解譯環(huán)形構(gòu)造89個(gè)，依據(jù)成因劃分為侵入巖環(huán)形構(gòu)造、隱伏巖體環(huán)形構(gòu)造、火山機(jī)構(gòu)環(huán)形構(gòu)造、褶皺環(huán)形構(gòu)造、成因不明環(huán)形構(gòu)造等類型。由于主要控礦侵入巖為燕山期的隱伏巖體，因此重點(diǎn)提取了與隱伏巖體有關(guān)的環(huán)形構(gòu)造。

(2) 主要賦礦地層信息。重點(diǎn)提取了下奧陶統(tǒng)烏賓敖包組、泥鰍河組和寶力高廟組一段的信息。其中，烏賓敖包組的地層影像標(biāo)志明顯，色調(diào)偏紫，水系不發(fā)育，具樹枝狀、豐狀水系特征；泥鰍河組地層主要為一套海相碎屑巖夾灰?guī)r、火山巖組合，不同巖性段影像色調(diào)和紋理差異較大；寶力高廟組一段地層影像多為紫紅、灰褐色-暗紅色，色調(diào)偏紅，層理清晰，紋理相對(duì)粗糙，呈網(wǎng)狀、魚鱗狀；水系不發(fā)育，呈豐狀、樹枝狀水系。

(3) 控礦構(gòu)造。主要解析了NE向、NW向和NNE向構(gòu)造，包括哈日努登呼都格斷裂，敦德蘇斷裂、吉音呼都格斷裂、恩格勒嘎順斷裂、蘇吉音棚斷裂、毛達(dá)日烏嘎斷裂、紹日布格音棚斷裂、霍托勒斷裂等。由于NNE向構(gòu)造對(duì)礦床的控制和改造作用不明，僅作為次要構(gòu)造進(jìn)行考慮。

3.3.2遙感蝕變信息提取以ASTER數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，結(jié)合研究區(qū)的主要礦物蝕變類型，構(gòu)建ASTER數(shù)據(jù)可見光—近紅外波段蝕變信息決策樹模型(圖3)。主要提取了鐵染(褐鐵礦+黃鉀鐵釩)、高嶺土化(高嶺石+地開石+葉蠟石組合)、絹云母化(白云母)、綠泥石化(綠泥石+陽(yáng)起石組合)、綠簾石化(綠簾石)、碳酸鹽化(方解石+白云石組合)6種類型礦化蝕變信息。

圖3　研究區(qū)礦化蝕變信息提取決策樹模型Fig.3　Decision-making tree model showing the extraction of altered mineralization information in the study area

各信息的主要分類規(guī)則簡(jiǎn)述如下。

(1) 鐵染信息。利用波段2、4反射峰特征，采用比值法、特征主成分分析法或2種方法的結(jié)合進(jìn)行信息提取。本次研究中采用提取鐵染信息常用的特征主分量法(表1)，即對(duì)b1(代表ASTER數(shù)據(jù)的第1波段，以下類同)、b2、b3、b4進(jìn)行主成分變換(簡(jiǎn)稱PCA1、2、3、4，以下類同)，求得鐵染信息分量。從表1可以看出，由于PC4中波段2、波段4與波段1、波段3的符號(hào)相反且貢獻(xiàn)率較大，符合鐵染信息波譜特征，因此確定PC4為特征主分量，蝕變信息表現(xiàn)為亮像元。同時(shí)，由于絹云母化與褐鐵礦化在b1—b4波段波形相似，因此需同時(shí)利用絹云母化5波段吸收特征加以區(qū)分。

(2) 高嶺土化、絹云母化。利用波段5強(qiáng)吸收的特征，采用比值法或主成分分析法進(jìn)行提取。對(duì)PCA1、3、4、5中波段5強(qiáng)吸收特征分量進(jìn)行閾值切割，獲取高嶺土化與絹云母化信息。同時(shí)，應(yīng)滿足b4/b5大于平均值(去除主成分分析中存在的部分偽信息)，且b8弱吸收條件。在此基礎(chǔ)上再利用白云母在波段6的強(qiáng)吸收谷特征，通過對(duì)(b5+b7)/b6進(jìn)行信息分割獲得絹云母化信息。

(3) 綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化。3者在第8波段均表現(xiàn)為較強(qiáng)吸收特征，對(duì)大氣校正后的DN值數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)線去除運(yùn)算，對(duì)運(yùn)算后的第8波段(簡(jiǎn)稱CR8，以下類同)進(jìn)行閾值分割、分離背景與3種礦化。利用碳酸鹽化在1—4波段強(qiáng)反射而5波段弱吸收的特征，采用b3/b5閾值分割法提取碳酸巖化信息；根據(jù)綠簾石較綠泥石8波段強(qiáng)吸收特征，再次利用CR8進(jìn)行閾值分割，獲取綠泥石化與綠簾石化信息。

表1　PC1—PC4的特征向量表

提取結(jié)果顯示效果較好，各蝕變信息主要分布在巖體的內(nèi)外接觸帶、構(gòu)造發(fā)育部位及部分層狀地層中，多具有明顯的成條、成帶特征。如研究區(qū)中部地區(qū)，沿大型環(huán)形構(gòu)造邊部發(fā)育了1圈礦化蝕變信息，與巖漿作用可能存在密切關(guān)系(圖4)。

圖4　研究區(qū)蝕變礦物信息分布圖1-鐵染信息；2-絹云母化；3-高嶺土化；4-綠泥石化；5-綠簾石化；6-碳酸鹽化Fig.4　Distribution of altered mineral information in the study area

3.4找礦模型構(gòu)建與預(yù)測(cè)方法選擇

根據(jù)遙感找礦要素分析，分別提取了賦礦地層、推斷隱伏巖體、礦化蝕變信息、主要斷裂構(gòu)造與韌性剪切帶信息等遙感信息。收集了區(qū)域1∶20萬(wàn)地球化學(xué)數(shù)據(jù)，并提取了Cu、W、Mo、Bi地球化學(xué)綜合異常信息，將其分為綜合異常高值區(qū)和相對(duì)低值區(qū)。

由于研究區(qū)礦產(chǎn)勘查工作程度較低，典型礦床資料較少，多為一些礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)資料，因此主要采用定性分析法進(jìn)行找礦預(yù)測(cè)。靶區(qū)的圈定和優(yōu)選主要是分析主要找礦要素的多少及重要程度，對(duì)研究區(qū)而言，主要是尋找與燕山期酸性巖漿活動(dòng)有關(guān)的鎢、鉬、銅、鐵等多金屬礦床，圍巖蝕變是其重要的找礦標(biāo)志。地球化學(xué)資料由于比例尺較小，僅供參考。各要素重要程度與典型礦床成礦要素相對(duì)應(yīng)，確定重要性排序如下：推斷隱伏巖體、礦化蝕變信息、賦礦地層、NW與NE向構(gòu)造及構(gòu)造交匯部位、1∶20萬(wàn)地球化學(xué)綜合異常。

3.5礦產(chǎn)預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

根據(jù)各要素分布特征，圈定了2個(gè)Ⅰ級(jí)和3個(gè)Ⅱ級(jí)遠(yuǎn)景區(qū)或靶區(qū)(圖5)。

圖5　研究區(qū)遙感綜合信息找礦預(yù)測(cè)結(jié)果1-烏賓敖包組；2-泥鰍河組；3-寶力高廟組一段；4-鐵染異常；5-絹云母化；6-碳酸鹽化；7-高嶺土化；8-綠泥石化；9-綠簾石化；10-推斷隱伏巖體；11-斷裂構(gòu)造；12-剪切帶；13-Cu、W、Mo、Bi高值異常區(qū)；14-Cu、W、Mo、Bi低值異常區(qū)；15-一級(jí)靶區(qū)及編號(hào)；16-二級(jí)靶區(qū)及編號(hào)Fig.5　Metallogenic prediction using integrated remote sensing information in the study area

圖6　I-1靶區(qū)綜合信息與已知礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)吻合情況1-鐵染異常；2-絹云母化；3-碳酸鹽化；4-高嶺土化；5-綠泥石化；6-綠簾石化；7-推斷隱伏巖體；8-斷裂構(gòu)造；9-剪切帶；10-一級(jí)靶區(qū)及編號(hào)；11-野外礦化現(xiàn)象點(diǎn)Fig.6　Coincidence of the integrated information with the known mines and ore spots in the prospecting target I-1

Ⅰ-1區(qū)：主要位于研究區(qū)的西北角，為Ⅰ級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)(圖6)。主要典型礦床烏日尼圖熱液型鎢鉬礦就在該區(qū)北側(cè)。地表主要出露奧陶紀(jì)烏賓敖包組地層和泥盆紀(jì)泥鰍河組地層。根據(jù)遙感影像特征，圈定了3個(gè)環(huán)形構(gòu)造，初步推斷與隱伏巖體有密切關(guān)系，環(huán)外側(cè)地層具有明顯側(cè)向擠壓揉皺特征。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，主要有NE、NW和近SN向構(gòu)造，根據(jù)典型礦床控礦構(gòu)造特征，NE、NW及兩者交匯部位是主要控礦構(gòu)造。近SN向剪切帶為本次遙感工作首次發(fā)現(xiàn)，對(duì)其控礦意義還不明確。沿構(gòu)造裂隙發(fā)育有大量的絹云母化、碳酸鹽化等遙感礦化蝕變信息，構(gòu)造與異常緊密相關(guān)，特別是中部“S”形NE向斷裂和南部剪切帶一側(cè)，異常信息分布最為廣泛。同時(shí)，該區(qū)還是Cu、W、Mo、Bi地球化學(xué)綜合異常高值區(qū)，成礦條件較好。野外查證的情況證實(shí)，異常提取結(jié)果與實(shí)際較為吻合，在主要蝕變信息分布區(qū)均見到了高嶺土化、絹云母和褐鐵礦化信息(圖7)。環(huán)形構(gòu)造內(nèi)外，多組構(gòu)造的交匯部位是尋找熱液型礦床的最有利地區(qū)。

圖7　I-1靶區(qū)次生石英巖化與褐鐵礦化Fig.7　Photos showing secondary quartzite and limonitization in the prospecting target I-1

Ⅰ-2區(qū)：主要位于研究區(qū)中部，為Ⅰ級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)。從遙感影像上解析了1個(gè)大型環(huán)形構(gòu)造，沿環(huán)形構(gòu)造外圍主要是寶力高廟組，東部見有多個(gè)中生代火山機(jī)構(gòu)，推斷整個(gè)環(huán)形構(gòu)造下部有燕山期巖體。環(huán)內(nèi)發(fā)育有多條NE向和NW向構(gòu)造。提取的遙感礦物蝕變信息主要是碳酸鹽化、高嶺土化和絹云母化蝕變，北部見有少量鐵染信息，它們主要沿環(huán)形構(gòu)造和寶力高廟組分布，具明顯環(huán)帶特點(diǎn)。同時(shí)，該區(qū)還是Cu、W、Mo、Bi地球化學(xué)綜合異常高值區(qū)。野外工作在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了多處礦化蝕變現(xiàn)象(圖8)，在環(huán)形構(gòu)造南側(cè)、東側(cè)分別新發(fā)現(xiàn)鉬礦化和錳鐵礦化1處。

圖8　I-2靶區(qū)綜合信息與已知礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)吻合情況1-鐵染異常；2-絹云母化；3-碳酸鹽化；4-高嶺土化；5-綠泥石化；6-綠簾石化；7-推斷隱伏巖體；8-斷裂構(gòu)造；9-一級(jí)靶區(qū)及編號(hào)；10-野外礦化現(xiàn)象點(diǎn)Fig.8　Coincidence of integrated information with the known mines, ore spots in the prospecting target I-2

Ⅱ-1區(qū)：位于研究區(qū)中部偏西北，為Ⅱ級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)，是泥鰍河組與中生代地層接觸部位。根據(jù)遙感影像圖，在中部解析環(huán)形構(gòu)造1個(gè)，推斷與隱伏巖體有關(guān)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，NE、NW、SN向斷裂構(gòu)造均有。遙感礦化蝕變信息在該區(qū)分布廣泛，主要為絹云母化、高嶺土化和局部褐鐵礦化，呈明顯的帶狀或團(tuán)塊狀分布，是Cu、W、Mo、Bi地球化學(xué)綜合異常高值區(qū)。野外在區(qū)內(nèi)西側(cè)與SN向巖體接觸帶上發(fā)現(xiàn)有多處礦化，但由于外圍出露的主要是大面積的二疊紀(jì)、石炭紀(jì)的巖體，環(huán)形構(gòu)造為燕山期巖體的可能性較小，因此將其劃分到Ⅱ級(jí)遠(yuǎn)景區(qū)。

Ⅱ-2區(qū)：位于研究區(qū)的西南部，為Ⅱ級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)。主要出露了大面積的寶力高廟組地層。未解析出環(huán)形構(gòu)造，但斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為NE和NW向構(gòu)造。提取的遙感礦化蝕變信息呈較寬的近東向和較窄的NW向“T”字形分部，主要蝕變類型有高嶺土化、絹云母化、綠泥石化和局部褐鐵礦化，是Cu、W、Mo、Bi地球化學(xué)綜合異常低值區(qū)。該區(qū)已發(fā)現(xiàn)1處螢石礦點(diǎn)，地表多處見有螢石礦化、高嶺土化信息。

Ⅱ-3區(qū)：位于研究區(qū)南部，為Ⅱ級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)。主要出露大面積的泥鰍河組，外圍是大面積出露的二疊紀(jì)巖體。發(fā)育的斷裂構(gòu)造主要為NE、NW向和NWW向。提取的遙感礦化蝕變信息與地層色異常十分吻合，具有明顯的環(huán)帶特征，從內(nèi)到外分別是碳酸鹽化、綠簾石化、綠泥石化，屬Cu、W、Mo、Bi地球化學(xué)綜合異常低值區(qū)，地球化學(xué)與異常形態(tài)總體吻合。由于野外巖石風(fēng)化嚴(yán)重，加上覆蓋，未見明顯礦化線索，引起異常的原因不明，但從周圍影像看，初步推斷與下伏巖體的熱作用有關(guān)。

4　結(jié)　論

(1) 找礦預(yù)測(cè)是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜和綜合的工程。遙感綜合信息找礦模型概念的提出更加突出了綜合信息和遙感找礦標(biāo)志組合，可有機(jī)融合相似類比法和以蝕變信息為核心的地質(zhì)異常法找礦思想，是當(dāng)前遙感找礦應(yīng)用的重要方向。

(2) 遙感綜合信息找礦模型的地質(zhì)基礎(chǔ)是礦床的成因模型與改造模型，構(gòu)建以地質(zhì)意義為基礎(chǔ)的地質(zhì)找礦要素與遙感信息要素的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系是遙感綜合信息找礦模型準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵，基本流程和內(nèi)容可概括為典型礦床與找礦要素分析、遙感找礦要素分析、遙感綜合信息提取、預(yù)測(cè)模型及方法選擇、找礦預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)5個(gè)主要步驟。

(3) 利用遙感綜合信息找礦模型、方法在二連浩特北部地區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用嘗試，取得了明顯的找礦效果，圈定了5個(gè)重要的鎢鉬銅多金屬礦找礦靶區(qū)，對(duì)指導(dǎo)該地區(qū)下一步找礦工作具有重要實(shí)際意義。

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A metallogenic model based on comprehensive remote sensing information and metallogenic prediction: A case study of northern Erenhot in Mongolia

LI Jianguo1, GAO Xuesheng1, AO Cong1, ZHANG Guoli1, FAN Suying2

(1. Tianjin Center of China Geological Survey, Tianjin 300170, China; 2. Remote Sensing Center of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, Hebei, China)

Remote sensing ore-prospecting model has developed with remote sensing data, remote sensing information acquisition technology and geological prospecting model. This study reviewed the development process and characteristics of remote sensing information acquisition technology and remote sensing prospecting model in the past 30 years, and proposed the basic concept and prospecting prediction method based on integrated remote sensing prospecting model. This model emphasized the combination of integrated information and ore-prospecting indicators, and the key of the model is the transformation of ″geological prospecting elements″ to ″remote sensing information elements″. Taking northern Erenhot as a case study, we proposed an acquisition method of remote sensing geological information and established an ore-prospecting model mainly based on remote sensing information. In addition, five important W-Mo-Cu polymetallic prospecting targets were delineated, resulting in an effective prospecting application.

integrated remote sensing information; ore-prospecting model; mineral resources prediction； Erenhot in Inner Mongolia

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.384

2016-07-06；編輯：陸李萍

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212011220469、DD20160128)

李建國(guó)(1980—)，男，高級(jí)工程師，博士，主要從事遙感地質(zhì)與綜合信息定量預(yù)測(cè)研究工作,E-mail： jianguo_lee@126.com

P612; P627

A

1674-3636(2016)03-0384-11