李 偉,毛啟貴,鄒 滔,管育春,楊 星

(1.北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責任公司;2.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所新疆礦產(chǎn)資源研究中心; 3.中色紫金地質(zhì)勘查(北京)有限責任公司)

引 言

由于遙感影像可以全面、客觀記錄地表景觀的幾何特征,因此可以利用解譯的線性構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造提取控礦信息[1]。從遙感圖像上識別并分析蝕變巖的分布規(guī)律,是遙感找礦工作的主要研究內(nèi)容之一[2]。目前,ETM+、ASTER、Hyperion和Landsat 8 OLI等遙感數(shù)據(jù),在遙感蝕變信息提取和構(gòu)造解譯方面應用廣泛[3-10]。前人研究“強鐵染異常+弱羥基異?！迸c金礦化、羥基蝕變信息強烈區(qū)與構(gòu)造破碎帶存在密切的對應關系[11-13],以及環(huán)形影像與成礦構(gòu)造吻合區(qū)域是金成礦的有利地段[14]。

撰山子金礦床位于華北克拉通北緣赤峰—朝陽金成礦帶,也是赤峰—朝陽金成礦帶內(nèi)構(gòu)造影響最為明顯的金礦床,具有獨特的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境。撰山子金礦床受隱伏的建平環(huán)形構(gòu)造及伴生的斷裂、韌性剪切帶控制[15-16]。前人曾利用在TM圖像中提取的金礦化蝕變信息為撰山子金礦區(qū)和其外圍找礦提供了豐富準確的指示性信息[17],而Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)輻射分辨率和波譜分辨率較ETM+數(shù)據(jù)的大幅提升,為鐵染類、羥基類等蝕變礦物信息的提取研究提供了新的數(shù)據(jù)來源[3,7,18],且利用Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)對斷裂等大型構(gòu)造的解譯具有很大作用[6,8,19]。因此,以撰山子地區(qū)為例,采用Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)進行遙感異常信息提取及構(gòu)造解譯,在遙感異常信息提取方面選用主成分分析法進行蝕變異常提取,綜合地質(zhì)特征、構(gòu)造解譯及蝕變異常信息建立撰山子地區(qū)金找礦標志,以選取最有利地區(qū)圈定找礦預測遠景區(qū),并進行野外實地調(diào)查及采樣來驗證基于OLI遙感影像找礦技術在金找礦預測方面的輔助作用。

1 數(shù)據(jù)、研究區(qū)及典型礦床

1.1 數(shù)據(jù)選取

撰山子地區(qū)遙感數(shù)據(jù)收集了2017年6月1日的Landsat 8 OLI數(shù)據(jù),景號122/31,該數(shù)據(jù)在撰山子地區(qū)內(nèi)無積雪,無云蓋,且地質(zhì)體出露明顯。

1.2 研究區(qū)地質(zhì)特征

撰山子地區(qū)位于赤峰—開源深大斷裂以北,華北克拉通與興蒙造山帶結(jié)合部位[20-21]。出露的地層由老到新依次為古元古界、奧陶系—志留系、二疊系、侏羅系、白堊系及第四系,如圖1所示。斷裂主要有東西向斷裂、北東向斷裂、北西向斷裂及近南北向斷裂[22]。巖漿活動頻繁,以花崗質(zhì)巖漿活動最為強烈。其中,燕山期花崗巖體與金礦化具有密切的關系[23],含礦巖體侵入中生代海相-陸相沉積巖系,形成了撰山子、金廠溝梁、安家營子等多個大中型金礦床。

1.3 典型礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)典型礦床為撰山子金礦床,礦區(qū)內(nèi)出露地層為二疊系、侏羅系及第四系,如圖2所示。礦區(qū)以發(fā)育北西向斷裂、北東向斷裂、近東西向斷裂為主,其中北西向斷裂是主要的控礦斷裂[23]。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖具有多期次侵入特征,包括白堊紀細?；◢弾r、花崗斑巖,二疊紀—三疊紀閃長巖。

1—第四系 2—白堊系 3—侏羅系 4—二疊系 5—奧陶系—志留系 6—古元古界 7—早中生代斑狀二長花崗巖 8—中粗粒二長花崗巖 9—細粒二長花崗巖 10—晚中生代花崗巖 11—晚古生代花崗斑巖 12—古生代花崗巖 13—古生代閃長巖 14—酸性巖脈 15—石英脈 16—煌斑巖脈 17—基性巖脈 18—斷裂 19—推測斷裂 20—構(gòu)造破碎帶 21—地質(zhì)界線 22—金礦床(點)圖1 撰山子地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻[23-24]修改)

1—第四系 2—侏羅系 3—二疊系 4—白堊紀細?；◢弾r 5—白堊紀花崗斑巖 6—二疊紀—三疊紀閃長巖 7—霏細巖 8—礦體 9—地質(zhì)界線 10—推測斷裂 11—斷裂圖2 撰山子金礦地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻[21,25]修改)

2 處理方法及蝕變提取

2.1 數(shù)據(jù)處理

為提高圖像精度及反映構(gòu)造地貌特征,需對獲取的影像數(shù)據(jù)進行預處理,如校正、融合、裁剪、波段選取等,采用GS(Gram-Schmidt)法融合處理,GS法對Landsat 8 OLI遙感具有最好的光譜保真度[28]。本研究根據(jù)Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)的波段特征和前人應用經(jīng)驗及地質(zhì)解譯目的,結(jié)合該區(qū)的影像特征,經(jīng)最佳波段分析后選取B7B5B3波段融合以增強區(qū)域構(gòu)造信息。

Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)在獲取過程中會受到如搭載平臺、傳感器誤差、太陽高度角、地形及植被覆蓋、大氣分子和氣溶膠散射等因素影響,導致測量值與地物本身的光譜反射率存在誤差。為消除或修正輻射畸變,得到真實的地物反射率,需對原始影像數(shù)據(jù)進行校正,通常包括傳感器校正和大氣校正2類[7]。上述處理使用ENVI 5.1軟件的輻射定標和FLAASH大氣校正模塊。

經(jīng)上述處理后的圖像上仍含有植被、水體、道路等非地質(zhì)因素,這些因素會對蝕變信息的提取產(chǎn)生干擾,用植被提取及水體提取相應信息并采用掩膜遮罩來避免此類因素的干擾。

1)植被提取方法:利用歸一化植被指數(shù)(NDVI),提取植被信息,并建立掩膜。其計算方法見式(1):

NDVI=(Band5-Band4 )/(Band5+Band4)

(1)

式中:Band5、Band4為第5、第4波段反射率。

采用NDVI>N作為判據(jù)消除植被干擾,N取值0.225左右。

在傳統(tǒng)印象中，校園內(nèi)交通空間只用來連接上下層或各單元，常常以封閉型的交通空間形式呈現(xiàn)，典型表現(xiàn)為走廊和封閉樓梯間組成水平交通與垂直交通。但在密集的城市環(huán)境中，校園交通空間汲取了城市動態(tài)發(fā)展與多功能集聚的傾向，漸漸被賦予更多的功能。尤其是在用地面積有限的校園空間中，多種功能空間是與交通空間相互兼容并有機結(jié)合，使交通空間不僅僅只是連接區(qū)域，而是逐漸形成了多層次、多要素的動態(tài)開放系統(tǒng)。因此教育建筑內(nèi)交通空間的交往性設計、教學性設計越來越受到關注[12]。

2)水體提取方法:利用歸一化水體指數(shù)(NDWI),提取水體,并建立掩膜。其計算方法見式(2):

NDWI=(Band3-Band5)/(Band3+Band5)

(2)

式中:Band3、Band5為第3、第5波段反射率。

采用NDWI>N作為判據(jù)消除水體干擾,N取值0.3左右。

2.2 遙感蝕變異常提取

遙感蝕變異常提取眾多方法中的主成分分析法(PCA,Principal Component Analysis)是運用最為廣泛的一種。

主成分分析法使主成分之間的信息沒有重復或冗余[29],達到去除相關、進行特征提取、數(shù)據(jù)壓縮和圖像增強的目的。鐵染和羥基異常對礦化蝕變信息及遙感找礦具有重要指導意義[30],利用主成分分析法提取鐵染和羥基異常。

2.2.1 鐵染主成分分析

選取Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)的Band2、Band4、Band5、Band6 4個波段作為組合波段進行主成分分析,是因為鐵氧化物的特征光譜信息集中在Band2、Band5,Band2(0.4～0.5 μm)和Band5 (0.8～1.0 μm)為吸收峰,Band4(0.63～0.69 μm)無特征吸收從而呈高反射。

對Band2、Band4、Band5、Band6進行主成分分析,結(jié)果如表1所示。

表1 PCA(Band 2、Band 4、Band 5、Band 6)主成分特征向量矩陣

從表1可以看出,主成分PC1主要反映了Band5和Band6;主成分PC2主要反映了Band4和Band5;主成分PC3反映Band6;主成分PC4反映了Band2和Band4。根據(jù)鐵染蝕變礦物的波譜特征,主成分PC4符合鐵染類礦物的波譜特征,因此主成分PC4可作為鐵染異常主分量[28]。

2.2.2 羥基主成分分析

對Band2、Band5、Band6、Band7進行主成分分析,結(jié)果如表2所示。

表2 PCA(Band 2、Band 5、Band 6、Band 7)主成分特征向量矩陣

2.2.3 遙感異常優(yōu)化及分級

遙感異常優(yōu)化使用了3×3中值濾波,中值濾波可以去除異常圖中的孤立異常。

遙感異常等級劃分是根據(jù)標準差的倍數(shù),劃分為一、二、三級異常。

3 結(jié)果與分析

3.1 遙感構(gòu)造解譯

遙感構(gòu)造解譯方法包含直接解譯法、間接解譯法[19]、環(huán)型構(gòu)造解譯法等。依據(jù)上述構(gòu)造的遙感解譯方法,區(qū)內(nèi)遙感構(gòu)造解譯如圖3所示。

1—斷裂 2—解譯區(qū)域性斷裂 3—解譯環(huán)形構(gòu)造 4—解譯斷裂 5—金礦床(點)圖3 撰山子地區(qū)遙感構(gòu)造解譯圖

撰山子地區(qū)遙感影像解譯表現(xiàn)為由北西向區(qū)域性大斷裂所夾持的北東向斷裂、近東西向斷裂構(gòu)成基本構(gòu)造格架。在北西向斷裂形成后,由于后期的多期次構(gòu)造活動和巖漿活動形成了次級斷裂,組成不規(guī)則的網(wǎng)格狀構(gòu)造,經(jīng)巖漿熱液活動,尤其是巖體及巖脈的侵入,在北東向斷裂、東西向斷裂上形成了環(huán)形構(gòu)造。撰山子金礦床礦體分布于環(huán)形構(gòu)造邊緣。

3.2 遙感蝕變異常解譯

經(jīng)遙感蝕變異常提取,顯示撰山子地區(qū)羥基蝕變信息強烈區(qū)主要在北西向斷裂與北東向斷裂的交會部位,呈條狀—串珠狀分布,在金礦(點)床周邊羥基蝕變信息較為豐富。鐵染蝕變信息強烈區(qū)主要沿環(huán)形構(gòu)造呈星散狀分布及沿北西向斷裂帶呈條帶狀分布,在金礦(點)床附近鐵染蝕變信息較為豐富,如圖4所示。總體而言,羥基蝕變與鐵染蝕變的空間關系不顯著[31],但羥基蝕變、鐵染蝕變與金礦床(點)分布吻合度較高,且金礦床(點)均位于二者的疊加部位。

1—鐵染一級異常 2—鐵染二級異常 3—鐵染三級異常 4—羥基二級異常 5—羥基三級異常圖4 撰山子地區(qū)遙感蝕變異常圖

4 討 論

4.1 找礦標志

撰山子金礦床位于東西向斷裂與北北東向斷裂交會處,礦體產(chǎn)出于花崗巖體與二疊系地層接觸部位,受控于北西向斷裂。礦區(qū)周圍存在Au-Ag-Cu-As-Sb-Pb-Zn組成的綜合異常。根據(jù)遙感構(gòu)造解譯圖及遙感蝕變異常圖可以發(fā)現(xiàn)下列特征:①金礦床(點)主要分布于環(huán)形構(gòu)造邊緣;②金礦床(點)附近往往有線性構(gòu)造存在,線性構(gòu)造平行分布或位于環(huán)形構(gòu)造邊緣;③附近侵入巖體的存在是成礦的有利條件;④撰山子金礦床位于北東向線性構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造交會部位,并伴有強鐵染和羥基蝕變。綜上,撰山子地區(qū)金找礦標志特征如表3所示。

4.2 找礦預測

撰山子地區(qū)處于華北地臺北緣興蒙造山帶的造山環(huán)境中,自太古代以來,這一地區(qū)是一個長期的活動帶,經(jīng)歷裂解、碰撞和活動大陸邊緣的增生造山作用,礦床均分布于這些復雜的大型地質(zhì)構(gòu)造帶中,經(jīng)過巖性、應力、變質(zhì)等方面的多期作用和變化,形成金等成礦物質(zhì)的富集區(qū),由于各種作用所產(chǎn)生的熱流體長期作用,使金富集成礦。根據(jù)表3建立的找礦標志,對撰山子地區(qū)進行找礦預測,圈定3處找礦預測遠景區(qū),如圖5所示。

表3 撰山子地區(qū)金找礦標志特征

1—斷裂 2—解譯區(qū)域性斷裂 3—解譯環(huán)形構(gòu)造 4—解譯斷裂 5—找礦預測遠景區(qū)及編號 6—實地驗證位置 7—鐵染一級異常 8—鐵染二級異常 9—鐵染三級異常 10—羥基二級異常 11—羥基三級異常 12—金礦床(點)圖5 撰山子地區(qū)遙感找礦預測區(qū)圖

Ⅰ找礦預測遠景區(qū)位于撰山子南,出露中粗粒二長花崗巖,在燒鍋營子巖體的控制作用下,金礦床分布于巖體周邊特定的空間位置[24],遙感解譯顯示該找礦預測遠景區(qū)位于環(huán)形構(gòu)造內(nèi),具明顯北東向線性構(gòu)造,且環(huán)形構(gòu)造邊緣與線性構(gòu)造重疊位置的鐵染、羥基蝕變異常強烈;在該找礦預測遠景區(qū)通過野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)羥基蝕變異常區(qū)發(fā)育強綠簾石化、硅化蝕變帶,存在弱褐鐵礦化,如圖6-a所示。依據(jù)找礦標志,除存在巖體和構(gòu)造條件外,還發(fā)現(xiàn)圍巖對應蝕變,說明該找礦預測遠景區(qū)附近有金成礦富集的條件,因此具有一定的找礦前景。

圖6 撰山子南綠簾石化、硅化蝕變帶(a)和房身溝褐鐵礦化石英脈(b)及民采坑(c)

Ⅱ找礦預測遠景區(qū)位于房身溝,出露中粗粒二長花崗巖及二疊系地層,遙感解譯顯示該找礦預測遠景區(qū)位于環(huán)形構(gòu)造內(nèi),且環(huán)形構(gòu)造邊緣與線性構(gòu)造重疊位置的鐵染、羥基蝕變強烈,斷裂明顯,前人在環(huán)形構(gòu)造東側(cè)發(fā)現(xiàn)梨樹溝金礦點,野外調(diào)查中在鐵染、羥基蝕變及環(huán)形構(gòu)造疊加區(qū)發(fā)現(xiàn)有褐鐵礦化石英脈出露(如圖6-b所示),并見有民采坑(如圖6-c所示)。因此該找礦預測遠景區(qū)具有較好的找礦前景。

Ⅲ找礦預測遠景區(qū)位于大洼,出露中粗粒二長花崗巖、細粒二長花崗巖、奧陶系—志留系、二疊系及石英脈等,遙感解譯顯示該找礦預測遠景區(qū)位于環(huán)形構(gòu)造及其邊緣,具明顯北東向線性構(gòu)造,且環(huán)形構(gòu)造邊緣與線性構(gòu)造重疊位置的鐵染、羥基蝕變強烈;該區(qū)野外調(diào)查中選取鐵染、羥基蝕變強裂與環(huán)形構(gòu)造及線性構(gòu)造疊加區(qū),以及脈巖發(fā)育地區(qū),見一北西向構(gòu)造破碎帶,其中韌性剪切帶發(fā)育,發(fā)育強褐鐵礦蝕變,如圖7所示。依據(jù)區(qū)內(nèi)找礦標志,大洼具有良好成礦條件,且存在地表直接礦化現(xiàn)象,故該遠景區(qū)內(nèi)具有較好的找礦前景。

圖7 大洼構(gòu)造破碎帶

5 結(jié) 論

1)選取Landsat 8 OLI影像,利用主成分分析法,提取了撰山子地區(qū)的羥基、鐵染蝕變信息。結(jié)果顯示,撰山子地區(qū)羥基、鐵染蝕變強烈,主要沿北西向斷裂和北東向斷裂交會部位及環(huán)形構(gòu)造附近分布,與區(qū)內(nèi)已有金礦(點)床分布一致;鐵染蝕變信息與羥基蝕變信息空間關系不明顯,但金礦化均位于二者疊加部位。

2)綜合構(gòu)造解譯、遙感蝕變信息及區(qū)域與撰山子地區(qū)地質(zhì)特征,建立撰山子地區(qū)金找礦標志,依此圈定3處找礦預測遠景區(qū)。經(jīng)實地調(diào)查,撰山子地區(qū)具有較好的找礦潛力,基于Landsat 8 OLI影像提取的信息均有地表構(gòu)造及蝕變的驗證。

3)在撰山子地區(qū)通過遙感信息提取及解譯建立的找礦標志是可信的,依此圈定的找礦預測遠景區(qū)仍需要結(jié)合地物化綜合信息及實地情況進行進一步驗證。