帕力旦·麥麥提，卡德麗亞·卡合熱曼

（新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830046）

Landsat8OLI數(shù)據(jù)在礦化蝕變信息提取中的應(yīng)用
——以吐拉蘇地區(qū)為例

帕力旦·麥麥提*1，卡德麗亞·卡合熱曼2

（新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830046）

遙感蝕變信息的提取是利用遙感手段找礦的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，蝕變信息的提取可以為野外地質(zhì)找礦提供重要靶區(qū)。以吐拉蘇礦集區(qū)為例，基于圍巖礦化蝕變理論，應(yīng)用RS、GIS技術(shù)對(duì)Land?sat8OLI遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、彩色合成、鑲嵌、裁剪、掩膜（去除植被，水體干擾）等預(yù)處理。參考研究區(qū)地質(zhì)圖、礦產(chǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫等地學(xué)數(shù)據(jù)，結(jié)合ENVI5.1遙感圖像處理軟件提取研究區(qū)域內(nèi)遙感蝕變信息，并劃分為3個(gè)等級(jí)，為該地區(qū)的找礦工作提供參考。

Landsat8OLI；遙感數(shù)據(jù)；主成分分析；蝕變異常；新疆

傳統(tǒng)的找礦手段在找礦中的地位至關(guān)重要，而遙感技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用（地質(zhì)構(gòu)造、圍巖蝕變等宏觀地質(zhì)信息的提?。┛梢宰鳛閭鹘y(tǒng)找礦手段的有力補(bǔ)充。遙感蝕變信息是蝕變巖(帶)在遙感影像反映出來的一種綜合光譜信息。在熱液作用的影響下，使礦物結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和構(gòu)造發(fā)生變化的巖石，由于它們經(jīng)常見于熱液礦床的周圍，故稱為蝕變圍巖。

圍巖蝕變信息是重要的找礦標(biāo)志，圍巖的劇烈而較大范圍的蝕變常常與大礦及富礦石的生成互為隸屬，大型特大型內(nèi)生熱液礦床一般均有強(qiáng)烈且較大范圍的圍巖蝕變，分布廣泛。因而對(duì)遙感影像中波譜響應(yīng)特征及提取方法的研究已成為主要的找礦手段。

1983年,劉燕君使用MSS磁帶,選擇角閃斜長(zhǎng)片麻巖、磁鐵石英巖以及常見的植被為3種目標(biāo)地物，成功增強(qiáng)了礦化蝕變異常信息[1]，1997年,馬建文提出了TM掩膜+主成分變換+分類識(shí)別提取礦產(chǎn)弱信息方法,2000年，劉素紅、馬建文等利用Gram-schmidt投影方法在高山區(qū)提取了TM數(shù)據(jù)中的含礦蝕變帶信息[2]。本文利用吐拉蘇地區(qū)的Landsat8OLI、DEM影像數(shù)據(jù)，結(jié)合前人資料，采用遙感信息提取技術(shù)進(jìn)行蝕變信息的提取，為在找礦前景好、自然條件差的新疆西天山地區(qū)快速識(shí)別與預(yù)測(cè)具有戰(zhàn)略意義的成礦遠(yuǎn)景區(qū)提供一定的幫助。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地理位置上位于西天山北段，研究區(qū)總共面積約1650km2。該研究區(qū)位于中國(guó)新疆天山造山帶西北部。由于該地區(qū)地處天山巨型金成礦帶內(nèi),南北分別為伊犁盆地和準(zhǔn)噶爾盆地,西有穆龍?zhí)捉鸬V代表的南天山成礦帶。吐拉蘇地區(qū)有大型金礦(阿希金礦)和多個(gè)礦化區(qū),被認(rèn)為是具有巨大成礦潛力的地區(qū)。研究區(qū)位于博羅科努早古生代島弧的西段部分，區(qū)域構(gòu)造線為北西西—南東東向。其北緣以科古琴山南坡大斷裂為界與賽里木地塊毗鄰，南緣以伊犁盆地北緣斷裂為界與伊犁晚古生代裂谷相連。研究區(qū)內(nèi)巖漿巖包括早古生代火山活動(dòng)和晚古生代火山—侵入活動(dòng)2大構(gòu)造巖漿旋回產(chǎn)物；巖漿活動(dòng)始于中奧陶世而結(jié)束于晚石炭世。其中，早古生代時(shí)期僅表現(xiàn)在中奧陶統(tǒng)和上志留統(tǒng)中發(fā)育有火山；晚古生代時(shí)期，巖漿活動(dòng)僅限于石炭紀(jì)，火山巖廣布，侵入巖體發(fā)育，如圖1所示。

2 遙感數(shù)據(jù)處理

2.1 遙感數(shù)據(jù)選取

OLI陸地成像儀包括9個(gè)波段，多光譜分辨率30m，全色波段15m，成像寬幅為185km×185km。為了避免大氣吸收特征，OLI對(duì)波段進(jìn)行了重新調(diào)整，比較大的調(diào)整是Band5(0.845～0.885μm)，排除了0.825μm處水汽吸收特征；OLI全色波段Band8波段范圍較窄，這種方式可以在全色圖像上更好區(qū)分植被和無植被特征，2個(gè)新增的波段：藍(lán)色波段(band1;0.433～0.453μm)短波紅外波段(band9;1.360～1.390μm)如表1所示。

表1 OLI數(shù)據(jù)介紹圖

2.2 遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文利用Landsat8OLI遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行蝕變異常信息的提取。首先對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、FLAASH大氣校正、數(shù)據(jù)裁剪、鑲嵌等預(yù)處理。蝕變信息在影像中表現(xiàn)為弱信息，容易受云植被、河流、湖泊、冰川等強(qiáng)信息的干擾，采用有效方法將這些干擾因子去除是保證礦化蝕變信息提取準(zhǔn)確度的前提。

使用ENVI軟件5.1版本中提供的模塊，第一步對(duì)OLI數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)。輻射定標(biāo)的主要目的是將不同太陽高度照射的不同日低距離的圖像的象元亮度值，標(biāo)準(zhǔn)化到假設(shè)太陽頂時(shí)的象元亮度值。第二步，通過FLAASH模塊對(duì)輻射定標(biāo)出的結(jié)果進(jìn)行大氣校正，其目的是去除大氣散射的影響。第三步進(jìn)行遙感圖像的鑲嵌和裁剪工作，以及圖像增強(qiáng)和相關(guān)拉伸處理。最終獲得的研究區(qū)的遙感圖。

2.3 干擾信息的去除

干擾的去除應(yīng)根據(jù)地物在不同波段下不同的波譜特征而選擇不同的處理方法。其目的在于有效提取蝕變信息。本文以選用ENVI5.1提供的掩膜模塊對(duì)研究區(qū)的水體和植被信息進(jìn)行掩膜處理，從而去除對(duì)蝕變提取的影響。

3 研究區(qū)蝕變信息提取分析

礦物在不同條件下，反射出來的波普有一定的特征。然而，通過礦物反應(yīng)出來的特征和所反射出來的波譜特征以及吸收譜帶特點(diǎn)，總結(jié)出來的結(jié)果是：礦物在反射光譜特征中的主導(dǎo)因素不是礦物所包含的主要因素所決定，而是主要由巖石中為數(shù)不多的次要礦物決定。造巖礦物在可見光——近紅外光譜產(chǎn)生反射譜帶，但通過研究發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的反射譜帶沒有鑒定意義。本文所提出的蝕變異常信息有鐵染異常和羥基異常。

含鐵礦物若主要吸收譜帶位于TM4和TM1波段，那么該類巖石中含量較少的是多量的是Fe2+，含量較多的是Fe3+。TM3波段的電磁波跟該類巖石的反射波長(zhǎng)相當(dāng)長(zhǎng)，那么該類巖石中若含大量的Fe2+、而含量較少的元素是Fe3+。羥基的吸收譜帶主要在2.2μm，2.3μm的波長(zhǎng)中含羥基（OH-）產(chǎn)生、其主要原因在于OH-在2.2～2.3μm附近存在羥基帶——強(qiáng)吸收谷水，所產(chǎn)生的羥基帶，使該波普產(chǎn)生低值。然而波普帶產(chǎn)生的低值印象波段，使得TM5產(chǎn)生高值。對(duì)于含碳酸根礦物（CO32-）在1.9μm、2.0μm、2.16μm三處波普帶特征較弱的。吸收特征明顯的波普帶主要在1.9～2.55μm，然而，碳酸根譜帶較強(qiáng)的主要在2.35μm和2.55μm兩個(gè)波長(zhǎng)處。對(duì)于(H2O)水礦物來說，其主要的波普特征吸收帶反應(yīng)較明顯的是在1.4μm和1.9μm處。礦物反射波普特征如圖2所示。

圖2 反射率對(duì)比圖

鐵染、羥基蝕變信息的提?。哼b感探測(cè)的是地表物質(zhì)的光譜信息，因此只要有一定面積的蝕變巖石出露,就有可能測(cè)出[4]。提取蝕變遙感異常信息的方法很多，常用的有波段比值法、主成分分析法、光譜角度匹配法以及它們的混合法[5]。

運(yùn)用ENVI5.1軟件，采用主成分分析法提取鐵染、羥基異常信息。鐵染蝕變異常信息提取采用PCA2456，判斷準(zhǔn)則是：該分量的特征向量，其OLI4系數(shù)應(yīng)與OLI2及OLI5的系數(shù)符號(hào)相反，用OLI2、OLI4、OLI5、OLI6等4個(gè)波段進(jìn)行主成分分析。

羥基蝕變異常信息提取采用PCA2567，判斷準(zhǔn)則是：該分量的特征向量，其OLI6系數(shù)應(yīng)與OLI7及OLI5的系數(shù)符號(hào)相反，用OLI2、OLI5、OLI6、OLI7等4個(gè)波段進(jìn)行主成分分析。利用OLI2、OLI4、OLI5、OLI6波段進(jìn)行主成分分析，得到的向量矩陣如表2和表3所示。 羥基（OH-）結(jié)果圖如圖3所示，鐵染蝕變(Fe2+)的結(jié)果如圖4所示。

表2 OLI2，OLI4，OLI5，OLI6主成分分析向量矩陣

表3 OLI2、OLI5、OLI6、OLI7主成分分析向量矩陣

圖3 羥基異常信息提取結(jié)果圖

圖4 鐵異常信息提取結(jié)果圖

4 野外驗(yàn)證

經(jīng)過野外實(shí)地驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)在上述處理所得的蝕變信息異常區(qū)內(nèi)，有已知的礦床與提取的蝕變信息相吻合。

5 結(jié)語

遙感異常信息提取要考慮蝕變遙感異常與已知礦床、礦(化)點(diǎn)的吻合性,與區(qū)域成礦規(guī)律、成礦特征的吻合性。本文以RS和GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)遙感影像進(jìn)行相關(guān)處理，始終把干擾信息的去除作為增強(qiáng)蝕變異常信息的重要手段。結(jié)合前人資料以及已知礦點(diǎn)的分析，獲得了較為滿意的結(jié)果。遙感技術(shù)找礦還需與其他學(xué)科進(jìn)行結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可以獲得多快好省的找礦效果。

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2016-02-26

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帕力旦·麥麥提（1990-），女（維吾爾族），新疆庫爾勒人，新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：造山帶、火山巖與成礦。