悅永崢，張廷斌,2，易桂花,3，別小娟，郭 箐，汪子義

（1. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；2. 地學(xué)空間信息技術(shù)國(guó)土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059；3. 中國(guó)科學(xué)院水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610059；4. 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 四〇三地質(zhì)隊(duì)，四川 樂(lè)山614200）

色那地區(qū)高光譜數(shù)據(jù)蝕變礦物提取及特征分析

悅永崢1，張廷斌1,2，易桂花1,3，別小娟1，郭 箐4，汪子義1

（1. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；2. 地學(xué)空間信息技術(shù)國(guó)土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059；3. 中國(guó)科學(xué)院水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610059；4. 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 四〇三地質(zhì)隊(duì)，四川 樂(lè)山614200）

以西藏班公湖-怒江成礦帶西段多不雜礦集區(qū)東部的色那有利成礦區(qū)為研究區(qū)，基于Hyperion高光譜遙感數(shù)據(jù)，開(kāi)展蝕變礦物提取研究；提取出褐鐵礦、綠泥石和高嶺土3類地表蝕變礦物波譜端元，并利用光譜角填圖方法進(jìn)行填圖。野外驗(yàn)證結(jié)果顯示，填圖結(jié)果與野外調(diào)查基本吻合，礦物分帶特征明顯，并根據(jù)蝕變礦物分布情況劃定了2個(gè)斑巖型礦床重點(diǎn)勘查區(qū)。

班公湖-怒江成礦帶；Hyperion；高光譜遙感；蝕變礦物；色那地區(qū)

西藏班公湖-怒江（簡(jiǎn)稱班-怒）成礦帶是位于我國(guó)西藏的一條重要斑巖銅礦成礦帶，在近年來(lái)的地質(zhì)找礦工作中取得了重大突破，特別是成礦帶西段改則縣境內(nèi)的找礦工作更是取得了令人意想不到的成績(jī)[1]。多龍礦集區(qū)是該地區(qū)較為重要的銅多金屬礦集區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)有多不雜、波龍等多個(gè)典型礦床[2]。

遙感地質(zhì)技術(shù)的蓬勃發(fā)展在地質(zhì)工作中占據(jù)了重要地位，特別是對(duì)典型礦床的發(fā)現(xiàn)和更加深入地研究有著深遠(yuǎn)的推動(dòng)意義[3-5]?？蒲泄ぷ髡邔?duì)多龍礦集區(qū)已進(jìn)行了大規(guī)模的遙感地質(zhì)工作，別小娟[6]利用ETM+、TM、Aster等數(shù)據(jù)對(duì)礦集區(qū)進(jìn)行了蝕變信息提取和成礦預(yù)測(cè)，代晶晶[7]、胡紫豪[8]基于Aster數(shù)據(jù)對(duì)多不雜斑巖銅礦區(qū)蝕變信息進(jìn)行了分析研究。然而，前人主要運(yùn)用TM、ETM+和Aster等影像為多光譜數(shù)據(jù)，研究結(jié)果存在一定的局限性。20世紀(jì)末高光譜遙感技術(shù)逐步從實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)入實(shí)用階段，光譜分辨率提高到10 nm是其重要標(biāo)志。此類數(shù)據(jù)有較高的地表物質(zhì)辨別能力，能較好地探測(cè)具有診斷光譜吸收特征的地物，在提取遙感蝕變信息過(guò)程中可將蝕變信息具體到特定礦物[9,10]。尤其是Hyperion數(shù)據(jù)幾乎包含所有蝕變礦物的波譜特征，使得數(shù)據(jù)的蝕變礦物提取能力得到進(jìn)一步提升[11]。

鑒于此，本文選取西藏班-怒成礦帶色那地區(qū)為研究區(qū)，運(yùn)用Hyperion高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行礦物蝕變信息提取與研究，并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況圈定重點(diǎn)勘查區(qū)，為野外勘查工作提供線索和找礦依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

西藏多龍礦集區(qū)位于班-怒結(jié)合帶西段、羌塘-三江復(fù)合板片南部，屬于阿爾卑斯-喜馬拉雅成礦帶組成部分。區(qū)內(nèi)有多個(gè)銅金多金屬礦床，主要包括多不雜、波龍、尕爾窮、拿頓和那若等，多為斑巖型礦床[12]；區(qū)內(nèi)地層出露較為簡(jiǎn)單，主體建造為中侏羅系曲色組（J2q）、色哇組（J2s）的濱海相碎屑巖建造，另有石炭系、二疊系、三疊系、白堊系等地層不同程度出露，第四系主要出露于山間河谷[13]；區(qū)內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，主要包括花崗閃長(zhǎng)玢巖、輝綠玢巖、玄武安山巖等[6]，構(gòu)造以北東向、北西向及近東向?yàn)橹鱗14]。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

Hyperion傳感器搭載于EO-1衛(wèi)星。該衛(wèi)星由美國(guó)國(guó)家航空航天局于2000年11月發(fā)射升空[15]，軌道高度705 km，傾角為98.7°，其目的是為了與Landsat7參數(shù)接近，使2顆衛(wèi)星圖像可以重疊，以便進(jìn)行比對(duì)。Hyperion數(shù)據(jù)共包含242個(gè)波段，光譜范圍355～2 577 nm，光譜分辨率為9.6 nm，空間分辨率為30 m，每景覆蓋7.5 km×80 km，可提供可見(jiàn)光-近紅外、短紅外的連續(xù)窄波段光譜數(shù)據(jù)[10]。地表蝕變礦物波譜特征主要集中表現(xiàn)在2 000～2 500 nm，Hyperion數(shù)據(jù)完全覆蓋此波譜區(qū)間[16-18]，能滿足礦物填圖要求。本研究使用Hyperion L1R數(shù)據(jù)（EO1H1430372004304110PZ），時(shí)相為2004-10-30。

2.2 Hyperion數(shù)據(jù)預(yù)處理

Hyperion數(shù)據(jù)在生產(chǎn)過(guò)程中已進(jìn)行了相應(yīng)處理。然而，數(shù)據(jù)中仍然有大量異常像元存在，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成很大影響。因此，必須對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理才能使用，流程如圖1所示。

圖1 預(yù)處理流程圖

Hyperion數(shù)據(jù)共有242個(gè)波段，但并非所有波段都作了輻射定標(biāo)，剔除未定標(biāo)波段重新組合，剩余波段為8～57、77～224。其中波段56～57與波段77～78重合，但是波段77～78比波段56～68噪音大，一般選用波段56～57。因此新生成圖像包括波段為8～57和79～224，共有196個(gè)波段[19]。此外，重組波段中有些受水汽影響較大[20]，且這些波段中極少包含對(duì)本研究有用信息，因此將其剔除。波段選取情況見(jiàn)表1、表2。

表1 被剔除波段及其波長(zhǎng)范圍

表2 保留波段及其波長(zhǎng)范圍

Hyperion數(shù)據(jù)在提供給用戶時(shí)已完成了定標(biāo)，但通常會(huì)將VNIR波段乘以40，SWIR波段乘以80，以方便儲(chǔ)存。在預(yù)處理過(guò)程中，需將數(shù)據(jù)像元值換算成絕對(duì)輻射值，即分別將可見(jiàn)光-近紅外和短紅外波段除以比例因子40和80，合并后得到絕對(duì)輻射值數(shù)據(jù)[21]。傳感器在定標(biāo)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些不可避免的錯(cuò)誤和誤差，所以在Hyperion L1R數(shù)據(jù)中存在一些異常數(shù)據(jù)，通常稱為壞線[22]。對(duì)保留波段逐個(gè)進(jìn)行壞線篩查并將其修復(fù)，見(jiàn)表3。

表3 壞線波段及其列號(hào)

Hyperion光譜儀系統(tǒng)中CCD電荷耦合器件的排列方式是垂直于軌道方向，采用推掃式對(duì)地進(jìn)行觀測(cè)。由于傳感器對(duì)光譜的響應(yīng)值存在差異，因此在多數(shù)波段上存在豎向條紋，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量及圖像應(yīng)用[23]。針對(duì)此研究區(qū)影像條紋分布特點(diǎn)，綜合各種條紋去除方法，最終選取全局條紋去除法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行條紋去除[24]。

大氣校正在預(yù)處理過(guò)程中最為重要，其目的是獲得地表的真實(shí)物理模型參數(shù)。本次研究運(yùn)用ENVI中FLAASH模塊對(duì)影像進(jìn)行大氣校正[25,26]。最后，以1∶50 000地形圖為基準(zhǔn)，選取15個(gè)控制點(diǎn)，運(yùn)用雙線性內(nèi)插法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正。

2.3 高光譜礦物填圖

2.3.1 端元波譜獲取

作為高光譜分類、地物識(shí)別等過(guò)程中的參考波譜，端元波譜的獲取將是實(shí)驗(yàn)結(jié)果精度的決定性因素。本次研究借助純凈像元指數(shù)（PPI）和n維可視化提取出5類端元波譜（圖2），經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)波譜庫(kù)對(duì)比匹配后，最終確定3種礦物（圖3），分別為端元1與綠泥石匹配得分為0.931，端元2與高嶺土匹配得分為0.933，端元4與褐鐵礦匹配得分為0.913。

圖2 端元波譜曲線圖

圖3 純凈像元波譜曲線匹配結(jié)果

綠泥石類礦物類似于氫氧化鎂[Mg3(OH)6]，缺少層間陽(yáng)離子是此類礦物的重要特征，兩層間主要靠靜電力結(jié)合在一起。在Martinez-Alonso研究中發(fā)現(xiàn)，八面體層中Fe和Mg的置換引起綠泥石光譜在2 260 nm和2 320 nm處發(fā)生變化[27,28]；提取出礦物端元波譜吸收特征主要集中在2 250 nm左右。

高嶺土為一種硅酸鹽，屬于含鋁羥基礦物，且常含有一定水分[29]，主要成分化學(xué)式為[Al2Si2O5(OH)4]。Hunt的實(shí)驗(yàn)表明，高嶺土在1 357 nm和1 403 nm處具有中等吸收特征，在1 394 nm和1 413 nm處體現(xiàn)強(qiáng)吸收特征，在2 382 nm處強(qiáng)烈吸收，并在2 160 nm和2 209 nm處有一個(gè)成對(duì)特征吸收譜[27,28]。

含鐵類礦物是研究區(qū)中較為重要的一種礦物，其中褐鐵礦分布較多。褐鐵礦光譜特征一般是在900 nm附近有較強(qiáng)吸收特征，從此特征波長(zhǎng)處開(kāi)始，波譜反射率將會(huì)急速增加，一般到1 400 nm達(dá)到最值，從最高值處波譜反射率逐步降低。由于此類礦物一般含有結(jié)晶水，因此在1 400 nm和1 900 nm處往往受羥基或水的波譜特征影響[27,28]。研究區(qū)內(nèi)褐鐵礦較發(fā)育。

將提取出的3類端元波譜信息與實(shí)驗(yàn)室研究得出的礦物波譜特征進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)波譜特征基本吻合，但在極個(gè)別波譜范圍內(nèi)特征波譜發(fā)生偏移。這是由于在提取純凈端元時(shí)不能保證端元內(nèi)只包含有單一礦物，純凈像元波譜中大多會(huì)存在程度不一的噪音，且在波段選取時(shí)可能會(huì)造成波譜信息缺失。

2.3.2 波譜角填圖（SAM）

SAM是一種常用的填圖方法，填圖時(shí)閾值通常在0.05～0.15之間[30]，此值要根據(jù)實(shí)地情況進(jìn)行選擇。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，此值設(shè)置為0.1較為符合實(shí)際情況，最后將填圖結(jié)果疊加到ETM影像圖上，得礦物分布圖（圖 4）。對(duì)提取結(jié)果進(jìn)行野外驗(yàn)證，在蝕變信息分布范圍內(nèi)均有相應(yīng)礦物分布，野外驗(yàn)證點(diǎn)用星號(hào)表示，并采集野外照片（見(jiàn)圖5、6）。

圖5 野外高嶺土照片

圖6 野外褐鐵礦照片

3 結(jié)果分析

3類礦物主要分布在色哇組與曲色組，與多不雜礦床周圍出露地層基本一致。褐鐵礦分布較為零散，在整個(gè)研究區(qū)分布廣泛。高嶺土分布在研究區(qū)北部與中部的色哇組和曲色組中，北部呈北東向帶狀分布，中部半圓狀分布，與地層展布情況一致。綠泥石主要分布在研究區(qū)南部，在中北部有少量出露，南部分布特征較為明顯，主要呈近東西向條帶狀分布，同斷裂走向，推測(cè)受斷裂控制。此外，褐鐵礦與高嶺土、高嶺土與綠泥石之間存在不同程度的重疊區(qū)。根據(jù)典型斑巖銅礦床常見(jiàn)蝕變礦物分布特征可知，各種礦物之間存在共生組合規(guī)律，如含鐵離子礦物常與粘土類礦物共生，此次實(shí)驗(yàn)中礦物分布符合此類共生規(guī)律。同時(shí)，3類礦物分布由內(nèi)向外顯示出褐鐵礦-高嶺土-綠泥石的蝕變礦物分帶特征，與斑巖銅礦蝕變分帶的似千枚巖化帶-泥化帶-青磐巖化相對(duì)應(yīng)（圖7）。

圖7 蝕變分帶圖

研究區(qū)出露有玢（斑）巖，蝕變礦物多圍繞玢巖分布。玢（斑）巖是斑巖型銅金礦成礦巖體，是找礦的直接標(biāo)志。結(jié)合研究區(qū)內(nèi)蝕變礦物分帶和斑巖銅礦典型礦床成礦要素，在研究區(qū)圈定出2個(gè)重點(diǎn)找礦靶區(qū)。

4 結(jié) 語(yǔ)

研究區(qū)表現(xiàn)出褐鐵礦-高嶺土-綠泥石蝕變礦物良好的分帶特征，結(jié)合區(qū)內(nèi)多不雜典型礦床成礦要素，

圈定了2個(gè)找礦靶區(qū)，為尋找多不雜式礦床提供了遙感找礦線索。班-怒成礦帶是西藏自治區(qū)重要成礦帶之一，由于區(qū)內(nèi)自然環(huán)境惡劣，大面積礦產(chǎn)勘查工作難度較大。利用Hyperion高光譜數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)目標(biāo)礦種或礦產(chǎn)類型有針對(duì)性地開(kāi)展蝕變礦物提取工作，

可快速鎖定重點(diǎn)找礦靶區(qū)，提高找礦效率。

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（本刊編輯部）

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B

1672-4623（2016）03-0018-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.007

悅永崢，碩士，主要從事遙感地質(zhì)研究。

2015-05-21。

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41202233）。