朱 駿

(浙江水利水電學(xué)院 測繪與市政工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

礦產(chǎn)在社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)程中，是重要的基礎(chǔ)資源，它在國家安全和經(jīng)濟(jì)中的地位十分重要.目前我國經(jīng)濟(jì)正處在高速發(fā)展時期，每年各行各業(yè)需要消耗很多礦產(chǎn)資源，礦產(chǎn)資源需求的增長和其總量的有限形成了一對矛盾.2010年，天然氣，礦物油，F(xiàn)e，Al，Au，Cu，S，Ni，U，B，K，P，Cr，石棉已無法滿足國內(nèi)需求.未來幾年，中國礦產(chǎn)資源的短缺現(xiàn)狀將進(jìn)一步加劇.如果將來礦產(chǎn)資源供應(yīng)中斷，將嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)，社會和國家安全.居安思危，從長遠(yuǎn)看，只有資源有保障了，國家才會安全.因此，加強(qiáng)礦產(chǎn)資源勘查力度十分緊迫.擺在相關(guān)科研工作者和從業(yè)人員面前的一個重要任務(wù)，是怎樣快速開展礦產(chǎn)資源潛力評價和提高找尋新的礦產(chǎn)地的效率，這其中提高礦產(chǎn)地質(zhì)勘查的技術(shù)水平是關(guān)鍵[1].

當(dāng)前，礦產(chǎn)資源勘查手段主要有：地球化學(xué)、地球物理、傳統(tǒng)地質(zhì)和遙感技術(shù).相比于其它三種礦產(chǎn)勘察手段，遙感技術(shù)具有效率高、成本低等特點，能夠迅速的劃定找礦靶區(qū)，為常規(guī)找礦方法指明方向，從而使找礦速度大大加快，使礦產(chǎn)資源短缺的現(xiàn)狀緩解.自20世紀(jì)60年代問世以來，發(fā)展礦產(chǎn)資源的遙感勘查技術(shù)的重要性被世界各礦業(yè)大國所認(rèn)識.伴隨不斷發(fā)展的遙感技術(shù)，各種航空、航天平臺上搭載的對地觀測的傳感器越來越先進(jìn)，技術(shù)參數(shù)不斷提高和改進(jìn)，用于生產(chǎn)和科研的遙感數(shù)據(jù)源選擇余地越來越大，多類型、多平臺的遙感數(shù)據(jù)受到普遍應(yīng)用，并且遙感技術(shù)和地質(zhì)、物化探等勘查技術(shù)的協(xié)同合作也越發(fā)緊密，成為了多技術(shù)、多學(xué)科互相融合的理想平臺.

目前來看，開展相關(guān)的遙感構(gòu)造解譯和遙感蝕變信息提取工作，是遙感技術(shù)在地質(zhì)遙感、礦產(chǎn)資源潛力評價項目中的主要應(yīng)用.其中，遙感蝕變信息提取，憑借計算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)弱地質(zhì)信息的自動提取，是遙感在地質(zhì)工作中比較有特點的一項應(yīng)用，使遙感技術(shù)快速提取成礦信息的特點得以體現(xiàn).比起傳統(tǒng)遙感地質(zhì)構(gòu)造解譯工作，使遙感找礦效率高的優(yōu)勢更能展現(xiàn)[1].

遙感蝕變信息，即指從遙感數(shù)據(jù)中提取的、和成礦圍巖蝕變礦物可能相關(guān)的一種量化遙感找礦信息.作為當(dāng)前礦產(chǎn)資源潛力評價的基礎(chǔ)性參量，它由平面空間連續(xù)無縫采集的一定區(qū)域內(nèi)的波譜數(shù)據(jù)生成的，具有較高采樣密度和定位精度，并不受人為因素影響.

五年前，浙江省國土資源廳以加強(qiáng)礦產(chǎn)勘查，實現(xiàn)找礦重大突破為宗旨，組織實施了“751”地質(zhì)找礦工程項目，一共設(shè)立5個老礦山深部及外圍接替資源勘查區(qū)和7個重點勘查區(qū)[1].本次選擇金華羅店-紹興平水勘查區(qū)為對象，在其中的諸暨地區(qū)圈定一個區(qū)域作為研究區(qū)，開展面向?qū)嶋H應(yīng)用的金礦蝕變信息提取應(yīng)用研究.通過實際應(yīng)用，探索在植被干擾區(qū)開展相關(guān)蝕變信息提取的方法，同時也能進(jìn)一步推動遙感技術(shù)在浙江地質(zhì)找礦中的應(yīng)用.

1 研究區(qū)概況

1.1 地理交通概況

本次選擇浙江諸暨市東南約20 km的璜山、石角和大爽村一帶區(qū)域為研究區(qū)，具體地理位置在北緯29.36°～29.60°，東經(jīng)120.15°～120.49°之間，面積約618 km2.研究區(qū)所處的浙江省紹興-諸暨地區(qū)，有比較豐富的金礦資源，已知的小型金礦床、礦點和礦化點星羅棋布，是浙江省主要的黃金產(chǎn)區(qū)之一.在研究區(qū)中，比較有名的金礦有：諸暨市璜山金礦，諸暨市齊村金礦，諸暨市廟下畈金礦，東陽市羅山金礦，諸暨市街亭砂金礦.研究區(qū)具體地理位置(見圖1).

圖1 研究區(qū)詳細(xì)地理位置

1.2 研究區(qū)地質(zhì)背景及遙感影像

研究區(qū)的地質(zhì)情況(見圖2).選用的研究區(qū)ASTER影像數(shù)據(jù)來自全國礦產(chǎn)資源潛力評價項目，影像的時相為2010年7月27日，Level 1B級產(chǎn)品.經(jīng)過幾何精校正、裁剪和FLAASH大氣校正后的研究區(qū)ASTER影像(見圖3).

2 研究區(qū)金礦蝕變信息提取

2.1 金礦蝕變類型

蝕變類型按大類分，主要有羥基類、鐵染類和碳酸鹽化.在每一大類蝕變中，又包含多種細(xì)分的蝕變類型.浙江金礦蝕變類型歸納起來主要有絹云母化、綠泥石化、黃鐵礦化和碳酸鹽化4類[2].其中，絹云母化和綠泥石化屬于羥基類蝕變類型，黃鐵礦化屬于鐵染類蝕變類型.本研究主要針對羥基和鐵染兩大類蝕變類型，和浙江金礦常見的4種蝕變類型，開展研究區(qū)的遙感蝕變提取應(yīng)用研究.

(1)羥基類

羥基類是對以粘土礦物為特征礦物的蝕變類型的統(tǒng)稱，熱液礦床形成過程中形成粘土礦物[1]，羥基是粘土礦物的重要組分.

絹云母化是一種十分普遍的中-低溫?zé)嵋何g變，屬于羥基類蝕變類型，較常見于中-酸性巖漿巖和板巖等富鋁巖石中.比較少見到絹云母巖單礦物.絹云母化的產(chǎn)生過程中，經(jīng)常伴有產(chǎn)生黃鐵礦和石英，所以可稱作絹英巖化，如果黃鐵礦含量大于5%時，就稱作黃鐵絹英巖化.在Au、Pb、Zn、Cu、Mo和Bi等乃至紅柱石、螢石、剛玉等礦床中均可見絹云母化現(xiàn)象.尤其是斑巖型Cu、Mo礦床、黃鐵礦型Cu礦床與多金屬礦床.它一般可以作為尋找中溫?zé)嵋旱V床的標(biāo)志[2].

圖2 諸暨研究區(qū)地質(zhì)圖

圖3 研究區(qū)ASTER第432波段假彩色合成影像

綠泥石化是一種常見中-低溫?zé)嵋呵抑匾奈g變作用，屬于羥基類，是找尋金屬礦的一類重要標(biāo)志.中-基性的巖漿巖，部分酸性巖漿巖和某些泥質(zhì)巖石，是與綠泥石化有關(guān)的主要原巖.在圍巖蝕變這個過程里，綠泥石主要由硅酸鹽礦物(如輝石、黑云母、角閃石等)通過熱液交代蝕變形成[1]，這些硅酸鹽礦物中富含Mg、Fe.亦可由熱液帶來Mg、Fe組分和普通的鋁硅酸鹽礦物混合反應(yīng)而成.很少單獨(dú)出現(xiàn)與成礦作用有關(guān)的綠泥石化，大多數(shù)和別的熱液蝕變作用[1]，比方說黃鐵礦化、絹云母化、碳酸鹽化、硅化、青磐巖化等共生，和它有關(guān)的礦產(chǎn)主要有Pb、Zn、Cu、Ag、Au、Sn與黃鐵礦等[2].

(2)鐵染類

鐵染類是指含F(xiàn)e2+、Fe3+礦物為特征礦物的一類蝕變.Au是親Fe和親S元素，一些Fe的氧化物與氫氧化物，它們一般與Au伴生.因此，對于金礦的預(yù)測，鐵染蝕變有十分重要的意義.

黃鐵礦化屬于鐵染類，在礦化蝕變中，也是重要的一種.它常同金屬硫化物礦床相伴生，尤其是與斑巖型Cu礦床、火成巖型Fe礦床、構(gòu)造破碎帶Au礦床等關(guān)系密切.在中溫?zé)嵋旱V床中，經(jīng)?？梢婞S鐵礦化與絹云母化共生現(xiàn)象，同時發(fā)育非常廣泛.黃鐵礦化一般可以作為尋找中溫?zé)嵋旱V床的標(biāo)志[1，3].

(3)碳酸鹽化

熱液和巖漿作用中，碳酸鹽化是一種經(jīng)常見到的蝕變類型.礦床種類中與碳酸鹽化有關(guān)的不少.按圍巖性質(zhì)和成因來劃分，如產(chǎn)在各種屬于水成巖的碳酸鹽巖石里的Ag、Pb、Zn、Cu、W、Sn、Hg、Sb、Fe、螢石、重晶石和菱鎂礦等礦床.另一類是產(chǎn)在超基性-堿性巖中的礦床，比方說稀土、Nb、Ti和Fe等礦床，這些礦床圍巖的碳酸鹽化很常見，有的甚至形成碳酸巖.第三類是與中-基性、弱酸性巖的碳酸鹽化有關(guān)的礦床，主要如Cu、Zn、Fe、Pb、U和Au等礦床.碳酸鹽礦物種類很多，在交代蝕變巖中所見到的碳酸鹽包括Ca、Mg、Fe、Mn等的各種碳酸鹽，比方說方解石、白云石、菱鐵礦、菱鎂礦、錳菱鐵礦等[1].

2.2 蝕變信息提取

(1)羥基類蝕變提取

采用PCA法ASTER波段1、3、4、(5+6)/2.0提取研究區(qū)的羥基類蝕變信息[4-6].

為了解研究區(qū)植被覆蓋情況，先進(jìn)行研究區(qū)ASTER影像的植被指數(shù)計算，計算結(jié)果(見表1).

表1 研究區(qū)ASTER影像植被指數(shù)(NDVI)統(tǒng)計特征表

從結(jié)果可以看出，研究區(qū)ASTER影像上的植被覆蓋程度中等，且存在云、水體等其它干擾因素.標(biāo)準(zhǔn)偏差0.284 461，說明NDVI值分布相對集中.因此，在進(jìn)行蝕變提取之前，需對研究區(qū)ASTER影像進(jìn)行植被和其它干擾因素的去除，主要采用掩膜的方法.

以研究區(qū)ASTER影像NDVI均值為標(biāo)準(zhǔn)，采用密度分割方法，將NDVI值在0到均值0.657 641之外的像元掩膜去除.即在此范圍內(nèi)的像元，黑色顯示，其余白色顯示，生成一個掩膜文件(見圖4).

圖4 研究區(qū)ASTER影像植被等干擾掩膜效果

ASTER波段1、3、4、(5+6)/2.0主成分分析提取羥基類蝕變異常，研究區(qū)影像經(jīng)處理后，各分量的特征向量值(見表2).

表2 ASTER波段1、3、4、(5+6)/2.0 PCA特征向量表

可以看出，PC4中ASTER3、(5+6)×0.5與ASTER4的系數(shù)符號相反，ASTER4與ASTER1的系數(shù)符號相同，符合羥基類蝕變主分量的判斷標(biāo)準(zhǔn)，故PC4包含了羥基蝕變信息.將羥基類異常分為三級.然后，通過密度分割，得到各級羥基類異常圖.

(2)鐵染類蝕變提取

采用PCA法ASTER波段1、2、3、4提取研究區(qū)的鐵染類蝕變信息[7-11].

ASTER波段1、2、3、4主成分分析提取鐵染類蝕變異常，研究區(qū)ASTER影像經(jīng)處理后，各分量的特征向量值(見表3).

表3 ASTER波段1、2、3、4 PCA特征向量表

可以看出，PC4中ASTER1與ASTER2其特征向量具有相反的貢獻(xiàn)值且高負(fù)載荷，從鐵的波譜反射率曲線上來看，Band1對應(yīng)強(qiáng)吸收谷，Band2對應(yīng)強(qiáng)反射峰.所以，PC4能增強(qiáng)鐵染類蝕變信息.將提取鐵染類蝕變信息分為三級.然后，通過密度分割，得到各級異常圖.

(3)絹云母化蝕變提取

采用SAM法[12]提取研究區(qū)ASTER影像的絹云母化蝕變，使用的參考是圖5波譜的3號曲線.

蝕變類型的光譜曲線均取各代表礦物平均波譜曲線得到，并重采樣到與ASTER影像波譜分辨率一致，得到的參考光譜曲線(見圖5).圖中1號曲線為羥基類蝕變ASTER參考光譜；2號曲線為鐵染類蝕變ASTER參考光譜；3號曲線為絹云母化蝕變ASTER參考光譜；4號曲線為黃鐵礦化蝕變ASTER參考光譜；5號曲線為綠泥石化蝕變ASTER參考光譜；6號曲線為碳酸鹽化蝕變ASTER參考光譜.

圖5 重采樣到ASTER的金礦各蝕變類型參考光譜曲線

閾值分別取0.1、0.15、0.2，得到各閾值下提取的異常圖.SAM閾值<0.1的絹云母化異常占像元總數(shù)的0.01%，SAM閾值<0.15的絹云母化異常占像元總數(shù)的0.24%，SAM閾值<0.2的絹云母化異常占像元總數(shù)的1.17%.

(4)黃鐵礦化蝕變提取

采用SAM法提取研究區(qū)ASTER影像的黃鐵礦化蝕變，使用的參考波譜如圖5的4號曲線所示.閾值分別取0.1、0.15、0.2，得到各閾值下提取的異常圖.SAM閾值<0.1的黃鐵礦化異常占像元總數(shù)的0.005 4%，SAM閾值<0.15的黃鐵礦化異常占像元總數(shù)的0.06%，SAM閾值<0.2的黃鐵礦化常占像元總數(shù)的0.47%.

(5)綠泥石化蝕變提取

采用SAM法提取研究區(qū)ASTER影像的綠泥石化蝕變，使用的參考波譜如圖5的5號曲線所示.閾值分別取0.1、0.15、0.2，得到各閾值下提取的異常圖.SAM閾值<0.1的綠泥石化異常占像元總數(shù)的0.000 1%，SAM閾值<0.15的綠泥石化異常占像元總數(shù)的0.000 5%，SAM閾值<0.2的綠泥石化常占像元總數(shù)的0.009 7%.

(6)碳酸鹽化蝕變提取

采用PCA法ASTER波段1、3、4、8提取研究區(qū)的碳酸鹽化蝕變信息[9].

ASTER波段1、3、4、8主成分分析提取碳酸鹽化蝕變，研究區(qū)ASTER影像經(jīng)處理后，各分量的特征向量值(見表4).

表4 ASTER波段1、3、4、8 PCA特征向量表

可以看出，PC4中ASTER4與ASTER8其特征向量具有相反的貢獻(xiàn)值且高負(fù)載荷，ASTER1與ASTER4的系數(shù)符號相同，因此，PC能增強(qiáng)羥基類/碳酸鹽化蝕變異常信息.將提取蝕變信息分為三級.然后，通過密度分割，得到各級異常圖.

根據(jù)提取的研究區(qū)6種金礦蝕變信息，配上圖名、圖例、比例尺、圖框、相關(guān)地名點等制圖要素，編制出一幅浙江省諸暨研究區(qū)金礦遙感蝕變異常分布圖(見圖6).該圖采用高斯-克呂格投影，投影平面直角坐標(biāo)系，比例尺為1 ∶50 000.

圖6 浙江省諸暨研究區(qū)金礦遙感蝕變異常分布圖

3 蝕變信息提取結(jié)果分析

3.1 提取蝕變指向性較好

提取的各種蝕變信息，在圖上均有集中分布區(qū)域，尤其在各金礦點周圍，能見到各種蝕變信息不同程度的分布.說明提取的蝕變信息指向性較好(見圖7).圖7中，從上到下，從左到右各金礦點為：諸暨市璜山金礦，諸暨市齊村金礦，諸暨市街亭砂金礦，諸暨市廟下畈金礦.在諸暨市璜山金礦范圍內(nèi)，各類蝕變信息分布尤為集中明顯，近礦點位置黃鐵礦化、絹云母化分布更明顯，比較符合實際情況[13].

圖7 各金礦點周圍蝕變信息分布圖

3.2 提取假異常較少

通過對浙江省諸暨研究區(qū)金礦遙感蝕變異常分布圖的觀察，各種提取出的蝕變信息中包含的明顯假異常比較少，這和提取蝕變信息前，已經(jīng)做過掩膜去干擾步驟有關(guān).去干擾做的好，能夠降低蝕變提取結(jié)果出現(xiàn)假異常的概率，增大提取出的蝕變信息的可信度.

3.3 與各種地質(zhì)信息關(guān)系較密切

提取的各種金礦蝕變信息，與構(gòu)造、斷裂帶、斷層等地質(zhì)信息關(guān)系較密切，尤其在礦點周圍(見圖8).圖8為諸暨市璜山金礦周圍蝕變信息和地質(zhì)構(gòu)造信息分布情況.黑色線為地殼拼接斷裂帶或推測性質(zhì)不明斷層，彩色斑塊為各種提取出的蝕變信息，紅色三角形為璜山金礦的大致位置.從圖中可以看出，提取出的蝕變信息多沿斷裂、構(gòu)造破碎帶展開分布，并具有優(yōu)良的分帶性，線性構(gòu)造發(fā)育區(qū)域，也正是幾種蝕變礦物相對集中發(fā)育的地方.

圖8 諸暨璜山金礦附近蝕變信息與構(gòu)造信息的關(guān)系

3.4 提高了工作效率

本次諸暨研究區(qū)金礦遙感蝕變信息提取所用遙感影像數(shù)據(jù)為ASTER，成本低，且采用具體的提取方法主要為PCA和SAM，都能通過現(xiàn)有成熟遙感軟件較為方便的實現(xiàn)，提高了工作效率.

4 結(jié) 論

本次應(yīng)用ASTER遙感影像，在浙江諸暨地區(qū)開展了金礦相關(guān)蝕變信息提取工作，主要應(yīng)用主成分分析法和光譜角匹配法來提取各種蝕變信息，采用掩膜的方法來減輕植被干擾對蝕變信息提取的影響.從最后蝕變信息提取的結(jié)果來看，提取效果不錯.后續(xù)研究應(yīng)用可以采用高光譜Hyperion影像或WorldView-3影像，開展蝕變信息提取工作.也可以嘗試應(yīng)用一些新的提取方法，或改進(jìn)現(xiàn)有方法，以進(jìn)一步加強(qiáng)遙感技術(shù)在實際地質(zhì)找礦工作中的作用.

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