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1、http:/ 利用利用ETM数据进行矿化蚀变信息提取方法研究数据进行矿化蚀变信息提取方法研究1以内蒙古打忽拉地区为例以内蒙古打忽拉地区为例 陈亮，刘文灿，郑新奇中国地质大学（北京）土地科学技术系，北京（100083）E-mail：摘摘 要要：随着遥感技术的快速发展，数字找矿已经成为新的发展趋势。本文利用 ETM 数据以内蒙古打忽拉地区为例进行了矿化蚀变信息提取的方法研究。对矿化蚀变信息提取方法的选择主要基于以下两方面：研究区各种蚀变信息和与之相反的各干扰信息的光谱特征；选择矿化蚀变信息提取的最优波段组合。通过分析研究区成矿条件和蚀变矿物光谱特征，采用“图像掩膜+波段比值+主成分分析+密度分割”
2、的方法提取出矿化蚀变信息，并对提取出的成果进行了评价，为该区成矿预测提供了一定依据。关键词关键词：矿化蚀变，信息提取，遥感图像处理，主成分分析，ENVI 1 前言前言 随着遥感技术的快速发展，遥感与常规地质相结合的找矿方法已经成为了现代找矿技术的主流。近 20 年代来，国内外遥感地质工作者为开发利用这一技术进行了大量卓有成效的试验研究。国外对矿化蚀变信息的提取开始早于国内，早在 1976 年，戈茨就提出了从短红外波段的 1.6m 到 2.21m 之间两波谱带反射率的比值(1.6m/2.2m)可以提供蚀变岩石和未蚀变岩石最大的分辨率。国内这方面的研究工作主要开始于 90 年代。1991 年，赵元
3、洪等提出了波段比值的主成分复合法。1994 年，何国金、胡德永等提出了“微量信息处理”方法。1997 年，马建文提出了“TM 掩模+主成分变换+分类识别提取矿化弱信息法”。1999 年，张远飞等利用“多元数据分析+比值+主成份变换+掩膜+分类(分割)”的方法在新张、内蒙古及江西、云南成功的提取了金矿化蚀变信息1。实际上，矿化蚀变遥感信息提取技术的关键在于解决好以下三个问题：研究区的矿化蚀变类型，以及各种矿化蚀变信息在遥感图像上的光谱特征；研究非蚀变岩、植被和土壤等各种背景及干扰地物在遥感图像上的光谱特征；根据成矿地质分析、波谱特征分析和多元数据分析选择提取矿化蚀变信息的最优波段组合。本文以地处
4、白云鄂博宝昌成矿带东段的内蒙古打忽拉地区为例，在分析区域成矿条件、测试矿床地物光谱特征的基础上，通过图像掩膜、波段比值、主成分分析、密度分割等步骤对上述各方面进行探讨，提取矿化蚀变信息，所提取的成果能为该区成矿预测提供一定依据。2 研究区背景研究区背景 研究区位于华北板块北缘增生带，构造较为复杂，次级断裂、褶皱构造发育，是铜、金多金属矿重要的成矿带，并具有良好的找矿前景。研究区东北部有白乃庙中型铜矿床和石英脉型+蚀变岩型金矿床。此外，区内还发现有铜、镍、铁、钨、萤石等矿化点及重砂和金属 1本课题得到中国地质大学(北京)科研基金项目（编号：2006JJ012）的资助。-1-http:/ 量异常。
5、矿石矿物：金属矿物以黄铁矿、紫硫镍铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、辉铜矿为主；脉石矿物主要为方解石、白云石、次闪石、绿泥石、石英、长石等。研究区中南部有白林地大石头隐伏大断裂通过，沿断裂有多期岩浆和火山活动，出露地层包含白音布拉格组、哈拉霍圪特组以及浅肉红色中细粒含斑二长花岗岩和中细粒斑状二长花岗岩。见图 1。图 1 研究区位置示意图-2-http:/ 3 研究方法研究方法 3.1 数据来源和处理数据来源和处理 本研究选用1999年9月24日Landsat7 ETM+的126031和127031两景数据。数据处理主要在 ENVI4.0 平台上进行。首先进行辐射校正，电磁波在大气层中传输和遥感器测量过程
6、中受到太阳高度角影响以及大气作用等的影响，而导致遥感器测量值与地物实际的光谱辐射率不一致，消除这些依附在辐射亮度中的失真就称为辐射校正。其次几何精校正，几何精校正就是利用控制点进行的校正，在辐射校正的基础上，进一步校正局部性畸变，把图像与地形、地质图相配准，以及不同时相不同类型的图像相配准。进行精校正所使用的控制点应该是作为参考系的标准图像或目标地形图上易于识别的，并且均匀分布2。3.2 遥感矿化蚀变信息提取方法遥感矿化蚀变信息提取方法 根据野外光谱测量,理论上能被ETM图像资料识别的蚀变矿物有三类:铁的氧化物,氢氧化物和硫酸盐。研究区域内主要产铜、金矿以及铁矿，矿区内伴生有绿泥石化、绿帘石化
7、、绢云母化、硅化、角岩化、云英岩化等。3这些蚀变矿物中大都含有羟基（OH-），在 2.2-2.3m（相当于TM7 波段）附近有较强的吸收谱带，即在TM7 波段产生低值，而在TM5 波段有相对的高值；与矿化有关的铁染指数（Fe3+），在可见光波段 0.45-0.52m（相当于TM1）和0.76-0.90m（相当于TM4）波段有强吸收带。波段的选择主要依据上述OH-和Fe3+的波谱特性。一般情况下，通过区调工作及成矿规律的研究可大致把研究区分为绝对有矿区（A）、可能有矿区（B）、绝对无矿区（C）和其他干扰因素（D）四个部分。其中 A 区是指已知矿区，它的地物波谱特征对蚀变信息提取有指导作用，B 区
8、是那些可能有矿或尚无依据断定为无矿的区域，是蚀变信息提取的主要区域，C 区是认为目前肯定无矿的地质体，D 区是指水系和第四系等非地质干扰因素4。显然，矿蚀变信息提取的对象是 A 和 B 区，至于 C、D即使提取出蚀变对找矿也毫无意义。更为重要的是，C、D 区的参与会干扰统计结果，因此我们应该排除绝对无矿地质单元以及非地质干扰因素的影响。针对以上两个方面，本文提出“掩膜+波段比值+复合主成分分析+密度分割”的蚀变信息提取方法，并应用于内蒙古打忽拉地区矿产地质调查中，取得了一定效果。3.2.1 图像掩膜图像掩膜 为提高矿化蚀变信息提取的精度利用图像掩膜技术去除绝对无矿地质单元及成片分布的水系和黄土
9、覆盖区等干扰因素的影响5。具体做法为：利用多边形抽取程序在比值复合图像上提取出可能有矿区多边形图像，并将其赋值 1，而多边形区域以外的图像赋值 0，从而得到一幅新的 2 值图像，最后将它与原 ETM 图像相乘后得到的即去除干扰后的目标图像。3.2.2 波段比值波段比值 在进行铁染信息提取时，考虑到含铁离子的矿物在 TM5 波段强反射，在 TM1 波段强吸收的特点，采用 TM5/TM1 的比值来增强铁染信息。同时，考虑到羟基离子 TM5 波段强-3-http:/ 反射、TM7 波段强吸收的特点，采用 TM5/TM7 的波段比值来增强羟基蚀变异常。3.2.3 复合主成分分析复合主成分分析 采用 T
10、M1345 组合进行主成分分析，目的是为提取铁染信息。若利用含铁离子矿物 TM5波段强反射、TM1 波段强吸收的特点，用 TM5/TM1 替换 TM5，进行复合主成分分析，还能达到消除地形影响的效果。6笔者先对 TM1、3、4 以及 TM5/TM1 进行线性拉伸，然后根据主成分分析的统计结果（表 1），选择了比值波段的最大贡献值所在组分，即 PC2。又因为比值波段在 PC2 上的贡献为负，将其取反后作为铁染异常的主分量。图 2 为铁染复合主成分分析 PC2 图像。表 1 TM1、3、4、5/1 主成分分析特征矩阵 TM1 TM3 TM4 TM5/TM1 PC1 0.481541 0.47995
11、9 0.510416 0.526530 PC2 0.589386 0.291388-0.054849-0.751471 PC3 0.059816 0.487202-0.819542 0.295647 PC4 0.645883-0.668855-0.254593 0.265801 主成分段波 图 2 铁染复合主成分分析 PC2 图像 同样，为增强羟基异常采用 TM1457 组合进行主成分分析。笔者用 TM5/TM7 取代了TM7，再分别线性拉伸，根据主成分分析的统计结果（表 2），选择了比值波段的最大贡献值所在组分，即 PC2。又因为比值波段在 PC2 上的贡献为负，所以将其取反后作为羟基异常的
12、主分量。图 3 为羟基复合主成分分析 PC2 图像。-4-http:/ 表 2 TM1、4、5、5/7 主成分分析特征矩阵 TM1 TM4 TM5 TM5/TM7 PC1 0.482362 0.517417 0.502087 0.497510 PC2 0.321998 0.182426 0.353811-0.858985 PC3 0.806954-0.477093-0.342956 0.059910 PC4 0.111669 0.686574-0.710709-0.105067 主成分段波 图 3 羟基复合主成分分析 PC2 图像 3.2.4 密度分割密度分割 为能更进一步确定蚀变相对集中发育
13、区的位置，还需进行密度分割。蚀变信息一般处在高值空间，所以在进行分割时先保留较高的亮度值范围。密度分割的关键是选择合适的阈值对上述二者的 PC2 图像进行处理，处在阈值范围内的像元赋以特定的颜色，代表蚀变信息。阈值的确定要通过不同值的多次试验得到，用不同阈值所产生的蚀变发育范围不同，其过大或过小都失去研究意义。图 4 是经密度分割后的研究区蚀变信息分布图（红色代表铁染，蓝色代表羟基）。-5-http:/ 图 4 矿化蚀变信息分布图 4 结果分析结果分析 将蚀变信息提取成果对照区域地质图、参考矿产资料后，发现：（1）蚀变信息的空间分布状况大致与地质图上所反映出的线性构造（如断层）空间位置吻合。（
14、2）蚀变信息集中的地段与地质图上所注明的蚀变带位置基本一致。（3）根据区域矿产资料，感兴趣区位于白云鄂博宝昌 Au、Fe、REE、W、Cu、Ni、Pt 成矿带，其内存在重砂和金属量异常。以上三点证明：本次矿化蚀变信息提取是可行的。除此之外还发现：研究区明显存在一处铁染、羟基异常相伴而生（图 5 绿线圈定区域）。综合本区域地质图和矿产资料，通过对比白乃庙中型铜矿床，发现绿线圈定区域的地质特征跟它较为类似，即断层发育、发育有携带大量含矿流体的侵入岩、有适合它的容矿围岩，并且二者地层也同为一时代的浅变质岩7。因此，将绿线圈定范围作为矿调重点工作区。-6-http:/ 图 5 矿化蚀变信息提取成果图
15、5 结论结论 （1）笔者所采用的“掩膜+波段比值+复合主成分分析+密度分割”方法提取研究区矿化蚀变信息效果较相关研究在操作、精度等方面有明显改进。（2）不同区域，不同地质背景，不同蚀变类型甚至于采取不同数据源，矿化蚀变信息提取的最佳波段组合就不同、图像处理方法就不同。（3）认为在交通不便、自然地理条件恶劣、利用常规方法找矿难度较大的地区，利用遥感的方法可以快速高效地圈定各种矿化蚀变异常，圈定成矿远景区，为常规找矿方法指明方向，缩小工作区范围。-7-http:/ 参考文献参考文献 1 荆凤，陈建平矿化蚀变信息的遥感提取方法综述遥感信息2005，2：1-4 2 丰茂森遥感图像数字处理普通高等教育地
16、质矿产类规划教材，2001 3 甘甫平，王润生遥感岩矿信息提取基础与技术方法研究北京：地质出版社，2004 4 杨金中，方洪宾，张玉君等.中国西部重要成矿带遥感找矿异常提取方法研究.国土资源遥感，2003(3)：110-112 5 刘燕君遥感找矿的原理和方法冶金工业出版社，1991 6 王晓鹏，谢志清，伍跃中 ETM 图像数据中矿化蚀变信息的提取以西昆仑塔什库尔干地区为例 地质与资源，2002(2)：119-122 7 张建国，杨自安，胡祥昭等 基于光谱特征的遥感信息提取及成矿预测 矿产与地质，2004(4)：346-349 8 张玉君，曾朝铭，陈薇ETM+(TM)蚀变遥感异常提取方法研究与应
17、用方法选择和技术流程国土资源遥感，2003(2)：44-49 9 杨波，吴德文，陈云浩等矿化信息提取的混合蚀变遥感模型以鹰嘴山金矿区为例国土资源遥感，2005(1)：20-25 10 杨自安，徐国端，邹林等遥感与多元地学信息综合找矿定位预测矿产与地质，2004(4)：343-345 Study on the method of abstraction of the mineralization alternation by using ETM Based on ENVI A case of the Dahula district of Inner Mongolia Chen Liang，Liu
18、 Wencan，Zheng Xinqi Department of Land Science and Technology，CUGB Abstract The choice for the method of abstracting the mineralization alternation information mainly bases on the two aspects below：The spectrum characters of various alternation information and its oppositionfalsity information；To se
19、lect the optimization wave band for abstraction of the mineralization alternation information.Taking the Dahula district of Inner Mongolia for example,the paper does the research on the method of abstracting the mineralization alternation information by using the ETM data.After analyzing the conditi
20、ons of the mineral forming and the spectrum characters of the alternation mineral,the mineralization alternation information has been abstracted by adopting the method“image marking+band ratio+principal components analysis+density slice”.And then appraise the alternation information and it can provide the gist for forecasting the mineral formation.Keywords：Mineralization alternation；Information abstraction；Image processing of Remote Sensing；Principle component analysis；ENVI 作者简介：作者简介：陈亮（1985），男，硕士研究生，现就读于中国地质大学（北京）土地科学技术系，主要从事 GIS、RS 和土地资源管理研究。-8-