Question

多波谱遥感资料的矿化蚀变信息提取

Answer 1

蚀变是许多矿的重要成矿断标志。遥感资料的多波谱的特点,如美国陆地卫星从MSS四个波段改进为TM的七个波段,特别是新增加的对蚀变矿物有效的TM₇短波红外波段及TM₆热红外波段,使用图像处理来提取矿化蚀变信息提供重要技术保证。

TM资料可识别的蚀变矿物可分为三类:①铁的氧化物、氢氧化物和硫酸盐,包括褐铁矿、赤铁矿、针铁矿和黄钾铁矾。这些矿物的波谱特征如图9-1。②羟基矿物,包括粘土矿物和云母。③水合硫酸盐矿物(石膏和明矾石)和硫酸盐矿物(方解石和白云岩等)这几类蚀变矿物都有自己独特的波谱特征(图9-1,9-2)。铁的氧化物、氢氧化物和硫酸盐在TM_1,2,3波段反射比曲线上升梯度很陡,TM₄波段附近有一个较强吸收带。含羟基矿物在TM₇存在强烈吸收谷,是许多蚀变矿物的重要波谱特征。

对矿化蚀变信息的提取的图像处理最常用的一种方法是彩色合成。含(1)类蚀变矿物的岩石在真彩色合成(TM₃₂₁)图像上呈暗红或暗紫红色。褐铁矿在TM₅₄₂或TM₅₄₃合成图像上,为褐红色。含②③类蚀变矿物的岩石在TM₄₃₂合成图像上为黄色,TM₅₇₁图像上为红或青色。

另一种较常用提取矿化蚀变信息的图像处理技术是比值合成:①TM_3/1,用于识别铁的氧化物、氢氧化物类,包括赤铁矿、褐铁矿及针铁矿;②TM_5/4,在此比值图上,云母和黄钾铁矾的值远大于1,而明矾石和石膏的值远小于1,方解石和粘土矿物类接近于1;③TM_5/7,识别含羟基矿物、水合硫酸盐和碳酸盐,这类矿物在此比值图像上呈亮色调,其值远大于1,但需注意,植被在此比值图上也很亮,需要用别的方法加以区分,如用TM_4/3,植被的TM_4/3值很大,而这类矿物的TM_4/3比值较小(≤1)。

在TM_5/7(红)、TM_3/1(绿)和TM_3/4(蓝)进行彩色合成的图像上,赤铁矿和针铁矿化呈绿至青色,黄钾铁矾呈黄白色,含羟基矿物、水合硫酸盐化岩石呈品红色。由于地质条件的多样性,在实际工作中往往需根据具体情况选择方法,除比值法外,还可选择主组分变换等方法来进行处理。

美国内华达州金场(Goldfield)地区是著名的金和多金属产地。美国地质调查局1974、1979两次作了热液蚀变制图。渐新世开始的粗面岩、石英安粗岩喷发,发育有少数破火山口及环状裂隙。热液蚀变主要存在于中新世第二期的安山岩及英安岩。后来的穹状隆起与剥蚀作用使火山中心及矿体出露地面。蚀变岩呈环状,面积约40km²。矿体主要在金场城西南,面积约2km²(图9-8)。金场地区的蚀变模型是:中部为含矿的硅化带,向外是泥化带。泥化带包括明矾石高岭石亚带,伊利石高岭石亚带和石亚带(自内向外),最外侧则是青磐化带。

1974年Roman等人用MSS对蚀变岩(284个样),未蚀变岩(342个样)的地物波谱测试的结果,得出:①蚀变岩有较高的反射比。②蚀变岩在22μm的最低值区是粘土、明矾石等蚀变矿物引起的。③因而,再用蚀变与未蚀变岩石反射波谱曲线的最大与最小波段的MSS比值(1.6μm/2.2μm),图像将为蚀变岩识别提供依据。并通过4/5(蓝)、5/6(黄)、6/7(品红)的彩色合成图像,把粘土化硅化带及褐铁矿化蚀变区显示出来。

NASA用1984年10月4日Landsat4的TM7个波段遥感资料,对金场地区深入研究。图9-8是1.4-2.5μm波段的几种主要蚀变矿物的波谱曲线。根据这些曲线特征,选择了比值、比值彩色合成,主组分变换,集群分类等方法对该区的TM图像进行了处理。图版61是TM_5/7比值图像,其上高比值即浅色调是蚀变岩的反映,而未蚀变的岩石,在TM₅和TM₇波段的值近于相等,因而比值接近于1,从而相对较暗。TM_3/1比值图像,反映了氧化铁类蚀变矿物,较亮的是蚀变矿物和铁帽,其余的较暗。使用TM_5/7(红)、TM_3/1(绿)和TM_3/5(蓝)合成,则橙色调和黄色调分别代表了蚀变外带和内带,图版15很好地展示了蚀变带的分布,其范围与地质图非常一致。

图9-8 美国金场地区主要蚀变矿物的反射波谱曲线

图9-9 美国金场地区地质图

主成份分析的第二分量中,亮色调与蚀变的分布很一致(图版62),这是由于TM5波段在PC2中有很大的相系数。

对TM六个波段(不用TM6波段)数据进行集群分析,结果如图版16,蚀变岩被分为二类,以红色和橙色表示,野外调查表明,由计算机分类的结果是正确的。

研究表明,Goldfield地区的热液蚀变通过TM图像处理技术可以成功地进行识别,为该区寻找斑岩铜矿提供了依据,指明了找矿方向。研究者在引入与斑岩铜矿有关的热液蚀变模式的基础上,正确选择热液蚀变信息作为卫星遥感找矿的重要标志;在波谱资料分析的基础上,正确选择图像处理方法,增强蚀变信息,是保证这个研究取得成功的关键,也是值得我们借鉴的。

Robert,W.M.等人(1986)在新墨西哥西南部blue Greek盆地内热液蚀变填图中使用TM_5/7进行粘土、云母等含烃基矿物的矿化蚀变区进行圈定。研究使用TM图像进行,主要用TM_5/7波段比值进行圈定。进行波段比值之前,先进行了噪声消除(去条带)和几何投影校正,同时还进行了数据的大气校正。为了消除植被的影响,发展了一种植被掩模技术,将TM₄₃₂波段合成的假彩色图像进行ISH变换,由于植被的鲜红色,因而在色度图像上很容易确定下来,就研究区而言,其值在130-160之间,掩模是含植被像元取0值,其它取1而产生,将TM₅和TM₇波段与掩模相乘产生的图像,所有植被像元为黑色,其它像元保持不变,然后进行比值,这一结果与原来用详细野外信息和辐射测量资料得到的用于识别烃基异常的矿物吸收指数(粘土)相比,两者非常一致。表明在半干旱地区,用TM数据圈定与浅成热液矿床有关的蚀变带是完全可能的。

这二个利用TM图像成功圈定蚀变带的例子,显示了TM图像的优点,这成功很大程度上是由于TM₇波段正好反映了许多蚀变岩的吸收特征,但TM图像的高分辨率和高光谱分辨率也是一个方面,这也显示了,随着遥感技术的发展和应用水平的提高,作为矿产资源勘查的重要手段,遥感和图像处理技术正在显示出其巨大的潜力。