Question

相山地区蚀变遥感的主分量分析

Answer 1

遥感蚀变信息是指从遥感数据中提取的可能与成矿围岩蚀变有关的一种量化信息(毛晓长等，2005;张玉君等，2002)。遥感技术在地质与矿产勘查应用领域，蚀变信息的提取与识别是一个重要方面。蚀变岩石与金属矿床有较高的相关性，遥感蚀变异常是矿产资源综合评价与定位预测的一个新的独立参数(杨建民等，2002)。

与金属成矿有关的围岩蚀变种类很多，许多蚀变矿物如高岭石、绿泥石、水云母、碳酸盐等在短波近红外波段具有诊断性强的波谱特征。相山矿田是一个产于火山-侵入杂岩中的热液脉型铀矿田，热液蚀变主要有钠长石化、磷灰石化、绿泥石化、碳酸盐化、萤石化、水云母化、硅化。其中，水云母化是热液蚀变演化的较晚期产物，蚀变强度和规模较大，与铀矿化具密切的成因联系。水云母是含水的白云母，水在1.4μm与1.9μm处具特征的吸收谷，且在2.2μm附近出现由OH伸缩振动模式与晶体振动或摆动振动模式相结合形成的合频(甘甫平等，2004)。利用遥感图像提取含水或OH^-的蚀变矿物，包括水云母的技术日趋成熟，但在植被广泛覆盖的华南地区，包括相山铀矿田，开展蚀变遥感异常信息提取与识别能否达到预期效果，仍在不断探索之中。

4.4.1 数据处理与分析

根据含水矿物的光谱特征，即在5波段形成强反射峰，在7波段(2.2μm附近)为最强吸收带，band5/band7可以增强含水矿物的蚀变信息，即在含水矿物高的地区是高比值，否则相反。相山地区的band5/band7比值图像，总体表现为，第四系和上白垩统红层亮度偏低，而其他岩性区的亮度值偏高但差异不大，这与比值植被指数图像很相似(图4.5)。所以band5/band7比值图像虽然含水矿物的蚀变信息可能得到了加强，但植被信息也得到了加强，使用该比值图像在相山这种植被较发育的地区来提取含水矿物的蚀变信息效果不佳。

图4.5 band5/band7图像与band4/band3图像对比

为了抑制植被信息的影响(Frazer等，1987)，笔者选用band5/band7(反映蚀变信息)和band4/band3(反映植被信息)进行主成分变换，变换后获得表4.8的特征值。表中本征向量表明，KK1与band4/band3相关系数较大，KK2与band5/band7相关系数较大，KK2信息主要来源于band5/band7比值图像信息，也即含水矿物蚀变信息。此外，KK1比KK2所含的信息量要大很多。即第一主分量集中了两个输入比值图像的大部分方差信息，即植被或非蚀变信息;第二主分量突出了输入图像中相关性差的信息，可能含有蚀变信息(图4.6A)。

但第二主分量KK2图像噪声大，小白点密密麻麻，蚀变信息显示的效果并不理想，须做进一步的处理。

张满郎等(1996)等认为，选择较少的有地质意义的波段或进行选择主成分分析，提取含水矿物的蚀变信息的效果不错，其实质是通过扩展与含水矿物有关的band7和band5的光谱反差来提取含水矿物信息，并且其特征向量载荷因子必须同时满足band5与band7强负载荷并具有相反的贡献标志(Loughlin，1991)。在植被覆盖地区，常用band1、3、5、7进行主成分分析来提取蚀变信息(闫积惠等，1996)。

将相山地区ETM⁺数据1、3、5、7波段进行K-L变换后获得表4.9的特征值。表中数据表明，PC3对5、7波段具有较强的负载荷并具有相反的贡献，可用于含水矿物蚀变信息异常提取。该图像(图4.6B)显示，水域具有最高的亮度值，含水矿物包括水云母发育区具有较高的亮度值。

表4.8 band5/band7和band4/band3组合的KL变换特征值

图4.6 相山矿田不同方法提取的蚀变遥感信息对比图

在对相山矿田ETM⁺数据1、3、5、7波段进行K-L变换后，笔者还对1、4、5、7波段进行了K-L变换(表4.10)，结果是第4主成分PP4符合含水矿物蚀变信息提取的条件。PP4图像(图4.6C)显示的水域或含水矿物发育区与PC3图像具有较好的对应关系，但PP4图像显示的水域呈最低的亮度值，含水矿物发育区呈较低的亮度值。

表4.9 band1、3、5、7组合的KL变换特征值

表4.10 band2、4、5、7组合的K-L变换特征值

为了获得更好的图像目视效果，对KK2、PC3、PP4进行RGB合成，在合成图像中，黄绿色即为水域或含水矿物蚀变异常区域(图4.6D)。

4.4.2 讨论及地质意义

遥感数据中提取蚀变遥感异常信息速度快、花钱少、处理面积大、人为干扰因素少，能够直接反映地表的矿化蚀变信息，是一种多快好省的技术方法。但是，对于多光谱如TM和ETM⁺图像，由于波段带宽较大(100～200μm)，蚀变岩石与背景岩石的波谱差异，由于宽波段光谱区间的平均效应而弱化，再加上地表土壤、植物等的影响，蚀变信息一般在遥感图像上仅作为一种弱的信号存在于图像中。

同时，不同类型和不同强度的蚀变在TM或ETM⁺等宽波段图像上一般都表现为一种综合效应，常用的信息增强和提取方法，一般都作为一个整体在图像上将其与背景区别开来，而无法窥视有关蚀变带内部结构和组成的细节信息。

相山矿田植被发育，通过上述步骤的主成分分析，基本消除了植被的影响，所提取的相山矿田含水矿物蚀变遥感异常明显，有的产于第四系，有的产于加里东或燕山期花岗岩分布区，有的产于火山-侵入杂岩(主要是碎斑熔岩)中，如相山矿田的北西部，还有的产于基底变质岩中，如矿田的北部西端。第四系分布区的蚀变遥感异常，可能是水域或土壤中粘土矿物含量较高引起的;花岗岩中的蚀变遥感异常则可能是以高岭石为主的粘土矿化引起的;火山-侵入杂岩(碎斑熔岩)中的含水矿物蚀变遥感异常，根据相山矿田热液蚀变发育的总体特征(Zhang Wanliang et al.，2005)，应是热液水云母化引起的;产于变质岩中的蚀变遥感异常推测也是热液水云母化引起的。经野外调查，验证了上述推断。

水云母化是相山矿田热液蚀变体系的较上部的标志，矿田西部邹家山矿床成矿热液演化特征研究表明，成矿热液早期是一种高化学能量、高温和复杂成分的碱性溶液，形成较深部的碱交代蚀变，晚期热液的性质发生明显变化，向上运移的距离也增大了，萤石-水云母化成为主要的蚀变类型(张万良等，2005)。相山矿田西北部较明显的水云母化，表明其深部可能还有强烈的与铀成矿有关的其他热液蚀变，这也是深部具有成矿潜力的一个重要参数。

综上可见，虽然相山铀矿田位于亚热带气候区，植被发育，但通过ETM⁺数据主成分分析，仍可获得良好的含水矿物蚀变遥感异常信息。其中分布在相山矿田西北部碎斑熔岩中的或变质岩中的蚀变遥感异常是热液水云母化引起的，具有重要的找矿意义。