Question

遥感异常分析

Answer 1

热液矿床的形成总会伴随有相应的成矿流体活动，由此而形成的地球化学晕和地球物理异常场是成矿过程中的必然产物。而地表岩石地貌、构造地貌以及人眼所不能感知的地质体的地球化学晕和某些地球物理场等特征，均具有较强的光谱敏感性。这种光谱特性属电磁波范畴，在卫星遥感数据上可以得到或隐或现的表现，经过遥感图像的处理能够最大限度地扩大地质体光谱敏感性的差异。因此，通过遥感图像处理方法，可以对各种与成矿有关的矿化蚀变岩石或矿化带进行计算机识别判读；并通过对遥感图像上呈现的“色、线、环”等要素组合的形形色色的线性构造和环形构造的解译和研究，结合地质、物探、化探成果综合分析，有利于查明地表地质构造、地质体分布规律及其与金属矿化蚀变的空间关系，进而在成矿理论的指导下达到找矿的目的。

2.5.1.1 老君山地区遥感线性与环形影像特征

（1）遥感基础图像处理

以美国陆地卫星TM数据作为基本信息源，对老君山地区（东经104°23′～104°47′；北纬22°47′～23°08′）的遥感影像进行了计算机处理，应用比值加主成分分析的方法对区内热液蚀变弱信息加以提取，并从实际地质情况出发，采用计算机识别和人工判读相结合，对区内的线形、环形构造进行了解译。

首先，通过对老君山矿区内原始TM数据图像的几何校正、地理配准等预处理，得到具有统一地理坐标和校正控制点的各波段图像数据；然后根据各个波段特征值的统计分析，以及几种合成方案的比较，选取相关系数相对小的三个波段最佳组合进行彩色合成，获取目标物明确、纹理清晰、色彩丰富、层次分明、精度准确的遥感基础图像（图2.19）；最后，根据TM各个波段所能反映的地质信息，结合工作区成矿地质条件和地质矿产图，进行波段比值、主成分分析、HIS变换等信息增强处理，制作遥感信息增强图像。

图2.19 老君山矿田TM遥感影像

（2）线形、环形影像特征

从线、环形影像构造解译结果来看（图2.20），老君山锡锌铟多金属矿田的控矿构造格局在卫星遥感图像上的反映十分明显，它通过不同的色彩和线、环构造及其组合表现出来。总体上，老君山矿田几乎以老君山为中心显示出两个巨大的复式环形影像构造（一级环），直径约15～30km；大环内包含多个直径分别约为5km、10km的次级环形构造（二级环），以及多个成群分布、规模不等的更次一级的小型的环形构造（三级环）。东西两个一级环形构造分别涵盖了老君山东区的老君山复式背斜和片麻岩区以及麻栗坡向斜，且两者有部分重合。

图2.20 老君山矿田遥感线性、环形构造解译图

1.一级环状构造；2.二级环状构造；3.三级环状构造；4.线性构造；5.水库；6.城镇

2.5.1.2 遥感蚀变信息提取

地物的光谱特征是遥感信息提取的基础。老君山矿区内发育的与锡多金属矿化有关的热液蚀变类型主要有硅化、褐铁矿化、黄铁矿化、绿泥石化、绢云母化、矽卡岩化、碳酸盐岩化等，这些近矿围岩蚀变矿物可大致分为含羟基类和含铁离子类。含铁离子矿物富含Fe^3＋和Fe^2＋，含羟基类矿物富含水（H₂O）、羟基（OH^-）或碳酸根（

）等基团。这些结构离子的电子跃迁、振动和转动过程，使富含这些离子或基团的矿物产生特征的光谱。其中含有羟基（OH^-）和含有

基团的蚀变矿物，如绢云母、绿泥石和碳酸盐矿物在TM7（2.08～2.35μm）波段都有强的吸收带，在TM5（1.55～1.75μm）波段为强反射，即在这两个波段之间存在强的光谱反差；而在TM4和TM1波段间则存在微弱的光谱反差。与矿化有关的某些铁的蚀变，如褐铁矿化、黄铁矿化等，在TM3（0.63～0.69μm）波段的光谱表现为强反射，在TM1（0.45～0.52μm）、TM2（0.52～0.60μm）和TM4（0.76～0.90μm）波段，相对TM3而言表现为不同程度的吸收特征。这是通过TM遥感数据识别和提取这两类矿化蚀变异常信息的重要依据。据此可根据蚀变岩（蚀变矿物）与未蚀变岩之间的光谱差异性，提取出研究区的与含铁离子类矿物蚀变岩有关的铁化蚀变异常和与含羟基类蚀变岩矿物有关的泥化蚀变异常（蒋树芳等，2004；陈爱兵等，2005；吴德文等，2006）。

（1）主成分分析（PCA）

在图像处理中，经主成分分析，将TM图像转换为一种不相关的表征函数。在主成分分析结果中，第一主成分取得总方差的绝大部分，通常是与地形和植被有关信息分量的反映，而与蚀变信息相关的波谱特征则主要存在于更高级的主成分分量中。Loughlin et al.（1991）的研究表明，有目的地对一定波段组合进行主成分分析可将特定的信息聚集到单一的主成分分量中。如TM1、TM3或TM2、TM3 组合，有利于含铁离子蚀变信息的提取；同理，输入波段中TM5和TM7组合，有利于含羟基蚀变矿物信息提取。因此，对含铁离子蚀变矿物信息提取，可采用TM1、TM3、TM4、TM5；TM2、TM3、TM4、TM5；TM1、TM3、TM4、TM7或TM2、TM3、TM4、TM7组合进行主成分分析。而对含羟基蚀变矿物信息提取，可采用TM1、TM4、TM5、TM7；TM2、TM4、TM5、TM7或TM3、TM4、TM5、TM7加以分析。

（2）比值处理

对TM图像7个波段进行比值合成的方法近8000种，如果再考虑应用某些波段进行加、减等逻辑运算后再作比值处理，方法会更多，通过比值处理可以根据研究区不同特点优选出较好的找矿信息。本次研究中，我们主要选用了TM5/7、TM5/4、TM4/3、TM3/1及TM3/4这几个TM比值数据。根据蚀变矿物的波谱曲线，含OH^-蚀变矿物在2.2μm附近有明显的吸收谱带，含

矿物在2.35μm处也有明显的吸收带，这与TM7的波长范围相吻合；而在第5波段的波长范围（1.55～1.751μm）内，除绿帘石族矿物在第5波段波谱范围内有一个异常的吸收带外，很少有矿物的吸收谱带，其他矿物都表现出高反射的特点。未蚀变矿物在5、7波段的波谱范围内没有明显的波谱特征，表现在TM5、TM7两个波段的相对亮度值相近，因此TM5/7能有效探测含羟基黏土矿物和碳酸盐矿物，即在TM5/7比值图像上，黏土矿物和碳酸盐矿物将以高值浅色调显示出来。二价、三价铁离子在TM2、3、4波段都有一些吸收谱带，而在0.9μm处具有更为明显的吸收带，TM4波段恰好位于这个波谱带范围，因此，TM5/4可以提取含铁蚀变矿物信息。与此同时，由于TM4波段对绿色植被有较高的反射率，所以运用TM5/4可以区分植被与植被覆盖的土壤和岩石特征。TM4/3是一种最佳植被指数，在TM3波段，绿色植物的叶绿素吸收特征明显，在TM4波段处为一近红外高反射区，因而 TM4/3 有很高的比值，几乎没有其他地物能引起如此高的比值。相反，TM3/4比值很低。由于三价铁矿物于0.46μm处（TM1）存在一极强的吸收谷，于0.7μm处（TM3）存在一反射峰，因此TM3/1能有效地识别含三价铁离子矿物的信息。

（3）矿化蚀变信息提取处理

将研究区的与含铁离子类蚀变矿物有关的铁化蚀变信息和与含羟基类蚀变矿物有关的泥化蚀变信息一步步分离提取的步骤如下：

①选择区内已知的矿化蚀变带；②研究这些矿化蚀变带的影像特征，注意研究矿化蚀变带在TM图像的7个单波段、单个比值及主成分分析各主分量等图像的亮度值变化，选择突出蚀变带呈较高（低）亮度值的通道或波段；③选择三个反映蚀变带亮度值较高（低）的通道作加和运算，放到另一通道中，再将该图像赋红色与TM5（G）、TM7（B）进行彩色合成；④对合成图像进行PC分类，并对赋予红分量的第一通道进行空间滤波，滤波时尽可能采用较小窗口，主要利用中值和均值滤波；⑤对滤波后的图像进行非监督分类。压抑掉与蚀变无关的其他信息，这样便形成了一些似晕圈状的彩色蚀变异常区；⑥将该图像叠加在TM7或其他较清晰的单波段图像上，便形成了该区的蚀变异常信息图像，并按蚀变的强弱分别赋予不同的颜色，使其成为面状形态，从而得到铁化蚀变和泥化蚀变（含碳酸盐化蚀变）遥感异常，然后生成泥化蚀变信息遥感异常图像（图2.21）和铁化蚀变信息遥感异常图像（图2.22）。

图2.21 老君山矿田泥化蚀变遥感解译异常图

2.5.1.3 遥感信息与成矿的关系

老君山地区遥感线性影像、环形影像与遥感蚀变异常信息之间，以及遥感信息与锡多金属矿床之间有着密切的空间关系。

区内主干线性影像与矿田内规模较大的断裂构造吻合较好，线性影像密集区和交会区则反映了岩石破坏较强和构造发育的地段。

以南秧田为中心的区内最大的环形影像与老君山穹隆及片麻岩带的大致轮廓相吻合。新寨与老寨间的两个较大的环形影像与老君山岩体出露范围有密切关系。更次一级的小环，尤其是与线性影像叠合部位，可能指示了构造应力场能量释放和岩石破坏较强的地段，也是热液活动与成矿的有利场所。

从动态成矿作用的观点分析，绿泥石、绿帘石、透闪石等含羟基矿物是动态条件下水-岩反应的产物，并与水的电离反应有关，这些矿物形成所消耗的OH^-为水电离的产物，与黄铁绢英岩化等消耗H^＋的水-岩反应形成共轭的酸碱反应关系。因此，遥感泥化蚀变信息或羟基蚀变信息所指示的是水-岩反应及水的电离反应空间范围及强度信息，而水-岩反应及水的电离反应强度与矿化强度之间呈密切的正相关关系，显然，这恰恰是遥感泥化蚀变信息或羟基蚀变信息作为找矿标志的价值所在。而铁元素也往往是水-岩反应中最为活跃的变价元素之一，矿区铁化蚀变信息往往与黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿等含铁矿物及黄铁绢英岩、矽卡岩和铁帽等蚀变岩或氧化矿石的分布空间有关，因此，铁化蚀变异常强度在一定程度上指示了与铁元素有关的水-岩反应或矿化反应强度，这也是铁化蚀变信息的找矿价值所在。

图2.22 老君山矿田铁化蚀变遥感解译异常图

从遥感蚀变图上可以看到，矿田整体表现为围绕岩浆岩体与寒武系地层的接触带部位及复式岩体之间的接触部位，蚀变晕较强；在矿田中部有两处规模和强度都较大的蚀变晕，且泥化晕、铁化晕套和非常好，这两处蚀变较强部位分别与燕山第一期和第二期岩体出露位置相对应，也是矿化较强的部位。而在矿田北部蚀变相对较强的地段则为岩体、矿化体均埋藏较深的新寨矿区位置。

总体上，经TM数据提取的铁化、泥化遥感蚀变异常信息，与环形和线性影像的空间关系密切，并能有效地反映区内蚀变岩及锡多金属矿化的空间分布特征，可作为主要找矿标志之一。