遥感解译
2020-01-16 · 技术研发知识服务融合发展。
中地数媒
遥感图像上丰富的结构、纹理、色调等特征提供了大量直接或间接的地质找矿信息，如岩性分界、控矿构造、矿化蚀变等信息，从而为地质找矿工作提供了一种行之有效的方法技术。实践证明，遥感信息能使人们快速地缩小找矿靶区，发现有意义的遥感地质异常，从而提高找矿命中率。为了从整体上了解阳山金矿带控矿构造特征及蚀变特征，课题组自2000年起先后购买了该地区的1:5万TM,ETM,SPOT，快鸟等遥感数据，并结合野外地质调查对其进行了数据处理和解译，从宏观上指导了金矿勘查工作。
10.1.1 遥感影像基本处理
影像处理的目的是为下一步解译工作提供高质量的遥感影像图，是遥感应用工作的基础。为确定阳山金矿带岩石、构造以及蚀变带的展布特征，对遥感影像进行了TM影像增强处理、ETM影像融合增强处理、SPOT影像与TM影像融合增强处理。
（1）TM影像增强处理
原始数据来源于Landsat5 TM129-37，时相1986年7月31日。选定合成方案为TM731（RGB），以1:5万地形图校正和直方图均衡增强、整饰、注记后成图。成图范围为东经104°27＇～104°57＇；北纬32°55＇～33°15＇，成图比例尺为1:5万。
（2）ETM影像融合增强处理
原始数据来源于Landsat7 ETM129-37，时相2000年5月10日。选定合成方案为ETM8+731（RGB），以1:5万地形图校正和直方图均衡增强、整饰、注记后成图。成图范围为东经104°27＇～105°07＇；北纬32°55＇～33°15＇，成图比例尺为1:5万。其融合处理步骤如下：
1）ETM8分辨率为15m,ETM7,ETM3,ETM1分辨率均为30m，首先利用PCI的GCPWORK模块对ETM7,ETM3,ETM1按15m像元分辨率进行加密重采样，采样方式为双线性内插。
2）ETM8与ETM7,ETM3,ETM1影像套合配准。
3）ETM731（RGB）进行IHS变换。
4）以ETM8替代Ⅰ，进行ETM8,H,S到RGB的反变换，形成ETM8+731（RGB）高分辨率彩色影像。
因本区地形起伏和高差大，致使影像明暗反差太大，将影像在PHOTOSHOP上进行了人工目视效果调整，以利于进一步目视解译。
（3）SPOT影像与TM影像融合增强处理
SPOT原始数据来源于SPOT1号星1A产品，轨道号262/284，时相1999年2月21日，像元分辨率10m，单波段。
SPOT影像与TM影像的配准与融合：
1）将TM 影像按1:5万地形图校正，输出范围为东经104°27＇～104°57＇；北纬32°55＇～33°15＇，同时按10m像元分辨率进行加密重采样，采样方式为双线性内插。
2）由于本区地势起伏很大，地面坡度的影响致使SPOT影像产生很大畸变（图10.1）。通常采用的多项式曲面拟合误差很大，许多山脊、山谷的配准不好，因而融合后的影像出现了明显的重影与模糊（图10.2）。
采用Thin Plate Spline（TPS）算法效果较好（图10.3），但仍需采取巨量的同名地物点。
此次以校正后的TM影像为参考影像，对SPOT影像进行畸变纠正。利用人机交互在全区选择了6815对同名点。采用Thin Plate Spline（TPS）纠正算法将SPOT与TM配准，然后进行融合。
3）TM731（RGB）进行IHS变换；以SPOT替代I，进行SPOT,H,S到RGB的反变换。形成SPOT与TM融合影像。最后经直方图均衡增强、整饰、注记后成图。其中1:5万比例尺成图范围为东经104°27＇～104°57＇；北纬32°55＇～33°15＇；1:2万比例尺成图范围为东经104°37'15＂～104°49 '45＂；北纬33°02'00＂～33°08'15＂。
10.1.2 岩性构造解译
利用MAPINFO配准可以对不同尺度的遥感影像综合对比解译。解译内容包括线性构造、环型构造、破碎带及脉岩（图10.4）。
10.1.2.1 线性构造
区内规模较大的线性构造有3组，南部为马家磨－魏家坝断裂，沿白水江EW 向展布，东至白龙江向北弯曲，呈NE向，遥感影像上形迹最明显。中部为安昌河－观音坝断裂，观音坝向东至北金山一带与马家磨－魏家坝断裂交会，整体呈扁“S”型。北部一组呈NE向，西南端起自汤卜沟。大致与松柏－黎坪断裂对应。
除NE向及NEE向构造以外，在遥感图中还可以看到近SN向构造影像，其中马莲河附近的SN向断裂构造迹象较为明显，但两侧没有明显的错动。此外，在观音坝一带也可见到近NS向线性构造影像，但规模较小。
10.1.2.2 环型构造
总体沿安昌河－观音坝断裂呈串珠状展布。环体内斜长花岗斑岩脉发育，常多条脉连为一体。环型构造成因很可能与深部斜长花岗斑岩上侵有关。环型构造大小不等，面积小者不足1km2，而大者可达数十平方千米，以下仅就轮廓清晰的环型构造进行描述。
（1）观音坝环型构造
该构造位于矿区东部寺沟－阳山一带，东西长约2.5km，南北宽约2km，呈近椭圆形，整体呈浅绿色色调，而且色调均匀，与围岩界线截然（图10.5）。野外观察表明，该部位斜长花岗斑岩脉极为发育，其宽可达数十米，而且多条脉常连成一体，泥盆系夹于其间，其中，泥盆系灰岩碳酸盐化强烈。从产状上看，这些地层极有可能为浮于岩体之上的捕虏体，另外，钻孔资料也显示地层之下有斜长花岗斑岩脉出现。所以在深部，斜长花岗斑岩脉可能是连在一起的，从而构成了观音坝隐伏岩体。因此，观音坝环型构造可能为斜长花岗斑岩岩株上侵所形成的。
图10.1 TM与SPOT对比影像
图10.2 TM与SPOT多项式配准融合对比影像
图10.3 TM与SPOT TPS配准融合对比影像
图10.4 阳山地区及外围线、环型构造遥感解译图
图10.5 阳山矿段（左）及安坝矿段和葛条湾矿段（右）解译图
图中绿色线示环形构造；红色线为断裂或推测断层；红色扁豆体示脉岩；红色斑杂细环示蚀变带
（2）安坝环型构造
该构造在安坝—葛条湾一带发育，东西长约5km，南北宽约3.5km。为一近椭圆形的边界模糊的环型构造（图10.5），其东边到草坪梁，西边到马莲河，南边切割并破坏了金子山环型构造。该环型构造内还包含了两个小的环型构造，西侧小环位于无价山以北，东侧小环位于草坪梁以西。该环型构造内岩脉发育，尤其是无价山北侧岩脉厚大，而且安坝－葛条湾一带岩石蚀变强烈，所以该环型构造也具有岩浆热环的特征。
（3）泥山环型构造
该构造在泥山、汤卜沟一带发育，具子母环特征，较大的环起自泥山以东，向西到汤卜沟以西，呈近椭圆形，其中包含了泥山和汤卜沟两个子环型构造。在这些环内发现有斜长花岗斑岩脉等多种岩脉，而且热液成因的红色碳酸岩细脉在该地也很发育，显示该环型构造也可能与岩浆活动有关。
10.1.2.3 破碎蚀变带
影像上常呈色调异常带，花斑状影纹（图10.5）。经实地调查发现，矿区构造破碎蚀变带在1:5万TM遥感图上呈现淡灰绿色，未蚀变地层为淡红褐色，在遥感图上，蚀变带分布于安昌河－观音坝断裂附近。在矿区西部汤卜沟、泥山一带，破碎蚀变带宽约1km，呈近EW 向展布；在葛条湾一带，破碎蚀变带产生了分支，南侧分支沿上湾—三角地一直延至安坝，而北侧分支绕向无价山以北，最后又在安坝一带与南侧分支会合。从规模上看，北侧分支较宽；在安坝一带，蚀变破碎带达到最宽。再向东至草坪梁一带，蚀变破碎带变窄。在高楼山一带，蚀变破碎带仍较窄，直到四沟以东，破碎蚀变带与观音坝岩体所形成的浅绿色汇合。
10.1.2.4 脉岩
影像上呈细微正突起或细微色调异常（图10.5），在矿区脉岩多沿构造破碎带发育，一般较为连续。
10.1.3 蚀变信息提取
10.1.3.1 矿化蚀变信息提取原理简述
用遥感技术探测地物，是以各种物体对电磁波的反射、透射、吸收和自身发射为依据的。所有地物在可见光和短波红外波段内都具有与其组分有关的光谱吸收特征，许多地物的光谱吸收特征具有专一性，据此可以精确地鉴别地物。近矿围岩蚀变形成的蚀变岩石与其周围的正常岩石在其矿物种类、结构、颜色等差异导致岩石反射光谱特征的差异，在某些特定的光谱波段形成特定的蚀变岩石的光谱异常。光谱异常导致遥感图像或数据的异常，通过图像处理技术可得到近矿围岩蚀变信息或矿化高丰度值异常区信息。由于成矿热液作用，绝大部分内生矿床都有黄铁矿化、绢云母化、高岭土化和碳酸盐化等蚀变现象，蚀变晕圈或蚀变岩石常常是矿床存在的重要的直接标志，而且蚀变范围比矿床要大得多，这就为蚀变信息提取创造了条件。
含铁矿物在TM1至TM4可见光及近红外波段具有明显的光谱吸收特征，对于探测含褐铁矿的岩石和土壤有较好的效果。TM5（1.55～1.75μm）和TM7是专为地质勘查设计的波段。在TM7（2.08～2.35μm）波段内，羟基和碳酸盐矿物形成明显的特征吸收带，是目前探测含Al—OH,Fe—OH,Mg—OH基团的矿物与碳酸盐类矿物的最理想的航天遥感波段之一。
大部分蚀变岩石中含有较多的Fe3＋,OH－，
10.1.3.2 数据干扰因素剔除
通过分析研究区内TM数据发现，本区的干扰因素主要为植被、河道和积雪等，为了减少这些因素对蚀变提取的影响，分别对图像进行掩膜处理，得到了新的（剔除了植被、河道、积雪）数据图像。在后续处理过程中，干扰因素的方差降为零，其他部分的方差不变，由此提高了后续算法对掩膜后剩余区信息的分解效率。
由于植被在红光波段（TM3）与近红外波段（TM4）反射率的差异大的波谱特性（图10.6），应用（近红外反射率－红光反射率）/（近红外＋红光反射率）指数对植被的覆盖程度标示作用，得到了应用（TM4-TM3）/（TM4+TM3）来计算反映植被覆盖的膜（图10.7a）。由于水体和积雪在黄、绿光波段都有明显的强反射特征，而在近红外波段都有相对的明显低值，因此采用TM1与TM4进行比值增强，得到了比较满意的效果（图10.7b）。
图10.6 积雪、水体、植物的波谱曲线
（据我国典型地物标准波谱数据库，2007）
图10.7 研究区干扰因素剔除
a—植被；b—河道、积雪
10.1.3.3 波段比值增强
波段比值方法是根据地面不同岩性或矿物特征在遥感多波段光谱反映的差异，利用相关波段的比值运算增加特定矿物信息最常用的手段之一。如前所述，含羟基的粘土矿物和碳酸盐矿物，在TM7波段具有强吸收，在TM5波段为强反射，而褐铁矿等含铁蚀变矿物在TM3表现为高反射，在TM1,TM2和TM4则具有不同程度的吸收特征。因此可以用TM3/1识别铁化、用TM5/7识别含羟基矿物、水合硫酸盐和碳酸盐，这类矿物的比值都较高。通过比值运算，获得了TM3/1和TM5/7的两组图像（图10.8）。
图10.8 阳山一带金矿化蚀变信息图（3×3中值滤波）
a—铁染蚀变信息特征TM3/1;b—羟基蚀变信息特征TM5/7
10.1.3.4 主成分分析
主成分分析的主要特性之一就是把原来多波段图像中的有用信息集中到数目尽可能的新的组分图像中，而且新组分图像互不相关。新生成的第一主分量包含了原来多波段像的绝大部分信息，其他组分图像的方差依次减少，包含的信息量也剧减。第一主分量要反映了地貌和纹理信息，而矿化蚀变信息往往包含在信息量少的第三、第四主分量中。
经过实验，通过利用经过掩膜预处理的TM1,TM3,TM4,TM5波段和TM1,TM4,TM5,TM7波段分别进行4波段的主成分分析提取铁染和羟基蚀变图像，达到了比较满意的效果（图10.9）。
图10.9 阳山一带金矿化蚀变信息图（3×3中值滤波）
a—PCA1345:b—PCA1457
首先，对TM1,TM3,TM4,TM5进行主成分分析，获取铁（铁化）蚀变信息。表10.1是其分析结果。其中PC4特征向量截荷因子在TM1,TM3上呈高值，且在TM3上为正值、TM1上为负值，基本上与含Fe2＋和Fe3＋的矿物在TM3上存在反射峰和在TM1波段上存在吸收谷相符，所以PC4突出了铁化蚀变晕信息。
表10.1 阳山金矿区TM1,TM3,TM4,TM5波段特征向量及特征值
其次，对TM1,TM4,TM5,TM7进行主成分分析获取羟基图像蚀变信息。表10.2是其分析结果。利用TM1,TM4,TM5,TM7主成分分析获取羟基蚀变其主成分图像必须同时满足两个条件：一是TM5和TM7具有相反的贡献值；二是TM5和TM7同TM1和TM4相比有强的负载值。由此可知PC4满足上述条件。
表10.2 阳山金矿区TM1,TM4,TM5,TM7波段特征向量及特征值
10.1.3.5 混合蚀变信息提取
对矿化蚀变岩与围岩光谱曲线进行对比可知，矿化蚀变岩光谱曲线波动大，波段间差值大；而围岩光谱曲线，相对平缓，波段间差值较小。根据这一特征，采用波段加减组合运算，可以扩大矿化蚀变岩与围岩的亮度差，达到增强矿化蚀变岩信息的目的。矿化蚀变岩在ETM5和ETM3波段为反射峰，多数蚀变岩与围岩差值大且多高于围岩值，在ETM1,ETM4和ETM7波段为吸收峰，与围岩值接近。因此，采用（B5+B3）/（B7+B4+B1）可以增强大部分的矿化蚀变信息。
另外，采用波段比值、主成分分析的方法也较好地获取了铁化、强粘土化和碳酸盐化蚀变信息。
因此，可以对上述蚀变信息分量进行二次主成分分析，即FPCA（（B5+B3）/（B7+B4+B1）,B3/1,B5/7,PCA1345和PCA1457的第四主分量），由于各分量均主要反映的是蚀变信息，因此，二次主成分分析中比重最大的分量就可以认为是混合蚀变信息，也就是FPC1分量。
10.1.3.6 蚀变异常提取效果分析评价
通过对照上述各方法提取蚀变信息效果后发现，蚀变信息分布具有规律性，所提取的蚀变信息与研究区控矿构造和已知矿（化）点在空间上有着良好的对应关系。应用TM3/1比值和PCA1345,PCA1457获取的蚀变信息效果较好，三者的分布在空间上基本一致。笔者将PCA1345和PCA1457获取的铁化、强粘土化、碳酸盐化蚀变信息和二次主成分分析获取的混合蚀变信息同时叠合在TM543立体遥感图上（图10.10）。羟基蚀变与铁染蚀变两者分布趋势基本一致，两者在大部分区域相互叠合，图像在全区均有分布，异常面积总体较小，具有呈带、呈区分布的特征。主要异常区集中在本区近EW向、NEE向联合村－观音坝构造金成矿带及其向北东方向的延伸部分分布，区内主要的联合村金矿床、阳山金矿的葛条湾矿段、安坝矿段、高楼山矿段和阳山矿段均有不同程度的蚀变信息显示。其次在张家山、泥山、汤卜沟等外围区段也有较小异常区分布，除此之外的大部分地区基本没有异常显示。该方法达到了预期的效果。提取出的异常区（带）色调符合理论推导，与阳山金矿区成矿地质特征基本相符。
图10.10 提取出的金矿化蚀变信息与3D遥感图叠加效果图
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