青海玉树地区遥感找矿蚀变异常提取与成矿预测

吴志春， 郭福生， 刘林清， 姜勇彪

(1.东华理工大学，江西 抚州 344000;2.江西省数字国土重点实验室，江西 抚州344000)

青海玉树地区遥感找矿蚀变异常提取与成矿预测

吴志春1，2， 郭福生1， 刘林清1，2， 姜勇彪1，2

(1.东华理工大学，江西 抚州 344000;2.江西省数字国土重点实验室，江西 抚州344000)

遥感找矿蚀变异常提取是当今综合找矿的重要手段之一。以青海玉树地区的遥感找矿蚀变异常提取为例，运用主成分分析、波段比值、波段比值的主成分分析复合法、无损线性拉伸、掩膜、密度分割等方法，解决了第四系和植被对遥感蚀变异常提取的干扰的问题。在该工作区内共圈出了6个Ⅰ级找矿远景区，3个Ⅱ级找矿远景区，7个Ⅲ级找矿远景区;遥感蚀变异常区与全部矿床、矿(化)点吻合率高达88.1%，与含铜、含铅、含锌、含铁的金属矿床、矿(化)点吻合率分别为93.22%，75.76%，78.26%，100%。

遥感找矿;蚀变异常;成矿预测;玉树地区;青海

遥感蚀变异常提取一直是遥感应用的关键技术(刘刚，2002)。30多年来一直受国内外学者关注，Rowan等(1977)采用 MSS4/5，MSS5/6和MSS5/7波段比值合成彩色图像对含次生粘土，氧化硅和褐铁矿的蚀变矿区进行了识别填图;Croksta等(1989)提出了主成分分析;Kruse等(1993)提出了光谱角分类;赵元洪等(1991)提出了波段比值的主成分分析复合法;何国金等(1995)提出了“微量信息处理”方法;马建文等(1997)利用“掩膜+主成分分析+分类识别”提取矿化蚀变信息;甘甫平(2001，2002)、王晓鹏等(2002a，2002b)、刘素红等(2002)、刘成等(2003)、张玉君等(2003)均做了深入的相关研究。

围岩蚀变是热液矿床的重要找矿标志，很多矿床成矿时均伴有热液蚀变。一般而言，蚀变越强，成矿可能性越高;蚀变范围越宽，矿化规模可能越大，因此指导找矿意义越大。最常见的蚀变为硅化、绢云母化、绿泥石化、褐铁矿化、黄铁矿化、云英岩化、矽卡岩化、白云岩化、锰铁碳酸盐化(张玉君等，2002)。从理论上说，上述蚀变类型均含有Fe2+，Fe3+或OH－，CO32－(党福星等，2002)。可见光—近红外光谱区(0.325～2.5 μm)，主要造岩矿物中各主要化学成分(Si，Al，Mg和O)并不产生具有鉴定意义的反射谱带(张玉君等，1998)。铁化和泥化是遥感蚀变异常提取的主要目标。铁化有两个明显的吸收带和一个反射带，第一个吸收带为0.4～0.5 μm，相当于TM1(0.45～0.52 μm)，第二个吸收带为0.8～1.0 μm，相当于TM4(0.76～0.9 μm)。反射带为0.63～0.69 μm附近，相当于TM3(0.63～0.69 μm)。与泥化有关的高岭土化、绿泥石化、绿帘石化、绢云母化、碳酸盐化等有一个强反射和一个强吸收带，反射带为1.55～1.75 μm，相当于TM5(1.55～1.75 μm)，反射带为2.08～2.35 μm，相当于 TM7(2.08～2.35 μm)(杨金忠等，2003)。根据蚀变的吸收和反射带与landsat(美国陆地探测卫星系统)卫星波段的对应关系，通过主成分分析和波段比值增强微弱的蚀变信息。

1 工作区概况

本次研究的范围为东经94°30'00″～97°30'00″，北纬31°00'00″～34°00'00″，涵盖5幅1∶250000图幅，对应的TM/ETM+遥感图像有10景，面积约90 907 km2。该地区大部分海拔在4 000～5 000 m之间，最高峰为治多县的布喀达板峰，海拔为6 860 m。工作区属于高寒干旱地区，年平均气温为3.7℃，蒸发量大于降水量，玉树高原还是一个多雷电、多冰雹、多霜冻、多大风的地区(《玉树藏族自治洲概况》编写组，1985)。

青海玉树地区位于横断山北段青海省西南部与西藏藏族自治区东部接壤处，介于金沙江缝合带与怒江缝合带之间，大地构造位置上属羌塘微板块东部，澜沧江缝合带北侧的古特提斯构造域。研究区属于风火山-囊谦逆冲带的东段，介于木曲-包青涌结合带和玉树-巴塘结合带之间，其西南侧为南羌塘-左贡地块，东北侧为松潘-甘孜地块(姜勇彪等，2009)。该工作区属于三江成矿带北段，工作程度低，发现各类矿床，矿(化)点百余处，涉及矿种有金、汞、铁、铜、铅、锌、锑等。现已发现的铜、铅、锌、金、银、铁矿床、矿(化)点就达84个。玉树地区已显示出较大的找矿潜力，有可能成为一个有色金属矿产地集中区。尽管几年来该地区开展了大量的地质调查工作，但是由于恶劣的自然地理条件，工作程度依然较低。通过遥感找矿异常提取和检查工作，对查明玉树地区成矿潜力，促进玉树地区的经济快速发展具有十分重要的意义。

2 技术方法

目前用于遥感异常提取的方法很多，主要有主成分分析、波段比值法、光谱角填图法、MPH技术、混合像元分解法等。遥感蚀变异常提取受到多种因素的干扰，过去许多人忽略了第四系对遥感蚀变信息提取结果的影响，第四系广泛受到氧化铁的污染，第四系参与计算将会突出显示第四系中氧化铁的污染信息，而这种被氧化铁污染所反映出来的铁染异常属于伪信息，导致基岩裸露区微弱的氧化铁类蚀变信息受到压抑，以致不能显示或显示非常微弱。第四系为松散沉积物，存在强烈的泥化现象，第四系里出现的泥化现象绝大多数属于伪信息，对

遥感泥化蚀变的提取影响很大，因此应该对第四系进行掩膜，凸显出基岩裸露区的蚀变异常。本实验区面积大，涉及的遥感图像较多，地形地貌复杂，获取图像的季节、光照条件、气候条件各不相同，导致干扰因素种类和影响程度也不相同，为了能够更加准确地提取蚀变异常，将采取分景提取蚀变异常。每景图像所处的月份不一样，植被覆盖程度也不一样，为了尽量减小植被的影响，对于植被茂盛、覆盖程度大的图像，运用波段比值法，先对图像进行植被掩膜，再采用波段比值提取的蚀变信息和掩膜后的植被信息进行主成分分析，进一步把植被信息和蚀变信息分离，凸显出基岩裸露区的蚀变信息。具体的技术方法可以表示为:“无损线性拉伸+掩膜+主成分分析/波段比值/复合法+密度分割”。

3 遥感找矿蚀变异常提取

3.1 数据选择

经检索，本区原始遥感影像数据较多，同一景影像均有两种类型、3～4个时相。由于成像时间、光照条件以及地面状况不同，这些遥感影像数据存在较大的差异。为了尽量满足遥感找矿预测影像数据质量要求，对这些影像数据进行了对比和筛选。根据该地区的气候资料，最好选择6～9月中旬，少云、冰、雪、植被，图像之间时相相差小、质量高的遥感影像。选择的原始遥感影像数据如表1。

表1 研究区遥感影像数据源Tab.1 The remote sensing image data of the research area

3.2 图像预处理

由于获取的遥感影像属于1级产品，在蚀变信息提取之前对影像进行辐射校正、大气校正、几何校正、归一化处理。为了突出地物之间的差异，采用图像拉伸。常规的拉伸导致5%(或6%)数据丢失(张玉君等，1998)，采用常规的拉伸很有可能损失掉一些有用数据，采用无损线性拉伸可以保证微弱的异常信息不致在亮度拉伸时丢失，因此本次试验采用无损线性拉伸。其方法是先对各个波段像元值进行统计，再将其各个波段像元亮度值的最大值与最小值之间全部数据线性拉伸至0～255。

本研究区的范围大，地形复杂，干扰因素多，概括起来主要有植被、水体、第四系、冰雪、云、阴影、盐碱地等。这些干扰因素对蚀变信息的提取影响较大。根据各种干扰因素的波普特征，采用不同的方法。用归一化植被指数(NDVI＞N)消除植被干扰、水体(TM2—TM5＞N)、第四系根据1∶25万地质图进行掩膜，由于冰雪在红外波段(TM6)表现为低值及在可见光(TM1，TM2)表现为高值，故可利用TM6的低值阈或TM1+TM2的高值阈处理，云(TM7＞N)，阴影(TM1+TM2+TM3＜N)，盐碱地(TM3＞N)。根据上述方法分别得到二值图像跟原图像做乘法运算进行掩膜。掩膜处理不仅减少了大量后期处理干扰因素的工作量，而且对于减少提取过程中产生的“伪”异常具有十分重要的意义。

3.3 异常信息提取

异常信息的提取，铁化蚀变异常信息提取，采用TM1，3，4，5四个波段进行主成分分析的方法，粘土采用TM1，4，5，7四个波段进行主成分分析的方法。根据主成分分析变换后各波段的特征向量矩阵来选择主分量，铁化蚀变异常遥感信息提取判别标准是:含铁化蚀变主分量的特征向量TM3应与TM1及TM4为负相关，一般TM3与TM5的特征向量符号相同的判断准则。含粘土蚀变主分量的特征向量TM5与TM4及TM7为负相关，一般TM1与TM5的特征向量符号相同的判断准则。绝大部分情况下，第四主分量符合上述条件。同时，进行TM3/TM1，TM5/TM4，TM5/TM7波段比值分别提取铁、亚铁、粘土蚀变信息。134-036和134-037由于植被较多，采用复合法。用TM4/TM3分别和TM3/TM1，TM5/TM4，TM5/TM7进行主成分分析，得到两个主分量，第一主分量与 TM4/TM3和 TM3/TM1，TM5/TM4，TM5/TM7成正相关，第一主分量植被信息占绝大部分;第二主分量与TM4/TM3成负相关，与TM3/TM1，TM5/TM4，TM5/TM7成正相关，蚀变信息绝大部分落在第二主分量，因此选择第二主成分量。

3.4 密度分割

在密度分割前，对图像进行两次5×5的中值滤波，去除孤立的伪异常。为了突出异常区的中位置，对异常信息进行量化分级，通过对“均值+N×方差”中N值的调整，进行密度分割。主成分分析提取的羟基异常，N值一般取2，2.5，3来划分三个等级;铁染异常，N值一般取1.5，2，2.5。将三个等级赋予不同的颜色，使异常中心位置、异常面积大小、异常强弱在遥感异常分布图上一目了然。由于图幅面积大，为了保持图幅的美观，本图采用闭合的曲线将三个等级圈起来(图1)。主成分分析提取的铁染异常区259个，提取的羟基异常区350个;波段比值提取的铁离子蚀变异常区292个，亚铁离子蚀变异常区468个，羟基异常区342个。

3.5 遥感找矿远景区的划分及划分标准

Ⅰ级找矿远景区。有直接矿化影像标志层(带)或多种间接成矿蚀变信息影像标志存在;有已知含矿层位或含矿带出露;区内或外围附近有岩浆岩出露及热液蚀变带产出，构造发育有利于导矿、控矿;有已知矿床、矿点、矿化点分布;野外找矿标志明显，推测矿产资源潜力大;通过安排少量野外调查，有进一步发展或扩大同类矿产储量的可能性。

Ⅱ级找矿远景区。未见直接矿化信息影像标志，但有多种间接成矿蚀变信息影像标志存在;有含矿层位或含矿带出露或隐伏，并有较好的成矿蚀变条件;构造条件较为有利;有已知矿点、矿化点分布;野外找矿标志较为明显，推测矿产资源潜力较大;通过安排一定的野外检查，有发现产地或扩大同类矿产储量可能。

Ⅲ级找矿远景区。成矿影像特征组合标志一般，有一种或一种以上的间接成矿蚀变信息影像志存在;从理论上分析，有成矿地质条件，但由于地质工作程度偏低，已知成矿标志隐晦，进一步工作难度较大;有已知矿化点分布;野外找矿标志隐晦，有进一步研究和工作价值。

根据遥感找矿远景分级依据，以遥感异常为基础，成矿预测理论为指导，结合地质矿产资料及遥感地质解译信息，按照不同的地质背景、成矿环境及成矿条件，对工作区进行遥感找矿预测，圈定出6个Ⅰ级找矿远景区，3个Ⅱ级找矿远景区，7个Ⅲ级找矿远景区(图1)。

图1 青海玉树地区遥感找矿蚀变异常与成矿预测图Fig.1 The alterations anomaly abstraction of mineral survey with remote sensing and metallogenic prognosis in Yushu，Qinghai

4 遥感找矿蚀变异常分析

主成分分析异常与比值法异常进行叠合，一般异常叠合程度越高，与矿点的相关性越高，对矿化蚀变点反映就越好(段元彬等，2008)。各种矿床、矿(化)点吻合率见表2。含铜的矿床、矿(化)点59个，其中有55个吻合，吻合率为93.22%。含铅矿床、矿(化)点吻合率为75.76%，含锌矿床、矿(化)点吻合率为79.17%，含铁矿床、矿(化)点吻合率高达100%。铁矿床主要含铁矿物为褐铁矿、赤铁矿、针铁矿、黄铁矿、磁铁矿、黄钾铁矾等，褐铁矿、赤铁矿、针铁矿、黄钾铁矾在铁离子蚀变异常带得到响应;黄铁矿、磁铁矿等在亚铁离子蚀变异常带得到响应;铜矿床主要类型有斑岩型铜矿床、矽卡岩型铜矿床、火山岩型铜矿等。斑岩型铜矿床以中心式面型蚀变最为常见，由岩体中心向外依次出现:钾质蚀变带、似千枚岩化蚀变带、泥质蚀变带、青磐岩化带(姚凤良等，2006)。钾质蚀变带主要蚀变矿物有绢云母;似千枚岩化蚀变带主要矿物绢云母、黄铁矿;羟基蚀变带主要矿物为高岭石、绿泥石、绢云母;青磐岩化带主要矿物为绿泥石、绿帘石、方解石、黄铁矿等，绢云母、高岭石、绿泥石、绿帘石和方解石在泥化蚀变异常可以显现出来，黄铁矿在铁化蚀变异常可以显示。矽卡岩型铜矿床存在大面积的矽卡岩化，矽卡岩化过程中存在大量的CO3

2－，在羟基异常提取过程中可以显现出来;铅锌矿常见的蚀变有硅化、绢英岩化、绿泥石化、绿帘石化、青磐岩化、黄铁矿化等，与主成分分析和波段比值提取的铁化与泥化蚀变密切相关。铅-锌矿主要金属矿物有黄铁矿、白铁矿，少量黄铜矿，提取的铁化铁化蚀变和泥化蚀变均可以得到响应，因此常处于多种蚀变重合处。

表2 研究区矿床、矿(化)点与遥感找矿蚀变异常区吻合程度统计表Tab.2 The statistics of the uniformity degree between ore deposits and alterations anomaly abstraction of mineral survey with remote sensing in research area

波段比值提取的亚铁蚀变相对比较分散，且每个蚀变区面积不大。亚铁蚀变主要分布在断层两侧，呈北西方向分布，Ⅰ-2远景区分布较多，有102个亚铁离子蚀变异常区(表3)，主要是受黄铜矿中亚铁离子的影响。比值提取的铁离子蚀变主要分布在Ⅱ-1，Ⅰ-2，Ⅱ-2，Ⅱ-3，Ⅲ-6，Ⅲ-7相对较多，且与主成分分析提取的粘土重合率很高。比值粘土主要分布在Ⅰ-2远景区的西北区域，该区域粘土蚀变区内分布了大量的铜矿床及含铜多金属矿床。

Ⅰ-1远景区有3个铜矿床、2个铅矿、1个铜-铅-锌矿，有2个铜矿(化)点落在三个蚀变异常的叠合部位，一铜矿床落在只有羟基异常蚀变带内，1个铅矿和1个铜-铅-锌矿处在主成分分析的铁染异常和羟基异常交接区内;Ⅰ-2远景区中的铜矿床与比值提取的羟基异常吻合率高，多金属矿床绝大部分处于两种以上蚀变异常叠合部位。可以发现，羟基异常和铁染异常叠合程度越高，出现矿床的概率越大。蚀变跟构造关系密切，主要分布在断层的两侧，特别是断层的交接处，两条平行断层的中间，构造为流体、热液提供运移通道和矿床储存提供足够的空间。在Ⅰ级远景区内多金属矿床处在两种以上蚀变异常区内的概率为65.21%。Ⅰ-3，Ⅰ-4远景区多金属矿点均处于两种以上蚀变异常区内，Ⅰ-3远景区的西北和东南部位，多种蚀变重合度高，位于断层交接部位。Ⅰ-3远景区东南部蚀变异常区跟北西方向的铜矿点同处于沱沱河组地层，且蚀变异常种类相同、受构造控制明显。

5 结论

(1)主成分分析提取的铁染异常和羟基异常、波段比值法提取的铁离子异常、亚铁离子(铁染异常包含铁离子异常和亚铁离子异常，即铁元素包含两种价态，+2价和+3价)异常和羟基异常与成矿地层和构造具有很高的相关性。蚀变异常叠合程度越高，出现矿床的概率越大。多金属矿床绝大多数处于两种蚀变异常叠合部位。

(2)吻合率:铁矿床＞铜矿床＞锌矿床＞铅矿床。

(3)有些矿点、矿(化)点未落入蚀变异常区，有可能是该矿点、矿(化)点处于第四纪覆盖区、植被覆盖区等被掩膜的区域，因此没能提取出该地区的蚀变异常，或者是该矿床、矿(化)点蚀变未出露地表，也可能该矿床、矿(化)点不存在该类蚀变异常。

(4)为减少植被、冰雪、云、盐碱地、阴影、第四系等干扰因素的影响，在主成分分析和波段比值之前进行了掩膜处理，减少了这些干扰因素的影响。特别是提出了对第四系的掩膜和为了尽量减小植被对异常信息的影响，对掩膜后的图像进行复合法提取矿化蚀变，最大限度的减小第四系和植被对异常信息的干扰和抑制。

(5)蚀变遥感异常是一种廉价、快捷、准确、有效地找矿独立参数。该技术特别适用于我国西北部交通不便、工作程度低、条件恶劣的干旱裸露基岩区。

表3 Ⅰ级远景区信息统计Tab.3 The information statistics of gradeⅠpotential areas

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Alterations Anomaly Abstraction of Mineral Survey with Remote Sensing and Metallogenic Prognosis in Yushu，Qinghai

WU Zhi-chun1，2， GUO Fu-sheng1， LIU Lin-qing1，2， JIANG Yong-biao1，2
(1.East China Institute of Technology，Fuzhou，JX 344000，China;2.Digital Land Key Laboratory of Jiangxi Province，Fuzhou，JX 344000，China)

Alterations anomaly abstraction of mineral survey with remote sensing Method is one of the important methods of mineral survey in nowadays.Such as which used in Yushu，Qinghai.It used principal components analysis，band radio，principal components integration of different band radio images，harmless linear Extension，image masking and density segment methods.By such means，it solves the problems of remote sensing alteration anomaly abstraction which interfered by the Quaternary and vegetation.The area were out for 6 gradeⅠpotential areas，3 gradeⅡpotential areas and 7 gradeⅢpotential areas.The remote sensing alterations anomaly area is identical with all mineral deposits in the rate of 88.1%，and it is respectively identical with deposit of Copper Mine，deposit of Lead，deposit of Zinc and deposit of Iron in the rate of 93.22%，75.7%，78.26%，100%.

mineral survey with remote sensing method;alterations anomaly;metallogenic prognosis;Yushu area;Qinghai province

TP79

A

1674-3504(2011)03-271-07

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.03.011

2010-07-28

国家自然科学基金项目(U0933605);中国地调局地质调查工作项目(1212010818096);江西省数字国土重点实验室开放基金资助项目(DLLJ201106)

吴志春(1986—)，男，研究生，主要从事遥感地质方面的研究。