遥感技术在鹤庆北衙金矿找矿中的应用

陈 理， 胡光道， 唐 晨

(1.北京大学遥感与地理信息系统研究所，北京100871;2.中国地质大学(武汉)数学地质遥感地质研究所，湖北武汉430074;3.云南省地质矿产勘察院快速评价所，云南昆明650093)

遥感技术在鹤庆北衙金矿找矿中的应用

陈 理1， 胡光道2， 唐 晨3

(1.北京大学遥感与地理信息系统研究所，北京100871;2.中国地质大学(武汉)数学地质遥感地质研究所，湖北武汉430074;3.云南省地质矿产勘察院快速评价所，云南昆明650093)

遥感技术能以较低的成本快速地提供更多更有效的地质异常信息，在分析云南省鹤庆北衙金矿的区域地质背景和控矿规律的基础上，通过目视解译的方法对该区的线性构造和环形构造进行了解译，并利用MORPAS软件对其进行详细的定量分析，绘制了线环构造等密度和优益度的等值线图。并分析蚀变异常的光谱反映特征，提出增强铁化和硅化蚀变异常的方法，从ETM影像中利用比值和主成份分析的方法提取与金矿有关的铁化、硅化蚀变异常信息，解译效果良好，最后综合分析圈定出三处最有利的找矿远景区。

遥感;金矿;鹤庆

在当今的地质找矿工作中，传统的找矿方法难度越来越大，成本也不断攀升。在遥感技术飞速发展的今天，地勘单位希望能以较低的成本快速地提供更多、更准确的遥感找矿异常信息，提高工作效率，降低风险。

近些年来越来越多的学者加强了金矿床的研究和分析，特别是根据金矿的分布规律和遥感影像上的构造特征和蚀变信息，利用不同的方法建立了不同的金矿床的遥感找矿信息模型。罗富生等(1994)通过TM数据对河南熊耳山地区的金矿床进行了研究和分析，并利用证据权法圈定找矿靶区;何国金等(1995)提出利用“微差信息处理”的观点提取了撰山子金矿的矿化蚀变信息;卫万顺(1995)以山海关为例通过研究线环构造信息与金矿床的位置关系，建立金矿的波谱特征，最后确立金矿找矿模型;朱嘉伟等(1996)在豫西熊耳山地区利用TM数据自动提取金矿遥感异常信息。因此遥感技术在金矿床的研究方面已经发挥了一定作用。

在鹤庆预测工作区中的北衙金矿位于云南省鹤庆县北衙乡，北衙成矿物质来源丰富，矿化期次多、矿床类型多，成矿范围广、深度大，发育赋矿有利的构造。因此无论在矿区内部还是外围，开展金多金属矿产资源勘查评价，加大对该区的资源勘查力度，可能会取得找矿的重大突破。

1 区域地质概况

本区位于藏东—滇西成矿带南部，扬子地台与三江褶皱带的过渡部位，主体属于丽江台缘拗折区的鹤庆—洱海台褶束。北以翁水河、小金河大断裂为界，西以哀牢山深断裂为界，东至程海、宾川大断裂。这些断裂不但规模巨大，而且活动历史久远，长期以来控制着区内的地层发育、岩浆活动及各类矿产的形成与分布。

区内地层发育较全，下元古界苍山群集中出露于大理洱海西侧，主要由片麻岩、片岩及少量混合岩、大理岩组成;古生界地层分布在洱海附近，下古生界仅见下奥陶统，上古生界发育齐全，主要为碳酸盐沉积，次为碎屑岩及硅质岩;二叠系玄武岩广泛分布于程海断裂西侧;中生界三叠系分布在鹤庆—北衙一带，侏罗系、白垩系地层则主要分布在哀牢山断裂以西和程海断裂以东。

本区处于几个构造单元的结合部位，故该区域构造形式复杂，构造变形是以断块中的褶皱为主，鹤庆北衙一带主要为北东向与南北向构造交切复合，并含东西向构造残迹，其中南北向的松桂向斜及马鞍山断裂为区内主要的控岩控矿构造。哀牢山深断裂的长期活动，使本区构造应力集中，地壳脆弱，地幔上隆，导致火山喷溢，岩浆侵入，属于喜山期富碱斑岩出露带。

2 金矿遥感异常信息提取方法

本文主要是通过收集大量的资料，以遥感数据(ETM+影像)为基础，经过几何校正，与全色波段进行数据融合，并进行了适当的图像增强处理，生成一副以ETM5，ETM4，ETM3彩色合成的影像图，并在该遥感影像图的基础上建立符合该地区的地质构造解译标志，以解译标志为依据进行遥感地质目视解译。再通过分析该区金矿床的特点，确定要提取的蚀变信息，最后根据与矿化有关的构造信息和蚀变异常信息圈定成矿远景区，为该区的地质勘查工作提供一定的依据(图1)。

图1 流程图Fig.1 The flow chart

2.1 数据预处理

随着遥感技术的发展，遥感数据纷繁众多，其空间分辨率和时间分辨率都有了很大程度的提高，本文主要是从宏观上提取构造信息和蚀变信息，所以选用了美国陆地卫星LandSat7于2000年获得的ETM+数据，该数据是目前应用比较成熟、稳定、且具有全球覆盖性的遥感数据。

遥感数据的预处理主要包括几何校正、图像裁剪、数据融合、图像增强等。(1)几何校正。利用地形图进行几何校正，几何变换采用三次多项式法，并用立方卷积法进行灰度重采样，配准后影像与矢量地形图叠合良好。(2)图像裁剪。根据鹤庆预测工作区的范围，确定裁剪框，对整幅的遥感影像进行裁剪，得到本文需要研究的工作区范围。(3)数据融合。采用Pansharp方法将第八波段与其它波段进行融合，提高影像的空间分辨率。(4)图像增强。融合后影像需要做图像增强处理，采用直方图线性拉伸，并调整色调。

2.2 影像图合成

根据目标物和背景地物在不同波段上的组合关系，采用彩色合成方案为最佳波段显示影像，本文以ETM5，ETM4，ETM3波段彩色合成的影像图为基础(图2)，该波段组合反映较多的地物信息，且色调的配置具有良好视觉效果，适用于遥感地质信息提取。

2.3 遥感地质解译

2.3.1 遥感地质解译标志的建立

(1)线性构造的解译标志。线性构造主要是指不同类型的断裂、节理密集带或者是隐藏在地表下的隐伏断裂等，结合该地区在影像上的特征，主要表现形式为:①色调差异标志。在线性构造的两侧由于地质体的光谱特征不一致造成在影像上呈现不同的色调，如深浅不一;②纹理差异标志。因为两侧地质体所受的应力作用不同，在线性构造的两侧出现不同的条带纹理，如条带的宽度或方向不同;③地貌特征标志。在影像上断裂构造的主要表现形式为断层三角面、断层崖、山脊线的错动等;④水系特征标志。水系的拐点、分流点等，特别是出现异常直角拐弯处(刘荫椿等，2000)。

(2)环形构造的解译标志。环形构造的成因主要是火山喷发、岩浆活动、褶皱构造、弧形断裂构造及热液蚀变带构造等，在影像上主要呈环状色界，山脊或地层呈弧状弯曲，环状隆起或凹陷形成构造穹窿或盆地，分布有放射状或向心状水系等(廖崇高等，1999)。

图2 鹤庆预测工作区遥感影像图Fig.2 The remote sensing image in the region of Heqing

2.3.2 线环构造解译

采用目视解译，在建立的解译标志的基础上对已经增强处理过的影像进行判读识别。工作区内遥感解译构造特征如图3，4。矿区的褶皱主要为近南北上的北衙向斜，矿带分布在两翼上。断裂主要呈NNE-NNW向展布，大多为隐伏构造，控制着矿体的分布，另外还有近东西向的断裂存在，规模不一，对矿体有明显位移，可能为成矿后构造。

从图中可以看出该工作区线性构造极其发育，主要是近NE向，少量SN，EW向，其中断裂和褶皱为主要控矿构造，在工作区内部大量线性构造交错分布，已知的四个矿点都分布在两线性构造体的锐夹角处。环形构造分散于整个工作区，在东部和南部比较密集，出现包含环或套接环的现象(周正武等，1996)，大量的已知矿点都分布在环线周围或环内部。

2.3.3 线环构造统计分析

在遥感地质解译的基础上，运用定量数学统计方法对该工作区的线环构造空间结构及分布规律进行分析，这项研究不但可以揭示线环构造的空间分布情况及相互关系，还能有效地降低在目视解译中的人为因素。本文采用中国地质大学(武汉)数学地质遥感地质研究所研究开发的软件——金属矿产资源评价分析系统(MORPAS)，线环构造统计包括构造等密度、中心对称度、优益度、交点数等。

图3 线性构造解译图Fig.3 The linear structures

等密度是指一个网格单元内的线性体的累计长度，对线性体的分布情况进行定量的划分。优益度主要指的是一个单元范围内多组线性体的交汇和密集程度，是通过线性体之间的夹角和方位的控矿程度加权的密度来度量的，因为断裂交汇处或断裂密集地段是成矿的有力地段，所以优益度越高对成矿越有利。因此本文对等密度和优益度两个方面进行分析，并将这两个方面的数据通过等值线的形式在图上显示出来为矿产预测提供线索和依据(徐水辉等，2001)。

图4 环形构造解译图Fig.4 The circular structures

此次的采样间隔为50 cm，实际距离为2.5 km，划分了17×20个网格单元，按照划分单元计算每个单元中线性体的等密度及优益度数值。将等密度分为12个等级以等值线的形式显示(图5)，工作区的等密度图的分布反映了区内构造的大致分布情况，大部分中高值区成NE轴向的椭圆，少量成SN，EW向，说明工作区受NE向构造的影响显著，少量SN，EW向构造也对该区造成了影响，矿点都分布在等密度中高值范围内。部分地区受到异常高值的影响，出现圆圈状。该区优益度划分为14个等级，也以等值线形式显示(图6)，优益度的分布规律与等密度很相似，主要是受NE向构造的影响，两者分布情况可相互对应。和矿点附近的情况相比较，在研究区西北和西南部也有类似分布，为成矿预测提供依据。

2.4 遥感蚀变信息提取

2.4.1 工作区金矿蚀变特征

该工作区构造裂隙发育，岩浆侵入广泛，岩体及围岩蚀变均较强烈。工作区内各类岩体均有不同程度的蚀变，主要有钾化、绢云母化、硅化、碳酸盐化;该区所有岩体的围岩都为北衙组碳酸盐岩，其蚀变有矽卡岩化、铁化、硅化、大理岩化，该区的铁化分布广泛，是本区的显著特征，接触带伴随强硅化，与金矿化关系密切。

由于铁化和硅化蚀变与该工作区金矿的产出有着密切的联系，因此本文主要对这两方面进行详细分析，根据ENVI波谱库中的含铁氧化物矿物的波谱曲线(图7)，分析其在ETM波段上的特征，以确定提取铁化为主的蚀变信息的方法。

图7 含铁氧化物矿物反射波谱曲线图Fig.7 The spectrum curve of the oxide of Fe2+/3+

从图7看出，铁的氧化物在ETM1和ETM4波段有较强的吸收带，而在ETM3波段上有比较高的反射峰(相对与ETM1，ETM2波段)，ETM5波段也是铁的氧化物强反射区(易善桢，1994)。因此ETM3/ETM1和ETM5/ETM4可增强铁氧化物类的蚀变信息。进一步采用ETM3/ETM1，ETM5/ETM4和ETM4/ETM3做主成份分析提取以铁化为主的蚀变信息(朱嘉伟等，1996;吴志春等，2010)。另外大量的研究资料表明，硅化的蚀变信息可通过ETM5/ETM3和ETM5/ETM4得到增强(王祖洪等，1996;陈赶良等，1996)，所以本文采用 ETM5/ETM3，ETM5/ETM4和ETM4/ETM3做主成份分析来提取硅化蚀变信息。选择ETM4/ETM3的作用主要是为了消除植被产生的影响。

2.4.2 工作区蚀变信息提取

工作区的植被覆盖比较密集，存在大量的冰雪覆盖区及少量水系，为了减少这些与矿化蚀变无关的各种信息影响，在进行蚀变提取前要对这些干扰信息进行剔除。本文通过ENVI的MASK功能掩膜植被、冰雪及水体等信息。植被的去除采用了NDVI的方法。冰雪和水体的去除采用比值法ETM5/ETM2，还能去除部分阴影(刘志杰等，2008)。

经过上述分析，本文确定用比值和主成份分析的方法进行矿化蚀变信息的提取(邓兆亻毛，1994)，工作区铁化蚀变异常信息的提取采用ETM3/ETM1，ETM5/ETM4和ETM4/ETM3进行主成份分析，提取铁化蚀变异常的主成份特征向量矩阵见表1。段和ETM5/ETM4波段的特征载荷均为正值，为蚀变强异常信息分量。ETM4/ETM3波段的特征载荷说明这一主分量只含有少量植被信息，所以取PC1为异常分量，进行铁化蚀变信息提取。

表1 铁化蚀变遥感异常的主成分特征向量矩阵Table 1 The principal component analysis eigenvector matrix of Fe2+/3+alternation

为了减少孤立点对蚀变异常的影响，并加强异常点的连接性，进行了5像元×5像元的均值滤波，而后利用均值(X)加数倍标准偏差(σ)即X+kσ确定异常阈值。制作铁化蚀变的遥感异常图像，如图8所示。

工作区硅化蚀变信息提取选用ETM5/ETM4，ETM5/ETM3和ETM4/ETM3为输入数据，提取硅化蚀变异常的主成份特征向量矩阵见表2。

表2 硅化蚀变遥感异常的主成分特征向量矩阵Table 2 The principal component analysis eigenvector matrix of Si2+alternation

从表2可以看出，PC1的 ETM5/ETM4和ETM5/ETM3为正，而反映植被信息的ETM4/ETM3很小，所以将利用PC1提取硅化蚀变信息的异常。首先对PC1进行了5像元×5像元的均值滤波，而后采用均值(X)加数倍标准偏差(σ)即X+kσ对PC1图像进行密度分割确定异常阈值。制作硅化蚀变的遥感异常图像，如图9所示。

图8 铁化异常分布图Fig.8 The Fe2+/3+alternation

从图8，9上可以看出，异常信息分布不均匀，大部分分布在鹤庆中西部，与解译的线性构造吻合较好，大部分异常和已知矿点吻合度较高，ETM4/ETM3参与运算，能压抑植被信息，突出蚀变矿物的弱信息。这种方法在植被覆盖率高的地区尤为有效。在东北部也有一定量硅化异常信息存在，但是硅化信息可能还受到植被、水系和第四系覆盖物影响，特别在冲沟的部位存在大量假异常信息。其它地区异常信息分布较为分散。

3 结果与分析

通过对鹤庆地区线环构造信息及铁化、硅化蚀变信息的提取和分析，根据线环构造的发育程度、蚀变异常分布的密集程度、成矿地质条件的好坏程度及矿点的分布情况等方面，在该工作区圈定三处成矿远景区(图10)。

(1)鹤庆北衙西北部南登-弯登-瓜拉坡一带。该区线环构造发育较好，尤其是北北东向断裂，为主要的控矿构造，另外该区正处于环形构造边缘地带，为等密度高值区。从铁化和硅化蚀变异常也可以看出，该区硅化蚀变异常信息分布密集，并有少量铁化异常信息，故圈定该区为成矿远景地段。

图9 硅化异常分布图Fig.9 The Si2+alternation

(2)西南部乐善村-巡检司-宋家园一带。该区线性构造主要成北东向展布，存在于环形构造边缘，等密度和优益度为明显高值区，并且铁化蚀变异常信息分布密集。

(3)中南部大龙潭-寸家院-大营一带。该区有已知矿点存在，分布于线环构造交叉处，线性构造成北东向展布，存在大量环形构造，并有包含环和套接环的现象，为优益度高值区，该区内铁化和硅化蚀变异常信息分布都很密集，可以确定为有利找矿的远景地段。

另外本文也存在许多不足:

首先，应加强多元数据的应用，特别是物化探数据，多元数据和工作区线性、环形构造的叠加分析可助于线环构造分布规律的研究，深入分析线性、环形构造的成因。

其次，受ETM分辨率的影响，只是初略提取工作区铁化、硅化蚀变异常信息，未能更进一步对地层岩性进行划分。对于一些小型的构造信息，也未能完全解译。建议以后采用高分辨率、不同时相的数据源进行岩性提取和线-环构造解译，以增强结果的可靠性。

图10 遥感找矿远景区图Fig.10 The prospecting from remote sensing data

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Gold Deposits in Heqing from Remotely Sensed Data

CHEN Li1， HU Guang-dao2， TANG Chen3
(1.Institute of Remote Sensing and GIS，Peking University，Beijing 100871，China;2.Institute of Mathematic Geology and Remote Sensing Geology，China University of Geosciences，Wuhan，HB 430074，China;3.Rapid Evaluation Institute of Yunan Geology and Mineral Exploration Courtyard，Kunming，YN 650093，China)

The remote sensing technology，has been used to prospect ore，armed to provide more accurate mineralization abnormal information and decrease the exploration risks extremely.Based on the region geological background and the controlling rules of fault in Heqing，the linear and circular fault structures are examined with visual interpretation from remotely sensed data.The isopycnal map and the excellent benefits image are drawn and analyzed quantitatively with MORPAS.Then the alternation characteristics are analyzed.The Fe2+/3+and Si2+alternation information related to gold deposits is extracted with band math and principal component analysis，the results of the extraction are very well.The three favorable prospected areas are delineated with synthesizing controlling factor of ore deposits.

remote sensing;gold deposits;Heqing

P627

A

1674-3504(2011)04-0366-08

陈理，胡光道，唐晨.2011.遥感技术在鹤庆北衙金矿找矿中的应用［J］.东华理工大学学报:自然科学版，34(4):366-373. Chen Li，Hu Guang-dao，Tang Chen.2011.Gold deposits in Heqing from remotely sensed data［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，34(4):366-373.

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.04.010

2011-06-03; 责任编辑:吴志猛

国家自然科学基金项目(40874092)

陈 理(1986—)，女，博士生，地图学与地理信息系统专业，主要研究方向为矿产预测与遥感地质。E-mail:chenli-xyz@163.com