应用ASTER数据提取矽卡岩型锡矿蚀变遥感异常信息——以滇东南马关都龙锡矿为例

王 蔚，张世涛，尹光侯，许 东

(1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093;2.云南省地质矿产勘查开发局信息中心，昆明 650051;3.云南省地质调查局，昆明 650051)

应用ASTER数据提取矽卡岩型锡矿蚀变遥感异常信息
——以滇东南马关都龙锡矿为例

王 蔚1，2，张世涛1，尹光侯3，许 东3

(1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093;2.云南省地质矿产勘查开发局信息中心，昆明 650051;3.云南省地质调查局，昆明 650051)

运用多光谱遥感数据进行矿化蚀变信息提取，对圈定找矿预测区具有重要意义。采用ASTER数据及其矿化蚀变信息提取原理，对滇东南马关都龙锡矿含矿岩体分布区分别提取了方解石化、白云岩化、绿泥石化等3类蚀变遥感异常信息。所提取的蚀变异常与野外调查发现的矿化点吻合性好，蚀变信息可靠，对指导找矿有较好的效果，为该地区矿产资源潜力评价和综合找矿预测提供了遥感依据。

ASTER;蚀变信息;异常提取;矽卡岩;都龙锡矿

0 引言

目前，遥感技术已经成为地质填图和找矿的重要技术手段之一。岩性判别、地质构造解译、矿化蚀变信息提取等工作可为区域遥感找矿提供有力的支持，其中矿化蚀变信息提取可以提供某些直接的找矿技术参数［1－2］，尤其适用于自然条件差、工作范围大、研究程度低地区的遥感找矿工作。围岩蚀变是热液矿床的重要找矿标志之一，蚀变围岩的范围一般远远大于矿体，且具有分带性的分布特征。蚀变带在遥感图像上反映的是蚀变矿物和各种背景地物(一般指土壤、植被及围岩等)的综合光谱信息。本文利用ASTER数据，运用多种蚀变信息提取方法对滇东南马关都龙锡矿区进行了蚀变遥感异常信息提取研究，为该地区矿产资源潜力评价和综合找矿预测提供遥感依据。

1 研究区与数据源

1.1 研究区地质概况

在位于滇东南的马关都龙锡矿区中，已知矿床(体)多围绕老君山花岗岩体内、外接触带分布，已探明曼家寨超大型矿床1处，铜街、新寨和南秧田大型矿床3处，辣子寨、南当厂、戈岭和老寨中型矿床4处以及一系列小型锡、钨、铅、锌、铜、铁多金属矿床(点)。区域矿床(点)按成矿系列可以分为酸性岩浆成矿系列和基性超基性岩浆成矿系列。其中，酸性岩浆系列矿床主要分布于老君山穹隆区，属于与燕山期花岗岩有关的锡、钨、铅、锌、铜多金属成矿亚系列。

接触交代(矽卡岩)型矿床是研究区内主要的矿床类型，分布于老君山岩体外接触带寒武系田蓬组(2t)、龙哈组(l)中，含矿围岩为矽卡岩等。矿体呈似层状、透镜状、扁豆状产于缓倾斜褶皱的层间剥离带和层间破碎带中。围岩蚀变以方解石化、白云岩化和绿泥石化为主。矿床按矿物组合可分为矽卡岩型锡石硫化物矿床、矽卡岩型白钨矿矿床、矽卡岩型锡石—白钨矿矿床和矽卡岩型铜(钨、银)矿床。典型矿床有南秧田、洒西、花石头、老君山、茶叶山、戈岭、岩脚等矿床［3］(图1)。

马关—麻栗坡锡钨铅锌多金属成矿区具有独特的成矿环境及多因素的成矿控矿作用，不同类型矿床(点)星罗棋布，受地层层位、围岩岩性、断裂构造、花岗岩体等多种成矿因素控制。

图1 马关都龙锡矿区地质矿产简图［3］(据云南省地矿局资料修编)Fig.1 Geological sketch map of the Sn mining area in Maguan—Dulong［3］

1.2 数据源简介

ASTER数据包括VNIR(可见光与近红外)和SWIR(短波红外)波段范围内产生的地物光谱反射率数据，以及TIR(热红外)波段范围内的地物热辐射值数据［4］，具有涵盖的波长范围宽、波段多、性价比合理等特点，其应用研究已得到了迅速发展。在地质找矿中采用ASTER数据进行蚀变遥感异常信息提取时，通常利用的是地质体在VNIR与SWIR波段范围内的反射率光谱数据。

本文使用的ASTER数据的获取日期是2008年12月23日。数据质量较好，无云雾覆盖，岩体出露区植被覆盖较少，有利于进行矿化蚀变异常信息提取研究。

2 方法技术

2.1 数据预处理

对ASTER数据的预处理包括2项关键技术:①ASTER数据的大气校正;②典型矿物标准光谱曲线与ASTER数据的波段匹配［5］。

2.1.1 大气校正

目前较常用的内部平均相对反射率法(internal average relative Reflectance，IARR)是一种快速便捷的大气校正方法，它是利用整景图像的平均波谱曲线来对图像进行标准化处理。当缺乏地面实测反射率数据时，这种校正方法能有效地将光谱仪数据转换为该地区地面的相对反射率，尤其适合于没有植被覆盖的干旱区［6］。

进行大气校正时，首先计算整景图像的平均波谱曲线，将其作为参考波谱曲线;然后用图像中的每一个像元的亮度值除以参考波谱曲线的亮度值，计算出表观反射率值。对比校正前后的光谱曲线可以看出，大气校正对 ASTER1，ASTER2和 ASTER3所对应的520～860 nm的光谱区间影响较大。以大地坐标为 E45°19'40″，N25°37'30″的像元校正前后的光谱剖面曲线对比为例，光谱反射率在校正前为ASTER1＞ASTER2＞ASTER3，而校正后为ASTER3＞ASTER2＞ASTER1。该处各波段图像平均亮度值的光谱曲线也呈现出相同的特点(图2)。

图2 IARR大气校正前后ASTER图像平均亮度值光谱曲线［5］Fig.2 Spectra curves of means of ASTER data before and after atmospheric correction by IARR［5］

2.1.2 波段匹配

1)参考光谱的选择。研究区典型蚀变矿物有方解石、白云石和绿泥石，从 USGS［7］和 JPL［8］光谱库中选择上述蚀变矿物的标准光谱曲线作为参考光谱。

2)典型矿物标准光谱曲线与ASTER数据的波段匹配。USGS和JPL光谱库中，典型矿物标准光谱曲线在400～2 500 nm谱段的光谱反射率数据采样827个，相当于光谱分辨率为2.54 nm，光谱曲线是一条连续的光滑曲线;该光谱曲线要作为ASTER数据的参考光谱，需截取与ASTER数据波段相对应的光谱区间值进行重采样。前人研究成果表明，利用典型矿物标准光谱曲线对应ASTER数据波段区间取值的最小值绘制的波谱曲线与野外实测光谱曲线拟合效果最好［9］，因此本文亦采用该方法。

光谱库典型矿物标准光谱曲线对应ASTER波段重采样获得的新的反射率光谱曲线见图3。根据图3中反射率光谱曲线的形态，可将其进一步分为两组:①方解石和白云石，代表碳酸盐岩化蚀变矿物组合;②绿泥石，代表富含Fe质成分和OH－成分的蚀变矿物。

图3 都龙矿区蚀变矿物典型波谱对应于ASTER波段重采样光谱曲线Fig.3 Spectra re－sampling to ASTER bands of alteration minerals of the Dulong deposit area

2.2 蚀变信息提取原理与方法

2.2.1 提取原理

蚀变岩石由于具有与未蚀变围岩不同的物质成分、结构和构造，表现出与围岩不同的波谱特征，即蚀变矿物标志性的波谱特征［10－11］。通常，各种蚀变矿物都具有独特的识别谱段，因此蚀变矿物的特征谱段是遥感蚀变信息提取的波谱依据。大量的遥感实验证明，蚀变岩石与未蚀变的岩石相比，其地表氧化物因含有大量的OH－，CO2－3，Fe2+和Fe3+离子基团或离子，与铁离子有关的蚀变矿物的波谱特征主要取决于铁离子的价态及矿物的含水性和透明度等因素;该类蚀变矿物以褐铁矿、针铁矿、赤铁矿、黄钾铁矾等Fe3+矿物为主，含少量Fe2+氧化物，大多分布于金属矿物氧化带及含铁矿物的风化表面。含铁离子(主要是 Fe3+)矿物在0.85 ～0.94 μm 谱段具有较高的亮度值，而在1.1～2.4 μm谱段的亮度值较低。与OH－有关的蚀变矿物以高岭石、叶蜡石、白云母、滑石、蛇纹石和绿泥石等为代表，蚀变矿物主要为泥质蚀变的产物，在热液及风化矿床中较为发育;该类蚀变矿物在 1.4 μm 和 2.2 ～2.4 μm附近具有吸收带。与CO2－3有关的蚀变矿物以方解石、白云石、菱镁矿等为代表，CO2－3在2.35 μm和2.55 μm 波长处显现出强吸收，在 1.9 μm，2.0 μm和2.16 μm 波长处则显现相对较弱的吸收［12］。

2.2.2 提取方法

本文提取岩矿蚀变信息的方法主要采用《全国矿产资源潜力评价遥感资料应用技术要求》规定的方法思路。总体技术流程如下:

为充分发挥ASTER数据VNIR波段的15 m分辨率的优势，首先将SWIR波段数据重采样到像元大小为15 m×15 m，并将VNIR与SWIR波段数据一并输入到一个文件中;然后利用数据本身自带的GPS点数据库，对ASTER数据进行几何纠正，使该数据可显示经纬度坐标;再生成去干扰窗，进行阴影、植被等干扰的去除;最后对遥感数据进行“准归一化”和线性拉伸处理，使每一通道的亮度值落于［0，255］内，以增强地物间的对比性，并利用波段比值、主成分分析(principle component analysis，PCA)等方法［13］提取蚀变信息。

3 异常提取

本文利用PCA技术，根据ASTER数据特点，构建蚀变信息提取模型，针对研究区的方解石化、白云岩化和绿泥石化3类主要蚀变进行遥感异常信息提取试验。

3.1 方解石化蚀变信息提取

方解石化蚀变异常信息的提取采用ASTER1，ASTER3，ASTER4，ASTER4/ASTER8 作为输入数据，进行比值主成分分析，提取的蚀变异常主成分特征向量矩阵见表1。

表1 方解石化蚀变异常主成分特征向量矩阵Tab.1 Eigenvector matrix for calcite

从表1可以看出，对PC3的主要贡献来源于ASTER4和 ASTER4/ASTER8。由于 ASTER4/ASTER8的贡献为正，ASTER4的贡献为负，所以在图像中暗色区代表方解石化蚀变;取反后，高亮度区代表蚀变强烈区。因此，本次工作采用－PC3进行以方解石化为主的蚀变信息的提取。为了略去遥感蚀变异常图中的孤立点并加强有意义异常点的连接性，进行了3像元×3像元窗口的均值滤波;而后采用均值加2倍标准偏差为异常下限对－PC3图像进行密度分割，制作成方解石化蚀变的遥感异常图像。

3.2 白云岩化蚀变信息提取

白云岩化蚀变异常信息的提取采用ASTER1，ASTER3，ASTER4，ASTER3/ASTER8 作为输入数据，进行比值主成分分析，提取的蚀变异常主成分特征向量矩阵见表2。

表2 白云岩化蚀变异常主成分特征向量矩阵Tab.2 Eigenvector matrix for dolomite

从表2可以看出，对 PC3的主要贡献源于ASTER4和ASTER3/ASTER8。由于ASTER3/ASTER8的贡献为正，ASTER4的贡献为负，所以图像中暗色区代表白云岩化蚀变;取反后，高亮区代表蚀变强烈区。因此，采用－PC3进行白云岩化为主的蚀变信息提取。为了略去遥感蚀变异常图中的孤立点并加强有意义异常点的连接性，进行了3像元×3像元窗口的均值滤波;而后采用均值加2倍标准偏差为异常下限对－PC3图像进行密度分割，制作成白云岩化蚀变的遥感异常图像。

3.3 绿泥石化蚀变信息提取

绿泥石化蚀变异常信息的提取采用ASTER1，ASTER3，ASTER4，ASTER5/ASTER8 作为输入数据，进行比值主成分分析，提取的蚀变异常主成分特征向量矩阵见表3。

表3 绿泥石化蚀变异常主成分特征向量矩阵Tab.3 Eigenvector matrix for chlorite

表3显示，PC4的主要贡献源于 ASTER1和ASTER4，说明图像中高亮区代表绿泥石化蚀变强烈区。因此，采用PC4进行绿泥石化为主的蚀变信息提取。为了略去遥感蚀变异常图中的孤立点并加强有意义异常点的连接性，进行了3像元×3像元窗口的均值滤波;而后采用均值加2倍标准偏差为异常下限对PC4图像进行密度分割，制作成绿泥石化蚀变的遥感异常图像。

将以上提取的3类蚀变异常信息叠加，分别圈定出异常聚集区范围，制作成马关都龙锡矿区遥感蚀变异常图(图4)。

图4 马关都龙锡矿区遥感蚀变异常图Fig.4 The image of alteration anomaly information in Dulong mining area

由于时间关系，未对所提取的3类蚀变遥感异常进行野外验证。在根据异常分布情况圈定的异常聚集区域中，通过与已有地质、矿产资料对比发现，白云岩化、方解石化蚀变异常浓集中心主要位于老君山岩体内外接触带上，在图4西北角有少量酸性岩浆岩出露的地区也提取出以上两类蚀变，说明在该地区利用白云岩化、方解石化蚀变寻找酸性岩浆岩进而寻找与之相关的矿床是有可能的;绿泥石化蚀变异常浓集中心主要位于老君山岩体西北侧，与地表岩体出露位置接近，结合地质分析认为，该蚀变信息反应了老君山岩体在西北侧可能有延伸，这一认识与地质上对老君山岩体的看法相同。同时，此次研究提取的3类遥感蚀变异常聚集区与已知矿点在空间上吻合较好，所有已知矿点附近都有异常聚集区分布，说明本次研究的技术方法在该地区是可行、有效的。

4 结论

1)ASTER数据的空间分辨率和光谱分辨率较之ETM+/TM数据都有很大提高，利用ASTER增设的短波红外波段对某些矿化蚀变异常可以进行信息提取，这是ETM+/TM数据难以做到的。本文充分运用ASTER可见光和短波红外波段，分别提取了马关都龙锡矿区方解石化、白云岩化和绿泥石化等蚀变信息。提取结果表明:方解石化和白云岩化蚀变主要位于老君山(都龙)岩体与元古界地层(南秧田组)的接触部位，与已知矿床点有较好的吻合;绿泥石化蚀变主要位于老君山岩体与寒武系地层(田蓬组、龙哈组)的接触部位。以上认识与地质矿产规律基本一致，证明所采用的方法有效、结果可靠，对该区找矿工作具有一定的指导意义。

2)如何利用ASTER短波红外和热红外波段数据对该地区更多的蚀变矿物种类进行定量反演，以及对岩性更精确识别的方法等问题是今后需要深入研究的课题之一。

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The Application of ASTER Data to Extracting Alteration Anomaly Information in Skarn Sn Deposits:A Case Study of the Maguan－Dulong Sn Deposit in Southeast Yunnan

WANG Wei1，2，ZHANG Shi－ tao1，YIN Guang － hou3，XU Dong3
(1.The Faculty of Land Resource Engineering of Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China;2.Yunnan Information Center of Geology and Mineral Resources，Kunming 650051，China;3.The Bureau of Yunnan Geology Survey，Kunming 650051，China)

The extraction of alteration mineral information by using the multi－spectral remote sensing data plays an important role in search for mineral deposits.In this paper，the authors have described the alteration anomaly information of calcitization，dolomitization and chloritization extracted from the Maguan － Dulong Sn deposit in southeast Yunnan by using ASTER data.The alteration anomaly information is well consistent with the field geological survey.The results show that the alteration information extracted from ASTER is effective in the potential assessment of mineral resources and the ore－prospecting prediction.

ASTER;alteration information;anomaly extraction;skarn;Dulong Sn deposit

TP 79

A

1001－070X(2012)01－0155－05

10.6046/gtzyyg.2012.01.27

2011－10－18;

2011－11－21

中国地质调查局全国矿产资源潜力评价云南省矿产资源潜力评价项目(编号:1212010813024)资助。

王 蔚(1984－)，男，矿产勘查专业在职硕士研究生，主要研究方向为遥感找矿。E－mail:dior_wang@163.com。

(责任编辑:刘心季)