基于Landsat TM的个旧锡矿成矿信息提取与找矿预测*

谈树成 虎雄岗 金艳珠 陈 健 陈 峰

(1.云南大学地质研究所;2.湖北省荆州市江陵一中)

遥感技术以其信息量大、快速等优势而广泛地应用于矿产资源勘查领域［1-6］。上世纪80年代，南美国家智利借助于航空摄影照片分析了矿化蚀变带，发现了玛尔泰和洛博金矿［7］。M.H.Tangestani和F.Moore等学者通过主成分分析对伊朗的Meiduk地区斑铜矿蚀变区进行了对比分析［8］，取得良好效果。M.K.Timothy等利用TM影像假彩色合成，对阿拉伯—努比亚地盾地区金矿矿化蚀变异常信息进行了提取［9］。而Crowley，James等学者则利用AVIRIS和ASTER影像数据对成层火山的热液蚀变进行了研究［10］。

国内自从开展了相关领域的研究后，不仅在理论上进行了创新，而且在实际应用中取得了丰硕的成果［11-13］。然而，由于控矿因素的多样性和成矿模式的复杂性，传统的成矿地段圈定方法已稍显不足。因此在遥感矿化蚀变信息提取的基础上，结合研究区线、环形构造和物化探数据圈定成矿远景区显得很有必要。本研究在对个旧锡矿矿区成矿地质环境、地质特征和成矿规律研究的基础上，以2010年11月TM遥感影像为基础数据源，利用遥感找矿理论，通过对矿区地质构造遥感异常的分析和遥感蚀变信息的提取，结合已有的地质、物化探等数据圈定找矿远景区。从而为矿产资源的勘查、管理、开采和利用提供科学依据。

1 矿区成矿地质背景

个旧锡矿成矿主要受控于印支期岩浆岩，三叠纪的灰岩、白云岩及其一系列断裂、背向斜等构造以及燕山中晚期黑云母花岗岩。前华力西构造运动为其奠定了良好的成矿基础;华力西期—印支期，右江陆缘盆地张裂、板块俯冲碰撞以及燕山中晚期重熔花岗岩叠加改造，多因复成，从而形成了规模罕见的锡矿矿床［14］。区内断裂构造对锡多金属矿床的形成、分布形态具有明显的控制作用。

2 地质构造信息提取

由于影像各波段所记录的地物信息的差异，因此有效的波段组合能够更好地反映出地质构造信息。TM影像中6个波段的数理统计见表1，TM波段的相关性分析见表2。

表1 研究区TM多光谱波段数理统计

表2 研究区TM影像波段相关性分析

从表1可看出，就波段均值而言，TM1、TM4、TM5较大，表明影像质量较好;而从波段标准差来看，TM5、TM7较大，表明影像包含的信息量较大;由表2可以看出，TM1和TM2，TM2和TM3，TM5和TM7波段的相关性比较大。此外，由于TM4波段相对独立，可作为必选波段。因此，得出741波段组合为最优组合，对波段进一步增强处理后，各种地质信息得到加强，再结合区内地质构造特征，采用计算机识别和人工判别相结合，对研究区遥感影像线型、环形构造进行解译，得到的结果见图1。

2.1 环形构造信息提取

总体上，个旧矿集区呈现出一个以个旧市为中心的巨大复式环形影像构造(一级环)，北到开远南侧，南至红河深大断裂，直径为60～70 km，个旧断裂由南向北从研究区穿过将其一分为二，形成了两个直径为30～40 km的次级环形构造(二级环)，并伴生有大量规模不等的三级构造，以矿区中部和中南部地区分布最为密集，表现明显且十分强烈，与矿体的分布呈现良好的相关性。

2.2 线性构造信息提取

遥感线性构造是地质构造场和成矿地质场在地球表面和光谱特征上的反映［15］。总体上，可将研究区内线性构造划分为NW向、SN向、NE—SW向和NW—SE向4类。

图1 研究区线性形、环形构造解译

NW向线性构造位于研究区中部二级环形构造内，处于个旧断裂、古山断裂和红河深大断裂三大构造系所围成的三角形内，并与环内一系列的NE—SW向线性构造相互交织，成为研究区内线性构造最为密集的次区域;SN向线性构造是区内重要的成矿地质构造。其中开远—个旧断裂不仅成为大规模基性岩浆喷发的通道，而且沿断裂带强烈的地震活动和一系列温(热)泉的出露表明该断裂强烈的构造和热流活动，对个旧地区中生代沉积建造和岩浆岩活动有关的矿化有着重要的控制作用。NE—SW向构造主要分布于研究区东南部二级环形构造边缘和个旧断裂西侧二级环形内大部分地区，对印支—燕山期岩浆岩活动及热液矿化作用有一定的控制作用。NW—SE向构造以红河深大断裂为代表，其余主要分布于研究区东南部二级环形构造与一级环形构造交汇处，在此区域通过与NE—SW向线性构造的交汇，成为研究区构造较为发育、程度较为强烈、成矿地质环境较为有利的地段。

3 矿化蚀变信息提取

3.1 干扰信息的去除

矿床围岩蚀变信息的强度很大程度上决定了对蚀变信息提取的效果，由于研究区较高的植被覆盖率、较多的水系和大面积的居民区影响矿化蚀变信息的提取［16］，因此，在蚀变信息提取前需对水体和植被去干扰，以增强矿化蚀变信息。水体反射光谱特征表现为可见光绿波段大于短红外波段，因此可选用(0.52～0.60μm)/(1.55～1.75μn)作为淹没去除水体;而植被干扰可利用可见光红波段(0.63～0.69μm)和近红外波段(0.76～0.90μm)两个波段在保证可见光红波段长度大于近红外波段的前提下，压制植被干扰，提取蚀变信息。

3.2 矿化蚀变信息分析

通过对研究区围岩矿化蚀变信息的分析和研究，将区内近矿围岩主要蚀变信息分为羟基异常(OHA)和铁染异常(FCA)。以羟基异常(OHA)为主的蚀变矿物在TM7波段和TM5波段具有较大的光谱特征差异，因此可考虑用TM5波段与TM7波段作为提取含羟基类矿物的有效波段;Fe3+在TM3波段有很高的反射率;在波段长度为1.1～2.4μm区域，Fe2+因矿物种类的不同而产生不同的波谱特征。这些离子本身所具有的特定光谱特征与其他物质光谱特征的差异成为了利用遥感影像进行蚀变信息提取分析的理论基础。

3.3 蚀变信息的增强与提取

从表2可知，所选的6个波段相关性较大，表明影像中的信息重叠程度较大。主成分分析法可以利用尽可能少的波段表达原有多波段中的有用信息，而且最大程度地降低新组分影像之间的相关性。根据研究区矿化蚀变矿物相关的光谱特征，选取TM1、TM3、TM4和TM5共4个波段作为第一组波段，利用主成分分析进行铁染矿化信息的提取。第一组波段的主成分特征统计见表3。

由表3可以看出，PC3中的TM3和TM1、TM4具有相反的贡献值，而和TM5具有相同的贡献值，且TM3波段具有最大的反射率，符合铁染物主成分的判断准则，结合实际获得的地物光谱特征值，以PC3作为铁染异常(FCA)信息的提取图像。

表3 研究区TM1、TM 3、TM 4、TM 5波段的主成分特征统计

以TM1、TM4、TM5、TM7为第二组波段组合，进行羟基异常(OHA)信息提取。结合实际获得的地物光谱特征值，以PC3作为羟基异常(OHA)信息提取图像，统计结果见表4。从表中可以看出，PC3中的TM5和TM7影像具有较大的相反贡献值，分别为－0.596 31和0.720 63，且TM5具有较强负载值(表现为负值)，故PC3反映了羟基信息。

以主分量的均值(X)表示区域背景，标准离差(σ)表示扩散尺度，σ的倍数kσ为阈值，利用X+kσ对异常进行等级划分并确定阈值。对于铁染异常而言，k一般取1.5～2.5;而对于羟基异常，k一般取2～3［17］。通过对铁染异常(FCA)主分量PC3计算后得出其最大阈值为94.32～102.31，将此作为铁染矿化异常阈值进行分割，得到铁染矿化异常分布，见图2。对羟基异常(OHA)主分量PC3而言，其异常阈值为39.52～42.93。将羟基矿化异常进行分割后得到羟基矿化异常分布，见图3。

从图2、图3可以得出:铁染矿化蚀变与羟基矿化蚀变在空间上表现出较高的相关性，即在研究区南中部、南东部、北东部和北西部铁染异常和羟基异常均较强烈。

图2 研究区铁染矿化异常分布

4 远景矿区的圈定与找矿预测

遥感信息线性构造交汇区、线环构造交切叠加区、色调异常区是成矿条件有利区，也是进一步进行找矿的重点靶区。根据研究区线、环形构造分布规律及铁染矿化异常(FEA)、羟基矿化异常(OHA)分布特征和已有物化探资料，结合实地调查，在研究区内圈定了9个成矿远景区，见图4。

表4 研究区TM1、TM4、TM 5、TM 7波段的主成分特征统计

图3 研究区羟基异常分布

图4 成矿有利区及找矿远景区

1#成矿远景区位于个旧南部，区内线、环型构造发育，构造部位处于NS向卡房断裂南段和多个次级EW向断裂交汇形成的凹陷带，构造活动强烈，次生晕Cu、Au、Mn、Pb、Sn等元素异常规模较大，强度较高;浓集中心和浓度分带明显，与其他元素异常吻合性好。野外调查发现，沿该断层岩石挤压破碎剧烈，发育构造角砾岩和断层泥，并有基性岩和花岗岩岩体顺破裂面侵入。断层控制着锡矿体的分布，特别是与两侧断裂的交接点，已发现大量锡矿点。因此，1#成矿远景区可作为进一步找矿的重点靶区。

2#成矿远景区位于个旧东部，为NS向罗期底断裂与多个次级EW向断裂交汇处。区内构造活动强烈，规模较大，强度较高。该区主要岩性为中三叠统个旧组(T2g)。

3#、4#成矿远景区位于个旧市北部和中部，紧邻已有的马格拉矿田，由一系列近EW向的线性构造被NS向的开远—个旧断裂和古山断裂所挟持形成的格子状凹陷地带，浅层岩石较为破碎，主要岩性为中三叠统个旧组(T2g)和法郎组(T2f)。三级环形构造较为发育，铁染异常和羟基异常强烈，根据野外调查发现有不同程度的Cu、Pb、Sn矿化。可作为进一步找矿的重点靶区。

5#、6#成矿远景区位于研究区北西侧二级环形构造内。为个旧西区的主要矿化蚀变带，具有一定的成矿有利条件。

7#、8#、9#成矿远景区分别位于研究区南东部、北东角和东部。位为个旧矿区一级环形构造边部外缘，为一系列NE—SW向与NW—SE向的线性构造交错地带，环形构造明显，表层岩石破碎，铁染矿化异常和羟基矿化异常强烈，为研究区内成矿条件的有利地段，可作为找矿远景区。

以上9个成矿远景区中，3个位于个旧断裂以西，其余6个分布于个旧断裂以东。根据远景区的成矿地质特征、成矿有利条件和矿化异常强烈程度，将1#、3#和4#确定为最佳远景区，2#、5#和6#为次级远景区，7#、8#和9#为三级远景区。

5 结论

本研究以个旧锡矿矿区为研究对象，以TM影像为基础数据源，通过对波段的有效组合可以得到丰富的地质构造信息和矿化蚀变异常信息。在对干扰信息进行去除和对构造信息与蚀变信息进行增强、分析、提取的基础上，结合研究区地质、物探、化探资料圈定了9个远景成矿区。根据远景区的成矿地质特征、成矿有利条件和矿化异常强烈程度将9个远景成矿区分为3类远景成矿区。其中3个(1#、3#、4#)确定为最佳远景区，3个(2#、5#、6#)确定为次级远景区，其余3个(7#、8#、9#)确定为更次一级远景区。研究结果为矿区资源的勘查、开采和利用提供了重要科学依据。

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