基于ETM+和ASTER数据的矿化蚀变信息提取

张船红，何政伟

（1.四川建筑职业技术学院 测量工程研究所，四川 德阳 618000；2.成都理工大学 地球科学学院，四川 成都610059； 3.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059）

遥感蚀变信息是一种从遥感数据中量化提取的、用以表征有可能是蚀变岩石（包括蚀变规模大小和相对蚀变强度）的近矿指示信息。蚀变矿物在可见光和短波红外波段内都具有与它们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，据此可识别地物[1]。因此，基于光谱特征的遥感蚀变信息提取研究具有重要的理论和现实意义。本文在GIS技术支持下，采用ETM+和ASTER遥感影像数据，分析了典型蚀变矿物在所选择多光谱数据各波段中的波谱特征，了解数据源的基本特性，最终采用主成分分析、比值法提取了矿化蚀变信息，并对2种数据提取结果进行了空间叠加分析，从而得到基于不同数据源、不同蚀变信息提取方法的综合蚀变异常信息。

1 研究数据源

研究数据源包括ETM+和ASTER影像数据，研究区地质报告及1∶25万地质图。研究使用2000-12-28 landsat7/ETM+，轨道号137/39、137/40；2000-06-09 ASTER，Granule ID为AST00087PRDAT0115。ETM+影像为二级数据，已作初步的辐射校正（传感器定标）和简单的几何校正。ASTER影像为L1B级数据，已作几何校正和辐射校正，可直接进行辐射定标和大气校正，然后进行遥感蚀变信息提取。

美国陆地卫星Landsat 7提供的ETM+影像共有8个波段，结合蚀变矿物的波谱特性，ETM+数据在1、3、4、5、7波段对矿物蚀变信息具有良好的指示作用[2,3]；ASTER是极地轨道环境遥感卫星Terra（EOS-AM1）上载有的5种对地观测仪器之一，共14个波段。相比ETM+数据，ASTER数据可见光与近红外波段的地面分辨率更高（15 m），同时多出了10、11、12共3个波段，另外将ETM+7波段细分为5、6、7、8和9共5个波段，将ETM+6波段细分为13、14共2个波段。因此，ASTER数据和ETM+数据相结合是用于提取找矿信息的有效手段。

相比Landsat ETM+数据，ASTER数据的显著特点之一是其在短波红外范围的波段数据更多，单波段波长间隔更窄，以及在热红外设置多波段，在识别和提取岩石、矿物信息方面有着明显的优势。经分析，ASTER可见光—近红外波段设置在Fe3+、Al-OH、Mg-OH、CO32-的特征吸收带附近，为有效进行岩性识别提供了坚实的基础[4]。

2 研究方法

2.1 图像处理

为了区分出不同种类的蚀变矿物，采用比值彩色合成法，丰富的彩色信息更有利于遥感蚀变异常信息的目视判读。将比值ETM+5/7、ETM+3/1、ETM+3/4作为RGB进行彩色合成，以及ETM+5/7、ETM+3/1、ETM+5/4作为RGB进行彩色合成，有利于突出遥感蚀变异常信息，有效区别于植被、冰雪、水体等。结合研究区已有地质资料，从ETM+5/7、ETM+3/1、ETM+3/4比值彩色合成图（见图1）可以看出，研究区内的褐铁矿化呈现浅蓝色，含羟基矿物以及冰雪呈现蓝色，植被呈现红色、深红色，第四系沉积物则为浅绿色。ETM+5/7、ETM+3/1、ETM+5/4彩色合成图（见图2）与图1相比，ETM+5/7、ETM+3/1、ETM+5/4彩色合成图冰雪呈现深绿色，云则呈现为深紫色，更有效地区分了含羟基矿物岩石与冰雪、云。

运用比值法对ASTER影像提取找矿蚀变信息。研究区内典型蚀变矿物——绢云母化等粘土矿物在ASTER4波段表现为反射峰，ASTER6、ASTER8波段表现为吸收谷，则利用ASTER4、6、8波段进行彩色合成，绢云母化等粘土矿物在影像上呈现红色（见图3）；由于在ASTER6波段为吸收谷，ASTER5、ASTER7波段为反射峰，则在ASTER7、6、5波段合成影像上呈紫色（见图4）。

图1 研究区比值彩色合成图

图2 研究区比值彩色合成图

图3 ASTER468波段组合增强局部图像

图4 ASTER765波段组合增强局部图像

2.2 遥感蚀变信息提取

1）ETM+影像提取找矿蚀变信息。运用Crosta主成分分析法对ETM+影像提取羟基、铁染找矿蚀变信息。羟基遥感蚀变信息提取采用ETM+1、ETM+4、ETM+5、ETM+7进行主成分分析，异常主成分应具有的特点是ETM+4、ETM+7的贡献系数与ETM+5的贡献系数符号相反。根据表1可知，研究区影像主成分为第四主成分，对其进行取反操作，然后进行异常分级，得到羟基找矿蚀变信息图。铁染遥感蚀变信息提取采用ETM+1、ETM+3、ETM+4、ETM+5进行主成分分析，异常主成分的特点为ETM+1、ETM+4的贡献系数与ETM+3的贡献系数符号相反，由表2可知，研究区影像主成分为第四主成分，对其进行异常分级，得到铁染找矿蚀变信息图。

表1 ETM+1、4、5、7主成分分析特征向量表

表2 ETM+1、3、4、5主成分分析特征向量表

2）ASTER影像提取找矿蚀变信息。运用主成分分析法对ASTER影像提取Al-OH、Mg-OH、CO23+以及Fe3+遥感找矿蚀变信息。根据研究区内已知2个矿区的围岩蚀变类型，确定提取含Al-OH基团的绢英岩化，含Mg-OH基团的绿泥石—绿帘石化，含CO23+离子的碳酸盐化，含Fe3+离子的褐铁矿化；再根据蚀变离子或基团的矿物波谱特征，分别采用以下4种具有针对性的主成分分析法。

绢英岩化的蚀变岩类为绢云母、石英、白云母、水白云母，选用ASTER1、ASTER4、ASTER6、ASTER7做主成分分析，得到绢英岩化找矿蚀变信息。绿泥石—绿帘石化的蚀变岩类为绿帘石、绿泥石等，选用ASTER1、ASTER3、ASTER4、ASTER8做主成分分析，得到绿帘石—绿泥石化找矿蚀变信息。碳酸盐化的蚀变岩类为方解石、白云石等，选用ASTER1、ASTER3、ASTER4、ASTER(5+8)/2做主成分分析，得到碳酸盐化找矿蚀变信息。褐铁矿化为含Fe3+的主要围岩蚀变类型，蚀变岩类为黄钾铁矾、褐铁矿等，选用ASTER1、ASTER2、ASTER3、ASTER4做主成分分析，得到褐铁矿化找矿蚀变信息。

3 结果分析

3.1 铁染蚀变信息叠加分析

为有效对比分析ETM+和ASTER影像所提取的蚀变异常信息效果，运用GIS空间分析方法，将不同数据源ETM+和ASTER影像提取的铁染蚀变信息进行空间叠加，得到铁染蚀变信息叠加效果图，并对蚀变叠加面积进行统计，得到叠加结果统计图（见图5）。经统计可知，ASTER影像提取的铁染蚀变信息对ETM+影像提取的铁染蚀变强度范围定级起一定的辅助作用。由局部铁染蚀变叠加效果图（见图6）可看出，ASTER影像提取的铁染蚀变范围明显小于ETM+影像提取的铁染蚀变范围，且ASTER影像提取铁染蚀变信息为褐铁矿化蚀变信息，其对ETM+影像提取铁染蚀变进行异常性质的判定有重要辅助作用。

图5 铁染蚀变信息叠加统计图

图6 局部铁染蚀变叠加效果图

3.2 羟基蚀变信息叠加分析

将ASTER影像提取的含Al-OH矿物蚀变（绢英岩化）、含Mg-OH矿物蚀变与ETM+影像提取羟基异常进行空间叠加，得到羟基蚀变信息叠加效果图，并将蚀变叠加面积进行统计，得到叠加结果统计图（见图7）。从不同蚀变叠加组合面积来看，孤立面积大小依次为OH﹥Al-OH﹥Mg-OH；叠合面积大小依次为(Mg-OH+Al-OH+OH)﹥(Al-OH+Mg-OH)﹥(Al-OH+OH)﹥(Mg-OH+OH)。从空间位置来看（见图8），3种羟基蚀变存在不同程度的相交、相邻关系，三者相交部位均为蚀变异常中心部位，表明ETM+和ASTER数据提取的蚀变异常可互相结合与辅助，以准确定位羟基蚀变位置。

4 结 语

综合ETM+数据和ASTER数据提取的遥感蚀变信息结果，得到如下结论：

1）不同影像数据提取的遥感铁染蚀变异常和遥感羟基蚀变异常均在研究区呈一定浓集中心分布，说明ETM+影像和ASTER影像提取的蚀变异常信息的准确性与可靠性较好。

2）ASTER影像提取的褐铁矿化蚀变异常信息在ETM+影像遥感铁染蚀变信息中有绝大部分的空间叠合率，说明ASTER能辅助ETM+细化并确定铁染蚀变异常的性质。

3）ETM+影像提取的OH蚀变信息与ASTER影像提取的含Al-OH蚀变信息、含Mg-OH蚀变信息，三者的空间叠加效果较好，不同影像提取羟基蚀变信息可以互相补充、结合，以弥补各自影像不足带来的蚀变信息提取不准确。

图7 羟基蚀变信息叠加统计图

图8 羟基蚀变信息叠加效果图

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