ETM+数据在邯邢地区蚀变遥感异常信息提取中的应用

2017-01-17徐永利范素英

河北遥感 2016年2期

关键词：奥陶系邢台火山岩

徐永利范素英

（1、河北省地质调查院，石家庄 050081）

（2、河北省地矿局水文工程地质勘查院，石家庄 050021）

ETM+数据在邯邢地区蚀变遥感异常信息提取中的应用

徐永利1范素英2

（1、河北省地质调查院，石家庄 050081）

（2、河北省地矿局水文工程地质勘查院，石家庄 050021）

1、引言

近矿围岩蚀变与热液矿床具有极高的正相关性，是热液矿床重要的找矿标志[1]。通常情况下，蚀变越强，成矿可能性越高；蚀变范围越宽，矿化规模越大[2]。蚀变矿物在短波红外波段具有诊断性的波谱特征，具有鉴定意义的波谱带是由含铁（Fe2+，Fe3+）和羟基（0H-）、水（H20）或碳酸根（C032-）等离子或基团产生的[3]。利用遥感数据的波谱信息来提取与矿化有关的蚀变异常信息已经成为遥感找矿的重要技术手段之一。

自1972年美国成功发射第一颗陆地卫星以来，国内外学者对利用遥感技术进行蚀变信息提取开展了大量的研究，提出了多种蚀变遥感异常信息提取方法，如波段比值法、主成分分析法、光谱角法、波段比值的主成分分析复合法、掩模—主成分分析—异常分级（MPH）法、微量信息处理法、彩色空间变换法、克罗斯塔法等[4-6]。其中波段比值法和主成分分析法比较常用。

本文以ETM+为数据源，在邯郸和邢台地区开展了羟基、铁染遥感异常信息提取工作，结合以往的地质资料和矿产资料，对研究区的蚀变遥感异常与矿产资源分布进行综合分析。

2、研究区地质概况

本文研究范围为东经114°00′00″～115°30′00″，北纬36°00′00″～38°00′00″，涵盖两个1∶250000图幅，面积约29632.54km2（图1）。研究区位于华北陆块，以太行山山前区域性断裂为界跨两个构造单元，西部为晋中南-邢台沉降（坳陷）区，东部为华北盆地，构成了盆山耦合的构造格局。区内地层发育较齐全，出露的基底地层（变质表壳岩系）有

本文基于ETM+数据，利用掩膜技术消除了阴影、水体、植被、白泥地的干扰，采用主成分分析和阈值分割技术对邯郸和邢台地区的羟基和铁染蚀变异常信息进行提取。经野外验证，遥感提取的蚀变异常与实际情况基本吻合。

蚀变遥感异常、ETM+数据、邯郸和邢台地区新太古代赞皇岩群、古元古代官都岩组和甘陶河群等变质地层，其中新太古代赞皇岩群为区内最为古老的一套变质表壳岩组合，也是区内沉积变质型铁矿的主要赋存地层，具有幔源性质的基性火山岩和浅海环境富镁碳酸盐岩和陆源碎屑岩沉积，火山—沉积旋迴性特征明显，其变质程度达角闪岩相，多以捕虏体或残留体的形式存在于新太古代变质深成岩体中。古元古代官都岩组为一套陆内拗陷槽或裂谷活动带的火山—沉积地层，变质程度达高绿片岩相，其形成应属板内主动裂谷的构造环境，具有洋壳性质。古元古代甘陶河群为区内陆相火山热液型铜矿、铅锌矿的主要赋存地层，为一套碎屑岩夹基性火山岩的沉积建造，变质程度低绿片岩相。沉积盖层主要有中元古界长城系、古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、中生界三叠系、白垩系、新生界古近系、新近系、第四系。其中中元古界长城系为一套海相-滨海相碎屑岩，下部以碎屑岩沉积为主，中上部为碎屑岩与碳酸盐岩互层。早古生界寒武系-奥陶系为一套陆表海以碳酸盐岩类为主及少量泥砂质沉积建造。晚古生界的石炭-二叠系为区内主要的含煤地层，沉积环境由滨海沼泽-浅海相、海陆交互相、海陆过渡相逐渐过渡到内陆盆地相沉积。中生界的三叠系主要为河流相红色泥沙岩层，白垩系主要为一套碱性火山碎屑沉积岩及熔岩沉积，为典型的陆相火山岩。

区内岩浆活动和火山作用较强，侵入岩和火山岩分布较广，其中新太古代侵入岩（变质深成岩）从早-中期—中期—晚期，由幔源型—壳幔过渡型—壳源型，由深源—浅源，岩性从基性—中酸性—酸性的演化过程；新太古代火山岩为中基性—中酸性火山岩沉积—火山建造，主要岩石类型为变粒岩类和斜长角闪岩类。古元古代变质侵入岩（许亭变质斑状花岗岩）属于高钾钙碱性系列，侵位于新太古代赞皇岩群和古元古代官都岩组等变质表壳岩中，多呈岩基、小岩珠、岩枝状产出；古元古代火山岩分为两期，一是官都期火山岩，为一套以海底火山喷溢形式为主的基性火山岩堆积，二是甘陶河期火山岩，为板内拉张环境形成的基性火山岩沉积建造。中生代侵入岩极不发育，仅以岩株（岩枝）出露，其侵入于寒武—奥陶纪地层中，为燕山期岩浆活动的产物；中生-新生代火山岩仅在邢台地区的干子垴高地出露，在东部平原深覆盖区的几个凹陷区也有分布，为板内陆相火山喷发产物。

研究区位于我国东部重要的成矿带，区内矿产资源丰富，是河北省重要的铁、煤矿产资源基地。主要矿种有煤、铁、铜、铅锌、铝土等，本次工作初步统计了各矿种主要矿床及矿（化）点计392处。

3、数据源及预处理

（1）遥感数据源

Landsat-7卫星的ETM+数据共有8个波段，覆盖了从可见光到红外的不同波长范围。其中第7波段为短波外波段，是专为地质调查追加的波段，包含了粘土化蚀变矿物吸收谷（2.2μm附近）和碳酸盐化蚀变矿物吸收谷（2.35μm），对岩石、特定矿物反应敏感。因此，ETM+数据是进行蚀变遥感异常信息提取的主要数据源。本文使用的是2001年5月的ETM+数据。

（2）遥感数据预处理

遥感影像预处理包括大气校正、几何校正、图像配准、影像融合、影像镶嵌、图像增强、去除干扰等。其中去除干扰是预处理中最关键的步骤。

阴影、水体、植被、白泥地等地物是蚀变遥感异常信息提取的干扰信息，在蚀变信息提取之前要对其进行去除。本文主要采用掩膜处理方法去除干扰信息。其中，阴影和水体采用（ETM7/ETM1）N）去除，白泥地利用ETM4〉N去除。

4、异常信息提取

主成分分析是一种已经非常成熟的提取蚀变遥感异常信息的技术方法。这种方法是对图像数据进行集中和压缩，将多光谱图像中各个波段中高度相关的信息集中到少数几个波段,并且尽可能保证这些波段的信息互不相干,从而达到分离和识别有关信息的目的[3]。

通常用ETM的B1、B4、B5、B7四个波段提取羟基矿化蚀变信息。羟基类矿物在B5有强反射峰,在B7有强吸收谷。对代表羟基矿化蚀变信息主分量的判断准则是∶B5特征向量与B7、B4的特征向量符号相反,而且B5、B7的绝对值要相对较大。当B5的特征值为正，B7的特征值为负时，羟基异常位于高值区。若符号相反，需对该主分量做取反运算[7]。一般情况下,羟基矿化蚀变信息分量主要出现在PC4中,偶尔也会出现在PC3中。

通常用ETM的B1、B3、B4、B5四个波段提取铁染矿化蚀变信息。铁的氧化物在B3有反射峰,在B1、B4、B5表现为不同程度的吸收[3]。对代表铁染矿化蚀变信息主分量的判断准则∶B3与B1、B4的特征向量符号相反,B3一般与B5的特征向量符号相同。并且B1与B3特征值的绝对值要相对较大[1,7]。同样情况,铁染矿化蚀变信息分量多在PC4中,有时也会出现在PC3中。

5、异常信息分布特征

本次蚀变遥感异常信息提取只在邯郸和邢台地区的西部、中西部基岩出露区进行，东部平原第四纪分布区不做异常信息提取工作。

5.1 羟基异常

遥感羟基异常主要分布在邯郸市峰峰镇，邢台市临城县、内丘獐么乡、邢台北小庄乡、邢台南石门镇、沙河白塔镇，石家庄市鹿泉上寨乡、井陉秀林镇、赞皇院头镇，河南省安阳水冶镇等地。围岩为太古代片麻岩系、古元古代变质岩系、寒武-奥陶系灰岩、石炭-二叠系煤系地层等。以下为研究区羟基异常的典型分布区。

（1）院头镇羟基异常

位于赞皇县西南部院头镇一带，围岩主要为太古代花岗质片麻岩等，异常特征明显，分布集中（图2）。异常主要与岩性有关，与矿产关系不明。

（2）白塔镇羟基异常

位于沙河白塔镇附近，大部坐落在第四纪堆积层里，第四纪覆盖层之下围岩石炭-二叠系煤系地层，异常明显，且较集中（图3）。异常与岩性有关，含矿性不明。

（3）峰峰镇羟基异常

位于邯郸市峰峰镇西鼓山余脉，围岩为奥陶系灰岩，异常明显，且较集中（图4）。异常与石灰岩有关，主要矿产为石灰岩矿。石灰岩采矿处明显具有羟基异常。

5.2 铁染异常

遥感铁染异常分布基本与羟基异常分布相同，主要分布在邯郸市峰峰镇、武安市西寺庄乡，邢台市临城县、内丘獐么乡、邢台北小庄乡、邢台皇寺镇、沙河白塔镇，石家庄市鹿泉上寨乡、井陉秀林镇，河南省安阳水冶镇等地。多数异常与岩性有关。围岩主要为寒武-奥陶系灰岩地层，分布集中。其次为太古代赞皇变质杂岩、古元古代变质岩、石炭-二叠系煤系等，分布离散。以下为研究区铁染异常的典型分布区。

（1）皇寺镇铁染异常

位于邢台县皇寺镇西部一带，围岩寒武-奥陶系灰岩。植被不发育，分布集中（图5）。异常与岩性有关。

（2）西石门铁染异常

位于武安市北偏西，西石门一带，围岩为奥陶系灰岩、白垩系角闪闪长岩等，侵入接触，发育矽卡岩接触带，环形构造明显，异常分布在环内，相对集中（图6）。异常与矿化蚀变有关，主要矿产为矽卡岩形铁矿。

（3）武安盆地铁染异常

环武安盆地分布，围岩主要为寒武-奥陶系灰岩地层，分布集中。其次为石炭-二叠系煤系地层等。植被不发育，分布相对集中（图7）。异常主要与岩性有关。

（4）铜冶铁染异常

位于安阳市铜冶镇西北部，围岩为奥陶系灰岩及白垩系角闪闪长岩等，侵入接触，发育矽卡岩接触带，异常分布相对集中（图8）。异常与矿化蚀变有关，主要矿产为矽卡岩形铁矿。