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地质学刊,33(1),84—88,2009ET M+(T M )蚀变遥感异常提取方法在宁镇地区的应用苏一鸣,李向前,朱叶飞 (江苏省地质调查研究院,江苏南京210018)摘要:利用ET M +(T M )卫星影像数据,通过改进的主成分分析技术及门限化技术对宁镇地区进行铁染及羟基异常蚀变信息的提取,并通过已知矿点及物化探资料,对提取出的异常信息进行对比分析。
由于受第四系及植被覆盖因素的限制,提取出的蚀变信息效果没有基岩裸露地区提取效果好,但提取的蚀变异常信息同样能为找矿指示方向。
关键词:主成分分析;门限化;铁染异常;羟基异常;蚀变;宁镇地区;江苏中图分类号:TP75;P627 文献标识码:A 文章编号:1674-3636(2009)01-0084-05收稿日期:2008-12-15;编辑:蒋艳作者简介:苏一鸣(1980—),男,江苏镇江人,工程师,主要从事遥感图像处理工作.0 引 言蚀变遥感信息是指在有利于成矿作用发生的空间实体中,蚀变围岩(带)在遥感影像上反映出来的包括各种背景光谱信息在内的综合光谱信息。
蚀变遥感异常是有利于指导找矿的蚀变遥感信息,并且根据异常的形状、空间展布等特征,可以对蚀变遥感异常提取结果分级。
试验研究证实蚀变岩石T M 遥感信息与金属矿床有非常好的相关性,所提取的蚀变遥感异常做为一种找矿标志的参数同样具有独立性。
1 蚀变异常找矿的地质依据岩石的交代蚀变主要是不同类型的热液与原生岩石相互作用的产物。
最常见的蚀变为:硅化、绢云母化、绿泥石化、云英岩化、矽卡岩化、白云岩化、重晶石化及锰铁碳酸盐化。
某种有用元素的逐步富集是形成矿床的必要条件,而这种成矿物质通常由成矿热液进行迁移搬运和卸载沉淀。
近矿围岩蚀变是成矿物质逐步富集成矿过程中留下的印迹。
地质工作者在长期找矿的实践中发现,绝大多数内生矿床都伴随有其围岩交代蚀变现象,而且蚀变带范围往往大于矿体分布的范围数倍至数十倍。
在研究近矿蚀变围岩的基础上进行找矿问题是十分复杂的,但能够肯定的是热液蚀变岩石的发现,可以指示找矿方向,增加找到矿床的机会。
高寒山区矿化蚀变信息提取的应用研究陈劲松;韩玲;王书青;汪帮耀【期刊名称】《遥感信息》【年(卷),期】2012(0)2【摘要】从遥感影像中准确地提取矿化蚀变信息有着重要的理论和现实意义.本文中,作者利用ETM+多光谱数据,针对新疆西天山地区特殊的高寒山区特点,提出了一种改进的光谱角分类法——定量光谱角分类法来进行矿化蚀变信息提取.通过试验研究表明,该方法能够有效地提取矿化蚀变信息,具有一定的理论参考价值.%Accurate extraction of mineralized alteration from remote sensing image has an important theoretical and realistic significance. In this paper,using ETM+ multispectral data,the author develops an improved spectral angle mapper------Quantitative Spectral Angle Mapper to extract mineralized alteration in high and cold mountain area of west Tianshan, Xinjiang. The test shows that Quantitative Spectral Angle Mapper can extract effectively mineralized alteration and the method has a certain theoretical reference value.【总页数】4页(P77-80)【作者】陈劲松;韩玲;王书青;汪帮耀【作者单位】长安大学地测学院,西安710054;云南农业大学水利水电与建筑学院,昆明650201;长安大学地测学院,西安710054;长安大学地测学院,西安710054;长安大学资源学院,西安710054【正文语种】中文【中图分类】TP79【相关文献】1.干旱半干旱高寒山区蚀变矿物遥感信息提取效果与找矿预测 [J], 孙永彬;董双发;王瑞军;李存金;李婧玥;汪冰;李名松2.遥感地质解译及矿化蚀变信息提取在矿产资源评价中的应用研究 [J], 杨德生;程钢;卢小平3.ETM数据在金矿化蚀变信息提取中的应用研究——以张家口下双台地区为例 [J], 邓素贞;贺佳惠;王永军4.多光谱定量化分析技术在矿化蚀变信息提取中的应用研究 [J], 党福星5.基于PCA方法的Aster遥感影像矿化蚀变信息提取应用研究 [J], 赵仕宝;蔡进因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
蚀变遥感提取的发展与分形几何异常提取方法摘要:介绍了遥感提取矿化蚀变的发展,并介绍了新理论在本领域的应用——分形几何遥感蚀变异常提取技术的分析方法,此方法可以弥补门限法和灰度直方图目视方法确定突变点方法的不足。
关键词:遥感分形蚀变成矿在许多地质条件复杂,难以获得详细的物探、化探、地质和钻孔资料等信息的地区,遥感成为了寻找矿体、圈定成矿区的一种必要手段。
围岩蚀变现象广泛分布于金属矿床的附近,利用遥感数据可以较为简便的获取矿化蚀变的信息,这种方法已经广泛的进入了应用生产阶段。
目前,遥感找矿的主要方法有主成分分析法(K-L变换),比值变换法,光谱角填图法,对应分析法,Gram-schmidt投影方法,混合像元分解法和MPH(Mask PCA and HSI)技术等,且有多种不同的理论正逐步的被应用于遥感找矿这一领域,如分形几何学、人工神经网络、小波变换理论等。
原生岩石与热液相互作用产生了岩石的交代蚀变现象,并产生相关产物,产物中若某种有益元素进一步富集到一定的可开采程度,则形成相应的矿床。
硅化、绢云母化、绿泥石化、云英岩化、矽卡岩化、白云岩化、重晶石化及锰铁碳酸盐化是较为常见的蚀变。
光谱异常是遥感图像异常信息提取的依据,遥感技术收集蚀变岩石出露区与其周围的正常岩石的差异所反映出的光谱信息,探测面积较为广阔的成矿蚀变带,提取各种地质信息,利用岩石反射光谱特征的差异和特定蚀变在某些特定的光谱波段形成的异常,可推测矿体的位置与规模大小。
世界上已有许多成功应用遥感技术找矿的成功先例,尤其是金属矿藏,更证明了将遥感技术应用于找矿的必要性。
1 遥感蚀变异常找矿的发展本类技术由国外率先提出,戈茨(1976)提出蚀变岩石和未蚀变岩石最大的分辨率分布在短红外波段的1.6Lm～2.2Lm两波谱带反射率的比值(1.6Lm/2.2Lm)之间;艾布拉姆斯(1977)等人注意到陆地卫星多波段扫描0.5Lm～1.1Lm光谱范围内含褐铁矿蚀变岩石由三价铁产生的独特反射波谱;Hunt(1978)等利用羟基在可见光到近红外的波谱响应特征来确定特定的矿物来圈定蚀变岩石。
利用ETM数据进行矿化蚀变信息提取方法研究1——以内蒙古打忽拉地区为例陈亮，刘文灿，郑新奇中国地质大学（北京）土地科学技术系，北京（100083）E-mail：chinesesimon2002@摘要：随着遥感技术的快速发展，数字找矿已经成为新的发展趋势。
本文利用ETM数据以内蒙古打忽拉地区为例进行了矿化蚀变信息提取的方法研究。
对矿化蚀变信息提取方法的选择主要基于以下两方面：①研究区各种蚀变信息和与之相反的各干扰信息的光谱特征；②选择矿化蚀变信息提取的最优波段组合。
通过分析研究区成矿条件和蚀变矿物光谱特征，采用“图像掩膜+波段比值+主成分分析+密度分割”的方法提取出矿化蚀变信息，并对提取出的成果进行了评价，为该区成矿预测提供了一定依据。
关键词：矿化蚀变，信息提取，遥感图像处理，主成分分析，ENVI1 前言随着遥感技术的快速发展，遥感与常规地质相结合的找矿方法已经成为了现代找矿技术的主流。
近20年代来，国内外遥感地质工作者为开发利用这一技术进行了大量卓有成效的试验研究。
国外对矿化蚀变信息的提取开始早于国内，早在1976年，戈茨就提出了从短红外波段的1.6µm到2.21µm之间两波谱带反射率的比值( 1.6µm/ 2.2µm)可以提供蚀变岩石和未蚀变岩石最大的分辨率。
国内这方面的研究工作主要开始于90年代。
1991年，赵元洪等提出了波段比值的主成分复合法。
1994年，何国金、胡德永等提出了“微量信息处理”方法。
1997年，马建文提出了“TM掩模+主成分变换+分类识别提取矿化弱信息法”。
1999年，张远飞等利用“多元数据分析+比值+主成份变换+掩膜+分类(分割)”的方法在新张、内蒙古及江西、云南成功的提取了金矿化蚀变信息[1]。
实际上，矿化蚀变遥感信息提取技术的关键在于解决好以下三个问题：①研究区的矿化蚀变类型，以及各种矿化蚀变信息在遥感图像上的光谱特征；②研究非蚀变岩、植被和土壤等各种背景及干扰地物在遥感图像上的光谱特征；③根据成矿地质分析、波谱特征分析和多元数据分析选择提取矿化蚀变信息的最优波段组合。
本文以地处白云鄂博—宝昌成矿带东段的内蒙古打忽拉地区为例，在分析区域成矿条件、测试矿床地物光谱特征的基础上，通过图像掩膜、波段比值、主成分分析、密度分割等步骤对上述各方面进行探讨，提取矿化蚀变信息，所提取的成果能为该区成矿预测提供一定依据。
2 研究区背景研究区位于华北板块北缘增生带，构造较为复杂，次级断裂、褶皱构造发育，是铜、金多金属矿重要的成矿带，并具有良好的找矿前景。
研究区东北部有白乃庙中型铜矿床和石英脉型+蚀变岩型金矿床。
此外，区内还发现有铜、镍、铁、钨、萤石等矿化点及重砂和金属1本课题得到中国地质大学(北京)科研基金项目（编号：2006JJ012）的资助。
-1-量异常。
矿石矿物：金属矿物以黄铁矿、紫硫镍铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、辉铜矿为主；脉石矿物主要为方解石、白云石、次闪石、绿泥石、石英、长石等。
研究区中南部有白林地—大石头隐伏大断裂通过，沿断裂有多期岩浆和火山活动，出露地层包含白音布拉格组、哈拉霍圪特组以及浅肉红色中细粒含斑二长花岗岩和中细粒斑状二长花岗岩。
见图1。
图1 研究区位置示意图-2-3 研究方法3.1 数据来源和处理本研究选用1999年9月24日Landsat7 ETM+的126031和127031两景数据。
数据处理主要在ENVI4.0平台上进行。
首先进行辐射校正，电磁波在大气层中传输和遥感器测量过程中受到太阳高度角影响以及大气作用等的影响，而导致遥感器测量值与地物实际的光谱辐射率不一致，消除这些依附在辐射亮度中的失真就称为辐射校正。
其次几何精校正，几何精校正就是利用控制点进行的校正，在辐射校正的基础上，进一步校正局部性畸变，把图像与地形、地质图相配准，以及不同时相不同类型的图像相配准。
进行精校正所使用的控制点应该是作为参考系的标准图像或目标地形图上易于识别的，并且均匀分布[2]。
3.2 遥感矿化蚀变信息提取方法根据野外光谱测量,理论上能被ETM图像资料识别的蚀变矿物有三类:铁的氧化物,氢氧化物和硫酸盐。
研究区域内主要产铜、金矿以及铁矿，矿区内伴生有绿泥石化、绿帘石化、绢云母化、硅化、角岩化、云英岩化等。
[3]这些蚀变矿物中大都含有羟基（OH-），在2.2-2.3µm （相当于TM7波段）附近有较强的吸收谱带，即在TM7 波段产生低值，而在TM5 波段有相对的高值；与矿化有关的铁染指数（Fe3+），在可见光波段0.45-0.52µm（相当于TM1）和0.76-0.90µm（相当于TM4）波段有强吸收带。
波段的选择主要依据上述OH-和Fe3+的波谱特性。
一般情况下，通过区调工作及成矿规律的研究可大致把研究区分为绝对有矿区（A）、可能有矿区（B）、绝对无矿区（C）和其他干扰因素（D）四个部分。
其中A区是指已知矿区，它的地物波谱特征对蚀变信息提取有指导作用，B区是那些可能有矿或尚无依据断定为无矿的区域，是蚀变信息提取的主要区域，C区是认为目前肯定无矿的地质体，D区是指水系和第四系等非地质干扰因素[4]。
显然，矿蚀变信息提取的对象是A和B区，至于C、D 即使提取出蚀变对找矿也毫无意义。
更为重要的是，C、D区的参与会干扰统计结果，因此我们应该排除绝对无矿地质单元以及非地质干扰因素的影响。
针对以上两个方面，本文提出“掩膜+波段比值+复合主成分分析+密度分割”的蚀变信息提取方法，并应用于内蒙古打忽拉地区矿产地质调查中，取得了一定效果。
3.2.1 图像掩膜为提高矿化蚀变信息提取的精度利用图像掩膜技术去除绝对无矿地质单元及成片分布的水系和黄土覆盖区等干扰因素的影响[5]。
具体做法为：利用多边形抽取程序在比值复合图像上提取出可能有矿区多边形图像，并将其赋值1，而多边形区域以外的图像赋值0，从而得到一幅新的2值图像，最后将它与原ETM图像相乘后得到的即去除干扰后的目标图像。
3.2.2 波段比值在进行铁染信息提取时，考虑到含铁离子的矿物在TM5 波段强反射，在TM1 波段强吸收的特点，采用TM5/TM1的比值来增强铁染信息。
同时，考虑到羟基离子TM5波段强-3-反射、TM7波段强吸收的特点，采用TM5/TM7的波段比值来增强羟基蚀变异常。
3.2.3 复合主成分分析采用TM1345组合进行主成分分析，目的是为提取铁染信息。
若利用含铁离子矿物TM5波段强反射、TM1波段强吸收的特点，用TM5/TM1替换TM5，进行复合主成分分析，还能达到消除地形影响的效果。
[6]笔者先对TM1、3、4以及TM5/TM1 进行线性拉伸，然后根据主成分分析的统计结果（表1），选择了比值波段的最大贡献值所在组分，即PC2。
又因为比值波段在PC2上的贡献为负，将其取反后作为铁染异常的主分量。
图2为铁染复合主成分分析PC2图像。
图2 铁染复合主成分分析PC2图像同样，为增强羟基异常采用TM1457组合进行主成分分析。
笔者用TM5/TM7取代了TM7，再分别线性拉伸，根据主成分分析的统计结果（表2），选择了比值波段的最大贡献值所在组分，即PC2。
又因为比值波段在PC2上的贡献为负，所以将其取反后作为羟基异常的主分量。
图3为羟基复合主成分分析PC2图像。
-4-图3 羟基复合主成分分析PC2图像3.2.4 密度分割为能更进一步确定蚀变相对集中发育区的位置，还需进行密度分割。
蚀变信息一般处在高值空间，所以在进行分割时先保留较高的亮度值范围。
密度分割的关键是选择合适的阈值对上述二者的PC2图像进行处理，处在阈值范围内的像元赋以特定的颜色，代表蚀变信息。
阈值的确定要通过不同值的多次试验得到，用不同阈值所产生的蚀变发育范围不同，其过大或过小都失去研究意义。
图4是经密度分割后的研究区蚀变信息分布图（红色代表铁染，蓝色代表羟基）。
-5-图4 矿化蚀变信息分布图4 结果分析将蚀变信息提取成果对照区域地质图、参考矿产资料后，发现：（1）蚀变信息的空间分布状况大致与地质图上所反映出的线性构造（如断层）空间位置吻合。
（2）蚀变信息集中的地段与地质图上所注明的蚀变带位置基本一致。
（3）根据区域矿产资料，感兴趣区位于白云鄂博—宝昌Au、Fe、REE、W、Cu、Ni、Pt成矿带，其内存在重砂和金属量异常。
以上三点证明：本次矿化蚀变信息提取是可行的。
除此之外还发现：研究区明显存在一处铁染、羟基异常相伴而生（图5绿线圈定区域）。
综合本区域地质图和矿产资料，通过对比白乃庙中型铜矿床，发现绿线圈定区域的地质特征跟它较为类似，即断层发育、发育有携带大量含矿流体的侵入岩、有适合它的容矿围岩，并且二者地层也同为一时代的浅变质岩[7]。
因此，将绿线圈定范围作为矿调重点工作区。
-6-图5 矿化蚀变信息提取成果图5 结论（1）笔者所采用的“掩膜+波段比值+复合主成分分析+密度分割”方法提取研究区矿化蚀变信息效果较相关研究在操作、精度等方面有明显改进。
（2）不同区域，不同地质背景，不同蚀变类型甚至于采取不同数据源，矿化蚀变信息提取的最佳波段组合就不同、图像处理方法就不同。
（3）认为在交通不便、自然地理条件恶劣、利用常规方法找矿难度较大的地区，利用遥感的方法可以快速高效地圈定各种矿化蚀变异常，圈定成矿远景区，为常规找矿方法指明方向，缩小工作区范围。
-7-参考文献[1] 荆凤，陈建平．矿化蚀变信息的遥感提取方法综述．遥感信息．2005，2：1-4[2] 丰茂森．遥感图像数字处理．普通高等教育地质矿产类规划教材，2001．[3] 甘甫平，王润生．遥感岩矿信息提取基础与技术方法研究．北京：地质出版社，2004．[4] 杨金中，方洪宾，张玉君等.中国西部重要成矿带遥感找矿异常提取方法研究.国土资源遥感，2003(3)：110-112．[5] 刘燕君．遥感找矿的原理和方法．冶金工业出版社，1991．[6] 王晓鹏，谢志清，伍跃中．ETM图像数据中矿化蚀变信息的提取——以西昆仑塔什库尔干地区为例．地质与资源，2002(2)：119-122．[7] 张建国，杨自安，胡祥昭等．基于光谱特征的遥感信息提取及成矿预测．矿产与地质，2004(4)：346-349．[8] 张玉君，曾朝铭，陈薇．ETM+(TM)蚀变遥感异常提取方法研究与应用——方法选择和技术流程．国土资源遥感，2003(2)：44-49．[9] 杨波，吴德文，陈云浩等．矿化信息提取的混合蚀变遥感模型——以鹰嘴山金矿区为例．国土资源遥感，2005(1)：20-25．[10] 杨自安，徐国端，邹林等．遥感与多元地学信息综合找矿定位预测．矿产与地质，2004(4)：343-345．Study on the method of abstraction of the mineralizationalternation by using ETM Based on ENVI——A case of the Dahula district of Inner MongoliaChen Liang，Liu Wencan，Zheng XinqiDepartment of Land Science and Technology，CUGBAbstractThe choice for the method of abstracting the mineralization alternation information mainly bases on the ①two aspects below：The spectrum characters of various alternation information and its opposition—falsity information；To select the op②timization wave band for abstraction of the mineralization alternation information. Taking the Dahula district of Inner Mongolia for example, the paper does the research on the method of abstracting the mineralization alternation information by using the ETM data. After analyzing the conditions of the mineral forming and the spectrum characters of the alternation mineral, the mineralization alternation information has been abstracted by adopting the method—“image marking+ band ratio+ principal components analysis+ density slice”. And then appraise the alternation information and it can provide the gist for forecasting the mineral formation. Keywords：Mineralization alternation； Information abstraction； Image processing of Remote Sensing；Principle component analysis；ENVI作者简介：陈亮（1985—），男，硕士研究生，现就读于中国地质大学（北京）土地科学技术系，主要从事GIS、RS和土地资源管理研究。
