遥感蚀变信息提取在矿产结构发育探测过程中的应用

（甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院，甘肃 天水 741020）

1 地质背景

黄家窑地区大地构造位置隶属华北地层大区，以会宁-庄浪断裂为界，西南部分地层隶属于中祁连地层分区，北东部属于北祁连地层分区。区内出露地层主要为元古界、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，以及古近系、新近系和第四系。而本次研究区主要出露矿产结构发育。

地形主要由黄河冲积而成的大片河谷盆地、绵延起伏的山地和沟壑纵横的黄土梁峁构成，黄土广布，地形切割强烈，沟谷纵横，水系发育良好，地表植被主要为大面植被。地貌呈中山、中高山，相间的地质景观。

研究区新生界覆盖大，地质构造研究以及地层的详细程度都相对的薄弱，为多方位、多层次研究该地区，项目对应实施了航磁，地气，遥感等新技术手段，均取得了一定的效果。本文使用遥感技术结合航磁及地气成果为本次项目寻找矿化线索提供了有利引导。

2 遥感图像处理及蚀变信息提取

2.1 数据来源

本次异常信息提取数据是基于智能遥感技术，以该遥感所携带的陆地成像仪传输的多光谱数据为基础，进行与矿产结构有关的蚀变提取。该遥感技术携带陆地成像仪和热红外传感器，陆地成像仪包括9个波段，其中第8波段为全色波段，分辨率为15m，其余八个波段分辨率均为30m，其中OLI1波段应用于海岸带观测，OLI9波段是水汽强吸收波段，用于云检测。热红外传感器TIRS包括2个单独的热红外波段，分辨率100米，地质方面使用较少。本次工作选取的多光谱影像数据，云层和阴影覆盖面积较少，数据没有扫描线脱落及坏线现象，符合蚀变提取要求。

2.2 数据处理

工作流程：遥感数据辐射处理→图像镶嵌→几何校正→波段组合→遥感异常提取→遥感地质验证。

遥感数据在本次地质勘查工作中的异常蚀变提取，属于定量性质的遥感解译，为去除云和气溶胶等对数据的影响，得到地表真实的反射率，对该数据进行的辐射处理包括辐射定标和大气校正。结果显示，在保证有用信息损失最小的前提下，该处理有效去除了大气影响下的噪声，使地质结构反射的光谱特征更加明显。

本次提取使用两景地质成像数据镶嵌拼接而成，地质图像成像时间相差一个月，在色彩，色调、明亮度出现差异，因此对地质所形成的图像进行了去相关拉伸、直方图均衡化，使地质影像在色调和明亮度接近一致后进行了图像镶嵌，并对接边进行了羽化。使地质图像做到无缝拼接，对不同时相的图像最终形成了图像的色彩、色调自然过渡，无视觉差异。

对于几何精校正，本次利用在野外采集的道路交叉点，明显地物，河流交汇处等11处控制点，对图像进行几何精校正，确保提取的蚀变异常位置能与野外地质现象高度吻合。由于该地区沟系覆盖较多，还对图像中矿产地质周围植被与地下水系进行去干扰处理。经过一系列的预处理，确定数据干扰因素降为最低后，对数据进行异常蚀变提取。

2.3 蚀变信息提取

对于地质提取蚀变异常，PCA主成分分析法应用最为广泛，这种方法就是将几个有代表性的波段进行正交变换，将相互之间有干扰的波段进行转换，变成一组线性不相关的变量，转换后的每一组变量为一组主成分。由于各主成分之间互不相干，主分量之间没有了干扰、重复和冗余，则每一主分量能充分代表一定的地质意义。

本次提取与矿产结构有关的异常信息，由于该地区出露矿产结构较多，在沉积岩中形成碳酸岩类，提取矿产结构也是寻找矿产资源的间接途径。基于“面向特征主分量选择法”（Crosta技术），利用PCA主成分分析方法，用OLI3、OLI5、OLI6、OLI7波段进行组合，得到各波段之间统计的相关性矩阵（如表1）。获得的异常主分量贡献系数特征为OLI5与OLI7相反，OLI5与OLI3相同，OLI5、OLI3为正，OLI7为负，通过实验比对PC2效果最佳。选择PC2异常主分量进行统计最大值，最小值，标准离差，为密度分割做准备。密度分割，即分级处理，级别划分采用均（中）值+n倍标准离差切割（n=3、2.5、2）确定，级别从1级到3级由强变弱。

表1 遥感数据主分量相关性矩阵

3 蚀变提取结果与野外验证

图1 蚀变提取部分地区示意图

在整个工作区截取了提取效果最明显的地区（图1）与相应地质图（图2）进行比对，发现矿产结构中蚀变信息集中的地区就是该矿产地层出现最多的地区。在图中明显的可以看到，该地区的一到三级异常均有出现，且套合性较好，呈斑状、不规则团块状异常沿北东向展布，异常位置与地层基本相对应。

对照地质现象，该范围断层活跃，具多期活动性，在断层接触面上见脆性变形特征，地层活动性大，这就导致各种蚀变在该范围集中聚集出现。在提取遥感数据的同时也提取了铁染异常，发现在该地区铁染信息也相对集中。活跃的断层使该范围跟铁染有关的褐铁矿化、黄铁矿化也相对富集，由于这两种矿化在OLI3、OLI5也有相对应的反射峰，所以在不同程度干扰了矿产结构彼此更加独立的反映各自蚀变信息。

项目在野外填图时，由于黄土和植被覆盖面积大，岩体露头少，寻找矿产地层露头费工费时，而利用遥感数据提取的异常位置，地质人员在野外进行有目标性的踏勘，无疑是地质填图中一项有创新意义的工作方法。

经野外踏勘，利用遥感提取的蚀变信息，在原有的地质图上对矿产地层进行了补充的同时，还利用遥感圈定的重点异常区域，在该地区发现一处矿脉，为该区域大规模寻找该矿产结构具有一定的指导意义。

图2 蚀变提取地区地质图

4 结论

（1）利用遥感基于遥感技术的PCA主成分分析方法不仅可以提取蚀变异常信息，寻找矿化线索，而且在地质填图中，对一些有代表性岩性地层可以进行有目标性的寻找。例如本文中在第四系，植被覆盖区域可以指导地质填图，寻找矿产结构。

（2）遥感蚀变信息有时会因为野外实地其它蚀变信息的干扰以及数据处理的缺陷，与实际不会有100%的相对应，这就需要地质工作人员在野外要进行实地验证比对。

（3）本次通过利用遥感数据提取的蚀变信息，圈定了1处成矿有利地段，并发现地质结构变化。