應用ASTER數據提取矽卡巖型錫礦蝕變遙感異常信息
——以滇東南馬關都龍錫礦為例

王 蔚，張世濤，尹光侯，許 東

(1.昆明理工大學國土資源工程學院，昆明 650093;2.云南省地質礦產勘查開發局信息中心，昆明 650051;3.云南省地質調查局，昆明 650051)

應用ASTER數據提取矽卡巖型錫礦蝕變遙感異常信息
——以滇東南馬關都龍錫礦為例

王 蔚1，2，張世濤1，尹光侯3，許 東3

(1.昆明理工大學國土資源工程學院，昆明 650093;2.云南省地質礦產勘查開發局信息中心，昆明 650051;3.云南省地質調查局，昆明 650051)

運用多光譜遙感數據進行礦化蝕變信息提取，對圈定找礦預測區具有重要意義。采用ASTER數據及其礦化蝕變信息提取原理，對滇東南馬關都龍錫礦含礦巖體分布區分別提取了方解石化、白云巖化、綠泥石化等3類蝕變遙感異常信息。所提取的蝕變異常與野外調查發現的礦化點吻合性好，蝕變信息可靠，對指導找礦有較好的效果，為該地區礦產資源潛力評價和綜合找礦預測提供了遙感依據。

ASTER;蝕變信息;異常提取;矽卡巖;都龍錫礦

0 引言

目前，遙感技術已經成為地質填圖和找礦的重要技術手段之一。巖性判別、地質構造解譯、礦化蝕變信息提取等工作可為區域遙感找礦提供有力的支持，其中礦化蝕變信息提取可以提供某些直接的找礦技術參數［1－2］，尤其適用于自然條件差、工作范圍大、研究程度低地區的遙感找礦工作。圍巖蝕變是熱液礦床的重要找礦標志之一，蝕變圍巖的范圍一般遠遠大于礦體，且具有分帶性的分布特征。蝕變帶在遙感圖像上反映的是蝕變礦物和各種背景地物(一般指土壤、植被及圍巖等)的綜合光譜信息。本文利用ASTER數據，運用多種蝕變信息提取方法對滇東南馬關都龍錫礦區進行了蝕變遙感異常信息提取研究，為該地區礦產資源潛力評價和綜合找礦預測提供遙感依據。

1 研究區與數據源

1.1 研究區地質概況

在位于滇東南的馬關都龍錫礦區中，已知礦床(體)多圍繞老君山花崗巖體內、外接觸帶分布，已探明曼家寨超大型礦床1處，銅街、新寨和南秧田大型礦床3處，辣子寨、南當廠、戈嶺和老寨中型礦床4處以及一系列小型錫、鎢、鉛、鋅、銅、鐵多金屬礦床(點)。區域礦床(點)按成礦系列可以分為酸性巖漿成礦系列和基性超基性巖漿成礦系列。其中，酸性巖漿系列礦床主要分布于老君山穹隆區，屬于與燕山期花崗巖有關的錫、鎢、鉛、鋅、銅多金屬成礦亞系列。

接觸交代(矽卡巖)型礦床是研究區內主要的礦床類型，分布于老君山巖體外接觸帶寒武系田蓬組(2t)、龍哈組(l)中，含礦圍巖為矽卡巖等。礦體呈似層狀、透鏡狀、扁豆狀產于緩傾斜褶皺的層間剝離帶和層間破碎帶中。圍巖蝕變以方解石化、白云巖化和綠泥石化為主。礦床按礦物組合可分為矽卡巖型錫石硫化物礦床、矽卡巖型白鎢礦礦床、矽卡巖型錫石—白鎢礦礦床和矽卡巖型銅(鎢、銀)礦床。典型礦床有南秧田、灑西、花石頭、老君山、茶葉山、戈嶺、巖腳等礦床［3］(圖1)。

馬關—麻栗坡錫鎢鉛鋅多金屬成礦區具有獨特的成礦環境及多因素的成礦控礦作用，不同類型礦床(點)星羅棋布，受地層層位、圍巖巖性、斷裂構造、花崗巖體等多種成礦因素控制。

圖1 馬關都龍錫礦區地質礦產簡圖［3］(據云南省地礦局資料修編)Fig.1 Geological sketch map of the Sn mining area in Maguan—Dulong［3］

1.2 數據源簡介

ASTER數據包括VNIR(可見光與近紅外)和SWIR(短波紅外)波段范圍內產生的地物光譜反射率數據，以及TIR(熱紅外)波段范圍內的地物熱輻射值數據［4］，具有涵蓋的波長范圍寬、波段多、性價比合理等特點，其應用研究已得到了迅速發展。在地質找礦中采用ASTER數據進行蝕變遙感異常信息提取時，通常利用的是地質體在VNIR與SWIR波段范圍內的反射率光譜數據。

本文使用的ASTER數據的獲取日期是2008年12月23日。數據質量較好，無云霧覆蓋，巖體出露區植被覆蓋較少，有利于進行礦化蝕變異常信息提取研究。

2 方法技術

2.1 數據預處理

對ASTER數據的預處理包括2項關鍵技術:①ASTER數據的大氣校正;②典型礦物標準光譜曲線與ASTER數據的波段匹配［5］。

2.1.1 大氣校正

目前較常用的內部平均相對反射率法(internal average relative Reflectance，IARR)是一種快速便捷的大氣校正方法，它是利用整景圖像的平均波譜曲線來對圖像進行標準化處理。當缺乏地面實測反射率數據時，這種校正方法能有效地將光譜儀數據轉換為該地區地面的相對反射率，尤其適合于沒有植被覆蓋的干旱區［6］。

進行大氣校正時，首先計算整景圖像的平均波譜曲線，將其作為參考波譜曲線;然后用圖像中的每一個像元的亮度值除以參考波譜曲線的亮度值，計算出表觀反射率值。對比校正前后的光譜曲線可以看出，大氣校正對 ASTER1，ASTER2和 ASTER3所對應的520～860 nm的光譜區間影響較大。以大地坐標為 E45°19'40″，N25°37'30″的像元校正前后的光譜剖面曲線對比為例，光譜反射率在校正前為ASTER1＞ASTER2＞ASTER3，而校正后為ASTER3＞ASTER2＞ASTER1。該處各波段圖像平均亮度值的光譜曲線也呈現出相同的特點(圖2)。

圖2 IARR大氣校正前后ASTER圖像平均亮度值光譜曲線［5］Fig.2 Spectra curves of means of ASTER data before and after atmospheric correction by IARR［5］

2.1.2 波段匹配

1)參考光譜的選擇。研究區典型蝕變礦物有方解石、白云石和綠泥石，從 USGS［7］和 JPL［8］光譜庫中選擇上述蝕變礦物的標準光譜曲線作為參考光譜。

2)典型礦物標準光譜曲線與ASTER數據的波段匹配。USGS和JPL光譜庫中，典型礦物標準光譜曲線在400～2 500 nm譜段的光譜反射率數據采樣827個，相當于光譜分辨率為2.54 nm，光譜曲線是一條連續的光滑曲線;該光譜曲線要作為ASTER數據的參考光譜，需截取與ASTER數據波段相對應的光譜區間值進行重采樣。前人研究成果表明，利用典型礦物標準光譜曲線對應ASTER數據波段區間取值的最小值繪制的波譜曲線與野外實測光譜曲線擬合效果最好［9］，因此本文亦采用該方法。

光譜庫典型礦物標準光譜曲線對應ASTER波段重采樣獲得的新的反射率光譜曲線見圖3。根據圖3中反射率光譜曲線的形態，可將其進一步分為兩組:①方解石和白云石，代表碳酸鹽巖化蝕變礦物組合;②綠泥石，代表富含Fe質成分和OH－成分的蝕變礦物。

圖3 都龍礦區蝕變礦物典型波譜對應于ASTER波段重采樣光譜曲線Fig.3 Spectra re－sampling to ASTER bands of alteration minerals of the Dulong deposit area

2.2 蝕變信息提取原理與方法

2.2.1 提取原理

蝕變巖石由于具有與未蝕變圍巖不同的物質成分、結構和構造，表現出與圍巖不同的波譜特征，即蝕變礦物標志性的波譜特征［10－11］。通常，各種蝕變礦物都具有獨特的識別譜段，因此蝕變礦物的特征譜段是遙感蝕變信息提取的波譜依據。大量的遙感實驗證明，蝕變巖石與未蝕變的巖石相比，其地表氧化物因含有大量的OH－，CO2－3，Fe2+和Fe3+離子基團或離子，與鐵離子有關的蝕變礦物的波譜特征主要取決于鐵離子的價態及礦物的含水性和透明度等因素;該類蝕變礦物以褐鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦、黃鉀鐵礬等Fe3+礦物為主，含少量Fe2+氧化物，大多分布于金屬礦物氧化帶及含鐵礦物的風化表面。含鐵離子(主要是 Fe3+)礦物在0.85 ～0.94 μm 譜段具有較高的亮度值，而在1.1～2.4 μm譜段的亮度值較低。與OH－有關的蝕變礦物以高嶺石、葉蠟石、白云母、滑石、蛇紋石和綠泥石等為代表，蝕變礦物主要為泥質蝕變的產物，在熱液及風化礦床中較為發育;該類蝕變礦物在 1.4 μm 和 2.2 ～2.4 μm附近具有吸收帶。與CO2－3有關的蝕變礦物以方解石、白云石、菱鎂礦等為代表，CO2－3在2.35 μm和2.55 μm 波長處顯現出強吸收，在 1.9 μm，2.0 μm和2.16 μm 波長處則顯現相對較弱的吸收［12］。

2.2.2 提取方法

本文提取巖礦蝕變信息的方法主要采用《全國礦產資源潛力評價遙感資料應用技術要求》規定的方法思路。總體技術流程如下:

為充分發揮ASTER數據VNIR波段的15 m分辨率的優勢，首先將SWIR波段數據重采樣到像元大小為15 m×15 m，并將VNIR與SWIR波段數據一并輸入到一個文件中;然后利用數據本身自帶的GPS點數據庫，對ASTER數據進行幾何糾正，使該數據可顯示經緯度坐標;再生成去干擾窗，進行陰影、植被等干擾的去除;最后對遙感數據進行“準歸一化”和線性拉伸處理，使每一通道的亮度值落于［0，255］內，以增強地物間的對比性，并利用波段比值、主成分分析(principle component analysis，PCA)等方法［13］提取蝕變信息。

3 異常提取

本文利用PCA技術，根據ASTER數據特點，構建蝕變信息提取模型，針對研究區的方解石化、白云巖化和綠泥石化3類主要蝕變進行遙感異常信息提取試驗。

3.1 方解石化蝕變信息提取

方解石化蝕變異常信息的提取采用ASTER1，ASTER3，ASTER4，ASTER4/ASTER8 作為輸入數據，進行比值主成分分析，提取的蝕變異常主成分特征向量矩陣見表1。

表1 方解石化蝕變異常主成分特征向量矩陣Tab.1 Eigenvector matrix for calcite

從表1可以看出，對PC3的主要貢獻來源于ASTER4和 ASTER4/ASTER8。由于 ASTER4/ASTER8的貢獻為正，ASTER4的貢獻為負，所以在圖像中暗色區代表方解石化蝕變;取反后，高亮度區代表蝕變強烈區。因此，本次工作采用－PC3進行以方解石化為主的蝕變信息的提取。為了略去遙感蝕變異常圖中的孤立點并加強有意義異常點的連接性，進行了3像元×3像元窗口的均值濾波;而后采用均值加2倍標準偏差為異常下限對－PC3圖像進行密度分割，制作成方解石化蝕變的遙感異常圖像。

3.2 白云巖化蝕變信息提取

白云巖化蝕變異常信息的提取采用ASTER1，ASTER3，ASTER4，ASTER3/ASTER8 作為輸入數據，進行比值主成分分析，提取的蝕變異常主成分特征向量矩陣見表2。

表2 白云巖化蝕變異常主成分特征向量矩陣Tab.2 Eigenvector matrix for dolomite

從表2可以看出，對 PC3的主要貢獻源于ASTER4和ASTER3/ASTER8。由于ASTER3/ASTER8的貢獻為正，ASTER4的貢獻為負，所以圖像中暗色區代表白云巖化蝕變;取反后，高亮區代表蝕變強烈區。因此，采用－PC3進行白云巖化為主的蝕變信息提取。為了略去遙感蝕變異常圖中的孤立點并加強有意義異常點的連接性，進行了3像元×3像元窗口的均值濾波;而后采用均值加2倍標準偏差為異常下限對－PC3圖像進行密度分割，制作成白云巖化蝕變的遙感異常圖像。

3.3 綠泥石化蝕變信息提取

綠泥石化蝕變異常信息的提取采用ASTER1，ASTER3，ASTER4，ASTER5/ASTER8 作為輸入數據，進行比值主成分分析，提取的蝕變異常主成分特征向量矩陣見表3。

表3 綠泥石化蝕變異常主成分特征向量矩陣Tab.3 Eigenvector matrix for chlorite

表3顯示，PC4的主要貢獻源于 ASTER1和ASTER4，說明圖像中高亮區代表綠泥石化蝕變強烈區。因此，采用PC4進行綠泥石化為主的蝕變信息提取。為了略去遙感蝕變異常圖中的孤立點并加強有意義異常點的連接性，進行了3像元×3像元窗口的均值濾波;而后采用均值加2倍標準偏差為異常下限對PC4圖像進行密度分割，制作成綠泥石化蝕變的遙感異常圖像。

將以上提取的3類蝕變異常信息疊加，分別圈定出異常聚集區范圍，制作成馬關都龍錫礦區遙感蝕變異常圖(圖4)。

圖4 馬關都龍錫礦區遙感蝕變異常圖Fig.4 The image of alteration anomaly information in Dulong mining area

由于時間關系，未對所提取的3類蝕變遙感異常進行野外驗證。在根據異常分布情況圈定的異常聚集區域中，通過與已有地質、礦產資料對比發現，白云巖化、方解石化蝕變異常濃集中心主要位于老君山巖體內外接觸帶上，在圖4西北角有少量酸性巖漿巖出露的地區也提取出以上兩類蝕變，說明在該地區利用白云巖化、方解石化蝕變尋找酸性巖漿巖進而尋找與之相關的礦床是有可能的;綠泥石化蝕變異常濃集中心主要位于老君山巖體西北側，與地表巖體出露位置接近，結合地質分析認為，該蝕變信息反應了老君山巖體在西北側可能有延伸，這一認識與地質上對老君山巖體的看法相同。同時，此次研究提取的3類遙感蝕變異常聚集區與已知礦點在空間上吻合較好，所有已知礦點附近都有異常聚集區分布，說明本次研究的技術方法在該地區是可行、有效的。

4 結論

1)ASTER數據的空間分辨率和光譜分辨率較之ETM+/TM數據都有很大提高，利用ASTER增設的短波紅外波段對某些礦化蝕變異常可以進行信息提取，這是ETM+/TM數據難以做到的。本文充分運用ASTER可見光和短波紅外波段，分別提取了馬關都龍錫礦區方解石化、白云巖化和綠泥石化等蝕變信息。提取結果表明:方解石化和白云巖化蝕變主要位于老君山(都龍)巖體與元古界地層(南秧田組)的接觸部位，與已知礦床點有較好的吻合;綠泥石化蝕變主要位于老君山巖體與寒武系地層(田蓬組、龍哈組)的接觸部位。以上認識與地質礦產規律基本一致，證明所采用的方法有效、結果可靠，對該區找礦工作具有一定的指導意義。

2)如何利用ASTER短波紅外和熱紅外波段數據對該地區更多的蝕變礦物種類進行定量反演，以及對巖性更精確識別的方法等問題是今后需要深入研究的課題之一。

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The Application of ASTER Data to Extracting Alteration Anomaly Information in Skarn Sn Deposits:A Case Study of the Maguan－Dulong Sn Deposit in Southeast Yunnan

WANG Wei1，2，ZHANG Shi－ tao1，YIN Guang － hou3，XU Dong3
(1.The Faculty of Land Resource Engineering of Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China;2.Yunnan Information Center of Geology and Mineral Resources，Kunming 650051，China;3.The Bureau of Yunnan Geology Survey，Kunming 650051，China)

The extraction of alteration mineral information by using the multi－spectral remote sensing data plays an important role in search for mineral deposits.In this paper，the authors have described the alteration anomaly information of calcitization，dolomitization and chloritization extracted from the Maguan － Dulong Sn deposit in southeast Yunnan by using ASTER data.The alteration anomaly information is well consistent with the field geological survey.The results show that the alteration information extracted from ASTER is effective in the potential assessment of mineral resources and the ore－prospecting prediction.

ASTER;alteration information;anomaly extraction;skarn;Dulong Sn deposit

TP 79

A

1001－070X(2012)01－0155－05

10.6046/gtzyyg.2012.01.27

2011－10－18;

2011－11－21

中國地質調查局全國礦產資源潛力評價云南省礦產資源潛力評價項目(編號:1212010813024)資助。

王 蔚(1984－)，男，礦產勘查專業在職碩士研究生，主要研究方向為遙感找礦。E－mail:dior_wang@163.com。

(責任編輯:劉心季)