北京市遙感礦產地質構造解譯與異常提取初步分析

張曉亮,鄭國慶,方同明

(北京市地質調查研究院,北京 100195)

1 北京地質概況

北京地處內蒙古高原、山西黃土高原、華北平原的交接地帶,地勢西北高,東南低,西、北、東三面環山,東南面向廣闊的平原.平原地勢上像一個半封閉狀態的海灣,地理學上稱其為"北京灣".

北京地區斷裂構造相當發育,有東西向、北東向、北北東向、北西向及近南北向5組斷裂.各斷裂構造間相互復合、交切,構成復雜的斷裂構造格架.其中以東西向及北北東向斷裂最為發育、規模最大,其次是北東向斷裂.北京東西向斷裂帶分布在北部山區,主要有3個帶:北帶為長哨營古北口斷裂帶,中帶為沙廠-墻子路斷裂帶,南帶分布于平谷地區.北北東、北東向斷裂在整個地區都有發育,是北京市最發育的一組斷裂,規模大,分布廣,自西而東有紫荊關-大海坨斷裂帶、沿河城-南口斷裂帶、八寶山斷裂帶、南苑-通縣斷裂帶以及永樂店-夏墊-馬坊斷裂帶.南北向斷裂規模小、走向平直、時代較晚,自西往東,依次有西二道河、青石嶺、娘子水和黃崖關斷裂等.北西向主要有永定河、南口-孫河、小湯山和二十里長山斷裂.

2 遙感資料處理

2.1 影像資料

主要資料:landsat7- ETM數據,3景,數據格式FST, 8個波段,多波段分辨率30m,全色波段15m,遠紅外波段60m.Aster數據,4景,數據格式DAT,13個波段,分辨率15m,部分world-view數據,分辨率1m.輔助資料:①北京市1:250000地質圖,②北京市布格重力異常圖,③北京市1:100000地形圖.

2.2 圖像處理

(1)遙感數據處理:圖像幾何校正、大氣校正、影像融合、數字鑲嵌及圖像拉伸等.

(2)幾何校正:采用多項式擬合方法,單景數據校正時不少于12個點,總平方根誤差不大于1.5個像元.

(3)線性增強處理:為提高影像的分辨率, 突出線性斷裂, 運用定向濾波、主成分分析和假彩色合成等技術對ETM 圖像進行專題信息增強.

(4)彩色合成:ETM采用741波段組合進行圖像解譯,3個波段組合具有相關性小,信息量大,圖像具有兼容中紅外、近紅外及可見光波段信息的優勢,色彩豐富,層次感好,清晰度高,干擾信息少,有極為豐富的地質信息和地表環境信息;地質可解譯程度高,各種構造形跡(褶皺及斷裂)顯示清楚,不同類型的巖性、巖石地層單元邊界、以及火山機構顯示清晰.

2.3 地質構造信息提取

主要使用ETM數據,重要地段使用了ASTER和World-View數據.在信息增強處理獲得假彩色合成圖像的基礎上, 采用人機交互模式, 進行目視綜合解譯,提取相關的線、環、色、帶、塊等遙感要素,建立影像標志(見表1).

表1 遙感要素解譯標志表

2.4 蝕變異常的提取

遙感異常提取技術統一采用比較成熟的克羅斯塔技術和光譜角監督分類技術,以ASTER/TM為數據源,一次性異常提取,一般以"景"為單位.提取對象為羥基和鐵染兩類異常.

(1)異常信息提取方法原理

遙感異常提取方法采用"面向特征主分量選擇法" (克羅斯塔技術),當需要從所提取的異常中檢出與某種類型礦床相關的遙感異常時(分類提取),可采用光譜角法進行監督分類.

(2)主要技術流程

遙感異常提取流程包括預處理、異常提取、數據庫3部分.

第一步:預處理

主要內容:準歸一化和遙感異常去干擾處理.

① 準歸一化處理.準歸一化系數為K=GkXd2/(sinφ XG) 其中:

Gk 增益系數值;d為日地距離(由國際天文機構提供);φ日光入射角(由每景TM數據參數表提供);G可選常數,取0.2或0.25.

② 遙感異常干擾處理.在異常提取前、后根據圖像中顯示的區域遙感地質、環境特征,對數據做某些必要的去干擾處理,最大程度地清除干擾覆蓋區.如,去除圖像中波段間不重疊邊界處理;不同景、不同時相遙感圖像、數據之間準歸一化處理;根據圖像中遙感環境特征同異,選用整景或將一景圖像分割為數個子區分別處理;去除云、霧覆蓋區處理;去除冰雪、水體覆蓋區處理;去除地形陰影、云影覆蓋區處理;去除植被覆蓋區處理;去除鹽堿地(白泥地)分布區處理.

第二步:異常提取

① 面向特征主分量選擇法(TM數據):采用B1、4、5、7提取羥基異常.采用B1、3、4、5提取鐵染異常.

② 光譜角法:一般應采用B1-B5,B7波段聯合提取(TM數據).

第三步:異常編圖及數據庫建立

提取的異常信息轉成MAPGIS數據格式,在MAPGIS平臺上編制異常圖、掛異常屬性,建立異常數據庫.

3 研究成果

3.1 遙感構造地質特征解譯

通過遙感地質構造解譯,北京市范圍內共解譯了斷裂435條、脆韌性變形構造帶8條、逆沖推覆滑脫構造3條,環要素80個.基本確定了北京市構造格局以EW、NENNE、NW向斷裂為主,主要斷裂有尚義-平泉斷裂、密云-墻子路斷裂、南口山前斷裂、河防口斷裂等.

(1)斷裂構造

區域性大斷裂具有控制成礦的作用,是劃分成礦區帶的重要界線,如尚義-平泉斷裂,是北京市一條重要的控礦構造,沿斷裂控制金、銅、鉛、鋅多金屬成礦的作用,不同區段礦床類型不同,西段主要為金礦、銅礦,東部則為鉬、鉛、鋅、金、銀等多金屬礦化.

(2)環形構造

全市解譯出的80個環形構造,成因為中生代花崗巖類引起的環形構造、與隱伏巖體有關的環形構造和一些火山口、火山機構或通道有關環形構造等,對中生代花崗巖引起的環形構造的分布規律以及分布密度推斷,沿清水-大莊科-馮家峪展布的一條巖漿巖帶,走向NE,與布格重力異常沿NE向呈條帶型展布一致,推斷存在一條NE向的酸性-中酸性巖漿巖構造帶,該帶對北京地區成礦作用有著重要的意義.

(3)色帶要素

太古代密云變質巖,沉積變質鐵礦賦礦巖層中主要巖石為英云閃長質片麻巖、奧長花崗質片麻巖夾變粒巖、斜長角閃巖、磁鐵石英巖等,具片麻狀構造.遙感解譯標志明顯,變質巖分布區山低坡緩,切割不深,植被不發育,紋理不明顯(圖1),團塊狀色異常.不整合于長城系石英砂巖之下、或為斷層為界,二者之間界線清晰,以具有陡崖地貌為特征.

圖1 沙廠變質鐵礦帶要素影像

3.2 遙感異常特征分析

(1)區域分布

遙感異常主要分布在延慶、密云、房山等地,構成3個異常組合濃集中心(圖2).延慶、密云異常組合基本以鐵染組合為主,房山異常組合則為羥基組合.

圖2 北京市組合異常密度圖

(2)延慶鐵染組合

分布在延慶縣永寧、四海、寶山寺一帶,構成兩個異常群.西側盆地異常環繞延慶盆地分布,位于山前地帶,盆地邊緣(圖3).圍巖土城子組紫紅色礫巖(北側)、髫髻山組粗安質、安山質熔巖及粗安巖、安山巖巖株等(南側).盆地為第四紀沖洪積亞砂土堆積.東側異常群分布在環形構造南緣,圍巖主要為薊縣系白云巖,次為侏羅系髫髻山組粗安質、安山質熔巖、土城子組紫紅色礫巖等.環形構造由花崗巖類巖石侵位形成,在環形構造內的薊縣系白云巖地層出露區,發現有花崗巖體存在.一般說來,白云巖分布區出現鐵染異常不太正常,推測該異常可能為礦化蝕變所致.

圖3 延慶鐵染組合

(3)密云鐵染組合

分布在密云境內大城子、太師屯、不老屯一帶.該組合以鐵染異常為主,少有羥基異常(圖4).圍巖為太古代英云閃長質片麻巖、紫蘇黑云斜長變粒巖、基性麻粒巖為主夾磁鐵石英巖等,植被不發育.組合呈離散分布,異常與圍巖關系非常密切.

圖4 密云鐵染組合

(4)房山羥基組合

分布在房山區張坊、周口店、石景山區潭柘寺等地.其位置基本處于太行山前與平原交界地帶之丘陵地貌,構成NE向異常帶,分布較為集中(圖5).圍巖以薊縣系白云巖為主,其次為青白口系白云巖礫巖、海綠石砂巖頁巖、寒武-奧陶系灰巖、礫屑灰巖、鮞狀灰巖、頁巖、石炭-二疊系砂頁巖、鋁土質頁巖夾煤層和中部房山花崗侵入巖.羥基組合異常不完全因CO32-所致,房山羥基組合受構造控制.西南側異常最強處具環形構造,白云巖色調偏紅,團塊狀影紋結構,山低坡緩,山脊圓滑,影像特征與北側同一巖石單位明顯不同,推測地下存在隱伏巖體,房山羥基異常組合分布區可能存在隱伏礦化的可能.

圖5 房山羥基異常組合

4 結論

(1)遙感礦產地質構造解譯

本次工作解譯了與礦相關的找礦遙感要素,利用遙感五要素反映礦化蝕變信息不但為各礦種資源潛力預測提供了依據,而且較好地反映了遙感特色,圖面反映與找礦有關的線、環、色、帶、塊遙感要素,控礦因子明顯,便于圖面分析和找礦預測.

(2)遙感異常提取

遙感異常是指從遙感數據中提取地物光譜信息與巖石蝕變礦物有關的一種近礦指示信息.含鐵(Fe2+,Fe3+)和含羥基(OH-)、水(H20)或碳酸根(C032-)等圍巖蝕變,與金屬礦床有較好的相關性,異常強度可由蝕變礦物引起的若干特征吸收光譜段變量或它們的數字變換數據確定,這種信息是由二維空間連續無間隙采集一定區域范圍內的光譜數據生成的,它不受人為因素影響,具有較高采樣密度和定位精度.

遙感異常信息提取技術是從遙感數據中提取蝕變信息的新技術.該技術使用Landsat7ETM衛星數據.這種遙感數據在可見光-近紅外范圍內具有6個光譜段,含鐵礦物在TM1-4可見光及近紅外波段具有明顯的光譜吸收特征,對于探測干旱、半干旱環境中含褐鐵礦的巖石與土壤有較好的效果;TM5(1.55～1.75μm)和TM7是專為地質勘查設計的波段.在TM7(2.08～2.35μm)波段內,羥基和碳酸鹽礦物形成明顯的特征吸收帶,是目前探測含Al-OH、Fe-OH、Mg-OH基團礦物與碳酸鹽類較理想的航天遙感數據.這次礦產資源潛力評價遙感專題研究,首次利用TM遙感數據完成北京市遙感羥基、鐵染異常提取,編制了全市異常組和圖.

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