滇川黔鉛鋅成礦區含礦碳酸鹽巖遙感解譯探討

王碩人+王瑞雪+劉思彤

摘要： 光譜特征和圖形特征分別是地物的電磁輻射特征在遙感圖像上微觀層次和宏觀層次的表現形式。滇川黔鉛鋅成礦區礦床的含礦圍巖是碳酸鹽巖，廣泛分布，但只有特殊的構造位置賦礦。該類礦床的圍巖蝕變較弱，環境干擾因素較多，根據光譜特征利用多波段遙感圖像提取蝕變異常信息存在較多的不確定性。不同構造位置的相同巖性因遭受不同的風化程度，其形成的地貌、水系以及土壤、植被覆蓋等都會有差異，在遙感圖像上顯示為不同的圖形特征，據此可推斷巖性以及其結構、構造等特征。圖形特征受環境干擾較小，具有較好的穩定性，在滇川黔鉛鋅成礦區含礦碳酸鹽巖的研究中具有實用價值。

Abstract： The electromagnetic radiation characteristic of ground objects in remote sensing image has two forms，the spectral signature on the micro level and Graphics features on the macro level. The host rock is carbonate rock which is widespread in the Yunnan-Sichuan-Guizhou metallogenic region of Zinc and Lead， however， the deposit located only at the special tectonic. There are many uncertainties of extracting abnormal information of mineralized alteration using multiband remote sensing imagines for the Rock alteration of this kind of deposits is weak， and disturbed by many environment factors also. Rocks in same lithology show different graphic feature on remote sensing image at different tectonic positions， where different weathering degree formed different landform， drainage pattern， soil， vegetation cover， and so on. Conversely， the lithology and structure of the rock and tectonic position would be determined from graphic feature which were seldem Interfered by the environment， and has practical value in the research of ore-hosting carbonate rocks in the Yunnan-Sichuan-Guizhou Pb-Zn metallogenic region.

關鍵詞： 圖形特征；光譜特征；解譯標志；鉛鋅礦床

Key words： graphics feature；spectral signature；interpretation key；Pb-Zn deposit

中圖分類號：F407.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）08-0008-04

0 引言

地物對不同波長的電磁輻射具有不同反射或發射能力，傳感器將接收到的電磁輻射經過量化分級處理記錄為灰度值。在有n個波段的圖像中，任一個像元A具有n個亮度值（屬性值），與在地表實測的地物光譜特征二者之間是映射關系。實測地物光譜特性一般用一條連續曲線表示，稱為地物光譜特征曲線。根據圖像上像元A在n個波段的亮度值也可形成一條曲線，稱之為地物的波譜響應曲線。這二者的變化趨勢是一致的，可反映這一像元所對應地物的電磁輻射特征。地物在多波段圖像上特有的這種波譜響應就是地物光譜特征的判讀標志，是地物電磁輻射特征在微觀層次的顯示，即通常所指的光譜特征的含義。

每一個像元基于其在某波段的亮度值在該波段圖像上顯示為不同灰度（色彩組合處理后顯示為不同色彩）的柵格，多個相鄰的柵格組合在一起顯示出一定的幾何圖形和紋理圖案，顯示出地物電磁輻射強度在平面的分布規律，可以稱為地物的圖形特征或空間幾何特征，這是地物電磁輻射特征在宏觀層次的顯示，包括地質體和地貌的色調（色彩）、形態、大小、紋理、水系類型、格局、位置及與周圍的關系等等，是遙感圖像目視解譯的判讀標志。解譯人員據此不僅可判斷出地表出露的地層巖性，還可根據地質學專業知識進行推測與判斷出巖層結構、產狀和構造部位等地質信息[1][2][3]。

計算機用以自動識別和分類的主要依據是物體的光譜特性，圖像上的其它信息如大小、形狀、紋理等標志尚未充分利用。利用光譜特征識別地物進行計算機解譯運算迅速，效率高，在植被稀少、人為影響較弱、巖石裸露率高的地區效果較佳，已探索出了較成熟的多光譜和高光譜巖性信息提取方法[4][5][6][7]。在土壤、植被較發育、巖石露頭少的地區由于存在同譜異物、異物同譜、混合像元以及環境的影響，這一解譯標志具有很大的不確定性，開展巖性識別效果有待提高。此外，目前利用光譜特征解譯巖性的技術還不能提供巖層結構、產狀和構造部位等更為復雜的地質信息。但在滇川黔成礦區鉛鋅銀礦床研究中，這一點顯得特別重要，因為碳酸鹽巖在該區廣泛分布，但只有在特殊構造部位的碳酸鹽巖才有可能成為賦礦和富礦圍巖。在該地區的遙感找礦研究中，需要能通過遙感影像特征獲得地質構造、巖層產狀等復雜的地質特征，才有利于將含礦碳酸鹽巖從非礦碳酸鹽巖背景中區別出來。

1 滇川黔成礦區鉛鋅（銀）礦床特征簡介

滇川黔鉛鋅成礦區位于揚子準地臺西南緣，小江南北向斷裂帶、師宗-彌勒北東向斷裂帶、埡都-紫云北西向斷裂帶三條深大斷裂所圍限的區域內。特殊的構造位置，造就其豐富的礦產資源，尤以鉛鋅（銀）為甚。已發現彝良毛坪、巧家茂租和東坪、會澤礦山廠、會東大梁子和漢源團寶山等一批大中型鉛鋅（銀）礦床及數以百計的鉛鋅礦點，其成礦作用、控礦因素及礦化特征基本相同，具有點多、面廣、星羅棋布的特點，找礦潛力巨大。礦床明顯受構造、地層和巖性控制[8]。

1.1 賦礦層位 滇川黔成礦區鉛鋅（銀）礦床的容礦層主要為碳酸鹽巖——白云巖、鎂質灰巖和硅質白云巖，具有多層位、同位成礦的特點。成礦區有35個主要、次要的容礦組、統。規模較大的鉛鋅礦床（點）礦體主要賦存的層位有：上震旦系燈影組（Zz2dn）、下寒武紀漁戶村組（■1y）、下石炭統擺佐組（C1b）、中石炭統威寧組（C2w）和下二疊紀棲霞組（P1q）、茅口組（P1m）等。如果主要羽狀斷裂切穿多個容礦層，可形成不同時代容礦層的“同位成礦”現象。含礦層位厚度總體上與鉛鋅礦化成正相關關系，一般含礦層位厚度大，鉛鋅礦化強烈，形成的鉛鋅礦床（點）就多。

1.2 控礦構造與容礦空間 滇川黔成礦區內鉛鋅（銀）礦床（點）受控于區內主干逆斷層構造帶，平面分布呈帶狀，形成多條成礦帶。成礦帶內斷層交匯部位、背斜傾伏端、向斜揚起端或穹窿構造控制礦床分布，斷裂破碎帶、節理密集帶、巖層撓曲、剝離，層間滑動部位和擠壓虛脫空間是成礦熱液運移和富集場所，往往是富礦體產出的最有利地段。特殊的構造位置、構造組合型式以及斷層、節理和裂隙發育的密集程度是滇川黔成礦區鉛鋅礦床重要的找礦標志。特殊的構造造就特殊的地貌和水系類型等地面景觀，在遙感影像上的顯示為特殊的圖形特征，是遙感地質找礦的重要解譯標志。

1.3 圍巖蝕變 滇川黔成礦區鉛鋅（銀）礦化常伴有近礦圍巖蝕變，蝕變強度較弱，但分布較廣。不同時代含礦圍巖中的蝕變強弱和類型基本相同。容礦層的褪色化和重結晶現象在成礦區內較普遍。其次可見硅化、黃鐵礦化、重晶石化、螢石化和鐵錳碳酸鹽化等。褪色化是指白云巖或白云質灰巖從不同的深色變為乳白、米黃、黃色、褐色及肉紅等淺色，即Fe3+（細粒或粉狀赤鐵礦）變為Fe2+（不同粒度的黃鐵礦）的染色或鐵錳碳酸鹽化。鉛鋅（銀）礦體、礦化只出現在Fe2+的一側，Fe3+的一側無礦化。重結晶是指白云巖的粒度增大，同時巖石的碳酸鹽粒屑亦可全部重結晶。重結晶白云巖明顯可見孔隙度增高，孔隙增大的現象。圍巖空隙率的提高，使巖石脆性變大，受力碎裂，為其后溶蝕、充填及交代成礦提供空間。黃鐵礦也可做為近礦蝕變標志。但這一地區碳酸鹽巖中的黃鐵礦形成具有成巖期、成巖后期、成礦期和成礦后期等多個期次，不同期次黃鐵礦的空間關系不易區分。

2 利用光譜特征提取鉛鋅（銀）礦床圍巖蝕變信息的不足

目前，對滇川黔成礦區碳酸鹽巖的解譯集中于兩方面：利用各種計算機分類方法圈定其分布范圍，并利用光譜特征提取蝕變信息異常[9][10][11][12][13]。如前所述，滇川黔成礦區鉛鋅（銀）礦床最普遍的圍巖蝕變為重結晶、硅化、重晶石化、螢石化、褪色化、黃鐵礦化和鐵錳碳酸鹽化。現階段在滇川黔成礦區已開展的提取圍巖蝕變信息的方法是利用多波段遙感數據基于光譜特征提取其羥基（泥化）、碳酸鹽化和鐵化信息。利用光譜特征的變異尚不能判斷出地層巖性結構、構造變化信息，還存在一些需要慎重考慮的問題。

2.1 羥基異常 根據遙感圖像光譜特征提取的羥基異常，目的是提取與含羥基（OH）-熱液蝕變礦物相關的蝕變信息，主要反映高嶺石化、蒙脫石化、綠泥石化、絹云母化等蝕變巖石。但是滇川黔成礦區的鉛鋅礦床此類蝕變普遍較為微弱，反而是碳酸鹽巖風化殼內粘土礦物含量較高（主要礦物成分為高嶺石和埃洛石）[14]。另外在一些溝谷地區的巖石、土壤由于含水量較高，也會對提取羥基異常產生干擾。以上原因導致此類信息中往往含有大量的假異常信息。

2.2 碳酸鹽化異常 滇川黔成礦區的鉛鋅礦床成礦圍巖是碳酸鹽巖，同時圍巖蝕變也存在一定的碳酸鹽化，主要是白云石化、方解石化以及鐵錳碳酸鹽巖化。如果圍巖是火山巖或砂巖等其他巖性的巖石，碳酸鹽化是非常好的、明顯區別于圍巖的蝕變信息，不論在地表觀測還是光譜特征上都有不凡的表現；但對于圍巖也為碳酸鹽巖的礦化再提取碳酸鹽化信息，這一特征還需慎用。此外，由于TM/ETM+和ASTER等常用的遙感圖像中紅外、熱紅外的波段范圍較寬，不能將（OH）-和（CO3）2-引起的反射峰或吸收谷完全區別開（圖1）。

2.3 鐵染異常信息 目前在滇川黔成礦區鉛鋅礦床遙感地質研究中通常會提取鐵染異常信息，目的是提取與含Fe3+或Fe3+礦物相關的圍巖蝕變信息，如利用ETM3/1識別褐鐵礦等Fe3+的信息，利用ETM5/4用于識別黃鐵礦等氧化亞鐵類礦物，利用ETM3/1、ETM5/4、ETM5/7綜合反映鐵染類蝕變異常信息，或者利用ASTER1、2、3、4組合波段提取Fe3+的信息。這些提取鐵染信息的方法在川滇黔碳酸鹽巖地區應用時應更加慎重，因為Fe3+鐵化信息雖然反映了部分氧化礦或鐵帽信息，但更多可能是風化殼的顯示。滇川黔成礦區內的碳酸鹽巖地區風化殼含鐵量比較高（Al2O3、Fe2O3和SiO2是巖溶地區風化殼的主要化學成分[14]），常形成假鐵帽。另外該區內廣泛發育的二疊系玄武巖及其形成的風化殼含鐵量也是比較高的，這些對提取鐵染信息有很大的干擾。即使能夠排除風化殼的干擾，Fe3+的信息也不能作為遙感找礦的標志，因為如前所述，鉛鋅硫化礦體、礦化只出現在Fe2+的一側，Fe3+的一側無礦化，即褪色化現象普遍存在。在進行遙感圖像增強處理時，應突出黃鐵礦等氧化亞鐵類異常信息，褐鐵礦等含Fe3+的礦物信息不能作為該區鉛鋅礦化的異常信息標志。這里還存在一個問題：即如前所述，滇川黔成礦區碳酸鹽巖所含黃鐵礦存在多個期次，目前對黃鐵礦不同期次的空間關系尚未做工作。

3 利用圖形特征解譯滇川黔成礦區含礦碳酸鹽巖的優勢

隨著在滇川黔成礦區找礦力度的加大，遙感技術可發揮的作用將不斷加強。如在巖性解譯時仍只圈定其分布范圍已不能滿足實際找礦工作需求。若能在解譯地層巖性同時還能獲得其結構、產狀和構造部位信息及其變化規律，將有利于突破遙感技術在滇川黔碳酸鹽巖地區巖性解譯缺乏實用價值的瓶頸。利用影像特征的差異變化規律去推測碳酸鹽巖的成分、產狀、構造等信息的變化在滇川黔成礦區鉛鋅（銀）礦床研究中顯得特別重要，因為碳酸鹽巖在該區廣泛分布，但只有在特殊構造部位的碳酸鹽巖地層才有可能成為容礦空間。而這些構造因為規模較小或沒有較好的地表露頭常常在傳統地質工作中被忽略，或者工作條件惡劣難以迅速開展地表詳細踏勘工作。

3.1 遙感圖像全面反映了地面景觀細節 現有的地形圖，哪怕是大比例尺的和用準確儀器測量的方法編制的，也只不過是概略的地形描繪，通常在這些圖上總是不可能得到許多極其重要的細節，特別是中、小、微地形（如淺盆地、漏斗、喀斯特井、礦井、溶溝、小砂丘、孤山、有時乃至階地等）的細節[15]。隨著圖像分辨率進一步提高，遙感圖像上不僅能顯示出大的地形地貌，還能清楚地反映出地物的細部特征，圖像上多級侵蝕溝組合而成的水系影紋圖案、地物景觀的結構、形態、紋理和細節信息都非常突出，為我們提供了可靠的地形地貌、水系特征、地質構造和地物的識別分析依據，彌補現有圖紙信息不全的缺陷。

3.2 圖形特征既可以反映巖性信息，也能夠反映構造信息 戴維斯在1899年提出地理（地貌）循環學說，認為地貌是構造、營力和時間（侵蝕階段）的函數，一個地區的地貌、水系的發育嚴格受到巖性、構造控制[15]。同一地區的同一巖性，處于同一自然環境氣候條件下，巖性、結構相同，遭受風化剝蝕年代相同，當其出露面積、厚度、所處構造部位、巖層產狀、覆蓋程度不同時，其受力狀態不一，破裂型式也不一樣，風化形成的水系特征、微地貌、植被、土壤等都會發生變化。例如構造發育的地段巖溶作用強，褶皺和斷裂作用使巖石的破裂程度加大，著名的桂林峰林地形只發育于南北向背斜構造向北的傾末端位置；節理較多的石灰巖，往往構成壁立的斷崖，一個區域的構造線的方向，往往控制了溶洞的延伸方向。所以遙感影像上反映出的地貌、水系、土壤、植被和影紋圖案信息隱含著巖性、構造等地質信息，即影像圖形特征變異反映了地面構造變化信息。

筆者在滇東北鉛鋅礦床的研究中已初步發現：含礦碳酸鹽巖和非礦碳酸鹽巖確具有明顯不同的遙感影像圖形特征。以彝良毛坪鉛鋅礦床為例。該礦床受控于毛毛山倒轉背斜北部的傾伏端（圖2），倒轉背斜兩翼的地層巖性為白云巖和灰巖。相同的巖性使其光譜特征相似，在遙感圖像上具有相同或相近的色調或色彩（圖3），但因含礦性和地層產狀不同而顯示為截然不同的圖形特征，根據背斜西翼南段的巖層三角面的形態和角度可判定西翼巖層產狀較陡，出露寬度很窄（根據地質資料，西翼地層翼地層產狀直立或倒轉，傾角40-85°）。在遙感影像上該段沒有顯示出碳酸鹽巖地區常見的巖溶地貌圖形特征，而是顯示為遭受強烈的硅化形成堅硬抗風化能力強的硅化帶的圖像特征——梳狀、格狀水系影紋圖案，色調較深。地貌上為高大的長條狀山系，河谷兩岸為陡崖峭壁，河谷（最低海拔902m）與山脊（最高峰海拔2659m）相對高差可達1800m之多，植被覆蓋較好。在背斜的東翼巖層產狀緩傾斜，圖像上顯示典型的巖溶地貌圖形特征，相對高差小，發育數米至數十米高的峰林峰從，稀疏的星狀水系，整體為淺色調，植被覆蓋較差。毛坪礦床主礦區長發硐-花苗寨段位于背斜的西翼，東翼目前只有礦點和小型礦床發現。

3.3 圖形特征的穩定性 與光譜特征相比，地貌、水系、影紋圖案等圖形信息即使在有植被、土壤覆蓋等干擾時，仍能在遙感影像上清晰反映。且無論何種波長電磁波遙感圖像，地貌、水系等是不會發生變化的。滇川黔成礦區內碳酸鹽巖出露地區一般會生長灌木、竹林或雜草，只有陡崖峭壁上才極少有植被覆蓋，但地形陡峻又會導致陰影發育。植被、土壤和陰影區的地面信息被遮蓋，光譜特征難以顯現。雖然利用計算機圖像處理技術可以增強一些微弱信息，但仍有大量“同譜異物”或“同物異譜”現象。加之目前在提取巖性信息的預處理中，普遍都將植被、沖積層和陰影等與云、水體等都同樣作為干擾信息加以屏蔽。如此處理的圖像雖然能夠剔除干擾，便于計算機自動分類，卻也因此將它們本身所提供的大量地質信息以及下覆的微弱地質信息也一并丟棄。

4 結語

解譯標志的熟練掌握，是我們解譯地質現象的鑰匙。由于地質現象千變萬化，不僅不同地區的同一類地質體在遙感影像上顯示出不同的特征，即使是同一地區同一巖性地質體因為處于不同構造部位（如褶皺的轉折端和翼部），風化剝蝕形成的地貌、水系以及植被、土壤覆蓋等存在差異，在影像上顯示為光譜特征和圖形特征變異現象。巖性的解譯應該綜合利用色調、影紋圖案、地貌、水系、植被和土壤等信息。在滇川黔地區由于地表覆蓋較多，巖石光譜特征受到多種環境因素的影響。相對而言，碳酸鹽巖的圖形特征受環境干擾較小，可通過研究地貌、水系、土壤、植被等與巖性、構造位置的關聯性達到識別巖性的目的，揭示影像特征與巖石地質體的內在聯系，總結地區性的解譯標志，在圈定其分布范圍的同時獲得結構、產狀和構造部位信息，可以有效地進一步劃分含礦碳酸鹽巖和非礦碳酸鹽巖。

圖形特征的解譯雖然受到計算機自動解譯技術的限制，以目視解譯為主，效率較低，但是地質找礦解譯不同于災害監測等緊急事物，通常對時效性要求不高。從經濟實用角度考慮，高光譜技術目前價格仍然昂貴，并且缺乏地面光譜測試等基礎工作，沒有建立起各類碳酸鹽巖的光譜庫，限制了其在全區大范圍展開工作。多光譜的TM/ETM+數據和快鳥、GEOVIEW和SPOT5等高空間分辨率數據以及中等光譜分辨率的ASTER數據價格低廉，易于獲取，其海量的信息僅有少部分被利用。目前在滇川黔成礦區應更好地利用已經獲取的遙感數據，從中挖掘大量尚未被掌握的地質信息，將有利于突破遙感技術在滇川黔碳酸鹽巖地區巖性解譯缺乏實用價值的瓶頸。

總之，地質體及地質現象在遙感影像上的光譜特征和圖形特征都很重要，解譯時要兼顧二者。前者在干旱、地表覆蓋較少的地區效果較好，后者在土壤、植被較發育、巖石露頭少的地區更為實用，因為無論植被、土壤如何覆蓋，不論用何種波段的電磁輻射，地貌、水系、位置、格局等幾何形態總是不會改變。

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總之，地質體及地質現象在遙感影像上的光譜特征和圖形特征都很重要，解譯時要兼顧二者。前者在干旱、地表覆蓋較少的地區效果較好，后者在土壤、植被較發育、巖石露頭少的地區更為實用，因為無論植被、土壤如何覆蓋，不論用何種波段的電磁輻射，地貌、水系、位置、格局等幾何形態總是不會改變。

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