Landsat8OLI數據在礦化蝕變信息提取中的應用
——以吐拉蘇地區為例

帕力旦·麥麥提，卡德麗亞·卡合熱曼

（新疆大學地質與礦業工程學院，新疆烏魯木齊830046）

Landsat8OLI數據在礦化蝕變信息提取中的應用
——以吐拉蘇地區為例

帕力旦·麥麥提*1，卡德麗亞·卡合熱曼2

（新疆大學地質與礦業工程學院，新疆烏魯木齊830046）

遙感蝕變信息的提取是利用遙感手段找礦的一個重要環節，蝕變信息的提取可以為野外地質找礦提供重要靶區。以吐拉蘇礦集區為例，基于圍巖礦化蝕變理論，應用RS、GIS技術對Land?sat8OLI遙感影像數據進行輻射定標、大氣校正、彩色合成、鑲嵌、裁剪、掩膜（去除植被，水體干擾）等預處理。參考研究區地質圖、礦產地質數據庫等地學數據，結合ENVI5.1遙感圖像處理軟件提取研究區域內遙感蝕變信息，并劃分為3個等級，為該地區的找礦工作提供參考。

Landsat8OLI；遙感數據；主成分分析；蝕變異常；新疆

傳統的找礦手段在找礦中的地位至關重要，而遙感技術在地質領域的應用（地質構造、圍巖蝕變等宏觀地質信息的提取）可以作為傳統找礦手段的有力補充。遙感蝕變信息是蝕變巖(帶)在遙感影像反映出來的一種綜合光譜信息。在熱液作用的影響下，使礦物結構、化學成分和構造發生變化的巖石，由于它們經常見于熱液礦床的周圍，故稱為蝕變圍巖。

圍巖蝕變信息是重要的找礦標志，圍巖的劇烈而較大范圍的蝕變常常與大礦及富礦石的生成互為隸屬，大型特大型內生熱液礦床一般均有強烈且較大范圍的圍巖蝕變，分布廣泛。因而對遙感影像中波譜響應特征及提取方法的研究已成為主要的找礦手段。

1983年,劉燕君使用MSS磁帶,選擇角閃斜長片麻巖、磁鐵石英巖以及常見的植被為3種目標地物，成功增強了礦化蝕變異常信息[1]，1997年,馬建文提出了TM掩膜+主成分變換+分類識別提取礦產弱信息方法,2000年，劉素紅、馬建文等利用Gram-schmidt投影方法在高山區提取了TM數據中的含礦蝕變帶信息[2]。本文利用吐拉蘇地區的Landsat8OLI、DEM影像數據，結合前人資料，采用遙感信息提取技術進行蝕變信息的提取，為在找礦前景好、自然條件差的新疆西天山地區快速識別與預測具有戰略意義的成礦遠景區提供一定的幫助。

1 研究區概況

研究區地理位置上位于西天山北段，研究區總共面積約1650km2。該研究區位于中國新疆天山造山帶西北部。由于該地區地處天山巨型金成礦帶內,南北分別為伊犁盆地和準噶爾盆地,西有穆龍套金礦代表的南天山成礦帶。吐拉蘇地區有大型金礦(阿希金礦)和多個礦化區,被認為是具有巨大成礦潛力的地區。研究區位于博羅科努早古生代島弧的西段部分，區域構造線為北西西—南東東向。其北緣以科古琴山南坡大斷裂為界與賽里木地塊毗鄰，南緣以伊犁盆地北緣斷裂為界與伊犁晚古生代裂谷相連。研究區內巖漿巖包括早古生代火山活動和晚古生代火山—侵入活動2大構造巖漿旋回產物；巖漿活動始于中奧陶世而結束于晚石炭世。其中，早古生代時期僅表現在中奧陶統和上志留統中發育有火山；晚古生代時期，巖漿活動僅限于石炭紀，火山巖廣布，侵入巖體發育，如圖1所示。

2 遙感數據處理

2.1 遙感數據選取

OLI陸地成像儀包括9個波段，多光譜分辨率30m，全色波段15m，成像寬幅為185km×185km。為了避免大氣吸收特征，OLI對波段進行了重新調整，比較大的調整是Band5(0.845～0.885μm)，排除了0.825μm處水汽吸收特征；OLI全色波段Band8波段范圍較窄，這種方式可以在全色圖像上更好區分植被和無植被特征，2個新增的波段：藍色波段(band1;0.433～0.453μm)短波紅外波段(band9;1.360～1.390μm)如表1所示。

表1 OLI數據介紹圖

2.2 遙感數據預處理

本文利用Landsat8OLI遙感影像數據進行蝕變異常信息的提取。首先對影像數據進行輻射定標、FLAASH大氣校正、數據裁剪、鑲嵌等預處理。蝕變信息在影像中表現為弱信息，容易受云植被、河流、湖泊、冰川等強信息的干擾，采用有效方法將這些干擾因子去除是保證礦化蝕變信息提取準確度的前提。

使用ENVI軟件5.1版本中提供的模塊，第一步對OLI數據進行輻射定標。輻射定標的主要目的是將不同太陽高度照射的不同日低距離的圖像的象元亮度值，標準化到假設太陽頂時的象元亮度值。第二步，通過FLAASH模塊對輻射定標出的結果進行大氣校正，其目的是去除大氣散射的影響。第三步進行遙感圖像的鑲嵌和裁剪工作，以及圖像增強和相關拉伸處理。最終獲得的研究區的遙感圖。

2.3 干擾信息的去除

干擾的去除應根據地物在不同波段下不同的波譜特征而選擇不同的處理方法。其目的在于有效提取蝕變信息。本文以選用ENVI5.1提供的掩膜模塊對研究區的水體和植被信息進行掩膜處理，從而去除對蝕變提取的影響。

3 研究區蝕變信息提取分析

礦物在不同條件下，反射出來的波普有一定的特征。然而，通過礦物反應出來的特征和所反射出來的波譜特征以及吸收譜帶特點，總結出來的結果是：礦物在反射光譜特征中的主導因素不是礦物所包含的主要因素所決定，而是主要由巖石中為數不多的次要礦物決定。造巖礦物在可見光——近紅外光譜產生反射譜帶，但通過研究發現所產生的反射譜帶沒有鑒定意義。本文所提出的蝕變異常信息有鐵染異常和羥基異常。

含鐵礦物若主要吸收譜帶位于TM4和TM1波段，那么該類巖石中含量較少的是多量的是Fe2+，含量較多的是Fe3+。TM3波段的電磁波跟該類巖石的反射波長相當長，那么該類巖石中若含大量的Fe2+、而含量較少的元素是Fe3+。羥基的吸收譜帶主要在2.2μm，2.3μm的波長中含羥基（OH-）產生、其主要原因在于OH-在2.2～2.3μm附近存在羥基帶——強吸收谷水，所產生的羥基帶，使該波普產生低值。然而波普帶產生的低值印象波段，使得TM5產生高值。對于含碳酸根礦物（CO32-）在1.9μm、2.0μm、2.16μm三處波普帶特征較弱的。吸收特征明顯的波普帶主要在1.9～2.55μm，然而，碳酸根譜帶較強的主要在2.35μm和2.55μm兩個波長處。對于(H2O)水礦物來說，其主要的波普特征吸收帶反應較明顯的是在1.4μm和1.9μm處。礦物反射波普特征如圖2所示。

圖2 反射率對比圖

鐵染、羥基蝕變信息的提取：遙感探測的是地表物質的光譜信息，因此只要有一定面積的蝕變巖石出露,就有可能測出[4]。提取蝕變遙感異常信息的方法很多，常用的有波段比值法、主成分分析法、光譜角度匹配法以及它們的混合法[5]。

運用ENVI5.1軟件，采用主成分分析法提取鐵染、羥基異常信息。鐵染蝕變異常信息提取采用PCA2456，判斷準則是：該分量的特征向量，其OLI4系數應與OLI2及OLI5的系數符號相反，用OLI2、OLI4、OLI5、OLI6等4個波段進行主成分分析。

羥基蝕變異常信息提取采用PCA2567，判斷準則是：該分量的特征向量，其OLI6系數應與OLI7及OLI5的系數符號相反，用OLI2、OLI5、OLI6、OLI7等4個波段進行主成分分析。利用OLI2、OLI4、OLI5、OLI6波段進行主成分分析，得到的向量矩陣如表2和表3所示。 羥基（OH-）結果圖如圖3所示，鐵染蝕變(Fe2+)的結果如圖4所示。

表2 OLI2，OLI4，OLI5，OLI6主成分分析向量矩陣

表3 OLI2、OLI5、OLI6、OLI7主成分分析向量矩陣

圖3 羥基異常信息提取結果圖

圖4 鐵異常信息提取結果圖

4 野外驗證

經過野外實地驗證，發現在上述處理所得的蝕變信息異常區內，有已知的礦床與提取的蝕變信息相吻合。

5 結語

遙感異常信息提取要考慮蝕變遙感異常與已知礦床、礦(化)點的吻合性,與區域成礦規律、成礦特征的吻合性。本文以RS和GIS技術為基礎，對遙感影像進行相關處理，始終把干擾信息的去除作為增強蝕變異常信息的重要手段。結合前人資料以及已知礦點的分析，獲得了較為滿意的結果。遙感技術找礦還需與其他學科進行結合，優勢互補，可以獲得多快好省的找礦效果。

[1]劉燕君.遙感找礦原理和方法[M].北京:冶金工業出版社，1991.

[2]劉素紅,馬建文,藺啟忠.通過Gram-schmidt投影方法在高山區提取TM數據中含礦蝕變帶信息[J].地質與勘探,2000,36 (5):62-65.

[3]張玉君,楊建民,陳薇.ETM+(TM)蝕變遙感異常提取方法研究與應用——地質依據和波譜前提[J].國土資源遙感, 2002,54(4):30-36

[4]張玉君,曾朝銘,陳薇.ETM+(TM)蝕變遙感異常提取方法研究與應用——方法選擇和技術流程[J].國土資源遙感,2003, 56(2):44-49

[5]張廷斌,唐菊興,黃丁發.礦化蝕變信息提取的TM/ETM+遙感影像模式[J].遙感信息,2009（2）:47-51.

[6]朱駿.植被干擾區蝕變信息遙感提取方法研究[D].浙江大學, 2012. [7]馮聰.內蒙古白乃廟地區礦化蝕變信息提取及成礦預測[D].中國地質大學（北京）,2006.

[8]于偉宣,毛亞,彭先敏,程婷,張明凱,劉清.基于多重分形濾波的遙感圖像巖性信息增強研究[J].科技廣場,2015（2）:227-232.

[9]劉寅翔,黃雙雙.基于ASTER數據相山地區蝕變異常提取研究[J].西部探礦工程,2015（4）:129-132.

[10]王一偉,謝啟興,何雪峰,梅剛.內蒙北山阿木烏蘇遙感異常信息提取及成礦預測[J].四川地質學報,2015（1）:151-156.

[11]何雅楓,何政偉,趙銀兵,高海洋.地質構造與遙感蝕變的相關性分析[J].地理空間信息,2015（2）:91-93，13.

P237.3

B

1004-5716(2016)12-0160-04

2016-02-26

2016-02-27

帕力旦·麥麥提（1990-），女（維吾爾族），新疆庫爾勒人，新疆大學地質與礦業工程學院在讀碩士研究生，研究方向：造山帶、火山巖與成礦。