北京市遥感矿产地质构造解译与异常提取初步分析

张晓亮,郑国庆,方同明

(北京市地质调查研究院,北京 100195)

1 北京地质概况

北京地处内蒙古高原、山西黄土高原、华北平原的交接地带,地势西北高,东南低,西、北、东三面环山,东南面向广阔的平原.平原地势上像一个半封闭状态的海湾,地理学上称其为"北京湾".

北京地区断裂构造相当发育,有东西向、北东向、北北东向、北西向及近南北向5组断裂.各断裂构造间相互复合、交切,构成复杂的断裂构造格架.其中以东西向及北北东向断裂最为发育、规模最大,其次是北东向断裂.北京东西向断裂带分布在北部山区,主要有3个带:北带为长哨营古北口断裂带,中带为沙厂-墙子路断裂带,南带分布于平谷地区.北北东、北东向断裂在整个地区都有发育,是北京市最发育的一组断裂,规模大,分布广,自西而东有紫荆关-大海坨断裂带、沿河城-南口断裂带、八宝山断裂带、南苑-通县断裂带以及永乐店-夏垫-马坊断裂带.南北向断裂规模小、走向平直、时代较晚,自西往东,依次有西二道河、青石岭、娘子水和黄崖关断裂等.北西向主要有永定河、南口-孙河、小汤山和二十里长山断裂.

2 遥感资料处理

2.1 影像资料

主要资料:landsat7- ETM数据,3景,数据格式FST, 8个波段,多波段分辨率30m,全色波段15m,远红外波段60m.Aster数据,4景,数据格式DAT,13个波段,分辨率15m,部分world-view数据,分辨率1m.辅助资料:①北京市1:250000地质图,②北京市布格重力异常图,③北京市1:100000地形图.

2.2 图像处理

(1)遥感数据处理:图像几何校正、大气校正、影像融合、数字镶嵌及图像拉伸等.

(2)几何校正:采用多项式拟合方法,单景数据校正时不少于12个点,总平方根误差不大于1.5个像元.

(3)线性增强处理:为提高影像的分辨率, 突出线性断裂, 运用定向滤波、主成分分析和假彩色合成等技术对ETM 图像进行专题信息增强.

(4)彩色合成:ETM采用741波段组合进行图像解译,3个波段组合具有相关性小,信息量大,图像具有兼容中红外、近红外及可见光波段信息的优势,色彩丰富,层次感好,清晰度高,干扰信息少,有极为丰富的地质信息和地表环境信息;地质可解译程度高,各种构造形迹(褶皱及断裂)显示清楚,不同类型的岩性、岩石地层单元边界、以及火山机构显示清晰.

2.3 地质构造信息提取

主要使用ETM数据,重要地段使用了ASTER和World-View数据.在信息增强处理获得假彩色合成图像的基础上, 采用人机交互模式, 进行目视综合解译,提取相关的线、环、色、带、块等遥感要素,建立影像标志(见表1).

表1 遥感要素解译标志表

2.4 蚀变异常的提取

遥感异常提取技术统一采用比较成熟的克罗斯塔技术和光谱角监督分类技术,以ASTER/TM为数据源,一次性异常提取,一般以"景"为单位.提取对象为羟基和铁染两类异常.

(1)异常信息提取方法原理

遥感异常提取方法采用"面向特征主分量选择法" (克罗斯塔技术),当需要从所提取的异常中检出与某种类型矿床相关的遥感异常时(分类提取),可采用光谱角法进行监督分类.

(2)主要技术流程

遥感异常提取流程包括预处理、异常提取、数据库3部分.

第一步:预处理

主要内容:准归一化和遥感异常去干扰处理.

① 准归一化处理.准归一化系数为K=GkXd2/(sinφ XG) 其中:

Gk 增益系数值;d为日地距离(由国际天文机构提供);φ日光入射角(由每景TM数据参数表提供);G可选常数,取0.2或0.25.

② 遥感异常干扰处理.在异常提取前、后根据图像中显示的区域遥感地质、环境特征,对数据做某些必要的去干扰处理,最大程度地清除干扰覆盖区.如,去除图像中波段间不重叠边界处理;不同景、不同时相遥感图像、数据之间准归一化处理;根据图像中遥感环境特征同异,选用整景或将一景图像分割为数个子区分别处理;去除云、雾覆盖区处理;去除冰雪、水体覆盖区处理;去除地形阴影、云影覆盖区处理;去除植被覆盖区处理;去除盐碱地(白泥地)分布区处理.

第二步:异常提取

① 面向特征主分量选择法(TM数据):采用B1、4、5、7提取羟基异常.采用B1、3、4、5提取铁染异常.

② 光谱角法:一般应采用B1-B5,B7波段联合提取(TM数据).

第三步:异常编图及数据库建立

提取的异常信息转成MAPGIS数据格式,在MAPGIS平台上编制异常图、挂异常属性,建立异常数据库.

3 研究成果

3.1 遥感构造地质特征解译

通过遥感地质构造解译,北京市范围内共解译了断裂435条、脆韧性变形构造带8条、逆冲推覆滑脱构造3条,环要素80个.基本确定了北京市构造格局以EW、NENNE、NW向断裂为主,主要断裂有尚义-平泉断裂、密云-墙子路断裂、南口山前断裂、河防口断裂等.

(1)断裂构造

区域性大断裂具有控制成矿的作用,是划分成矿区带的重要界线,如尚义-平泉断裂,是北京市一条重要的控矿构造,沿断裂控制金、铜、铅、锌多金属成矿的作用,不同区段矿床类型不同,西段主要为金矿、铜矿,东部则为钼、铅、锌、金、银等多金属矿化.

(2)环形构造

全市解译出的80个环形构造,成因为中生代花岗岩类引起的环形构造、与隐伏岩体有关的环形构造和一些火山口、火山机构或通道有关环形构造等,对中生代花岗岩引起的环形构造的分布规律以及分布密度推断,沿清水-大庄科-冯家峪展布的一条岩浆岩带,走向NE,与布格重力异常沿NE向呈条带型展布一致,推断存在一条NE向的酸性-中酸性岩浆岩构造带,该带对北京地区成矿作用有着重要的意义.

(3)色带要素

太古代密云变质岩,沉积变质铁矿赋矿岩层中主要岩石为英云闪长质片麻岩、奥长花岗质片麻岩夹变粒岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩等,具片麻状构造.遥感解译标志明显,变质岩分布区山低坡缓,切割不深,植被不发育,纹理不明显(图1),团块状色异常.不整合于长城系石英砂岩之下、或为断层为界,二者之间界线清晰,以具有陡崖地貌为特征.

图1 沙厂变质铁矿带要素影像

3.2 遥感异常特征分析

(1)区域分布

遥感异常主要分布在延庆、密云、房山等地,构成3个异常组合浓集中心(图2).延庆、密云异常组合基本以铁染组合为主,房山异常组合则为羟基组合.

图2 北京市组合异常密度图

(2)延庆铁染组合

分布在延庆县永宁、四海、宝山寺一带,构成两个异常群.西侧盆地异常环绕延庆盆地分布,位于山前地带,盆地边缘(图3).围岩土城子组紫红色砾岩(北侧)、髫髻山组粗安质、安山质熔岩及粗安岩、安山岩岩株等(南侧).盆地为第四纪冲洪积亚砂土堆积.东侧异常群分布在环形构造南缘,围岩主要为蓟县系白云岩,次为侏罗系髫髻山组粗安质、安山质熔岩、土城子组紫红色砾岩等.环形构造由花岗岩类岩石侵位形成,在环形构造内的蓟县系白云岩地层出露区,发现有花岗岩体存在.一般说来,白云岩分布区出现铁染异常不太正常,推测该异常可能为矿化蚀变所致.

图3 延庆铁染组合

(3)密云铁染组合

分布在密云境内大城子、太师屯、不老屯一带.该组合以铁染异常为主,少有羟基异常(图4).围岩为太古代英云闪长质片麻岩、紫苏黑云斜长变粒岩、基性麻粒岩为主夹磁铁石英岩等,植被不发育.组合呈离散分布,异常与围岩关系非常密切.

图4 密云铁染组合

(4)房山羟基组合

分布在房山区张坊、周口店、石景山区潭柘寺等地.其位置基本处于太行山前与平原交界地带之丘陵地貌,构成NE向异常带,分布较为集中(图5).围岩以蓟县系白云岩为主,其次为青白口系白云岩砾岩、海绿石砂岩页岩、寒武-奥陶系灰岩、砾屑灰岩、鲕状灰岩、页岩、石炭-二叠系砂页岩、铝土质页岩夹煤层和中部房山花岗侵入岩.羟基组合异常不完全因CO32-所致,房山羟基组合受构造控制.西南侧异常最强处具环形构造,白云岩色调偏红,团块状影纹结构,山低坡缓,山脊圆滑,影像特征与北侧同一岩石单位明显不同,推测地下存在隐伏岩体,房山羟基异常组合分布区可能存在隐伏矿化的可能.

图5 房山羟基异常组合

4 结论

(1)遥感矿产地质构造解译

本次工作解译了与矿相关的找矿遥感要素,利用遥感五要素反映矿化蚀变信息不但为各矿种资源潜力预测提供了依据,而且较好地反映了遥感特色,图面反映与找矿有关的线、环、色、带、块遥感要素,控矿因子明显,便于图面分析和找矿预测.

(2)遥感异常提取

遥感异常是指从遥感数据中提取地物光谱信息与岩石蚀变矿物有关的一种近矿指示信息.含铁(Fe2+,Fe3+)和含羟基(OH-)、水(H20)或碳酸根(C032-)等围岩蚀变,与金属矿床有较好的相关性,异常强度可由蚀变矿物引起的若干特征吸收光谱段变量或它们的数字变换数据确定,这种信息是由二维空间连续无间隙采集一定区域范围内的光谱数据生成的,它不受人为因素影响,具有较高采样密度和定位精度.

遥感异常信息提取技术是从遥感数据中提取蚀变信息的新技术.该技术使用Landsat7ETM卫星数据.这种遥感数据在可见光-近红外范围内具有6个光谱段,含铁矿物在TM1-4可见光及近红外波段具有明显的光谱吸收特征,对于探测干旱、半干旱环境中含褐铁矿的岩石与土壤有较好的效果;TM5(1.55～1.75μm)和TM7是专为地质勘查设计的波段.在TM7(2.08～2.35μm)波段内,羟基和碳酸盐矿物形成明显的特征吸收带,是目前探测含Al-OH、Fe-OH、Mg-OH基团矿物与碳酸盐类较理想的航天遥感数据.这次矿产资源潜力评价遥感专题研究,首次利用TM遥感数据完成北京市遥感羟基、铁染异常提取,编制了全市异常组和图.

[1] 于学政,曾朝铭,燕云鹏.全国矿产资源潜力评价技术要求系列丛书.2010.

[2] 张大顺,夏 炎.京西地区多种遥感图像地质解译效果评价,国土资源遥感,1993.

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