遥感技术在格咱岛弧地区斑岩铜矿勘查中的应用

刘峻杉，胡 滨，何政伟，b

（成都理工大学a.地球科学学院，b.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059）

遥感技术在格咱岛弧地区斑岩铜矿勘查中的应用

刘峻杉a，胡 滨a，何政伟a，b

（成都理工大学a.地球科学学院，b.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059）

遥感数据能够提取围岩蚀变信息，为斑岩铜矿的勘查提供依据。研究区地处格咱岛弧地区，地质研究程度较低，成矿潜力巨大。采用主成分分析法处理OLI数据得到研究区的铁染和羟基蚀变信息，采用该方法从ASTER数据中提取了绢云母信息。利用ASTER数据的SWIR波段来提取绢云母信息，能够抑制植被信息，突出矿物信息。经过野外踏勘发现了斑岩铜矿点，证实了遥感技术的有效性，该方法能够为云南地区斑岩铜矿的勘查提供借鉴。

遥感技术；OLI；ASTER；蚀变信息；格咱岛弧地区

0 引言

多光谱遥感数据在蚀变矿物填图方面具有不可替代的优势，采用遥感技术进行铁染与羟基类蚀变矿物、碳酸盐矿物和硅酸盐矿物填图已经被广泛采用。前人采用TM／ETM＋数据进行矿化蚀变信息提取的技术趋于成熟，所提取的蚀变围岩是重要的找矿标志［1－3］。ASTER数据有3个波段在VNIR区间，空间分辨率是15m；有6个波段在SWIR区间，空间分辨率是30m。前人采用ASTER数据来识别明矾石、高岭石、方解石、绿泥石、白云母等热液蚀变矿物［4－8］，以上蚀变矿物对于斑岩铜矿的勘查具有重要的指示作用。

格咱岛弧位于西南三江地区义敦岛弧的南段，是甘孜——理塘洋壳向西俯冲而形成的。格咱岛弧内发生过多期的构造运动和岩浆活动，丰富的成矿作用发育于岛弧环境中［9］。格咱岛弧热液活动剧烈，成矿作用复杂，该火山岩浆弧以安山岩——英安岩及超浅成侵位的中酸性岩体为主要特征。该地区气候复杂，交通不便，野外条件艰苦，地貌上具有山高谷深地形起伏大的特点，遥感技术在格咱地区的矿产勘查上具有独特的技术优势。

1 区域地质概况

格咱岛弧是晚三叠世甘孜——理塘洋壳向德格——中甸陆块俯冲的产物，是我国最近发现的重点铜多金属成矿带。格咱岛弧东边是甘孜－理塘结合带，西边是中咱——香格里拉地块。西边的边界是格咱断裂，东边的边界是黑水潭断裂。

格咱岛弧地区内出露地层主要为晚三叠系地层，为岩浆弧发育时期，该地区发育巨厚的碎屑岩——碳酸盐岩——火山岩建造，岩性主要为砂板岩夹灰岩、安山玄武岩——安山岩、英安岩，可以划分为喇嘛垭组（T3lm）、拉纳山组（T3l）、图姆沟组（T3t）、曲嘎寺组（T3q）。该地区北西向断层控制了印支晚期挤压型钙碱性系列钾质中酸性火山岩，并有大量同源中酸性浅成斑岩及次火山岩分布。格咱地区内出露的岩体是与格咱岛弧火山岩同源、同时异相岩浆活动的产物。印支期岛弧型中酸性浅成、超浅成岩浆岩是格咱岛弧区域内最重要的岩浆岩类，该时期的岩浆岩以闪长斑岩、石英二长斑岩、花岗闪长斑岩为主，部分岩体蚀变强烈，产斑岩铜矿。研究区的地质图如图1所示。

图1 研究区地质图Fig.1 Geological map of the research area

2 OLI数据蚀变信息提取

本次研究采用的OLI数据的轨道号是132－40，获取日期是2014年11月22号，数据级别是L1T，该区域的OLI数据只有少量的积雪覆盖，影像质量合格。对该景数据进行辐射定标、FLAASH大气校正、投影变换、裁剪、掩膜等处理，通过对OLI2、OLI4、OLI5、OLI6四个波段进行主成分变换来提取铁染矿化蚀变信息，通过分析主成分变换后的特征向量矩阵（表1），可知PC4为铁染图像。对PC4进行3×3中值滤波，然后进行统计分析，在统计分析时要添加掩膜波段，可以避免背景值对图像的特征值产生影响。通过均值＋N×标准差进行主分量异常等级阈值切割，采用N＝3、2.5、2进行一级、二级、三级铁染异常的分割。从OLI数据中得到研究区的铁染蚀变信息如图2所示。

表1 OLI2，4，5，6波段主成分变换特征向量矩阵Tab.1 Eigenvector matrix of principal component transform for OLI band 2，4，5and 6

图2 研究区铁染蚀变信息Fig.2 Iron－stain alteration information of the research area

通过对OLI2、OLI5、OLI6、OLI7四个波段进行主成分变换来提取羟基矿化蚀变信息，通过分析主成分变换后的特征向量矩阵（表2），可知PC4为羟基图像。对PC4进行3×3中值滤波，然后进行统计分析，在统计分析时要添加掩膜波段，通过均值＋N×标准差进行主分量异常等级阈值切割，采用N＝3、2.5、2进行一、二、三级羟基异常的分割。从OLI数据中得到研究区的羟基蚀变信息（图3）。

表2 OLI2，5，6，7波段主成分变换特征向量矩阵Tab.2 Eigenvector matrix of principal component transform for OLI band 2，5，6and 7

图3 研究区羟基蚀变信息Fig.3 Hydroxyl alteration information of the research area

由图2与图3可知，在研究区下部的查拉牛场一带中铁染异常信息和羟基异常信息呈面状分布和北西向条带状分布，遥感蚀变信息通常分布于岩体或者隐伏岩体的周围，与岩体以及岩浆热液活动关系密切。遥感异常强度与岩体的埋藏深度有关系，岩体埋藏深度越浅，蚀变强度越大。在查拉牛场区域中一级铁染异常信息与一级羟基异常信息呈大面积面状分布，推测该区域存在埋藏深度较浅的岩体。查拉牛场区域附近的蚀变呈北西向条带状分布，与该地区的构造方向一致，遥感蚀变信息受到地形、地貌的影响，容易出现蚀变信息不连续的现象。

3 ASTER数据蚀变信息提取

ASTER数据在SWIR区间有6个波段，有利于识别不同类型的蚀变矿物［10］。白云母在2.20 μm处具有强吸收特征，在2.35μm处有次一级的吸收特征；高岭石和明矾石的吸收谷位于2.17μm 和2.20μm处［11］。植被在短波红外区间受到植物含水量的影响，反射率下降。采用ASTER的SWIR区间的6个波段来提取蚀变信息，能够压抑植被信息，突出矿物信息，适合中高植被覆盖区蚀变信息提取。短波红外数据的信噪比较低，采用最小噪声分离（Minimum Nosie Fraction，MNF）处理能够有效的去除噪声，进而提取蚀变矿物信息［12－14］。这里首先对最小噪声分离处理后的数据进行彩色合成来增强蚀变信息，然后分别采用主成分分析法和最小能量约束法（Constrained Energy Minimization，CEM）提取绢云母信息［15－18］，最后根据蚀变信息进行野外验证。

对ASTER数据进行辐射定标、FLAASH大气校正、几何校正、裁剪、掩膜等预处理。采用最小噪声分离处理ASTER数据的SWIR区间的6个波段，根据图4可知，前三个波段的特征值远大于后三个波段的特征值，前三个波段中集中了大部分的地物光谱信息。采用变换后的3、2、1波段进行彩色合成结果如图5所示。

图4 MNF特征值曲线Fig.4 MNF eigenvalue curve

对研究区的ASTER1、ASTER3、ASTER5、ASTER6四个波段进行主成分分析，其特征向量矩阵如表3所示。绢云母信息在ASTER 6波段有强吸收特征，由表3可知，PC4波段中高亮度信息表示绢云母信息，对PC4进行取反操作，然后进行3×3中值滤波、统计分析，通过均值＋N×标准差进行主分量异常等级阈值切割，采用N＝3、2.5、2进行一、二、三级绢云母信息的分割。从ASTER数据中得到研究区的绢云母蚀变信息如图6所示。

表3 ASTER 1，3，5，6波段主成分变换特征向量矩阵Tab.3 Eigenvector matrix of principal component transform for Aster band 1，3，5and 6

图5 ASTER短波红外数据MNF变换后的3、2、1波段合成图像Fig.5 RGB color composites of MNF Eigen images 1，2and 3extracted from the SWIR subsystem of ASTER data

图6 采用主成分分析法从ASTER数据中提取的绢云母信息Fig.6 Sericite information extracted from ASTER data by using principle component analysis

将MNF1、MNF2波段作为X、Y轴构成二维散点图，选择散点图周围凸出部分区域，再获取这个区域相应原图上的平均波谱作为端元波谱。从ASTER数据中提取的绢云母波谱曲线如图7所示。

根据ASTER数据中提取的绢云母端元波谱，采用最小能量约束法得到单波段的信息，最小能量约束法所得结果是每个端元波谱对比每个像元得到的灰度图像，像元值越大表示越接近目标［19－20］。对最小能量约束法得到的单波段进行高端切割，将图像亮度值大于0.52的区域提取出来得到研究区的绢云母分布信息如图8所示。图8中最小能量约束法所提取的绢云母信息，与图6中主成分分析法所提取的绢云母信息分布范围基本一致，这也表明不同方法在提取绢云母信息时的有效性。

4 野外验证与结论

在1∶200 000贡岭幅地质图中，查拉牛场区域没有岩体出露。受研究区地质工作程度的影响，小岩体容易被遗漏，严重制约了矿化斑岩体的发现［21］。查拉牛场成矿远景区处于早堆——磨莫亚——亚杂——卓玛铜成矿带的下段，从遥感影像上所提取的围岩蚀变信息呈大面积面状分布，范围较大，成矿潜力巨大。通过野外实地踏勘，在查拉牛场地区发现了强烈了围岩蚀变现象，根据野外踏勘结果可知该区域存在一个填图错过的岩体。

图7 从ASTER数据中获取的绢云母波谱曲线Fig.7 Image average spectral curve of sericite from ASTER

根据最新的大比例尺地质填图结果（图10），查拉牛场地区存在石英闪长玢岩和石英二长斑岩组成的复式岩体，岩体呈NW－SE向延伸，石英闪长玢岩出露面积较大，长大于10km，宽1km～2km。石英二长斑岩侵位于石英闪长玢岩，出露面积约0.8km2。羟基蚀变信息主要分布于绢英岩化带中，少部分分布于青磐岩化带。该地区岩石经过了区域低温动力变质作用和热接触变质作用，岩体外接触带形成角岩或角岩化岩石。

图8 CEM提取的绢云母信息Fig.8 Sericite information extracted by CEM

图9 实地围岩蚀变信息Fig.9 The image of mineralized altered rocks

通过以上研究，作者得到以下结论：

1）云南地区地处我国西部，地貌上具有山高谷深地形起伏大的特点，地质研究程度较低，在区域地质调查过程中容易遗漏矿化斑岩。斑岩铜矿具有围岩蚀变强烈的特点，采用遥感技术来提取围岩蚀变信息，可以为斑岩铜矿的勘查提供依据。

2）采用传统的主成分分析法从OLI数据中提取了铁染蚀变信息和羟基蚀变信息，并分析了蚀变信息的特点。研究区具有植被发育的特点，采用ASTER数据SWIR波段来提取绢云母化信息，能够有效地压抑植被信息，突出蚀变矿物信息。

图10 查拉牛场地质图Fig.10 Geological map of Chalaniuchang

3）通过野外踏勘和大比例尺的地质填图结果，在查拉牛场地区发现了矿化岩体信息，证明了遥感技术在云南地区斑岩铜矿勘查中的实用性与有效性。

［1］ 姚伟，刘亮明.遥感技术在北非努比亚地盾Wadi Halfa地区金矿勘查中的应用［J］.地质与勘探，2014，50（1）：167－172

YAO W，LIU L M.Application of the remote sensing technique to the gold exploration in Wadi Halfa district，Nubia shield of north Africa［J］.Geology and Exploration，2014，50（1）：167－172.（In Chinese）

［2］ 杨建民，张玉君，姚佛军，等.遥感找矿信息在新疆罗东镍矿发现中的主导作用［J］.岩石学报，2007，23（10）：2647－2652.

YANG J M，ZHANG Y J，YAO F J，et al.Dominant role of remote sensing mineral exploration information in the discovery of the Luodong Ni deposit，Xinjiang ［J］.Acta Petrologica Sinica，2007，23（10）：2647－2652.（In Chinese）

［3］ 张玉君，杨建民.基岩裸露区蚀变岩遥感信息的提取方法［J］.国土资源遥感，1998，（2）：46－53

ZHANG Y J，YANG J M.The method of abstracting remote sensing information of alterated rocks in theuncovered bedrocks area［J］.Remote Sensing for Land＆Resources，1998（2）：46—53.（In Chinese）

［4］ ROWAN L C，HOOK S J，ABRAMS M J，et al.Mapping hydrothermally altered rocks at Cuprite，Nevada，using the advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer（ASTER）［J］.A new satellite－imaging system：Economic Geology and the Bulletin of the Society of Economic Geologists，2003，98 （5）：1019－1027.

［5］ SAFWAT GABR，ABDUWASIT GHULAM，TIMOTHY KUSKY，Detecting areas of high—potential gold mineralization using ASTER data［J］.Ore Geology Reviews 2010，38：59－69.

［6］ SALEM S M，SOLIMAN N M，RAMADAN T M.Exploration of new gold occurrences in the alteration zones at the Barramiya district，central eastern desert of egypt using ASTER data and geological studies［J］.Arab J Geosci，2014（7）：1717－1731

［7］ 代晶晶，曲晓明，辛洪波.基于ASTER遥感数据的西藏多龙矿集区示矿信息的提取［J］.地质通报，2010，29 （5）：752－759

DAI J J，QU X M，XIN H B.Extraction of alteration mineral information using ASTER remote sensing data in Duolong area，Tibet，China［J］.Geological Bulletin of China，2010，29（5）：752—759.（In Chinese）

［8］ 毛晓长，刘文灿，杜建国，等.ETM＋和ASTER数据在遥感矿化蚀变信息提取应用中的比较—以安徽铜陵凤凰山矿田为例［J］.现代地质，2005，19（2）：309—314

MAO X CH，LIU W C，DU J G，et al.Comparison between ETM＋and ASTER data for extraction of alteration information：a case study of fenghuangshan orefield，Tongling Anhui province［J］.Geoscience，2005，19（2）：309－314.（In Chinese）

［9］ 刘学龙.中甸岛弧岩浆岩地球化学特征及斑岩型铜矿成矿研究［D］.昆明：昆明理工大学，2009

LIU X L.Zhongdian island arc magmatic rock geochemical characteristics and porphyry copper metallogenic research［D］.Kunming：Kunming University of Science and Technology，2009.（In Chinese）

［10］ROWAN，L.C.，MARS，J.C.，Lithologic mapping in the Mountain Pass，California，area using advanced spaceborne thermal emissionand reflection radiometer（ASTER）data［J］.remote sensing of environment，2003，84（3）：350－366.

［11］JOHN C，MARS，LAWRENCE C.ROWAN.Regional mapping of phyllic－and argillic－altered rocks in the Zagros magmatic arc，Iran，using Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer（ASTER）data and logical operator algorithms［J］.Geosphere，2006，2（3）：161－186.

［12］王爱云，王安建，李丽辉.基于最大噪声分量变换（MNF）和矿物标识的植被区蚀变信息提取［J］.地质与勘探，2011，47（4）：710－718

WANG AI Y，WANG AN J，LI L H.mapping mineralogical alteration using MNF transform and mineral in vegetated areas［J］.Geology and Exploration，2011，47 （4）：710－718.（In Chinese）

［13］胡滨，何政伟，王锐，等.遥感技术在西藏朱诺地区岩性识别中的应用［J］.桂林理工大学学报，2014，34（4）：123－131

HU B，HE ZH W，WANG R，et al.Application of remote sensing technique for lithologic identification of the Zhunuo region，Tibet［J］.Journal of Guilin University of Technology，2014，34（4）：123－131.（In Chinese）

［14］GREEN A A，BERMANM，SWITZER P.A transformation for ordering multispectral data in terms of image quality with implications for noise removal［J］.IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，1988，26（1）：65－74.

［15］耿新霞，杨建民，张玉君，等.ASTER数据在浅覆盖区蚀变遥感异常信息提取中的应用—以新疆西准葛尔包古图斑岩铜矿岩体为例［J］.地质论评，2008，54（2）：184－191.

GENG X X，YANG J M，ZHANG Y J，et al.The application of ASTER remote sensing data for extraction of alteration anomalies information in shallow Overburden area—a case study of the Baoguto porphyry copper deposit intrusion in western Junggar，Xinjiang［J］.GEOLOGICAL REVIEW.2008，54（2）：184－191.（In Chinese）

［16］黄照强，李祥强.基于ASTER和ETM＋数据的蚀变信息提取比较研究—以西藏泽当矿田为例［J］.地质与勘探，2009，45（5）：606－611

HUANG ZH Q，LI X Q.Extraction of alteration anomalies based on ASTER and ETM data：a case study of Tsedang orefield，Tibet［J］.Geology and Exploration，2009，45（5）：606—611.（In Chinese）

［17］郭娜，郭科，胡敬仁，等.多源遥感分析技术在西藏唐噶幅找矿中的应用［J］.国土资源科技管理，2012，29（6）：70－74.

GUO N，GUO K，HU J R，et al.Application of integrated remote sensing techniques to mineral exploration in Tangga，Tibet［J］.Scientific and Technological Management of Land and Resources，2012，29（6）：70－74.（In Chinese）

［18］张玉君，曾朝铭.西藏冈底斯地区斑岩铜矿识别的最佳多光谱遥感异常判据研究［J］.矿床地质，2012，31（4）：671－698

ZHANG Y J，ZENG ZH M.Study of optimum discriminator of multi—channel remote sensing anomaly for recognition of porphyry Cu deposits in Gangdese belt ［J］.MINERAL DEPOSITS，2012，31（4）：671－698.（In Chinese）

［19］SAFWAT GABR，ABDUWASIT GHULAM，TIMOTHY KUSKY.Detecting areas of high－potential gold mineralization using ASTER data［J］.Ore Geology Reviews，2010，38：59－69.

［20］FARRAND W H，HAESANYI J C.Mapping distributed geological and botanical targets through constrained energy minimization［C］.Proceedings，10th Thematic Conference on Geological Remote Sensing，San Antonio，1994：1419－1429.

［21］尹芳，李前志，周军，等.新疆加甫沙尔苏地区中酸性小岩体型矿化蚀变遥感异常提取与找矿［J］.遥感技术与应用，2014，29（1）：54－60

YIN F，LI Q ZH，ZHOU J，et al.Remote sensing extraction of intermediate－acid small intrusions related alteration anomalies and mineral exploration in Jiafushaersu area，Xinjiang［J］.Remote Sensing Technology and Application，2014，29（1）：54－60.（In Chinese）

The application of remote sensing technique for porphyry copper exploration in the Gezan arc region

LIU Jun－shana，HU Bina，HE Zheng－weia，b
（Chengdu University of Technology a.College of Earth Science，b.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu 610059，China）

Remote sensing data can be used to extract alteration information，which provides the basis for porphyry copper ore exploration.The study area is located in the Gezan arc region.The level of geological research is low and the metallogenic potential is tremendous.Principal component analyses（PCA）were applied to get the iron－stain alteration and hydroxyl alteration information by making use of OLI data.Principal component analyses（PCA）were applied to get sericite information from ASTER data.SWIR band of ASTER data is used to extract sericite information，the method can inhibit the vegetation information，highlight the mineral information.A porphyry mineralization point was discovered during ground inspection which has confirmed the validity of remote sensing technology.The method can provide a reference for the mineral exploration in Yunnan region.

remote sensing technology；OLI；ASTER；alteration information；Gezan arc region

TP 79

：ADOI：10.3969／j.issn.1001－1749.2015.06.20

1001－1749（2015）06－0790－07

2015－08－23改回日期：2015－10－10

国家自然科技基金（40972225）；中国地质调查局项目（12120113095400）；教育部博士点基金（20095122110003）；成都理工大学矿物学岩石学矿床学国家重点（培育）学科建设项目（SZD0407）

刘峻杉（1980－），男，博士，主要研究方向为地球探测与信息技术，E－mail：77729166＠qq.com。