基于多源遥感数据的成矿远景区圈定——以内蒙古东乌珠穆沁-满都地区为例

杨佳佳，冯雨林，徐英奎，吕霖冰，高铁

（1.沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，沈阳辽宁 110034；2.中国地质大学，北京 100083）

基于多源遥感数据的成矿远景区圈定
——以内蒙古东乌珠穆沁-满都地区为例

杨佳佳1，冯雨林1，徐英奎1，吕霖冰2，高铁1

（1.沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，沈阳辽宁 110034；2.中国地质大学，北京 100083）

基于ETM+遥感数据解译研究区地质构造,利用ASTER数据，采用光谱角填图法（SAM）提取矿化蚀变信息.同时，结合研究区化探异常数据分布特征、岩体的空间展布特征、已有的地质资料等，总结了研究区典型矿床的成矿地质规律，并达到了成矿模型要求.最后，在内蒙古东乌珠穆沁-满都地区进行了成矿远景区的圈定.研究结果表明：结合ETM+和ASTER遥感数据和化探异常数据，建立遥感成矿模型，在圈定成矿远景方面有一定的可行性，该方法值得进一步推广.

成矿远景区；ASTER；ETM+；矿化；内蒙古

0 引言

遥感技术具有快速、宏观以及独特的光谱特征识别能力，能够比较全面地反映出地质体、地质构造等表征信息.遥感图像蚀变信息的提取已经成为找矿的一个重要方法［1-3］.随着空间遥感技术和信息处理技术的迅猛发展以及找矿工作难度的日益增加，遥感与常规地质、地球物理、地球化学相结合的综合找矿方法会成为现代找矿技术的主流，通过综合研究，才能真正认识它们之间的必然联系及依存关系，获得满意的地质应用效果［4］.本研究通过遥感技术在内蒙古东乌珠穆沁-满都地区成矿预测中的应用，突出了遥感技术在找矿应用中的优越性和重要性，显示了其在找矿领域的应用潜力.

1 研究区地理及地质概况

1.1 地理概况

研究区位于内蒙古的中部，锡林郭勒盟的东北部，属中温带半干旱大陆性气候.地理坐标范围为北纬45°10′～46°50′，东经116°10′～119°32′.北部与蒙古国接壤，东部与兴安盟毗邻，南部以东乌珠穆沁旗为界线.

研究区面积约为18 836 km2，包括1个旗、6个苏木、5个嘎查，即东乌珠穆沁旗；满都胡宝拉格苏木、萨麦苏木、巴彦霍布尔苏木、宝拉格苏木、巴彦毛都苏木、额仁高毕苏木；乌兰查布嘎查、陶森淖尔嘎查、准哈塔布其嘎查、白音诺尔大队嘎查、塔日根敖包嘎查（图1）.

图1 研究区交通位置图Fig.1Location map of the study area

1.2 地质概况

研究区地层分布主要为：古生界奥陶系铜山组（O1t）仅在本区南部有零星分布；志留系卧都河组（S3w）在研究区东南部有少量分布；泥盆系中下统的泥鳅河组（D1-2n）和上中统的塔尔巴格特组（D2-3t）在本区东西部各有少量分布，是本区的赋矿岩层；泥盆系上统安格尔音乌拉组（D3a）是该区的主要赋矿地层，覆盖全区的大部分地区，产状相对稳定；中石炭—下二叠统的宝力高庙组（C2P1b）大面积分布于研究区的南部，与成矿有密切的关系；二叠系下统的大石寨组（P1ds）在本区分布极少；中生界三叠系下统的哈达陶勒盖组（T1hd）在全区只有少量分布；侏罗系下统红旗组（J1h），少量分布于萨麦地区；侏罗系上统的布拉根哈达组（J3b）、玛尼吐组（J3mn）和满克头鄂博组（J3m）主要分布于研究区东部；白垩系二连组（K2e）、大磨管河组（K2d）在研究区仅有少量分布；新生界第三系中统宝格达乌拉组（N2b）贯穿于研究区大部，是研究区的主要地层，厚度大，延伸稳定，平行不整合于中新统之上；第四系冲洪积物，分布于研究区中部及东北部.

1.3 研究区遥感数据及预处理

（1）ETM+和ASTER数据源

ETM+是NASA（美国国家航空和航天局）于1999年4月15日成功发射的美国陆地卫星LandSat7携带的对地观测传感器，是一台8波段的多光谱扫描辐射机，工作于可见光、近红外、短波红外和热红外波段.鉴于ETM+数据具有覆盖面积广，分辨率高等特点，本次研究用ETM+遥感影像镶嵌图来进行地质构造的解译.

美国Terra卫星的ASTER多光谱传感器，是美国NASA与日本METI（经济产业省）合作研制的，其单景覆盖面积达60 km×60 km，可以获取全球大部分地区分辨率15～30 m的遥感影像数据，在可见光—热红外光谱段可获取达14个波段的光谱数据.

本文所用ETM+遥感数据2景，ASTER遥感数据8景.

（2）数据预处理

预处理包括ETM+图像辐射定标处理、目视解译增强处理、ASTER数据的几何校正、图像去干扰和反射率转换等.ETM+图像通过增强处理后更加便于目视解译，改进相邻影像的色彩、对比度来确保拼图的色调一致性.ASTER数据预处理最重要的一步为去干扰处理，鉴于本区影响该数据提取蚀变信息最主要的干扰因素为植被、阴影和云，针对这3种干扰因素，分别做了不同的去干扰处理，得到的影像作为下一步异常信息提取的基础.

在评估方面，我们要充分的结合《辐射环境监测标准评估方案》和《辐射环境监测标准制修订管理办法》等规章制度，进而制定一套完善的辐射环境监测标准评估机制。在这一过程当中，我们要明确监督实施要求，同时要始终遵循当前先进的修订理念来进行制定。

2 遥感地质异常信息提取结果

2.1 地质构造解译

遥感图像可以直观地反映各种地质构造要素，特别是与成矿和控矿关系极为密切的断裂构造和环形构造.基于原有地质资料的基础上，利用ETM+遥感图像对区域内的断裂构造和环形构造进行了详细的遥感地质构造解译（图2）.

从研究区构造解译图来看（图2），北东向、北北东向断裂为早期断裂，贯穿整个研究区，断裂延伸长，大都被后期北西向、北北西向断裂所切割.在各地质历史时期，沿该方向断裂有多期岩浆侵入过程，严格控制着本区的成矿.

2.2 遥感蚀变信息提取

1）光谱角填图法

图2 研究区ETM+影像构造解译图Fig.2Interpretation of structures from the Landsat ETM+image in the study area

光谱角填图法又称光谱角匹配法，是以实验室测得的标准光谱或从图像上提取的已知点的平均光谱为参考，求算图像中每个像元矢量（将像元n个波段的光谱响应作为n维空间的矢量）与参考光谱矢量之间的广义夹角，根据夹角的大小来确定光谱间的相似程度，以达到识别地物的目的［5］.

光谱角识别方法（又称光谱角度填图技术）是在由光谱组成的多维光谱矢量空间，利用一个角度测度函数（θ）求解参考光谱端元矢量（r）与图像像元光谱矢量（t）的相似程度，即：

式中θ介于0和π/2之间，其值愈小二者的相似程度愈高，识别与提取的信息也就愈可靠.该方法基于整个谱形特征的相似概率的大小，能有效避免因岩石矿物光谱漂移或光谱变异而造成的单个光谱特征的不匹配，并能充分利用弱的波谱信息［6］.

2）蚀变信息提取方法

根据研究区矿化蚀变情况，重点提取铁氧化物类（以褐铁矿为主）、泥化（高岭石、绢云母为代表）、青磐岩化类（绿泥石、碳酸盐类矿物为代表）和硅化4类有代表性的蚀变矿物信息.

提取铁氧化物、泥化、青磐岩化类矿化蚀变信息，采用USGS波谱库提供的矿物波谱信息作为端元波谱，对其在ASTER可见光—近红外波段范围内进行重采样，将重采样后的矿物光谱曲线和ASTER图像上的未知矿物光谱进行夹角计算，波谱角θ取值范围为0.02～0.07，并对信息进行了合并分析，得到了铁氧化物、泥化、青磐岩化类矿化蚀变信息分布结果（图3）.

提取硅化蚀变信息，利用ASTER的热红外波段，通过ENVI软件包提供的α残余（Alpha Residuals）生成发射率，采用JHU波谱库中的石英波谱曲线作为端元波谱，对其在ASTER热红外波段范围内进行重采样，将重采样后的矿物光谱曲线和ASTER图像上的未知矿物光谱进行夹角计算，波谱角θ取值范围取为0.01～0.05，对硅化信息进行增强处理［7］，得到了硅化的蚀变信息分布结果（图3）.

3）蚀变信息提取结果

利用SAM遥感技术分类提取了研究区4种主要的蚀变信息，如图3所示.

2.3 区域地球化学异常

图3 研究区蚀变信息提取结果Fig.3Extraction of alteration information in the study area

本区地质背景复杂，成矿地球化学场一般可以简化为区域地球化学背景场与地球化学异常场的综合.通过对该区金属元素地球化学分布与遥感提取的蚀变信息分布情况作综合比较，分析它们之间的内在关系，达到综合预测成矿的目的.由于研究区已知矿床中以Ag、Cu含量为最高，本次研究选取了全区的Ag元素（图4）、Cu元素（图5）地球化学分布图作为研究内容.

3 研究区成矿靶区圈定

3.1 研究区成矿规律总结

利用遥感解译构造、岩性及提取的蚀变信息，结合该区地质矿产资料、化探资料和已知矿床的成矿特征分析，总结了本区主要矿床成矿规律，如表1所示.

3.2 研究区成矿远景区圈定

基于上述矿床成矿规律，通过综合研究遥感蚀变信息和地质成矿要素，对比地球化学分布异常图，最终圈定了研究区综合成矿远景区，如图6所示.

以研究区地质条件为成矿背景，结合野外调查和前人地质资料，以遥感技术提取的矿化蚀变信息分布特征、地球化学Ag、Cu异常分布及规律为重点，在遵循研究区成矿规律的基础上（表1），采用地质综合信息法，对本区进行了成矿预测.从结果来看：圈定了6个成矿远景区.预测区相对较为集中，4个远景区分布在研究区中部，1个分布在研究区西北角，另1个分布在研究区东北方向.本次成矿预测结果为进一步详查指出了找矿方向.

表1 研究区主要矿床成矿规律Table 1Metallogenic regularity of major deposits in the study area

图4 Ag元素地球化学信息与蚀变信息叠加图Fig.4Superimposition of Ag geochemistry and alteration information

图5 Cu元素地球化学信息与蚀变信息叠加图Fig.5Superimposition of Cu geochemistry and alteration information

4 结论和认识

（1）利用ETM+合成图像进行构造解译，结合区域构造背景，可以从宏观角度来研究成矿构造规律，采用ASTER数据来提取矿化蚀变信息，取得了良好的应用效果.

（2）遥感、地质、化探的结合找矿是本次论文研究的核心内容.以地质成矿和遥感找矿理论为指导，利用ETM+遥感影像解译断裂构造信息，利用ASTER遥感影像提取矿化蚀变信息，综合分析它们与地层、地球化学异常等地质成矿因素的空间分布关系，选取蚀变信息和成矿地质因素最为充分的地区作为重点成矿区域，方法确实可行.

（3）运用此方法在研究区预测出成矿远景区6处.

［1］甘甫平，王润生，马葛乃，等.光谱遥感岩矿识别基础及技术研究进展［J］.遥感技术与应用,2002,17（3）:140—147.

［2］冯雨林，邢德和，陈江，等.遥感混合蚀变信息在辽西等地矿产调查中的应用［J］.地质与资源,2009,18（2）:149—151.

［3］田永庆，陈德兵，张书义.遥感方法在辽宁抚顺-清原地区砂金预测中的应用［J］.地质与资源,2008,17（1）:73—76.

［4］潘军.多元地学空间数据融合及可视化研究［D］.长春：吉林大学, 2005:56—89.

［5］荆凤，陈建平.矿化蚀变信息的遥感提取方法综述［J］.遥感信息, 2009:37—38..

［6］杨佳佳.遥感技术在内蒙古东乌珠穆旗-满都地区成矿预测中心应用［D］.长春：吉林大学,2012.

［7］陈江，王安建.利用ASTER热红外遥感数据开展岩石化学成分填图的初步研究［J］.遥感学报,2007,11（4）:601—607.

DELINEATION OF METALLOGENIC PROSPECTS BASED ON MULTI-SOURCE REMOTE SENSING DATA: A Case Study of Dong Ujimqin-Mandu Region,Inner Mongolia

YANG Jia-jia1,FENG Yu-lin1,XU Ying-kui1,LYU Lin-bing2,GAO Tie1
（1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China;2.China University of Geosciences,Beijing 100083,China）

The geological structures of the study area are interpreted on the basis of ETM+data.The mineralized alteration information is extracted with spectral angle mapper（SAM）and ASTER data.Based on the previous geological data, combining the distribution characteristics of geochemical abnormal data with the spatially occurrence of rocks in the study area,the geological laws for metallogenesis of typical deposits are summed up to meet the requirements of metallogenic model.Finally,the prospective areas of mineralization in the Dong Ujimqin-Mandu region,Inner Mongolia,are delineated. The results show that the remote sensing mineralization model by combination of ETM+and ASTER data with geochemical abnormal data is feasible to delineate metallogenic prospect areas.Practice has proved that this method is worthy of further application.

metallogenic prospect area;ASTER;ETM+;mineraliazation;Inner Mongolia

图6 研究区综合成矿远景区Fig.6Comprehensive mineralization prospects in the study area

1671-1947（2015）01-0051-06

P627

A

2013－11－06；

2015-02-05.编辑：李兰英．

中国地质调查局项目“东北界河遥感调查”（编号12120113003000）资助.

杨佳佳（1984—），男，博士，地学信息工程专业，主要从事遥感应用方面的研究，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河大街280号，E-mail// haixianxiaomei@163.com