新疆若羌县戈边山地区遥感地质信息提取与解译

阿丽娜，丁建刚，郭凡

（1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队，新疆 昌吉 831100；2.新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七0一队，新疆 昌吉 831100）

遥感技术作为一种新一代高新手段，应用领域非常广泛，尤其在矿产勘查方面，具降低成本、缩短周期、提高效率等优势[1]。遥感图像显示的线性、环形构造复杂交错，为岩浆活动提供物质交换的通道和储存空间，并在不同方向交汇部位往往有利于矿床的富集[2,3]。目前,蚀变岩石光谱异常为遥感异常信息提取，提供了理论依据，基于ETM、ASTER等数据的蚀变遥感异常信息提取技术已日趋成熟[4]。

阿尔金山北部地区地质调查工作始于1958年，六十至八十年代，先后开展了区域地质调查、普查找矿、专题地质、路线踏勘等工作。中外地质学家对阿尔金构造带大地构造性质和归属问题至今仍不一致。阿尔金在中国西北部大地构造中所处的关键位置，两侧构造单元存在巨大差异，一些重要的构造线至阿尔金山突然终止或改变方向等，一直成为中外学者关注的焦点[5]。

处于阿尔金古陆的戈边山地区，由于交通十分困难，截止目前，仅东部一带进行了一条路线地质踏勘，属地质调查空白区。本次研究从该区遥感地质特征入手，以ETM、ASTER、Quick Bird等不同类型遥感数据为数据源，通过对这3种影像进行对比，取长补短，相互印证，解译构造、岩性特征及蚀变异常的分布规律，验证遥感提取地质信息的有效性，以期为地质找矿提供有效矿化指示信息。

1 研究区地质背景

图1 阿尔金构造带大地构造位置图Fig.1 The geotectonic position map of Altun tectonic belt

阿尔金山横亘于青藏高原北缘，延绵约1 000 km，地处塔里木板块与柴达木板块交接部位[6]，由4个不同褶皱断裂构造单元组成（图1）。南西段为NEE走向的南阿尔金地块，构成阿尔金山链主体；北东段为EW走向的北阿尔金古陆块、红柳沟-拉配泉奥陶纪裂谷和中阿尔金中元古代裂陷槽，戈边山处于其中的北阿尔金古陆块。北阿尔金古陆块由晚太古代和新生代构造层组成，区域构造线呈EW向展布，主要由太古宇麻粒岩相-高角闪岩相紫苏辉石麻粒岩、变粒岩、片麻岩、元古宇片麻岩、片岩等岩石构成❶西北有色地质研究院.新疆若羌县戈边山地区遥感地质调查报告,2013。

2 遥感图像处理

2.1 遥感数据源

本文遥感数据的选取遵从“多源、多尺度、多时相”原则[7]，最终选用了ETM、ASTER和Quick Bird数据。

2.1.1 ETM数据

ETM数据时相为2002年4月11日，影像几乎无植被、无云、无积雪覆盖。该数据单景覆盖面积大，融合后图像对于大岩类识别、区域构造圈定效果较好。

2.1.2 ASTER数据

ASTER数据时相为2001年3月23日，影像总体质量良好（图2）。数据地面分辨率中等，光谱分辨率较高，特别是相对于ETM数据，短波红外波段分辨率有很大提高，在蚀变遥感异常提取方面应用较广，提取精度相对高。

2.1.3 Quick Bird数据

该数据具地面分辨率为2.44 m的4个多光谱波段和地面分辨率为0.61 m的1个全色波段。本次解译中，通过彩色合成及融合处理技术，形成分辨率为0.61 m的彩色影像，用于重点地质信息的解译。

2.2 遥感数据处理

遥感地质解译工作开始前，需对原始数据进行一系列的预处理，主要包括几何校正、影像镶嵌、信息增强、数据融合等。

2.2.1数据几何校正

收集的ETM数据级别为L2B，已经过一定的几何校正和地形校正。ASTER数据使用1:10万的地形图进行几何校正，校正模型选用二次多项式拟合，重采样方法为3次卷积内插法。Quick Bird数据几何校正中，由于没收集到相应比例尺的地形图，据其自身属性进行了投影校正。

2.2.2彩色合成

遥感地质解译工作中，最重要的一项是，获取一幅信息丰富的基础彩色图像，其制作在波段选择上应满足波段间相关系数小、波段的标准差尽可能大，各波段均值相差悬殊不大等要求[8,9]。

本次基础彩色图像制作过程中，选用合成方案为：①ASTER B4（R）、B2（G）、B1（B）；②ETM B7（R）、B4（G）、B2（B）；③Quick Bird B4（R）、B2（G）、B1（B）。

2.2.3数据融合

为提高解译图像精度，充分发挥多波段数据特点，需将高分辨率全色波段与多光谱波段进行融合处理。融合后的图像，可发挥多光谱图像与高分辨率图像各自的优势，弥补不足，提高遥感图像的综合解译精度。本次数据处理中采用HIS变换方法进行数据融合，ASTER数据多光谱波段与全色波段融合后，分辨率达到15 m，Quick Bird的达0.61 m（图3）。

图2 戈边山地区ASTER-421图像Fig.2 The ASTER-421 remote sensing image of the Ge Bian

图3 影像图融合前后图像效果对比Fig.3 The comparison of image effects before and after image fusion

3 遥感地质信息提取

现有技术条件下，利用人机交互解译手段和遥感图像处理方法，可从遥感数据中提取构造、岩体、蚀变遥感异常等找矿信息，并建立遥感找矿地质标志和遥感蚀变信息标志[10]。

本次研究中笔者首先对研究区已有地物化遥资料进行综合分析，再据现有遥感影像特征，结合野外实测地质资料，建立解译标志，最终依据解译标志进行解译。

3.1 岩性解译标志

岩性解译的建立主要以遥感影像的色调、纹形、水系特征、地貌形态特征为主。由于区内发育以片麻岩类为主的深变质岩❶西北有色地质研究院.新疆若羌县戈边山地区遥感地质调查报告,2013，不同类片麻岩影像特征极近似，难以建立统一的解译标志，故仅能据影像细微纹型结构、色彩差异及野外实地考证资料等，划分影像特征差异明显的解译单元（表1）。

3.2 构造解译标志

地质构造在遥感影像上以不同色调、纹理结构、几何形态特征表现[11]。本文构造解译中以Quick Bird 421波段彩色图像为主影像，结合ETM 742彩色图像进行。

3.2.1线性构造

据解译图像，区内线性构造多以NE向、NW向和近NS向为主。其中，分布于戈边山西南角的线性断裂共有7条，延伸以NE向和NW向为主，NW向断裂多切穿NE向断裂，断裂构造形迹平滑，呈近直线状展布，断裂两侧影像特征差异较小；分布于西北部的线性断裂共有4条，以NE向-近EW向为主，规模较大，延伸距离较远，多控制岩石地层的展布形态；分布于戈边山北部断裂为全区最大的EW向断裂，断裂两侧地质时代及构造形态存在明显差别，该断裂以北为古元古界阿尔金岩群，以亮白-浅青色大理岩影像为特征；位于戈边山中部偏南地区的线性断裂以NE向、NW向和近NS向为主，总体呈短直线状，多形成直线状冲沟（表2）。

3.2.2褶皱构造

区内发育有两组尖棱状褶皱，均属层内褶皱，沿近EW向展布，受断裂切错影响，形态不完整，褶皱影像标志较典型，形迹较清晰，两翼地层近平直相交，可见尖角状的转折端，造成地层发生明显的转折变形（表2）。

3.2.3环形构造

图4 研究区遥感地质解译图Fig.4 The remote sensing geological interpretation map of the study area

区内环形构造总体呈圆形、半圆形、椭圆形、半环形展布，大小不等，由弧状山脊或弧形水系构成边界。其中，西南部分布的环形构造中，内外纹形色调有一定差异，推测其可能由内应力或构造变动及隐伏岩浆活动引起（表2左）；中部偏南地区分布的环形构造多由环状及弧状山脊构成边界，部分可见向心状水系发育，个别为大环套小环状态，形成多处连续的弧形山脊，推测其底部可能存在中酸性隐伏岩体；南侧发育一组同心环，以相间分布环形山脊与环形水系为典型特征（表2右），推测其可能与区域构造变动及底部岩浆活动有关。

表1 部分岩性地层（岩性组合）影像解译标志Table 1 Stratigraphic Image interpretation mark of partial lithology

表2 研究区内部分遥感线性、褶皱、环形构造影像解译标志Table 2 Image interpretation mark of partial Remote sensing linear、fold and ring structure in the study area

3.3 遥感地质解译

据解译标志完成研究区遥感地质解译（图4）。研究区出露地层主要为中新太古界米兰岩群，古元古界阿尔金岩群及第四系，地层分布形态受断裂构造控制明显。区内多见以大理岩为主的碳酸盐岩脉体，呈脉状、透镜体状，Quick Bird影像中显亮白色、浅青色，易于识别。岩浆岩类分布较少，多呈脉状、透镜体状，主要为以花岗岩、斜长岩等为主的中酸性侵入岩。

4 蚀变遥感异常信息提取

遥感异常是一种据特定遥感数据圈定的可能与矿化或围岩蚀变矿物有关的信息[12]。本文以Aster数据为基础，采用主成分分析法（K-L变换），提取与热液蚀变有关的铁染和羟基蚀变信息。该方法是在克罗斯塔分析方法的基础上，利用特定波段光谱特征，通过主成分分析来提取蚀变岩石的光谱特征[13]。

4.1 铁染异常信息提取

目的是提取与黄钾铁钒、黝帘石等相关的蚀变遥感异常。本次铁染异常提取，选用Aster1.Aster2.Aster3.Aster4波段做主分量分析，以标准离差±4σ为主分量输出的动态范围，去掉影响异常信息结果的黑边、阴影等干扰要素。异常主分量向量应具Aster1和Aster2的贡献系数符号相反特征（表3）。

据表3，选PC4作为铁染异常主分量，再对其求反及异常后处理，得出异常划分阈值，最终对异常分级，获得研究区铁染异常信息（图5）。

4.2 羟基异常信息提取

目的是提取Mg-OH基团矿物，如绿泥石、绿帘石、角闪石、蛇纹石及碳酸盐类矿物。选用Aster1.Aster3.Aster4.Aster7波段做主分量分析，以标准离差±4σ为主分量输出动态范围，去掉影响异常信息结果的水体与阴影、植被等干扰要素。异常主分量的本征向量应Aster3和Aster7的贡献系数与Aster4的贡献系数符号相反特征（表4）。据表4，选择PC3作为羟基异常信息主分量，再对其求反并进行异常后处理，得出异常划分阈值，最终对异常分级，获得研究区羟基异常信息（图5）。

表3 铁染异常信息提取参数表Table 3 The Parameter list for extracting abnormal information of iron alteration

5 结论

（1）本次研究中对ETM及ASTER多光谱影像进行对比，相互印证，并结合区域地质资料，对研究区遥感影像进行区域构造解译。同时，采用多种遥感信息增强方法和HIS融合技术，提高研究区Quick Bird影像精度，直观解译部分难识别的环形和褶皱构造。笔者总结认为，区内个别环形构造区域及疑似中酸性侵入岩脉周边，下部存在隐伏岩体的可能性较大，有些构造发育部位特别是断裂交汇部位、褶皱转折端部位、片理化带密集发育区，为本区成矿有利部位。

图5 研究区铁染和羟基异常信息分布图Fig.5 The iron and hydroxyl anomaly information distribution map in the study area

表4 羟基异常信息提取参数表Table 4 The Parameter list for extracting abnormal information of hydroxyl alteration

（2）据研究区蚀变类型及岩石地层变质特征，基于ASTER数据，采用比值+主成分分析方法，提取羟基和铁染蚀变异常，异常分布与已知矿床(点)、矿化蚀变范围基本吻合，表明该方法的有效性。

综上所述，本区热液型铜矿及石英脉型金矿的分布与断裂构造的相交处或构造蚀变带关系密切。高强度的遥感羟基及铁染蚀变异常信息区，化探异常发育区和遥感色异常影像区块，均可作为矿化蚀变区的某种指示，结合3者间相互联系，彼此叠合较好区域可作为下一步工作重点区域。