格陵兰岛科瓦内湾遥感异常提取及找矿预测

陈 超，朱志敏，王 璠

（1.成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610000；2.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都610000；3.四川省巴中市南江县国土资源局，四川 巴中 635600）

1 区域概况

工作区位于格陵兰岛南部的加达尔（Gardar）省那萨克（Narsaq）镇，地理坐标：60°57′ 30.53″ N，45°56′51.45″W。格陵兰岛气候严寒，冰雪茫茫，除工作区等西南沿海少数地区无永冻层，有少量树木与绿地之外，全岛85%的地面覆盖着道道冰川与厚重的冰山。目前无规模开采的矿山企业。

2 遥感地质解译

地质解译包括岩性解译和构造解译。基于Arcgis平台，采用计算机处理及人机交互的方式，以Landsat8数据为主要遥感信息源，以工作区OLI影像及图像增强后的影像为参考，并辅助ASTER影像，通过建立各类岩性、构造的解译标志，对工作区岩性和构造进行详细解译。

2.1 岩性解译

解译根据已建立的各类岩性解译标志，从整体到局部，由易到难的顺序对工作区的岩性特征界限进行勾绘，共解译侵入岩、花岗岩、侵入细晶花岗岩、碱性花岗岩、酸性变质火山岩、辉石黑云母二长岩、辉长岩、正长岩、霞石正长岩、方钠霞石正长岩、玄武岩、砂岩、片麻岩、碳酸盐、粗面岩、闪长岩、角闪岩等17种岩性，正长岩脉26条，辉长岩脉104条，未知岩脉141条。

2.2 构造解译

解译时，工作区采用OLI数据7、6、5及7、5、4波段假彩色合成影像，上述两种波段组合方式生成的图像色彩鲜艳，层次丰富，纹理清晰，能突出工作区的构造特征。解译根据已建立的各类型构造解译标志，从整体到局部，由易到难的顺序对工作区的构造特征界限进行勾绘，共解译一级断层19条，二级断层88条，推测断层10条，环形构造10个。

3 遥感异常提取与筛选

本次遥感蚀变信息提取以OLI、ASTER数据为基础，经过辐射定标、大气校正及植被、水体等掩膜等遥感数据预处理后，基于主成分分析的方法分别提取羟基异常和铁染异常。

3.1 遥感异常提取的地质依据及方法

围岩蚀变是与热液有关的金属矿的重要找矿标志，且不同的围岩蚀变反映了不同的成矿条件。围岩蚀变矿物一般含有羟基离子（团），在境外波谱区间有明显的特征吸收谱段，在遥感图像中易于识别，对找矿具有一定的指导意义。同时，矿化一般伴随有褐铁矿化等铁氧化物次生蚀变，以铁氧化物组成的铁帽为矿体表生氧化露头的显著性标志，也是最直接的找矿标志之一。铁氧化物有褐铁矿、赤铁矿和黄钾铁矾等，化学成分普遍含有Fe2+和Fe3+离子（团），在可见光波段有特征吸收谱段和强反射谱段，在遥感图像中易于识别，除了指导寻找铁矿床，对其他金属矿的找矿工作也具有一定的指导意义。遥感获得的是地表信息，只要有一定面积的蚀变岩石出露，就可能被遥感检测，即矿体隐伏。本次遥感蚀变异常信息提取波谱依据如表3-1-1。

表3-1-1 铁染蚀变和羟基蚀变的波谱依据

依据矿化蚀变岩与围岩的波谱特征的差异，可采用图像增强处理方法获取矿化蚀变信息增强的图像变量，从而最终实现提取矿化蚀变信息的目的。本文主要采用的图像增强突出蚀变信息的方法为主成分分析法。

3.2 基于Landsat 8数据的矿化蚀变异常信息提取

根据含铁氧化物光谱特征分析，对含铁异常主分量的判断准则是：构成主分量的特征向量，其band3系数符号应与band1、band4的系数符号相反。根据特征向量矩阵分析PC4符合含铁氧化物异常信息分布规律，因此，把该主成分求反后的图像作为提取含铁氧化物信息的最佳变量。

根据含羟基矿物光谱特征分析，对含羟基异常主分量的判断准则是：构成主分量的特征向量，其band5系数符号应与band7、band4的系数符号相反，band1一般与band5系数符号相同。根据特征向量矩阵分析，把PC2作为提取含羟基矿物异常信息的最佳变量。

对PC4和PC2采用主分量分析门限法分割异常值和背景值，以提取“铁染”及“羟基异常”信息，并可对其信息强度进行分级。根据该工作区的实际特点，选取合适的阀值以及分割点进行异常等级的划分，最终生成一级异常、二级异常、三级异常3级标准的异常信息分类图，异常级别越高，所在地区矿化蚀变程度越强。

3.3 基于ASTER数据的矿化蚀变异常信息提取

在对ASTER数据进行铁染信息提取时，选取Band1、Band2、Band3、Band4的波段组合方式进行提取，计算结果中，Band1和Band3的特征向量系数符号相同，Band2和Band4的特征向量系数符号相同，且Band1和Band2的特征向量系数符号相反。Band1-4的波段组合针对褐铁矿、针铁矿和赤铁矿蚀变信息的提取。根据特征向量矩阵分析PC4符合含铁氧化物异常信息分布规律。

通过对羟基矿物波谱特征信息的了解，以及研究区常见羟基矿物，选择Band1、Band3、Band4、Band8波段组合进行工作区ASTER羟基蚀变信息的提取。组合波段计算结果中，Bnad4和Band8的特征向量系数符号应相反，且Band4的特征向量系数应为负。此波段组合是针对绿泥石化/黑云母化蚀变矿物的信息提取波段。根据特征向量矩阵分析PC4符合含羟基矿物异常信息分布规律。

对PC4采用主分量分析门限法分割异常值和背景值，以提取“铁染”及“羟基异常”信息，并可对其信息强度进行分级，生成3级标准的异常信息分类图。

3.4 矿化蚀变异常筛选及圈定

利用ASTER和Landsat 8数据提取的蚀变信息，进行对比分析，再结合已有的工作区矿区地质图，发现两种数据提取的铁染蚀变信息匹配性较高，效果较好；ASTER数据提取的羟基蚀变信息与地质图上矿区显示的有矿区域拟合度较高，具有较高的可信度，比较符合矿区的成矿特征，并且很好的反映了矿区围岩蚀变的特点。再结合Google Earth及多光谱遥感影像，排除地质灾害崩塌区域，修改并删除非矿化相关异常信息，重复验证并仔细核对，最终得到铁染、羟基异常圈定图。

通过Landsat8和ASTER两种数据异常的相互验证，同时剔除掉因为各种冲积物、崩积物、冰碛物等造成的异常干扰信息，最终确定了6个铁染异常包及5个羟基异常包，其中Igaliko杂岩体上分布有1个铁染异常包和1个羟基异常包，Motzfeldt杂岩体上分布有3个铁染异常包，Motzfeldt杂岩体的北西方向并与之隔海相望的岩体上分布有2个铁染异常包和2个羟基异常包，Ilimaussaq杂岩体上分布有2个羟基异常包，并与该杂岩体上发现的稀土矿点位置比较吻合。

4 遥感找矿预测

通过本区及外围已知矿床点的成矿地质特征及遥感岩性构造规律分析，归纳出：工作区西北部和东南部主要为花岗岩，中部主要为正长岩，主要分布在Ilimmaasaq、Igaliko和Motzfeldt三大岩体上。Ilimmaasaq岩体上已有的矿点表明，稀土矿的主要赋矿岩石为霞石正长岩，羟基蚀变较明显，遥感图像特征显著。

把依据遥感图像圈定的找矿预测区划分为A、B两类，A类预测区遥感成矿地质条件好，区内或附近有已知矿床（点）和遥感图像岩性、构造、异常套合较好，找矿前景良好；B类预测区遥感成矿条件较好，综合遥感成矿条件不完备，但具有某些特征的遥感依据，如遥感构造控制带，遥感断裂破碎带等，有较好的或有疑似采矿形迹，为找矿可能区。

图4-1 A-1预测区图

图4-2 A-2预测区图

图4-3 B类预测区图

本次工作区共圈出A类预测区2处，B类1处。三处预测区岩性主要为正长岩，影像特征典型，Landsat8RGB组合方式为7、6、5时，岩体呈土黄色，RGB组合方式为7、5、4时，岩体呈紫红色、粉红色，与其背景岩体色调差异明显。此外，通过遥感铁染异常和羟基异常筛选，发现A-1 Ilimmaasaq稀土矿预测区有较强烈的羟基蚀变，羟基异常显著，见图4-1，同时，此区域附近已知有一处稀土矿点正在开采，故推测其可能形成稀土矿床。发现A-2 Igaliko岩体中部稀土矿预测区有较强烈的铁染、羟基蚀变，铁染、羟基异常显著，且该异常区域影纹特征特殊，呈现环形构造特征，见图4-2，结合Ilimmaasaq岩体上的稀土矿点图像及蚀变特征，故推测其可能形成与其他矿床伴生的稀土矿床。发现B类预测区有较强烈的铁染蚀变，铁染异常显著，因此有铁染异常包分布，同时，此处还有较强烈的羟基蚀变，虽然没有形成羟基异常包，但是羟基异常亦显著，见图4-3，结合Ilimmaasaq岩体上的稀土矿点图像及蚀变特征，故推测其可能形成与其他矿床伴生的稀土矿床。