内蒙古扎嘎乌苏地区遥感矿化蚀变信息提取研究

连琛芹 李成元 刘永新

摘  要：为充分发挥遥感技术在内蒙古扎嘎乌苏地区矿化蚀变信息提取方面的作用，以Landsat 8 OLI数据为主要数据源，采用特征向量主成分分析，结合异常切割和异常滤波的方法，提取研究区遥感矿化蚀变信息。基于GIS平台，将已知的地质矿产信息与提取的矿化蚀变信息进行叠置分析，显示提取的蚀变信息与研究区地质信息吻合较好。研究证实，该方法对本地区蚀变矿物信息的提取可行，对该区未来找矿勘查具重要指导意义。

关键词：扎嘎乌苏;Landsat 8; 主成分分析;蚀变信息;铁矿

遥感矿化蚀变信息提取研究，作为遥感找矿中最为重要的部分，在遥感地质找矿勘查领域中发挥着越来越重要的作用[1]。张玉君等提出了“去干扰异常主分量门限化技术”[2]，在驱龙地区遥感蚀變信息提取中取得了较好的效果。Mars在斑岩铜矿的研究中使用Aster数据成功地提取了该区羟基蚀变矿物[3]。刘磊等在东准噶尔三道岭地区进行了遥感矿化蚀变信息提取及找矿预测[4]，获得良好效果。

内蒙古扎嘎乌苏地区位于兴蒙造山带，成矿条件非常有利。其地理位置位于我国西北中蒙边境的大漠戈壁，研究程度低，是遥感技术发挥作用的理想场所。目前，国内还没有关于扎嘎乌苏地区遥感蚀变信息提取方面的研究。因此，在扎嘎乌苏地区进行遥感蚀变信息提取研究，对该地区未来地质找矿工作，具重要意义。本文以Landsat 8 OLI数据为主要数据源，采用特征向量主成分分析，结合异常切割和异常滤波的方法，提取研究区的遥感矿化蚀变信息。基于GIS平台，将已知的地质矿产信息与提取的矿化蚀变信息进行叠置分析，显示提取的蚀变信息与研究区地质信息吻合较好。研究证实，该方法对本地区蚀变矿物信息的提取是可行的，对该区未来找矿勘查具重要指导意义。

1  研究区概况

研究区位于内蒙古境内，属乌拉特中旗川井苏木管辖。该区大地构造位于华北板块与西伯利亚板块之间的兴蒙造山带西南部，扎嘎乌苏铁矿位于扎嘎乌苏以北6 km处（图1）。扎嘎乌苏铁矿的矿床类型属热液型铁矿，出露地层较简单，岩性主要有新元古界艾勒格庙组绢云母千枚岩夹结晶灰岩、白云质结晶灰岩、绿泥绢云片岩夹薄层结晶灰岩、石英岩等。矿区内构造以断裂为主。矿石矿物由赤铁矿、假象赤铁矿及褐铁矿组成，脉石矿物以隐晶-他形粒状的石英（硅质）为主，致密块状、条带状、稠密浸染状，少数角砾状构造。矿体形状复杂，以脉状及不规则状为主，与硅质脉为过渡关系，围岩蚀变发育，近矿围岩蚀变有硅化、赤铁矿及褐铁矿化等。在铁矿和硅质脉的附近硅化及褐铁矿化等围岩蚀变尤为发育。

2  数据源的选择及预处理

Landsat 8陆地卫星携带了陆地成像仪（OLI）和热红外传感器（TIRS），运行于高度705 km的太阳同步轨道。本文使用的数据来自陆地成像仪（OLI）。OLI拥有9个波段，空间分辨率为30 m， 幅宽185 km。该数据与ETM数据相比，增加了光谱范围和信噪比，具有12位的量化级数[5]。OLI的波段避开了大气吸收特征，显著地提升了对地物的识别能力，更利于蚀变矿物信息的提取[6]。

OLI数据预处理工作通常包括去边框、去干扰地物及研究区裁剪等。由于 OLI数据在各波段获取的数据在时间上略有差异，导致各波段的边界信息不重合，去边框将不重合部分剔除，保留重合部分。研究区位于戈壁，在数据选择时，挑选干扰地物可忽略不计的影像数据，便于更好地进行遥感矿化蚀变信息提取。因此，本次研究无需进行干扰地物的去除。

3  蚀变信息提取

3.1  理论基础

围岩蚀变作为热液矿床成矿作用发生的重要标志之一，为有效找矿标志[7-10]。一般状况下，在遥感获得的地表信息中，只要有一定强度的蚀变岩石出露，就可在遥感影像上有所反映[10]。据对研究区扎嘎乌苏铁矿的研究，主要矿化蚀变类型有赤铁矿化、褐铁矿化、硅化等。这些含铁染蚀变矿物在OLI遥感数据的波长范围内具典型可识别特征，是蚀变信息提取的理论基础。

通常地球表面的地物均在400～2 500 nm谱段具可识别的诊断光谱特征[11]。一般来说，含铁离子的矿物在400～1 200 nm光谱范围内具光谱诊断特征[12]。本次研究将美国地质调查局（USGS）波谱库中的蚀变矿物波谱以OLI遥感数据为基准进行了重采样。由蚀变矿物的波谱在OLI遥感数据的各通道对应关系可知（图2），含铁矿物褐铁矿和赤铁矿在band2的反射率远低于其它波段，在 band4的反射率相对band2高，在band5具强吸收特征，band6具强反射特征。

3.2  蚀变矿物信息提取

主成分分析法是应用最为广泛，具对影像大气校正质量要求不高、实现简单、提取效果好、效果稳健等优点，在地质找矿实践过程中，广受地质工作者的青睐[13-15]。本次工作中，使用特征向量主成分分析法对扎嘎乌苏地区进行蚀变矿物的提取研究。特征向量主成分分析法根据目标蚀变矿物诊断波谱特征，选择3～4个对应的波段实现主成分分析运算，经主成分变换后，得到相应的主分量。通常与矿化蚀变有关的信息为弱信息，一般包含在信息量最少的主分量中。据此对研究区Landsat 8 OLI数据进行遥感矿化蚀变信息提取。

据与扎嘎乌苏铁矿成矿有关的蚀变矿物光谱诊断特征，选择Landsat 8 OLI数据的2、4、5、6波段进行主成分分析，提取研究区矿化蚀变异常信息。据含铁矿物的光谱特征可知，构成铁染主分量的波段2、波段4的系数符号通常是相反的。从Landsat 8 OLI数据的4个波段主成分分析后的特征向量矩阵可知（表1），遥感蚀变信息位于PC4。本次研究通过对“均值+n×标准差”中 “n”值的调整进行异常切割，对蚀变异常信息进行量化分级。n值取1.5、2.0、2.5分别对应一、二、三级蚀变异常。

3.3  结果分析

扎嘎乌苏铁矿和研究区其他已知矿点，均受区内断裂构造控制，热液上升、运移均以断裂构造为通道。扎嘎乌苏铁矿体分布在NE向压扭性主干断裂（破碎带）和次级断裂内，并在二者交汇处较富集。矿体形状复杂，以脉状及不规则状为主，与硅质脉为过渡关系，围岩蚀变发育，近矿围岩蚀变有硅化及褐铁矿化等。在铁矿和硅质脉附近，硅化及褐铁矿化等围岩蚀变发育，蚀变带宽约20～50 m。本次提取的矿化蚀变异常主要为区内赤铁矿化和褐铁矿化。

将提取的蚀变异常信息和已知的地质矿产数据叠合于GIS软件中，进行叠置分析。提取的遥感矿化蚀变信息与已知矿床和矿点基本重合，且呈NE向带状展布，与区内主要成矿控矿断裂构造方向一致，基本分布于断裂构造周边（图3），说明异常信息的展布明顯受控于热液活动和区内断裂，充分证明本区矿化蚀变异常提取的可行性和有效性。

3.4  野外验证

在综合分析遥感和地质矿产信息基础上，进行野外实地勘查，多处矿化区域具不同程度的硅化、褐铁矿化等特征（图4-a，b）。经野外查证，充分肯定了此次遥感蚀变信息提取的价值和作用，对未来该地区找矿勘查具重要指导意义。

4  结论

（1） 以Landsat 8 OLI数据为主要数据源，采用特征向量主成分分析，结合异常切割和异常滤波的方法，成功提取了内蒙古扎嘎乌苏地区的矿化蚀变信息。

（2） 结合已知地质矿产资料，借助GIS平台，对提取的蚀变异常信息进行了叠置分析，显示提取的遥感矿化蚀变信息与已知矿床和成矿控矿断裂构造等地质信息吻合较好。充分证明遥感蚀变信息提取是一种高效快捷的找矿手段，可为本区开展更大规模地找矿提供牢固基础。

（3） 遥感矿化蚀变信息提取技术作为找矿的先行手段，可为地质找矿工作提供预测信息，突出找矿重点目标区域。

致谢：衷心感谢对本文提出宝贵修改意见的匿名审稿专家和责任编辑！

参考文献

[1]    汪新庆，史超，王群.基于混合像元分解的高植被覆盖区蚀变信息提取——以福建上杭紫金山矿田为例[J].地质找矿论丛， 2014， 29（1）：96-101.

[2]    张玉君， 曾朝铭， 陈薇. ETM+（TM）蚀变遥感异常提取方法研究与应用——方法选择和技术流程[J]. 国土资源遥感， 2003，（2）：44-49

[3]    Mars J C ， Rowan L C . Regional mapping of phyllic - 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.

[4]    刘磊， 周军， 尹芳，等. 东准噶尔三道岭地区遥感矿化蚀变信息提取及综合信息找矿[J]. 新疆地质， 2013，（2）：233-236.

[5]    唐超， 周可法， 张楠楠，等. 基于Landsat-8 OLI和ASTER数据集成和融合的矿化蚀变信息提取：以包古图斑岩型铜矿为例[J]. 地质科技情报， 2018， 37（6）：217-223.

[6]    初庆伟， 张洪群， 吴业炜，等. Landsat-8卫星数据应用探讨[J]. 遥感信息， 2013，（4）：110-114.

[7]    唐超，陈建平，张瑞丝，等.基于Aster遥感数据的班怒成矿带矿化蚀变信息提取[J].遥感技术与应用，2013，28（1）：122-128.

[8]    吕凤军，郝跃生，石静，等. ASTER遥感数据蚀变遥感异常提取研究[J].地球学报，2009，30（2）：271-276.

[9]    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——以新疆西准噶尔包古图斑岩铜矿岩体为例[J].地质论评，2008，45（2）：184-191.

[10]  连琛芹，姚佛军，杨建民，等.半裸露区遥感蚀变信息提取研究——以甘肃玛曲地区为例 [J].现代地质，2019，33（5）：1079-1085.

[11]  刘雷震， 姚佛军， 武建军，等.多源数据在西藏多龙矿集区找矿实  践中的应用[J].北京师范大学学报（自然科学版）， 2016， 52（2）：      184-188.

[12]  连琛芹，姚佛军，陈懋弘，等.GF-5高光谱数据在植被覆盖区的蚀变信息提取研究：以广东省玉水铜矿为例[J].现代地质，2020，   34（4）：680-686.

[13]  吴志春，， 叶发旺， 郭福生，等. 主成分分析技术在遥感蚀变信息提取中的应用研究综述[J]. 地球信息科学学报， 2018， 20（11）：1644-1656.

[14]  张满朗.金矿蚀变信息提取中的主成分分析[J].遥感技术与应用，1996，11（3）：1-6.

[15]  张远飞，袁继明，杨自安，等.基于物理意义的二维散点图类型划分与遥感蚀变信息提取[J].国土资源遥感，2013，66（2）：57-62.

WJCI项目简介

《世界期刊影响力指数（WJCI）报告》（2020科技版）（简称：WJCI报告）是由中国科学技术信息研究所、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、清华大学图书馆、万方数据有限公司、中国高校科技期刊研究会联合研制的期刊评价报告。该报告是中国科学技术协会专题资助课题《面向国际的科技期刊影响力综合评价方法研究》（2019KJQK004）的成果，入选了“科创中国”项目。

WJCI报告更加全面、客观、综合地评价科技期刊在当今社会对全球科技创新活动提供的出版传播服务及其学术影响力，客观反映了以中国为代表的新兴科技大国的真实贡献，为世界学术期刊的学术影响力提供更为客观的统计方法和综合排序，推动世界科技期刊公平评价、同质等效使用。相比其他期刊评价体系，WJCI报告主要在以下4方面进行了创新：

（1）统计源期刊的遴选：基于各国R&D投入、科技论文产出、科研人员数量、期刊规模和水平4个维度综合衡量，确定各国入选统计源期刊比例，更加公平、全面、科学地反映世界各国科技发展与科技期刊发展的真实状况。WJCI报告最终经严格评议，收录全球科技期刊14 287种，约占全球活跃科技期刊6万种的四分之一（Q1），很好地体现了地区代表性和学科代表性。

（2）评价指标体系：采取了基于引证数据的“世界学术影响力指数WAJCI”和基于网络使用数据的“网络影响力指数（WI）”构建了综合评价指标——“世界期刊影响力指数”（World Journal Clout Index，简称 WJCI）。WJCI指数全面反映了期刊质量、信息量、办刊历史及其對基础研究、应用研究等学术活动的影响力，得到国内外专家学者的普遍认可。

（3）学科分类体系：基于对8个国际索引数据库（WOS、SCOPUS、MEDLINE、EI、JST、KCI、CABA、RSCI）的分类体系、期刊名录的搜集整理、对比分析，以《中华人民共和国学科分类及代码》为总纲，参考《中图图书馆分类法》《学位授予和人才培养学科目录》，项目组创新性重新编制了覆盖各级别学科领域科技期刊分类体系，共279个学科类目，更好地体现了国际化和对新兴、交叉学科的支持。按国际期刊分类评价惯例，分学科对收录期刊进行WJCI指标计算和排序。

（4）基础数据体系：项目得到CrossRef、Digital Science的大力支持，在中国知网全球学术快报CNKI-Scholar的基础上，项目组自主建立了用于项目研究的《世界引文数据库》。收录了26 653种（有参考文献的期刊数量）国际期刊的2019引文数据1.44亿条，引文数据正确率达到99.4%，以此为基础统计了各项评价指标，确保了WJCI指数的数据准确性。

WJCI报告共收录中国科技期刊1 426种，平均WJCI指数是1.185，专家审议后普遍认为这些期刊与该报告的其他期刊一样，达到了国际优秀期刊的水平。其中，中国有8种期刊入选WJCI-TOP5%期刊，172种期刊入选WJCI-Q1区。日前该报告可通过网络（网址：http：//wjci.cnki.net）查询详情数据。

如有任何问题，请随时联系中国科学计量学与文献计量学研究中心，电子邮件地址：wjci@cnki.net，伍军红老师会尽快回复。