多光谱遥感在铬铁矿找矿中的应用——以雅江缝合带西段东波超镁铁岩体为例

高丽萍

（西藏大学工学院，西藏 拉萨 850000）

铬铁矿是提取铬金属的重要矿石原料，我国的铬铁矿原料目前主要依赖进口，国内自主开采主要集中在西藏雅鲁藏布江缝合带罗布莎矿区，为典型的阿尔卑斯式豆荚状铬铁矿。东波超镁铁岩体为典型的蛇绿岩地幔橄榄岩，岩性特征与罗布莎岩体类似，矿体可能产于方辉橄榄岩中，周围有纯橄岩伴生或者直接产于纯橄岩中，目前已在地幔橄榄岩中发现块状矿石和浸染状矿石[1]，具有较大的找矿前景。

遥感技术以其宏观性、多尺度、全方位的优点，广泛应用于矿物蚀变信息提取、岩性解译、构造解译，地质填图，矿产预测中。近年来，TM/ETM/OLI，ASTER，SPOT，IKONOS 和Hyperion 等中、高空间分辨率和高光谱分辨率遥感数据越来越多地被应用。张玉君(2003 年)总结了“去干扰异常主分量门限化技术”用于Landsat ETM 遥感数据蚀变异常信息的提取，成为矿产调查工作中的必备方法。遥感技术在岩性解译方面也逐渐发展，李培军等[2]和黄照强等[3]对比了野外实测波谱和岩矿波谱库，通过光谱角分类法对蛇绿岩信息进行提取，并取得了较好效果。别小娟[4]等分别采用光谱角分类法SAM 和波谱特征拟合法进行对比分析。

1 研究区域概况和数据源

研究区域东波超镁铁岩体位于西藏自治区阿里地区札达县，范围为79°58′～80°23′E，30°50′～31°12′。海拔约4700m，属于高原亚寒带干旱气候，气温低，降水干湿季分明，集中在7-8 月，年平均降水量不到200 毫米，气压低，空气稀薄，日照时间长，太阳辐射强。岩体位于雅鲁藏布江缝合带西段，是印度板块与拉萨板块之间，新特提斯洋与陆地构造带岩石圈撞击后的残余[1]。东波岩体显示为近北西走向的梨形或近似等轴状岩体如图1 所示，部分岩体被新生代剥蚀物沉积覆盖。与白垩纪沉积岩和火山岩以断层接触，为一个超镁铁岩体。研究岩体总构造线为NW-SE 走向，岩石成分主要由地幔橄榄岩组成，包括高镁的方辉橄榄岩（约占岩体总面积的70%～80%）、纯橄岩（约占岩体总面积的5%～10%）和含铝的二辉橄榄岩，地表出露有一些块状铬铁矿点。

图1 东波蛇绿岩地质简图（据2011 年，杨经绥）

此次研究采用Landsat OLI 遥感卫星影像数据和美国地质调查局（USGS）的岩矿波谱库数据。OLI 传感器包括9 个Band，其中多光谱波段空间分辨率为30 米，全色波段空间分辨率为 15 米，Band 4、3、2 进行真彩色合成可用于地物识别，短波红外6、7 波段可用于矿物的目视识别提取。美国地质调查局波谱库，根据地物对不同波段的反射特性，光谱曲线为0.2-3.0μm（可见光），1.5-6.0μm（近红外），5.0-25μm（短波红外）和25-150μm（热红外）4 类波段，其中包含地物以矿物波谱为主。

2 蚀变矿物信息提取

研究区内的主要蚀变异常类型为蛇纹石化、绿泥石化和碳酸盐化等，可分为含OH-离子的蛇纹石和绿泥石与含Fe2+和Fe3+的磁铁矿和橄榄石两类来提取。文章使用OLI 卫星图像数据采用PCA 主成分分析法提取羟基和铁染蚀变异常信息。

提取异常信息，OLI 6/8 可以增强CO23+和OH-蚀变信息；Fe3+异常的矿物一般在0.55μm 附近有吸收特征，利用OLI4/2 可以增强铁氧化物类蚀变；Fe2+在1.1μm 处强吸收，可以使用OLI 6/5 增强亚铁矿物类蚀变。含OH-的矿物一般在2.2μm～2.3μm 存在强吸收特征，AI-OH吸收特征在2.2μm，Mg-OH 吸收特征在2.3μm 波长处。

遥感卫星图像上的OH-异常信息主要表现在Band 6、7 两个波段，Band 7 为吸收谷，Band 6 波段反射值较高，因此Band 6 的DN 值高于Band 7；铁氧化物在可见光波长的反射值较为敏感，因此选择Band 2 参与OH-提取的主成分变换；最终选择经过卫星图像预处理校正后的Band 2、Band 5、Band 6、Band 7 四个波段进行PCA 主成分分析，其结果影像特征向量统计分析见表1。

表1 PCA（2567）特征向量统计表

从表1 中可见PC4 变量中Band5 与Band6 符号相反，且与Band7 符号相同，且Band6、Band7 载荷因子大，因此把第四主成分作为主成分分量做密度分割，以异常强度的方差σ 作为尺度，进行量化分级，通过“均值+N×标准方差”中N 的调整，进行密度分割为三个异常等级（图2）。

图2 羟基异常分级图

遥感卫星图像上的铁离子异常信息主要表现在可见光波段，Band 2 与Band 5 为特征的吸收谷，Band 4为铁离子反射波段，有较高的波段反射值，导致Band 4的亮度高于Band 2、5，且特征向量符号应该是相反的。为排除OH-或CO23+离子信息的干扰，因此去除Band 7。铁氧化物在可见光波长的反射值较为敏感，因此选择经过卫星图像预处理校正后的Band 2、Band 4、Band 5、Band 6 进行铁染异常信息提取的PCA 主成分变换，其特征向量统计见表2。

表2 PCA（2456）特征向量统计表

从表2 中可见PC4 变量中Band4 与Band2、Band5符号相反，且与Band6 符号相同，因此把第四主成分作为主成分分量做密度分割，划分为3 个异常等级（图3）。

图3 铁染异常分级图

3 岩性信息提取

本文采用美国地质调查局（USGS）的岩矿波谱库数据作为参考，首先，遥感影像预处理后进行MNF 变换进行噪声消除；然后将波谱库中的纯橄岩（图4a）、橄榄岩（图4c）波谱曲线进行波谱重采样，如图4b 所示为纯橄岩重采样后数据，图4d 为橄榄岩重采样后数据，使之具有与OLI 影像一致的波长范围(可见光-近红外、短波红外)。

图4 相关岩石反射波谱曲线

采用光谱角制图(Spectral Angle Mapper, SAM)方法种通过已有的光谱曲线，估计样本与混合像素中像素光谱之间的相似性，来匹配地物进行相关岩性和矿物成分的识别和制图。由图5 可知，与已知地质简图作比较，光谱角分类方法得出的分级结果与地质图橄榄岩范围有较好的一致性。

图5 橄榄岩岩性解译结果图

4 结论

4.1 使用Landsat OLI 数据进行羟基异常信息提取，能够一定的反应出研究区域的蛇纹石化现象，异常信息集中分布在研究区域岩体的东南侧，有一定的指示作用。

4.2 铁染异常信息提取表现不明显，对研究区域示矿有较小的作用。因此可结合遥感影像增强技术等，有待进一步的研究。

4.3 使用光谱角分类方法提取岩性信息效果显著，提取区域与地质图橄榄岩分布范围有良好的一致性，对岩性的判断有极佳的指示作用，可用于地质填图和矿产预测。