遥感技术在区域地质矿产调查中的应用研究

林建平

(福建省地质调查研究院， 福州，350013)

遥感作为一种先进的空间技术，具有较好的综合性、宏观性及直观性，对地质构造解译具有独特的优势[1-2]。受构造控制或影响的地质体、水体和植被等地物，反射来自太阳的电磁波辐射的能力存在差异，在遥感影像上表现为不同的色调和形态特征，可用于直接或间接解译地质构造[3]。研究区位于福建东部，鹫峰山脉东南延伸部分，地势总体西北高，东南部丹阳盆地、山仔水库一带地势较低，山脉海拔为400～800 m，以中低山侵蚀山地为主。区内植被发育，种类较多，有高大的乔木，也有密布的灌木林和杂草丛生。基岩多数遭受植被严重覆盖，仅在悬崖峭壁、采石场、公路、小路、河流及冲沟内可见连续的基岩露头。采用遥感技术进行地质构造、蚀变信息解译，对研究区及自然地理环境、地质背景研究区相似区域的地质矿产调查工作起先导作用。

1 研究区地质概况

研究区大地构造位置处于欧亚大陆板块东南缘，为环太平洋中、新生代巨型构造-岩浆带的闽东火山断坳带，经历了中国东部燕山中-晚期成矿作用大爆发等构造-岩浆-成矿事件。研究区地层以晚侏罗-早白垩世南园组、早白垩世小溪组、石帽山群(黄坑组、寨下组)为主。侵入岩分布较广，查明侵入活动时期有早白垩世、晚白垩世，以早白垩世侵入活动规模为最大，具多阶段、多次活动特点。形成的侵入岩呈岩基、岩株产出，少数呈岩瘤、岩(墙)脉产出，岩类齐全，岩性繁多，岩石类型以二长花岗岩为主，次为(正长)花岗岩，及少量花岗闪长岩、石英二长闪长岩、晶洞碱长花岗岩、石英正长斑岩等。研究区断裂以北东向为主，北西与北东东次之，还有一些因火山活动而形成的环状、放射状断裂(图1)。区内矿化、蚀变较为普遍，成矿类型主要以花岗岩型、火山热液型、斑岩型为主，次为火山热液-沉积型，该区是寻找火山-热液型为主的钼、钨、铅、锌、银金、铜等金属矿床，叶蜡石、明矾石等非金矿床的有利地区。

图1 研究区区域地质图Fig.1 Geological map of the study area

2 数据选择及预处理

研究区ETM影像利用时相为2001年3月4日的Landsat ETM+影像，共8个波段，6个可见光波段、一个热红外波段和一个全色波段，光谱范围覆盖从可见光到热红外波段。提取选用TM1～TM5和TM7六个可见光波段为基础数据，波长为0 .45～2 .35 μm，空间分辨率30 m(表1)，为现今遥感蚀变异常信息提取的主要数据。遥感影像的预处理是遥感影像地质解译和矿化蚀变信息提取的基础性环节，主要包括辐射校正、几何校正、波段合成、影像增强等。

表1 ETM影像信息特征及用途

研究区位于我国东南沿海植被高覆盖地区，地表植被覆盖率高的地区超过70%，且其地形(地貌)以及地表环境受人类活动影响改变强烈，因此对研究区的特征影像组合开展分析，进而得到最佳波段组合在该次研究中十分必要。从各组中选择一个波段进行彩色合成经过反复对比尝试，最终确定ETM543和ETM741波段的组合为最佳波段组合。其优点在于具有兼容中红外、近红外及可见光波段信息的优势，图面色彩丰富，层次感好，具有极为丰富的地质信息和地表环境信息；而且清晰度高，干扰信息少，地质可解译程度高，各种构造形迹(褶皱及断裂)显示清楚，不同类型的岩石区边界清晰，岩石地层单元的边界、特殊岩性的展布也显示清楚。

3 地质构造遥感解译

3.1 地质构造遥感解译标志

研究选用ETM+遥感数据为数据源，根据构造解译标志，运用直接判断法、对比分析法、追索法和合理推理法，对该区遥感影像进行解译。

线性构造解译标志：呈较平直延伸的线形负地形，串珠状山间盆地；线形展布的陡崖或三角面，鞍部或山脊错断处，尖棱状山脊；水系呈直线、折线展布，或分流点、汇流点等；不同色彩、深浅色调的反差边界线，色带；有一定延伸长度的、影纹密集的节理裂隙带。

环形构造解译标志：通过色调、水系等形式表现出来，色调表现为色环、色斑，水系表现为河流急拐弯，另外，锥形山峰、环形盆地、环形山脊或非常清晰的不明原因引起的环状形迹，都是较好的解译标志。

3.2 遥感影像解译成果

遥感图像的解译分为2种：一种是目视解译，通过直接观察或借助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程；另一种是用遥感图像计算机解译，以计算机系统为支撑环境，利用模式识别技术与人工智能技术相结合，根据遥感图像中目标地物的影像特征，结合专业知识进行分析和推理，实现对遥感图像的理解，完成对遥感图像的解译。2种方法各有利弊，该次研究以目视解译为主，计算机解译为辅，结合已有研究成果，人机交互完成研究区岩性、地层、构造等遥感解译，主要形成线性构造解译成果、遥感蚀变信息异常等图件。

从研究区线性构造遥感解译成果图中(图2)可以看出，线性构造构成格子状构造系统。研究区构造以北东向为主，在西北部通过的斌溪—钟洋一带北东向线性构造(属于福安—南靖北东向断裂带)形态较为清晰；北西向次之，以东北部的潘洋—洪洋(属于松溪—宁德北西向断裂带)及西南部的霍口—黄竹头一带较为显著；中部丹阳岩体中北东东向霍口—白塔断裂线性构造密集发育(明溪—罗源东西向断裂东部)。

图2 研究区线性构造遥感解译成果图Fig.2 Remote sensing interpretation result map of the linear structure in the study area

在遥感影像上，北东、北东东向线性构造延伸较差，较连续、密集，北东东向断裂在原地质调查成果中未发现。经此次先期遥感解译，并经野外验证，发现在区内表现较为醒目，活动时间相对较新，地表形迹相对较清晰，于早白垩世晚期丹阳岩体中断裂形迹较多。北西向线性构造主要分布于研究区的西南部、东北部，延伸距离较短，较为稀疏。近东西向线性构造零星分布，延伸距离较短，不连续。线性构造的分布格局，表现出研究区地质体呈北东、北东东向的条带状、透镜状分布。

研究区内北东和北西向线性构造相互交切，在线性构造发育与交会部位通常是找矿的有利位置，大多数矿(化)点分布于此。如研究区西南部的日溪铅锌矿、铁坑铅锌矿、满盾铁矿点、迭石铁矿化点等就产于北东、北西向断裂带的交会部位。此外，研究区还解译出了大窝、高垄头、尖峰山、乌石岗、岭下、石鼓山等6个环形构造；经验证前4个是火山机构或构造盆地等地质现象引起的，后面2个可能是隐伏岩体侵入作用或者成因不明环形构造等引起的，这在今后的工作中要引起注意。

4 遥感影像矿化蚀变信息提取

4.1 理论基础

遥感影像信息是在提取热液矿化蚀变的矿物，在短波近红外波段具有诊断性强的吸收特征，是矿物本身固有的特征[4]。多光谱遥感影像，通常提取铁染异常和羟基异常2类矿物组合异常。

铁染异常：是指铁的氧化物、氢氧化物和硫酸盐矿物，这类矿物在TM1、TM2、TM3波段有较强的反射，而在TM4波段附近有一个较强的光谱吸收带(图3)。

图3 研究区含Fe矿物波谱曲线Fig.3 Spectral curves of Fe-bearing minerals

羟基异常：是指富含OH-或 CO32-的矿物，如高岭石、绿泥石、绿帘石、蒙脱石、明矾石及云母类等次生蚀变矿物，在2.2～2.3 μm附近有较强的吸收谱带。

4.2 蚀变矿物异常信息提取方法

该次蚀变矿物异常信息提取方法选用主成分分析法(PCA)，基于多波段影像数据特征值统计基础上，进行多维正交线性变换计算，从而达到去除相关、进行特征向量提取和数据压缩的目的[5]。

研究区内提取铁染蚀变信息在TM1和TM4波段上有明显吸收谷，在TM3波段有相对较高反射率，用TM1、TM3、TM4、TM5等4个波段做主成分分析法，在加强铁染信息的同时，又避免了TM5、TM7波段参与运算，排除羟基矿物蚀变信息干扰。

研究区内提取羟基异常信息在TM5存在反射峰，在TM7存在吸收谷，用TM1、TM4、TM5、TM7等4个波段进行PCA，去除TM2、TM3波段是为了防止可见光波段同时参与运算，进而排除铁染矿物蚀变信息干扰。TM5和TM7波段同时呈现有利于提取羟基类蚀变矿物信息。

对研究区ETM 1-3-4-5和ETM 1-4-5-7波段组合影像进行主成分分析计算，其特征向量载荷矩阵成果(表2，3)。

表2 ETM 1-3-4-5主成分分析特征向量

表3 ETM 1-4-5-7主成分分析特征向量

4.3 结果分析

经统计分布，研究区共提取铁染异常图斑、图块542个，2个级别(1～2级异常)异常发育面积为2.369 km2，占研究区总面积的0.257%；共提取羟基异常图斑、图块942个，3个级别(1～3级异常)异常发育面积为4.247 km2，占研究区总面积的0.461%。其分级统计结果(表4)。

表4 研究区遥感异常统计结果

通过对遥感蚀变异常、化探异常、航磁异常、矿床(点)与岩浆岩分布等多种地学信息综合分析，可以看出如下规律：

(1)遥感蚀变异常信息与岩浆岩体、化探异常呈明显吻合度较好，如预测区Ⅰ-2、Ⅱ-2、Ⅱ-4内遥感蚀变异常分别与91Hs-19(乙)、91Hs-6(乙)、91Hs-17(乙)等1∶20万水系沉积物综合异常套合较好。在重力上为局部重力异常，推测深部为隐伏中性岩体，可能为矿的形成提供条件。分布特征与区域构造格局一致。岩体内部异常不明显，异常主要是围绕丹阳岩体及钟洋岩体的外接触带分布；其次在火山岩分布区，则呈北东东向展布。

(2)已知矿床、矿(化)点大多位于蚀变异常区内。如罗源满盾铁矿点、迭石铁矿化点、宁德菰洋铅锌矿化点位于预测区I-1蚀变异常带内，连江龙潭钼矿化点、翠林铜铋矿化点、黄竹头钨矿化点位于预测区I-2蚀变异常带内，古田谈书店铅矿化点、川前铅锌矿化点、罗源三山岭铁矿化点、福州日溪铅锌矿点分别预测区Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-4蚀变异常带内，这表明，区域北东东向构造和岩浆活动作为成矿物质运移通道和驱动力，是该区成矿的基本因素。岩体周边热能量和物质交换最为活跃，导致遥感蚀变异常、化探异常，它们是成矿物质活化-迁移-再分布作用在不同物质层次上的表现形式，因此二者均可作为找矿预测依据[6]。

(3)值得注意的是，非植被覆盖区的叶蜡石、高岭土矿区的铁染异常不明显，仅有弱的羟基异常；在小溪组分布区中微弱羟基异常是我们寻找叶蜡石或明矾石之类非金属矿产的重要信息，如区内的罗源湾里叶蜡石矿床及该次工作中新发现的福州东坪叶蜡石矿、宁德朱洋高岭土矿床就是此特征。

5 找矿预测

依据区内遥感蚀变信息、岩体分布、区域地球化学异常和已知矿床(点)等多种地学信息的综合剖析，探讨区域找矿前景，划分了三级找矿远景区。一级找矿远景区蚀变强度大，区内有已知矿床(点)，存在自然重砂、水系沉积物或航磁异常，内部或该区附近有岩体侵入。二级找矿远景区蚀变强度较强，区内有已知矿(化)点，存在自然重砂、水系沉积物或航磁异常，内部或该区附近有岩体侵入。三级找矿远景区蚀变强度较弱，存在多个或单元素化探异常，目前未发现矿(化)点，内部或该区附近有岩体侵入。

经过上述遥感综合处理与分析，对找矿区矿源层、地质构造、岩石类型、已知矿床分布规律、矿化蚀变类型及各种蚀变岩分布、遥感异常位置情况有了全面了解和认识。根据这些认识，按照地质学、大地构造学、矿床学和遥感理论进行找矿预测。

此次工作在研究区共预测成矿远景区9个，Ⅰ级成矿远景区2个，Ⅱ级成矿远景区4个，Ⅲ级成矿远景区3个(图4，表5)。

图4 研究区综合找矿预测图Fig.4 Comprehensive mine prospecting prediction map of the study area

表5 研究区找矿远景区特征

6 结论

(1)遥感信息可识别断层、褶皱的空间形态及展布、断层的切割关系、断层的运动学等特征信息，其效果明显优于地面观察，还可识别规模宏大的构造带、活动构造、地层区等；对线性和环形构造分析，尤其对隐伏构造的解译效果十分理想，而解译结果可以多获取图面信息。

(2)遥感地质调查技术手段是进行地质找矿的一种有效方法，特别是在结合遥感异常及构造解译的基础上，在大范围内快速圈定优选靶区方面十分有效。遥感异常与化探、矿点吻合程度较高，部分断裂吻合程度也较高。提供的找矿靶区和远景区有参考价值。

致谢：在遥感解译、异常提取、野外验证及文章的编写等工作中，得到福建省地质调查研究院李明、黄家龙高级工程师的指导及帮助，在此一并表示感谢。