基于遥感和aser数据的黄铁绢英岩化蚀变带识别

基于遥感和aser数据的黄铁绢英岩化蚀变带识别

利用遥感数据进行地质填充、岩石识别和勘探工作已经发展了几十年。这是一种广泛、成熟、有效的技术方法。随着传感器性能的不断改善,遥感数据的空间分辨率与波谱分辨率得以不断提高,AVIRIS、Hymap、Hyperion等高光谱数据在地质中的应用也日益广泛,但高光谱数据空间分布范围较为有限,并且信噪比与空间分辨率也较低,难以在地质找矿中推广应用。ETM+和ASTER数据的空间分辨率、波谱分辨率、幅宽、信噪比方面都较为适合地质领域的应用。国内外专家学者在不同的地质背景下采用多种技术方法来处理ASTER和ETM+数据,取得了大量的研究成果。本文运用Landsat8卫星的OLI数据与Terra卫星的ASTER数据对西藏朱诺地区的岩性进行识别,采用多种方法处理遥感数据,证明了遥感数据在西藏朱诺地区岩性识别中的作用。1成矿地质背景研究区大地构造位于冈底斯陆缘火山-岩浆弧北缘附近,冈底斯斑岩铜矿主要形成于陆内汇聚挤压造山向造山后伸展走滑转移的过渡阶段,成岩成矿时代主要集中在17~13Ma,成矿作用主要与中新世的一系列“东西成带、北东成群”分布的浅成-超浅成就位的花岗质小斑岩体相关(图1)。朱诺矿区出露地层主要为古新统—始新统林子宗群的年波组与帕那组。年波组(E2n)岩性为角砾熔岩、角砾凝灰岩、粗安岩、流纹岩。帕那组(E2p)岩性为灰绿色灰白色凝灰质砂岩、砾岩、流纹质角砾凝灰岩、流纹质凝灰岩、熔结角砾凝灰岩夹流纹岩。在朱诺矿区共发现了3个斑岩体(以花岗斑岩为主)和3个矿体,成矿意义最大的是I号斑岩体(图2)。CuⅠ矿体位于矿区中部,主要赋存于Ⅰ号斑岩体及其外接触带的角闪二长花岗斑岩中,属半隐伏矿体,地表形态为不规则椭圆形;CuⅡ和CuⅢ矿体分布于矿区南部和东部,两者地表特征较相似,均呈长条形沿北东向产出,矿体围岩为角闪二长花岗斑岩。矿区蚀变类型主要有钾化、黄铁绢英岩化、青磐岩化、硅化、泥化及碳酸盐化等,其中黄铁绢英岩化、硅化与矿化密切相关。2是间质成像能力高,变视资源量大,可实现从垂直轨道方向出发的合成观测方式,扩大轨道系统服务能力运行陆地成像仪(OperationalLandImager,OLI)和热红外传感器(ThermalInfraredSensor,TIRS)是安装在美国Landsat8卫星上的2个传感器,Landsat8陆地卫星于2013-02-12从美国加利福尼亚州成功发射。该卫星的成功发射可以为全球用户提供对地观测数据。Landsat8的OLI传感器采用的是EO-1卫星ALI传感器上实验过的推进扫描方式,因而OLI传感器比以往的Landsat系列卫星的传感器所得数据信噪比更高。Landsat8数据与之前的Landsat卫星数据有着很高的一致性与可比性,Landsat8影像的主要参数如表1所示。本文的Landsat8OLI数据成像时间为2013-11-11,该数据级别为L1T,已经过系统辐射校正与几何校正。先进的空间热辐射反射辐射计(ASTER)传感器是由日本的经贸及工业部(METI)研制并搭载在美国于1999-12-18发射的Terra卫星上的一种多光谱传感器。ASTER有3个波段在0.52~0.86μm波长区域(VNIR)测量反射辐射,空间分辨率是15m;6个波段在1.65~2.43μm波长区域(SWIR)测量反射辐射,空间分辨率是30m;5个波段在8.125~11.65μm波长区域(TIR)测量发射辐射,空间分辨率是90m。ASTER数据的幅宽是60km,但它大角度侧摆扫描成像能力将垂直轨道方向的成像范围扩展至232km。本文采用的AS-TER数据成像时间为2001-10-10,该数据级别为L1B,已经过系统辐射校正与几何校正。3特征显著的斑岩铜矿的关性资源在斑岩铜矿的围岩蚀变中绢英岩化范围一般较为广泛,且与成矿的相关性较强。在斑岩铜矿的前期勘探中绢英岩化可作为一种重要的找矿标志。绢云母因其在SWIR区间的波谱特征而能被遥感技术探测到。黄铁矿在地表容易受到风化作用形成铁帽,导致地表出现“火烧皮”现象。3.1蚀变岩帽的mri分析斑岩铜矿的绢英岩化带和泥化带中存在伊利石、白云母、蒙脱石、高岭石等矿物组合,可以采用ASTER数据的4、6、8波段组合和4/5、4/6、4/7波段组合来对蚀变矿物进行解译。波段组合法在大尺度范围下对解译斑岩铜矿的蚀变岩帽具有较好的效果,但这种分析只是简单运用了原始波段,难以取得最佳效果。通过对图3的分析可知:图3a中品红色的范围与图3b中亮白色的范围与朱诺矿区有着良好的对应关系。MNF变换能够识别和分离数据中的噪声,其本质为两个级联的PCA变换,MNF变换在一定程度上对PCA变换有所改进,MNF变换后的结果中各成分互不相关,且按照信噪比的大小进行排列,排序靠前的波段包含了更多的有用信息。本文对ASTER的SWIR波段进行MNF处理,然后采用MNF处理后的3、2、1波段进行彩色合成,该彩色合成图像包含了原始数据中绝大数信息,有利于蚀变岩石信息的显示,彩色合成图像见图4,朱诺矿区中的绢英岩化带中的蚀变岩石呈红色显示。3.2铁帽aster铁帽是与斑岩铜矿蚀变带密切相关的矿物组合,是一种重要的找矿标志。在风化作用中铁矿物(如铁的硅酸盐、碳酸盐、硫化物)都可氧化或水化成褐铁矿,特别是金属硫化物矿床出露地表时,更容易形成由褐铁矿构成的铁帽。由于铁帽的颜色、构造和所含微量元素及次生共生的矿物和原生矿石的种类有一定内在关系,因此,铁帽是可靠的找矿标志。铁帽在地表通常显示为“火烧皮”现象,该现象在西藏的驱龙斑岩铜矿、甲玛铜多金属矿区均有明显分布。首先对OLI数据进行大气校正、投影变换、去干扰、裁剪等预处理。ASTER在VNIR区间只有3个波段,提取铁染信息效果不如Landsat8卫星的OLI数据,因而采用Landsat8的OLI数据来提取铁染信息。通过对OLI2、OLI4、0LI5、OLI6四个波段进行主成分分析来提取铁染矿化蚀变信息。含铁蚀变矿物在OLI2波段反射最弱,在OLI4波段反射最强,通过分析主成分分析之后的特征向量矩阵(表2),可知PC4为铁染图像,对其进行3×3中值滤波,然后进行高端切割得到研究区铁染信息情况如图5所示。3.3aster遥感影像获取思路白云母是一种重要的中低温热液蚀变产物,通常由中、酸性火成岩通过交代蚀变作用形成,以长石类铝硅酸盐类矿物最易为白云母所交代。它是绢英岩化带中的特征矿物,可以准确指示与成矿关系密切的绢英岩化分布范围。白云母的特征吸收波长在2200nm处,并且受到白云母中铝含量的影响,随着铝含量的增加吸收谷向左平移。采用Landsat8的OLI数据来提取羟基信息,通过对OLI2、OLI5、0LI6、OLI7四个波段进行主成分分析来提取羟基矿化蚀变信息。白云母在OLI6波段为强反射,OLI7波段为强吸收,通过分析主成分分析之后的特征向量矩阵(表3)可知,-PC3为羟基图像,对其进行3×3中值滤波,然后进行高端切割得到研究区羟基信息情况如图6所示。野外实际矿物波谱由于受到许多不可控制因素影响而与实验室中测量的矿物波谱(如USGS波谱库)存在一定的差异,端元波谱信息的获取成为矿物填图的一个瓶颈。ASTER数据在短波红外波长区域有6个波段,通过ASTER遥感影像本身来提取地物波谱信息比实验室或野外实测波谱进行矿物填图效果更好。本文基于图像纯净像元进行端元选择并结合矿区资料确定白云母的端元波谱,白云母信息提取流程如图7所示。最小能量约束法(ConstrainedEnergyMinimization,CEM)使用有限脉冲响应线性滤波器(FiniteImpulseResponse,FIR)和约束条件,最小化平均输出能量以抑制图像中的噪声和非目标端元波谱信号,即抑制背景光谱,定义目标约束条件以分离目标光谱。最小能量约束法可以在抑制背景光谱的同时突出目标光谱,该方法以MNF变换文件作为输入文件,同时端元波谱也需要转换为MNF空间下的波谱,生成的结果是端元波谱对比每个像元得到的灰度图像,像元值越大表示越接近目标。对CEM方法得到的灰度影像进行密度切割,认为像元值大于0.6的为白云母信息。图8中白云母的识别结果(蓝色图斑)与图6OLI数据提取的羟基异常以及图3a中品红色的空间分布范围基本一致。从ASTER数据中提取的白云母信息与从OLI数据中提取的羟基信息高度吻合,这也充分证明了两款数据在蚀变岩石识别上的能力。采用GIS的空间分析功能将OLI数据提取的铁染信息与ASTER数据提取的白云母信息重叠区域当作黄铁绢英岩化信息。从图9可以看出黄铁绢英岩化信息与成矿斑岩体空间分布关系密切,可以当作一种重要的找矿标志。经过对西藏朱诺矿区野外实地验证,得到了朱诺斑岩铜矿黄铁绢英岩化信息如图10所示。4aster图像分析首先对ASTERL1B数据的TIR波段进行辐射定标,将DN值转化为辐射亮度值,然后进行大气校正,最后采用发射率标准化法对大气校正后的数据处理得到反射率和温度信息。采用最小噪声分离方法来去除ASTERTIR波段的噪声,经过分离处理后的数据1~3波段包含信息,而4波段与5波段主要为噪声,采用1~3波段进行反向MNF变换来去除噪声。去相关拉伸处理可以有效地展现长英质岩石、基性岩石、超基性岩石和碳酸盐岩的发射率差异。在利用去相关拉伸处理后的ASTER13、12、10波段进行RGB彩色合成的典型图像上,红色的是富含石英的岩石,基性岩石呈现为蓝色,碳酸盐岩为绿色。采用ASTER热红外波段得到研究区去相关拉伸后的图像如图11所示。采用ENVI的沙漏工具进行端元选择并结合标准波谱库中矿物的波谱曲线确定为石英的端元波谱,从ASTERTIR图像上提取的石英发射率波谱曲线如图12所示。采用波谱角法进行石英的矿物填图工作,波谱角填图使用n维角度将像元与参照波谱进行匹配。该算法是将像元N个波段的波谱看作N维波谱向量,通过计算与端元波谱之间的夹角判定两个波谱间的相似度,夹角越小,说明越相似。该方法在矿物填图工作中应用广泛,经过多次尝试,取波谱角阈值为0.015,得到研究区的石英分布信息(图13)。通过对图11和图13分析可知,在研究区中间地段石英信息呈带状分布,推测是由大气对传感器的干扰和传感器自身接受能力引起的。朱诺矿床的成矿斑岩体在地表呈不规则椭圆状,面积约1.2km2,而ASTER数据的TIR波段的空间分辨率为90m,空间解析度存在明显不足的问题。通过综合分析图1、图2、图11与图13可知,朱诺矿区的成矿斑岩体附近几乎无硅化信息分布,ASTER热红外数据适用于大范围下造岩矿物的识别,对矿区内硅化信息的解译并不具有普遍适用性。5蚀变矿物的解译对西藏朱诺地区的OLI数据以及ASTER数据进行分析并结合已有的区域地质资料和矿区地质图,取得了以下结论:(1)西藏朱诺矿区与成矿关系密切的是黄铁绢