黑龙江遥感地质图解密

20世纪90年代以来，遥感技术突飞猛进发展，图像处理、地物识别和信息提取技术迅猛发展且不断完善，应用领域不断扩展，应用水平不断深化，数据获取由多光谱到高光谱和超光谱，地物识别由间接到直接，信息提取由定性到定量，遥感技术在地质调查、矿产勘查、地质环境评价、地质灾害监测和基础地质研究等方面发挥着越来越大的作用(王润生等， 2002)。

目前，国内外基于多光谱数据的遥感地质找矿的研究及其成果较多，主要可分为两个部分:遥感地质解译与蚀变信息提取。遥感技术的地质找矿应用，曾对我国遥感技术的发展做出了阶段性的历史贡献，促进了我国矿产资源的发现。最典型的例子是我国第二大钾盐基地——新疆罗布泊钾盐矿床最先就是通过陆地卫星图像发现的。在遥感图像上可清楚地看到罗布泊呈暗褐色环带状的钾盐矿影像特征，后来经实地考察和钻探，得到了证实。20世纪80年代初期利用遥感图像对大兴安岭西坡进行煤田地质解译，一举发现了18个含煤盆地，使得遥感技术迅速在煤炭系统得到广泛应用和发展。此外，新疆塔里木盆地石油天然气的发现，伊犁盆地砂岩型铀矿床的扩大等也都是遥感找矿的成功实例。在国外，遥感技术找矿更有许多突出的实例，例如至今人类找到的最大矿床——澳大利亚奥林匹克坝矿床，就是在遥感解译的环状构造与重力资料解释的NWW向深断裂的交汇部位找到的;巴基斯坦的大型斑岩铜矿也是根据遥感影像模式发现的。

矿化蚀变信息是找矿的一个重要标志，而这些对找矿有指导意义的矿化蚀变信息常常受其他地物信息的干扰，并受遥感图像的波谱分辨率和空间分辨率的制约，往往表现得很微弱。遥感信息提取技术是遥感技术体系的重要组成部分，经过几十年的发展，研究出了许多行之有效的方法，如主成分分析、比值运算、IHS变换、模式识别、密度分割、小波变换、神经网络、遗传算法等，特别是针对TM、ETM的多光谱遥感信息提取技术体系日趋完善。近年来，一些主要应用于高光谱数据的信息处理方法，如噪声调节变换、MNF、正交空间变换、光谱匹配、光谱角、混合像元分解等也被引入到多光谱的异常提取中，并取得了一定的效果。

一、国外遥感找矿研究成果

国外对矿化蚀变信息的提取开始早于国内，自20世纪50年代开始，特别是60年代，美国和日本的一些实验室系统地、大量地进行了各种矿物、岩石的可见光至近红外光谱测定和光谱特性研究。1970年后，美国Hunt，Salisbury等陆续发表了包括矿物、岩石和矿石在内的可见光—近红外光谱特性专著，较系统地研究了岩石矿物的光谱特性，分析了产生这些光谱特性的原因，并讨论了不同岩类光谱特性的变化规律及影响因素。

国外早在1976年，戈茨利用短波红外波段的1.6μm和2.2μm波长两谱带反射比的比值定量划分蚀变岩和未蚀变岩;艾布拉姆斯等(1977)注意到陆地卫星多波段扫描(0.5～1.1μm)光谱范围内含褐铁矿的蚀变岩石由于三价铁强吸收光谱而产生独特的反射光谱，并在内华达州金矿根据图像对褐铁矿蚀变岩石进行填图;罗曼等(1977)采用MSS4/5，MSS 5/6和MSS6/7比值图像对以次生黏土、氧化硅及褐铁矿为特征的热液蚀变区进行识别填图;Ambrams(1984)利用TM图像波段比值+主成分变换方法排除了植被覆盖因素干扰提取蚀变信;1989年，Rockwell在比值特征空间中进行非监督分类，结合野外光谱曲线完成对干旱山区Si O2，Fe，Fe O矿物的填图工作;1994年，Iaerte在比值特征空间内，利用主成分分析和HIS变换，与实验室光谱比值曲线作对比，分析出相应的岩性和样本光谱曲线的相应关系，完成强风化地区水热液蚀变岩石填图;Crosta和Loughlin(1991)利用Landsat—5TM图像数据，选择4个波段(TM1，TM3，TM5，TM7或TM1，TM4，TM5，TM7)，设计了主成分变换+特定主因子求反的方法填制巴西热带地区残积土壤中的三价铁和羟基蚀变岩信息图。

Rokos等(2000)，利用TM、SPOT数据、数字高程模型及地球化学信息等在ERMapper系统下对爱琴海盆地第四纪岛弧中的岛屿和弧后火山岩地区的低温热液型金矿进行了研究，用TM5/7，TM3/1等比值和主成分分析等数学运算进行蚀变带的识别，并结合提取的线性构造统计分析进行成矿预测。Tangestani和Moore(2001)利用3种主成分分析法对伊朗Meiduk地区斑铜矿蚀变区进行了对比分析。Kusky等(2002)，利用TM5/7，TM5/1，TM5/4的假彩色合成及分析，在阿拉伯-努比亚地盾的干旱气候下提取金矿化蚀变信息。

二、国内遥感找矿研究成果

国内矿化遥感信息提取技术的应用研究开始于20世纪60年代，近十余年，得到了较为全面的研究和快速发展，技术方法由单一到综合、由简单到成熟。

1991年，赵元洪等提出了波段比值的主成分复合法。1994年，何国金和胡德永提出了“微量信息处理方法”。同年马建文在排除和减小环境因素干扰方面进行了研究及探索，并提出了采用TM图像掩膜+波段选择主成分变换(SPCA) +人机交互与PC组分数据二维散点图掩膜分类方法提取矿化弱信息。1999年，张远飞总结了国内外有关从TM图像上提取金矿化蚀变信息的方法技术，并在此基础上加以拓展和深化，形成了“多元数据分析+比值+主成分变换+掩膜+分类(分割)”这种识别提取“矿化弱信息”的方法。刘庆生利用MAIS成像光谱数据运用了选择主成分分析法、混合像元分解技术进行信息提取结果发现第1、3、7主成分的假彩色合成图像和混合像元分解后再作算术运算的假彩色图像均清晰显示了含金矿化蚀变带。同年刘素红利用掩膜和多因子逐步正交变换提取出遥感数据中的岩性信息，并在次年与马建文一同研究了在TM6波段信息的基础上，利用Gram—Schmidt投影方法将反射光谱信息叠加到TM6波段上进而在高山区进行含矿蚀变弱信息提取的方法。2002年，王晓鹏、谢志清以ETM图像数据为信息源基于光谱特征和纹理特征的对与铜矿有关的主要蚀变类型的矿化蚀变信息进行提取及分类。2003年，刘成利用混合像元线性分解模型提取植被覆盖中等覆盖的辽南卧龙泉地区的黏土类蚀变信息。同年，张玉君等提出了“去干扰异常主分量门限化技术”，包括预处理、蚀变遥感异常提取与后处理三大部分，非常有效地提取出了金属矿床的蚀变信息。杨金中对主成分分析、波段比值等分析研究，提出了一套比较实用的遥感找矿异常提取的技术流程，为西部重要成矿区带遥感找矿异常提取工作的开展提供了重要的实践依据。2003年，甘甫平、王润生根据多种遥感数据对遥感矿化信息提取基础与技术方法进行了研究。同年王永江、王润生对西天山吐拉苏盆地与火山岩有关的金矿遥感找矿进行了研究。

陈赶良(1995)经研究认为，虽然Fe2O3含量升高与褐铁矿化有关，Si O2含量的增加与硅化有关，而Ca O和Mg O含量的增加与碳酸盐化有关，但直接应用成分含量难以说明蚀变特征，而提取成分因子，相对而言，能较好地反映蚀变特征。通过对原生矿、氧化矿、围岩和外围岩石的地球化学成分研究:①所选取的成分因子基本能反映蚀变的化学成分特征，其中，Fe2O3/Fe O反映出矿区氧化程度、硅化均强于外围;从原生矿—氧化矿—围岩Na2O+K2O+Al2O3逐渐减少，说明黏土矿化依次减弱;(Na2O+K2O)/Al2O3＜1(为0.26～0.27)，而K2O/Na2O＞1，可见在黏土矿化中，以高岭石为主，强度顺序为高岭石化＞伊利石化＞蒙脱石化;Ca O/Mg O＜1，反映碳酸盐化中以白云石化为主;②外围岩石与矿区岩矿石的地球化学因子有明显的差异， Si O2含量、Fe2O3/Fe O比值低于矿区，说明外围硅化、褐铁矿化较矿区弱;Ca O+Mg O、Ca O/Mg O比值远高于矿区，且Ca O/Mg O＞1，反映了外围碳酸盐含量高，方解石较白云石发育;Na2O+K2O+Al2O3高于矿区，(Na2O+K2O)/Al2O3、K2O/Na2O低于矿区，说明黏土矿物总量及种类相对含量明显有别于矿区，这也可能反映了其成因的差异(可能混入其他成因的黏土矿物)。

经统计分析选择了几个TM波段比值因子，即TM3/1识别褐铁矿化，TM5/7识别黏土矿化、碳酸盐化，TM5/4识别硅化，并通过比值因子和岩矿地球化学因子的相关分析，建立了二者的回归方程:

TM3/1=0.168Fe2O3+1.091

TM3/1=0.020Fe2O3/Fe O+1.404

TM5/7=0.003(Na2O+K2O+Al2O3) +1.01

TM5/7=-0.003(Ca O+Mg O) +1.056

TM5/4=0.006(Si O2) +0.503

选择以突出硅化、褐铁矿化、黏土矿化、碳酸盐化等蚀变为主的图像处理方案，即波段比值+TM波段，辅以KL变换方法，达到了从遥感图像上提取蚀变信息的目的。

党福星(1998)利用航空多光谱(ATM)在新疆阿舍勒地区进行了蚀变信息的定量提取研究，通过分析蚀变程度不同的岩石在ATM1～10波段的反射率特征，提出了不同的比值组合，其中MR52可以定量指示矿化程度。

MR52=(ρATM5-ρATM2)/(ρATM5-ρATM2)

其中:ρATM5为第5波段的反射率值;

ρATM2为第2波段的反射率值。

当0.03＜MR52≤0.05时，矿化程度低;

当0.05＜MR52≤0.10时，矿化程度中等;

当0.10＜MR52≤0.14时，矿化程度高。

杨金中等(2003)提出了运用比值法、Crosta法、光谱角识别等多种方法综合提取遥感找矿异常。其中，光谱角识别为图像监督分类技术，同时也可以选用其他监督分类方法。不同方法基于不同的数学原理，用多种方法反复筛选处理结果，就有可能提出伪信息、较合理地缩小找矿靶区。

杨波等(2005)运用聚类、相关、因子分析等多元统计学方法研究地物实测光谱数据、矿石化学组成、有用成分之间的关系，由此寻找提取硅化的最佳组合变量，借助回归分析进一步建立蚀变与TM比值之间的定量模型，从而依据TM数据预测可能与矿化有关的蚀变部位。但是，这类方法已逾越单纯遥感蚀变矿物填图的范畴，同时由于TM数据就光谱分辨率及空间分辨率而言尚缺乏分辨不同矿物较细微光谱差异的物理前提，单一使用的找矿效果仍有局限。

近年来，出现了一些将标准光谱数据或实测地物光谱数据与已知矿化蚀变线索、TM数据结合起来进行未知矿化外推的新尝试。所谓光谱匹配滤波，就是以标准数据库中某些蚀变矿物或蚀变组合光谱为参考光谱矢量构建滤波检测器，逐像元与图像进行匹配，通过合理选取阈值来获得特定蚀变矿物的分布图示。它将相似性检测与滤波融于一体以减低背景与噪声的影响，矿化蚀变信息提取效果经常会更好些。

此外，岩矿信息的热红外遥感提取也是一个新兴的、有潜力的新领域，但目前应用成果尚少。

三、黑龙江省遥感工作研究程度

黑龙江省是国土资源遥感调查研究工作起步较早的省份之一。遥感地质工作始于20世纪70年代中期，从航空地质起步，后涉入地质填图、矿产勘察、工程选址、环境等领域，20世纪70年代末至90年代，在农、林、牧等专业上也广为应用，并进行了大量的工作，取得了一定的经济和社会效益及可喜的成果。遥感技术已成为不可替代的研究国土资源、环境等方面的重要技术手段。

就黑龙江省遥感图像而言，从二十世纪五六十年代的黑白航空照片发展到20世纪80年代引进的MSS卫星图像，20世纪80年代末至90年代的TM卫星图像及彩红外、热红外航空照片等多种航天、航空资料，极大地丰富了该省遥感信息源，使遥感图像解译技术由单一的目视解译发展为光学处理、计算机处理、数字化的多功能信息处理，并大大地提高了图像的可解性。而这些图像资料又极大地促进了资源与环境方面的研究工作，并取得了阶段性成果。

——主要完成地质矿产遥感工作

完成了黑龙江省1∶20万航空地质调查(试验)，黑龙江省东部航空地质生产性试验报告，利用遥感技术对鸡西、鹤岗等处大型电厂厂址的区域性地质构造及其活动性分析研究报告，黑龙江省砂金探采遗迹影像特征及找金远景研究(1∶50万)，黑龙江省木兰县蒙古山地区遥感地质解译研究及矿化地段检查，黑龙江省泥炭远景地质调查等7份研究报告;黑龙江省北部黑河—漠河间应用遥感技术找金研究，黑龙江省北部地区1∶50万遥感地质解译验证，黑龙江省五大连池、哈尔滨(地区)航空遥感实验研究，黑龙江省多宝山—宽河斑岩铜矿(金)成矿带遥感解译，黑龙江省龙江—大杨树地区火山岩地质构造与矿化带验证，黑龙江省龙江县—内蒙古自治区阿荣旗火山地质构造与多金属矿化遥感解译验证报告，黑龙江省大兴安岭地区白卡鲁山一带地质构造与多金属矿化遥感解译验证报告，黑龙江省典型航、卫片图册(上、下)，黑龙江省国土资源遥感综合调查(其中包括黑龙江省土地、森林、矿产、构造稳定性、生态环境、灾害、大江大河、信息系统等14个课题内容)，松嫩平原地区生态环境地质调查遥感解译(1∶25万)，中俄界河塌岸地质灾害动态遥感监测报告(1∶10万)，松辽平原经济区第四系基础地质遥感调查报告(1∶25万)，黑河—七台河—双鸭山能源多金属成矿带遥感地质综合调查报告。

总之，黑龙江省遥感调查研究成果多以现状调查或以点代面研究为主，由于黑龙江省地处我国东北边疆，属于东北平原与林海自然地貌景观区，植被、第四系松散堆积物高度覆盖等因素，遥感调查研究工作基础相对薄弱，主要是:调查比例尺相对较小，以1∶100万～1∶50万为主;调查内容不够系统全面，没有充分利用遥感新技术新方法开展找矿方法研究工作，从一定意义上该项工作还处于空白状况。因此开展本项目的研究将为黑龙江省的找矿工作提供重要的基础资料，黑龙江省以往遥感地质工作详见工作程度图1-7，工作简表1-2。

图1-7 黑龙江省遥感地质调查工作程度图

表1-2 黑龙江省遥感地质工作简表

续表1-2