铁氧化物及铁帽遥感信息提取

在金矿围岩蚀变中，从金属硫化物带到铁白云石蚀变安山岩带，只要处于氧化环境便可产生褐铁矿、黄钾铁矾、高岭石、蒙脱石等次生矿物，这就使矿化蚀变岩石的反射波谱曲线在靠近紫外区部分，呈现出由于铁离子电子跃迁而产生宽吸收带；在电磁波谱宽誉缓红外区2.2μm附近出现由于OH-伸缩振动而产生的锐吸收带；在1.6μm附近则出现强反射（张天义等，1991），非蚀变岩不具备这些特征。可见，铁氧化物及铁帽与金矿和大多数金属硫化物矿床矿化关系密切，世界上许多金属矿床的发现，很多就是发掘和利用了铁帽这一特征信息，因此，首先寻找铁帽对于进一步找矿有重要意义。基于上述光谱物理基础，应用遥感方法寻找铁帽有很多成功的例子（周正武等，1996；孟新等，1995；陈光火，1992；杨兆才，1993；朱嘉伟等，1995；金浩等，1994）。阿希金矿主体Ⅰ号矿脉褐铁矿化明显（图版4a），因此本论文利用这一典型特征进行遥感图像处理蚀变信息提取研究。

1.铁氧化物波谱曲线特征

根据美国Jpl实验室研究成果（图5-5），含铁氧化物矿物反射波谱曲线具有以下特点：

铁氧化物矿物的波谱曲线在0.4～2.0μm平缓单调升高，但褐铁矿物在TM1、4波段有一较强的吸收带，而在TM3反射率略高于TM1、2波段，在2.35μm处有一个较强的吸收带，硅化、褐铁虚清矿物1.7～1.8μm区间为高反射峰，而在2.2～2.35μm处为一较强吸收带。根据上述曲线特点，应用波段比值法提取铁帽等信息。

2.比值、主组分变换＋组合比值处理提取铁帽遥感信息

波段比值采用TM5/2、TM7/1、及TM4/3方法以突出铁氧化物在上述波段范围内的信息，其中选TM7/1可有效压抑绿泥石类蚀变矿物在TM7的信息。通过对上述3个比值图像作RGB假彩色合成可见（图版7a），图中较浅色调的青绿色是氧化铁信息的反映，除4、5、6号已知矿（化）体与此色调关系不密切外，2、3、7、8、9号已知矿（化）体都处于青绿色调异常区内。图像中棕红色调影像区主要跟植被关系较密切，而青蓝色调区植被不发育。可见，吐拉苏断陷盆地铁氧化物蚀变矿物与气候影响造成的风化作用关系密切。另外，在图版7a典型青绿色调的铁氧化物异常色调区范围有一个Cu-Pb-Cd地化异常晕叠加其上。笔者认为慎模，此铁氧化物蚀变区由于处在吐拉苏断陷盆地南缘边界大断裂附近，矿化蚀变类型比较复杂，应是寻找多类型金属矿床重点靶区。

图5-5 含铁氧化物矿物反射波谱曲线

（据Jp11.lib资料编）

上述图像处理虽然较好地提取了铁氧化物蚀变信息，但铁氧化物蚀变所反映的异常色调并不十分明显。为此，为反映更多铁氧化物蚀变信息，根据图5-5铁氧化物反射波谱曲线、表5-2及主组分变换特征向量矩阵情况，TM5波段是铁氧矿物强反射峰值区，TM1是其强吸收谷所在区，同理，PC2及PC6都是铁氧化物矿物负载荷因子较大的主分量所在区。进一步采用TM（5/1）、PC6（负值）、PC2（负值）组合方式以突出铁帽及铁氧化物在上述波段光谱反射率信息（图版7b）。从图上可见3种影像色调，即红、青蓝及青绿，红色对应于地形起伏等原因造成的阴影区的暗色调区，青蓝色调对应于岩层顶面出露区，在吐拉苏断陷盆地范围内，而青绿色调则多数对应于不同时代岩层被断层错断部位。除2、4、5矿（化）体以外，其余矿（化）体都分布在青绿色调为主的分布区。表明已发现的多数矿（化）体都与一定的铁氧化物矿物蚀变（氧化）关系密切。

表5-2 研究区TM1、3、4、5主组分变换特征向量矩阵

3.比值－特征主组分选择法综合遥感信息的提取

特征主组分选择（Feature-Oriented Principal Component Selection,FPCS）是指根据地物的波谱特性和主组分分析后产生的特征向量矩阵中各波段的载荷因子的大小来提取目标地物信息的方法。这种方法首先是由Crosta和MCM.Moore在1989年提出来的，1991年Longhliu又成功地用此方法填绘了美国西部内华达等州的蚀变信息。具体做法如下：当用于变换的波段较多时，可按照一定的准则将波段划分为若干组，用每一组的图像分别作变换（Chavez,1989），一般将TM数据按波段分成1、3、4、5和1、4、5、7两组，分别作主组分变换，通过对比矿物光谱曲线在PCA特征向量载荷因子进行填图，即用TM1、3、4、5波段主组分变换进行铁氧化物填图，用TM1、4、5、7波段主组分分析进行含羟基矿物填图。其实质是通过主组分变换来扩展TM 5与TM1及TM5与TM4的光谱反差来提取铁氧化物信息，扩展TM5与TM7的光谱反差来提取含羟基矿物的光谱信息（刘志杰，1995；刘庆生，1999）。

（1）铁氧矿物波谱信息图像（简称F图像）的确定

先以TM1、3、4、5为一组，做主组分变换，此主组分变换图像必须同时满足：TM1与TM3具有相反的贡献标志，或TM5与TM4具有相反的贡献标志，TM3与TM5至少有一个为强负载荷，用以寻找含铁氧矿物的图像。结果表明PC4满足上述条件，可作为F图像（表5-2及图5-6）。在同幅含铁氧矿物图像中，含羟基矿物信息将被屏蔽。

图5-6 研究区TM1、3、4、5主组分变换特征向量矩阵曲线图

（2）含羟基矿物波谱信息图像（简称H图像）的确定

另一组不选TM1、4、5、7为一组，而是以TM5/7、TM4/3为一组，做主组分变换后，类似于F图像确定的方法，进行提取H图像的处理。对比确定其第二分量为H图像，然后对确定的H图像做直方图均衡，并将增强的TM7图像与两者进行RGB假彩色合成，图像中浅蓝色区为第三系风成土壤分布区，与橘色、褐色相混杂的淡蓝色调异常为羟基蚀变信息，红色区为铁染区，黄色和橘黄色区为蚀变信息（图版8）。如前所述，实地考察阿希矿所在地发现，阿希金矿床为贫硫化物型，金属硫化物含量少，一般＜5%，主要金属硫化物有黄铁矿、白铁矿、毒砂，其次为含银自然金、自然金、黝铜矿、黄铜矿、方铅矿、深红银矿。有些赤铁矿和褐铁矿可能为热液期产物。阿希矿主体－Ⅰ号含金石英脉由于多期构造活动，石英脉破碎严重，其地表出露带矿化蚀变明显，石英脉上方存在着残留的铁帽，在此特征主组分选择－比值图像上，具有桔红色的褐铁矿化等蚀变特征（图版8）。

在此图像上，对应于色调特征明显的红色铁染区是潘津布拉克东北方向呈NW向延伸的大哈拉军山组分布区，该铁染区还具有以下几方面特征：

1）在航空及卫星遥感影像上该区都有一个显著的环形构造处于铁染区的中北部，从卫星影像上还可进一步看出，此环形影像具有放射状水系，环中心为正地貌的特征；

2）其纹理为较粗糙的不规整块状，与大哈拉军山组第五岩性段特征相似；

3）该色调异常区地处吐拉苏断陷盆地南缘，又与一个Cu、Pb、Cd地化异常晕范围吻合很好；

4）紧邻色调异常区西南部，已发现一处于吐拉苏断陷盆地南缘大断裂带上的铜金矿化点（盘井希克铜金矿化点），其地理坐标为东经81°32'12″，北纬44°23'08″。前已述及，该矿化点在Munsell图像处理提取的含金石英脉信息影像上，含金石英脉有清晰显示（图版1b）；

5）红色铁染区影像异常在靠近吐拉苏断陷盆地南缘边界断裂地带，色调明显加深，并有沿该断裂北缘带状分布特征。

从以上情况分析，该铁染区热（液）蚀变强烈，并受吐拉苏断陷盆地南缘边界断裂活动控制，还有环形影像与已发现矿化点的存在，不难看出，此红色铁染区具有良好的找矿前景。

研究区内具有典型黄铁矿化及褐铁矿化的已知矿（化）体与比值－特征主组分方法影像上蚀变异常色调的关系（图版9b），证明了这种方法提取铁氧化物及其他含羟基蚀变矿物蚀变信息的有效性。

可见，上述3种有关铁氧化物信息提取的遥感图像处理都获得了较好效果，尤其是比值－特征主组分选择法获取的铁氧化物遥感信息丰富逼真，更具有实际应用价值。它是我们今后应进一步发展完善的好方法。