云南思茅老黄寨铜矿Landsat8 OLI遥感影像的组合分析法蚀变信息提取研究

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摘要：在认真阅读及目视解译云南省思茅老黄寨铜矿矿区Landsat 8 OLI遥感影像数据的基础上，以USGS波谱库矿物波谱曲线为依据，根据研究区思茅老黄寨的现有地质资料，结合老黄寨铜矿床内的岩石矿物光谱特征，使用最新时像OLI遥感影像数据并采取主成分分析方法（PCA）与比值法相互结合的方法提取遥感蚀变异常信息。

Abstract： Based on the Landsat 8 OLI remote sensing image data of the Laohuangzhai copper mine in Simao， Yunnan Province， and based on the spectral spectrum of the USGS spectral library， according to the existing geological data of Laohuangzhai in Simao， combined with the characteristics of the rock and mineral spectrum in Laohuangzhai copper deposit， this paper uses the latest OLI remote sensing image data and takes the method of principal component analysis （PCA） and the ratio method to extract remote sensing alteration anomaly information.

关键词：OLI影像；蚀变信息；提取方法；老黄寨铜矿

Key words： OLI image；alteration information；extraction method；Laohuangzhai copper mine

中图分类号：P283.8 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）03-0189-03

0 引言

围岩蚀变是一种重要的找矿标志，通过蚀变信息来进行找矿目的的研究已经有悠久的历史，且成功找矿的实例在国内外数不胜数。蚀变围岩因为其组成成分和物化特征的不同在遥感图像表现出不同的色调，在波谱上表现为不同的波谱曲线，这就为遥感提取蚀变提供了良好的基础条件，且经过前人的大量研究验证，遥感提取蚀变结可靠准确。

截止到目前，国内外的遥感工作者大多是利用ETM+、ASTER等数据来研究蚀变信息提取，因此现在对于ETM+、ASTER的研究文献报道居多，提取手段也比较成熟。2013年2月，美国航天局发射了landsat8卫星，该卫星拍摄的oli数据较Landsat之前系列卫星新增两个波段即海岸波段和短波红外波段，现在基于Landsat8拍摄的最新时像OLI数据在蚀变信息提取等应用方面的研究文献还比较少。

目前提取蚀变信息比较成熟的方法有主成分分析法（也称为K-L变换）、波段运算法以及光谱角法（SAM），通过这些方法提取蚀变从而达到找矿目的在国内外的找矿研究的实例中数不胜数，但是这些方法在实际操作中也会表现出一些问题，比如PCA方法虽然去除了波段间的相关性，但是波段噪声会掩盖微弱的蚀变信息，而比值法能在波段运算过程中能增强信息，降低波段间的信噪比。针对这些方法在实际中反映出来的问题，结合老黄寨铜矿实际地质情况，根据研究区的蚀变矿物所反映出来的特定光谱特征，此次基于老黄寨铜矿蚀变信息提取将采用主成分分析和波段运算法相互结合的方法，有效地降低波段间相关性及背景噪声，增强图像信息，去除干扰因素，有效准确地提取遥感围岩蚀变信息。

1 研究区概况

研究区位于云南省宁洱县勐先镇老黄寨村，地理坐标（西安80坐标系）：东经101°11′15″～101°13′30″，北纬22°59′30″～23°03′45″，研究区处于思茅盆地中轴断裂带，其成矿带位属于无量山-营盘山，该成矿带目前已经发现了15余处小型矿点，至今尚未发现中-大型矿点，附近比较典型的脉状铜矿床有白龙厂铜矿床。

据1：20万普洱幅区域地质调查报告，研究区出露下白垩统曼岗组下段（K1m1）、中段（K1m2）及上段（K1m3）、上白垩统勐野井组中段（K2m2）及全新统（Q4）等。研究区中的脉状铜矿床组成成分丰富矿石结构复杂，矿体大多以脉状，网脉状的形式产出，而且其分布广，矿点多，铜品位高，脉状铜矿伴生的银、钴能达到工业标准，因此研究区内的脉状铜矿床是我国一种值得深入研究的重要铜矿床类型，根据前人的研究资料矿床具有明显的围岩蚀变，以硅化、铁化、泥化和重晶石化为特征。

2 数据来源

本次研究数据采用的是最新时像landsat8 OLI数据，数据选用2016年2月16日拍摄的130/44景OLI影像，影像质量优秀，云量覆盖率低于1%。

3 蚀变提取的理论依据

由于不同地物的组成成分、构造特征等因素的不同，使得其对电磁波的反射特征不同，造成不同地物反射电磁波的波谱信息也不相同，因此在遥感地质应用中，由于蚀变矿物与周围的矿物组成成分及构造特征不同，使其波谱曲线也截然不同，并且某些特定的蚀变岩石有其独特专属的光谱形态特征，这些特定的蚀变岩石独特的光谱形态特征为遥感提取蚀变信息提供了理论依据。根据蚀变矿物的光谱曲线，采用合适的提取方法，增强遥感影像的图像信息，降低波段间的相关性，从而有效准确地提取蚀变信息。

根据老黄寨铜矿矿床的实际地质特征，主要围岩蚀变类型有铁化、硅化、泥化、重晶石化。因为研究区围岩蚀变的强度的不同，因此会限制提取遥感蚀变异常信息的程度，本次提取蚀变主要进行羟基蚀变和铁染蚀变提取。二者的光谱特征如图1、图2所示。

羟基蚀变矿物的光谱曲线在2.3μm至2.4μm之间表现为反射率吸收谷，在OLI7波段上存在比较明显的吸收带，在OLI6波段有较明显的反射率（图1），而研究区内的含铁矿物在氧化作用下形成褐铁矿，所以研究区内的铁染蚀变在遥感影像下表现出来的是褐铁矿化。褐铁矿化是由水针铁矿、针铁矿、水纤铁矿、纤铁矿、更富含铝的氢氧化物、水的氢氧化铁胶凝体以及含水的泥质、氧化硅等常共同产出而形成，含铁量达30%～40%，由铁染蚀变矿物波谱曲线（图2）可以看出，在图像中0.6～0.9μm间产生强烈的吸收谱带，在0.9μm处反射率达到波峰。OLI2和OLI5波段上蚀变波谱曲线处于吸收谷，在OLI4波段上有比较强烈的反射率。

4 蚀变信息提取

4.1 研究区干扰信息的去除

影像去干扰处理是通过光谱特征的观察，对影响提取蚀变信息的不同干扰地物选用不同的掩膜方法，将有可能影响蚀变提取的地物如水体、植被、云雾块，地形阴影等抑制并去除，从而降低蚀变信息提取的误差，增加提取的准确度。本次研究区主要的干扰物为植被和地形阴影影响。（图3）

4.2 蚀变提取及结果

至今为止，遥感蚀变提取应用最多的方法当属主成分分析法（PCA），该方法能把原来各波段中有用的图像信息集中较少的波段中，并且将新的波段组合运算，有效的降低各波段间的相关性，但是由于其他干扰因素的影响，会增加提取误差，运用波段运算，减少干扰影响增强蚀变矿物与围岩矿物之间的信息反差，本次研究采用主成分分析法和波段运算法结合来达到蚀变信息提取的目的。

根据矿物波谱曲线图可以看出，褐铁矿化的特征光谱信息主要集中在OLI2～OLI5波段，尤其在OLI4波段表现为较强烈的高反射，根据研究区的地质概况和矿物波谱曲线，为了增强铁染蚀变图像的亮度反差功能，降低背景噪声和其他微弱干扰信息的影响，本文所提取的铁染蚀变将采用OLI2、OLI4、OLI5、OLI4/OLI3这4个波段用于波段组合及主成分分析提取蚀变信息，统计结果如表1所示。

从表1中可以看出，在PC4上OLI2和OLI5特征向量贡献系数为正并且与OLI4的系数相反，OLI4与OLI4/3贡献系数相同同为负，因此判定PC4即第4主分量为此次提取遥感铁染蚀变异常信息的特征向量，对第4主分量进行主成分分析提取铁染蚀变异常。

与羟基有关的蚀变矿物根据其对应的特定光谱曲线特征，本次研究将选取OLI2，OLI5，OLI6，OLI7进行波段组合及主成分分析提取羟基蚀变异常信息，统计结果如表2所示。

从羟基蚀变表中可以看出，PC4上OLI2和OLI6特征向量的贡献系数为负且与OLI5相反，OLI5与OLI7贡献系数相同同为负，因此判定第4主分量为本次研究提取遥感羟基蚀变异常信息的特征向量，因此对第4主分量进行主成分分析提取羟基蚀变异常。通过对OLI数据提取遥感铁染蚀变异常信息和羟基蚀变异常信息的提取结果如图4和图5所示。

在前人的研究基础上对铁染和羟基蚀变提取结果进行分析验证，基于OLI数据采用以主成分分析法与比值法结合的方法选取OLI数据的第2、4、5、4/3波段能较准确的提取该铜矿矿床的铁染蚀变异常信息；采用主成分分析法选取第2、5、6、7波段，能较准确的提取该铜矿矿床的羟基蚀变异常信息。

5 结论

①通过分析老黄寨铜矿矿床的地质概况和该矿床蚀变矿物的波谱特征曲线形态，通过遥感影像提取蚀变异常信息，结合研究区的实际情况和相关离子矿物所对应的特征光谱曲线，对OLI数据的2、4、5、4/3波段组合提取铁染蚀变信息，对2、5、6、7波段波段组合提取羟基蚀变信息。

②通过对主成分分析法与波段运算法的相互结合，利用主成分分析法把原来各波段中有用的图像信息集中较少的波段中，并且将新的波段组合运算，有效的降低各波段间的相关性，再通过波段运算法去除背景噪声增强图像信息，增加蚀变矿物与围岩矿物的信息反差，从而达到较好的抑制去除干扰地物的影响，提高蚀变提取的精度。

参考文献：

[1]张玉君，曾朝铭，等.ETM+（TM）蚀变遥感异常方法研究与应用―方法选择和技术流程[J].国土资源遥感，2003，6（2）：44-50.

[2]张守林.基于ETM数据矿化蚀变信息定量提取方法研究[D].中国地质大学（北京），2006.

[3]徐涵秋，唐菲.新一代Landsat系列卫星：Landsat8遥感影像新增特征及其生态环境意义[J].生态学报，2013，33（11）：3249-3257.