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基于 MPT 方法的遥感蚀异常信息提取和成矿预测以青海大格勒沟地区为例吴明刚 1,2，马文虎 3，马占青 3，范依航 2（1.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛266100；2.烟台黄金职业学院，山东烟台265401；3.青海省柴达木盆地盐湖资源勘探研究重点实验室，青海省柴达木综合地质矿产勘查院，青海格尔木816099）摘要：MPT 方法是基于“掩膜技术+主成分分析+门限化分级”数据处理流程的蚀变信息提取方法，其能够在有效排除植被、冰雪、水体等干扰信息基础上，定量提取主成分中弱蚀变信息并进行等级划分。本文以landsat8 OLI 数据为基础，基于 MPT 方法提取了大格勒沟地区的铁染和羟基蚀变信息，并与已知地质背景进行了分析比较。结果表明，区内现有金多金属矿详查区内铁染和羟基综合蚀变异常信息与水系沉积物 Au、Cu 和Mo 元素异常、铜金矿体以及断裂破碎蚀变带分布吻合程度高，遥感蚀变异常信息能够有效指示矿化部位。基于综合蚀变异常信息、异常验证分析结果和区域地质背景，圈定了 5 个成矿远景区，为该区下一步找矿工作提供了参考。关键词：MPT 方法；掩膜技术；主成分分析；门限化分级；蚀变信息提取；成矿预测doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.01.007中图分类号:TD982 文献标志码:A 文章编号:1000-6532（2023）01005508 CO23近地表围岩蚀变是一种重要的直接找矿标志，其大面积的分布往往伴生较大规模的热液矿床，在多金属矿产资源勘查中指示意义明显1-2。围岩蚀变中，受 Fe2+、Fe3+、OH-和等离子基团电子跃迁影响，典型铁染和羟基等蚀变矿物在不同波段呈现特征光谱反射率特征，为遥感蚀变找矿提供了理论依据和基础3-4。目前遥感蚀变信息提取的常用方法有波段运算法、主成分分析法和光谱角法等5-6，其中主成分分析以实现简单、效果好、稳健等优点广泛应用7，但单一的主成分分析往往容易受到地表植被、水体和冰雪等噪声影响，且主成分分析法提取的蚀变信息含量往往较少、量化分级较为困难，为解决这两方面的问题，诸多学者已提出多种基于主成分分析的、更为有效的技术和方法，如“图像掩膜+主成分分析+监督/非监督分类”方法8；“比值+主成分分析法”9；“去干扰+波段比值+主成分分析+分形理论阈值分割”方法10。MPT 方法是基于“掩膜技术（Mask）主成分分析方法（Principal ComponentAnalysis，PCA）门限化分级技术（ThresholdClassification）”的数据处理新方法，该方法能够有效排除冰雪、植被、水体等干扰信息，定量提取主成分中弱蚀变信息并进行等级划分，已受到越来越多学者的青睐11-13。大格勒沟脑地区位于青海省格尔木市大格勒河下游，区内断裂构造发育，火山活动较为频繁，成矿地质条件较为优越，目前区内两个详查区（图 1）内已圈定金矿（化）体 24 条，金矿石金属量超过 4 t，成矿潜力巨大。本文以大格勒沟脑地区为例，通过 MPT 方法提取区内铁染和羟基蚀变信息，并结合区内地球化学及勘查结果，对提取的遥感蚀变信息有效性进行了分析讨论，以期对该区的下一步探矿增储工作提供参考。1研究区地质概况区内主要出露地层由老至新为元古界（Pt）、收稿日期:2022-04-08基金项目:中国地质调查局青藏专项项目（12120113032900）作者简介:吴明刚（1989-），男，博士研究生，讲师，主要从事矿床成矿作用学习和研究。第 1 期矿产综合利用2023 年 2 月Multipurpose Utilization of Mineral Resources 55 石炭系（C）、三叠系（T）、新近系（N）和第四系（Q），其中元古界以中-新元古界万宝沟群下部火山岩及碎屑岩组（Pt2-3 W1）玄武岩和上部碳酸盐岩组（Pt2-3 W2）灰岩为主；石炭系可见下石炭统哈拉郭勒组（C1hl）含铁质长石石英砂岩夹安山岩、大干沟组（C1dg）岩屑砂岩夹板岩，上石炭统浩特洛哇组（C2ht）灰岩、石英砂岩；三叠系可见中三叠统闹仓坚沟组（T1-2nc）砂岩、砂板岩、灰岩段、砂砾岩，上三叠统八宝山组（T3bb）长石石英杂砂岩；新近系以贵德群（NG）长石石英砂岩、砾岩为主；第四系以洪积砂砾石及亚砂土为主。区内断裂构造主要有 6 条，以东西向和北西向压扭性逆断层为主，其中 F1 和 F2 断裂倾向北，F3、F4、F5 和 F6 断裂倾向南，各断裂带内破碎蚀变带，构造角砾岩、断层泥及擦痕等较为常见。岩浆岩可见华里西期花岗闪长岩体（），印支期斑状钾长花岗岩（）、正长花岗岩（）和石英正长斑岩（）。2数据处理与方法 2.1数据处理选取 2015 年 7 月 25 日的 landsat8 OLI 遥感影像作为数据源（数据编号：LC81360352013271LGN01），该影像中研究区冰雪覆盖程度相对较低、云量极少（0.66%），满足研究需求。首先利用ENVI5.3 软件对影像依次进行辐射定标和大气校正，以将遥感影像 DN 值转依次换为大气外层表面反射率和地表实际反射率，进而消除大气散射、吸收、反射引起的误差；然后对大格勒沟脑地区遥感影像进行裁剪和归一化处理，以便进行掩膜、主成分分析和门限化分类处理。2.2技术方法 2.2.1掩膜技术（Mask）遥感蚀变信息提取过程中，为有效提取地表岩矿石反射率特征，需建立冰雪、植被、水体、道路和建筑物等干扰信息掩膜，并将其在图像中的信息设置为 0，以避免其参与后续影像处理和运算。掩膜过程中，一般是根据植被和冰雪水体等干扰信息在特征波段的吸收反射特征，利用波段比值等方法突出显示其特征然后根据阈值区分干扰和非干扰信息。根据研究区真彩色遥感影像目视解译，区内存在植被、冰雪和河流等地表干扰信息，首先利用归一化植被指数和典型植被信息阈值（0.18）建立植被掩膜（图 2a）14-15；其次利用改进的归一化差异水体指数和阈值信息（-0.24）建立冰雪和水体掩膜（图 2b）16-17；最终通过波段叠加运算获得植被、冰雪和水体综合掩膜。952100N360000354800955000图例123456789101112131415161702 km1.第四系洪积物；2.新近系贵德群长石石英砂岩；3.中三叠统闹仓坚沟组砂岩、砂板岩；4 上三叠统八宝山组长石石英杂砂岩；5.上石炭统浩特洛哇组灰岩；6.下石炭统大干沟组岩屑砂岩；7.下石炭统哈拉郭勒组含铁质长石石英砂岩；8.中-新元古界万宝沟群碎屑岩组；9.中-新元古界万宝沟群碳酸盐岩组；10.印支期石英正长斑岩；11.印支期正长花岗岩；12.印支期斑状钾长花岗岩；13.华里西期花岗闪长岩体；14.地层界限；15.逆断层；16.性质不明断层；17.勘查区图 1 大格勒沟地区地质图Fig.1 Geological map of Dagelegou area 56 矿产综合利用2023 年 2.2.2主成分分析（PCA）多光谱遥感数据受同物异谱情况限制，不同波段遥感影像相关性强，不利于分类18，主成分分析方法借助于正交变换，利用不同波段组合特征，在保持方差综合不变基础上，将原来多光谱数据降维、消除相关性后得到新的图像，进而可突出显示特定类型地物的图像信息。其主要原理如下：有矩阵：X=|X11X12X1nX21X11.X2n.Xm1Xm2.Xmn|=Xikmn其中，m 和 n 分别为波段数（或称变量数）和每幅图像中的像元数；矩阵中每一行矢量表示一个波段的图像。通过 Y=TX 线性变换（其中 T 是正交矩阵），会得到一组（m 个）新的变量（即Y 的各个行向量），它们依次被称为第一主成分、第二主成分、第 m 主成分。这时若将 Y 矩阵的各行恢复为二维图像时，即可以得到 m 个主成分图像。受 Fe2+、Fe3+离子基团影响，黄铁矿、赤铁矿和磁黄铁矿等铁染蚀变矿物在 OLI2 波段和 OLI5波段呈较为明显的吸收特征，而在 OLI4 波段和OLI6 波段处呈较为明显的反射特征（图 3）；受OH-基团影响，高岭石、石英绢云母片岩和绿泥石等羟基蚀变矿物在 OLI6 波段处呈强反射特征，在 OLI5 波段和 OLI7 波段处呈明显的吸收特征（图 4）。依据铁染和羟基蚀变矿物波谱发射特征，通过分别选取特征波段进行主成分分析，能够依据主成分各波段特征向量正（反射）、负（吸收）特征，能够有效提取铁染和羟基等目标蚀变矿物信息而进行找矿预测。2.2.3门限化分级（Threshold Classification）基于 PCA 提取的蚀变信息，往往出现在主成分 PC4 中，且其信息量占全景信息比例极低，往往不足千分之一19，为避免人为因素干扰、在极少量的蚀变异常信息有效提取各级异常信息，张玉君等提出门限化分级技术。该技术主要依据是：在数学统计学领域，如果观测值的偶尔误差呈正态分布，偶然误差或然率曲线的表达式如下：y=12ex222其中：为标准误差(a)植被掩膜(b)冰雪和水体掩膜图 2 大格勒沟脑地区干扰信息掩膜Fig.2 Interference information mask 0.500.20.40.60.81.0B1B3B2B4B5B61234B71.01.5波长/um反射率2.02.5（据 USGS 波普曲线修改）1.黄钾铁矾；2.针铁矿；3.褐铁矿；4.赤铁矿图 3 铁染蚀变矿物波普曲线Fig.3 Pop curves of iron-stained minerals 0.500.20.40.60.81.0B1B3B2B4 B5B61234B71.01.5波长/um反射率2.02.5（据 USGS 波普曲线修改）1.高岭石；2.方解石；3.白云石；4.绿泥石；5.绿帘石图 4 羟基蚀变矿物波普曲线Fig.4 Pop curves of hydroxyl altered minerals and rocks 第 1 期2023 年 2 月吴明刚等：基于 MPT 方法的遥感蚀异常信息提取和成矿预测 57 =|ni=1(XiX)nk如果取 k 倍的标准误差，那么,任一观测值的误差介于之间的或然率 p 见表 1。Xk遥感影像涵盖面积广，反射率值分布往往符合正态分布，采用标准偏差()作为异常分割的尺度切实可行，可把均值(X)作为区域背景，并利用(+)确定异常下限和划分异常强度等级。表 1 或然率与误差的关系Table 1 Relationship between probability and errork 0.000 0.320 0.670 1.000 1.150 1.960 2.000 2.580 3.000p 0.000 0.250 0.500 0.680 0.750 0.950 0.955 0.990 0.997 3遥感蚀变信息提取 3.1铁染蚀变信息提取 3.1.1主成分分析选取大格勒沟脑地区 OLI2、OLI4、OLI5 和OLI6 波段遥感影像，叠加综合掩膜后进行主成分分析，各主成分特征向量见表 2。依据铁染蚀变矿物波普曲线特征，集中反映铁染蚀变矿物的主成分，OLI4 波段特征向量应重点反映反射信息呈正值，OLI2 波段和 OLI5 波段应重点反映吸收信息呈现负值，分析发现 PC4 取反后符合要求，即通过波段运算取反后的 PC4 集中反映了铁染蚀变信息。3.1.2门限化分级XXk统计取反后主成分 PC4 图像反射率，经统计，反射率最小值为-0.056735，最大值为 0.028023，均值（）为 0，标准差（）为 0.004469，且反射率分布总体上符合正态分布（图 5），可采用门限化方法进行铁染蚀变信息分级。本次 k 值取 1.0、1.5、2 和 2.5，以(+)分别圈定铁染四级、三级、二级和一级异常（表 3、图 6）。3.02.52.01.5比例/%1.00.50.0513270.0313030.011279 0.008746反射率0.028770 0.0487940图 5 铁染蚀变影像反射率-像素数量占比Fig.5 Reflectance-pro