遙感在大興安嶺森林覆蓋區地質礦產調查中的應用
——以黑龍江洛古河1∶5萬區域地質礦產調查工作為例

周傳芳，陳 卓，2，孫彥峰，梁中愷，楊長保，姜 平，馮 嘉，杜海雙

1.中國地質調查局 哈爾濱自然資源綜合調查中心，黑龍江 哈爾濱 150086；2.中國地質大學，北京 100083；3.吉林大學，吉林 長春 130026

0 引言

遙感數據是區域地質調查中必不可少的數據之一［1］，航空航天遙感技術在大中比例尺區域地質填圖中的應用被列入國家重點新技術推廣項目計劃以來，在區域地質調查、生態環境調查和地質災害調查等工作中發揮了越來越重要的作用［2-5］.遙感圖像能夠詳盡地反映地質景觀，在解決基礎地質問題、提高區域地質調查質量以及加快區域地質調查步伐等方面具有顯著的作用［6-8］，特別是在道路更新、巖性識別、構造解譯、蝕變異常提取等方面具有獨特的優勢［4］.遙感先行，地質現象引導地質路線的填圖方法被普遍運用到了區域地質填圖之中［9-10］.

遙感技術在我國西北部基巖裸露區和西南部巖溶地區的區域地質調查中發揮了重要作用［11-12］，在大興安嶺森林覆蓋區對于中生代火山機構的圈定、區域斷裂構造的解譯效果較好，但在巖石和地層解譯方面效果不明顯，這主要是由于植被覆蓋和地表殘坡積層厚，巖石光譜反射受到影響所致.大興安嶺是中國重要的成礦區帶之一，2000年以來，中國地質調查局先后在大興安嶺北部區調空白區部署了多幅1∶5萬區域地質礦產調查工作［13］.該地區植被發育，基巖露頭稀少，交通極為不便.同時，該區氣候寒冷，適合野外地質工作的時間短，給區域地質礦產調查增加了難度.在中國地質調查局“黑龍江大興安嶺洛古河等4幅1∶5萬區域地質礦產調查”項目實施過程中，采用遙感技術先行的原則：布置路線前遙感地質解譯—路線中遙感解譯驗證—路線后對遙感影像總結分析，形成地質體解譯標志，進而指導合理布設地質路線，并結合水系沉積物測量異常在遙感圈定的成礦利于區針對性地開展礦產勘查工作，取得了較好效果.

1 區域地質概況

研究區位于大興安嶺北部黑龍江省和內蒙古自治區結合部位，區內地勢西南高東北低，海拔標高在350～1072 m之間，屬低山地形.大地構造位置處于興蒙造山帶東段額爾古納地塊之上（圖1a）.研究區出露的地層包括古元古界興華渡口巖群變質巖、南華系佳疙瘩組變質巖、震旦系額爾古納河組變質巖、晚三疊世—早侏羅世富源溝中－基性火山巖（未建組）①武警黃金第三支隊.1∶5萬區域地質礦產調查報告（洛古河幅、興華溝林場幅、阿凌河幅、1072.3高地幅）.2019.、中上侏羅統—下白堊統額木爾河群陸源碎屑沉積巖（自下而上依次出露繡峰組、二十二站組、漠河組、阿凌河礫巖①）、下白堊統九峰山組砂巖、早白堊世甘河組基性火山巖和新生代古近系孫吳組和第四系堆積物等.巖漿巖主要包括早寒武世、晚奧陶世、晚二疊世、早侏羅世和早白堊世中酸性侵入巖，巖性以二長花崗巖、花崗閃長巖為主.受漠河推覆構造的影響，研究區內沉積盆地北部地質體多發生韌性變形；脆性斷裂以北西、北東向為主，近東西向、近南北向次之（圖1b）［14］.

圖1 研究區大地構造位置及地質簡圖Fig.1 Tectonic location and geological sketch map of the study area

2 遙感數據處理

2.1 數據選擇

遙感數據盡量選擇云量小、冰雪植被覆蓋少的影像資料，東北地區一般春秋季節為最佳時相.經多種多時相數據對比，最終選定研究區春季和秋季的SPOT 7、Landsat 7 ETM＋、Landsat 8 OLI、ASTER影像數據（表1）.3類影像數據均無云和冰雪覆蓋，植被影響較少.

表1 遙感數據基本參數Table 1 Basic parameters of remote sensing data

2.2 彩色合成

彩色合成時的波段選擇是根據影像應用目的、制圖區地質情況和圖像信息量豐富程度確定的［3］.由于人眼對彩色影像的識別遠高于對灰度影像的識別，因此可通過對多光譜或高光譜進行彩色合成來提升目視解譯的辨別能力［9］.彩色合成處理時，波段選擇是關鍵，不同的波段組合反映的地貌信息程度不同，取得的效果也不一樣.相關系數反映了波段相關的程度，其值越小，信息量的重疊就越小.方差反映像元亮度值離散度，方差越大，信息量越豐富.理想的波段組合應該是波段相關系數最小，方差最大（信息量豐富）.考慮到不同波段的相關性（表2），在利用Landsat 7 ETM＋進行彩色合成時，選定了7、4、2波段，合成后的圖像不僅充分反映研究區不同地物的界線和相同地物間的層次，而且影像色彩豐富，接近于真彩色，反差適中.針對Landsat 8 OLI則選定7、5、3波段合成方式，合成效果顯示，其波段波長和信息量均與Landsat ETM＋的7、4、2波段合成相近.

表2 Landsat 7 ETM＋各波段間相關系數Table 2 Correlation coefficients between bands of Landsat 7 ETM＋

2.3 幾何校正

以國家地理測繪局1∶5萬地形圖為參考圖像進行遙感圖像校正.先將地形圖以300 dpi分辨率、TIF格式掃描成數字圖像，每圖幅選取15～16個控制點，將掃描的地形圖校正到實際地理位置，而后將其作為參考圖像進行遙感圖像的幾何校正及重采樣.幾何校正采用多項式模型，重采樣方法為最臨近法，校正后誤差小于1個像素.

2.4 圖像融合

遙感影像的空間分辨率和光譜分辨率通?；ハ嘀萍s，高空間分辨率的影像一般具有較低的光譜分辨率，而高光譜分辨率的影像則具有較低的空間分辨率.高空間分辨率的影像適于精確地識別地物，而高光譜分辨率則可以提供更為豐富的地物信息.圖像融合是一種繼承全色波段高空間分辨率和多光譜影像的光譜信息，得到同時具有較高空間分辨率和光譜分辨率的影像的方法［9，16］.本次遙感解譯中，采用Landsat 7 ETM＋的7、4、2波段和Landsat 8 OLI的7、5、3波 段，與SPOT 7的全色波段進行融合，生成1.5 m分辨率的彩色遙感影像，既提高了影像的地面分辨率，又增強了影像色彩的豐富程度.

3 遙感解譯

遙感地質解譯是在經過處理達到最佳觀察效果的遙感圖像上采用目視解譯和人機交互解譯等方法，利用影像的大小、紋理和色調等進行直接解譯，利用水系特征和構造地貌特征進行間接解譯，提取巖石、構造和蝕變信息等相關地質特征［7，17-18］.本次根據SPOT 7影像和Landsat 7/8影像融合后生成的1.5 m分辨率的假彩色圖像，參照已搜集的研究區的1∶25萬數字地質圖，首先進行影像單元劃分，其次建立研究區構造格架，在此基礎上對比地質圖與對應的遙感圖像，建立解譯標志，開展研究區內地質體的解譯.

3.1 影像分區

遙感影像單元主要根據整個研究區內遙感圖像的色彩、色調、紋理和水系特征進行劃分，代表區域內大的地質單元或植被類型單元.將研究區共劃分為6個影像單元，編號分別為I、II、III、IV、V、VI號區（圖2a），各影像單元特征見表3.

表3 影像分區特征Table 3 Characteristics of remote sensing image zoning

3.2 構造

斷裂構造在影像上表現為線性影紋、呈線性延伸的帶狀異常色調、不同色調地質體邊界呈直線狀接觸、地質體錯斷、線性溝谷、河流水系的直角拐彎等特征.

本次遙感解譯線性構造依據其形成的期次，由老至新劃分為近E－W向、NW向、NE向、近S－N向4組.其中，近E－W向斷裂，由于構造發育時代早，受后期強烈的構造－巖漿活動影響，解譯標志不太明顯，總體上呈較短的東西向沖溝，斷續延伸.受漠河逆沖推覆構造影響，研究區北部的近E－W向構造的西段有向SW方向轉向的趨勢，南部漠河逆沖推覆構造影響減弱至消失，則不存在這種現象.NW向和NE向構造屬于同一期次，兩者具有相互切割的關系，從規模上來看，NW向斷裂構造的規模明顯大于NE向構造，且NW向構造更具連續性.近S－N向斷裂是研究區內最新期次的構造，區內E－W向、NW向、NE向構造均被近S－N向斷裂構造所切割（圖2b）.

圖2 研究區遙感影像單元劃分Fig.2 Division of remote sensing image units in the study area

除直線型斷裂構造外，區內還發育較多的環形構造，特別是環形斷裂構造.大的環形構造主要分布在研究區以外的東西兩側，區內發育規模相對較小的若干個環形斷裂構造，呈圓形和似環形（圖2b）.空間上有大環套小環特點或不同環形斷裂組合交切.這些環形斷裂構造的發育可能與沉積巖下隱伏的侵入巖有關.

3.3 地質體

綜合前人1∶25萬區域地質調查①黑龍江省地質調查總院.1∶25萬區調修測報告（漠河縣幅、漠河幅、興安幅）.2012.及本次工作成果，通過對研究區的遙感影像特征進行分析并與野外地質剖面、路線地質調查等對比分析，依其地貌位置、形態、色調、水系和紋理特征，對洛古河地區的主要地質單元進行綜合解譯，劃分并建立了相關解譯標志（圖3）.

（1）古元古界興華渡口巖群（Pt1xh）

該巖群僅在研究區東北部有少量出露，以粉紅色為主，夾有少量植被覆蓋的綠色斑點，地勢平坦.影像紋理粗糙、不清晰，水系不發育，形成蠕蟲狀水系（圖3a）.

（2）南華系佳疙瘩組（Nhj）

主要在分布于研究區中南部，巖性為二云石英片巖、石英片巖夾大理巖等［19］，巖石均發生變形強烈（圖4a）.遙感影像上植被覆蓋處色調呈草綠色、嫩綠色，在植被覆蓋少或者裸露區呈褐色斑塊，影像紋理粗糙、不清晰，地形起伏不大，有單獨分布的條帶狀和圓形山脊，地勢相對較低（圖3b）.

（3）震旦系額爾古納河組（Ze）

主要分布于研究區西北部，出露面積較小，巖性為二云片巖、綠泥片巖、千枚巖夾大理巖或少量灰巖（圖4b）.遙感影像顯示植被覆蓋相對較少，影像特征上呈黃綠色調，沖溝短而直，分支較少，地勢相對平坦，影像表面紋理較光滑（圖3c）.

（4）中侏羅統繡峰組（J2x）

主要分布于研究區南部，巖性主要為細礫巖、粗粒長石砂巖、中細粒長石砂巖夾粉砂巖［20］（圖4c）.在植被覆蓋區影像色調以藍綠、草綠、淺綠色為主，在植被不發育地段以暗紅色為主.遙感影像紋理光滑，局部交雜有較粗糙的塊狀體，地勢起伏不大，為低山丘陵，形成條帶狀山脊，水系以蠕蟲狀、扇狀、放射狀水系為主（圖3d）.

圖3 研究區主要地質單元遙感影像圖Fig.3 Remote sensing images of major geological units in the study area

（5）上侏羅統漠河組（J3m）

在研究區的中部和中東部呈大面積發育，巖性主要為粗粒長石砂巖、中粒長石砂巖夾礫巖、粉砂巖［14］（圖4d）.在遙感影像上植被發育地段呈綠色、草綠色、黃綠色，在裸露區或植被較少的地段則呈紅色、紅褐色，沖溝較發育，延伸長且較窄，常形成比較典型的樹枝狀水系，地形相對平坦，影像表面紋理粗糙（圖3e）.

圖4 野外實地查證照片Fig.4 Field photographs of geological units

（6）孫吳組（N1－2s）

在研究區北部零星分布，上覆于漠河組和阿凌河礫巖之上，巖性主要為弱固結—未固結的砂礫石層（圖4d）.遙感影像上以粉紅色斑塊為主，有植被覆蓋地段呈綠色、草綠色，影像表面粗糙，地勢相對較高，地表平坦，水系不發育（圖3f）.

（7）第四系上更新統一級階地（Qh3pal）

主要分布于研究區中西部，以長而窄、切割較深的沖溝為主要特征，植被覆蓋相對較少，地勢起伏較大.植被覆蓋處影像呈草綠色，覆蓋較少地段為褐色和褐紅色，影像表面紋理粗糙，有條帶狀沖溝痕跡（圖3g）.

（8）第四系沖積物（Qhpal）

主要分布于河流兩側，在影像上呈紅色、粉紅色，大片沖溝狀分布，部分地段為村莊、城鎮，受人類活動影響較大.該組地層界線在SPOT 7影像上清晰可見（圖3g）.

（9）晚奧陶世二長花崗巖（ηγO3）

在研究區中東部有少面積發育［21-22］，影像以紅色、粉紅色彩為主，局部為粉白色，植被覆蓋少，植被覆蓋處為綠色和草綠色為主.因面積較小，內部幾乎沒有水系發育，周邊水系以鉗狀、蠕蟲狀和不太典型的樹枝狀水系為主，形成北東向的條帶狀山脊，影像表面紋理粗糙（圖3h）.

（10）晚二疊世二長花崗巖（ηγP3）

出露于研究區中南部［20］，影像以綠色、草綠色彩為主，植被覆蓋厚.局部裸露地段為粉紅色斑點狀，局部形成較陡的圓形山，具有蠕蟲狀水系和不太典型的樹枝狀水系，影像表面紋理粗糙，多有魚鱗狀紋理出現（圖3i）.

（11）早侏羅世二長花崗巖（ηγJ1）

早侏羅世細中粒似二長花崗巖在研究區中南部大面積產出（圖4e）.植被覆蓋處色調以草綠色、嫩綠色為主，植被覆蓋少或者裸露區呈褐色斑塊，影像紋理粗糙、不清晰，地形起伏不大，地勢相對較低，水系發育，形成樹枝狀水系（圖3j）.

（12）晚三疊世—早侏羅世富源溝中－基性火山巖（未建組）（T3fα－β）①武警黃金第三支隊.1∶5萬區域地質礦產調查報告（洛古河幅、興華溝林場幅、阿凌河幅、1072.3高地幅），2019.

主要分布于研究區東南部，巖性為安山巖、玄武安山巖等.影像色彩以綠色、草綠為主，局部為藍綠色，植被覆蓋較少地段呈紅色、粉紅色.常形成圓形山，具有環狀水系、蠕蟲狀水系和不太典型的樹枝狀水系，影像表面紋理粗糙，多位于地勢較高部位（圖3k）.

（13）晚侏羅世—早白堊世阿凌河礫巖（未建組）（J3—K1acg）①武警黃金第三支隊.1∶5萬區域地質礦產調查報告（洛古河幅、興華溝林場幅、阿凌河幅、1072.3高地幅），2019.

主要分布于研究區中部，出露面積較大，巖性以中礫巖、細礫巖、粗礫巖夾粗－中粒長石砂巖為主（圖4f）.植被覆蓋地段影像以綠色、草綠色彩為主，局部為藍綠色，植被覆蓋較少地段呈紅色、粉紅色，常形成條帶狀山脊，地表常形成直徑較小的圓形山包，具有樹枝狀水系，影像表面紋理粗糙（圖3l）.

3.4 蝕變提取

采用主成分分析法，對Landsat 7 ETM＋影像選擇1、4、5、7四個波段組合進行蝕變信息提取，提取含OH－的蝕變礦物；對于ASTER影像選擇1、3、4、5四個波段組合進行蝕變信息提取，提取出含Fe3＋的蝕變礦物.經上述主成分分析變換之后獲得特征向量，通過對比分析，均選擇第4主成分進行蝕變信息提?。ū?）.蝕變信息圈定可以采用均值加方差或最優密度分割法［23-24］，此次將第4主成分按照均值加標準差的2.0倍、2.5倍和3.0倍分為一級、二級和三級蝕變異常.從蝕變分布特征看，主要沿侵入巖呈環形、弧形或條帶狀分布.

表4 蝕變提取主成分特征向量Table 4 Feature vectors of alteration information extraction by principal component analysis

吳燕清等［25］在根據遙感信息圈定遠景區時，綜合考慮了鐵染和羥基蝕變的疊合情況、異常面積、構造交點及近礦蝕變等綜合信息.此次根據異常區內是否有已知礦點、異常面積、異常強度、聚合程度、羥基和鐵染異常共生情況5個條件同時出現的程度，將研究區蝕變異常分為4類：甲類異常為異常區內有礦床或礦點，分布面積較大，強度以一級居多，異常聚合程度強，羥基和鐵染完全共生的區域；乙類異常為異常區內無礦床，異常分布面積較大，異常強度以一級居多，異常聚合程度強，羥基和鐵染完全共生的區域；丙類異常為異常區內無礦床，異常分布面積較小，異常強度為一級或二級居多，異常聚合程度較強，羥基和鐵染部分共生的區域；丁類異常為異常區內無礦床，異常分布面積很小，異常強度為一級或二級居多，異常聚合程度較強，羥基和鐵染部分共生的區域.研究區劃分出乙類異常3個（A5、A6、A8），丙類異常2個（A7、A9）.

4 成礦有利區圈定

本次區域地質礦產調查中水系沉積物測量工作圈定單元素異常376處、綜合異常11處.根據水系沉積物綜合異常與羥基和鐵染異常共生關系，結合研究區解譯的線性構造、環形構造、侵入巖等地質單元，綜合分析認為研究區為金及多金屬成礦有利地帶，A5、A6、A8號蝕變異常為成礦有利區.

A5成礦有利區面積約32.03 km2，區內蝕變異常呈片狀，東南部、南部以羥基蝕變為主，北部為羥基蝕變.羥基異常和鐵染異常的強度高，羥基一級異常占90%左右，二級羥基異常占10%，鐵染一級異常占90%以上，羥基與鐵染異常共生程度較高.A5成礦有利區位于水系沉積物異常6號異常（乙3類異常，發育Au、Ag、Cu、Zn、Pb、Mo等16種元素44個單元素異常）東部.異常區內巖性主要為中侏羅統漠河組和二十二站組砂巖，有閃長巖等巖脈侵入，處于環形斷裂構造帶邊部.蝕變異常分布在斷裂構造的交匯部位，表明蝕變可能與構造活動有關，與區域上寶興溝金礦床具有類似的地質特征［26］，具有一定找礦潛力.

A6成礦有利區面積約19.5 km2，區內蝕變異常呈半環狀，以羥基蝕變為主，面積2.06 km2.羥基異常與鐵染異常共生程度較低，羥基一級異常占85 %以上，二級羥基異常占10 %，三級羥基異常占5 %.A6成礦有利區與水系沉積物異常7號異常（乙3類異常，發育Ag、Cu、Zn、Ni、Cr、V等11種元素15個單元素異常）較為吻合，稍有偏移，可能是由于地形導致元素發生遷移所致.異常區內巖性主要為阿凌河礫巖和漠河組砂巖，南北向構造從異常區內穿過，東側發育有環形構造.

A8成礦有利區面積約30.0 km2，蝕變異常呈東西向條帶分布，以鐵染蝕變為主，面積2.6 km2，鐵染一級異常占85 %左右.A8成礦有利區與水系沉積物異常9號異常（丙1類異常，發育Mo、Zn、Ni、Sn等8種元素8個單元素異常）較為吻合，異常區內及周邊主要為晚二疊世二長花崗巖和佳疙瘩組變質巖，處于一條環形構造帶邊部.區內發育一條近東西向斷裂和3條北西向斷裂及次級斷裂構造，具有一定找礦潛力.

5 結論

（1）多源、多時相遙感影像的協同應用在解決大興安嶺植被覆蓋區地質解譯方面具有一定優勢，通過對彩色合成后遙感影像的顏色、紋理、地貌、水系等特征進行對比分析，能夠建立大興安嶺高植被覆蓋區各類巖石組合解譯標志，對地質構造解譯效果較好.

（2）SPOT 7全色波段與Landsat 7/8多光譜波段融合后制作成1.5 m分辨率彩色影像圖，既保留了Landsat影像的多波段信息，也提高了影像的空間分辨率，可以增強對高植被覆蓋區地質體的識別能力.

（3）對ASTER和ETM＋數據4個波段進行主成分分析，提取鐵染和羥基蝕變信息效果較好.選擇某一特征向量，按照標準差的2.0倍、2.5倍和3.0倍，可提取一級、二級和三級蝕變異常.在遙感提取的蝕變異?；A上，綜合分析研究區地層、線環構造、侵入巖等成礦地質背景和水系沉積物異常，可為大興安嶺地區金及多金屬找礦提供方向.