内蒙古苏莫查干敖包萤石矿区遥感蚀变信息提取及其找矿指示意义.pdf

矿床地质MINERAL DEPOSITS2023年8月August，2023第 42 卷第 4 期42（4）：845858吴畅宇等：内蒙古苏莫查干敖包萤石矿区遥感蚀变信息提取及其找矿指示意义*本文得到国家成果转化项目（编号：HE2121）和中国地质调查局“中国矿产地质志”项目（编号：DD20221695、DD20190379、DD20160346）联合资助第一作者简介吴畅宇，男，1999 年生，硕士研究生，资源与环境遥感专业。Email：*通讯作者代晶晶，女，1982 年生，博士，研究员，主要从事遥感地质研究工作。Email：*通讯作者陈伟，男，1984 年生，博士，副研究员，主要从事造山带演化和成矿，斑岩-浅成低温热液型铜金矿方向勘查和研究工作。Email：收稿日期2022-09-19；改回日期2023-07-10。孟秋熠编辑。文章编号：0258-7106（2023）04-0845-14Doi:10.16111/j.0258-7106.2023.04.010内蒙古苏莫查干敖包萤石矿区遥感蚀变信息提取及其找矿指示意义*吴畅宇1，代晶晶2*，陈伟2*，江彪2，王登红2，王成良3，王文君3，孙洪章4，王强3，陈玮3，蒲秀浪1,2，马文文1,2（1 中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083；2 中国地质科学院矿产资源研究所，自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京100037；3 内蒙古翔振矿业集团有限责任公司，内蒙古 乌兰察布750306；4 赤峰宇邦矿业有限公司，内蒙古 赤峰024000）摘要利用遥感技术可以经济、有效地获取地质找矿信息。基于多光谱遥感数据的蚀变信息提取已在地质填图和找矿工作中广泛应用，近几年，中国高分五号（GF-5）高光谱数据以其较高的光谱分辨率为地表蚀变矿物的精细化识别提供了基础数据。文章结合 Landsat-8 OLI 多光谱和 GF-5 高光谱数据，对内蒙古苏莫查干敖包萤石矿及周边开展蚀变信息提取，分析有利成矿区域，并进行野外验证，进一步发掘外围矿产资源潜力并探究遥感地质勘查的可信度。笔者基于 Landsat-8 多光谱数据，利用主成分分析方法提取了铁染、羟基类蚀变，并对其异常等级进行了划分；基于 GF-5 高光谱数据运用最小噪声分离（MNF）算法、纯净像元指数（PPI）算法、混合调制匹配滤波（MTMF）填图方法，在研究区内提取出白云母、绿泥石、高岭石、磁赤铁矿和褐铁矿 5 种矿物。将两者蚀变信息提取结果叠加，笔者发现苏莫查干敖包萤石矿区及外围存在热液蚀变特征，具备金属成矿潜力，野外验证发现研究区除萤石外，还伴生有铅锌多金属矿。因此，笔者认为多光谱和高光谱遥感数据结合的蚀变信息提取在地质矿产资源勘查领域具有一定应用潜力。关键词地质学；蚀变信息提取；GF-5；多光谱；苏莫查干敖包萤石矿区中图分类号：P627；P619.21+5文献标志码：AExtraction of remote sensing alteration information and its ore prospectingindication in Sumochagan Obao fluorite mining area,Inner MongoliaWU ChangYu1,DAI JingJing2,CHEN Wei2,JIANG Biao2,WANG DengHong2,WANG ChengLiang3,WANG WenJun3,SUN HongZhang4,WANG Qiang3,CHEN Wei3,PU XiuLang1,2and MAWenWen1,2(1 School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083,China;2 MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China;3 Inner Mongolia Xiangzhen Mining Group Co.,Ltd.,Ulanqab 750306,Inner Mongolia,China;4 Chifeng Yubang Mining Co.,Ltd.,Chifeng 024000,Inner Mongolia,China)AbstractRemote sensing technology can be used to obtain geological prospecting information economically and ef846矿床地质2023 年围岩蚀变是火山-热液矿床成矿作用发生的重要特征，也是非常有效的找矿标志（唐超等，2013）。随着遥感技术的不断发展，利用遥感影像提取热液蚀变信息已经成为地质找矿的实用手段。目前，已有众多学者利用Landsat-8 OLI或与其他多光谱数据结合进行蚀变异常信息提取，为圈定找矿靶区提供了重要参考（武慧智等，2019；Pour et al.，2019；王曦等，2022；Guha et al.，2022），但其提取的蚀变类型精度还有待进一步提升。航天高光谱遥感技术具备从高空大范围精细识别地表地物的能力，各类岩矿往往具有独特的光谱特征，因此利用高光谱遥感数据可以准确识别出不同的岩石和矿物（Jain et al.，2019；代晶晶等，2020；董新丰等，2020）。近年来，对于中国首颗自主研发的GF-5高光谱卫星找矿应用研究逐渐增多，其可靠的蚀变矿物精细提取在地质矿产领域具有广阔的应用前景（连琛芹等，2020；宿虎等，2020；Huang et al.，2020；冯博等，2022）。内蒙古苏莫查干敖包萤石矿区位于四子王旗北部中亚晚古生代构造带上，在下二叠统大石寨组中酸性火山-沉积岩与燕山中期花岗岩的内外接触带上产出（许东青，2009），一直以来被认为是迄今全球范围已知规模最大的单一萤石矿床（李士勤，1985；聂凤军等，2008；许东青，2009）。四子王旗北部晚古生代中生代构造变形和岩浆活动强烈，萤石矿床以成矿作用时间长、规模大、矿床类型多样及多期次成矿为特征（白彦，2020）。复杂的构造运动与频繁的岩浆活动在萤石成矿的同时也为该区域金属成矿提供了有利条件。近年来，随着对四子王旗北部区域找矿勘查的深入，发现的白云鄂博超大型铁铌稀土矿床伴生有大型萤石矿床（刘思晗等，2022），西里庙萤石矿也共生有锰矿（王荣等，2011），区域上具有萤石矿与其他多金属矿共生的良好成矿潜力。其中西里庙萤石矿和苏莫查干敖包萤石矿同属于沉积改造型成因萤石矿床（白彦，2020）。本文结合Landsat-8 OLI多光谱数据与国产GF-5高光谱数据，对内蒙古苏莫查干敖包萤石矿区及外围开展矿化蚀变信息提取，通过蚀变信息叠加分析，寻找有利成矿区域，探究苏莫查干敖包萤石矿及外围是否具有伴生金属矿的潜力。1区域地质概况研究区位于内蒙古四子王旗北部苏莫查干敖包萤石矿区及其周边区域，东经11110 11122，北纬4344311，面积大约230 km2。该区域位于西苏成矿带，地处索伦缝合带与二连浩特贺根山蛇绿岩带之间的北造山带（图1a、b，白彦，2020）。区域上从元古代至新生界均有出露。其中以上古生界二叠系下统西里庙群（现更名为大石寨组）最为发育，不仅分布范围广，而且厚度大；其次为元古fectively.Alteration information extraction based on multispectral remote sensing data has been widely used ingeological mapping and prospecting.In recent years,the high spectral resolution of GF-5 hyperspectral data fromChina has provided basic data for the identification of surface altered minerals.In this paper,based on Landsat-8OLI multispectral data and GF-5 hyperspectral data,the alteration information of the Sumochagan Obao fluoritemining area and its surrounding area in Inner Mongolia were extracted and analyzed.Through field verification,the potential of peripheral mineral resources and the credibility of remote sensing geological exploration is explored.Based on Landsat-8 multispectral data,we used principal component analysis(PCA)to extract iron stai-ning and hydroxyl alteration,then classified their anomaly levels.Based on the GF-5 hyperspectral data,the minimum noise separation(MNF)algorithm,the pure pixel index(PPI)algorithm and the mixed modulation matchedfilter(MTMF)mapping method are used to extract five minerals in the study area.They are muscovite,chlorite,kaolinite,maghemite,and limonite.The superimposed analysis of the extracted alteration information shows thatthe Sumochagan Obao fluorite mining area has the characteristics of hydrothermal alteration and has the potentialfor metal mineralization.Field actual verification shows that lead-zinc polymetallic ore is associated with the fluorite deposit.Therefore,the authors believe that alteration information extraction combined with multispectral andhyperspectral remote sensing data has certain application potential in the field of geological and mineral resourcesexploration.Key words:geology,alteredinformationextraction,GF-5,multispectral,SumochaganObaofluoriteminingarea第 42 卷 第 4 期吴畅宇等：内蒙古苏莫查干敖包萤石矿区遥感蚀变信息提取及其找矿指示意义847图1区域构造简图(a，据白彦，2020修编)及四子王旗北部区域地质图(b，据许东青，2009修编)1第四系沉积物；2上白垩统砂质砾岩；3上侏罗统砂岩；4第四岩性段变质流纹岩；5第三岩性段碳泥质板岩；6第二岩性段白云质大理岩；7第一岩性段角砾凝灰熔岩；8下二叠统哲斯组杂砂岩夹板岩；9新元古界艾力格庙组片岩；10石英闪长岩；11燕山晚期花岗岩；12燕山中期花岗岩；13萤石矿床(矿点)；14断层；15深大断裂；16研究区；17国界Fig.1Regional structure diagram(a,modified after Bai,2020)and regional map of northern Siziwang Banner(b,modified afterXu,2009)1Quaternary sediments;2Sandy conglomerate of the Upper Cretaceous;3Sandstone of the Upper Jurassic;4Metarhyolite of the Fourthlithologic section;5Carbon argillaceous slate of the Third lithologic section;6Dolomitic marble of the Second lithologic section;7Brecciatuff lava of the First lithological section;8Greywacke intercalated with slate of the Lower Permian Zhesi Formation;9Schist of theNeoproterozoic Erigemiao Formation;10Quartz diorite;11Late Yanshanian granite;12Middle Yanshanian granite;13Fluorite deposit(spot);14Fault;15Deep fracture;16Research area;17National boundary界艾勒格庙群；侏罗系上统查干诺尔组(现更名为满克头鄂博组)出露较少。苏莫查干敖包矿区内出露地层较为简单（图2a、b），主要有上古生界下二叠统西里庙群(大石寨组)第二岩组第四岩段(P1xl2-4)、第三岩组(P1xl3)、第四岩组(P1xl4)，区域萤石矿床主要赋矿于下二叠统大石寨组中，该围岩岩性以流纹斑岩、凝灰岩、碳泥质板岩、大理岩为主。此外矿区内新生界第四系全新统(Q)广泛分布。岩浆岩广泛发育于区域的中部和北部，约占出露面积的40%，其中燕山晚期的岩浆岩出露范围最大。区内主要见有燕山早期的二长花岗岩和燕山晚期似斑状黑云母花岗岩等岩浆岩，主要为岩基和岩848矿床地质2023 年株，其产状受到区域构造的影响。矿区地层内见有闪长玢岩脉和辉绿玢岩及石英脉等（聂凤军等，2008；许东青，2009）。区内卫镜岩体受风化剥蚀的基岩露头多形成球状风化地貌，区内主要出露有边缘相的花岗斑岩和中心相的似斑状花岗岩。由于花岗岩的侵入，区内西里庙群各岩组在区域变质的基础上叠加热接触变质作用，形成了一系列接触变质岩。图2苏莫查干敖包萤石矿区交通位置图(a)及苏莫查干敖包萤石矿区地质图(b，据乌兰察布市国土资源局，2007修编)1第四系沉积物；2第四岩性段片理化流纹板岩；3第三岩性段碳泥质板岩；4第二岩组第四岩性段流纹斑岩；5大理岩；6断层角砾；7变质流纹岩；8闪长玢岩脉；9辉绿玢岩脉；10高岭土化；11褐铁矿化；12石英脉；13铅锌多金属脉在地表位置投影；14萤石矿体；15逆断层；16四子王旗界线；17公路Fig.2Traffic map of the fluorite ore area in Sumochagan Obao,Inner Mongolia(a)and geological map of the fluorite ore area inSumochagan Obao,Inner Mongolia(b,modified after Ulanqab Bureau of Land and Resources,2007)1Quaternary sediments;2Foliated rhyolite of the Fourth lithologic section;3Carbonaceous argillaceous slate of the Third lithologic section;4Rhyolite porphyry of the Fourth segment of the second lithologic section;5Marble;6Fault breccia;7Metarhyolite;8Diorite porphyritevein;9Diabase porphyrite vein;10Kaolinization;11Ferritization;12Quartz vein;13Projection of lead-zinc polymetallic veins on thesurface;14Fluorite ore body;15Reverse fault;16Siziwangqi boundary;17Highway第 42 卷 第 4 期吴畅宇等：内蒙古苏莫查干敖包萤石矿区遥感蚀变信息提取及其找矿指示意义849研究区处于西苏成矿带的北造山带，大地构造复杂，褶皱主要为苏莫查干敖包短轴褶皱群。区域内主要发育北东向断裂，北西向及东西向者次之。研究区处于西里庙向斜南东翼，由于燕山晚期花岗岩的侵入，破坏了向斜的完整性，矿区主体为一单斜构造。所见褶皱为北东东向的苏莫查干敖包束状褶皱群，局部形成紧密小褶皱。区内断裂构造较为发育，与萤石成矿有关的断裂构造主要发育在西里庙群底部的层间断裂，为北东向压扭张扭性逆断层，走向近东西向和近南北向者多为张扭性逆断层或平移断层，北西向断层在区内不发育。2遥感数据源及数据预处理2.1遥感数据源Landsat-8卫星由美国航空航天局于 2013年发射升空。本文使用的数据来自Landsat-8搭载的OLI陆地成像仪，其拥有9个波段，相较于ETM数据增加了光谱波段的范围，包括1个空间分辨率为15 m的全色波段和8个30 m分辨率的近红外-短波红外波段，成像宽幅为185 km（王曦等，2022；唐超等，2018；Pour et al.，2017）。本文所采用的 Landsat-8数据获取 时 间 为 2019 年 6 月 26 日，数 据 标 识LC81270302019177LGN00。GF-5卫星2018年在太原卫星发射中心发射成功。这是中国高分系列卫星中的高光谱卫星，能够实现对陆地和大气的综合观测，是中国高光谱卫星发展的重要成果。该卫星一共有6个载荷，其携带的可见短波红外高光谱相机（AHSI）空间分辨率为30 m，幅宽185 km，并且在4002500 nm波长范围内具有330个波段（冯博等，2022）。其光谱分辨率可达510 nm，在蚀变矿物探测等领域应用较为广泛。本 次 所 采 用 的 GF-5 数 据 景 位 号 是 GF5_AHSI_E111.36_N43.14_20190520_005482_L10000044952，成像时间为2019年5月20日。GF-5影像基本无云，整体影像质量相对较好。2.2数据预处理下载的 Landsat-8 数据已经过专业部门的几何粗校正，所以其后续的预处理工作包括辐射定标、大气校正和研究区裁剪等。对GF-5数据来说，其预处理过程包括了波段筛选、坏线修复和条带去除、辐射定标和大气校正、光谱平滑以及研究区裁剪等流程。以上预处理步骤均在ENVI5.3软件中完成。2.2.1波段筛选高光谱影像的某些波段受传感器和大气影响较大，导致影像质量不佳，所以需要进行波段筛选，剔除质量较差的波段（童庆禧等，2006）。GF-5数据共有330个波段，其中VNIR波段为1150，光谱范围为390.3241029.18 nm；SWIR波段为151330，光谱范围为1004.772513.25 nm。受水汽吸收影响，其第193200波段和第246262波段图像像元值为0，因此将其去除；受传感器自身因素决定，在VNIR的145150波段与SWIR的151154波段处波长值出现重复区，影响波谱曲线特征，也需要将其去除，对于GF-5数据而言，SWIR波段光谱分辨率低于 VNIR 波段，但是 145150 处于VNIR的最后几个波段，其信噪比较低，故将第145150波段去除。经过波段筛选，对最终剩下的299个波段进行整合与后续处理。2.2.2坏线修复和条带去除高光谱影像中有时会出现部分行或列的像素值过小或者为零的情况，导致其与周围行列像素值差别过大，进而表现出一条或多条黑线，这就称为坏线（曹若臣等，2018）。GF-5影像中的坏线主要表现为列坏线（图3a），本文针对坏线现象明显的波段，利用坏线两侧相邻列的平均值代替修复（图3b）。受传感器的影响，GF-5影像会表现出条带现象而严重影响影像的质量。条带现象不同于坏线，坏线仅是相邻1列或2列的像元值很小或缺失，而出现条带的区域其像元值仍在正常像元DN值范围，只是比周围值较小且取值不确定，条带范围也可宽可窄。条带现象在原数据中可能表现不明显，对GF-5数据进行 MNF 变换，通过将噪声进行分离，可见位于MNF变换后的前几个波段中会出现非常明显的条带现象（图3c），条带现象的存在会严重影响矿物蚀变信息的提取，特别是在蚀变矿物填图时，其结果会沿着条带分布。因此，条带去除是GF-5数据预处理时不可或缺的一步。由于GF-5信噪比不高，本文主要采用空间域统计的方法对条纹效应进行修复。通过求取原图像以及参考图像各波段各列的标准差和均值，并将传感器的增益量和偏移量计算其中得到调整后的图像的辐射值。此时，再将调整后的图像作为参考图像进行后续步骤的处理（图3d）。2.2.3辐射定标和大气校正传感器输出的数据量化值并不是实际地物的辐850矿床地质2023 年射亮度，所以需要对传感器设备进行定标，通过建立两者之间的定量关系，消除一系列系统误差，获得地物的辐射亮度（李长伟，2017）。辐射定标就是将传感器像元的DN值转换为大气层外表的辐射亮度值。本文采用ENVI5.3软件的辐射定标工具对Landsat-8和GF-5数据进行辐射定标。由于大气的存在，其会对地物的辐射能量造成吸收、折射、散射等，进而导致传感器测得的地物总辐射亮度并不能代表地物真实的反射率，为了消除大气影响获得地物真实的反射率就需要进行大气校正（Moike，1987）。FLAASH大气校正是基于MODTRAN4+辐射传输模型设计的大气校正模块，本文基于ENVI5.3的FLAASH模块对Landsat-8以及GF-5数据进行大气校正。2.2.4光谱平滑有时由于仪器信噪比未达最佳工作状态，或者暗电流等干扰因素的综合作用，不同波段的光谱反射率存在一定的噪声，导致相邻波段的反射率呈现锯齿状特征。由于GF-5数据具有较高的光谱分辨率，其波段间隔较小，因此这种光谱曲线的锯齿状特征尤其明显。锯齿状的光谱曲线会影响对矿物特征吸收谱段的识别，为了提高信息提取精度，需要进行滤波平滑操作。Savitzky-Golay（SG）滤波基于最小二乘法拟合原始波谱曲线，其不但可以消除噪声，而且尽可能保证了原始信号的宽度和形状不发生变化（Savitzky et al.，2002）。本研究利用 SG 滤波对其进行光谱平滑，滤波核左右侧点的个数选取为 3，平滑多项式次数选取为2。图3苏莫查干敖包矿区GF-5数据坏线修复前（a）与坏线修复后（b）对比；苏莫查干敖包矿区GF-5数据条带去除前（c）与条带去除后（d）对比Fig.3Comparison of GF-5 data before(a)and after repairing(b)of bad lines in Sumochagan Obao mining area;comparison ofGF-5 data before(c)and after strip removal(d)in Sumochagan Obao mining area第 42 卷 第 4 期吴畅宇等：内蒙古苏莫查干敖包萤石矿区遥感蚀变信息提取及其找矿指示意义8513蚀变信息提取3.1Landsat-8蚀变信息提取首先对影像中的干扰信息进行去除，主要是为了避免植被、水体、阴影等与矿化无关的信息的干扰，减少伪异常的产生，提高蚀变信息提取的准确度（武慧智等，2019；王曦等，2022）。植被由于其特殊的光谱曲线特征，其在近红外波段形成强反射，故采取归一化植被指数（NDVI）对植被进行掩膜；水体和阴影具有相似的光谱特征，采用Landsat-8第7波段与第2波段的比值来对其进行掩膜处理。一般来说地表地物会在4002500 nm波段区间表现出其特有的光谱曲线（刘雷震等，2016）。含铁离子的矿物因在4001200 nm波段范围内具诊断特征而易被识别（连琛芹等，2020）。铁染蚀变异常主要是指由含Fe3+的矿物引起的矿化蚀变异常，如褐铁矿、赤铁矿等，其由三价铁离子表现出的特征吸收波段在850 nm和950 nm。对应在Landsat-8 OLI第5波段和第2波段有吸收峰，在第4波段呈现出高反射，在第6波段也具有高反射的特征（曹会等，2021；塔娜等，2021）。由于羟基离子的存在，羟基类蚀变矿物的光谱曲线诊断性吸收特征表现在21002500nm区间（连琛芹等，2020）。羟基蚀变异常主要是由黏土类矿物所引起的异常，如高岭石、地开石、白云母、绿泥石等。其对应在Landsat-8 OLI的特征光谱信息集中在第 2波段、第 5波段、第 6波段和第 7波段，在第5波段和7波段为特征吸收带，在第2波段和第6波段则相对高反射。主成分分析是现在广泛采用的提取岩石蚀变信息的方法（姜琪等，2021；吴纪宁等，2021；罗小星等，2022；宋坤等，2022；Guha et al.，2018）。由于铁染蚀变和羟基蚀变矿物不同的光谱吸收特征，选取Landsat-8 OLI影像的2、4、5、6波段进行主成分分析提取铁染蚀变信息，选取其2、5、6、7波段组合进行主成分分析提取羟基蚀变信息。对代表铁染异常主成分的判断准则是，构成该主成分的特征向量，其Band4系数应与Band6系数相同，与Band2及Band5系数符号相反；代表羟基异常主成分的特征向量则是Band2系数和Band6系数相同，且均与Band5系数和Band7系数相反。通常与矿化蚀变有关的信息为弱信息，一般包含在信息量最少的主分量中。根据主成分分析特征向量矩阵表（表1；表2）可以看出，铁染异常和羟基异常均处于第4主成分。为了体现蚀变异常信息的强弱，需要通过设置阈值对上述选择出的特征向量数据进行阈值分割，一般采用“均值N标准方差（）”的阈值设置方法。对于铁染异常蚀变，取N值为1.5、2.0、2.5；对于羟基异常信息，取N值为2、2.5和3，分别将铁染与羟基蚀变分为3个等级。提取出铁染、羟基异常，再对其进行55中值滤波，在去除孤立散点的同时使蚀变异常的边界更加平滑，最终得到的Landsat-8蚀变信息提取结果（图4）。3.2GF-5蚀变信息提取3.2.1端员提取不同的地物具有不同的光谱特征，当其共同出现在同一个像素内时，就会产生混合像元。在空间分辨率不高的遥感影像中大部分像元都是包含了多种地物特征的混合像元（张远飞等，1999）。由于混合像元的存在，以高光谱遥感技术进行蚀变信息提取的精度就会受到一定的影响（宿虎等，2020）。GF-5遥感影像的空间分辨率为30 m，图像中必然会存在大量的混合像元。由于野外环境的复杂性，蚀变矿物形成与成像中也存在多种影响因素，其实际光谱曲线与标准光谱曲线具有一定的差异，这也导致了USGS标准波谱库不具有普适性。因此，对于不表1苏莫查干敖包矿区Landsat-8影像Band2、4、5、6主分量变化表Table1The table of changes in principal components ofband 2,4,5,6 of Landsat-8 data in Sumochagan Obaomining areaPC1PC2PC3PC4Band2-0.188 121-0.463 8900.482 020-0.719 078Band4-0.413 913-0.532 6740.318 9600.665 732Band5-0.532 456-0.288 687-0.772 177-0.192 078Band6-0.713 9870.646 3160.263 941-0.053 234PC1PC2PC3PC4Band20.155 0430.225 539-0.952 233-0.135 446Band50.457 3730.805 7410.222 1070.303 743Band60.657 355-0.150 3970.173 502-0.717 748Band70.578 495-0.526 587-0.117 5480.611 745表2苏莫查干敖包矿区Landsat-8影像Band2、5、6、7主分量变化表Table2The table of changes in principal components ofband 2,5,6,7 of Landsat-8 data in Sumochagan Obaomining area852矿床地质2023 年同的研究区，需要提取出该区域的端员特征波谱，并以此来进行蚀变矿物填图。纯净像元的光谱曲线作为相应矿物的匹配标准才更为准确，为了更准确地对提取的蚀变矿物进行分类，同时获得它们精确的空间分布，GF-5 蚀变信息提取首要的便是端员提取。目前比较常用的端员提取有基于纯净像元指数、基于几何顶点和基于连续最大角凸锥的端员提取等算法（王爱云等，2011；靳文凭等，2012）。本研究首先对预处理后的高光谱图像进行 MNF 运算。MNF 变 换 就 是 对 数 据 进 行 了 2 次 主 成 分 变 换（Lorenz et al.，2021）。第一次变换减少了数据波段间的相关性以及分离了噪声数据，第二次是对噪声白化数据的主成分变换。通过MNF运算降低了高光谱数据众多波段间的相关性，使其产生了一些拐点，这些拐点就是待提取的端员（宿虎等，2020）。之后本研究选择基于PPI算法进行端员提取，对预处理后的图像进行MNF变换后再计算其结果的PPI，根据经验通过设置阈值从PPI的结果上选取出相对纯净的像元。之后运用N维可视化工具进行分析，最终选取出不同端员的光谱曲线。将提取出的端员光谱曲线与ENVI中USGS波谱库里的标准光谱曲线逐一进行对比分析，重点比较各类蚀变矿物诊断性吸收特征所处的位置，最终确定提取出的端员所代表的矿物类型。该研究区内存在白云母、绿泥石、高岭石、褐铁矿、磁赤铁矿等蚀变矿物，GF-5影像中该地区蚀变矿物端员波谱如图5所示。3.2.2蚀变矿物填图光谱角（SAM）技术已被广泛应用于矿物填图中（Govil et al.，2018；Traore et al.，2020），但是韩海辉等（2020）定量对比了MTMF、SFF、SID、SAM、ACE5种提取方法的有效性，研究表明ACE与MTMF法对光谱曲线细微变化的反应相对更灵敏。Ronak 等（2019）也实际验证了 MTMF 算法的填图精度高于SAM和SFF算法。因此本文采取MTMF方法进行蚀变矿物填图。MTMF作为线性混合理论和匹配滤波技术相结合的综合方法（王润生等，2007），其可以有效约束可行性混合的结果，同时高效匹配已知的端员波谱。此外，MTMF算法可以基于亚像元尺度提取蚀变矿物丰度，有利于更加细致的区域蚀变信息提取研究（张川等，2015）。将上一步提取的端员波谱进行 MNF变换，与高光谱数据整体经过 MNF图4苏莫查干敖包萤石矿区Landsat-8蚀变信息提取结果图Fig.4Results of Landsat-8 alteration information extraction in Sumochagan Obao fluorite mining area第 42 卷 第 4 期吴畅宇等：内蒙古苏莫查干敖包萤石矿区遥感蚀变信息提取及其找矿指示意义853变换的结果一起进行 MTMF处理，在 ENVI软件中打开MTMF结果的2D散点图，凭借经验通过综合比较每一种矿物的得分与不可行性，选择得分高且不可行性低的区域进行感兴趣区的圈取，之后对圈取的填图结果进行详细的光谱特征检查，并不断修正圈取感兴趣区的范围，确保填图结果的准确性。最后将提取GF-5蚀变信息的结果导出为矢量文件并制图（图6）。4研究结果与找矿启示将Landsat-8多光谱与GF-5高光谱数据蚀变信息提取结果叠加分析(图7)，可见苏莫查干敖包萤石矿区内存在较强的团斑状铁染蚀变，主要分布在矿区的西北部和西南部。此外，矿区内还存在多处羟基蚀变特征，其一级强羟基蚀变主要分布于矿区中西部以及矿区东部外围。从GF-5提取的结果来看，矿区内存在褐铁矿化、磁赤铁矿、高岭石以及云母类蚀变，其与Landsat-8的提取结果具有良好的对应关系。位于研究区西部的北敖包吐矿区表现出相似的团斑状铁染和羟基蚀变，且矿区中部存在高岭石蚀变。王吉平等（2014）将中国萤石矿床按成因划分为沉积改造型、热液充填型和伴生型3类。苏莫查干敖包萤石矿床主体为沉积改造型，部分地段后期热液充填型叠加其上（白彦，2020）。萤石成矿经常与岩浆热液作用密切相关，而岩浆热液活动往往会导致围岩蚀变（白彦，2020；雷明亮，2022）。苏莫查干敖包萤石矿床主要围岩蚀变为高岭石化和绢云母化，主要发生在矿脉的流纹岩、流纹质凝灰岩、流纹斑岩中，其中钾长石完全蚀变为绢云母（许东青，2009）。苏莫查干敖包萤石矿区内的羟基蚀变主要是由岩浆热液产生的围岩蚀变导致，其铁染蚀变主要表现为褐铁矿化（图8a）。褐铁矿与金属成矿关系密切，其可能为金属硫化物成矿期形成的黄铁矿或黄铜矿，在后期大气降水和地下水氧化作用下形成（陈凤雨等，2012；李雪峰等，2018）。因此，硫化物矿体上部的“铁帽”很可能就是黄铁矿或黄铜矿经氧化作用形成的，其可以作为寻找硫化物矿床的重要标志（魏玉明等，2010）。根据遥感蚀变信息提取结果，图5苏莫查干敖包萤石矿区蚀变矿物波谱图a.白云母；b.绿泥石；c.磁赤铁矿；d.褐铁矿；e.高岭石Fig.5Characteristic spectrums of altered minerals in Sumochagan Obao mining areaa.Muscovite;b.Chlorite;c.Maghemite;d.Limonite;e.Kaolinite854矿床地质2023 年图6苏莫查干敖包萤石矿区GF-5蚀变信息提取结果图Fig.6Rresults of GF-5 alteration information extraction in Sumochagan Obao fluorite mining area图7苏莫查干敖包萤石矿外围蚀变信息提取结果图Fig.7The alteration information extraction results of the periphery of Sumochagan Obao fluorite mine第 42 卷 第 4 期吴畅宇等：内蒙古苏莫查干敖包萤石矿区遥感蚀变信息提取及其找矿指示意义855表明该矿区除了萤石之外，可能还存在其他金属硫化物，该萤石矿区具有共生金属矿的潜力。此外，研究区外围北敖包吐萤石矿区具有和苏莫查干敖包萤石矿区相似的蚀变特征，也判定为找矿有利区。本次研究对苏莫查干敖包萤石矿区异常点进行野外实地验证，发现矿区645和670中段的厚大萤石矿体内部均发育有约1 m宽的黑色富铅锌的多金属矿脉（图