ETM<sup>+</sup>（TM）蚀变遥感异常提取方法研究与应用——地质依据和波谱前提
张玉君
（中国国土资源航空物探遥感中心，北京）
摘要：本文用概率论的中心极限定理理解许多遥感数据近似服从正态分布的现象；用标准离差 σ作为异常主分量门限化的尺度；采用直方图的香农熵评价异常主分量的信息量；并采用偏度和峰度联合检验法对直方图做正态性检验。通过信息量计算和正态性检验评价了三种异常主分量的直方图。
关键词：中心极限定理；信息熵（香农熵，或平均信息量）；标准正态分布；偏度；峰度。
引言
遥感信息的处理是以概率论、数理统计和多元统计分析为数学理论基础的，概率论的中心极限定理有助于理解遥感数据的许多现象[1]。我们在文[2]中提出了去干扰异常主分量门限化技术流程，异常强度等级是以异常主分量标准离差σ为尺度的，于是便思考以下问题：它与标准正态分布是否接近？当改进主分量分析时所得异常主分量的信息量增加多少？为此采用直方图的香农熵评价异常主分量的信息量，并采用偏度和峰度联合检验法对其直方图做正态性检验。通过信息量计算和正态性检验评价了三种异常主分量及其直方图。
1 中心极限定理
在图像处理中经常使用概率密度分布曲线（简称直方图），于是便产牛两个问题：
（1）如何理解TM数据直方图在许多情况下接近正态分布？
（2）是否可以使用标准离差σ作为遥感异常切割的尺度？
在自然现象（以及社会现象）中，大量随机变量都服从或近似服从正态分布。作为极其重要自然现象的地质遥感学，其许多问题也都遵循正态分布规律。例如，某一地区某种地质体或地物各波段反射波谱、其两波段的比值、乃至整景ETM经主分量分析提取的异常主分量等，都近似地服从正态分布。因此概率论和数理统计中与正态随机变量相关的理论和概念在遥感蚀变信息提取中起着特别重要的作用。
首先应理解的是概率论的中心极限定理。该定理的直观解释为：若一个随机变量是由大量相互独立的随机因素的影响所造成，而每一个别因素在总影响中所起的作用都不很大，则这种随机变量通常都服从或近似服从正态分布。该定理还证明了，这些相互独立的随机因素可以是服从同一分布（即有相同的数学期望和方差），也可以是不服从同一分布（即有不同的数学期望和方差）。
中心极限定理可以帮助理解遥感数据的许多现象。例如，东天山尾亚杂岩体的形成取决于许多因素：入侵岩浆的成分、温度、压力、酸碱度、空间分布、后期剥蚀的物理化学条件等等，这些因素的变化是相互独立而随机的，每一因素的变化都起了一定但又不很大的作用，造成当今尾亚杂岩体的面貌；当然ETM所测到的尾亚杂岩体波谱特性还受卫星观测系统灵敏度、稳定性、温度、压力等诸多因素的影响，这些因素的变化也是相互独立而随机的。图1所示为尾亚杂岩体ETM各波段直方图，各波段直方图均近似服从正态分布，此图是用中心极限定理理解遥感现象的很好实例。在遥感蚀变信息提取方法研究中，经常涉及多元统计分析，而多元统计分析的主要理论都是建立在多元正态分布总体基础上的，所以在这一研究中对正态分布的理解具有特殊重要的意义。
图1 东天山尾亚杂岩体ETM各波段直方图
2 正态分布和σ的借用
2.1 正态分布
早在1795年德国数学家高斯就推导出偶然误差或然率曲线的函数表达式即高斯分布定律或正态分布[3]，中心极限定理是数位数学家（Liapunov,Levy-Lindeberg,De Moivre-Laplace等）的进一步发展，为了简单明了现仅列出高斯分布：连续型随机变量X的概率密度为
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式中σ称为标准误差。如果取k倍的标准误差，那么任一观测值的误差介于±κσ之间的或然率P为：
表1 或然率与误差的关系
图2 或然率p与k的关系图
结合我们的具体情况，如前所述，通过主分量分析（PCA）提取的羟基和铁染蚀变异常（OHA、FCA）主分量，往往具有正态分布的特点：
（1）只有一个中心，即众值；
（2）小偏离比大偏离出现的几会多；
（3）大小相等、符号相反的正负偏离的儿率接近，直方图近似对称于y轴；
（4）极大的正偏离和极小的负偏离的机率都很小，直方图向两端迅速衰减。
故而产生借用σ作为异常主分量门限化的尺度。
表2 切割水平
2.2 σ的借用
TM数据处理以多元分析为基础，多元分析中对应于误差理论中称之为标准误差的σ，是标准离差（或标准偏差），其定义为：
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既然TM数据及其线性处理结果一般均有近似正态分布的直方图（如图3所示，为13739景羟基主分量直方图），那么我们在做异常切割或数据切割时便可借用σ这个表征正态分布曲线的尺度。例如，主分量分析结果可以把均值（X）理解为代表区域背景，利用（X+kσ）确定异常下限和划分异常强度等级[4]。异常总面积可用（1-P）/2近似计算，其大小因景号而异。
图3 13739ms直方图对比
切割异常时有了这一尺度可以减少主观任意性，并使操作较为规范化，为此做切割水平表（表2），此表是按下式计算的：
L=127.5+kσ*SF；或 L=127.5+kx127.5/4 H=L+1
式中 H、L分别为切割高、低门限值；k为倍数；σ为标准离差；SK为比例因子；σ和SK由主分量分析报告给出。
3 香农（Shannon）信息量的应用
信息需要定量描述，信息含量的多少，称为信息量。1948年美国工程师C.H.Shannon给出了信息量的数学公式[1]。对于信息源的整体信息量，Shannon定义为各信息符号信息量的平均信息量（或称信息熵），用S（X）表示：
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式中X为随机变量，它取有限个值X={x1,x2，…xn），其值称为信息符号，信息符号xi出现的概率为Pi,i=1,2，…，n。且Pi≥0，
现利用信息量公式来定量评价我们对于异常主分量直方图的改善。取13739景ETM＋数据的子集13739ms（1620,5145,1200,820），括弧中前两个数为起始列行数，后两个数为子图13739ms的大小。对此子图像分别做了三种羟基异常主分量：①仅做大气径辐射校正及去干扰；②做大气径辐射校正及去干扰，又做了无损失拉伸；③做大气径辐射校正及去干扰，并限定异常主分量的输出动态范围为±4σ。此三种直方图示于图3中。从此图可以直观明显地看出，直方图的改善对于异常切割十分有利。首先将三种主分量分析的主要参数对比于下表（表3）：
表3 三种主分量分析的主要参数对比
将三种异常主分量的概率统计密度图（直方图）的数值输出于表4，然后计算其各自的香农信息量。子图13739ms的总像素数为1200×820=984000；干扰窗像素总数为131551；去干扰后参与主分量分析的像素数为852449。因为异常主分量直方图是以128为“0”点，左半边实为负异常值。由于我们仅对正异常感兴趣，故只计算直方图右半边（灰阶从128至255）的信息量。将（3）式写成可利用EL-5100C计算器进行循环计算的形式：
f（Ki,C）=Ki÷852449×ln（852449÷Ki）+C CTO C（4）
式中 Ki为具有灰阶i的像素数；Ki÷852449=Pi。
表4 13739ms三种羟基异常直方图数据（表中每一列的右侧数为灰阶值；左侧为像元数）
续表
续表
除了香农信息熵还计算了相对信息量 及信息剩余度（γ＝1－η）。现将计算结果列人表5：
表5 三种异常主分量概率统计密度图信息量计算
由表5可见三种主分量分析所获异常主分量中正值的平均信息量（信息熵）和相对信息量依次增加，而信息剩余度依次递减。这说明第三种异常主分量所含信息量最大，最有利于异常门限化。
3 直方图的正态性检验
如前所述，及在[4]中我们曾写过，结合我们的具体情况，部分或整景ETM通过主分量分析（PCA）提取的羟基和铁染蚀变异常（OHA、FCA）主分量，往往具有正态分布的特点。
现试用偏度和峰度联合检验法[5]，对13739ms子集的羟基异常主分量概率统计密度图（直方图）做正态性检验。
该方法的主要理论依据是正态分布密度曲线是对称的、且陡缓适中。因此，被检验的数据若来自正态总体，则其经验分布密度（直方图）就不能偏斜太多，也不能陡缓过分。为此数理统计提出两个数字特征，一个是描述分布密度曲线的偏度γ1；另一个是描述分布密度曲线的陡缓程度的峰度γ2。由概率论[6、7]得知，偏度γ1与峰度γ2可表示为：
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式中 Eξ为随机变量ξ的数学期望（均值）；E（ξ－Eξ）2为ξ的方差，记为Dξ，称 为ζ的标准差（根方差），即Dζ＝E（ξ－Eξ）2。
根据矩估计法，可得样本偏度和峰度的下述表达式：
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对于正态分布N（μ，σ2），γ1=0，γ2=3，因此，当原假设或零假设（根据实际问题要求所提出的一个关于随机变量的一种论断，称为统计假设）H0为真时，对于用样本值（x1,x2……，xn）算出的观测值bs与bK应该分别接近0与3。
分别对13739ms子集的前述三种羟基异常主分量概率密度分布经PCI统计出它们的标准差S相应为：2.2205;3.8412;31.2434。利用EL-5100C计算器按下述循环式计算出μ3和μ4：
右半边 f（AB）＝（A-128）3×B÷852449 STO C,C+D STO D,C×（A-128）+E STO E（9）
左半边 f（AB）＝（128-A）3×B÷852449 STO C,C+D STO D,C×（128-A）＋E STO E（10）
式中 A为羟基异常主分景的灰阶值；B为具有该灰阶的像元数；最终的C为μ3；最终的E为μ4。
于是求出三种羟基异常主分量概率密度分布的偏度bs与峰度bk，列入表6中：
表6三种羟基异常主分量概率密度分布的偏度bs与峰度bk计算结果
从表6可以看出，用偏度和峰度联合检验法对13739ms子集的三种羟基异常主分量直方图所做正态性检验效果，以第三种（做大气径辐射校正及去干扰，并限定异常主分量的输出动态范围为±4σ）处理所获羟基异常主分量直方图最接近正态分布，其偏度bs为0.03，峰度bk为4.08。
5 结论
以甲马——驱龙火山－沉积盆地铜多金属矿田为例（13739ms），展示了平均信息量（信息熵）计算结果及用偏度和峰度联合检验法对13739ms子集的三种羟基异常主分量直方图所做正态性检验效果。以第三种（做大气径辐射校正及去干扰，并限定异常主分量的输出动态范围为±4σ）处理所获羟基异常主分量所含信息量最大，且其直方图最接近正态分布，其偏度bs为0.03，峰度bk为4.08。此研究的主要意义在于，改进了用于找矿信息提取的主要方法——主分量分析的效果，并提供利用σ作为异常分层尺度的依据。
参考文献
[1]袁志发，周静芋.多元统计分析.科学出版社，2003
[2]张玉君，杨建民，陈薇.ETM+（TM）蚀变遥感异常提取方法研究与应用——地质依据和波谱前提[J].国土资源遥感，2002,（4）:30～36
[3]冯师颜.误差理论与实验数据处理，1964
[4]张玉君，曾朝铭，陈薇.ETM.（TM）蚀变遥感异常提取方法研究与应用—方法选择和技术流程[J].国土资源遥感，2003,（2）:44～49
[5]庄楚强，吴亚森.应用数理统计基础.华南理工大学出版社，2002
[6]周概容.概率论与数理统计，1984.
[7]盛驺，谢式千，潘承毅.概率论与数理统计，1995.
Study on the Methodology for the Abstraction of The Alteration Anomalies from the ETM+（TM）Data and Its Application—The Calculation of Information Content&Examination of The Normality for The Anomalous Principal Component Histograms
Zhang Yu jun
（China Aero-Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources,Beijing 100083,China）
Abstract: The central limiting theory of the probability helps understanding of the near standard distribution of the remote sensing data in many cases.The standard deviation σ was used for threshoding of the anomalous principal component.Using Shannon entropy evaluated the information content of the anomalous principal component.The distribution normality of the anomalous principal component histogram was examined by calculation of the deviation degree and the peak degree.Three different anomalous principal componenthistograms were compared too by these calculations.
Key words: Central limiting theory；Standard normal distribution；Information entropy（Mean information content）；Degree of deviation；Degree of peak；Quantitative measure of anomaly slicing；Thresholding.
金属矿化作用和油气微渗漏作用常伴随或引起上覆岩石、土壤以至植被中的矿物、化学成分、地球化学场和自然景观及它们相应的波谱特性发生变化，如伴随成岩成矿的热动力作用和地球化学过程的粘土岩化、碳酸盐化、黄铁矿化、硅化等矿化蚀变和地球化学晕；油气藏的烃类物质的微渗漏作用使地表物质发生的退色效应和油气微渗漏蚀变；植被的金属中毒效应等。在遥感图像上形成与周围物质或景观不同的色调特征，称之为“遥感色调异常”，应用图像处理方法，分析、识别和提取这些异常信息，是遥感找矿的重要途径之一。针对TM图像或以TM为主的多光谱图像，国内外发展了一系列增强、识别和提取异常的数据处理方法（王润生等，2002）。
图8-4 常见矿物的反射波谱曲线
图8-5 青磐岩化主要矿物的反射波谱曲线
图8-6 方解石和石膏的近红外光谱曲线
（一）波段比值
比值是增强和提取色调信息常用的有用方法。从TM图像中能提取的蚀变类型主要有：①铁的氧化物、氢氧化物和硫酸盐矿物，包括褐铁矿、赤铁矿、针铁矿和黄钾铁矾。由于紫外部分的强烈吸收，这些矿物的波谱在TM1，2，3区间上升梯度很陡，另外一个特征是TM4 波段范围内（0.8～0.9μm）有较强的近红外吸收带。黄钾铁矾在2.2μm左右（TM7）还存在有羟基矿物的强吸收谷；②羟基矿物，包括粘土矿物和云母；③水合硫酸盐矿物（石膏和明矾石）和碳酸盐矿物（方解石和白云石）。后两类矿物在TM7波段都有较强的吸收谷，吸收谷的具体光谱位置和强度各不相同，对矿物种类具有鉴定意义。由于TM波段的带宽太大而无法在图像上对逐个矿物加以区别。但是，不同类型矿物的波谱曲线的变化趋势很不相同，为用比值方法增强和提取这些蚀变信息奠定了物理基础。
识别热液蚀变常用的有效TM波段比值主要有：
TM3/1，用于识别褐铁矿（赤铁矿和针铁矿），在图像上，赤铁矿呈暗色调，针铁矿呈亮色调。
TM5/4，用于区分植被与无植被覆盖的土壤和岩石，植被呈暗色调。用以区分不同种类的特征矿物：云母和黄钾铁矾的TM5/4≫1.0，水合硫酸盐矿物（明矾石和石膏）的TM5/4≪1.0，而碳酸盐矿物和粘土矿物的 TM5/4≈1.0。由于铁氧化物和氢氧化物晶体场在4 波段（0.8～0.9μm）的吸收带，TM5/4还可以识别褐铁矿化，含铁矿物（特别是赤铁矿）含量越高，比值越大。
TM5/7，识别含羟基矿物、水合硫酸盐矿物和碳酸盐矿物。由于这些矿物在2.2μm附近的吸收谷，它们的TM5/7值很大，在图像上呈亮色调。但是，植被TM5/7的值也很大，需用其它方法加以区分。
TM7/4，可用于区分不同种类的特征矿物，云母的TM7/4≫1.0，水合硫酸盐矿物（石膏和明矾石）的TM7/4≪1.0。
TM3/4，植被TM3/4的值很小，是识别植被常用的波段，并可用来区分褐铁矿化岩石。
彩色合成图像可在一张图像上显示多种信息，有利于研究不同异常的空间分布与空间组合，而且，彩色图像较黑白图像更易于区分微小的差别。好的合成图像应该尽可能显示多种蚀变异常信息，并将其与植被明显地区分开来。最常用的比值合成图像有：
TM5/7（R），TM3/1（G），TM3/4（B）；
TM5/4（R），TM3/1（G），TM7/5（B）；
TM5/4（R），TM4/3（G），TM5/7（B）。
上面常用最佳比值合成都是比值5/7（或7/5），3/1，3/4（或4/3），5/4四个比值的不同组合，从上面列出的各个比值的作用明显可以看出这些比值合成方案的考虑。在这一合成图像上，赤铁矿和针铁矿为绿至青色；黄钾铁矾呈黄至白色；含羟基矿物、水合硫酸盐矿物和碳酸盐矿物呈品红色；植被呈红色。
在实际应用中，仿照归一化差值植被指数（NDVI）的做法，经常用两个波段的“和差比”构造一些复杂的比值，进一步扩大波段之间的差别，并对其归一化，仿照植被指数，称它们为“归一化差值矿物指数”。对于TM，常用复杂比值有：
TM（4-3）/（4+3），植被指数；
TM（3-1）/（3+1），褐铁矿化（氧化铁）指数；
TM（5-4）/（5+4），氧化亚铁矿物指数；
TM（5-7）/（5+7），含羟基矿物指数。
（二）主成分分析（KL变换）
主成分分析（PCA）是根据图像的统计特征确定变换矩阵对多维（多波段）图像进行正交线性变换，使变换后新的组分图像互不相关，并且，把多个波段中有用信息尽可能地集中到少数几个组分图像中。主成分分析是一种常用的图像特征选择和增强方法，被广泛应用于图像编码、数据压缩、图像增强和变化检测中。
几种有用的TM和ETM波段选择主成分分析：
TM1，4/3，TM5，TM7的主成分分析，以区分蚀变和未蚀变岩石。比值TM4/3的作用是利用植被发育状况信息（植被指数）区分植被和蚀变岩（马建文等，1994）；
TM1，TM3，TM4，TM5的主成分分析，增强铁氧化物信息；
TM1，TM4，TM5，TM7的主成分分析，提取含羟基矿物信息；
TM1，TM3，TM4，TM5，TM7的主成分分析，区分高岭石-伊利石、石膏等不同的粘土矿物。
TM3/1和TM4/3的定向主成分分析用以区分针铁矿、赤铁矿和植被。在TM3/1图像上，赤铁矿呈暗色调，针铁矿呈亮色，但受植被干扰严重；在TM4/3上植被呈亮色调，而褐铁矿色调较暗。在定向主成分分析的DPC1上，针铁矿较亮，赤铁矿较暗；植被在DPC2上取高值，可与无植被区较好地区分开来（Fraser，1991）。
TM4/5和TM5/7的定向主成分分析用以区分含羟基矿物和植被。在DPC1上，含羟基矿物和植被都为亮色调；但在DPC2上仅植被取高值，从而将两者予以区分（Ruiz-Armenta，1998）。
（三）色度空间分析
在由亮度、色调、饱和度定义的色度空间中，亮度表示颜色的明亮程度，它决定于物体反射辐射度；色度是光线平均波长所引起的人的视觉特征，取决于光线的光谱组成和物体反射辐射的主波长。饱和度是颜色的纯度，决定于物体反射辐射的光谱选择程度。亮度、色调和饱和度作为3个互不相关的物理量，可以准确地定量描述颜色的视觉物理特征，是地物分类识别有效的标识参量。对遥感图像而言，亮度I除了与地物的反射辐射特征有关外，受地形因素的影响很大（照度不同）。而色调和饱和度图像主要反映了地物的谱波信息，是与地物本身特性有关的物理量。因而，在IHS空间可更有效地提取和描述色调异常特征。色度空间分析在多光谱色调异常分析中的作用主要如下。
将亮度、色调、饱和度图像作为一种特征，直接用于提取色调异常信息。如秦小光（见王润生等，1992）和刘建国（Liu et al.，1990）等利用色调合成图像消除地形影响，增强地物的波谱特征，用于区分不同的岩性和蚀变带；
在亮度、色度和饱和度空间，对饱和度或色调图像作去相关扩展；
以亮度、色调和饱和度这3个互不相关且物理意义明确的物理量，对异常作定量描述，进行异常的划分、分级和分类。
用于多种方法提取结果的融合，或提取结果与背景图像的融合。
（四）引入高光谱或甚多谱段的数据处理方法
近年来，一些主要用于高光谱数据或甚多谱段的信息处理方法，如噪声调节主成分变换（NAPC：Noise-Adjusted Principal Components Transform）（Lee et al.，1990）或最大噪声组分变换（MNF：Maximum Noise Fraction Transformation）（Green et al.，1988）、光谱角制图（SAM：Spectral Angle Mapping）等方法也被引入到多光谱的异常提取中，并取得了一定的效果。
光谱角（Spectral Angle）是对地物光谱波形相似性程度的一种度量（Kruse et al.，1993），它将每条光谱都视为谱段空间的一个矢量，通过计算测量光谱和参考光谱矢量的夹角θ来确定两光谱间的相似性程度，其矢量夹角越小，则表明测量光谱与参考光谱相似程度越大，测量光谱所代表的物质与参考光谱物质的性质相同或相近。光谱角对于乘性干扰具有较好的抗干扰性，不受照度等变化的影响。
在多光谱光谱角遥感异常提取中，参考光谱可选用典型光谱、地面实测光谱或像元光谱。像元光谱曲线是指由图像像元各波段像元值构成的折线。由于多光谱的光谱分辨率一般较低，且一般不作辐射定标和大气校正，用典型光谱和地面实测光谱一般效果较差。用像元光谱作光谱角分析是计算图像中每个像元光谱与已知异常区域（已知的矿床、矿点或蚀变带）像元光谱之间的夹角，度量它们之间的相似程度，因此实质上是一种监督分类方法，只不过它仅考虑像元光谱曲线形状的相似程度，而基本不考虑其绝对值的大小，而且每次仅考虑与种子像元的相似程度，而不考虑是否还与其他像元相似。
张玉君1杨建民2陈薇1
（1.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京）
摘要：本文为关于矿产资源预测新参数——蚀变遥感异常系列论文的第一篇。文中论述了蚀变遥感异常信息提取的地质依据和波谱前提，报道了东天山大东沟至赤湖地区两万余平方公里遥感蚀变异常提取及部分异常点的实地查证结果。区内有已知矿床、矿（化）点71个，所取得的遥感异常与其中61个互洽，吻合率达85.9%，且与已知矿床的吻合率为100%。经首批地面查证，扩大了一处已知矿点的找矿范围。文中定义了某些相关的新技术术语。
关键词：蚀变遥感异常；蚀变异常；铁染异常；遥感异常
中图分类号：TP753文献标识码：A文章编号：1001-070X（2002）04-0030-07
本文系中国地质科学院矿产资源研究所地质大调查项目（DKD9909001）资助
引言
地球物理和地球化学所提交的各类异常图件，诸如航磁异常图、布格重力异常图、区域化探异常图等等，都是独立的参数。自从Landsat 4增设两个短波红外波段（TM5和TM7波段）以来，为提取具找矿标志意义的热液蚀变岩石信息提供了有效的技术手段。20多年来，国内外遥感工作者为开发利用这种信息进行了卓有成效的试验研究，证实了蚀变岩石信息与金属矿床有较高的相关性，所提取的蚀变遥感异常作为一种找矿标志参数同样具独立性。TM（ETM+）数据的积累及计算机软硬件功能的提高已使大面积进行“扫面性”遥感异常提取工作成为可能。此类工作所涉及的理论和技术性问题如此广泛，可以和任何一个物化探独立参数所涵盖的内容相比拟，为了适应大面积TM蚀变遥感异常提取任务的需要，从本文起将系统介绍与ETM+（TM）蚀变遥感异常信息提取方法有关的各类问题。
1 蚀变异常找矿的地质依据
近矿围岩蚀变现象作为找矿标志已有数百年历史，有文献记载也可追索到约200a前，根据围岩蚀变信息发现的大型金属、非金属矿床更是不胜枚举，北美、俄罗斯的大部分斑岩铜矿、我国的铜官山铜矿、犹他州的大铝矿、西澳大利亚的大型金矿、墨西哥的大铂矿、美围许多白钨矿、世界大多数锡矿、哈萨克斯坦的刚玉矿等等找矿实例，充分证明交代蚀变岩石信息作为找矿标志的重要意义。
岩石的交代蚀变主要是不同类型的热液与原生岩石相互作用的产物。最常见的蚀变为硅化、绢云母化、绿泥石化、云英岩化、矽卡岩化、白云岩化、重晶石化及锰铁碳酸盐化。某种有用元素的逐步富集是形成矿床的必要条件，而这种成矿物质通常由成矿热液进行迁移搬运和卸载沉淀。近矿围岩蚀变是成矿物质逐步富集成矿过程中留下的印迹。地质学家断言，绝大多数岩浆生成的矿床都伴随有其围岩的交代蚀变现象，而且蚀变带范围大于矿体分布的范围数倍至数十倍。
遥感探测的是地表物质的光谱信息，因此只要有一定面积的蚀变岩石出露，遥感都有可能测出，也就是说，即或矿体隐伏，只要有蚀变岩出露，就有可能用TM发现，当然蚀变信息的强弱也很重要。
关于金属矿床的围岩蚀变专著甚丰[1-3]，围岩蚀变的理论和规律是十分复杂的，现以实例来阐述蚀变分带及其强度分级（图1，图2）。
图1 主要蚀变类型在美国新墨西哥的Santa Rita斑岩铜矿的分布情况[2]
图2 江西德兴铜厂铜矿分带模型[4]
1－钾长石化花岗闪长斑岩；2－水白云母化花岗闪长斑岩；3－水白云母化和绿泥石（绿帘石）千枚岩（凝灰岩）AnZ1j;4－千枚岩（凝灰岩）
为了说明热液蚀变可能达到的强度，根据文献[3]归纳成表1。在江西德兴县铜厂铜矿的强蚀变带中，新生蚀变矿物占蚀变岩总组成的80%以上。
表1 热液蚀变强度分级
续表
这些数字说明中等强度以上的蚀变带对于TM蚀变信息提取是十分有利的。这便是以找矿（首先是大矿、富矿）为最终目的蚀变遥感异常提取的地质依据。
2 蚀变异常提取的波谱前提
近30年来，一批学者进行了大量岩石和矿物波谱特性研究工作，这些研究涉及晶体场理论的矿物学、固体物理学、量子力学、遥感岩石学等众多学科 全国遥感地质协调小组新技术方法课题组等.高光谱遥感蚀变矿物岩石识别与填图[M].译文集，1991.
（1）主要造岩矿物的主要成分，即硅、铝、镁和氧，其振动基频在中红外和远红外区，波长位于10μm附近或更长区域，第一倍频也在5μm附近或更长区域，高倍频谱带强度太弱，所以在可见—近红外（VNIR）区不产生具有诊断性的谱带。
（2）岩石中的次要成分，如铁杂质或蚀变矿物，在岩石特征谱带形成中占有优势。换言之，在可见及近红外区中，天然矿物和岩石最常见的光谱特征是由以这样或那样形式存在的铁产生的，或者是由水、OH－基团或
（3）热液蚀变矿物在短波近红外波段具有诊断性强的吸收特征，它们是纯矿物本身固有的特征。不同矿物混合在一起组成的岩石，并不能改变矿物的波谱特征，因此，岩石的波谱是组成岩石的纯矿物波谱的线性组合，但某种矿物吸收特征的强弱不但取决于其含量，而且还取决于辐射能量的可接近程度。例如，某一矿物被透明矿物所包围时，其吸收特征就较强，反之亦然。吸收特征的尖锐程度取决于矿物的结晶程度，结晶程度越好，吸收特征越明显。
（4）绝对反射率和谱带的光谱对比度对矿物颗粒大小非常敏感，对透明物质来说，一般粒级越小，总反射率越高，但光谱对比度降低；对不透明物质，粒级越小，反射率越低。
现将对岩石矿物在可见光一近红外区反射光谱特征起主导作用的离子和基团的重要吸收谱带列入表2，并引用两个波谱曲线图（图3，图4），直观地展示含三价铁离子矿物及热液蚀变岩石中常见矿物的反射波谱曲线。
图3 含Fe3＋矿物的反射波谱曲线（纵坐标经零点偏移，据Lee和Raines,1984）
表2 对岩石矿物在可见光—近红外区反射光谱特征起主导作用的离子和基因的重要吸收谱带
图4 热液蚀变岩石中常见矿物的反射波谱曲线（A－热液蚀变岩石中常见矿物的反射波谱曲线，纵坐标经零点偏移；B－由左侧矿物反射波谱曲线组合而成。据Knepper,1989）
表3列举了我国西部某些地区典型地质体及地物在TM各波段的像元亮度值，并将它们绘制成为曲线图（图5）。
表3 我国西部某些地区典型地质体及地物TM各波段像元亮度值（据图像采样统计结果）
续表
图5 我国西部某些地区典型地质体及地物TM各波段像元亮度值曲线图
（a）表示铜、铁、金矿床蚀变岩石反射波谱特征曲线；（b）表示干扰地物反射波谱特征曲线；（c）表示不同围岩与植被等地物的反射波谱特征曲线
从图5可以看山：①曲线1～3反映了不同类型矿床（铜、铁和金）蚀变岩波谱特征，曲线具双峰现象，它由蚀变带中OH－离子对TM7波段的强吸收和Fe3＋离子对TM1、TM2和TM4波段的吸收造成，是进行蚀变异常提取的依据；②线5～8为不同围岩的波谱特征曲线，其特征明显区别于上述各蚀变岩石的，故一般不会对蚀变岩提取造成干扰；③曲线4对应白色大理岩，由于
3 东天山大东沟—赤湖地区蚀变遥感异常提取及查证
在中围地质调查局大调查项目“东天山铜金成矿地质背景和成矿过程研究”的执行过程中，我们在大东沟—赤湖（200km×104km，约20800km2）的ETM＋卫片范围内提取了蚀变遥感异常。ETM＋卫片编号为13931，成像日期为2000年10月23日，蚀变异常提取的范围为东经91030′～93°40′，北纬41°30 ′～42°12 ′，提取的方法以主分量分析为主，具体流程与在甘肃柳沟峡所用基本相同[6]。
3.1 异常点与已知矿化点坐标对比
在完成了东天山地区20800km2ETM＋蚀变遥感异常提取的基础上，我们对大东沟一赤湖范围内已知的71个铜、铜钼、金、铁、铁锰、铅、镍等矿床、矿（化）点与提取的ETM＋蚀变遥感异常进行了统计分析，其中61个矿床、矿（化）点的实测坐标与蚀变异常中心坐标吻合，吻合率为85.9%。需要指出的是，与已知矿床的吻合率达100%。
3.2 实地查证
2001年6月至8月，项目组与新疆地调院第二地调所共同工作，将 ETM＋蚀变遥感异常与地质、构造、化探、物探等多元信息综合，选出一些可供查证的蚀变异常，进行了实地查证。经过两个多月的工作，验证了各类蚀变异常点50个，其中有17个为已知的铜、铜钼、金、铁、铁锰、铅、镍等矿床、矿（化）点，17个为新发现的与铜、金等有关的矿化蚀变异常点，16个为非矿化蚀变点。在这17个新发现的与铜、金等有关的矿化蚀变异常点中，地表见到了黄铁矿化、硅化、褐铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、孔雀石化、黄铁绢英岩化、碳酸盐化等矿化蚀变。在这些新发现的异常区中，有的扩大了已知矿点的找矿范围，有的具有良好的找矿前景。
3.3 已知典型矿床的异常查证（以延东—土屋斑岩型铜矿床为例）
这一矿区内包括土屋、土屋东和延东3个大型铜矿床。铜矿床位于塔里木板块与准噶尔板块碰撞对接缝合带的北侧，即准噶尔板块最南缘的石炭纪增生拼贴岛弧带中。
矿区内出露与铜矿（化）体相关的地层主要为石炭系（?）企鹅山群，出露岩性为玄武岩、安山岩、安山质砾熔料、火山角砾岩、岩屑砂岩、含砾岩屑砂岩、复成份砾岩、沉凝灰岩等。矿体及近矿围岩普遍孔雀石化。土屋、土屋东和延东铜矿即分布在火山熔岩与碎屑岩、火山碎屑岩的接触带上。中酸性浅成岩体是重要的控矿地质体，主要有细碧岩、花岗斑岩、斜长花岗斑岩、安山岩、石英斑岩等，通常呈岩枝、岩脉状产出，走向多为 NEE-SWW向，与区域构造线方向基本一致，单个岩体出露面积约0.30km2。
矿体赋存位置为细碧岩体的中底部，其间穿插少量斜长花岗斑岩。矿体直接底板主要为角砾状沉凝灰岩、含砾砂岩和后期侵位的细碧岩，底板岩石多呈隐爆角砾状，发育黄铁矿碳酸盐脉。矿体顶板为同期同成分细碧岩，与矿体呈渐变过渡关系，亦发育同成分隐爆角砾岩。（岩）矿体蚀变类型齐全，蚀变分带明显，矿体及顶板蚀变强度（晕宽）大于底板，自中心向两侧可依次划分强硅化带、黑云母带、石英－绢云母带、绢云母－（泥化、石膏化）青盘岩化带和青盘岩化带。黑云母带基本分布在主矿体内部，其他蚀变带与矿体间不存在专属性（时有时无）。
土屋、土屋东和延东铜矿床蚀变异常的提取结果如彩版附图13（6）所示。将土屋、土屋东和延东铜矿床蚀变异常图与1∶1万土屋、土屋东和延东铜矿床地质图（图6）进行对比，从中可以看出，两者在地层、构造、岩浆岩及矿床等地质要素的空间展布上完全一致。验证结果证实本次工作提取的ETM＋蚀变遥感异常图与已知矿床极为吻合。
图6 土屋—延东铜矿区地质略图（据新疆地质调查院第二调查所姜立丰等改编，2002）
3.4 对已知矿点扩大找矿范围的查证（以A金矿点为例）
A金矿点位于阿奇克库部克断裂南侧附近，属于北天山古生代雅满苏—阿齐山岛弧带[7]。出露地层主要为玄武质火山岩、安山质火山岩与大量碳酸岩夹层。A金矿点是新疆地调院第二地调所于2001年5月发现的，探槽见到产于大理岩中的脉状金矿体，主要为硫化物石英脉，大理岩蚀变强烈，表现为黄钾铁矾化、炭化、硅化、褐铁矿化（彩版附图13（7））。
与此同时所提取的蚀变异常中不仅有与A金矿点对应的异常，而且在它的西北方向约1.5km处还有东西向展布的蚀变异常（彩版附图13（8））。后者在同年8月异常地面查证后，经探槽揭露也发现了金矿脉。这是蚀变遥感异常找矿方法及时快速扩大找矿范围的又一个实例。彩版附图13（9）是查证时所拍的自然景观。
4 讨论
（1）大东沟至赤湖一带蚀变遥感异常与已知金属矿床完全互洽，对全部矿床、矿（化）点吻合率高达85.9%。因此有理由确信，蚀变遥感异常是一种廉价、快捷、定位精确且应用效果好的独立参数，特别是对于高山、交通不便、工作程度较低的地区尤为重要。
（2）蚀变遥感异常在应用MSS图像时期仅有可能圈定由蚀变作用产生或非蚀变作用产生的三价铁氧化物；TM则呈献了提取并区分蚀变异常及铁染异常的可能性。为避免术语上的淆惑，在今后的讨论中我们将二者统称为遥感异常，并作为蚀变遥感异常的简称。现将相关术语定义如下：
①蚀变遥感异常（简称遥感异常）。依据地表蚀变岩石原、次生矿物中的Fe3＋、OH－等引起的光谱强吸收现象，利用数学分析（变换）方法从TM数据中提取的特殊遥感信息——蚀变遥感信息。其灰度图的背景值和异常下限一般由均值加k倍标准离差界定，高于背景值的蚀变遥感信息区、带称为蚀变遥感异常。
②蚀变异常。源于OH－等阴离子基团振动过程的蚀变遥感异常称为蚀变异常。
③铁染异常。源于Fe3＋等阳离子电子过程的蚀变遥感异常称为铁染异常。
（3）迄今对于TM信息在找矿方面的利用大多限于局部地区，其潜力远未被穷尽。中国地质调查局为适应西部开发及资源大调查的形势，决定展开蚀变异常提取快速遥感扫面，这无疑是非常适时的，可以预言，这项规划的历史作用在某些方面将可与区域化探相比拟。
致谢：曾朝铭同志对本工作给予了很大关注，提出遥感异常是成矿预测的“新参数”，并多次参与讨论，提出宝贵意见，特此致谢！
参考文献
[1]Курек Н Н Измененные окодорудные лороды и их поисковое значение[М]，Госгеотехизлат，Мосхва，1954
[2]Bames.热液矿床地球化学（上、下）[M].北京：地质出版社，1985,1987
[3]Шехгман热液矿床详细构造预测图[M].北京：地质出版社，1982
[4]黄崇轲等.中国铜矿床（上、下册）[M].北京：地质出版社，2001
[5]遥感专辑，第一辑，矿物岩石的可见—中红外光谱及应用[M].北京：地质出版社，1980
[6]张玉君，杨建民.基岩裸露区蚀变遥感信息的提取方法[J].国土资源遥感，1998,（2）:46～53
[7]毛景文，杨建民，朝春明等.东天山铜、金多金属矿床成矿系统和成矿地球动力学模型[J].地球科学，2002待刊
A STUDY OF THE METHOD FOR EXTRACTION OF ALTERATION ANOMALIES FROM THE ETM+（TM）DATA AND ITS APPLICATION: Geologic Basis and Spectral Precondition
Zhang Yu jun1,Yang Jian min2,Chen Wei1
（1.China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources,Beijing 100083,China；2.Chinese Academy of Geological Sciences,Institute of Mineral Deposis,Beijing 100037,China）
Abstract:This is the first paper in the serial articles on the new parameter for the prediction of the nuneral resources alteration RS ammalies.The geological basis and the spectral presupposition for the alteration anomalies are discussed.The result of extracting alteration anomalies in an area of more than 20000 square kilometers within East Tianshan Mountains and the result of the in-situ investigation of some anomalies are reported.Among the 71 known deposits or mineralization spots in this area,61 have the corresponding alteration anomalies.The coincidence coefficient is as high as 85.9%.some new related terms are defined.
Key words: Alteration RS anomaly；Alteration anomaly；Ferric contamination anomaly；RS anomaly
原载《国土资源遥感》，2002,No.4。
etm活力时代零基础可以去吗
答：不可以。因为一定会被刷下来，etm活力时代于2014年成立于四川成都，起源于偶像孵化成果领先的ETM演艺学院，是一家专注于青少年音乐偶像孵化、青少年原创音乐孵化的公司没有一定舞蹈或者歌唱基础的人基本是没有希望被选上的。
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用下好的ETM数据,不知道怎么使用,八个波段好像都是tif格式的,怎么用...
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