高光譜遙感蝕變礦物信息提取研究

以測譜學(xué)為基礎(chǔ)的高光譜分辨率遙感早在20世紀初就被用于識別分子、原子及其結(jié)構(gòu)，20世紀80年代開始建立成像光譜學(xué)。國際上通常把光譜分辨率在5~25nm間、具有幾十至幾百個狹窄且連續(xù)通道的成像遙感技術(shù)稱為高光譜遙感，它集成了遠距離二維成像技術(shù)與測譜學(xué)技術(shù)，即在獲取地物影像的同時獲取地物的連續(xù)光譜信息，因此高光譜遙感具有圖譜合一的特點。在熱液成礦過程中，巖石在熱液交代作用下，其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及化學(xué)成分發(fā)生改變生成蝕變礦物。蝕變礦物在400~2500nm波長區(qū)間具有診斷性波譜特征，為利用高光譜遙感提取蝕變礦物信息提供了依據(jù)。利用高光譜遙感不僅能夠識別具體蝕變礦物種類，而且可以定量計算蝕變礦物的豐度，依據(jù)蝕變礦物組合信息，圈定蝕變礦物分布范圍、劃分蝕變分帶、圈定礦化異常。

高光譜遙感蝕變礦物信息提取理論基礎(chǔ)

絕大多數(shù)蝕變礦物的吸收峰寬度大多在20~40nm區(qū)間，高光譜的光譜分辨率一般在5~15nm，因此利用高光譜遙感數(shù)據(jù)可以識別蝕變礦物信息。

礦物波譜形成機理與蝕變礦物波譜特征

2.1 礦物波譜形成機理

遙感技術(shù)能探測、識別地物主要依賴于各種地物對電磁波的反射、吸收以及發(fā)射特性的差異。當電磁波作用于不同結(jié)構(gòu)、離子特征的礦物時，會在相應(yīng)的波段產(chǎn)生吸收特征。礦物晶格中Fe、Cu等過渡性金屬元素發(fā)生電子躍遷，核外電子吸收能量從低能級躍遷到高能級，該過程中會吸收或發(fā)射特定波長的電磁輻射，并伴隨高能量差，從而在0.4~1.3μm形成特定的波譜特征，過渡性金屬陽離子中的鐵離子在自然界廣泛分布，并且能夠置換礦物中的鎂和鋁，所以鐵離子的電子躍遷較為普遍并具有重要研究意義;礦物中的-OH、CO32-等陰離子基團震動產(chǎn)生的能量差較小，所以其引起的吸收特征主要存在于1.3~2.5μm的短波紅外范圍內(nèi)(表1)此外，礦物的粒度、類質(zhì)同象、結(jié)構(gòu)等都會影響波譜特征，如礦物粒徑通常只影響反射率的高低，并不影響波譜的譜形;溫度、風(fēng)化作用、大氣等外界條件也會影響分子的振動頻率、振動方式，導(dǎo)致特征吸收位置向特定方向偏移。

2.2典型蝕變礦物波譜特征

蝕變礦物包括高嶺石、絹云母、綠泥石、方解石、黃鉀鐵礬等，一般含有Fe3+、Fe2+、Al-OH、Mg-OH、CO32-等基團或離子。根據(jù)蝕變礦物所含基團和離子的種類，一般按照Al-OH、Mg-OH、CO32-、鐵離子將蝕變礦物分為4類。礦物中羥基的伸縮振動產(chǎn)生1.4μm、2.2μm、2.3μm3個特征吸收位置，其中1.4μm、2.2μm為兩個強吸收位置，根據(jù)與羥基結(jié)合的金屬陽離子種類又可分為Al-OH、Mg-OH。含有Al-OH的礦物主要有白云母、高嶺石、蒙脫石、明礬石、伊利石等，其最主要特征吸收位置在2.2μm，是Al-OH礦物的診斷性吸收特征；其次，Al-OH礦物在1.4μm處均有一尖銳且對稱度較高的吸收峰。白云母的Al-OH的吸收峰波長從2.19μm到2.225μm隨著Na、K的含量而變化。高嶺石的吸收特征為1.4μm、2.2μm附近的雙重吸峰，1.4μm處吸收峰值在1.4~1.45μm間，2.2μm處吸收峰值在2.166~2.206μm間;蒙脫石吸收峰位置在2.208μm處，在1.41μm和1.91μm處還有不對稱的吸收峰，與水分子對紅外光的吸收作用有關(guān);伊利石、明礬石等含水層狀硅酸鹽礦物，其含有Al-OH和H2O兩種含氫基團，Al-OH基團吸收峰在2.2μm處，H2O吸收峰在1.9μm處，在1.5μm和1.78pm附近伴隨有較為寬緩的吸收陡坎。

含有Mg-OH的礦物主要有蛇紋石、綠簾石、綠泥石，Mg-OH的特征吸收峰位置為2.3μm，是Mg-OH礦物的診斷性吸收特征，除1.4μm處共有的吸收特征外，Mg-OH在2.275μm處還有一較淺的伴隨吸收峰，2.0μm處有一寬緩且對稱度較高的吸收峰，綠簾石、綠泥石在1.4μm附近均具有細微的吸收陡坎。綠泥石中的Mg易被Fe取代，F(xiàn)e/Mg比值不同，羥基吸收位置不同，F(xiàn)e/Mg增大，吸收位置向2.26μm偏移，F(xiàn)e/Mg減小，吸收位置向2.25μm偏移，2.25~2.26μm處的峰值位置與鐵鎂比值具線性關(guān)系。在斑巖型或熱液礦床中，富鎂的綠泥石往往更靠近礦化帶。

含有CO2-3的礦物主要有菱鐵礦、方解石、白云石，CO2-3的吸收峰中心波長在1.92μm、2.00μm、2.16μm、2.35μm、2.55μm處，其中2.35μm處吸收最強，可根據(jù)此特征來鑒定碳酸鹽礦物。白云石的鑒定特征為2.33μm和2.52μm處的吸收峰，方解石的鑒定特征為2.35μm和2.55μm處的吸收峰，菱鐵礦的鑒定特征為2.35μm和2.56μm處的吸收峰。

過渡性金屬陽離子中以鐵離子最為常見，含有鐵離子的礦物主要有黃鉀鐵礬、針鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦，鐵離子分為Fe2+、Fe3+，F(xiàn)e2+一般出現(xiàn)在還原環(huán)境中，與成礦意義不大，F(xiàn)e3+在0.45μm、0.87μm處形成強吸收帶。

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審核編輯 黃宇