利用成像光谱遥感技术识别和提取矿化蚀变信息
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图 > 西沟窑矿化区 T 7; 结果及综合彩色合成图
原图为彩色图 # "
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基于整个谱形特征 " 这里仅取 < ’ ? @= ’ ?A * 光谱区 域 # 的相似概率的大小 B 能有效避免因岩石矿物光 谱漂移或光谱变异而造成的单个光谱特征的不匹 配B 并能充分综合利用弱的波谱信息 C 与此同时 B 辅 之以其他的图象处理方法 B 提取矿化蚀变信息分布 C 光谱角识别方法 " 又称光谱角度填图技术 # 是 在由光谱组成的多维光谱矢量空间 B 利用一个角度 测 度函数 " #求解参考光谱端元矢量 " #与图象像 D E 元光谱矢量 " # 的相似程度 B 即 F F H E D G, 6 6 ) . IF IIE I 参考端元光谱可来自实验室 J 野外测量或已知类别 的 图象像元光谱 CD 介于 K和 L M =之间 B其值愈小 B 说明二者的相似程度愈高 B 识别与提取的信息也就 愈可靠 C 通过合理的阈值选择 B 可以获取蚀变信息 的二值图象 C N ’ O 蚀变信息识别与提取 = ’ ! ’ < 西沟窑矿化区 在 综 合 分 析 该 区 蚀 变 岩 特 征 光 谱 的 基 础 之 上B 结合该区成矿机理 B 选择野外实测的钾化蚀变岩光 谱 作为参考端元光谱 " 图> B7# C由图 > 7 可见 B参 考端元光谱在 = ’ K @= ’ ?A * 区域谱形特征差异明 显 8而在 < 光谱特征差异不显著 B ’ ? @= ’ KA * 区域 B 在< ’ P KA * 附近区域光谱特征因水气吸收而被严 重 歪曲 C因此 B选择 = ’ K @= ’ ?A * 区域的光谱图象 波段 > 以及按 ;7S " Q @R > # Q @R > " = ’ K K = @ T波段 > 重取样的野外实测光谱 用 方法 = ’ > U RA B *# T 7;
利用成像光谱遥感技术识别和提取矿化蚀变信息
!! 以河北赤城 ! 崇礼地区为例
甘甫平 ! " 王润生 # " 郭小方 # " 张宗贵 # " 王青华 # " 杨苏明 #
$ ! %中国地质大学地球科学与资源学院 " 北京 ! & & & ’ ( )# %航空物探遥感中心 " 北京 ! & & & ’ ( *
形特征大体相似 6在 7 / b 9 <Y ;+ 8 9: ; 附近光谱的特征吸收 率为 9 数据预处理 峰 从矿石到围岩依次变弱 6在 < 和 . , 8 9: < = 7: ; ; 数据获取过程中因该区空气潮湿以及大气散射 附近水的吸收峰形态表明 ! 从矿石到围岩结构水成 结晶水的成分增多 + 分减少 ! / / 7: ; 附近的吸收峰 等多重因素 ! 辐射畸变明显 ! 严重影响波谱的可分 图9 特 征 变 化 说 明 ! 含 >? !>$ ! 因此必须进行 @ AB 基 团 的 蚀 变 矿 物 依 次 减 性 ! 甚至歪曲波谱特征 " 视反射率转换 $ 少 !即钾化 %绢云母 5 高岭石化依次变弱 6而 / +首先 9 7 有效的辐射处理和波谱重建 " c \ d 绿 利用二进制小波进行边缘辐射校正 ! 以消除图象 @ : ; 附近的吸收峰特征却表现为含 CD AB 基团 " 泥石 $的矿物含量依次增加 !绿泥石化的程度变强 + 的边缘辐射畸变 ! 然后采用与飞行同步测量的柏油 光谱吸收峰的特征正好印证了矿区中矿化与围岩分 马路 % 沙滩 % 水库水 % 水库泥滩等地物的野外光谱 布的一般形式 + 图中 E 为含金蚀变石英脉 " 矿石 $ 0 中的一小块纯的石英乳 " I J$的光谱曲 F" G$H8 线 !由 / / 7: ; 附近微弱的吸收峰特征说明其已经 发生轻微的钾化蚀变 + 整个矿区的波谱特征以及前人的研究结果 E 表 数据 " $和相应图象的灰度值 " e fg$建立空地回归 a d 方程 c !即 fg h ie jk 其中 !i 为比例因子 ! 主要反映大气传输和仪器增 益 的影响 6k 为主要 反映大 气路 径辐射 和仪器 偏移
( " 4 9 性可以表示为 8 +
! 波谱特征
: % : 岩矿识别的波谱机制
收稿日期 +# & & & 2& ! 2& ( 基金项目 +国土资源部 6 九五 7重点科研项目 6 成像光谱方 法技术开发应用研究 7$ 编号 +5 3 & 3 ( & ! * ,
S $ W" X " Y " Z " [ * TU V 反映岩石 S T 是从光谱特性上表征岩石的一个指数 "
摘要 + 成像光谱遥感因其具有高的光谱分辨率和能被直接利用于识别地物与量化地物信息而极 具 应用前景 ,不同岩石矿物和矿化蚀变具有不同的光谱特征 "这是利用成像光谱遥感技术进行 岩矿 -蚀变信息识别的基础 ,以后沟金矿区和西沟窑矿化区为例 "从应用技术和方法上开展了 成 像光谱遥感对蚀变岩识别的研究 "阐述了进行岩矿识别的波谱机制 -蚀变岩的信息识别与提 取方法的选择 -应用效果以及彩色合成显示等 )其中光谱角度填图技术已被使用 "并取得了良 好效果 , 关键词 + 成像光谱遥感 ) 光谱特征 ) 蚀变信息识别与提取 ) 光谱角度填图 ) 后沟金矿区 )西沟 窑矿化区 ) 河北省 中图分类号 +. / # 0 文献标识码 +1 文章编号 +! & & & 2’ 3 # 0$ # & & & *& 4 2& 4 / 3 2& 3 作者简介 + 甘甫平 $ ! 5 0 ! 2* " 男 " 博士研究生 " 地图制图学与地理信息工程专业 ,
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图 ! 辐射校正前后图象与光谱对比
原图为彩色图 # "
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’校正后的图象与光谱 8: ’土壤 8: ’钾化 8: ’岩石 8: ’植被 7’校正前的图象与光谱 89 ;< ;= ;! ;>
图 / 某含矿剖面岩矿波谱曲线
序号意义见正文 $ "
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陈 光火等m高光谱遥感蚀变矿物岩石识别与填图译 文 集m < 8 8 < +
第 >期
甘甫平等 [ 利用成像光谱遥感技术识别和提取矿化蚀变信息
’ < Q ] ! 8: ’ < Q ] = 8, ’原始波 7’钾化端元光谱 8其中 [: ;< \ ;= \ 谱8 0 ’ ! ! @R >波 段 取 样 的 波 谱 8 6 ’ > Q @R >波 段 取 样 的 波 谱 8 ’ ’彩色合成显示 B 其中 ^ 为钾化位置 9 T 7; 结果 8(
成像光谱遥感对岩矿的识别主要依赖于岩矿的光谱 特征 , 地表地物与太阳辐射源相互作用的光谱特征 及光谱行为一般表现为地物受外来能量的激发而引 起物质内部电子的跃迁以及分子振动 , 因此 " 分子 振动和电子跃迁所产生的光谱特征均与决定着岩矿 类型和其组成的内部微粒及其能级位置 晶格结构 键的伸缩与旋转等相关 , 从一个侧面 " 这种光谱特
! " # 9 和伊利石化等 ,据前人研究认为 8 "围岩蚀变与金
# 9 图 ! 河北赤城 2 崇礼地区地质图 8
矿化具有成因联系 " 该区强烈的钾长石化是主要的 围岩蚀变及重要的找矿标志 , 本文仅以后沟金矿区以及西沟窑矿化 $ 点*为 例 " 结合科研实际 " 利用航空成像光谱遥感技术提 取该区可能存在的与矿化具有成因联系的蚀变岩类 主要是钾长石化蚀变岩类 * $ " 以进一步指导找矿 ,
& 引
言
河 北 赤 城2崇 礼 金 矿 区 位 于 华 北 地 台 北 缘 中 段 " 内蒙地轴和燕山台褶带的过渡部位 , 水泉沟 2 后沟偏碱性杂岩体沿东西向赤城 2 崇礼深断裂带展 布 "是区内金矿的重要成矿围岩 $ 图! * ,区内发育 强烈的以钾长石化为主的多期热液蚀变 " 包括硅化 黄铁矿化 - 绢云母化 - 绢英岩化 - 钠长石化 - 碳酸 盐化和绿泥石化 " 以及表生的褐铁矿化 - 高岭土化
_ d 于波段比值识别方法 ! 如相对吸收深度图象技术 c % I d c 8 d 光谱吸收指数方法 c 和‘ BM编码 等经反复实验也 难 以 达 到 好 的 效 果! 所 以 特 采 用 光 谱 角 识 别 方 法 c < 7 [< / d " $ + 该方法 M >C!M N O P Q R S ? >Y D ? OCS N N O R
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明 !更能区分不同岩类的波谱区域一般在 / 7 [/ \ : ;!从图 /也可看到这一点 !在该光谱区域不同岩 类的光谱特征差异非常明显 +对于 CM %] M C 以及 M ^ A] 遥感图象来说 ! 仅利用有限的波段数以及较 宽的中心波长值难以体现这种差异 ! 而成像光谱遥 感则能以连续无限细分的谱段再现地物的光谱特 征 ! 从而可以利用光谱的差异识别地物 +
/ 矿化蚀变的识别与提取
测区成像光谱数据采于 < 所用仪器 8 8 _年 \月 ! 飞行相对高度为 /7 贯穿该区某含矿剖面的岩矿波谱特征 " 图/ $ ! 7 7 $可知 ! 为机载成像光谱仪 " C>‘ M 获 取 图 象 其 空 间 分 辨 率 机 下 沿矿体中心向外 ! 一般依次为含金蚀变石英脉 " 矿 ;! 以 9 7;R + " S Z 石 $0% 钾化石英脉 1% 绿泥石化石英脉 2% 硅化 从矿脉 5 蚀变岩 5 围岩 ! 谱 岩 3 以及石英二长岩 4+ 点 $ 为 a;! 连续采集短波红外光谱区 " < \ [/ \ 数据 共 个波段 波段 光谱分辨 ! 9 / " 9 9 [a = $ ! : ;$
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现代地质 55 中国地质大学研究生院学报
/ 7 7 7年
的组成物质和结构特性 ! 是矿物颗粒的种类和比例 " % 形状和大小 " $ % 空间分布或方向 " $ 以及 #$ & ’ 空间密度 " +不同成 $或致密度 " $的一个函数 * ( ) 分 " !& !( !) $的岩矿 !其光谱 #$或不同结构 " ’ 特征是有差异的 + 这种差异 ! 尤其是一些具有标示 岩矿类型的特征光谱差异 ! 构成利用成像光谱遥感 技术进行岩矿识别的物理基础 + , . 测区波谱特征 测区金矿的成因类型为多源热液石英脉型 + 金 主要赋存在石英脉中 ! 赋矿围岩为石英二长岩 + 从
将T 7; 结果孟赛尔逆 _T ‘ 变换到 Y Z 9色度 阈 值 GK " ’ < #识别并提取出西沟窑的钾化蚀变分布 C D 经进一步的去噪声和图象平滑化处理后 B 得到更为 空 间后 B 利用波段运算将蚀变信息叠加到 ;a$空 图 精确的蚀变矿化位置 " 图> B9 # C经野外验证 B那里 间域的彩色图象上 B 进行地质信息的综合分析 " 大多为钾化蚀 变 B 蚀 变 岩 中 含 金 " K ’ R Q& M #和银 2 " ! > Q& M # C 2
的量 +通过多元回归分析 !求出 i 和 k 之值 !然后 对全区数据进行辐射校正 !并最终利用平面域 " W ? S Q $校正进行视 反射率 转换 + 校 正后的 地物的 光 W L O ? Z 谱特征得到了较好的反映 ! 波谱曲线形态也有了明 显区别 ! 地物的可分性增强 " 图9 !l $ + . . 技术方法 因 在 测 区 内 所 采 集 的 C>‘ M数 据 的 光 谱 分 辨 率和信噪比均较低 ! 单个特征吸收峰难以被较准确 地提取 ! 利用一些基于单个诊断吸收峰特征以及基
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收稿日期 +# & & & 2& ! 2& ( 基金项目 +国土资源部 6 九五 7重点科研项目 6 成像光谱方 法技术开发应用研究 7$ 编号 +5 3 & 3 ( & ! * ,
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图 ! 辐射校正前后图象与光谱对比
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成像光谱遥感对岩矿的识别主要依赖于岩矿的光谱 特征 , 地表地物与太阳辐射源相互作用的光谱特征 及光谱行为一般表现为地物受外来能量的激发而引 起物质内部电子的跃迁以及分子振动 , 因此 " 分子 振动和电子跃迁所产生的光谱特征均与决定着岩矿 类型和其组成的内部微粒及其能级位置 晶格结构 键的伸缩与旋转等相关 , 从一个侧面 " 这种光谱特
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/ 矿化蚀变的识别与提取
测区成像光谱数据采于 < 所用仪器 8 8 _年 \月 ! 飞行相对高度为 /7 贯穿该区某含矿剖面的岩矿波谱特征 " 图/ $ ! 7 7 $可知 ! 为机载成像光谱仪 " C>‘ M 获 取 图 象 其 空 间 分 辨 率 机 下 沿矿体中心向外 ! 一般依次为含金蚀变石英脉 " 矿 ;! 以 9 7;R + " S Z 石 $0% 钾化石英脉 1% 绿泥石化石英脉 2% 硅化 从矿脉 5 蚀变岩 5 围岩 ! 谱 岩 3 以及石英二长岩 4+ 点 $ 为 a;! 连续采集短波红外光谱区 " < \ [/ \ 数据 共 个波段 波段 光谱分辨 ! 9 / " 9 9 [a = $ ! : ;$
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