高光谱遥感蚀变矿物信息提取研究
发布时间:2023-07-12

以测谱学为基础的高光谱分辨率遥感早在20世纪初就被用于识别分子、原子及其结构,20世纪80年代开始建立成像光谱学。国际上通常把光谱分辨率在5~25nm间、具有几十至几百个狭窄且连续通道的成像遥感技术称为高光谱遥感,它集成了远距离二维成像技术与测谱学技术,即在获取地物影像的同时获取地物的连续光谱信息,因此高光谱遥感具有图谱合一的特点。在热液成矿过程中,岩石在热液交代作用下,其结构、构造以及化学成分发生改变生成蚀变矿物。蚀变矿物在400~2500nm波长区间具有诊断性波谱特征,为利用高光谱遥感提取蚀变矿物信息提供了依据。利用高光谱遥感不仅能够识别具体蚀变矿物种类,而且可以定量计算蚀变矿物的丰度,依据蚀变矿物组合信息,圈定蚀变矿物分布范围、划分蚀变分带、圈定矿化异常。

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蚀变绿岩

1、高光谱遥感蚀变矿物信息提取理论基础

绝大多数蚀变矿物的吸收峰宽度大多在20~40nm区间,高光谱的光谱分辨率一般在5~15nm,因此利用高光谱遥感数据可以识别蚀变矿物信息。

2、矿物波谱形成机理与蚀变矿物波谱特征

2.1 矿物波谱形成机理

遥感技术能探测、识别地物主要依赖于各种地物对电磁波的反射、吸收以及发射特性的差异。当电磁波作用于不同结构、离子特征的矿物时,会在相应的波段产生吸收特征。矿物晶格中FeCu等过渡性金属元素发生电子跃迁,核外电子吸收能量从低能级跃迁到高能级,该过程中会吸收或发射特定波长的电磁辐射,并伴随高能量差,从而在0.4~1.3μm形成特定的波谱特征,过渡性金属阳离子中的铁离子在自然界广泛分布,并且能够置换矿物中的镁和铝,所以铁离子的电子跃迁较为普遍并具有重要研究意义;矿物中的-OHCO32-等阴离子基团震动产生的能量差较小,所以其引起的吸收特征主要存在于1.3~2.5μm的短波红外范围内(1)此外,矿物的粒度、类质同象、结构等都会影响波谱特征,如矿物粒径通常只影响反射率的高低,并不影响波谱的谱形;温度、风化作用、大气等外界条件也会影响分子的振动频率、振动方式,导致特征吸收位置向特定方向偏移。

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2.2典型蚀变矿物波谱特征

蚀变矿物包括高岭石、绢云母、绿泥石、方解石、黄钾铁矾等,一般含有Fe3+Fe2+Al-OHMg-OHCO32-等基团或离子。根据蚀变矿物所含基团和离子的种类,一般按照Al-OHMg-OHCO32-、铁离子将蚀变矿物分为4类。矿物中羟基的伸缩振动产生1.4μm2.2μm2.3μm3个特征吸收位置,其中1.4μm2.2μm为两个强吸收位置,根据与羟基结合的金属阳离子种类又可分为Al-OHMg-OH。含有Al-OH的矿物主要有白云母、高岭石、蒙脱石、明矾石、伊利石等,其最主要特征吸收位置在2.2μm,是Al-OH矿物的诊断性吸收特征;其次,Al-OH矿物在1.4μm处均有一尖锐且对称度较高的吸收峰。白云母的Al-OH的吸收峰波长从2.19μm2.225μm随着NaK的含量而变化。高岭石的吸收特征为1.4μm2.2μm附近的双重吸峰,1.4μm处吸收峰值在1.4~1.45μm间,2.2μm处吸收峰值在2.166~2.206μm;蒙脱石吸收峰位置在2.208μm处,在1.41μm1.91μm处还有不对称的吸收峰,与水分子对红外光的吸收作用有关;伊利石、明矾石等含水层状硅酸盐矿物,其含有Al-OHH2O两种含氢基团,Al-OH基团吸收峰在2.2μm处,H2O吸收峰在1.9μm处,在1.5μm1.78pm附近伴随有较为宽缓的吸收陡坎。

含有Mg-OH的矿物主要有蛇纹石、绿帘石、绿泥石,Mg-OH的特征吸收峰位置为2.3μm,是Mg-OH矿物的诊断性吸收特征,除1.4μm处共有的吸收特征外,Mg-OH2.275μm处还有一较浅的伴随吸收峰,2.0μm处有一宽缓且对称度较高的吸收峰,绿帘石、绿泥石在1.4μm附近均具有细微的吸收陡坎。绿泥石中的Mg易被Fe取代,Fe/Mg比值不同,羟基吸收位置不同,Fe/Mg增大,吸收位置向2.26μm偏移,Fe/Mg减小,吸收位置向2.25μm偏移,2.25~2.26μm处的峰值位置与铁镁比值具线性关系。在斑岩型或热液矿床中,富镁的绿泥石往往更靠近矿化带。

含有CO2-3的矿物主要有菱铁矿、方解石、白云石,CO2-3的吸收峰中心波长在1.92μm2.00μm2.16μm2.35μm2.55μm处,其中2.35μm处吸收最强,可根据此特征来鉴定碳酸盐矿物。白云石的鉴定特征为2.33μm2.52μm处的吸收峰,方解石的鉴定特征为2.35μm2.55μm处的吸收峰,菱铁矿的鉴定特征为2.35μm2.56μm处的吸收峰。

过渡性金属阳离子中以铁离子最为常见,含有铁离子的矿物主要有黄钾铁矾、针铁矿、褐铁矿、赤铁矿,铁离子分为Fe2+Fe3+Fe2+一般出现在还原环境中,与成矿意义不大,Fe3+0.45μm0.87μm处形成强吸收带。