高光谱遥感蚀变矿物信息提取研究

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。

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。

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Fe、Cu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-OH、CO32-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(表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。

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-OH、Mg-OH、CO32-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-OH、Mg-OH、CO32-、铁离子将蚀变矿物分为4类。矿物中羟基的伸缩振动产生1.4μm、2.2μm、2.3μm3个特征吸收位置，其中1.4μm、2.2μm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-OH、Mg-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2.19μm到2.225μm随着Na、K的含量而变化。高岭石的吸收特征为1.4μm、2.2μm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间;蒙脱石吸收峰位置在2.208μm处，在1.41μm和1.91μm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-OH和H2O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1.5μm和1.78pm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-OH在2.275μm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1.92μm、2.00μm、2.16μm、2.35μm、2.55μm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2.33μm和2.52μm处的吸收峰，方解石的鉴定特征为2.35μm和2.55μm处的吸收峰，菱铁矿的鉴定特征为2.35μm和2.56μm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+在0.45μm、0.87μm处形成强吸收带。

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审核编辑 黄宇