高光谱矿物识别与矿物填图的技术体系和工作方法

物识别限和影响因素分析

矿物识别限是指高光谱所能检测到的矿物最低像元丰度，即像内矿物的最小平均丰度。利用反演的矿物分布强度与矿物实测丰度相关分析估计高光谱矿物的识别限。结果显示,高光谱遥感矿物填图的灵敏度或检出限约在5%～10%之间。一般来讲，反射比比较低的暗色矿物灵敏度较低，识别限一般在8%～10%左右，如绿泥石绿帘石等；反射比比较高的浅色矿物灵敏度较高，识别限一般在5%～6%左右，如方解石等。但矿物的识别限受多种因素的影响,包括矿物在岩石中的实际含量分布范围与背景的对比度以及数据的空间分辨率等。低空间分辨率会对矿物的像元丰度产生稀释效应。对于分布尺度较小的矿物，如细脉状的方解石脉和细矿脉中的矿物，空间分布很不均匀的矿物，实际的识别限会显著降低。

运用理论分析实验和数字模拟相结合的方法，较系统地分析了大气地面的非朗伯特性太阳-目标-仪器的几何关系光谱分辨率空间分辨率信噪比等环境和技术参数对矿物识别的种类可信度和定量化程度的影响(51,4,6)。

矿物识别限和影响因素的研究为高光谱测量的工程布置和技术指标的选择提供了依据。

高光谱矿物识别与矿物填图的技术体系和工作方法大致可以分为以下步骤

1. 数据获取：高光谱矿物识别主要利用高光谱数据，这些数据可以通过搭载于航空或航天平台上的成像光谱仪测量岩石、矿物等地物的光谱特性来获取。
2. 数据分析：在获取了高光谱数据后，需要对其进行处理和分析。常用的光谱匹配方法有距离法、光谱角、匹配滤波、光谱信息散度、混合调制匹配滤波等。
3. 矿物识别：通过岩石光谱识别方法，如光谱特征拟合SFF(SpectralFeatureFiting)、光谱吸收指数SAI(SpectralAbsorptionIndex)和吸收谱带定位分析AABP(AnalysisofAbsorptionBandPositioning)等，对参考光谱进行匹配或比较，求出它们之间的相似或差异性，从而直接识别矿物、提取岩性、蚀变、矿化等信息。
4. 矿物填图：在完成矿物识别后，可以通过地理信息系统（GIS）等软件将识别结果进行地图化，即矿物填图。这个过程需要将地质信息与遥感图像相结合，如矿物分布、丰度等，生成可视化的矿物填图。

高光谱矿物填图的两种地质找矿应用模式

同类型岩石中的矿物组分,不同矿种不同成医类型矿床的矿物生成序列,矿物的共生和件生组合蚀变类型和蚀变矿物组合及分带标型矿物等都有一定的内在规律。在地质找矿中，蚀变矿物组合和蚀变分带比单一的蚀变矿物更具有指导和决策意父。很多情况下,并不需要逐一识别出各种单一的矿物成分,更需要的是识别出矿物的共生组合及其分带。据此，提出了在找矿应用中，针对不同情况可采用的两种应用模式l1,mI:

(1)基于单矿物的识别模式。对单个矿物逐一识别。根据矿物的空间分布和组合型式，结合矿物的共生组合规律和工作区地质环境与地质条件,分析矿物分布的空间组合型式和空间变化,划分不同的蚀变带变质带岩化带或相带，进行深入的地质分析。

(2)基于组合矿物(蚀变带)的识别模式。根据不同蚀变类型和蚀变分带的矿物组合,依据组合光谱特征直接识别蚀变带,用以进行地质分析和矿产资源评价，圈定找矿靶区。

干早裸露区高光谱矿物填图的基本工作方法和技术流程

通过理论分析和典型试验,对比分析了大气校正光谱重建矿物光谱识别端元矿物选择及光谱解混等主要技术环节中不同处理方法或模型的应压条件和应用效果,对比分析了布标光谱同步测量地物定标点光谱同步测量定标点光谱非同步测量及大气传输模型等4种成像光谱大气校正和光谱重建方法的效果,总结和提出了工程实施中光谱重建应遵循的工作准则重建光谱质量的判断方法与判断准则3l,a¹;提出了根据不同矿物选择途径和端元类型拟采用的识别方法或方法组合。在此基础上，总结了一套较系统的干旱裸露区区域成像光谱矿物填图的基木工作方法或工作程式[31,形成的较完整的技术和应用体系(除数据获取外)基本能够适应规

模化生产的需要。

基于知识的矿物填图工作策略

自然界岩石矿物的组成性状和波谱特征非常复杂，在实际工作中，仅靠数学方法和数学模型往往难以取得较理想的识别效果。熟悉或了解工作区的地质背景地质环境和地质发展历史，掌握矿物学矿物的共生组合和矿物光谱学等方面有关知识和经验，对识别目标的确定诊断特征的选择识别方法的应用决策依据的建立等都具有重要的指导作用。据此，提出了基于地质学矿物学和矿物物理学知识的高光谱矿物填图的工作策略和判别决策方法。

高光谱矿物识别与矿物填图的技术体系

在以上分析研究和应用示范的基础上，总结和提出包括数据获取和标准产品生成数据预处理大气校正和光谱重建图像分析矿物光谱识别矿物识别的不确定性和敏感性分析光谱识别支持系统、应用分析与建模多数据的组合运用等高光谱矿物填图技术休系框架(图6)。

应用示范

区域矿物填图

新疆土屋东一三岔口工作区面积约3000 km²位于康古尔塔格俯冲碰撞带铜镍钼金成矿带之赤湖一黄山—镜儿泉铜镍钼金成矿区中。铜镍矿床一般都赋存于复式岩体较晚期贯入的基性或超基性岩相中,都件有一定规模的围岩蚀变。应用建立的识别谱系和识别规则，用HyMap机载成像光谱数据填绘出蛇纹石透闪石褐铁矿富铝白云母贫铝白云母蒙脱石高岭石绿泥石绿帘石绿泥石和绿窄石组合方解石盐碱化(石膏和芒硝)等10多种矿物，编制了全区(图7)和标准分幅(图8)矿物分布

图。系统野外查证结果表明，矿物识别率(含量达到识别限以上地点被识别出的比率)为82%,识别准确率(被识别出的地点的确存在该矿物的比率)达90%以上。

对填图结果的地质分析和野外查证发现,呈带状片状或团块状，沿构造线方向大片展布的白云母绿泥石绿帘石及方解石等单一矿物或一两种矿物组合，一般都是区域变质作用的产物；蛇纹石和透闪石可用以圈定超基性岩；散布在岩体边缘接触带断裂带附近，呈小板块状细条纹状透晶体状或星点状出现的蛇纹石透闪石与其他蚀变矿物的组合分布，往往是成矿作用的反映，指示着矿床、矿点或矿化的分布，是找矿的有利地段。据此，提出了若干找矿有利地段靶区和找矿有利部位。

典型矿区成矿与找矿模型

在河北崇礼工作区，根据已经发现的矿床都与碱性杂岩体有关的特点，以已知矿区蚀变碱性杂岩体的波谱为参照，通过对工作区MAIS成像光谱数据的处理和识别，采用光谱匹配方法，圈出了12个金矿化蚀变异常。对其中的7个异常点进行野外检查，都见到了与金矿化密切相关的石英脉，在石英脉或围岩中都发育不同程度的钾长石化硅化绿帘石化绿泥石化黄铁矿化以及褐铁矿化等蚀变。特别是西沟窑东西沟处两金矿化异常点钾长石化硅化强烈，硫化物十分发育，经采拣块样化验分析,西沟窑东沟含金0.68g/t银348g/t铅15.88%;西沟窑西沟含金4.9 g/t银50g/t铅286%.6]。利用Hyperion航天成像光谱数据，在西藏驱龙斑岩铜矿远景区填绘了高A₁绢云母低A1绢云母、

与斑岩铜矿床典型成矿模型(图10左)对比认为，绢云母高岭石及绿泥石的分布对应于云英岩化、粘土化和青盘岩化带。由此建立了工作区斑岩铜矿高光谱遥感找矿模型(图10右),发现了多处与已知矿区矿物组合特征非常相似的矿化异常和若干较小的蚀变分布区，经分析评价和地面查证，圈定找矿靶

区3处2.m),每处都为其后的勘探工作所证实。从图9、10可见,高A1绢云母分布于矿床的北部边缘岩体的接触带上。根据成因矿物学的理论，低温高压条件有利于铝离子在六次配位中替代其他阳离子,高A1绢云母形成于相对低温高压环境中，其在岩体的接触带上集中分布可能反映出成矿岩浆沿接触带上升过程中,在较浅部位温度降低后而产出，或是多期热液作用的结果。