利用熱紅外遙感提取層狀硅酸鹽蝕變礦物信息研究
——以甘肅北山地區(qū)為例

吳澤群，田淑芳

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京　100083)

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利用熱紅外遙感提取層狀硅酸鹽蝕變礦物信息研究
——以甘肅北山地區(qū)為例

吳澤群，田淑芳

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083)

礦物亞類的光譜曲線特征具有較大相似性，對(duì)層狀硅酸鹽礦物使用傳統(tǒng)的可見(jiàn)光-近紅外遙感中的區(qū)分提取難度較大。筆者以甘肅北山柳園工作區(qū)為例，利用發(fā)射率光譜特征，進(jìn)行了層狀硅酸鹽蝕變礦物提取實(shí)驗(yàn)。通過(guò)與ASU光譜庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線進(jìn)行對(duì)比，分析了來(lái)自于圖像端元的光譜曲線特征，區(qū)分出了層狀硅酸鹽礦物如蛇紋石、綠泥石等。野外實(shí)地驗(yàn)證結(jié)果表明，該方法在信息提取方面精確度較高，遙感應(yīng)用效果更加定量化、精確化，對(duì)于遙感地質(zhì)填圖工作具有很大的意義。

遙感地質(zhì)；層狀硅酸鹽礦物；熱紅外；蝕變提取

在應(yīng)用傳統(tǒng)的可見(jiàn)光-近紅外遙感對(duì)硅酸鹽礦物進(jìn)行識(shí)別時(shí)，主要依據(jù)是Al-OH、Mg-OH鍵振動(dòng)以及金屬陽(yáng)離子的電子躍遷在反射波譜中造成的光譜特征。不能獲取硅酸鹽礦物位于大氣窗口內(nèi)在8.5～12.0μm之間由Si-O鍵的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)造成的最強(qiáng)吸收特征，且硅氧四面體的Si-O骨干或Al-O骨干譜特征在可見(jiàn)光-近紅外反射波譜中不能體現(xiàn)，而這些重要的光譜特征恰恰在熱紅外遙感中有很強(qiáng)的可利用性。

熱紅外波段的發(fā)射率光譜不僅可以探測(cè)出礦物的Si-O鍵振動(dòng)特征(CHRISTENSEN et al. 2000)，由Si-O-Si、Si-O-Al、(Si、Al)-O-(Si、Al)對(duì)稱性振動(dòng)造成的吸收強(qiáng)度相對(duì)較小的位于12～18μm之間的吸收特征也可得以顯現(xiàn)，在硅酸鹽礦物識(shí)別上具有一定優(yōu)勢(shì)。一些學(xué)者嘗試?yán)脽峒t外遙感進(jìn)行硅酸鹽礦物的識(shí)別，取得了較好的效果。Hamilton根據(jù)位置、個(gè)數(shù)、深度等特征，區(qū)分出了斜方輝石與單斜輝石(HAMILTON et al.2000)。Michalski通過(guò)研究石英、磷石英、方石英的發(fā)射率光譜,發(fā)現(xiàn)成分一致,結(jié)構(gòu)不一致也會(huì)造成光譜差異(MICHALSKI et al.2003)。利用熱紅外發(fā)射率光譜既可以識(shí)別出礦物成分特征的差異，又可以獲取礦物結(jié)構(gòu)的不同。特別是對(duì)于硅酸鹽礦物在亞類層次上的識(shí)別，由于從島狀到架狀硅酸鹽發(fā)射光譜特征差異相對(duì)于礦物大類之間要小得多，導(dǎo)致硅酸鹽礦物亞類的識(shí)別難度較大。特別是層狀硅酸鹽，光譜特征相似性很高，只具有細(xì)微差別。若在光譜分辨率低的數(shù)據(jù)中，這些細(xì)微結(jié)構(gòu)差別在光譜曲線中難以體現(xiàn)出來(lái)，從而給層狀硅酸鹽礦物的區(qū)分造成困難。

筆者選用TASI熱紅外高光譜數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)范圍為8～11.5μm，硅酸鹽礦物在8.5～12.0μm之間由Si-O鍵的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)所致的最強(qiáng)吸收特征可在這一范圍內(nèi)體現(xiàn)。同時(shí)，TASI數(shù)據(jù)波段間隔0.109 5μm，能提供地面單元精細(xì)的光譜特征，可以顯現(xiàn)層狀硅酸鹽礦物光譜曲線的細(xì)微差異，這些細(xì)微特點(diǎn)對(duì)層狀硅酸鹽礦物的區(qū)分和鑒別具有很強(qiáng)指導(dǎo)性。熱紅外高光譜數(shù)據(jù)可應(yīng)用于礦物亞類識(shí)別、礦物組成成分探測(cè)、礦物豐度信息提取等。筆者在前期的溫度與發(fā)射率分離、礦物發(fā)射光譜機(jī)理和特性的研究成果上，利用硅酸鹽礦物發(fā)射光譜特征差異對(duì)蛇紋石、綠泥石、滑石等層狀硅酸鹽礦物進(jìn)行區(qū)分，使硅酸鹽礦物蝕變信息提取效果更加精細(xì)。

1　研究區(qū)與數(shù)據(jù)源概況

1.1研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)位于甘肅省西北部，行政區(qū)劃屬于酒泉市瓜州縣，在其中選取熱液活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域作為研究重點(diǎn)。研究區(qū)(左下東經(jīng)95°35′44.272″，北緯41°9′4.431″)位于北山造山帶中帶，紅柳河-牛圈子-洗腸井早古生代縫合帶南緣，面積約為11.07km2，分布范圍見(jiàn)圖1。該區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)和巖漿活動(dòng)，具有較優(yōu)越的成礦地質(zhì)構(gòu)造條件。研究區(qū)包括2個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元，以花牛山-察客爾呼都格大斷裂為界，北側(cè)為方山口-營(yíng)毛沱-鷹嘴紅山早古生代被動(dòng)陸緣帶，南側(cè)為花牛山早古生代陸緣裂谷帶(楊合群等，2008)。

1.板塊縫合線；2.構(gòu)造分區(qū)界線；3.省界；4.邊界斷裂及編號(hào)(①紅柳河-牛圈子-洗腸井?dāng)嗔?；②黑河斷?；5.研究區(qū)構(gòu)造單元：Ⅰ-1.大南湖-雀兒山-狐貍山早古生代活動(dòng)陸緣帶；Ⅰ-2.黃山-紅石山-路井晚古生代陸內(nèi)裂谷帶；Ⅰ-3.星星峽-明水-旱山地塊；Ⅰ-4.白玉山南-公婆泉-七一山早古生代活動(dòng)陸緣帶；Ⅱ-1.方山口-營(yíng)毛沱-鷹嘴紅山早古生代被動(dòng)陸緣帶；Ⅱ-2.花牛山早古生代陸緣裂谷帶(裂陷槽)；Ⅱ-3.磁海-紅柳園-白山堂晚古生代陸內(nèi)裂谷帶；Ⅱ-4.敦煌地塊圖1　北山地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐致詧D(改繪自楊合群等，2008)Fig.1　 Sketch map for division of tectonic units of Beishan area

研究區(qū)的東北部塊狀集中分布新近系苦泉組(N2k)和第四系全系統(tǒng)(Q4pl-al)的磚紅色砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。研究區(qū)內(nèi)寬帶狀東西向展布的中奧陶統(tǒng)花牛山群中巖組(O2hnb)受華力西中期花崗巖體侵蝕嚴(yán)重。侵入作用強(qiáng)烈，侵入巖出露面積約為6.64km2，約占研究區(qū)總面積60%。侵入巖體主要為中酸性巖體、基性-超基性巖，規(guī)模大小不等，多呈巖基、巖株和巖墻狀產(chǎn)出。研究區(qū)金屬礦產(chǎn)主要有金、鉬、鉻、鐵、銅、鉛鋅和鎢鉬等，非金屬礦產(chǎn)有螢石、水晶、硅灰石和蛇紋巖等。大多數(shù)礦產(chǎn)位于花牛山-察客爾呼都格大斷裂附近或其派生的次級(jí)斷裂附近。中酸性巖漿侵入體多數(shù)位于由奧陶系、志留系所組成的復(fù)向斜軸部及其翼部，屬同構(gòu)造期侵入體。超基性巖類侵入體則受斷裂構(gòu)造控制明顯。巖體多沿花牛山-察客爾呼都格大斷裂帶分布，或位于主干斷裂與次級(jí)分支斷裂交匯處(楊合群等，2008)。區(qū)內(nèi)發(fā)育的幾個(gè)主要期次侵入巖體特征如下。

花南溝超基性巖體(Σ41)：主要巖性為橄欖巖、輝橄巖，華力西早期第一次侵入巖。

柳園鎮(zhèn)北花崗閃長(zhǎng)巖體(γδ42b)：主要巖性為花崗閃長(zhǎng)巖，華力西中期第二次侵入巖。

花牛山南似斑狀花崗巖體(πγ42c)：主要巖性為斑狀花崗巖、含斑花崗巖，華力西中期第三次侵入巖。

雙峰山/雙井子/大駱駝脖子溝花崗巖體(γ42d)：主要巖性為紅色花崗巖，華力西中期第四次侵入巖。

1.2TASI發(fā)射率數(shù)據(jù)

本次研究采用經(jīng)過(guò)預(yù)處理的TASI熱紅外高光譜數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2，紅框內(nèi)為研究區(qū)。

圖2　研究區(qū)TASI影像圖(1∶250 000)Fig.2　TASI image of workplaces(1∶250 000)

2　礦物發(fā)射率參照光譜

通過(guò)學(xué)者對(duì)各種礦物的化學(xué)物理參數(shù)及其發(fā)射光譜進(jìn)行大量的實(shí)測(cè)研究，歸納出與礦物成分、結(jié)構(gòu)相關(guān)的光譜特征，奠定了現(xiàn)今熱紅外遙感巖礦信息提取的基礎(chǔ)(閆柏琨等，2005)。此外，參照標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)的選取也十分重要，不同的光譜庫(kù)含有的光譜類型不同；不同光譜庫(kù)中獲取方式、處理方式不同，即使波譜類型相同，也會(huì)造成影像光譜差異(劉漢湖等，2013)。目前共有3個(gè)含有熱紅外波譜波段范圍的光譜庫(kù)可供參考，分別為ASTER波譜庫(kù)、ASU波譜庫(kù)以及JHU波譜庫(kù)。其中ASTER波譜庫(kù)和ASU光譜庫(kù)礦物種類較完善，各個(gè)光譜庫(kù)特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1　參照波譜庫(kù)特點(diǎn)匯總表

ENVI軟件中雖含有JHU波譜庫(kù)，但庫(kù)中礦物光譜曲線不夠齊全，缺乏蛇紋石、綠泥石等礦物的光譜，無(wú)法進(jìn)行匹配。更重要的問(wèn)題是，所含光譜是雙錐反射率光譜的JHU波譜庫(kù)和ASTER波譜庫(kù)(http:speclib.jp.lnasa.gov)，在研究中需用基爾霍夫定律轉(zhuǎn)換為發(fā)射率，不利于熱紅外遙感達(dá)到定量水平(閆柏琨等，2005)。

另外，ASU紅外光譜波譜庫(kù)(http://tes. asu. edu/speclib/)還附帶有物理性質(zhì)和化學(xué)成分的數(shù)據(jù)庫(kù)。其中的化學(xué)成分分析主要是氧化物含量分析，為波譜與化學(xué)成分之間的分析提供了可能。

綜合來(lái)講，ASU波譜庫(kù)更適合本次研究的實(shí)驗(yàn)所需。故選用ASU庫(kù)中發(fā)射率光譜曲線作為參照，圖3為ASU波譜庫(kù)中層狀硅酸鹽、綠泥石、蛇紋石和滑石的發(fā)射率光譜曲線，為本次研究使用的參照光譜。

以大連理工大學(xué)為例，通過(guò)研究生或高年級(jí)本科生組建創(chuàng)新型團(tuán)隊(duì)的方式，開(kāi)展各種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和參加學(xué)生競(jìng)賽，其中作為領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)的研究生或本科生需具備一定的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和科研能力。參與的學(xué)生可根據(jù)自身興趣和研究方向自由結(jié)合申報(bào)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，校方會(huì)優(yōu)先考慮為創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備、科研基金，安排指導(dǎo)老師,以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和跨學(xué)科的初步科學(xué)研究能力。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的建設(shè)促進(jìn)了各種創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)展，進(jìn)而將創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)擴(kuò)散到各種學(xué)習(xí)活動(dòng)中，并逐漸培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和提升團(tuán)隊(duì)合作效率。

圖3　綠泥石、蛇紋石、滑石在8～11.5μm發(fā)射光譜曲線圖(ASU波譜庫(kù))Fig.3　Emissivity spectral of chlorite, serpentine, Talc in 8～11.5μm(ASU spectral library)

對(duì)以上層狀硅酸鹽參照光譜曲線進(jìn)行光譜特征分析，是進(jìn)行光譜匹配并識(shí)別目標(biāo)端元的重要基礎(chǔ)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)：蛇紋石于9.60μm附近有明顯的低谷，于10.00μm處有發(fā)射率為0.83的吸收特征。綠泥石于在9.20～10.30μm內(nèi)呈較寬發(fā)射率低谷，9.40μm和10.40μm處平緩，在10.00μm處有發(fā)射率約為0.70的發(fā)射低谷?；l(fā)射率曲線從8.80～10.20μm為發(fā)射率低谷，較寬，于9.60μm處有峰值。

3　甘肅北山地區(qū)層狀硅酸鹽礦物識(shí)別及驗(yàn)證

3.1礦物識(shí)別

ENVI的沙漏處理流程可從高光譜或多光譜數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取光譜端元并進(jìn)行填圖。沙漏處理流程利用高光譜數(shù)據(jù)獨(dú)特的光譜的性質(zhì)，可允許子像素目標(biāo)檢測(cè)，物質(zhì)識(shí)別和明確的混合像元分解。處理步驟如下。

(1)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行最小噪聲分離(MNF)變換：進(jìn)行32個(gè)波段的MNF變換后，由圖4a可見(jiàn)，曲線在20后趨于平緩，故將數(shù)據(jù)維數(shù)改為20，分離噪聲，減少后續(xù)計(jì)算量，同時(shí)也減少后面得到的端元數(shù)。

(2)選擇從圖像上獲取端元并進(jìn)行純凈像元指數(shù)(PPI)計(jì)算：迭代次數(shù)(Number of Iterations)：數(shù)據(jù)被映射到隨機(jī)向量的次數(shù)。迭代次數(shù)越多，ENVI越能較好的發(fā)現(xiàn)極值像元，所用時(shí)間也越多。本次實(shí)驗(yàn)迭代次數(shù)設(shè)為5 000。

閾值系數(shù)(Threshold Factor)：以數(shù)據(jù)位數(shù)為單位鍵入一個(gè)閾值。例如，閾值為2，則只有DN值與極值像元的差值大于兩位數(shù)的像元才被標(biāo)為極值。該閾值在影射向量的末端選取像元。閾值應(yīng)是數(shù)據(jù)噪聲等級(jí)的2～3倍。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為MNF結(jié)果時(shí)，1DN等于1sigma,因此閾值用2或3即可。較大的閾值將使得PPI找到更多的極值像元，但其包含不純凈像元的數(shù)量也越多。本次實(shí)驗(yàn)閾值設(shè)為2.500。PPI迭代效果見(jiàn)圖4b。

圖4　(a)研究區(qū)MNF特征值曲線和(b)PPI反復(fù)迭代趨勢(shì)圖Fig.4　(a)Eigenvalue curve of MNF and (b)Pixel Purity Index plots of workplace

(3)在n-D可視化中選取端元：通過(guò)n-D可視化中選取端元需要操作者具有一定的端元提取經(jīng)驗(yàn)。波譜沙漏工具系統(tǒng)自動(dòng)從n-D Visualizer窗口中選擇端元波譜并以不同顏色標(biāo)示，結(jié)合n維可視化工具提供的功能對(duì)自動(dòng)選擇的端元波譜進(jìn)行編輯?？山档陀捎诓僮髡呓?jīng)驗(yàn)不足造成的端元提取誤差。

(4)保存光譜曲線并生成光譜庫(kù)：從每個(gè)區(qū)的圖像上獲取的端元光譜曲線共21條，組成各自的光譜庫(kù)，通過(guò)將光譜庫(kù)中的21條光譜曲線與ASU光譜庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)礦物光譜進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別出目標(biāo)礦物端元。

將提取出的礦物端元波譜與ASU光譜庫(kù)中參照光譜進(jìn)行對(duì)比和匹配，并結(jié)合ASU光譜庫(kù)內(nèi)礦物性質(zhì)與礦物標(biāo)本物化特性對(duì)礦物端元波譜曲線進(jìn)行光譜分析，可知：①滑石：在9.50～9.80μm有發(fā)射率為0.90的低谷，在9.70μm處有發(fā)射率為0.94的明顯峰值，與ASU庫(kù)滑石參照光譜特征相符(圖5a)。滑石是蛇紋石、白云石經(jīng)熱液交代的產(chǎn)物，化學(xué)式為[Mg3(Si4O10)(OH)2](常麗華等，2006)，其中Mg2+含量約為31.72%，Si4+含量約為63.12%。②綠泥石：在8.50～10.50μm有發(fā)射率為0.86的低谷，在9.00～10.50μm處有凸值，與ASU庫(kù)綠泥石參照光譜特征相符(圖5b)。綠泥石為鐵、鎂、鋁的層狀鋁硅酸鹽礦物，其化學(xué)通式為：(R2+，R3+)5-6[(Si, Al)4O10](OH)8(彭同江等，2006)，式中R2+=Mg, Fe, Mn, Ni; R3+=Al, Fe, Cr, Mn?；c綠泥石都具有TOT型結(jié)構(gòu)層，其區(qū)別在于滑石層間無(wú)物，綠泥石層間物為氫氧八面體片。③蛇紋石：在9.50μm處有發(fā)射率為0.92的低谷，在9.80μm處平直，與ASU庫(kù)蛇紋石參照光譜特征相符(圖5c)。蛇紋石族礦物屬含(OH)的具有層狀TO型結(jié)構(gòu)層的鎂質(zhì)硅酸鹽(彭同江等，2006)，其理想成分為：Mg3[Si2O5](OH)4，氫氧化物八面體片含Mg2+陽(yáng)離子(代晶晶，2013)。主要混入元素有Fe、Mn、Al、Ni，成分中還有少量的Ca、Cu、Gr等雜質(zhì)。

a.研究區(qū)滑石端元波譜曲線；b.研究區(qū)綠泥石端元波譜曲線；c.研究區(qū)蛇紋石端元波譜曲線圖5　研究區(qū)(a)滑石、(b)綠泥石、(c)蛇紋石端元波譜曲線圖Fig.5　Spectral plot of (a)Talc, (b)Chlorite, (c)Serpentine from workplace

3.2蝕變礦物填圖及野外驗(yàn)證

在研究區(qū)內(nèi)提取出的蛇紋石、綠泥石、滑石分布見(jiàn)圖6。從色斑分布看，粉紅色表示的蛇紋石色斑分布最多，其次是鮮綠色表示的綠泥石色斑，第三是黃色表示的滑石色斑。它們?cè)趫D幅中所占面積比例約為45%、25%、10%。

圖6　研究區(qū)提取成果匯總圖(1∶20 000)Fig.6　Collection of silicate minerals extracted from Workplace (1∶20000)

在野外驗(yàn)證中，研究區(qū)內(nèi)硅酸鹽類蝕變發(fā)育主要為以下幾種：①綠泥石化：主要由富含鐵、鎂硅酸鹽礦物蝕變而來(lái)。②黏土化：以黏土礦物占優(yōu)勢(shì)的蝕變作用，含有高嶺石、石英，伴有絹云母。③蛇紋石化：熱液作用使含鎂較多的白云巖和超基性巖發(fā)生蛇紋石化。

礦化產(chǎn)于華力西中期花崗閃長(zhǎng)巖(γδ2b 4)的志留系斜山群(S1xsb)碳酸鹽巖中，沿?cái)D壓破碎帶分布。成礦前的擠壓破碎帶和層間滑動(dòng)面為控制礦體的良好構(gòu)造部位。礦體賦存的有利圍巖為大理巖，近礦圍巖蝕變強(qiáng)烈。在研究區(qū)內(nèi)的多個(gè)野外驗(yàn)證點(diǎn)，可見(jiàn)石英砂巖、方解石脈，灰?guī)r中發(fā)育方解石晶洞，局部有蛇紋石化。研究區(qū)內(nèi)與超基性巖有關(guān)的圍巖蝕變蛇紋石化非常發(fā)育，蛇紋石化特征見(jiàn)圖7。

對(duì)篩選出野外較難驗(yàn)證地點(diǎn)的標(biāo)本進(jìn)行鑒定，于其中之一處蛇紋石化驗(yàn)證點(diǎn)(北緯41°9′48.7″；東經(jīng)95°36′8″)處標(biāo)本呈淺灰色，由于被蛇紋石不均勻交代，少部分顯示黃綠色，塊狀構(gòu)造，粒狀變晶結(jié)構(gòu)。鑒定出巖石主要由方解石(75%～80%)、暗色礦物假像(20%～25%)組成，次生礦物有蛇紋石(10%±)、白云石(10%～15%)，鑒定為蛇紋石化白云石化方解石大理巖(圖8)。

圖7　蛇紋石礦化影像圖及其野外照片(2013年)Fig.7　Image of Serpentine Mineralization with picture

(a)蛇紋石野外驗(yàn)證點(diǎn)標(biāo)本照片(2013年)；(b)標(biāo)本鏡下照片(源自河北省地礦局區(qū)調(diào)研究所實(shí)驗(yàn)室?guī)r礦鑒定報(bào)告，2013年)圖8　蛇紋石驗(yàn)證點(diǎn)標(biāo)本照片、鏡下照片(+)10×2Fig.8　Image of Serpentine and specimen and section identification under polarizing microscope

4　結(jié)論與討論

(1)熱紅外高光譜技術(shù)在礦物蝕變信息提取方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。在這次研究中，具有熱液蝕變指標(biāo)意義的層狀硅酸鹽礦物綠泥石、蛇紋石和滑石等被提取出來(lái)。實(shí)驗(yàn)提取所得的3種層狀硅酸鹽礦物光譜表明高分辨率發(fā)射率光譜曲線特征可用于礦物亞類的區(qū)分和鑒別。例如，筆者在10.00μm處，蛇紋石的發(fā)射率為0.83；在10.00μm處，綠泥石處于發(fā)射率低谷，發(fā)射率為0.70；在8.00～10.00μm范圍內(nèi)，滑石的發(fā)射率具有在9.60μm處有凸出，發(fā)射率低谷較寬等特征進(jìn)行識(shí)別。熱紅外高光譜遙感可對(duì)礦物進(jìn)行精細(xì)填圖，在礦物亞類識(shí)別上精確度和定量水平較高。

(2)運(yùn)用熱紅外高光譜技術(shù)提取礦物蝕變信息必須與地質(zhì)背景相結(jié)合。經(jīng)過(guò)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)背景和地質(zhì)現(xiàn)象考察后發(fā)現(xiàn)，一定的碳酸鹽化會(huì)伴隨在矽卡巖型礦化中的蛇紋石化中，且會(huì)存在綠泥石、石英及鈣、鎂、鐵的碳酸鹽等典型熱液礦物。經(jīng)過(guò)熱液交代后，富鎂質(zhì)超基性巖中的蛇紋石會(huì)生成滑石。在甘肅北山柳園地區(qū)，這些礦物的出現(xiàn)一般與絹云母化、高嶺土化、蛇紋石化等熱液蝕變作用相伴生，而這些圍巖蝕變與該區(qū)的金、銀、銅、鉛、鋅等礦產(chǎn)關(guān)系極為密切，是找礦的重要標(biāo)志。但是，提取出單一的礦物其成因是源于巖性還是礦化蝕變，還需通過(guò)結(jié)合地質(zhì)背景綜合考量。圍巖蝕變?cè)诙鄶?shù)情況下是具有分帶過(guò)渡性，且是多種礦物的組合而成。例如，在矽卡巖型礦化中，存在一定的蛇紋石化和碳酸鹽化，且存在綠泥石、石英及鈣、鎂、鐵的碳酸鹽等典型熱液礦物。提取出的蛇紋石只有在碳酸鹽化、綠泥石等同時(shí)都存在的背景條件下，才可判定為蛇紋石化蝕變，否則應(yīng)將剔除。對(duì)于蝕變礦物的識(shí)別不僅要對(duì)蝕變礦物的特征光譜進(jìn)行研究，還應(yīng)該在此基礎(chǔ)上了解或恢復(fù)蝕變的原巖環(huán)境，總結(jié)源礦物和蝕變后礦物的相互關(guān)系，以此來(lái)驗(yàn)證識(shí)別的正確與否。

(3)還需進(jìn)一步加強(qiáng)熱紅外高光譜遙感獲取端元光譜曲線技術(shù)研究。通過(guò)分析圖像端元光譜曲線特征，對(duì)比ASU光譜庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行區(qū)分鑒別存在一定誤差。其問(wèn)題是造成光譜曲線特征不同的原因有很多。同種礦物化學(xué)成分含量差異可造成光譜曲線特征的細(xì)微差別，同種礦物具有相同成分但粒度不同、風(fēng)化程度不同等也會(huì)影響光譜曲線特征。前期的大氣校正和溫度與發(fā)射率分離同樣會(huì)影響圖像端元光譜。但是相對(duì)于地質(zhì)找礦需求而言，該方法的應(yīng)用受地域環(huán)境影響較大，影響其在找礦實(shí)踐中普及推廣的效果。還需進(jìn)一步研究在地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查中應(yīng)用的新方法，最大程度發(fā)揮熱紅外高光譜的優(yōu)勢(shì)。

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Application of Thermal Infrared Remote Sensing in the Extraction of Altered Phyllosilicate Minerals: Example from Beishan Area of Gansu Province

WU Zequn, TIAN Shufang

(School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

With respect to the high similitude in spectrum of minerals’ subclasses, it will be a challenge for applying visible and near-infrared method to extract the phyllo-silicate minerals. Take the Liuyuan in Gansu province as an example, through corresponding with the ASU Spectral Library, the spectral curve features of the images' endmember have been analyzed, the phyllosilicate alternated minerals (like Serpentine and Chlorite) have been identified on the basis of the curve features in spectrum of emissivity, and the mapping of alteration has been completed successfully. The results of field study show that, this method demonstrates high accuracy in terms of extraction and quantifies the effect of remote sensing in a more efficient way, which has an important significant for the mapping works of geological remote sensing.

remote sensing geology; phyllosilicate minerals; thermal infrared; alteration extraction

2015-05-04；

2015-09-01

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局科技外事部：“熱紅外高光譜礦化蝕變礦物提取方法研究與應(yīng)用示范”(12120113099600)

吳澤群(1992-)，女，北京人，地球化學(xué)學(xué)士，第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)碩士研究生在讀，研究方向?yàn)檫b感與地理信息系統(tǒng)。E-mail：wuzequn1992@126.com

TP79

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1009-6248(2016)01-0241-08