孫 雨，聶江濤，田 豐，秦 凱，楊國(guó)防,王 健

(1. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029； 2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100029)

?

相山鈾礦巖芯HySpex成像高光譜數(shù)據(jù)蝕變礦物提取及其地質(zhì)意義

孫 雨1，聶江濤2，田 豐1，秦 凱1，楊國(guó)防1,王 健2

(1. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029； 2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100029)

成像高光譜遙感具有圖譜合一的優(yōu)勢(shì)，能夠根據(jù)光譜特征直接識(shí)別地物，是遙感領(lǐng)域的前沿方向。本文使用江西省相山鈾礦田巖芯HySpex成像高光譜數(shù)據(jù)，采用基于專(zhuān)家知識(shí)的MTMF和波段運(yùn)算方法開(kāi)展了蝕變礦物填圖，提取了赤鐵礦、伊利石、綠泥石和方解石4種蝕變礦物，制作了鈾礦巖芯高光譜蝕變礦物分布圖。通過(guò)分析高光譜蝕變礦物類(lèi)型、組合和分布規(guī)律，在巖芯中劃分出中心蝕變帶、近礦蝕變帶和礦旁蝕變帶，中心蝕變帶蝕變礦物為赤鐵礦+伊利石+綠泥石+方解石，近礦蝕變帶為伊利石+方解石，礦旁蝕變帶為零星分布的伊利石+方解石。其中，巖芯高光譜遙感提取出的綠泥石第二吸收峰位于2270 nm，光譜特征分析顯示屬于富鐵綠泥石，與前人得出的與鈾礦化密切相關(guān)的綠泥石主要為富鐵綠泥石的結(jié)論一致。鈾礦巖芯HySpex巖芯成像高光譜數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)踐表明該數(shù)據(jù)在地質(zhì)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用效果和廣泛前景。

成像高光譜 蝕變礦物 HySpex 相山鈾礦田 江西

Sun Yu，Nie Jiang-tao，Tian Feng，Qin Kai，Yang Guo-fang，Wang Jian．Alteration mineral mapping of the Xiangshan uranium core using HySpex imaging hyperspectral data and its geological significance[J]．Geology and Exporation, 2015, 51(1):0165-0174.

1 引言

成像高光譜遙感是當(dāng)今遙感領(lǐng)域的前沿方向，具有“圖譜合一”的特點(diǎn)(Petersonetal.，1999；童慶禧等，2009)。成像高光譜遙感能夠在獲得地物的空間位置信息的同時(shí)，根據(jù)地物的光譜特征直接識(shí)別地物，實(shí)現(xiàn)了由地物鑒別到地物直接識(shí)別的重要轉(zhuǎn)變(Baughetal.，1998；Clark，1999)，使遙感工作方法由以圖為主的圖像分析模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰V為主的圖譜結(jié)合模式(甘甫平等，2000；張宗貴等，2000)。航天、航空成像高光譜數(shù)據(jù)在巖礦識(shí)別、油氣探測(cè)、礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)等(Sabins，1999；燕守勛等，2004；甘甫平等，2007；趙欣梅，2007)領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用，取得了較好的應(yīng)用效果。

受限于數(shù)據(jù)源匱乏，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用HySpex成像高光譜遙感研究工作開(kāi)展不多，在鈾礦中的應(yīng)用研究工作更少。國(guó)外方面，有學(xué)者開(kāi)展了HySpex成像高光譜數(shù)據(jù)在海灣硅藻和裸藻生物分布(Kazemipouretal.，2010)、皮膚擦傷檢測(cè)(Liseetal.，2012)、野外和手標(biāo)本尺度的巖性及礦物區(qū)分(Kurzetal.，2009；Baumgartneretal.，2012；Kurzetal.，2012)以及高光譜數(shù)據(jù)與激光雷達(dá)數(shù)據(jù)集成(Kurzetal.，2008)研究，取得了一些應(yīng)用成果。國(guó)內(nèi)方面，中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所和上海技術(shù)物理研究所研制了中國(guó)的地面成像光譜輻射測(cè)量系統(tǒng)——FISS，并成功應(yīng)用于作物-雜草識(shí)別、近海岸海洋環(huán)境試驗(yàn)、牛奶品種識(shí)別和植物生化參數(shù)反演研究(童慶禧等，2010)。核工業(yè)北京地質(zhì)研究院應(yīng)用HySpex地面成像高光譜數(shù)據(jù)對(duì)鈾礦第一科學(xué)深鉆進(jìn)行了礦物填圖，利用光譜角填圖(SAM)方法提取了赤鐵礦、伊利石等與鈾礦化密切相關(guān)的蝕變礦物(張杰林等，2013)。本文應(yīng)用鈾礦巖芯礦化段的HySpex地面成像高光譜數(shù)據(jù)，開(kāi)展蝕變礦物提取和分析，探索了地面成像高光譜數(shù)據(jù)的地質(zhì)應(yīng)用前景。

2 成像高光譜地質(zhì)應(yīng)用基本原理

3 研究區(qū)及數(shù)據(jù)情況

相山鈾礦田是我國(guó)最大的火山巖型鈾礦田，位于贛杭構(gòu)造帶西南端，礦床受大型塌陷型火山盆地控制(范洪海等，2003)。相山火山盆地巖石建造由基底和蓋層組成，基底為震旦系、下石炭統(tǒng)華山組和上三疊統(tǒng)，蓋層為中生界沉積-火山碎屑巖、中酸性火山熔巖和紅色碎屑巖(圖1)。中生界火山巖可分為下白堊統(tǒng)打鼓頂組和鵝湖嶺組，主要巖石類(lèi)型為流紋英安巖和碎斑流紋巖，鈾礦化主要發(fā)育在鵝湖嶺組頂部侵入相碎斑流紋巖內(nèi)。相山鈾礦田熱液蝕變作用普遍存在，礦床形成過(guò)程中主要發(fā)生了三次重要的熱液蝕變作用(郭建，2014)，分別為富鈉的堿性熱液蝕變、富氟的酸性-弱酸性熱液蝕變和硅質(zhì)熱液蝕變，其中酸性流體交代蝕變往往伴隨著鈾富集過(guò)程。主要蝕變類(lèi)型有赤鐵礦化、綠泥石化、鈉長(zhǎng)石化、水云母化、碳酸鹽化、螢石化、硅化等①(黃錫強(qiáng)，2007；彭澤露，2013；黃志章等，1999；張玉燕，2009；郭建，2014)。除鈉長(zhǎng)石化和硅化在400～2500 nm波段范圍內(nèi)無(wú)明顯光譜特征外，其余熱液蝕變礦物均可以被高光譜遙感技術(shù)探測(cè)并提取出來(lái)。

相山地區(qū)已經(jīng)開(kāi)展了較多鉆探工作，本次工作圍繞該區(qū)某鉆孔選取了一段鈾礦化好的巖芯，以該段的巖芯高光譜數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，開(kāi)展了HySpex巖芯成像高光譜數(shù)據(jù)獲取、處理和地質(zhì)分析工作。

本次使用的數(shù)據(jù)是由HySpex巖芯成像高光譜測(cè)量系統(tǒng)獲取。該系統(tǒng)主要由傳感器、中央計(jì)算機(jī)和測(cè)量平臺(tái)等(圖2)構(gòu)成，同時(shí)擁有一個(gè)可見(jiàn)光-近波紅外(VNIR)傳感器和一個(gè)短波紅外(SWIR)傳感器，能夠同時(shí)獲取0.4～2.5 μm的地面成像高光譜數(shù)據(jù)，傳感器主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

本文所使用的相山鈾礦巖芯高光譜數(shù)據(jù)由VNIR和SWIR兩部分?jǐn)?shù)據(jù)構(gòu)成，其中VNIR波段原始數(shù)據(jù)波段數(shù)為160個(gè)，SWIR波段原始數(shù)據(jù)波段數(shù)為256個(gè)。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，在蝕變巖表面布設(shè)了標(biāo)準(zhǔn)白板，對(duì)白板數(shù)據(jù)進(jìn)行了同步采集，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理奠定了基礎(chǔ)。

4 數(shù)據(jù)處理

HySpex成像高光譜數(shù)據(jù)處理工作包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和蝕變礦物填圖。本文通過(guò)反復(fù)實(shí)踐和修改完善，建立了切實(shí)可行的HySpex地面成像高光譜數(shù)據(jù)處理流程，為HySpex地面成像高光譜數(shù)據(jù)大規(guī)模工程化處理提供了依據(jù)，具體流程如圖3所示。

4.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

原始數(shù)據(jù)文件格式為RAW格式，利用HySpex地面高光譜成像系統(tǒng)自帶軟件完成原始數(shù)據(jù)的輻射校正，得到可以在ENVI軟件中打開(kāi)的BIL格式的輻亮度數(shù)據(jù)。然后，對(duì)輻亮度數(shù)據(jù)進(jìn)行波段裁剪(表2)，剔除信噪比低和受水汽影響的壞波段；同時(shí)，為減少提取時(shí)的數(shù)據(jù)冗余干擾，剔除了1～70波段和81～150波段蝕變礦物光譜特征不明顯的波段，波段裁剪后保留了142個(gè)VNIR波段和50個(gè)SWIR波段。最后，采用基于統(tǒng)計(jì)學(xué)模型的平場(chǎng)域法(Flat Field Method)進(jìn)行光譜重建工作獲得反射率數(shù)據(jù)，具體步驟是選取標(biāo)準(zhǔn)白板潔凈區(qū)域作為平場(chǎng)域，將HySpex地面成像高光譜數(shù)據(jù)除以平場(chǎng)域平均光譜即得到了相對(duì)反射率數(shù)據(jù)。在假定標(biāo)準(zhǔn)白板在各波段反射率均為1的前提下，光譜重建后的數(shù)據(jù)可視為絕對(duì)反射率數(shù)據(jù)。

圖1 相山鈾礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)楊彪等，2014修改)Fig.1 Geological sketch map of Xiangshan uranium ore field(modified from Yang et al., 2014 ) 1-上白堊統(tǒng)砂礫巖；2-下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖；3-下白堊統(tǒng)打鼓頂組流紋英安巖；4-上三疊統(tǒng)安源組砂巖、砂礫巖；5- 中元古界變質(zhì)巖；6-印支期花崗巖；7-加里東期花崗巖；8-花崗斑巖；9-斷裂；10-推斷火山機(jī)構(gòu)1-Upper Cretaceous sandy conglomerate；2-Lower Cretaceous Porphyroclastic rhyolite of the Ehuling Formation；3-Lower Cretaceous rhyodacite of the Daguding Formation；4-Upper Triassic sandstone, glutenite of the Anyuan Formation；5-Middle Proterozonic metamorp hic rocks；6-Indosinian granite；7-Caledonian granite；8-granite porphyry；9-fault；10-inferred volcanic edifice

圖2 巖芯成像高光譜測(cè)量系統(tǒng)工作場(chǎng)景圖Fig.2 Photo showing the imaging HySpex hyperspectral system

表1 HySpex成像高光譜傳感器主要技術(shù)參數(shù)

4.2 蝕變礦物填圖

蝕變礦物填圖采用的數(shù)據(jù)為預(yù)處理后形成的反射率數(shù)據(jù)，選擇ENVI軟件(版本4.7)推薦使用的流程化光譜沙漏工具(Spectral Hourglass Wizard)進(jìn)行礦物填圖。該流程可以分為MNF變換維數(shù)判斷、PPI純凈像元計(jì)算、N維散度分析和填圖方法選取4個(gè)部分。蝕變礦物填圖過(guò)程中，選取礦物識(shí)別的端元光譜非常重要，直接影響到蝕變礦物填圖的效果。

圖3 HySpex成像高光譜數(shù)據(jù)處理流程Fig.3 Processing workflow of HySpex imaging hyperspectral data

波段范圍去除的波段去除理由VNIR1～18信噪比低SWIR1～70減少蝕變提取的數(shù)據(jù)冗余干擾81～150減少蝕變提取的數(shù)據(jù)冗余干擾151～195受1900nm附近水汽影響236～256信噪比低

因此，本文以相山鈾礦田蝕變礦物類(lèi)型作為專(zhuān)家知識(shí)，采用基于專(zhuān)家知識(shí)的人工光譜選取方法對(duì)光譜沙漏識(shí)別出的端元光譜進(jìn)行逐一判別，選取出具有明確地質(zhì)意義的端元光譜進(jìn)行蝕變礦物填圖，為后續(xù)地質(zhì)分析奠定了基礎(chǔ)。本次采用的蝕變礦物填圖方法為混合調(diào)制匹配濾波(MTMF)方法，該方法是將線(xiàn)性混合分解與匹配濾波相結(jié)合而形成的一種復(fù)合方法，具有礦物檢出限低，能探測(cè)出其他方法不能檢測(cè)出的巖石中微量礦物成分的優(yōu)點(diǎn)。

HySpex地面高光譜數(shù)據(jù)由VNIR數(shù)據(jù)和SWIR數(shù)據(jù)兩部分組成，二者的光譜分辨率和空間分辨率各不相同。因此，需要對(duì)VNIR數(shù)據(jù)和SWIR數(shù)據(jù)分別進(jìn)行蝕變礦物填圖。

4.2.1 VNIR數(shù)據(jù)礦物填圖

對(duì)相山鈾礦區(qū)的HySpex地面成像高光譜數(shù)據(jù)VNIR波段數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜沙漏處理，獲得了11條圖像端元光譜。采用基于專(zhuān)家知識(shí)的光譜選擇方法對(duì)每條端元光譜進(jìn)行特征吸收位置、吸收深度、吸收寬度和光譜整體形態(tài)等的綜合分析，逐一篩選剔除，判定端元3為赤鐵礦光譜，與USGS光譜庫(kù)中赤鐵礦光譜較為接近，具有880 nm位置的寬展吸收峰和740 nm位置的強(qiáng)反射峰，同時(shí)，具有550 nm反射率突然急劇增高的形態(tài)(圖4)。

圖4 VNIR數(shù)據(jù)赤鐵礦端元光譜與USGS光譜 庫(kù)中赤鐵礦光譜對(duì)比圖Fig.4 Comparison of hematite endmember spectrum in the VNIR data with its in the USGS spectral library

利用端元3赤鐵礦端元光譜進(jìn)行MTMF方法礦物填圖并選擇合適的閾值，制作了赤鐵礦礦物分布圖。通過(guò)與HySpex真彩色影像進(jìn)行對(duì)照，發(fā)現(xiàn)局部存在誤提取，誤提取的赤鐵礦多位于肉紅色鉀長(zhǎng)石分布區(qū)和巖芯中暗色地段。對(duì)赤鐵礦、鉀長(zhǎng)石和暗色地段的光譜分析發(fā)現(xiàn)，赤鐵礦在880 nm附近的吸收深度大于鉀長(zhǎng)石，在743 nm位置具有反射峰且在554 nm附近具有弱吸收峰，為減少異物同譜干擾，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)了波段運(yùn)算公式(1)：

Imagehematite=((b91 gt b39) and (1.0*b91/b128 gt 1.1))*B3

(1)

Imagehematite—赤鐵礦分布灰度圖；

b39—反射率數(shù)據(jù)39波段(中心波長(zhǎng)554 nm)；

b91—反射率數(shù)據(jù)91波段(中心波長(zhǎng)743 nm)；

b128—反射率數(shù)據(jù)128波段(中心波長(zhǎng)877 nm)；

B3—MTMF數(shù)據(jù)MF3波段；

gt-IDL數(shù)值比較運(yùn)算符，含義為"大于"。

同時(shí)，為消除“椒鹽效應(yīng)”，對(duì)波段運(yùn)算后得到的灰度圖進(jìn)行3×3中值濾波，然后選擇合適的閾值進(jìn)行密度分割，制作了鈾礦巖芯赤鐵礦礦物分布圖(圖5)。從圖中可以看出，赤鐵礦主要位于斷裂構(gòu)造附近，與巖石中深紅色地段吻合較好，誤提取現(xiàn)象得到了改善。

4.2.2 SWIR數(shù)據(jù)礦物填圖

對(duì)相山鈾礦區(qū)的HySpex地面成像高光譜數(shù)據(jù)SWIR波段數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜沙漏處理，獲得了16條圖像端元光譜。采用基于專(zhuān)家知識(shí)的光譜選擇方法對(duì)每條端元光譜進(jìn)行特征吸收位置、吸收深度、吸收寬度和光譜整體形態(tài)等的綜合分析，逐一篩選剔除，選取出3條蝕變礦物端元光譜。端元1為方解石光譜，端元3為綠泥石光譜，端元7為伊利石光譜(圖6)。方解石端元光譜第一吸收峰位于2343 nm位置，呈左寬右窄不對(duì)稱(chēng)狀，第二吸收峰位于2163 nm位置；綠泥石端元光譜在2200～2400 nm范圍內(nèi)呈現(xiàn)雙吸收特征，第一吸收峰位于2342 nm附近，第二吸收峰位于2270 nm附近；伊利石端元光譜具有3個(gè)吸收峰，分別為2215 nm、2340 nm和1417 nm附近，特別是1417 nm附近的弱吸收特征，是伊利石與絹云母、蒙脫石等其它粘土礦物區(qū)分的重要特征。

圖5 VNIR數(shù)據(jù)鈾礦巖芯赤鐵礦礦物分布圖Fig.5 Hematite distribution map of uranium core in VNIR data

圖6 SWIR數(shù)據(jù)礦物填圖應(yīng)用的端元光譜圖Fig.6 Endmembers applied for mineral mapping in SWIR data

在此基礎(chǔ)上，利用3種礦物端元光譜進(jìn)行MTMF方法填圖，為消除“椒鹽效應(yīng)”，對(duì)其MF灰度圖進(jìn)行3×3中值濾波，然后選擇合適的閾值進(jìn)行密度分割，制作了鈾礦巖芯方解石、綠泥石和伊利石的礦物分布圖(圖7～圖9)。

5 結(jié)果與分析

為研究巖芯中蝕變礦物類(lèi)型、組合和分布規(guī)律，需要將蝕變礦物疊加到遙感底圖上。本文以相山鈾礦巖芯HySpex真彩色合成影像作為遙感底圖(圖10)，該影像由R：641 nm、G：551 nm、B：482 nm三波段合成。該影像圖色彩飽和度高，地物顏色真實(shí)自然，其顯著特點(diǎn)是高空間分辨率極高，成圖比例尺為1∶2.5。

蝕變礦物由VNIR波段和SWIR波段分別提取，其空間分辨率各不相同，因此需要進(jìn)行圖像幾何配準(zhǔn)，具體方法是以VNIR波段真彩色影像為基準(zhǔn)，選擇同名地物點(diǎn)對(duì)SWIR波段影像和蝕變礦物分布圖進(jìn)行幾何配準(zhǔn)，再將幾何配準(zhǔn)后的蝕變礦物疊加到HySpex真彩色影像圖上，制作了巖芯高光譜蝕變礦物分布圖，并根據(jù)蝕變礦物分布情況進(jìn)行了蝕變帶劃分(圖11)。

從圖11可以看出，相山鈾礦礦化段巖芯蝕變發(fā)育強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造附近蝕變最為強(qiáng)烈，遠(yuǎn)離斷裂構(gòu)造則蝕變強(qiáng)度逐漸減弱。高光譜遙感共提取出了4種蝕變礦物，分別為赤鐵礦、方解石、綠泥石和伊利石，蝕變礦物主要位于斷裂構(gòu)造附近。根據(jù)高光譜提取的蝕變礦物類(lèi)型、組合和分布情況，結(jié)合前人已有研究(郭建，2014)，將鈾礦巖芯劃分為6個(gè)蝕變帶，以斷裂構(gòu)造為界，上盤(pán)和下盤(pán)各包括3個(gè)蝕變帶，分別為上盤(pán)礦旁蝕變帶、上盤(pán)近礦蝕變帶、上盤(pán)中心蝕變帶、下盤(pán)中心蝕變帶、下盤(pán)近礦蝕變帶、下盤(pán)礦旁蝕變帶。

圖7 SWIR數(shù)據(jù)鈾礦巖芯方解石礦物分布圖Fig.7 Calcite distribution map of uranium core in SWIR data

圖8 SWIR數(shù)據(jù)鈾礦巖芯綠泥石礦物分布圖Fig.8 Chlorite distribution map of uranium core in SWIR data

圖9 SWIR數(shù)據(jù)鈾礦巖芯伊利石礦物分布圖Fig.9 Illite distribution map of uranium core in SWIR data

圖10 相山鈾礦巖芯真彩色影像圖(比例尺1∶2.5)Fig.10 True color image of Xiangshan uranium core(at a scale of 1∶2.5)

圖11 相山鈾礦巖芯1∶2.5高光譜蝕變礦物分帶圖Fig.11 Distribution map of hyspectral alteration minerals zone of Xiangshan uranium core, with the scale of 1∶2.5 1-赤鐵礦；2-方解石；3-綠泥石；4-伊利石；5-斷裂構(gòu)造；6-蝕變帶界線(xiàn)1-hematite；2-calcite；3-chlorite；4-illite；5-fault structure；6-alteration zone boundary

中心蝕變帶為主要賦鈾段，巖石為下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑流紋巖，顏色為暗紅色，殘斑變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石破碎，斑晶礦物大多被交代，石英斑晶破碎，裂隙中重結(jié)晶現(xiàn)象明顯。中心蝕變帶內(nèi)高光譜遙感提取出的蝕變礦物主要為赤鐵礦+伊利石+綠泥石+方解石，多種蝕變疊加分布。赤鐵礦使巖石染色，形成通常所稱(chēng)的“紅化”現(xiàn)象，分布范圍嚴(yán)格局限于中心礦化帶內(nèi)，呈團(tuán)塊狀、條帶狀展布，整體走向與斷裂構(gòu)造走向近于平行，下盤(pán)中心蝕變帶赤鐵礦蝕變作用相對(duì)強(qiáng)烈，分布范圍大于上盤(pán)中心蝕變帶。伊利石在中心蝕變帶分布相對(duì)較少，呈團(tuán)塊狀、斑點(diǎn)狀展布。綠泥石主要分布于中心蝕變帶內(nèi)，呈條帶狀展布，整體走向與斷裂構(gòu)造走向近于平行。方解石呈白色，廣泛分布于中心蝕變帶內(nèi)，產(chǎn)出形態(tài)各異，呈團(tuán)塊狀、脈狀展布，上盤(pán)中心蝕變帶方解石蝕變作用相對(duì)強(qiáng)烈，分布范圍大于下盤(pán)中心蝕變帶。

近礦蝕變帶內(nèi)高光譜遙感提取出的蝕變礦物為伊利石+方解石，伊利石呈團(tuán)塊狀、斑點(diǎn)狀展布，無(wú)明顯方向性。方解石呈白色，廣泛分布于中心蝕變帶內(nèi)，呈團(tuán)塊狀、脈狀展布，脈狀走向多變，以平行斷裂構(gòu)造走向?yàn)橹?，其次沿?cái)嗔褬?gòu)造同期共軛裂隙貫入，少量沿與斷裂構(gòu)造走向垂直的張性面貫入，下盤(pán)近礦蝕變帶方解石蝕變作用相對(duì)強(qiáng)烈，分布范圍大于下盤(pán)近礦蝕變帶。

礦旁蝕變帶內(nèi)高光譜遙感提取出的蝕變礦物為伊利石+方解石，蝕變作用較弱，僅零星發(fā)育有伊利石和方解石。伊利石呈團(tuán)塊狀、斑點(diǎn)狀零星散布，無(wú)明顯方向性。方解石呈白色，呈細(xì)脈狀展布。

值得注意的是，前人研究表明隨著Fe和Mg二價(jià)離子在綠泥石礦物八面體晶體中含量的變化，光譜中Fe-OH吸收峰位置會(huì)發(fā)生偏移，富鐵綠泥石吸收峰一般位于2260 nm附近，鐵鎂綠泥石在2255～2260 nm，富鎂綠泥石吸收峰一般在2250～2255 nm(Scottetal.，1998)。同時(shí)，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)在熱液蝕變礦床中，低氧化、低pH值條件下有利于形成富鎂綠泥石，還原環(huán)境有利于形成富鐵綠泥石(Inoue，1995)，相山鈾礦蝕變巖中綠泥石主要為富鐵綠泥石(章衛(wèi)星等，2007；楊水源等，2010；鄧林燕，2012；郭建，2014)。本次提取的綠泥石第二吸收峰位于2270 nm附近，屬于富鐵綠泥石，與前人認(rèn)識(shí)一致，為后續(xù)利用高光譜遙感技術(shù)有針對(duì)性的提取與礦化關(guān)系密切的綠泥石提供了依據(jù)。

6 結(jié)論

本文以鈾礦巖芯HySpex成像高光譜數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，通過(guò)開(kāi)展蝕變礦物填圖，制作了巖芯蝕變礦物分布圖并對(duì)進(jìn)行了地質(zhì)分析，得出以下結(jié)論：

(1) 利用基于專(zhuān)家知識(shí)MTMF和波段運(yùn)算數(shù)據(jù)處理方法從相山鈾礦巖芯HySpex成像高光譜數(shù)據(jù)中提取了赤鐵礦、伊利石、綠泥石和方解石共4種蝕變礦物，與地質(zhì)資料中的描述吻合較好。

(2) 分析了鈾礦巖芯高光譜蝕變礦物類(lèi)型、組合和分布規(guī)律，劃分出了6個(gè)蝕變帶，中心蝕變帶主要為赤鐵礦+伊利石+綠泥石+方解石，近礦蝕變帶主要為伊利石+方解石，礦旁蝕變帶主要為零星分布的伊利石+方解石。

(3) 高光譜遙感提取出的綠泥石光譜特征分析表明，鈾礦巖芯中的綠泥石屬于富鐵綠泥石，與前人得出的相山鈾礦綠泥石主要為富鐵綠泥石的結(jié)論一致，為應(yīng)用高光譜遙感技術(shù)有針對(duì)性的提取綠泥石提供了依據(jù)。

(4) HySpex巖芯成像高光譜數(shù)據(jù)具有圖譜合一的優(yōu)勢(shì)，高空間分辨率可以制作大比例尺影像，高光譜分辨率可以提取蝕變礦物并對(duì)礦物亞類(lèi)進(jìn)行區(qū)分，在相山鈾礦巖芯中的地質(zhì)應(yīng)用效果較好，亦可應(yīng)用于其它金屬礦產(chǎn)勘查，具有廣泛的應(yīng)用前景。

致謝： 感謝核工業(yè)北京地質(zhì)研究院趙英俊研究員和張杰林研究員對(duì)本文指導(dǎo)和幫助，以及黃艷菊高級(jí)工程師、王俊虎工程師和郭建碩士在數(shù)據(jù)處理和蝕變礦物分析中的幫助。感謝評(píng)審專(zhuān)家對(duì)本文提出的寶貴意見(jiàn)。

[注釋]

① 李子穎，黃志章，李秀珍，等．2006．相山鈾礦田深源成礦流體研究．

Baugh W M，Atkinson W W，Kruse F A.1998.Quantitative geochemical mapping of ammonium minerals in the Southern Cedar Mountains，Nevada，using airborne visible/infrared imaging spectrometer (AVIRIS)[J].Remote Sensing of Environment，65：292-308

Baumgartner A，Gege P，K?hler C，Lenhard K，Schwarzmaier T.2012.Characterisation methods for the hyperspectral sensor HySpex at DLR’s calibration home base.[EB/OL] [2013-11-20].http://-elib.dlr.de/78685/1-/SPIE_Baumgartner_2012_3.pdf

Clark N R.1999.Spectroscopy of rocks and minerals，and principles of spectroscopy.[EB/OL] [2013-11-20].http://speclab.cr.usgs.gov/papers.refl-mrs/refl4.html

Clark R N，Swayze G A，Livo K E，Kokaly R F，Sutley S J，Dalton J B，Mcdougal R R，Gent C A.2003.Imaging spectroscopy：Earth and planetary remote sensing with the USGS Tetracorder and expert systems[J].Journal of Geophysical Research，108(E12)：1-44

Deng Lin-yan.2012.Characteristics and formation environment of Chloritization in Shazhou uranium deposit [D].Nanchang：East China Institute of Technology：1-63(in Chinese with English abstract)

Fan Hon-ghai，Ling Hong-fei，Wang De-zi，Liu Chang-shi，Shen Wei-zhou，Jiang Yao-hui.2003.Study on metallogenetic mechanism of Xiangshan uranium ore field[J].Uranium Geology，19(4)：208-213(in Chinese with English abstract)

Gan Fu-ping，Wang Run-sheng，Guo Xiao-fang，Wang Qing-hua.2000.extraction for rock and ore deposits information and prospects for application of geology using hyperspectral remote sensing-Tibet Plateau as test sample[J].Remote Sensing for Land & Resources，12(3)：38-44(in Chinese with English abstract)

Gan Fu-ping，Wang Run-sheng.2007.The application of the hyperspectral imaging technique to geological investigation[J].Remote Sensing for Land & Resources，74(4)：57-60(in Chinese with English abstract)

Guo Jian.2014.Study on mineralization alterations of scientific deep drilling in Xiangshan uranium ore field[D].Beijing：Beijing Research Institute of Uranium Geology：1-116(in Chinese with English abstract)

Huang Xi-qiang.2007.The hydrothermal alteration characteristics and physics and chemistry conditions of mineralization of Xiangshan uranium ore-field in Jiangxi[D].Beijing：Chinese Academy of Geological Sciences：1-83(in Chinese with English abstract)

Huang Zhi-zhang，Li Xiu-zhen，Cai Gen-qing.1999. Alteration field and type of hydrothermal uranium deposit[M].Beijiing：Atomic Energy Press：1-109 (in Chinese with English abstract)

Hunt G R.1977.Spectral signatures of particulate minerals in the visible and near infrared[J].Geophysics，42：501-513

Inoue A.1995.Formation of clay minerals in hydrothermal environments[A].In: Velde B, ed.Origin and mineralogy of clays: Clay and the environment[M].Berlin: Springer.268-330

Kazemipour F，Launeau P，Méléder V，Barillé L.2010.Improved microphytobenthos biomass mapping using hyperspectral images.[EB/OL] [2013-11-20].http://earth.esa.int/work shops/hy-perspectral_ 2010/papers/p_kazemi.pdf

Kurz T H，Buckley S J，Howell J A，Schenider D.2009.Close range hyperspectral and lidar data integration for geological outcrop analysis.Hyperspectral Image and Signal Processing：Evolution in Remote Sensing，WHISPERS '09. First Workshop on Source：IEEE Xplore，1-4

Kurz T H，Buckley S J，Howell J A，Schneider D.2008.Geological outcrop modeling and interpretation using ground based hysperspectral and laser scanning data fusion.[EB/OL] [2013-11-20].http://www.linkfast.com.tw/file/Example/RIEGL_TLS/RIEGL_2/isprs2008.pdf

Kurz T H，Buckley S J，Howell J A.2012.Close range hyperspectral imaging integrated with terrestrial liddar scanning applied to rock characterization at centimeter scale[C].International Archives of the Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences，XXII ISPRS Congress，(XXXIX-B5)：417-422

Lise R，Julio H P.2012.Hyperspectral Imaging of Bruises in the SWIR Spectral Region[J].Processing.SPIE Photonic West BIOS，San Francisco，USA:21-26

Liu Yan-jun，Jin Li-fang.1993.Remote sensing ground model for mineral information[M].Beijing：Geological Publishing House:1-157(in Chinese)

Peng Ze-lu.2013.The alteration imformation extracation research by remote sensing on Xiangshan uraium ore field，Jiangxi province[D].Nanchang：East China Institute of Technology:1-93(in Chinese with English abstract)

Peterson J Q，Jensen G L.Greenman M E，Kristl J A.1999.Calibration of the Hyperspectral Imaging Polarimeter[J].Polarization：Measurement，Analysis and Remote SensingⅡ.SPIE:296-456

Sabins F F.1999.Remote sensing for mineral exploration[J].Ore Geology Reviews，14(3-4)：157-183

Scott K M，Yang K，Huntington J F.1998.The application of spectral reflectance studies to chlorites in exploration[R].Australia:CSIRO Exploration & Mining Report 545R

Tong Qing-xi，Wang Jin-nian，Zhang Bing，Zheng Lanfen.2009.Based on the domestic and innovation to the world—the 30 years review for hyperspectral remote sensing development in the institute of remote sensing applications Chinese academy of sciences[J].Journal of Remote Sensing，13(S1)：21-33(in Chinese with English abstract)

Tong Qing-xi，Xue Gui-qi，Wang Jin-nian，Zhang Li-fu，F(xiàn)ang Yun-yong，Yang Yi-de，Liu Xue，Qi Hong-xing，Zheng Lan-fen，Huang Chang-ping.2010.Development and application of the field imaging spectrometer system[J].Journal of Remote Sensing，14(3)：416-429(in Chinese with English abstract)

Tong Qing-xi，Zhang Bing，Zheng Lan-fen.2006.Hyperspectral remote sensing[M].Beijing：Higher Education Press:1-415(in Chinese)

Vane G，Goeta A F H.1993.Terrestrial imaging spectroscopy：Current status，future trends[J].Remote Sensing of Environment，44：117-126.

Wang Run-sheng，Xiong Sheng-qing，Nie Hong-feng，Liang Shu-neng，Qi Ze-rong，Yang Jin-zhong，Yan bo-kun，Zhao Fu-yue，F(xiàn)an Jing-hui，Tong Li-qiang，Lin Jian，Gan Fu-ping，Chen Wei，Yang Su-ming，Zhang Rui-jiang，Ge Da-qing，Zhao Xiao-kun，Zhang Zhen-hua，Wang pin-qing，Guo Xiao-fang，Li Li.2011.Remote sensing technology and its application in geological exploration[J].Acta Geologica Sinica，85(11)：1699-1743(in Chinese with English abstract)

Yan Shou-xun，Zhang Bing，Zhao Yong-chao，Zheng Lan-fen，Tong Qing-xi，Yang Kai.2003.Summarizing the VIS-NIR spectra of minerals and rocks[J].Remote Sensing Technology and Application，18(4)：191-201(in Chinese with English abstract)

Yan Shou-xun，Zhang Bing，Zhao Yong-chao，Zheng Lan-fen，Tong Qing-xi，Yang Kai.2004.Summarizing the technical flow and main approaches for discrimination and mapping of rocks and mineral using hyperspectral remote sensing[J].Remote Sensing Technology and application，19(1)：52-63(in Chinese with English abstract)

Yang Biao, Wang Zheng-qi, Han Chang-qing, Li Huai-yuan, Chen Guo-sheng, Liu Hui-hua. Potassium incremental anomalies from airborne radioactivity survey in the Xiangshan area, Jiangxi Province and their geologic genesis[J]. Geology and Exploration, 2014, 50(6): 1061-1069(in Chinese with English abstract)

Yang Shui-yuan，Jiang Shao-yong，Jiang Yao-hui，Luo Li，Zhao Kui-dong，F(xiàn)an Hon-ghai.2010.Characteristics and geological significance of chlorite of Xiangshan uranium ore hosted rocks in Jiangxi Province[J].Mineral Deposit，29(S1)：158-159(in Chinese with English abstract)

Zhang Jie-lin，Huang Yan-ju，Wang Jun-hu，Zhou Mi，Wu Ding，Xuan Yan-xiu.2013.Hyperspectraldrilling core logging and 3D mineral mapping technology for uranium exploration[J].Uranium Geology，29(4)：249-255(in Chinese with English abstract)

Zhang Wei-xing，F(xiàn)eng Wei-hua，Zhang Bao-song.2007.Formation temperature of chlorite and its relationship to mineralization of Zoujiashan uranium deposit in Jiangxi Province[J].Resources Survey & Environment，28(4)：293-297(in Chinese with English abstract)

Zhang Yu-yan.2009.Study on Julongan uranium deposit alteration of Xiangshan uranium ore-field [D].Beijing：Beijing Research Institute of Uranium Geology:1-79(in Chinese with English abstract)

Zhang Zong-gui，Wang Run-sheng.2000.Imaging spectrometer remote sensing methodological technology and its application based on spectroscopy [J].Remote Sensing for Land & Resources，12(3)：16-24(in Chinese with English abstract)

Zhao Xin-mei.2007.Study on using hyperspectral remote sensing to explore oil & gas resources based on hydrocarbon miscroseepage theory[D].Beijing：China University of Geosciences(Beijing)：1-99(in Chinese with English abstract)

[附中文參考文獻(xiàn)]

鄧林燕.2012.沙洲鈾礦床綠泥石化特征及形成環(huán)境研究[D].南昌：東華理工大學(xué)：1-63

范洪海，凌洪飛，王德滋，劉昌實(shí)，沈渭洲，姜耀輝.2003.相山鈾礦田成礦機(jī)理研究[J].鈾礦地質(zhì)，19(4)：208-213

甘甫平，王潤(rùn)生，郭小方，王青華.2000.高光譜遙感信息提取與地質(zhì)應(yīng)用前景——以青藏高原為實(shí)驗(yàn)區(qū)[J] .國(guó)土資源遙感，12(3)：38-44

甘甫平，王潤(rùn)生.2007.高光譜遙感技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].國(guó)土資源遙感，74(4)：57-60

郭建.2014.相山鈾礦田科學(xué)深鉆巖石鈾礦化蝕變研究[D].北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院：1-116

黃錫強(qiáng).2007.江西相山鈾礦田熱液蝕變特征及成礦物理化學(xué)條件分析[D].北京：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院：1-83

黃志章，李秀珍，蔡根慶.1999.熱液鈾礦床蝕變場(chǎng)及蝕變類(lèi)型[M].北京：原子能出版社：1-173

劉燕君，金麗芳.1993.礦產(chǎn)信息的遙感地面模式[M].北京：地質(zhì)出版社：1-157

彭澤露.2013.江西相山鈾礦田遙感蝕變提取研究[D].南昌：東華理工大學(xué)：1-93

童慶禧，王晉年，張兵，鄭蘭芬.2009.立足國(guó)內(nèi) 開(kāi)拓創(chuàng)新 走向世界——中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所高光譜遙感發(fā)展30年回顧[J].遙感學(xué)報(bào)，13(增刊)：21-33

童慶禧，薛永祺，王晉年，張立福，方俊永，楊一德，劉學(xué)，亓洪興，鄭蘭芬，黃長(zhǎng)平.2010.地面成像光譜輻射測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].遙感學(xué)報(bào)，14(3)：416-429

童慶禧，張兵，鄭蘭芬.2006.高光譜遙感——原理、技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社：1-415

王潤(rùn)生，熊盛青，聶洪峰，梁樹(shù)能，齊澤榮，楊金中，閆柏琨，趙福岳，范景輝，童立強(qiáng)，林鍵，甘甫平，陳微，楊蘇明，張瑞江，葛大慶，張曉坤，張振華，王品清，郭小方，李麗.2011.遙感地質(zhì)勘查技術(shù)與應(yīng)用研究[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，85(11)：1699-1743

燕守勛，張兵，趙永超，鄭蘭芬，童慶禧，楊凱.2003.礦物與巖石的可見(jiàn)-近紅外光譜特征綜述[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，18(4)：191-201

燕守勛，張兵，趙永超，鄭蘭芬，童慶禧，楊凱.2004.高光譜遙感巖礦識(shí)別填圖的技術(shù)流程與主要技術(shù)方法綜述[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，19(1)：52-63

楊彪，王正其，韓長(zhǎng)青，李懷淵，陳國(guó)勝，劉惠華．2014．江西相山地區(qū)航空放射性鉀增量異常特征及其地質(zhì)成因探討[J]．地質(zhì)與勘探，50(6)：1061-1069

楊水源，蔣少涌，姜耀輝，羅莉，趙葵東，范洪海.2010.江西相山鈾礦賦礦圍巖中綠泥石的特征及其地質(zhì)意義[J].礦床地質(zhì)，29(S1)：158-159

張杰林，黃艷菊，王俊虎，周覓，武鼎，宣言秀.2013.鈾礦勘查巖心高光譜高光譜編錄及三維礦物填圖技術(shù)研究[J].鈾礦地質(zhì)，(4)：249-255

張玉燕.2009.相山礦田居隆庵鈾礦床蝕變研究[D].北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院：1-79

張宗貴，王潤(rùn)生.2000.基于譜學(xué)的成像光譜遙感技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J].國(guó)土資源遙感，12(3)：16-24

章衛(wèi)星，馮為華，張寶松.2007.江西鄒家山鈾礦綠泥石形成溫度及其成礦關(guān)系[J].資源調(diào)查與環(huán)境，28(4)：293-297

趙欣梅.2007.基于烴類(lèi)微滲漏理論的高光譜遙感油氣異常探測(cè)方法研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)：1-99

Alteration Mineral Mapping of the Xiangshan Uranium Core Using HySpex Imaging Hyperspectral Data and its Geological Significance

SUN Yu1，NIE Jiang-tao2，TIAN Feng1，QIN Kai1，YANG Guo-fang1，WANG Jian2

(1.BeijingResearchInstituteofUraniumGeology,NationalKeyLaboratoryofRemoteSensingInformationandImageAnalysisTechnology,Beijing100029； 2.BeijingResearchInstituteofUraniumGeology,CNNCKeyLaboratoryofUraniumResourceExplorationandEvaluationTechnology,Beijing100029)

The imaging hyperspectral remote sensing which has an advantage of integrated images and spectra is a frontier direction in the remote sensing field，which can be applied to direct identification of surface objects based on spectral characteristics. This study was based on the HySpex imaging hyperspectral data of the core from the Xiangshan uranium ore field，Jiangxi Province. Alteration mineral mapping was conducted using the MTMF and bandmath method based on expert knowledge，and four alteration minerals including hematite, illite, chlorite, and calcite were extracted. A distribution chart of hyperspectral alteration minerals in the uranium core was obtained. From analyzing the type, combination and distribution laws of hyperspectral alteration minerals, the ore can be divided into the central alteration zone, ore-nearby alteration zone, and ore-adjacent alteration zone. The alteration minerals were hematite+illite+chlorite+calcite, illite+calcite, and scattered illite+calcite in the central, ore-nearby, and ore-adjacent alternation zones, respectively. Among the alteration minerals, it was found that the second absorption peak of chlorite in the core extracted by hyperspectral remote sensing is at 2270 nm. The spectral characteristic analysis demonstrates that it is Fe-rich chlorite, coincided with the previous conclusion that the uranium-related chlorite mainly is Fe-rich chlorite. It is indicated that the HySpex imaging hyperspectral data have good application results and show a promising potential in geology.

imaging hyperspectral, alteration mineral mapping, HySpex, Xiangshan uranium ore field, Jiangxi

2014-08-09；

2014-11-20；[責(zé)任編輯]郝情情。

中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司基金項(xiàng)目、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(12120113072900、12120113099500)聯(lián)合資助。

孫雨(1983年-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事高光譜遙感地質(zhì)研究。E-mail：sunyutectonics@163.com。

P237

A

0495-5331(2015)01-0165-10