郭 艷

（黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，黑龍江 哈爾濱 150036）

高光譜遙感技術(shù)的快速發(fā)展，極大地提高了巖礦信息識(shí)別技術(shù)條件，增強(qiáng)了遙感對地物的識(shí)別能力，大大的提高了遙感的定量化技術(shù)，現(xiàn)如今已近達(dá)到了對地物的直接識(shí)別和量化階段，高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展必然使得地質(zhì)找礦方法發(fā)生較大的改變[1,2]。高光譜影像存在光譜分辨率高、影像幅寬窄和探測能力高的特點(diǎn)，隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，在地質(zhì)找礦、農(nóng)業(yè)調(diào)查、大氣以及環(huán)境遙感等領(lǐng)域，遙感發(fā)揮的作用越來越顯著。其中，利用高光譜數(shù)據(jù)可以更方便的識(shí)別多種礦物和繪制礦物分布圖，因此地質(zhì)找礦是高光譜遙感技術(shù)應(yīng)用最成功的一個(gè)領(lǐng)域。

1 研究現(xiàn)狀及存在的主要問題

在遙感信息識(shí)別中，礦化蝕變信息提取是其中重要的組成部分，經(jīng)過長時(shí)期的技術(shù)摸索，遙感蝕變提取已經(jīng)成為礦床勘查中重要的找礦方法。目前，成功發(fā)射的星載高光譜傳感器主要有ASTER，ORBVIEW-4、Hyperion，PRISM和CHRIS等。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

美國于1983年成功研制出世界第一臺(tái)成像光譜儀AIS-I，該儀器得到的數(shù)據(jù)在植物生化組分，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等方面，尤其是在地質(zhì)找礦和礦物地質(zhì)填圖中進(jìn)行了大量的嘗試和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該光譜數(shù)據(jù)在定量研究方面的潛力極大。美國地質(zhì)調(diào)查局利用高光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)行的關(guān)于礦物和生物的填圖試驗(yàn)，成功的區(qū)分了不同的巖性、不同的樹種以及藻類植物等。1999年，Sabins利用高光譜遙感數(shù)據(jù)對熱液蝕變有關(guān)的礦床進(jìn)行了大量的分析與試驗(yàn)，得到了比較精確的礦物填圖。

20世紀(jì)末，多個(gè)國家在地質(zhì)研究中引入用航空遙感和地面光譜測量相結(jié)合的方法。

美國地質(zhì)調(diào)查局建立的光譜數(shù)據(jù)庫，讓高光譜技術(shù)更好的應(yīng)用于礦物、混合巖石植被等多種物質(zhì)識(shí)別填圖中。澳大利亞地質(zhì)調(diào)查局利用航空高光譜數(shù)據(jù)，成功對絹云母按照鋁含量的貧富進(jìn)行了空間上的分類，并在熱液上升帶發(fā)現(xiàn)了新的礦化。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，在地質(zhì)找礦中高光譜技術(shù)的應(yīng)用得到了較大的發(fā)展。

中國地質(zhì)大學(xué)將總結(jié)的高光譜技術(shù)的在地質(zhì)應(yīng)用中的特點(diǎn)成功的在西部高原地區(qū)的地質(zhì)研究得到了應(yīng)用。對西藏岡底斯地區(qū)進(jìn)行的蝕變礦物識(shí)別研究中，甘甫平等應(yīng)用Hyperion高光譜數(shù)據(jù)成功對低鋁和高鋁絹云母化礦物、高嶺石礦物及綠泥石和孔雀石化礦物的組合進(jìn)行了識(shí)別，最終圈定了有效的成礦遠(yuǎn)景區(qū)[2]。耿新霞等利用Hyperion高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行的蝕變礦物填圖，成功的圈定了與含礦層相關(guān)的高嶺土化、碳酸鹽及不同價(jià)位鐵離子的分布范圍[3]。高光譜遙感技術(shù)在我國已經(jīng)逐步走向成熟，利用該方法研究有利于地質(zhì)填圖的新技術(shù)和新方法，現(xiàn)已成為遙感地質(zhì)技術(shù)發(fā)展的重要方向。

1.3 存在的主要問題

高光譜遙感目前在地質(zhì)巖礦填圖中存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一美國高光譜數(shù)據(jù)獲取難且價(jià)格貴、同步地面調(diào)查資料缺乏、空間分辨率低、星載高光譜傳感器預(yù)處理過程復(fù)雜等。而我國的高光譜成像光譜儀還在快速發(fā)展中，各個(gè)方面有待進(jìn)一步完善；其二礦物光譜特征存在“異物同譜”或“同物異譜”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響我們對巖礦的提取和識(shí)別。尤其是存在的礦物混合現(xiàn)象、礦物風(fēng)化的不同程度以及礦物中微量元素的組成成分等各個(gè)因素都不同程度的加大了礦物光譜的復(fù)雜性和不確定性；其三高光譜在可見光～短波紅外譜段內(nèi)可以較精確的識(shí)別近40種礦物。但是如綠泥石與綠簾石、高嶺石等礦物在該譜段內(nèi)波譜特征差異小，波譜形狀相似，這些礦物較難區(qū)分；另外我國現(xiàn)在缺乏完善的高光譜庫，因此，需要針對不同條件下測試的地物波譜數(shù)據(jù)，有待科研人員去完成區(qū)域和全國性高光譜庫基礎(chǔ)建設(shè)工作。

2 研究方法

太陽光照射巖礦所產(chǎn)生的吸收特征，幫助我們識(shí)別礦物并對礦物進(jìn)行準(zhǔn)確的分類。根據(jù)電磁波理論，一般礦物通過電子吸收過程和震動(dòng)吸收過程產(chǎn)生光譜吸收。高光譜遙感主要是通過識(shí)別各種巖礦組分，礦物分布狀態(tài)等情況，來獲取定量和定性的光譜信息，如礦物中存在的銅、鐵等元素，使得光譜范圍在0.4～1.3μm之間的特點(diǎn)；同樣存在氫氧根、碳酸根及水分子導(dǎo)致，光譜范圍主要集中在1.3～2.5μm之間；而含有硅-氧等分子使得光譜在3～5μm范圍之間。蝕變信息提取之前，由于高光譜數(shù)據(jù)波段多，相關(guān)性強(qiáng)且數(shù)據(jù)冗余度高，因此應(yīng)進(jìn)行降維與噪聲的弱化處理。目前常用的是對數(shù)據(jù)做兩次疊置的主成分分析的最小噪聲分離變換，首先變換是消除數(shù)據(jù)的相關(guān)性，使得光譜在特征向量集上聚集，目的是讓在特征空間中，地物的光譜信息發(fā)生分離。第二次變換是標(biāo)準(zhǔn)的主成分變換。其目的是使圖像能按照方差由大到小的順序進(jìn)行排列，得到全部為噪聲的波段并將其去除。經(jīng)過最小噪聲分離變換后：數(shù)據(jù)降維處理，細(xì)微信息增強(qiáng)，這樣就能使波譜選擇及識(shí)別蝕變礦物在一個(gè)低維的空間進(jìn)行，從而數(shù)據(jù)處理時(shí)間大大降低，增加了礦物識(shí)別的準(zhǔn)確度和識(shí)別度，使得工作效率大大提高。

3 結(jié)論

Hyperion高光譜遙感技術(shù)應(yīng)用在國內(nèi)外已經(jīng)取得了良好的效果，為礦集區(qū)的找礦工作提供了行之有效的找礦方法，但該方法技術(shù)在黑龍江省的地質(zhì)找礦中還未得到應(yīng)用，屬與空白，所以我們相信，隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷完善和在地質(zhì)找礦中的不斷應(yīng)用，未來該方法一定會(huì)為黑龍江省礦集區(qū)的找礦工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，取得突破性的找礦成果。

[1]甘甫平,王潤生,楊蘇明,等.西藏Hyperion數(shù)據(jù)蝕變礦物識(shí)別初步研究[J].國土資源遙感,2002,54(4):46～49.

[2]甘甫平,王潤生,郭小方,等.高光譜遙感信息提取與地質(zhì)應(yīng)用前景—以青藏高原為試驗(yàn)區(qū)[J],國土資源遙感,2000.45(3),38～40.

[3]耿新霞,楊建民,等.ASTER數(shù)據(jù)在淺覆蓋區(qū)蝕變遙感異常信息提取中的應(yīng)用[J],地質(zhì)論評(píng),2008(2).