矿物填图工作方法（王润生）

裸露区成像光谱矿物填图基本工作方法

一、 成像光谱矿物填图技术体系框架

成像光谱技术体系包括数据获取和标准产品生成、数据预处理和光谱重建、矿物光谱识别与图像分析、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几大部分：

1、数据预处理和光谱重建

包括图像质量评价、噪声弱化、辐射校正、辐射定标、坏道剔除、大气校正和光谱重建等，压制或消除各种类型的干扰，将图像数据转换为地面反射率数据，选择用于矿物识别的通道。

2、光谱识别支持系统

由光谱库、方法库和模型规则库等组成。光谱库存储有典型岩矿标准光谱、工作区岩矿光谱、与光谱数据配套的技术参数和环境参数，为成像光谱的地物识别和成分反演提供依据和标准；方法库收集和存储光谱数据的处理方法和工具，包括光谱模拟、光谱的合成与分解、光谱变换、光谱运算、光谱的统计分析、波形特征的提取与分析、光谱制图等；模型规则库收集和存储所建立的地物和地物成分的光谱识别规则或反演模型。

3、矿物光谱识别与图像分析

在光谱识别支持系统的支持下，运用波形分析、光谱匹配、混合分解、智能识别等方法，识别矿物或反演矿物的成分，编制相应图件，评价识别的可信度。

4、矿物识别的不确定性和敏感性分析：通过理论分析、模拟试验和实际比对，分析矿物识别的影响因素和各种因素对矿物识别影响的敏感性和影响程度，研究在实际工作中避免或减小影响的措施和方法，估计矿物识别的检出限和识别的可靠性。为实际的工作部署、技术参数选择以及所需采取的具体技术措施提供依据。

4、应用分析与建模：结合实际应用目标，建立矿产资源评价、地质制图、矿山环境、油气勘查、土壤退化、行星探测等应用模型。评价实际应用效果。

技术体系框图见图1。

图像显示 预处理 预处理 波谱数据库 图像处理 辐射校正与光谱重建 光谱识别 支持系统 分层解释 图像识别 光谱识别与分类 分层解 图像分 光谱智光谱匹 波形分 混合像 释识别 类识别 能识别 配识别 析识别 元识别 成像光谱反演与建模 多光谱 矿物类型 矿物含量 矿物成分 地植物异 高光谱图像分识别模型 识别模型 反演模型 识别模型 常识别模型 类识别取模型 其它遥感图像 航天成像光谱 航空成像光谱 地面实况数据 矿物识别反演谱系 智能矿物识别系统 应用评价分析和应用模型 岩性岩相划分与地质制图 矿产资源评价与成矿预测 成岩成矿地质环境和地质历史恢复 土壤类型识别与退化监测 矿山环 境监测 其它应 用模型

图1 成像光谱矿物填图技术体系

二、两种地质找矿应用模式

不同类型岩石中的矿物组分、不同矿种不同成因类型矿床的矿物生成序列、矿物的共生和伴生组合、蚀变类型和蚀变矿物组合及分带、标型矿物等都有其一定的内在规律，受地质活动历史和地质环境的影响和制约。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义，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。因此，在找矿应用中，针对不同情况，可分别采用基于单矿物识别和基于混合矿物（蚀变带）识别两种应用模式。 1、 基于单矿物的光谱识别模式

基于单矿物识别的组合模式是根据单个矿物的波谱特征，逐个地对区内的单矿物进行一一识别，然后根据矿物的空间分布，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。模式的技术流程见图2。

该模式能提取每一种感兴趣的矿物及其空间分布特征，对矿物共生组合和空间变化的分析也比较精确而客观。但由于自然界的矿物绝大多数都以组合的形式出现在岩石中，遥感探测到的都是矿物的混合光谱，对单矿物较精确的识别必须要进行“混合像元分解”。

2、基于组合矿物的光谱识别模式

基于矿物混合光谱识别的组合模式是基于对岩石矿物组合光谱规律的深刻认识，从矿物共生组合出发，结合矿物的光谱特征知识，直接从图像光谱中提取出不同组合矿物的分布，然后进行蚀变带与蚀变矿化分布的识别。最终进行成矿地质分析，圈定成矿靶区，进行资源评价。技术框架如图3。

这种模式在一定程度上可克服单矿物识别中的困难，识别的工作量也大大减少。但会对有关单矿物的空间分布规律的分析带来一定的影响。在实际应用中，可采用两种做法：

① 根据成矿规律，按照所要识别的蚀变带的矿物组合，利用标准波谱库中的单矿物光谱，进行光谱拟合或合成，作为识别组合矿物的参照或依据。这种做法中对矿物组合及其相对含量的选择往往会受到对工作区地质规律的认识和地质观点的影响，具有一定的主观性。合成的光谱与实际情况会有一定的差距。

矿物知识 遥感数据 矿物共生组合规则 矿物光谱 矿物识别 混合像元分解 矿物共生组合 共生组合空间变化及分带 成矿、地质知识 矿产资源预测与地质应用综合分析 图2 基于单矿物识别的组合模式

工作区地质条件 矿物光谱 矿物共生组合规律 组合光谱 遥感数据 蚀变带、矿化带识别 成矿、地质知识 资源矿产评价与地质应用综合分析 图3 基于矿物组合识别的组合模式

② 以野外已知不同岩矿化带的实测波谱为依据。这种方法针对性强，往往能取得较好的识别效果。但需要作一定量的野外调查和现场波谱测试，而且要求所获取的波谱必须具有一定的代表性，能反映目标蚀变带总体的波谱特征。

三、成像光谱矿物填图基本技术流程

成像光谱矿物填图应包括辐射标定、大气校正与光谱重建、航带和跨航带照度调整、矿物端元选择、分航带矿物识别、几何校正、图像镶嵌与地理编码、全区矿物分布图的编制等基本步骤（图4）。

成像光谱DN数据 辐射定标 入瞳处辐射度图像 视反射率图像 大气校正和波谱重建 航带照度调整 调整后视反射率图像 分航带几何纠正 可见—近红外谱段图像 光谱分区 短波红外谱段图像 几何纠正图像 铁氧化物矿物识别 镶嵌与地理编码 矿物端元选择 分航带铁氧化物矿物分布图 分航带矿物识别 全区地理编码图像 编图、编辑与整饰 分航带矿物分布图 全区矿物分布图

图4 成像光谱矿物填图的基本技术流程

1、辐射标定

根据仪器方或数据获取方所提供的辐射定标参数，将获取的成像光谱数据作辐射标定，将图像值转换为仪器入瞳处的辐射度值，生成辐射度图像。辐射标定生成的辐射度图像应是成像光谱服务系统能向用户提供的某一级别的标准产品。

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