硅化

高光谱遥感在硅化带识别中的应用

郭帮杰;张杰林;武鼎;张川

【摘要】硅化带是多个矿种的找矿指示性信息，快速地大面积探测硅化带信息是

遥感技术在地质找矿应用领域一项重要的应用。随着遥感技术的不断发展，针对不

同的遥感数据，出现了多种不同的硅化带提取方法。首先通过分析JHU（约翰霍

普金斯大学）波谱库中10多种不同SiO2的岩性光谱特征，研究与SiO2含量密

切相关的波段；其次，使用热红外地面光谱仪102F实测的样品光谱和样品的地球

化学数据（SiO2含量），通过线性回归方程统计出SiO2含量的计算公式；最后，

使用该公式对TA－SI航空高光谱热红外数据进行处理，获取研究区SiO2含量图，

提取高SiO2条带；并在进行野外验证。实验结果表明：8.62m和9.25～9.5m

是SiO2含量相关性极大的波段；TASI（thermalairbornehyperspectral

imager）数据中有多个SiO2对应的波谱特征，B6（8.62m）的发射峰、B6两

侧的斜坡及B14、B17左侧的斜坡与SiO2呈正相关关系；该方法提取研究区高

SiO2条带非常精确，在花岗岩区亦能识别出硅化带。%Silicifiedzoneisclo

toveralkindsofores,andextractingspectralinformationofsilification

fastandlargelyisasignificantapplicationofremotensingingeological

edevelopmentofremotensingtechnology,kindsof

methodsarepropodtoextractsilicifiedzonebecauofdifferent

y,morethan10kindsofrockswithdifferentSiO2ofJHU(Johns

HopkinsUniversity)SpectralLibrarywereanalyzed,andpointoutveral

ly,102Fwasud

tomeasurespectrumofsamplesandformulatocomputeSiO2wasobtain

bylinearregressionwiththespectrumandSiO2contentofsam-

y,TASIdatawasudtoextractsilicifiedzonetoverifythe

relationbetweenthe事业单位考试公共基础知识 bandsandSiO2con-tent,SiO2contentmapofstudy

areawasobtained,highSiO2beltswereextractedfromthemapandfield

,conclusionsaredrawnthat(1)8.62m

and9.25-9.5mareclolyrelatedtoSiO2content,(2)thatveralspectral

featureofSiO2areinTASIdata,(3)thattheemissionpeakatB6(8.6感恩妈妈的作文 2m),

theslopeatbothsideofB6andtheleftsideofB14andB17havepositive

correlationwithSiO2content,(4)andthatthismethodisveryprecito

extracthighSiO2bel高考电子档案 tsinstudyarea,includinggranitearea.

【期刊名称】《科学技术与工程》

【年(卷),期】2017(017)003

【总页数】5页(P154-158)

【关键词】高光谱遥感;TASI数据;硅化带;波谱特征;喀木斯特

【作者】郭帮杰;张杰林;武鼎;张川

【作者单位】核工业北京地质研究院遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，

北京100029;核工业北京地质研究院遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，

北京100029;核工业北京地质研究院遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，

北京100029;核工业北京地质研究院遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，

北京100029

【正文语种】中文

【中图分类】P627

硅化带是热液型矿床的找矿标志，包括金、锡等多金属矿床；也包括热液型铀矿床。

遥感技术的不断发展使得遥感在硅化带提取方面不断有新的方法出现。近十年来，

从TM影像数据、ETM影响数据到ASTER影像数据，不同的数据进行提取硅化带

的拔罐黑紫色 方法不同，使用的波段也千差万别[1—9]，为遥感在地质应用方面做出了重要贡

献。但这些方法多止步于多光谱遥感和高光谱遥感的定性分析，杨杭(2012)对高

光谱遥感于SiO2定量反演做了大量工作，但没有对应的航空高光谱数据或星载数

据验证其在实际应用中的精度和效果。本文在前人的研究基础上，通过对光谱数据

的分析总结，寻找与SiO2含量密切相关的波段，并利用航空高光谱数据

TASI(thermalairbornehyperspectralimager)数据进行验证，填补了高光谱遥

感对SiO2定量识别在实际应用中的空白。

硅化带，即硅化蚀变形成的条带型区域，为热液活动形成的蚀变条带的一种，主要

成分为SiO2。遥感技术识别硅化带的关键是识别出Si—O键振动形成的特征吸收

谱带。可见光、近红外及短波红外不具备识别Si—O键的特征谱带，热红外波段

可以反映该键的特征吸收谱带。因此，硅化带提取的遥感数据多选择具有热红外波

段的数据。

因为Si—O键振动出现的特征吸收谱带位于热红外区，因而其特征波段处于6～

15m。由于ASTER数据的光谱分辨率较低，前人研究结果认为ASTER影像数

据的B13(第13波段，下同)和B14与SiO2含量呈正相关关系，B10、B11及

B12与其呈负相关[6]。二宫芳树(2003)、闫柏琨(2006)、陈江(2007)及杨长保

(2009)等将研究重点放在了B12豆渣的做法大全 、B13及B14，B11则没有参与SiO2含量的估算

及硅化带的提取。

随着遥感技术的发展，高光谱遥感的出现开始促使了人们对光谱曲线细节的关注。

杨杭(2012)认为，与SiO2含量关系密切的波段为11.18、12.82、12.36和9.38，

其中11.18m和12.36m的归一化光谱指数与SiO2的含量的相关性最高。

但根据不同岩石及矿物的光谱曲线特征，与SiO2含量相关的不是某个波段的值高

低，而是某个波段区域内的波段变化趋势及剧烈程度。为了更好的显示出SiO2相

关的波段特征，从JHU波谱库中选取14种岩石光谱，岩性从超基性岩到酸性岩。

将岩性分成中酸性岩和基性超基性岩两不负韶华只争朝夕的意思 部分，进行分别研究。

如图1所示，中酸性岩石在9.25～9.5m光谱范围内有向右递增的趋势特征。中

酸性岩中除闪长岩外，在8.62m都有一个极大值，即发射峰，且随着酸性程度

增加而愈加明显；中性岩中的闪长岩在8.62m处未出现发射峰，但表现为其左

侧向右递增趋势的特征。

图2所示的为基性岩和湿疹是什么原因造成的 超基性岩的光谱曲线。如图所示，该类岩石在8.62m不

存在发射峰，而且在9.25～9.5m范围内没有递增趋势。纯橄岩和苦橄岩因结晶

程度的不同，在8.62m以左表现出不同的变化趋势。

为了更好的验证这两个特征波段，在沉积岩中选取了海绿石砂岩、长石砂岩、页岩、

灰岩、炭质页岩5种岩石，其中海绿石砂岩、长石砂岩、炭质页岩及页岩与图1

所示的酸性岩特征一致，炭质页岩和页岩的波段变化幅度较小。灰岩则与其他四种

特征完全相反，在8.62m处出现发射谷，9.25～9.5m范围内和基性超基性岩

相似，为向右递减趋势。

因此，通过8.62m的发射峰和9.25～9.5m范围的光谱特征，能够识别出高

SiO2条带和区域。

本次研究的区域为老鸭泉北部、喀木斯特岩体及其周边地区，岩性包括花岗岩、凝

灰质砂岩和砂岩。采用的遥感数据为核工业北京地质研究院获取的航空热红外高光

谱数据TASI数据。TASI数据波段数为32，波谱范围为8～11.5m，能够比较

精准的反映出SiO2含量相关的波段变化特征。

3.1经验公式的波段选择

在喀木斯特地区采得多个样品，包括流纹斑岩脉、正长花岗岩、二长花岗岩、硅化

带、岩脉与凝灰质砂岩接触带等岩性。使用热红外地面光谱仪102F获取这些样品

的热红外光谱曲线，经过TASI数据重采样后以SiO2含量的高低进行分离(图3)。

如图所示，8.62m处的发射峰是SiO2含量高低的重要标志，以往的研究把该处

忽略或认为其与SiO2含量负相关[3—8，10]。另外，9.25～9.5m之间的斜坡

坡度与SiO2含量也呈正相关关系。因此，选择B3、B5、B6、B12、B14和B17

等波段进行经验公式构建实验。

3.2经验公式的构建

因为不同的温度条件，样品的发射率会有所变化，进而影响各波段发射率值之间的

差异值。所以，选了几个样品进行了不同温度条件下的发射率光谱测量，之后对各

光谱曲线的B6和B5、B17和B12等进行了差值运算和比值运算，结果表明差值

运算的结果因温度的变化而变化的幅度较大，比值运算的结果与温度的高低无必然

关系，而且不同温度条件下的值基本保持一致。

如图4所示，将B3、B5、B6、B12、B14和B17进行比值、开方、对数等运算，

得出多个与SiO2含量相关性较好的关系式，并与ASTER方法运用于TASI数据所

得结果进行对比。其中相关性最好的关系式经过变换，获得以下公式：

SiO2=10.2ln|lg[B6B17/(B5B12)]|+107.78

相关性系数为0.944。公式系数会因为样品数量的增减稍有变化。

4.1TASI数据处理

TASI数据使用Modtran4.0模拟的大气透过率和上下行辐射进行大气校正。由于

数据获取时间是10月底，地点为准噶尔盆地东缘喀姆斯特地区，因此大气廓线的

参数选择中纬度-冬季。地面高度1.2km，飞行离地面高度1.5km。大气透过率

和上下行辐射数据模拟后，依TASI数据的波段数和波段位置进行重采样，然后进

行大气校正。

大气校正后，使用ENVI提供的归一化法进行发射率和温度分离，获取研究区发射

率图像。发射率图像获取后，使用本文获得的经验公式进行遥感数据处理，得出如

图5(b)所示的结果图，并与目前比较先进的使用ASTER数据提取硅化带的经验方

法进行对比[图5(a)]。

4.2实验结果

本文方法与上文的ASTER方法分别对喀木斯特地区进行硅化带提取。对比结果表

明，式(1)的结果图更能精确的提取出高SiO2条带，如喀木斯特小岩体中的硅化带，

并且能够从亮度值更高上显示出硅化带的硅含量比酸性岩脉的高。

另外，通过对比可以发现，图5(b)能够很好的区分出花岗岩区、凝灰质砂岩区和

砂岩区三大岩性区域。SiO2含量的划分受水的影响相对小很多。而且，在花岗岩

区内也能够识别出高SiO2条带，大大扩大了高SiO2条带的岩性范围。

最后，通过CASI-SASI(前者VNIRAirborneHyperspectralImager，后者SWIR

AirborneHyperspectralImager)，即可见光-短波红外高光谱数据的彩色合成图

像(图6)，可以明显的看出酸性岩脉与周围岩石颜色的差异性，酸性岩脉的颜色呈

橙黄色，围岩多为暗紫色。而硅化带的颜色与围岩相近，从颜色上难以将硅化带区

别开。所以，结合可见光-短波红外数据，从岩石的颜色、形状和纹理上，可以辅

助热红外图像对硅化带进行更加精确的区分。

针对上述提取的酸性岩脉、硅化带(花岗岩区和凝灰质砂岩区)进行了野外实地验证

(图7)。

5.1酸性岩脉

研究区酸性岩脉主要出现在凝灰质砂岩区，主要岩性为流纹斑岩，其次为花岗斑岩，

斑晶一般为细粒，少见有中粒。岩脉颜色与遥感图像显示基本一致，呈现肉红色、

橙黄色，相对于紫黑色、紫檀色的围岩颜色较浅。本次查证50余条酸性岩脉，皆

与提取结果一致。

5.2硅化带

研究区硅化带分为花岗岩区和凝灰质砂岩区两个部分，主要分布于花岗岩与凝灰质

砂岩接触带附近。

花岗岩区硅化带主要表现为云英岩化、石英岩化、伟晶岩化及石英脉引起的硅化。

颜色一般呈现白色、灰白色，褐铁矿化不明显。

凝灰质砂岩区硅化带则表现为石英细脉的充填，褐铁矿化非常明显，岩体非常破碎。

地表风化严重的硅化碎石孔洞非常发育。

本次查证硅化带6条，分别为1条凝灰质砂岩区，5条花岗岩区，查证结果与提

取结果一致，但有2条花岗岩区边部硅化带长度比提取结果的长度偏短。

综上，野外验证结果表明，本文使用的高光谱定量识别高SiO2条带及之后的硅化

带提取效果好，精度高。

通过对波谱库不同SiO2含量的10多种岩浆岩和沉积岩的光谱曲线分析，以及研

究区样品的光谱测量和SiO2含量测定，建立了特征波段与SiO2含量的定量计算

公式，并利用TASI航空高光谱数据进行研究区硅化带的提取及野外验证，结果表

明：

(1)8.62m处的发射峰和9.25～9.5m范围内的光谱变化是SiO2含量的指示性

波段，可依据这两个波谱特征进行SiO2含量填图及高SiO2条带的提取。

(2)TASI数据中有多个SiO2对应的波谱特征，B6的发射峰、B6两侧的斜坡及

B14、B17左侧的斜坡与SiO2呈正相关关系。

(3)硅化带的提取需要综合热红外遥感和可见光-近红外遥感，以此区分不同类型的

高SiO2条带。

但是，本方法对研究区地物SiO2含量普遍偏低(除硅化带和酸性岩脉)，根据野外

验证查明，该现象有两点：一是研究区被稀疏植被覆盖以及风化等因素影响；二是

样品皆取新鲜岩石样品，没有考虑风化因素。但该影响因素不影响硅化带和酸性岩

脉的提取。下一步工作应针对植被和风化影响，提高SiO2含量精度。

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