一种火山热液活动中心的高光谱遥感快速识别方法与流程

本发明属于地球科学领域，具体涉及一种火山热液活动中心的高光谱遥感快速识别方法。

背景技术

在火山岩地区，金、铜、铀以及其他多金属矿产的产出均与火山热液活动中心有密切关系，不少矿产的空间分布和产出特征往往处于火山热液活动中心深部或距火山热液活动中心不远的地段。因此，快速识别和定位火山热液活动中心的空间位置对快速预测金、铜、铀等矿产勘查有利区具有重要意义。

然后，目前识别火山热液活动中心往往通过间接的方法进行。一是通过野外地质调查，发现火山角砾岩等指示火山口的可能位置，从而推断火山热液活动中心；另一种是通过卫星遥感识别环状构造和利用地球物理方法解译推断的深部凹陷等来推断火山口位置，并进行里外地质查证和确认。总体来说，上述各种方法还是比较有效的，但是仍存在不少问题：一是通过地质调查或地球物理测量等方法耗时长，效率低；二是通过卫星遥感虽然可以快速识别出火山机构等环形构造，但许多环形构造并不是火山口，而可能是深部侵入岩体等；三是以往各种方法能够识别火山口的大致位置，但并无法进一步快速识别是否存在明显的热液活动，也就无法判识是否是火山热液活动中心。虽然现有的卫星遥感数据能够从形态上识别和分析环状构造，但由于空间分辨率相对较低或光谱分辨率低、或缺乏有效识别热液蚀变矿物的短波红外波段信息等多种源因，仍无法有效识别具有明显热液活动的火山口，即火山热液活动中心位置。因此，如何快速准确地识别出火山热液洗中心，是遥感、地质、物探等各种矿产勘查技术一直在研究的重要问题，对与火山热液蚀变密切相关的各种多金属矿产勘查有利区的预测具有重要的价值。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种火山热液活动中心的高光谱遥感快速识别方法，旨在利用航空高光谱遥感数据具有高空间分辨率和高光谱分辨率的图谱合一的技术优势，通过航空高光谱数据获取与处理，矿物填图与分析，快速识别具有明显火山液活动的地段，并结合地面光谱测量和地质调查，最终确定火山热液活动中心，为金、铜、铀等金属矿产勘查有利区预测和找矿突破提供新技术支持。

为解决上述技术问题，本发明一种火山热液活动中心的高光谱遥感快速识别方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、航空高光谱遥感数据获取；

步骤三、航空高光谱矿物填图；

步骤四、识别火山热液活动中心的大致范围；

步骤五、地面调查与样品采集；

步骤六、蚀变样品光谱测量与结果分析；

步骤七、火山热液活动中心的最终识别与三维可视化。

所述步骤一后还包括步骤二，步骤二为航空高光谱遥感数据预处理。

所述步骤二中，航空高光谱遥感数据预处理包括首先对步骤一获取的航空高光谱遥感数据进行辐射校正，得到航空高光谱辐射亮度图像数据；然后对得到的航空高光谱辐射亮度图像数据进行几何校正，得到具有空间几何位置信息的航空高光谱辐射亮度图像数据；最后，对具有空间几何位置信息的航空高光谱辐射亮度图像数据进行大气校正，并对经大气校正后的数据进行光谱重建，获得航空高光谱遥感反射率图像数据，作为后续处理的基础数据。

所述步骤一中，航空高光谱遥感数据包括航空高光谱遥感数据和用于后续光谱重建处理的同步测量的地面明暗地物的光谱数据。

所述步骤一中，收集dem数据。

所述步骤四中，在一个地区的航空高光谱矿物填图结果中，叶腊石、明矾石、迪开石三种矿物及其矿物组合发育地段，作为指示火山热液活动中心的矿物学标志，初步识别火山热液活动中心的大致范围。

所述步骤四中，在一个地区的航空高光谱矿物填图结果中，叶腊石发育地段，作为指示火山热液活动中心的矿物学标志，初步识别火山热液活动中心的大致范围。

所述步骤五中，调查和确定初步识别的火山热液活动中心的大致范围内是否存在火山角砾岩、集块岩可以进一步指示火山口位置的地质证据，以及记录它们的具体位置；另一方面是查证地面是否发育热液蚀变及热液蚀变规模，并对发育热液蚀变的地段进行蚀变样品采集。

所述步骤七中，

首先，根据“在步骤五中地面调查发现火山角砾岩、集块岩的地质信息”、“钠明矾石蚀变岩样品发育地段”中的两个或其中一个条件，在步骤四中初步识别火山热液活动中心大致范围的基础上，最终识别出火山热液活动中心；

其次，根据步骤一中的dem数据，对上述各种信息和最终识别的火山热液活动中心进行三维可视化。

所述步骤六中，首先，对步骤五中采集的蚀变岩样品进行地面光谱测量，获得各个样品的光谱曲线；

其次，按记录结果，对测量的光谱曲线进行检查，建立样品光谱曲线库；利用光谱曲线库，对每个样品的光谱曲线特征进行分析，识别样品中发育的蚀变矿物类型；

最后，对识别出来的明矾石光谱曲线进行进一步分析。

所述步骤六中，对识别出来的明矾石光谱曲线进行进一步分析中，如果明矾石的光谱曲线在1480nm附近的次级吸收峰中心波长位置处于1475～1485nm，则为钾明矾石；如果1480nm附近的次级吸收峰中心波长位置处于1485～1495nm，则为钠明矾石；根据钠明矾石的形成温度比钾明矾石更高的原理，确定出具有钠明矾石蚀变的那些样品所在的位置具有更高的蚀变温度，更接近火山热液活动中心。

本发明的有益技术效果在于：充分利用航空高光谱遥感技术快速获取和精细识别蚀变矿物的技术优势，具有信息识别速度快、准确度高、不受地面交通限制等特点，能够满足不同条件下的矿产勘查工作需要；发现和提出了利用航空高光谱识别的叶腊石、明矾石、迪开石等蚀变矿物组合发育地段来初步识别火山热液活动中心的方法；将航空高光谱识别结果与地面查证、地面光谱测量结果相结合，提出通过火山角砾岩和高温明矾石等信息，进一步确定火山热液活动中心的方法。本发明已在新疆雪米斯坦火山岩地区进行了应用，识别出3个前人未发现的火山热液活动中心，而且在其中的一个火山热液活动中心，发现了大量孔雀石化和经化学分析发现了明显的金铜银异常。经综合分析和对比，发现该火山热液活动中心及附近地区是一片与紫金山金铜矿非常类似的金铜矿找矿靶区，其深部具有很好的找矿前景，为雪米斯坦地区金铜矿找矿取得新突破提供了重要技术支持。此发明对其他类似地区的矿产勘查亦具有重要的应用前景。

附图说明

图1为本发明一种火山热液活动中心的高光谱遥感快速识别方法流程图；

图2为火山热液活动中心高光谱遥感识别效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明一种火山热液活动中心的高光谱遥感快速识别方法，包括如下步骤：

步骤一、航空高光谱遥感数据获取，利用casi/sasi、hymap或其它类似的航空高光谱测量系统(波长范围至少覆盖短波红外950～2450nm区间)，获取火山岩地区航空高光谱遥感数据和用于后续光谱重建处理的同步测量的地面明暗地物的光谱数据；如果条件具备，航空高光谱数据也可通过资料收集的途径获取；同时，也收集dem数据，用于后续处理；

步骤二、航空高光谱遥感数据预处理，对获取的航空高光谱遥感数据进行预处理，获得具有空间几何定位信息的航空高光谱反射率数据，便于后续开展矿物填图，即矿物信息提取；

预处理的内容主要包括辐射校正、几何校正、大气校正和光谱重建。辐射校正是将获取的原始航空高光谱图像数据dn值转换为具有物理意义的辐射亮度值；几何校正是纠正获取的原始图像数据因系统及非系统性因素引起的图像变形，实现与标准图像或地图的几何匹配；大气校正是消除大气对原始高光谱遥感图像的影响，使原始图像的辐射亮度值更加准确的反映地表物理特征；光谱重建是将辐射亮度值转换为反射率。因此，先进行辐射校正、几何校正，后进行大气校正，光谱重建。经过上述计算，得到具有空间几何位置信息的航空高光谱反射率图像数据；

如果收集的航空高光谱数据已经上述处理，则不需要经过步骤二；

步骤三、航空高光谱矿物填图，根据航空高光谱矿物填图技术规程，开展航空高光谱遥感矿物填图，具体填图方法可以根据实际情况，选择光谱角(sam)、混合调制匹配滤波(mtmf)、混合像元分解(unmixing)等其中的一种方法进行；

由于高光谱数据波段多、信息量很大，因此，在矿物填图之前，需要对预处理后的高光谱反射率数据进行特征波段选择，达到降维、优化信息量的目的；

步骤四、识别火山热液活动中心的大致范围，通常在一个地区的航空高光谱矿物填图中，可以填图出高铝绢云母、中铝绢云母、低铝绢云母、绿泥石、绿帘石、碳酸盐、叶腊石、迪开石、高岭石、明矾石、蛇纹石、石膏、赤铁矿、褐铁矿、黄钾铁钒等蚀变矿物；大量研究结果和实际查证发现，叶腊石、明矾石、迪开石三种矿物及其矿物组合发育地段(或叶腊石为主发育的地段)是一套火山热液沸腾作用形成的蚀变矿物组合，可以指示火山热液活动中心的大致范围；根据这一矿物学标志，可以快速初步识别出哪些地段是可能的火山热液活动中心，从而初步确定出火山热液活动中心的大致范围，缩小目标区；

步骤五、地面调查与样品采集，对初步识别和确定的火山热液活动中心的大致地段(范围)进行地面调查，一方面是调查步骤四中初步确定的火山热液活动中心的大致范围内是否存在火山角砾岩、集块岩等可以进一步指示火山口位置的地质证据，另一方面是查证地面是否发育热液蚀变及其发育规模，并对发育热液蚀变的地段进行蚀变样品采集；

步骤六、蚀变样品光谱测量与结果分析，对步骤五中采集的蚀变岩样品进行地面光谱测量，并根据测量的光谱曲线结果对蚀变岩的蚀变矿物类型进行识别。在此基础上，对识别出来的发育明矾石蚀变的样品进行进一步光谱分析，通过发现明矾石矿物的光谱吸收峰位置差异，进一步区分出相对高温的明矾石和相对低温的明矾石；

步骤七、火山热液活动中心的最终识别与三维可视化，对步骤五中地面调查发现火山角砾岩、集块岩等地质信息和步骤6中发现的高温明矾石和低温明矾石样品的分布信息的综合分析，在步骤4中初步确定出火山热液活动中心的大致范围内进一步缩小目标区，最终确定和圈定火山热液活动中心。在此基础上，再进行三维可视化，使结果更加形象、直观，便于理解与应用。

实施例2

步骤1，获取航空高光谱遥感数据

按照《机载高光谱遥感数据获取技术规程》(dd2014-14)，利用casi/sasi、hymap或其它类似的航空高光谱测量系统(波长范围至少覆盖短波红外950～2450nm区间)，获取火山岩地区航空高光谱遥感数据，并同步获取地面明暗地物的光谱数据，用于步骤2进行航空高光谱遥感数据的预处理。在有条件的情况下,也可通过资料收集等其他途径,获取航空高光谱遥感数据。同时，也收集dem数据，用于后续处理。

步骤2，航空高光谱遥感数据预处理

首先，基于传感器系统定标参数文件，对步骤1获取的航空高光谱遥感数据进行辐射校正，得到航空高光谱辐射亮度图像数据；

其次，基于航空测量时航空平台的姿态测量参数和测量区高精度dem数据，对得到的航空高光谱辐射亮度图像数据进行几何校正，得到具有空间几何位置信息的航空高光谱辐射亮度图像数据；

第三，利用flaash辐射传输模型算法，对具有空间几何位置信息的航空高光谱辐射亮度图像数据进行大气校正；并利用经验线性模型公式和地表明暗地物的光谱反射率曲线数据，对经大气校正后的数据进行光谱重建，获得航空高光谱遥感反射率图像数据，作为后续处理的基础数据。

如果通过资料收集获取的已经过上述预处理的航空高光谱遥感数据，则不再按上述步骤进行预处理。

步骤3，矿物填图

首先，根据《航空高光谱矿物填图技术规程》，利用envi或其他类似的高光谱遥感图像处理软件系统中的“沙漏”技术流程，一步一步地开展最小噪声去除—纯像元选取—光谱分析—矿物填图等步骤，获得代表每一种蚀变矿物的区配结果图像；

第二，针对每一种蚀变矿物匹配结果图像，通过人机交互式解译，设定各自的统一的提取阈值；

第三，根据统一的阈值，从获得代表每一种蚀变矿物的区配结果图像中提取出各种蚀变矿物信息，并以不同的颜色表示，作为矿物填图的最终结果。如附图2中的各种不同颜色代表不同的蚀变矿物信息。

步骤4，识别火山热液活动中心的大致范围

根据步骤3中的航空高光谱矿物填图结果，按照叶腊石、明矾石、迪开石三种蚀变矿物及其矿物组合发育地段，或以叶腊石为主发育的地段作为指示火山热液活动中心的矿物学标志，初步识别火山热液活动中心的大致范围。

步骤5，地面调查与样品采集

对步骤4中初步识别的火山热液活动中心的大致地段(范围)进行地面调查。一方面是调查和确定初步识别的火山热液活动中心的大致范围内是否存在火山角砾岩、集块岩等可以进一步指示火山口位置的地质证据，以及记录它们的具体位置；另一方面是查证地面是否发育热液蚀变及热液蚀变规模，并对发育热液蚀变的地段进行蚀变样品采集。

步骤6，蚀变样品光谱测量与结果分析

首先，利用asd、pima或其他类似的便携式波谱仪，对步骤5中采集的蚀变岩样品进行地面光谱测量，获得各个样品的光谱曲线。测量时，为了全面获取蚀变岩样品的蚀变矿物，至少对样品的不同侧面开展3次以上的光谱测量，每次测量存贮2条光谱曲线。同时，对样品进行拍照，并对样品编号，测量光谱曲线编号，照片号等进行详细记录。

其次，按记录结果，对测量的光谱曲线进行检查，并将数据导入计算机后，在envi或其他遥感图像处理软件平台上建立样品光谱曲线库。利用光谱曲线库，通过人机交互方式，对每个样品的光谱曲线特征进行分析，识别样品中发育的蚀变矿物类型。

第三，对识别出来的明矾石光谱曲线进行进一步分析。如果明矾石的光谱曲线在1480nm附近的次级吸收峰中心波长位置处于1475～1485nm，则为钾明矾石；如果1480nm附近的次级吸收峰中心波长位置处于1485～1495nm，则为钠明矾石。根据钠明矾石的形成温度比钾明矾石形成温度更高的原理，确定出发育钠明矾石蚀变的那些样品所在的位置具有更高的蚀变温度，更接近火山热液活动中心。

步骤7，火山热液活动中心的最终识别与三维可视化

首先，根据“在步骤5中地面调查发现火山角砾岩、集块岩等地质信息”、“钠明矾石蚀变岩样品发育地段”中的两个或其中一个条件，在步骤4中初步识别火山热液活动中心大致范围的基础上，最终识别出火山热液活动中心。

其次，在dem数据的支持下，在arcscene或其他三维可视化软件平台上，对上述各种信息和最终识别的火山热液活动中心进行三维可视化。通过三维可视化，使上述信息和最终识别的火山热液活动中心更加形象、直观，便于理解与地质应用。