一种用于识别热液流体蚀变相对温度的航空高光谱方法与流程

本发明属于地球科学领域，具体涉及一种用于识别热液流体蚀变相对温度的航空高光谱方法。

背景技术

对于热液型的铀、金、铜以及其他金属矿来说，矿床的成因和成矿元素的沉淀富集与热液流体蚀变活动有非常密切的关系。热液流体蚀变活动规律的研究一直是矿床地质中一个非常重要的课题，尤其是热液流体蚀变温度相对高低及其变化规律的研究对查明成矿流体活动路径，确定可能的成矿元素富集部位等具有重要意义。因此，识别热液流体蚀变活动的相对温度高低对矿床成矿理论研究和矿床尺度的找矿预测非常重要。

当前，研究热液流体蚀变温度的方法主要是包裹体测温法和一些间接的地质分析方法。在高光谱遥感地质领域，国内外出现了将高光谱遥感与成矿流体相结合，利用高光谱精细识别不同亚类矿物，并根据不同亚类矿物成分和结构的差异反映的不同形成温度来反演热液流体蚀变相对温度高低的研究课题。其中，最典型的是利用绢云母类矿物在2200nm附近的al-oh光谱吸收特征波长位置的偏移来反演形成绢云母蚀变时的热液流体温度的相对高低。这是由于绢云母类矿物在2200nm附近的al-oh光谱吸收特征波长位置与矿物结构中八面体al^ⅵ含量比例的微小变化密切相关，即绢云母类矿物结构中八面体al^ⅵ含量比例增高，al-oh吸收峰波长向短波方向(2195nm)偏移，al^ⅵ含量比例降低，al-oh吸收峰波长向长波方向(2215nm)偏移。而绢云母类矿物中al^ⅵ含量的变化常常是热液流体蚀变过程中组分相互替代造成的，而这些组分替代过程又常常与热液流体温度、压力及酸碱性等相关。因此，通过对绢云母类矿物al-oh光谱吸收波长变化的识别，可以用来研究和判识热液流体蚀变的相对温度高低、热液蚀变相对中心等，从而为矿产勘查提供进一步的找矿信息。然而，当前，国内外利用上述原理和高光谱技术识别和研究热液流体蚀变相对温度高低，进而判识成矿流体相对活动中心的研究，主要是基于岩石样品的地面便携式光谱仪测量结果进行的，真正利于航空高光谱遥感图像对地表发育热液流体蚀变地段的相对温度高低的识别的研究还很少。vanruitenbeeketal.(2005，2006，2012)利用hymap航空高光谱图像对西澳皮尔巴拉地区与vms矿床有关的古热液流体系统形成温度的相对高低和流体活动路径的反演，比较典型，其方法是通过航空高光谱数据中的某几个特征波段图像与地面采集样品的光谱实测结果的线性拟合，建立反映地表绢云母矿物al-oh吸收峰特征波长位置的图像，从而进行相对温度高低的分析和识别。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于识别热液流体蚀变相对温度的航空高光谱方法，旨在建立一种利用航空高光谱遥感图像快速识别地表热液流体蚀变相对温度高低的方法，从而为直观地分析地表热液流体蚀变活动温度的相对高低及可能的活动路径提供技术支持，为铀、金、铜等多金属矿床成因规律研究和矿床定位预测提供重要依据。

为解决上述技术问题，本发明一种用于识别热液流体蚀变相对温度的航空高光谱方法，具体包括以下步骤：

步骤一、航空高光谱遥感数据获取；

步骤三、表征热液流体蚀变相对温度的参数图像计算；

步骤四、识别热液流体蚀变相对温度的彩色图像生成；

步骤五、热液流体蚀变相对温度的识别与规律分析。

所述步骤一后包括步骤二，航空高光谱数据预处理。

所述步骤二中，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。

所述步骤三中，具体方法是：相对高温参数图像＝b0/b1，相对中温参数图像＝b0/b2，相对低温参数图像＝b0/b3；其中，b0代表波长位置处于2160nm附近的航空高光谱单波段图像；b1代表波长位置处于2190～2202nm之间的航空高光谱单波段图像；b2代表波长位置处于2203～2212nm之间的航空高光谱单波段图像；b3代表波长位置处于2213～2228nm之间的航空高光谱单波段图像。

所述步骤四中，具体为将步骤三中表征不同相对温度的三个参数图像进行rgb彩色合成，生成用于识别地表热液流体蚀变相对温度的航空高光谱遥感彩色图像。

所述步骤五中，利用步骤四中生成的彩色合成图，根据三色合成原理及不同颜色代表的相对温度信息，对图像反映的地表热液蚀变地段的相对温度进行识别，并进行分析。

所述步骤一中，获取研究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。

所述步骤三中，b0代表波长位置处于2160nm附近的航空高光谱单波段图像；b1代表波长位置最接近2195nm的航空高光谱单波段图像；b2代表波长位置最接近2210nm的航空高光谱单波段图像；b3代表波长位置最接近2220nm的航空高光谱单波段图像。

本发明的有益技术效果在于：(1)充分利用航空高光谱技术快速获取和精细识别热液流体蚀变矿物的技术优势，具有信息识别速度快、效率高、不受地面交通限制等特点，能够满足不同条件下的矿床地质研究和矿产勘查工作需要；(2)发现和提出了表征热液流体蚀变相对温度高低的航空高光谱参数图像计算方法；(3)建立了识别和分析地表热液流体蚀变相对温度的航空高光谱彩色合图像分析方法。

本发明是一种利用航空高光谱遥感图像快速识别地表热液流体蚀变相对温度高低的方法，已在新疆雪米斯坦白杨河铀矿区进行了应用，分别识别出了铀矿床北缘和东北缘地表热液流体蚀变相对温度高低的地段，并发现了铀矿区北缘的热液流体蚀变温度具有从接触带向外围两侧逐渐降低的规律，矿区东北缘的热液流体蚀变温度具有从东北部向西南部逐渐降低的规律。该发明成果为铀、金、铜等多金属矿床成因规律研究和矿床定位预测提供重要技术支持，对深入挖掘和提高航空高光谱技术在矿产勘查领域的深入应用及其水平具有重要意义，具有重要应用前景。

附图说明

图1为本发明一种用于识别热液流体蚀变相对温度的航空高光谱方法技术图谱；

图2为本发明一种热液流体蚀变相对温度航空高光谱识别与分析效果图。

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。

本发明一种用于识别热液流体蚀变相对温度的航空高光谱方法，具体包括以下步骤：

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，获取研究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；

步骤二、航空高光谱遥感数据预处理，对获取的航空高光谱数据进行预处理，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是经校正的反射率数据，则不需要经过步骤2处理；

步骤三、表征热液流体蚀变相对温度的参数图像计算，根据细致深入的研究和查证表明，在同一热液蚀变系统作用范围内，航空高光谱识别的高铝绢云母(al-oh吸收特征波长范围为2190～2202nm，中心波长在2195nm附近)形成于温度相对偏高、偏酸性的热液流体蚀变环境；低铝绢云母(al-oh吸收特征波长范围为2213～2228nm，中心波长在2220nm附近)形成于温度相对偏低、偏碱性的热液流体蚀变环境；中铝绢云母(al-oh吸收特征波长范围为2203～2212nm，中心波长在2208附近)则与高铝绢云母或低铝绢云母相伴生，是介于高铝绢云母与低铝绢云母形成条件之间的热液流体蚀变环境；

根据上述研究结果，利用步骤二处理后的航空高光谱数据，计算表征热液流体蚀变相对温度的航空高光谱参数图像，具体方法是：相对高温参数图像＝b0/b1，相对中温参数图像＝b0/b2，相对低温参数图像＝b0/b3；其中，b0代表波长位置处于2160nm附近的航空高光谱单波段图像；b1代表波长位置处于2190～2202nm之间，且最接近2195nm的航空高光谱单波段图像；b2代表波长位置处于2203～2212nm之间，且最接近2210nm的航空高光谱单波段图像；b3代表波长位置处于2213～2228nm之间，且最接近2220nm的航空高光谱单波段图像；

步骤四、识别热液流体蚀变相对温度的彩色图像生成，将步骤三中表征不同相对温度的三个参数图像进行rgb彩色合成，生成用于识别地表热液流体蚀变相对温度的航空高光谱遥感彩色图像，以便形象、直观地进行地表不同地段找热液流体蚀变活动相对温度的识别与规律分析；

步骤五、热液流体蚀变相对温度的识别与规律分析，利用步骤四中生成的彩色合成图，根据三色合成原理及不同颜色代表的相对温度信息，对图像反映的地表热液蚀变地段的相对温度进行识别，并对流体活动路径等规律进行分析。

实施例2

步骤1，获取航空高光谱数据

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，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。

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航空高光谱数据是经校正的反射率数据，则不需再按上述步骤处理。

步骤3，表征热液流体蚀变相对温度的参数图像计算

利用envi或其他遥感图像处理软件平台，或自主编程等方法，根据公式：相对高温参数图像＝b0/b1，相对中温参数图像＝b0/b2，相对低温参数图像＝b0/b3，计算表征热液流体蚀变相对温度的航空高光谱参数图像。其中，b0代表波长位置处于2160nm附近的航空高光谱单波段图像；b1代表波长位置处于2190～2202nm之间，且最接近2195nm的航空高光谱单波段图像；b2代表波长位置处于2203～2212nm之间，且最接近2210nm的航空高光谱单波段图像；b3代表波长位置处于2213～2228nm之间，且最接近2220nm的航空高光谱单波段图像。

步骤4，识别热液流体蚀变相对温度的彩色图像生成

利用envi或其他遥感图像处理软件平台，或自主编程等方法，将步骤3中生成的表征不同相对温度的三个参数图像进行rgb彩色合成；具体方法是，将相对高温参数图像b0/b1赋予红色波段(r)，将相对中温参数图像b0/b2赋予绿色波段(g)，将相对低温参数图像b0/b3赋予攻蓝色波段(b)，进行rgb三波段彩色合成，生成用于识别地表热液流体蚀变相对温度的航空高光谱遥感彩色合成图像，以便形象、直观地进行地表不同地段热液流体蚀变活动相对温度高低的识别与规律分析。

步骤5，热液流体蚀变相对温度的识别与规律分析

利用步骤4中生成的彩色合成图，根据红、绿、蓝三色合成原理，以及步骤4中不同参数的赋值顺序，对图像反映的地表热液流体蚀变地段的相对温度高低进行识别。具体识别规则是：

(1)明显呈现红色调的地段，表明“相对高温参数图像b0/b1”的值高，表征此地段的热液流体蚀变温度相对高温；

(2)明显呈现褐黄色、浅黄色调的地段，表明是“相对高温参数图像b0/b1”与“相对中温参数图像b0/b2”的叠加，表征此地段的热液流体蚀变既有相对高温部分，又有相对中温部分。因此，蚀变温度相对偏中温，比呈红色调地段的蚀变温度相对要低一些；

(3)明显呈现绿色调的地段，表明是“相对中温参数图像b0/b2”的值高，表征此地段的热液流体蚀变温度以相对中温为主，蚀变温度相对要更低一些，即比呈红色调地段和呈黄色调地段的蚀变温度均要相对更低一些；

(4)呈现蓝色调的地段，表明是“相对低温参数图像b0/b3”值高，表征此地段的热液流体蚀变温度相对比较低，比呈红色调地段、呈黄色调地段、以及呈绿色调地段的蚀变温度均相对要更低一些；

(5)其他偏黑或偏灰色调的地段，表明上述三个参数的值都很低，反映这些地段的热液流体蚀变不发育，没有明显的热液流体活动，因此也谈不上热液流体蚀变温度的相对高低。

(6)有的情况下，由于“相对低温参数图像b0/b3”值很低，因此，合成图像的色调主要由“相对高温参数图像b0/b1”和“相对中温参数图像b0/b2”等两个参数的值来决定。因此，合成图像的色调主要以红色、黄色、浅黄色、浅绿色、绿色等其中的几种为主。在这种情况下，根据上述规则识别的相对温度，主要是介于相对高温→相对中温的变化。

(7)在上述识别不同地段热液流体蚀变相对温度的情况下，根据热液流体蚀变活动从相对高温→相对中温→相对低温的原则，对热液流体蚀变活动的路径及规律等进行分析，并用箭头加以表示。

附图2是新疆雪米斯坦白杨河铀矿区北缘热液流体蚀变相对温度高低的航空高光谱遥感识别和分析效果图。该图色调丰富，内涵明确、表达形象直观，有利于热液流体蚀变相对温度高低的识别与规律分析。经野外实地查证，其结果与地面光谱仪测量和分析结果相符，也与铀矿地质学家从包裹体等微观手段研究的结果相近。因此，该发明为快速识别和分析热液流体蚀变相对温度高低提供了重要新方法，具有良好的推广应用价值。