基于高光谱遥感的蚀变矿物类型识别和元素丰度反演研究

Mineral resources are important material basis for the survival and development of human society. Xinjiang is located in the hinterland of Central Asia tectonic metallogenic domain, with ore-forming geological conditions be richly endowed by nature and huge prospecting potentiality. The area of desert widespread and sparse vegetation is a natural test new methods of remote sensing geological exploration. The project will combine field measurements and laboratory simulation experiments, with simultaneous measurement of spectral information and alteration mineral and abundance of element in shallow covered the desert area of Xinjiang, to build a basis and integration database platform of hyperspectral remote sensing. Combining the spectral index (SI) with the radiation transfer model (RTM) methods, to reveal the alteration mineral types and abundance element in arid land, to explore a new method to retrieval type and abundance element of alteration mineral based on the physical mechanism, and to build a general approach for studying type and abundance element of alteration mineral based on hyperspectral remote sensing technology. The use of hyperspectral remote sensing technology provides scientific theoretical basis and technical support for accelerating Xinjiang mineral exploration.

矿产资源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。新疆地处中亚构造-成矿域腹地，成矿条件良好，找矿潜力巨大；该区荒漠广布，地表植被稀疏，是遥感地质勘查新方法的天然试验场。本项目拟利用高光谱技术和地面探测手段，快速获取连续的高精度数据，探索地表蚀变矿物类型和元素丰度反演的新方法。即野外观测和室内模拟实验相结合，开展新疆浅覆盖荒漠区典型蚀变矿物光谱信息和元素丰度等参数的同步实验，构建高光谱遥感识别矿物类型和反演元素丰度的基础数据平台，用光谱指数和辐射传导模型结合的方法，揭示蚀变矿物类型与元素丰度和光谱反射信息的响应机制，探索基于物理机制的矿物类型高效快捷识别和元素丰度精确反演的新方法，为加速新疆矿产勘查提供科学依据和技术手段。

新疆地处中亚构造-成矿域腹地，成矿条件良好，找矿潜力巨大；该区荒漠广布，地表植被稀疏，是遥感地质勘查新方法的天然试验场。本项目利用高光谱技术和地面探测手段，结合野外观测和室内模拟实验，开展新疆浅覆盖荒漠区典型蚀变矿物光谱信息和元素丰度的同步实验，构建了高光谱遥感识别矿物类型和反演元素丰度的基础数据平台，用光谱指数和辐射传输模型结合的方法，探索了精确、高效和快捷的矿物类型识别和元素丰度反演的新方法。具体研究成果主要有以下三个方面：（1）研究区温差较大，地表风力产生的表面覆被层、干旱区特有的沙漠漆和附着于岩表的地衣，影响甚至改变岩矿本身的光谱特征；通过不同颗粒矿物、不同混合矿物和不同观测角度的室内控制模拟实验，比较了岩矿不同光谱特征；（2）通过野外和室内控制模拟实验，找出对蚀变矿物敏感的波段，对光谱的吸收特征进行提取和对比分析，突出岩矿整体和局部的波谱特征，建立方便和快捷的波谱特征提取和分析工具软件，估算蚀变矿物元素丰度的光谱特征参数模型；（3）基于高光谱指数模型，发展了对岩矿元素敏感的普适性强的同时具有物理机制的回归模型，准确地反演了岩矿中铜元素丰度；为进一步探索高光谱遥感反演岩矿元素的物理机制，本项目尝试了Hapke辐射传输模型在岩矿元素反演中的应用。我们校正了Hapke模型的输入参数（Ω、h、b 和c），使之能应用到岩矿的光谱反射率的模拟，并发现了模型中的单次散射反照率（Ω）与元素丰度有较好的关系，可以利用该模型反演这个参数，再利用这个参数来间接估算出岩矿元素丰度，为精确反演岩矿元素提供了一种新的思路。本项目是高光谱遥感技术直接进行矿物识别、相似矿物的区分以及提取矿物元素类型和丰度研究的关键一步，揭示了蚀变矿物类型与元素丰度和光谱反射信息的响应机制，探索基于物理机制的矿物元素类型高效快捷识别和元素丰度精确反演的新方法，为矿物的高光谱技术识别提供科学依据和技术手段。