基于ASTER多光谱遥感数据的花岗岩类岩性识别与提取

【摘要】：遥感岩石学是遥感技术应用于地质科学中的重要方面，基于岩石矿物的光谱特性，可以利用遥感数据对其进行岩性信息的探测与识别。作为火成岩中非常重要的花岗岩类岩石，由于对区域构造的指示意义及其与多种金属矿床的成因联系，对其遥感岩性信息识别与提取的研究也一直是遥感岩石学领域的重点与难点之一。位于中国新疆北部的准噶尔盆地西北缘发育许多花岗岩体，同时该地区也是我国重要的多金属成矿区，是研究花岗岩体的岩性信息遥感提取技术的理想实验区。本文研究目的在于通过相关矿物与野外岩石样品的光谱测试，分析其光谱特征与成因，建立一套适用于干旱－半干旱区花岗岩岩体的岩性遥感信息识别与提取方法。并基于ASTER多光谱遥感数据的岩石识别与提取结果，探讨西准噶尔地区花岗岩类分类与矿物组合，为该区域的地质调查与成矿预测等研究提供重要的科学基础数据，同时也为其他区域花岗岩类岩性信息的遥感识别与提取提供一套完整的技术方法。本研究的主要研究结果与认识如下： （1）西准噶尔花岗岩类岩石样品的可见光-近红外至短波红外反射光谱特征整体较弱，并且不同种类花岗岩之间的光谱特征差异性较小。VNIR谱域中主要表现为铁离子部分吸收带，碱长花岗岩相对二长与斜长花岗岩而言铁离子吸收性更强。SWIR谱域中的羟基吸收谱带在不同岩类中存在变化：二长花岗岩由于白云母矿物的富集及绢云母化蚀变，2.2μm的Al-OH吸收异常，使ASTER第6波段具有较强吸收性；碱长花岗岩由于黑云母矿物的富集，2.35μm附近的Mg-OH吸收异常，使ASTER第8波段具有较强吸收性；斜长花岗岩则表现为向长波方向移动，羟基吸收带分别出现在2.25μm附近及2.38μm附近。 （2）ASTER VNIR-SWIR波段数据处理中，相对于最佳指数因子法（OIF）计算所得的731最佳三波段组合，主成分分析法（PCA）对ASTER VNIR-SWIR的九个波段处理后的识别效果更为理想，PC245主分量RGB假彩色合成影像中各花岗岩类的色彩明亮、差异显著，以阿克巴斯套岩体为例，通过解译可划分出四类花岗岩类岩石单元。利用波段比值增强技术选择比值2/1、比值4/8与相对吸收深度RBD6用于指示研究区碱长花岗岩、二长花岗岩与斜长花岗岩的岩性信息。 （3）石英与长石在热红外域具有非常显著的发射光谱特征，花岗岩岩石样品主要体现出其主要造岩矿物石英与长石矿物的综合光谱特性。碱性长石与斜长石在ASTER第10与12波段发射率都高于第11波段，石英恰好相反。斜长石族中钠端元至钙端元的长石，第12与13波段的曲线斜率减小的变化趋势显著。相反，碱性长石族的第13波段发射率都高于第12波段。 （4）根据热红外发射光谱特征分析，基于ASTER TIR波段数据的石英指数（QI）、碱性长石指数（AKI）与斜长石指数（PLI）可以有效地指示三类矿物在研究区花岗岩中的分布。同时，对QI、ALI、PLI与MI3矿物指数的阈值分割处理显示，采样区三个花岗岩岩体的岩性以碱性长石为主。斜长石次之，多分布于阿克巴斯套岩体中部与西部、红山岩体的东北部，可综合半定量地识别出研究区的碱长花岗岩、斜长花岗岩、二长花岗岩以及超基性岩。混合协调匹配滤波（MTMF）技术可探测花岗岩中的石英与长石矿物的组成，钠长石占主导地位，其次是条纹长石与正长石，说明研究区花岗岩类岩石还是集中于碱长花岗岩。 （5）选择SWIR-TIR数据融合的AKI、RBD6与PLI RGB假彩色合成影像对不同花岗岩类的岩性信息的指示效果显著，可有效地识别与提取出研究区碱长花岗岩、花岗岩、花岗闪长岩与二长花岗岩四种花岗岩类。此外，依据遥感岩性识别与构造解译还发现克拉玛依Ⅱ号岩体以及东侧I号与III号岩体交汇处的部分区域仍可能是未来找矿勘探的潜力区。