信息提取的基本理论

一、蚀变矿物的波谱特征

蚀变矿物是地壳中由热液交代蚀变作用形成的，种类繁多，分布广泛，特别是热液矿床中及其周围，经常伴生着不同类型和不同交代蚀变强度的蚀变矿物，它们对于不同类型的热液矿床的寻找、勘探以及矿床成因的研究具有十分重要的意义(胡受奚，1980)。

为了便于研究常见蚀变矿物的波谱特征，更好地进行遥感异常信息的挖掘，依据如下原则进行分类:①蚀变矿物的成因及示矿特征;②蚀变矿物在ETM波段的特征吸收谱带;③吸收谱带的宽窄及强弱。同时参考阎积惠(1995)分类方案把常见的矿化蚀变矿物按化学组成分为六大类:即与铁、锰有关的蚀变矿物，与羟基(—OH)有关的蚀变矿物，与CO2-3 有关的蚀变矿物，与铁、锰及羟基有关的蚀变矿物，与铁、锰及CO2-3 有关的蚀变矿物，与羟基(—OH)及CO2-3 有关的蚀变矿物(表4-1)。

1. 与铁、锰有关的蚀变矿物

赤铁矿(Fe2O3)的形成以热液作用、沉积作用和沉积变质作用为主，多分布于金属矿床氧化带、蚀变岩和含铁岩石的风化表面;在ETM+数据的1、2、4波段有吸收带。

针铁矿α-Fe O(OH)是褐铁矿中最主要的组成成分，并常与纤铁矿共生，主要是含铁矿物风化作用的产物，常分布在铜铁硫化物矿床的露头部位构成铁帽;在ETM+1、2、4有吸收带。

褐铁矿是以针铁矿或水针铁矿为主要成分，并包含数量不等的纤铁矿、含水氧化硅、黏土等而成的混合物，是黄铁矿在温湿条件下的蚀变矿物;铁帽是寻找原生铜铁硫化物矿床的找矿标志。

表4-1 蚀变矿物分类表(据张守林，2006)

2. 与羟基有关的蚀变矿物

黏土矿物主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物，包括高岭石族矿物、蒙脱石、蛭石、伊利石、海绿石、绿泥石等。羟基是黏土矿物的重要组分，其光谱特征受羟基离子的影响显著。在2.2～2.3μm(相当于ETM+7波段)附近有较强的吸收谱带，使得这类含羟基和水的矿物及其所组成的岩石(蚀变岩)在ETM+7波段产生低值，而在ETM+5波段有相对的高值(图4-1)。

高岭石(Al4［Si4O10］(OH)8)由长石、似长石等风化或热液蚀变而成，在ETM+7有特征吸收带。

图4-1 特征矿物波谱曲线

白云母(KAl2［Si3O10］(OH)2)一般产于变质岩中，但也产于花岗岩等岩石中;其波谱特征是在ETM+7有特征的吸收带。

绢云母(KAl2［Si3O10］(OH)2)化学组成与白云母一致，是云母的一种，属于具有层状结构的硅酸盐矿物;在ETM+7有特征的吸收带。

明矾石(KAl3［SO4］2(OH)6)是中酸性火山岩的低温热液蚀变的产物，是找矿的显著标志之一;该矿物在ETM+7为吸收谷。

蒙脱石(Montmorillonite)为含羟基的铝、镁、铁层状硅酸盐矿物，其化学分子式是(Na-Ca)0.33(Al，Mg)2［Si4O10］(OH)2·n H2O，是斑脱岩、膨润土和漂白土中最主要的组成矿物，是由基性火山岩特别是基性的火山凝灰岩和火山灰风化，或在低温热液蚀变过程中形成的。其波谱特征是在ETM7有特征的吸收带。

叶蜡石(Al2［Si4O10］2(OH)2)常与滑石共生于结晶片岩中，绢云母与石英等矿物共生于热液矿脉中;该矿物在ETM+7有一吸收谷，在ETM4有一反射峰。

绿泥石((Mg，Fe)5(Al，Fe3+)2Si O3O10(OH)8)与云母极相似，但前者具有特征的绿色，有挠性而无弹性，是中—低温热液作用、浅变质作用和沉积作用的主要产物。在火成岩中，绿泥石多是镁铁矿物如辉石、角闪石、黑云母等在低温热液作用下蚀变的产物。

3.与CO2-3 有关的蚀变矿物

该类矿物以方解石、白云石、菱铁矿、石膏等为代表，是碳酸盐化的特征矿物。在1.8～2.5μm和2.55μm附近为较强吸收谱带。碳酸盐矿物光谱特征，吸收带最强的在2.35μm处(图4-1)。

方解石(Ca CO3)广泛存在于灰岩和变质岩矿床中;其波谱特征为在ETM+7有明显的吸收带。

孔雀石(Cu2CO3(OH)2)是一种含铜碳酸盐的蚀变产物，常作为铜矿的伴生产物与蓝铜矿共生，是原生铜硫化物矿床的找矿标志。

蓝铜矿(Cu3［CO3］2(OH)2)产于铜矿床氧化带、铁帽及近矿围岩的裂隙中，是一种次生矿物，常与孔雀石共生或伴生，其形成一般稍晚于孔雀石，但有时也被孔雀石所交代。其波谱特征与孔雀石相似，孔雀石、蓝铜矿是寻找铜矿最直接的标志;在ETM+7有明显的吸收谷。

根据特征矿物波谱特征，本次工作采用ETM+1、3、4、5波段进行主成分分析提取铁染信息，用ETM+1、4、5、7提取黏土矿物和碳酸盐化信息。

二、岩石的波谱特征

——影响岩石波谱特征的因素

岩石是矿物的集合体，其光谱特征是组成其矿物波谱特征的综合反映。影响岩石波谱特征的因素有岩石的矿物组成、岩石的结构构造、岩石的风化情况及岩石的含水性4个因素。

(1) 组成岩石的矿物成分。组成岩石的矿物成分是决定岩石反射波谱的根本因素。在遥感探测的岩石圈表面，产生反射波谱特征谱带的基本单位是矿物，而不是岩石。像元相对亮度值是多种矿物反射辐射综合作用的结果。

不同矿物对岩石反射波谱的贡献有所不同。长英质矿物的反射率高，但缺乏特征谱带。以长英质矿物为主要成分的中—酸性火成岩、砂岩、石英岩、浅粒岩的反射率就高。在岩石中分布广泛，并对其反射波谱有重要影响的是铁矿物和含铁矿物。含百分之几的铁矿物，即可以降低岩石在ETM1～4波段的相对亮度值。如果含有更多的铁矿物，铁的电子跃迁和晶体场谱带将掩蔽岩石中矿物的所有谱带，使岩石在ETM1～5和ETM7波段的相对亮度值大大降低。含铁的铝硅酸盐矿物角闪石、黑云母、辉石等是许多变质岩和岩浆岩的主要矿物成分，它们会显著降低岩石在ETM1～4波段的反射率。含OH-或CO2-3的矿物则降低岩石在ETM7波段的反射率。组成岩石的主要矿物种类，因为岩石的光谱反射率，不是其矿物含量的加权和，恰恰相反，往往是岩石中的铁矿物、含铁矿物、或含OH-或CO2-3 的次要矿物成分，对岩石反射波谱特征谱带的形成贡献更大。这对ETM图像的岩性解译有更重要的价值。

(2) 岩石的结构构造。主要指岩石表面的矿物粒度、分布状况及岩石构造特征。

矿物颗粒的大小决定新鲜岩石自然表面的粗糙程度，直接决定反射的性质。颗粒越细反射率越高;颗粒越粗，表面参差不平，形成大小不等的阴影必然降低岩石的反射率。岩石中细粒且分布均匀的暗色矿物，比粗粒且集中分布的暗色矿物所产生的吸收效应要强得多，前者能更多地降低ETM的相对亮度值。

(3) 岩石的风化状况。王润生等(1999)研究认为，岩石表面形态会对谱带强度产生影响，但谱带位置、偏倚度基本保持不变，风化效应的影响较为复杂。一般认为，随化学风化作用的加强，原岩成分会发生变化，如Fe2+氧化为Fe3+，从而使铁离子谱带位置发生漂移，强度有所增减;但阴离子基团对应的谱带位置、波形和偏倚度均较稳定，风化生成的蚀变矿物会使羟基和水的谱带得到加强。

风化作用在戈壁荒漠景观区，使岩石破碎成大小不等的碎块，增加了岩石表面的粗糙度和阴影面积，降低了岩石表面的ETM相对亮度值。但基本上保持了岩石的反射波谱特征。局部地区的岩石表面形成了一层氧化铁薄膜，即所谓的“沙漠漆”，含改变岩石本征反射波谱，降低岩石反射率。

(4) 岩石的含水性。水对电磁波的吸收强度是波长的函数，对可见光和短波红外都有吸收作用。因此，同种岩石，含水量多者反射率低，反之，反射率高。

从影响岩石的反射波谱的因素分析，起决定作用是矿物的种类，但除“沙漠漆”能在一定程度上改变岩石的波谱形态外，其他的因素只是对其反射率大小有影响，但岩石波谱的形态基本一致。