一种地质知识参与的ETM遥感羟基蚀变矿物提取改进方法

摘要

本发明属于多光谱遥感分析技术领域，具体涉及一种地质知识参与的ETM遥感羟基蚀变矿物提取改进方法。具体包括以下步骤：步骤一、对工作区内的变质岩层和水系进行数字化；步骤二、确定水系流域范围；步骤三、提取工作区ETM数据的羟基异常；步骤四、分别求解水系流域中和变质岩中不参与羟基提取的掩膜范围；步骤五、求解最终羟基提取的掩膜范围；步骤六、提取去除了流水水域滚石和区域变质蚀变干扰下的ETM遥感羟基蚀变矿物。本发明较之其他传统的遥感羟基异常提取方法，通过引入地质知识去除了区域变质作用和水流流域滚石引起的干扰，对于含羟基热液蚀变矿物的提取更加精确。

说明书

技术领域

本发明属于多光谱遥感分析技术领域，具体涉及一种地质知识参与的ETM遥感羟基蚀变矿物提取改进方法。

背景技术

岩石的交代蚀变主要是不同类型的热液与原生岩石相互作用的产物。最常见的蚀变为硅化、绢云母化、绿泥石化、云英岩化、矽卡岩化、白云岩化、重晶石化及锰铁碳酸盐化。近矿围岩蚀变是成矿物质逐步富集成矿过程中留下的印迹。绝大多数岩浆生成的矿床都伴随有其围岩的交代蚀变现象，而且蚀变带范围大于矿体分布的范围数倍至数十倍。

近矿围岩蚀变形成蚀变岩石与周同正常岩石在矿物种类、结构、颜色等方面的差异，可导致岩石反射光谱特征差异，于某些特定光谱波段形成蚀变岩石光谱异常。

含羟基和含铁矿物异常作为两类近矿围岩蚀变是遥感间接找矿的重要标志.在地质找矿遥感勘查中，含羟基和含铁矿物分布制图和异常信息提取非常重要。近矿围岩蚀变在某些特定光谱波段可形成蚀变岩石光谱异常，这些特有的光谱特性在ETM+图像中被敏锐地识别到，用于含羟基和含铁矿物异常信息提取。

羟基蚀变岩石由羟基、水或碳酸根基团产生，羟基吸收谱带有2.2um、2.3um二处。由于OH离子在2.2～2.3um附近存在强吸收谷(称为羟基谱带)，使得ETM数据的第7波段产生低值，第五波段产生高值，羟基矿物大多为次级蚀变矿物，如绿泥石、白云母、高岭石、绢云母、蒙脱石、明矾石等。

目前，按照常规的遥感主成分分析方法(PCA)，多光谱遥感数据可提取含羟基阴离子和铁阳离子的矿物，但这与我们希望提取的与成矿关系密切的热液蚀变矿物仍有较大差距。一个很重要的原因是因为遥感方法提取的热液蚀变与一些干扰因素在矿物成分上是非常接近的。如热液蚀变矿物与区域变质产物的矿物成分很接近，含羟基阴离子的热液蚀变矿物主要包括绿泥石、白云母、高岭石、绢云母、蒙脱石、明矾石等矿物，而区域变质变质岩的矿物成分也主要为绿泥石和白云母等。因此，传统的多光谱遥感矿物提取方法只能提取含有羟基阴离子的矿物，并不能区分提取结果是由于热液蚀变矿物或是区域变质引起的。通过传统的多光谱遥感矿物提取方法提取的结果，许多与热液蚀变羟基矿物无关。更重要的是，由于区域变质产物规模一般较大，其分布范围及矿物纯净度远大于热液蚀变的分布，如果不去除区域变质作用及流水水域滚石的影响和干扰，规模较小的热液蚀变矿物将难以提取。

若要去除区域变质造成的信息干扰，则需引入地质和成矿知识：一般区域变质作用形成的变质岩层内绿泥石或白云母矿物分布的范围都较大，如果初次遥感方法提取的矿物信息有部分分布在变质岩范围内，且聚类后展布面积大于一定数值，则对该部分结果进行标注，并在第二次正式提取时对该区域进行掩膜，让该区域不参与信息提取计算，则可有效去除该部分对羟基矿物提取的影响。

因此，传统的多光谱遥感矿物提取方法与我们希望提取的与成矿关系密切的热液蚀变矿物仍有较大差距。如何将地质和成矿知识引入到传统的多光谱矿物提取中，从而减少区域变质或河道冲积滚石对多光谱遥感羟基矿物信息提取效果的影响，是本发明重点解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种地质知识参与的ETM遥感羟基蚀变矿物提取改进方法，将地质知识引入到传统方法中，提前区分和去除区域变质和河流水域造成的干扰影响，可有效提高多光谱遥感羟基蚀变矿物提取的准确性，并有可能将较微弱的蚀变信息提取出来。

为解决上述技术问题，本发明一种地质知识参与的ETM遥感羟基蚀变矿物提取改进方法

(暂时省略)

本发明的有益技术效果在于：本发明较之其他传统的遥感羟基异常提取方法，通过引入地质知识去除了区域变质作用和水流流域滚石引起的干扰，对于含羟基热液蚀变矿物的提取更加精确。

如步骤四中1)子步骤中求解水系范围和羟基要素的合集，获取缓冲区水系范围内的羟基要素，并以此结果作为下一步含羟基蚀变矿物提取的掩膜范围之一，从而去除了水系流域内滚石对羟基异常矿物提取的干扰。

步骤四中2)、3)、4)、5)子步骤通过一系列计算，求解出分布在变质岩范围中、且分布面积较大的羟基异常范围，并以此结果作为下一步含羟基蚀变矿物的掩膜范围之一，从而在一定程度上减少了区域变质作用对羟基异常矿物提取的干扰。

附图说明

图1为本发明一种地质知识参与的ETM遥感羟基蚀变矿物提取改进方法的流程图。

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。

本发明一种地质知识参与的ETM遥感羟基蚀变矿物提取改进方法，具体实现步骤如下：

步骤一、对工作区内的变质岩层和水系进行数字化，该步骤包含以下子步骤：

1.1)根据1:20万或1:5万电子地质图，对待提取工作区内变质岩地层的范围进行数字化，变质岩层数字化范围设为A(m)，其中m为数字化后不同区域变质岩数量；

1.2)根据遥感影像特征，将工作区范围内的水系进行数字化，数字化后的水系设为L(n)，其中n为数字化后水系数量；

步骤二、通过缓冲区分析方法确定水系流域范围，具体为：对数字化水系结果L(n)进行缓冲区分析，缓冲半径根据水系流域范围确定；处理后的范围设为B(k)，其中k为缓冲区分析后工作区内水系流域数量，与n一一对应；

步骤三、使用PCA方法初步提取工作区ETM数据的羟基异常，并对提取结果进行多边形合并处理，该步骤包含以下子步骤：

3.1)对工作区ETM影像进行裁剪，得到ETM_cut.img文件，对ETM_cut.img文件的1,4,5,7波段进行PCA变换，得到ETM_cut_PCA.img文件；

3.2)统计计算ETM_cut_PCA.img文件第四主成分波段PC4影像的标准离差σ，计算3倍标准离差3σ；

3.3)以3σ值对PC4影像开展高端切割，得到羟基矿物矢量要素OH(j)，其中j为羟基矿物要素个数；

3.4)对羟基矿物矢量要素OH(j)进行多边形合并处理，得到工作区羟基矿物范围OH(i)，其中i为多边形合并后的羟基多边形要素的个数；

步骤四、分别求解水系流域中和变质岩中不参与羟基提取的掩膜范围，该 步骤包含以下子步骤：

4.1)OH(i)和B(k)进行相交处理，即求解缓冲区水系范围内的羟基要素OH1(h),其中h为水系范围内羟基要素数量：

OH1(h)＝OH(i)∩B(k)；

4.2)求解羟基矿物聚类后各要素OH(i)在工作区变质岩地层范围A(m)内的羟基矿物分布，用OH2(p)表示，p为在变质岩地层中羟基要素的数量：

OH2(p)＝OH(i)∩A(m)；

4.3)求解OH2(p)各要素的面积，记为OH2(p).Area

4.4)计算OH2(p)中面积大于2000m²的羟基要素，即求解工作区变质岩层内面积大于2000km²的羟基要素，记为OH2(q)，q为工作区变质岩层内面积大于2000km²的羟基要素的个数；

OH2(q)＝OH2(p).Area>2000m²；

步骤五、求解最终羟基提取的掩膜范围，即求解OH1(h)和OH2(q)的并集OHmask(y)，其中y为羟基掩膜区域的要素数量：

OHmask(y)＝OH1(h)∪OH2(q)

即求解分布在变质岩范围中、面积大于2000km²，并且在水系流域内的羟基区域作为掩膜区域，该区域不参与最终的羟基矿物提取；

步骤六、提取去除了流水水域滚石和区域变质蚀变干扰下的ETM遥感羟基蚀变矿物，具体包括：

6.1)对步骤五计算的结果OHmask(y)作为感兴趣区进行二值化栅格操作，建立二值化掩膜文件OHmask.gif；

6.2)以OHmask.gif作为掩膜图像，对ETM_cut.img文件的1,4,5,7波段进行PCA变换，得到ETM_cut_mask_PCA.img文件；

6.3)统计计算ETM_cut_mask_PCA.img文件第四主成分波段PC_mask4影像的标准离差σ；

6.4)分别以σ、2*σ、3*σ的值对PC_mask4影像进行高端切割，分别得到一级羟基矿物矢量文件OH_mask1、二级羟基矿物矢量文件OH_mask2和三级羟基矿物矢量文件OH_mask3。