1.金屬硫化物礦床附近圍巖光譜特征研究
圖3.3.1是東秦嶺幾個有代表性的近礦蝕變巖和礦體的反射光譜曲線。從光譜曲線的形態可以看出，金屬硫化物蝕變帶在藍綠色波段(0.4 ~ 0.6微米)和近紅外波段(0.85 ~ 1.1微米，2.2 ~ 2.4微米)具有較強的吸收特征。強反射峰出現在紅色(0.6 ~ 0.85微米)和近紅色(1.28 ~ 1.46微米)波段。矽化蝕變巖和含羥基蝕變巖的反射光譜曲線相似，其吸收波段仍在0.4 ~ 0.55微米、0.85 ~ 1.1微米、1.9 ~ 2.3微米波段，但在0.6 ~ 0.85微米和1.48 ~ 65波段。
圖3.3.1東秦嶺地區近礦蝕變巖及礦化體反射光譜曲線
①高嶺土化蝕變巖；②矽化蝕變巖；③金屬硫化物蝕變巖
圖3.3.2為東秦嶺地區近礦蝕變帶與近礦圍巖反射光譜對比曲線。與金屬硫化物帶的光譜曲線相比，光譜響應趨於平緩，沒有尖銳的躍變峰或谷。從光譜曲線的形態可以看出，金屬硫化物帶(礦體)越遠(礦化蝕變減弱)，光譜曲線的趨勢越明顯。安山巖和大理巖的光譜形狀相似，只是在可見光的藍綠色波段(0.4 ~ 0.6微米)有壹個強吸收帶，從紅光到近紅外光的曲線基本上是壹條平滑的弧頂向上的曲線。雖然在1.4微米和1.9μm有微弱的吸收顯示，但沒有明顯的吸收谷和反射肩。片麻巖和花崗巖類是壹條平滑的直線，基本沒有異常顯示。從不同蝕變類型和礦山附近不同圍巖的光譜對比也可以看出，光譜曲線在0.4 ~ 1.4微米和1.9 ~ 2.5微米兩個波段比較密集，僅在1.4 ~ 1.9波段反射差異較大。
圖3.3.2東秦嶺地區近礦蝕變巖及圍巖反射光譜曲線。
①千枚巖；②片麻巖；③大理石；④安山巖；⑤矽化蝕變巖
上述反射光譜曲線特征表明，蝕變巖與非蝕變巖的反射光譜存在明顯差異，1.4 ~ 1.9微米波段的分散度最好，即Landsat-TM5波段應該是提取礦化蝕變信息的最基本波段。1.9 ~ 2.4μ m波段也有壹定的色散傾向，可以用Landsat-TM7作為輔助波段。0.4 ~ 0.6微米波段相對於1.4 ~ 2.5微米波段是強吸收波段，Landsat-TM 1，2可以作為理想的匹配波段。
圖3.3.3是不同狀態下的闊葉林反射波曲線。從曲線形狀可以看出，隨著植物病害的加重，0.6 ~ 0.7微米、1.4 ~ 1.6微米、1.9 ~ 2.4微米波段的吸收逐漸跳躍，相反，0.7 ~ 1.4微米波段的反射峰下降。從曲線的離散性和聚集性來看，0.6 ~ 1.8微米和2.0 ~ 2.5微米的波段離散度最好。因此，Landsat-TM4及其之間的7波段可作為基本應用波段，0.4 ~ 0.5微米波段為相對較強的吸收波段，其中的Landst-TM1可作為基本匹配波段。
根據代數運算原理，當波段間反射率差異相近但曲線斜率不同時，反射波段與吸收波段的比值可以在壹定程度上擴大地物的光譜差異，顯示動態範圍。表3.3.1是根據地物反射光譜數據計算的不同組合比的數值表。從表中可以看出，Landsat-TM 5、7和1作為蝕變巖帶信息提取的基礎應用波段、輔助波段和匹配波段，可以最大限度地顯示蝕變巖與以鐵帽、矽化、高嶺土化、絹雲母化為特征的圍巖背景的光譜差異。需要更多的區域。
圖3.3.3河南省上貢金礦區植被(接骨木)在不同狀態下的反射光譜曲線。
1—正常；2-弱中毒期；3—劇毒期
根據蝕變帶類型，7/1、7/2、5/1、5/2的比值能在壹定程度上突出以Fe3+為主的蝕變巖信息。根據實驗研究，混合比例處理[(tm3× tm4)-k]/tm7極大地壓縮了未蝕變背景信息，比例合成tm5/1(r)+tm7/1(b)+[(tm3×tm4)-k]/tm7(g)可以在比例合成圖像上，金屬硫化物帶應為暗紅色，高嶺土和絹雲母帶應為亮黃色，未蝕變背景接近青色(見彩圖)。
表3.3.1豫西地區遙感礦化特征波段比值列表
表3.3.1是根據不同狀態下植被的反射光譜數據計算出的不同組合比的值。從組合比值的數值可以看出，作為重金屬離子毒害植被的提取信息，Landsat-TM4和7波段獲得了較好的光譜差異。如果受損嚴重的區域高亮顯示，則需要進行混合波段比處理，如COSTM4×TM7-K。根據實驗研究，比值合成[cost M4×TM3-k](r)+TM4/TM 1(b)+TM7/TM 1(g)圖像顯示，嚴重受損區域為橙色，輕度受損區域接近白色，正常區域接近青色。也可以用TM4(R)+TM7(B)+[COSTM4×TM7-K](G)圖像，正常區域為紅色，輕度受損區域接近粉紅色，重度受損區域接近白色。
2.反射光譜特征模式的應用原理
因為大部分巖石反射光譜測試是在室內條件下進行的，遙感傳感器記錄的巖石反射率是自然條件的反映。自然環境中的植被、土壤、水等因素往往會使巖石的反射光譜特征發生畸變。對於近礦蝕變帶，遙感衛星提供的礦化蝕變信息往往與礦化蝕變帶內的水、土壤和植被信息有關。當礦化蝕變帶中含有砷、汞、鉛等高毒元素和重金屬元素時，可大範圍毒害植被。當蝕變帶受到強烈的風化和剝蝕作用時，地表的殘留物多為矽質和含羥基的粘土礦物集合體，這類風化殘留物的規模可遠遠超過蝕變帶的分布範圍。因此，在提取蝕變信息的過程中，必須考慮幹擾因素的存在，根據局部礦化蝕變巖的出露特征確定提取目標(植被中毒、Fe3++和OH-)，並根據反射光譜的特征模式采用不同的運算公式進行補救和篩選。
比如秦嶺的植被覆蓋率在70%左右，森林豐富的地區可以達到90%以上。該地區的主要植被類型是櫟、油松、華山松和白樺的混交林和灌木。根據區域地球化學研究，蕭山、伏牛山地區的有色、貴金屬金礦床常伴生以砷為主的有害元素和以銅、鉛、鋅、鉬為主的重金屬元素，會在金蝕變帶分散暈半徑範圍內產生有限的植被毒性暈。根據這壹特點，選擇風化殘體較薄、植被相對中毒的伏牛山北坡作為實驗區，基於對植被生長狀態敏感的Landsat-TM3、4、5、7波段進行混比處理。工作程序如圖3.3.4所示。
圖3.3.4河南伏牛山區植被中毒暈提取程序圖。
TM5/TM4和TM4/TM3的比值是最佳的植被指數。它們對植被毒性程度的響應是壹個逆序列，即植被從正常發育到毒性變態的反射率分別在0.36 ~ 0.61 ~ 1.20(tm5/tm4)和6.25 ~ 3.3 ~ 1.3 (tm4/tm3)處下降(或藍移現象)。TM5/TM1對鐵帽的反應敏感，尤其是對植被的中度或以上毒性敏感，它們的比值系數分別為3.38和2.90，是背景值的兩倍以上。植被中毒區和蝕變區在高頻域，可以通過濾波壓縮背景低頻信息，用鮮艷的顏色增強和突出高頻域。
如圖ⅰ. 1所示，TM4/TM3(B)的高值區位於植被毒性蝕變巖區，局部R、G成分接近相等後的亮黃色斑塊代表與礦化有關的信息。需要指出的是，這個黃點並不能準確指示礦化蝕變的存在位置。由於分散暈遷移造成的位置不佳，該點往往位於礦化蝕變巖的下遊。
在熊耳山-外房山地區，礦化和蝕變均沿構造破碎帶發育。多數情況下，構造破碎帶為負地形，除斷續出露的矽化礦化蝕變帶外，大部分地區為褐鐵礦和粘土質物質充填。主要成礦圍巖為太古宙太華群花崗巖-綠巖系列和元古宙熊耳群安山巖。因此，需要增強的信息是構造帶中發育的富羥基粘土礦物集合體。
根據地物反射光譜數據，Landsat-TM3、5、7波段目標和背景的分散性較好。如果蝕變帶進壹步劃分，則需要基於Landsat-TM3、5、7波段處理混合像元。工作程序如下圖3.3.5所示:
圖3.3.5羥基粘土礦物暈提取工序圖
從巖石反射光譜特征模式可知，TM7/TM1和TM5/TM4比值結果突出了蝕變暈帶的核心——金屬硫化物氧化鐵帽，TM3/TM4比值結果突出了植被受重金屬毒害的信息。傅裏葉變換將比值數據變換到頻率域，然後通過高濾波壓制低頻背景，使蝕變信息得到高度增強；通過逆變換(IFT)將信息恢復到空間域，並使用已知的蝕變區域作為樣本來確定顏色分割的閾值。基於該閾值，可以進行假彩色漫遊或假彩色密度分割，得到反射板ⅰ. 2。
反射光譜特征模式中提出的壓縮背景混合像元的處理方法有[(tm3× tm4)-k]和[cos-tm4× tm7]-k，其中k的值代表礦化蝕變帶圍巖的反射率(背景值)。壓縮背景的方法在圖像處理中稱為“分段線性擴展”，即把圖像亮度值的整個動態範圍分成若幹段，各段進行不同程度的擴展(圖3.3.6)。
圖中L1為原始圖像的亮度值變量，L2為變換後圖像的亮度值變量。A1、a2和a3分別是選擇的分段斷點。斷點之間的斜率控制部分中亮度值的變換。
圖中k1、k2、k3分別為對應路段的變換曲線斜率。通過適當選擇斷點和斜率，可以增強特定亮度值區域內目標圖像的對比度，或者壓縮某些目標的對比度。
圖3.3.6分段線性展開示意圖
圖版ⅰ. 3是通過圖像處理程序獲得的圖像，目的是提取導礦斷層的信息。為了突出斷裂構造帶不同區段植被水分豐度和變化的特征信息，分別采用TM4/TM3、TM5/TM1和TM5/TM2進行比值處理。對比較值圖像數據進行縮放以獲得灰度為0 ~ 255灰度圖像。然後在比值圖像中找到斷裂特征信息的亮度值區間(192，128，115)作為斷點，將非目標區域壓縮為0，並賦予目標區域較大的擴展斜率，將擴展後的圖像合成具有斷裂結構意義的線狀體，以明亮的色調準確顯示。如果蝕變暈斑疊加其上，斷裂的控礦意義將更加明確。