楊長保，吳夢紅，張晨曦,2*，于 巖，徐夢龍，劉萬崧，陳圣波

1. 吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130026

2. 中科遙感科技集團(tuán)有限公司，天津 300384

巖石化學(xué)成分及復(fù)介電常數(shù)與光譜特征的關(guān)系探究

楊長保1，吳夢紅1，張晨曦1,2*，于 巖1，徐夢龍1，劉萬崧1，陳圣波1

1. 吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130026

2. 中科遙感科技集團(tuán)有限公司，天津 300384

實驗對遼寧省興城地區(qū)的97塊巖石樣本測量了350～2 500 nm間光譜反射率，巖石化學(xué)成分及部分樣本的復(fù)介電常數(shù)值，并用包絡(luò)線去除法計算了光譜吸收深度。研究基于巖石化學(xué)成分光譜特征理論、介電常數(shù)相關(guān)理論，利用相關(guān)性分析的方法求得巖石各化學(xué)成分與光譜吸收深度間的相關(guān)系數(shù)曲線、巖石復(fù)介電常數(shù)與光譜反射率間的相關(guān)系數(shù)曲線。通過歸納總結(jié)曲線形態(tài)特征，獲得以下信息：(1)巖石中SiO2，Al2O3，CaO，K2O，MgO，灼失含量與光譜吸收深度在波段(1 900～2 500 nm)間相關(guān)性明顯，在1 900，2 200和2 300 nm等化學(xué)元素識別特征波段處，出現(xiàn)局部極大/極小值；火成巖中Fe2O3含量與光譜吸收深度在鐵元素的特征波段(400～550 nm)有著良好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.406。探討巖石光譜吸收特征與其化學(xué)成分含量間的關(guān)系在通過遙感影像進(jìn)行成礦預(yù)測、識別巖性等方面都有著積極的作用。(2)巖石復(fù)介電常數(shù)總體與巖石反射率呈負(fù)相關(guān)，實部相關(guān)性優(yōu)于虛部，實部相關(guān)系數(shù)在1 900 nm附近達(dá)到極小值-0.753。觀查曲線可知，介電常數(shù)實部與光譜反射率相關(guān)系數(shù)在1 900和2 200 nm附近都有著良好的相關(guān)性，因此實驗運用不同的模型擬合了在該處的響應(yīng)關(guān)系函數(shù)曲線。介電常數(shù)是介質(zhì)的基本物理性質(zhì)之一，現(xiàn)有研究中多在微波波段中分析電磁波特征與介電常數(shù)間的關(guān)系，該研究在可見光和近紅外波段范圍內(nèi)探究了二者間的關(guān)系，為進(jìn)一步探討巖石介電特性和光譜特征奠定了基礎(chǔ)。

巖石化學(xué)成分；復(fù)介電常數(shù)；光譜特征；吸收深度；相關(guān)系數(shù)

引 言

穩(wěn)定的物質(zhì)具有穩(wěn)定的化學(xué)成分、物理結(jié)構(gòu)，從而具有特定的光譜特征信息，而光譜特征信息以反射率，吸收深度最具代表性。影響巖石光譜特征的因素有巖石內(nèi)部的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)，巖石表面的粒度尺寸、構(gòu)造、風(fēng)化程度等，其中巖石的化學(xué)成分對巖石的光譜特征影響為最主要因素。

巖石的礦化信息是找礦的重要指標(biāo)，而巖石的化學(xué)成分是決定巖石礦化信息的基本因素之一，現(xiàn)有研究中常采用主成分分析和聚類分析對巖石光譜進(jìn)行統(tǒng)計分析，進(jìn)而提取礦化蝕變信息[1]，例如張宗貴等利用地物的光譜特征對黑云母、橄欖石、綠泥石等特定礦物進(jìn)行了識別[2]，結(jié)合蝕變信息及區(qū)域巖層構(gòu)造最終達(dá)到礦產(chǎn)預(yù)測的目的。通過結(jié)合巖石光譜信息與化學(xué)成分，可以進(jìn)一步確定巖石的微觀構(gòu)造和物化特性，Michelle等通過巖石光譜反射率估計了巖石中的石英晶體走向[3]，Tian等研究了在0.4～2.5 μm間光譜反射率與沉積巖化學(xué)組分間的關(guān)系[4]，楊長保等擬合了巖石光譜吸收深度與黑云母含量間的響應(yīng)關(guān)系[5]。由上可見，研究巖石光譜特征與其化學(xué)成分間的關(guān)系是十分必要的。

介電常數(shù)(dielectric constant，DC)反映了介質(zhì)對電磁波的輻射、散射、吸收和傳輸?shù)忍匦?。在電磁波到達(dá)地表后發(fā)生透射、折射會使入射波減弱，而衰減的程度多由介電常數(shù)的大小決定。通過微波參數(shù)后向散射系數(shù)反演介電常數(shù)的理論已經(jīng)十分成熟，常見的有Oh模型、IEM模型、Dubois模型等[6]。因此可以通過介電常數(shù)建立起電磁波與介質(zhì)其他物理量及化學(xué)量間的關(guān)系[7-8]，相對成熟的模型有水的介電常數(shù)模型、土壤的介電常數(shù)模型、植被的介電常數(shù)模型等[9-10]。巖石的介電常數(shù)是介質(zhì)的基本物理性質(zhì)之一，對巖石的介電常數(shù)與光譜反射率間關(guān)系的研究是有理論和實際意義，然而現(xiàn)有研究中多在微波波段探究電磁波散射與介電常數(shù)的關(guān)系，在可見光及近紅外波段(350～2 500 nm)的相關(guān)研究還較少。

1 實驗部分

研究區(qū)位于北距遼寧省葫蘆島市20 km的興城地區(qū)(40.05°N—40.45°N，120.03°E—121.00°E)。實驗采集火成巖樣本19塊，其中安山巖樣本5塊，花崗巖樣本11塊，熔巖3塊；沉積巖樣本78塊，其中凝灰?guī)r樣本15塊，灰?guī)r樣本26塊，砂巖樣本29塊，白云巖樣本8塊，共計97塊巖石樣本作為實驗對象。

研究利用ASD(analytical spectral devices)光譜儀測定全部樣本350～2 500 nm間巖石樣本的光譜反射率，為減少數(shù)

據(jù)冗余及系統(tǒng)誤差，單塊樣本反射率測量5次取平均值，以10 nm為單元進(jìn)行反射率重采樣，并通過包絡(luò)線去除法計算吸收深度。測定上述巖石樣本中SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，F(xiàn)eO，CaO，MgO，K2O，Na2O，P2O5，MnO，灼失，H2O+的百分含量。實驗采用安捷倫網(wǎng)絡(luò)分析儀，選擇12塊干燥火成巖巖心樣本，在0.5～8.5 GHz的測量頻率范圍內(nèi)，以0.1 GHz為測量間隔，獲取復(fù)介電常數(shù)測量值。當(dāng)測量頻率大于0.1 GHz時，測量頻率對測量結(jié)果影響很小，因此求得整個測量范圍內(nèi)的平均值代表復(fù)介電常數(shù)值。巖石樣本化學(xué)成分與反射率信息見表1，此處氧化物含量以巖石集合的平均值表征，但在具體實驗中采用每一塊巖石的實際測量值進(jìn)行相關(guān)性分析。巖石復(fù)介電常數(shù)與特征波段反射率信息見表2。

表1 巖石化學(xué)成分(平均值)/%

表2 巖石介電常數(shù)

注：ε′：巖石復(fù)介電常數(shù)實部；ε″：巖石復(fù)介電常數(shù)實部；R1：1 900 nm處巖石反射率；R2: 2 200 nm處巖石反射率值

2 原理方法

2.1 巖石化學(xué)成分的光譜特征理論

影響巖石光譜特征的既有巖石的內(nèi)在因素，如巖石的化學(xué)成分、成巖構(gòu)造；也有溫度、濕度等外在因素。其中巖石的化學(xué)成分是最主要影像因素，也最具有研究意義。

在350～1 000 nm波段，反射率光譜特征譜帶主要由晶體場效應(yīng)、電子遷移形成。在該波段，光譜特征主要受鐵、錳等過渡金屬元素影響，例如450 nm波段附近存在與Fe2+有關(guān)的暗色礦物吸收譜帶，降低了巖石反射亮度。470～500 nm 為Fe2+與Fe3+疊加譜帶存在與暗色礦物吸收譜帶，可反映褐鐵礦特征；三價鐵離子在500或900及1 200 nm左右表現(xiàn)出的吸收特性[11]。在1 000～2 500 nm(短波紅外)波段，光譜特性主要由不同的晶體振動類型和產(chǎn)生振動的不同基頻位置所導(dǎo)致，在該波段范圍內(nèi)與巖石化學(xué)成分密切相關(guān)的陰離子有羥基離子，Al-OH特征譜帶在2 200 nm附近，Mg-OH標(biāo)準(zhǔn)譜帶在2 300 nm附近；碳酸根離子在2 300 nm附近；錳礦物的吸收特征譜帶在470～550 nm附近；水(長石，石英)與羥基的特征譜帶在1 400，1 900，2 200和2 300 nm附近。

2.2 吸收深度計算方法

巖石光譜的測量值包含背景信息和光譜信息，計算吸收深度的目的在于放大吸收特征，抑制背景信息，從而更大程度的提取光譜有用的特征信息。實驗采取包絡(luò)線去除法計算吸收深度。“包絡(luò)線”定義為逐點直線連接局部波譜的最大值，并使折線在峰值點上的外角大于180°，再以原始光譜曲線上的值除以包絡(luò)線上對應(yīng)的值，即為光譜去包絡(luò)。已知光譜去包絡(luò)線后的值為C(λ)，則吸收深度D(λ)=1-C(λ)，λ為對應(yīng)波長。

2.3 巖石復(fù)介電常數(shù)相關(guān)理論

2.4 相關(guān)性分析法

相關(guān)系數(shù)是表述變量之間密切程度和方向的統(tǒng)計量，變化范圍由-1至+1，相關(guān)系數(shù)的絕對值越接近數(shù)值1代表兩者的相關(guān)程度越為密切。

相關(guān)系數(shù)通常用r表示。正態(tài)分布的等間隔測度的變量x和y間的相關(guān)系數(shù)常采用Pearson積距相關(guān)公式計算

實驗將巖石的化學(xué)成分含量與光譜吸收深度，巖石介電常數(shù)與光譜反射率做相關(guān)性分析，以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步探究其間關(guān)系。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 巖石化學(xué)成分與光譜吸收深度間的相關(guān)關(guān)系

巖石中SiO2含量與光譜吸收深度相關(guān)系數(shù)隨波長變化曲線如圖1。沉積巖與火成巖的相關(guān)系數(shù)曲線在整個測量范圍內(nèi)波形相似，在可見光波段(約350～800 nm)范圍內(nèi)波動較小，當(dāng)測量波長大于800 nm時波形起伏較大。曲線在1 415 nm附近存在尖銳的波峰，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.326以上，表明該處的吸收深度與SiO2含量呈顯著的正相關(guān)；2 295 nm處吸收深度與二氧化硅含量呈顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.513。

圖1 SiO2相關(guān)系數(shù)曲線圖

巖石中Al2O3含量與光譜吸收深度相關(guān)系數(shù)隨波長變化曲線如圖2。由圖可知沉積巖曲線在350～2 000 nm間的波動較小，2 295 nm附近存在較窄的吸收谷，相關(guān)系數(shù)值達(dá)-0.432?；鸪蓭r曲線的波動程度較大，在Al-OH特征波段2 205 nm附近存在尖銳的波谷，相關(guān)系數(shù)極小值達(dá)-0.633 1，在2 295 nm附近存在較窄的波峰，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.440以上。Al3+與Fe3+在自然界常存在類質(zhì)同象現(xiàn)象，因此圖2曲線與圖3曲線形態(tài)相似，F(xiàn)e2O3含量與吸收深度相關(guān)程度略優(yōu)于Al2O3，凹點(2 205，-0.690 2)，凸點(2 295，0.469 1)?；鸪蓭r中Fe2O3含量與光譜吸收深度在在Fe3+的特征波段(400～550 nm)呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.406。

圖2 Al2O3相關(guān)系數(shù)曲線圖

圖3 Fe2O3相關(guān)系數(shù)曲線圖

巖石中FeO含量與光譜吸收深度相關(guān)系數(shù)隨波長變化曲線如圖4。沉積巖與火成巖曲線在整個測量范圍內(nèi)波動較小。350～1 245 nm間沉積巖相關(guān)系數(shù)曲線隨波長增加而增大，1 255 nm處達(dá)到極大值0.349?；鸪蓭r曲線在可見光波長范圍內(nèi)存在一個較寬的吸收谷，極小值(595，-0.341)。

圖4 FeO相關(guān)系數(shù)曲線圖

巖石中CaO含量與光譜吸收深度相關(guān)系數(shù)隨波長變化曲線如圖5，沉積巖與火成巖兩曲線形態(tài)相似。由表2可知沉積巖中灰?guī)r、白云巖的CaO含量較高，而自然界中Ca2+多以氫氧化鈣、碳酸鈣的形式存在，因此在羥基離子特征譜帶2 200 nm附近達(dá)到極小值-0.461，沉積巖的相關(guān)系數(shù)曲線在碳酸根離子特征譜帶2 300 nm附近達(dá)到極大值0.411。對比圖5和圖6，不難發(fā)現(xiàn)CaO與MgO的相關(guān)系數(shù)曲線形態(tài)類似。在Mg-OH特征譜帶2 300 nm附近，沉積巖中MgO含量與吸收深度相關(guān)系數(shù)達(dá)極大值0.583 3；2 205 nm附近火成巖中MgO含量與光譜吸收深度呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.449。結(jié)合上述現(xiàn)象，可以在地球化學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合光譜信息，進(jìn)一步探究CaO與MgO二者間的聯(lián)系。

圖5 CaO相關(guān)系數(shù)曲線圖

巖石中K2O含量與光譜吸收深度相關(guān)系數(shù)隨波長變化曲線如圖7，350～1 200 nm間火成巖與沉積巖相關(guān)系數(shù)曲線上下對稱，1 200 nm后波形走勢相似。當(dāng)波長大于1 200 nm時，沉積巖與K2O總體呈正相關(guān)，在2 175 nm處達(dá)到極大值0.544；火成巖與K2O總體呈負(fù)相關(guān)，在2 305 nm附近達(dá)到極小值-0.489。

圖6 MgO相關(guān)系數(shù)曲線圖

圖7 K2O相關(guān)系數(shù)曲線圖

巖石中Na2O含量與光譜吸收深度相關(guān)系數(shù)隨波長變化曲線如圖8，以1 200 nm為界限，左測沉積巖與火成巖相關(guān)系數(shù)曲線形態(tài)近似，在700～1 200 nm間存在較寬的相關(guān)系數(shù)為負(fù)的波谷；右側(cè)火成巖相關(guān)系數(shù)曲線波動明顯強(qiáng)于沉積巖。在2 200 nm附近存在相關(guān)系數(shù)為負(fù)的尖銳的波谷，最小值達(dá)-0.738，2 295 nm附近達(dá)極大值0.509，在2 445 nm處存在較窄的波谷，局部極小值達(dá)-0.450。

圖8 Na2O相關(guān)系數(shù)曲線圖

巖石中P2O5含量與光譜吸收深度相關(guān)系數(shù)隨波長變化曲線如圖9，沉積巖與火成巖的相關(guān)系數(shù)曲線在整個測量范圍內(nèi)波形相似，呈駝峰狀。1 000～1 400 nm間有較寬的正值波峰，極大值(1 355，0.463 5)；1 400～1 900 nm間為第二波峰，峰值相關(guān)系數(shù)達(dá)0.530，1 900～2 200 nm間存在較寬的波谷，火成巖凹點值(1 965，-0.264)。MnO曲線圖10與P2O5曲線特點較為類似，在1 000～1 900 nm間有兩個較寬的正值波峰，1 900～2 200 nm間有較寬的負(fù)值波谷。

圖9 P2O5相關(guān)系數(shù)曲線圖

灼失含量與光譜吸收深度相關(guān)系數(shù)隨波長變化曲線如圖10，350～2 100 nm間曲線在0值附近波動相對平緩，在2 100～2 400 nm間有一個較窄的，急劇上升的波峰，火成巖曲線在2 175 nm附近達(dá)到極大值0.425，沉積巖曲線在2 295 nm附近達(dá)到極大值0.543。水合離子含量與巖石光譜吸收深度關(guān)系如圖11，沉積巖與火成巖相關(guān)系數(shù)曲線關(guān)于X=0對稱。水離子在巖石中多以結(jié)晶水的形態(tài)出現(xiàn)，因此在水分子的特征波段處均有極值點?；鸪蓭r在1 400 nm附近達(dá)-0.360，1 995 nm時相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.481；沉積巖在1 405 nm處相關(guān)系數(shù)達(dá)0.421，1 900 nm附近相關(guān)系數(shù)達(dá)0.380以上。

圖10 MnO相關(guān)系數(shù)曲線圖

3.2 火成巖復(fù)介電常數(shù)與反射率關(guān)系

巖石復(fù)介電常數(shù)與光譜反射率的相關(guān)特性如圖13, 圖中介電常數(shù)實部和虛部均與反射率呈負(fù)相關(guān)。介電常數(shù)虛部曲線波動整體較小，平均值-0.225，波動范圍[-0.145～-0.365]，在1 400和1 900 nm附近存在波谷，其原因是該波段附近為水的特征譜帶，而介電常數(shù)虛部表征對電解質(zhì)的損耗與水份含量關(guān)系密切，1 925 nm處相關(guān)系數(shù)達(dá)極小值-0.322。介電常數(shù)實部在整個光譜測量范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)于虛部的良好的相關(guān)性，在波長范圍350～1 900 nm間巖石光譜反射率與介電常數(shù)的負(fù)相關(guān)系數(shù)由-0.239增大至-0.753，相關(guān)系數(shù)在1 900 nm附近達(dá)到極小值-0.753。曲線在火成巖的特征波段1 900和2 200 nm附近存在明顯的波谷，說明該處光譜吸收程度與介電常數(shù)實部值關(guān)系密切。因此對上述兩處特征波段處的反射率與介電常數(shù)實部值間的關(guān)系進(jìn)一步探討，采取二次、三次、倒數(shù)模型擬合曲線，得出圖14、圖15所示曲線。

圖11 灼失相關(guān)系數(shù)曲線圖

圖12 H2O+相關(guān)系數(shù)曲線圖

圖13 反射率與復(fù)介電常數(shù)相關(guān)系數(shù)曲線

表3 模型匯總及參數(shù)估計

Table 3 Model summary and parameter estimation

特征波段/nm方程模型匯總參數(shù)估計值R2FSig 常數(shù)b1b2b31900倒數(shù)0 54311 8790 0062 1590 1092200二次0 5715 5900 0224 308-9 90812 422三次0 6244 4270 0417 294-74 932438 435-861 807

圖14 1 900 nm處擬合結(jié)果

圖15 2 200 nm處擬合結(jié)果

3.3 擬合結(jié)果討論

判定系數(shù)R2是判定曲線擬合的重要指標(biāo)，等于回歸平方和在總平方和中所占的比例，體現(xiàn)了回歸模型所解釋的因變量變異的百分比。在本研究中，三種擬合模型中50%以上的介電常數(shù)實部值變化是由于光譜反射率值變化引起。F值表示觀測值與平均值之間的差異的偏差，全部模型在F值大于2.33時有意義，縱觀三種模型的F值，可以確定因變量和自變量間存在密切關(guān)系。Sig表示反射率與介電常數(shù)不相關(guān)的概率。三種擬合函數(shù)的Sig均小于0.05，可知兩變量間是高度相關(guān)的(見表3)。

擬合方程

y1=2.159+0.109/x

y2=4.308-9.908x+12.422x2

y3=7.294-74.932x+438.435x2-861.807x3

4 結(jié) 論

(1)從上述的實驗結(jié)果中可知，SiO2，Al2O3，CaO，K2O，MgO，灼失的含量與光譜吸收深度在波段(1 900～2 500 nm)間相關(guān)系數(shù)波動較大，存在尖銳的波峰或波谷；在1 900，2 200和2 300 nm等化學(xué)元素識別特征波段處，相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)局部極大/極小值；Fe2O3，F(xiàn)eO在可見光波段(350～750 nm)內(nèi)有著良好的相關(guān)性，其中火成巖Fe2O3相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.406。在上述波段范圍內(nèi)，吸收深度與化學(xué)成分含量關(guān)系密切，進(jìn)而可以探討不同化學(xué)成分與其特征波段處吸收深度間的具體關(guān)系。

(2)Al2O3與Fe2O3相關(guān)系數(shù)曲線形態(tài)相似，CaO與MgO相關(guān)系數(shù)曲線形態(tài)相似，MnO與P2O5相關(guān)系數(shù)曲線特點較為類似，可以結(jié)合地球化學(xué)與光譜學(xué)理論深入探究上述氧化物間的關(guān)系。

(3)多數(shù)火成巖相關(guān)系數(shù)曲線波動性強(qiáng)于沉積巖，在特征波段處的相關(guān)系數(shù)絕對值大于沉積巖相關(guān)系數(shù)絕對值，因此可以進(jìn)一步擴(kuò)充火成巖標(biāo)本集合探討火成巖的光譜吸收特征與其化學(xué)成分間的關(guān)系。

(4)巖石復(fù)介電常數(shù)總體與巖石反射率呈負(fù)相關(guān)，實部相關(guān)性優(yōu)于虛部，在波長范圍350～1 900 nm間巖石光譜反射率與介電常數(shù)的負(fù)相關(guān)系數(shù)由-0.239增大至-0.753。觀查相關(guān)性曲線可知相關(guān)系數(shù)在1 900和2 200 nm處都有著良好的相關(guān)性，在1 900 nm出利用倒數(shù)模型擬合了二者間的關(guān)系：y1=2.159+0.109/x；在22 000 nm處利用二次、三次模型擬合了反射率與介電常數(shù)間的關(guān)系，曲線方程y2=4.308-9.908x+12.422x2，y3=7.294-74.932x+438.435x2-861.807x3，并且在統(tǒng)計學(xué)的角度討論了擬合結(jié)果，證明了擬合情況較為理想。

[1] FAN Lei, ZHAO Wen-ji, GONG Zhao-ning，et al(樊 磊，趙文吉, 宮兆寧，等). Journal of Jilin University·Earth Science Edition(吉林大學(xué)學(xué)報·地球科學(xué)版), 2012, 42(2)：575.

[2] DAI Jing-jing(代晶晶). Geology and Exploration, 2011, 719.

[3] ZHANG Zong-gui，WANG Run-sheng，GUO Da-hai, et al(張宗貴，王潤生，郭大海). The Research of Method Techniques on Mineral and Rocks Identification Using Imaging Spectrometer Remote Sensing Data and Analyzing the Influence Factors(成像光譜巖礦識別方法技術(shù)研究和影響因素分析). Beijing：Geological Publishing House(北京：地質(zhì)出版社)，2006. 103.

[4] Michelle C Taooert, Benoit Rivard. The Canadian Mineralogist，2015, 51：405.

[5] Tian Q J, Gong P, Xu B, et al. International Journal of Remote Sensing，2002, 23(23)：5123.

[6] YANG Chang-bao, ZHANG Chen-xi, LIU Fang, et al(楊長保, 張晨曦, 劉 舫，等). Spectroscopy and Spectral Analysis(光譜學(xué)與光譜分析), 2015, 35(9)：2583.

[7] Rocco Panciera, Mihai A Tanase, Kim Lowell, et al. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2014, 52(8)：4966.

[8] Adrian K Fung. Microwave Scattering and Emission Models for Users. London: Artech House Press, 2010.

[9] Diane L Evans, Milton O Smith. Remotesens. Environ., 1991, 75: 37.

[10] LIU Jun, ZHAO Shao-jie, JIANG Ling-mei, et al(劉 軍，趙少杰，蔣玲梅，等). Remote Sensing Information, 2015, 30(1): 5.

[11] LING Fei-long，LI Zeng-yuan, BAI Li-na, et al(凌飛龍, 李增元, 白黎娜，等). Journal of Remote Sensing, 2011, 15(6): 1215.

(Received Aug. 12, 2015; accepted Dec. 30, 2015)

*Corresponding author

Relationship Exploration of Chemical Content, Complex Dielectric Constant and Spectral Features of Rocks

YANG Chang-bao1, WU Meng-hong1, ZHANG Chen-xi1,2*, YU Yan1, XU Meng-long1, LIU Wan-song1, CHEN Sheng-bo1

1. College of Geo-Exploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China

2. China RS Geo Infcrmatics Co., Ltd., Tianjin 300384, China

In this research, 97 pieces of rock in Xingcheng, Liaoning Province, China were collected to measure the spectral reflectance in 350～2 500 nm, chemical content, and complex dielectric constant of some samples. The absorption depths were calculated by using continuum- removal method. With correlation analysis method, two kinds of correlation curves were obtained based on the theory of spectral characteristics of chemical contents and the principle of dielectric constant. One described the relationship between chemical content and spectral absorption depth, and the other one represented the correlation of complex dielectric constant and reflectance. By summarizing curves morphological characteristics, several conclusions were drawn as follows: (1)There was a strong correlation between the chemical content (SiO2, Al2O3, CaO, K2O, MgO, burnt-loss) and spectral absorption depth in 1 900～2 500 nm, furthermore, at around 1 900, 2 200, 2 300 nm and other identifying characteristic bands, local extreme maximum / minimum values appeared. At Fe3+characteristic band (400～550 nm), correlation coefficient reached -0.406 between Fe2O3content and absorption in igneous rock samples collection. Exploring the relationship between rock spectral absorption features and its chemical contents had a positive effect on metallogenic prediction and lithology identification with remote sensing image. (2) Reflectance and complex dielectric constant were negatively correlated totally, compared with the imaginary part; the real part had a better relation reached -0.753 at around 1 900 nm. Curves showed that there were great correlations around 1 900 and 2 200 nm, so, our study adopted different models to simulate response relationships. Dielectric constant of media is one of the basic physical properties, and now most analyses of existing research between electromagnetic characteristics and dielectric constant are studied in microwave band, however, our research is conducted in visible and near infrared range. The conclusions will be useful for further exploration on dielectric characteristics and spectral features of rocks.

Chemical contents of rocks；Complex dielectric constant；Spectral features；Absorption depth；Correlation

2015-08-12，

2015-12-30

國家研究專項(201011083)資助

楊長保, 1972年生，吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授 e-mail：yangcb@jlu.edu.cn *通訊聯(lián)系人 e-mail：zhangcx13@mails.jlu.edu.cn

P62，TP7

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)10-3103-07