潘蔚，張?jiān)獫?，匡元平，張川，楊云漢

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 遙感信息與圖像分析技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.江西省國(guó)土空間調(diào)查規(guī)劃研究院，江西 南昌 330025）

巖心成像光譜（高光譜）編錄是高光譜技術(shù)在地面平臺(tái)應(yīng)用中的重要研究?jī)?nèi)容之一，也是巖心地學(xué)信息獲取與信息挖掘研究的新方向［1］，通過(guò)對(duì)巖心的無(wú)損探測(cè)獲取巖心高光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合圖像處理及光譜分析提取各深度段巖心的蝕變礦物類型，編制蝕變礦物分布圖，計(jì)算每段巖心各類蝕變的強(qiáng)度（蝕變像元百分比），并參考巖心柱狀圖編制各類蝕變強(qiáng)度隨孔深變化的線條表示圖［2-4］。該技術(shù)由于較傳統(tǒng)人工地質(zhì)編錄具有快速、低成本的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其獲取的巖心影像數(shù)據(jù)可作為寶貴的電子資料永久性地保存，因而受到國(guó)內(nèi)、外學(xué)者的極大關(guān)注［2-7］。

巖心高光譜數(shù)據(jù)除了具有“圖譜合一”的特點(diǎn)之外，還具有數(shù)據(jù)量大、冗余信息多等自身特有的屬性。針對(duì)該數(shù)據(jù)，前人提出了一套行之有效的處理方法，其主要涉及輻射定標(biāo)、反射率反演、圖像裁切、圖像去噪、端元光譜選取與匹配制圖等步驟［2-3］。雖然取得良好效果，但巖心高光譜數(shù)據(jù)處理是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，尤其是圖像去噪、端元光譜選取與匹配制圖等方面，如何高效地處理這類數(shù)據(jù)，提高蝕變礦物反演的精度，仍值得深入探討。

相山鈾礦田是我國(guó)最大的火山熱液型鈾礦田，礦田內(nèi)圍巖蝕變強(qiáng)烈，并具有多期次、多類型的特點(diǎn)［8-10］。本文以相山鈾礦田科學(xué)深鉆CUSD2-2 孔為研究對(duì)象，開(kāi)展了巖心成像光譜掃描及高光譜編錄，重點(diǎn)討論了端元光譜篩選和匹配制圖中存在的問(wèn)題和有效解決方案，提高了巖心成像光譜編錄的精度和實(shí)用性。同時(shí)，也可為該區(qū)熱液蝕變與鈾多金屬成礦規(guī)律研究提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)特征與鉆孔位置

1.1 地質(zhì)背景

相山礦田位于江西省撫州市，大地構(gòu)造上屬于贛杭構(gòu)造帶，靠近揚(yáng)子板塊和華夏板塊的構(gòu)造縫合帶［11］。相山火山盆地總體上具有3 層結(jié)構(gòu)，其盆地基底主要為早—中元古代和震旦紀(jì)的低綠片巖相和低角閃巖相的變質(zhì)巖系，部分為下石炭統(tǒng)和上三疊統(tǒng)。盆地蓋層為早白堊世火山巖-侵入雜巖，主要由下白堊統(tǒng)打鼓頂組和鵝湖嶺組火山巖系組成。最上層為紅層覆蓋［12］。區(qū)域內(nèi)巖漿-構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜，具有多期次性，與成礦作用關(guān)系密切。相山鈾礦田受大型塌陷式火山盆地控制，已發(fā)現(xiàn)的各種規(guī)模的20 余個(gè)鈾礦床均賦存在火山機(jī)構(gòu)內(nèi)部特定部位［8］。

相山CUSD2-2 科學(xué)深鉆位于相山火山盆地西北部的王枧附近（圖1），破火山口塌陷的邊緣，且處于2 條NNE 向構(gòu)造的夾持區(qū)，地表出露鵝湖嶺組碎斑熔巖。鉆遇巖性地層主要有下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組及打鼓頂組火山碎屑巖、火山熔巖，中元古界變質(zhì)巖及似斑狀花崗巖。

1.2 相山鈾礦田蝕變特征

20世紀(jì)60—70年代鈾礦勘探初期，相山地區(qū)就發(fā)現(xiàn)了紅化、綠泥石化、絹云母化和碳酸巖化等蝕變。20 世紀(jì)70—80 年代蝕變分帶與分類研究劃分出交代鈉長(zhǎng)巖帶、綠泥石方解石交代鈉長(zhǎng)巖帶、綠泥石水云母化帶和正常巖石帶，并提出先酸性后堿性的蝕變理論；20 世紀(jì)80—90 年代進(jìn)一步劃分堿金屬交代—堿土金屬交代—酸交代演化系列指出蝕變不僅具有良好水平分帶性，礦體內(nèi)帶為石英脈或螢石脈充填及硅化、碳酸鹽化帶，中帶為絹云母化、黃鐵絹英巖化、綠泥石化和綠簾石化帶，外帶則為長(zhǎng)石化帶，而且具有下堿上酸的垂直分布規(guī)律，認(rèn)為大型礦床的形成必須發(fā)育強(qiáng)烈酸性蝕變。20 世紀(jì)90 年代以后，通過(guò)研究蝕變礦物組合分類，如泥巖化、絹英巖化、青磐巖化、鈉長(zhǎng)石化和鉀長(zhǎng)石等，提出共軛交代認(rèn)識(shí)。

新世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)深鉆一期發(fā)現(xiàn)了深源流體作用和高溫蝕變現(xiàn)象，提出了相山鈾成礦存在3 期熱蝕變交代作用：分別是伊利石交代期（123～125 Ma）的多金屬-鉬礦化；伊蒙混層黏土或綠蒙混層交代期（115～118 Ma）的鉬礦化和鈾礦化疊加交代期；伊蒙混層黏土礦物、伊利石交代期（90～108 Ma）為鈾礦化期［15］。近年來(lái)，相山CUSD-1 科學(xué)深鉆碎斑流紋巖中礦化段與無(wú)礦化強(qiáng)烈蝕變段的地質(zhì)觀察和分析，發(fā)現(xiàn)礦化段存在3 期蝕變：礦前期堿性鈉長(zhǎng)石化交代蝕變、成礦期酸性伊利石化交代蝕變和晚期堿性碳酸鹽化交代蝕變。

綜合前人工作可知，相山地區(qū)存在酸性和堿性熱液蝕變，鈾礦床（化）發(fā)育酸性蝕變是共識(shí)，但具體的蝕變礦物及其組合分帶，則可能由于不同地區(qū)和深度原巖的巖性差別而有所不同。

2 巖心成像光譜編錄方法及改進(jìn)

2.1 巖心成像光譜掃描流程

巖心掃描與編錄將是數(shù)字化時(shí)代地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)資源勘查的重要研究?jī)?nèi)容。目前巖心掃描主要有光譜儀（密度磁性參數(shù)測(cè)量?jī)x）逐點(diǎn)測(cè)量、彩色數(shù)字相機(jī)連續(xù)拍照、光譜（物性參數(shù)）儀結(jié)合數(shù)字相機(jī)照相和成像光譜掃描4 種方式。本次研究采用的巖心高光譜掃描是最新一代技術(shù)，包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預(yù)處理和蝕變填圖及編錄三方面工作，具體技術(shù)流程如圖2 所示。

圖2 巖心成像光譜編錄技術(shù)流程Fig.2 Flowchart of mineral logging based on core imaging spectral data

本次研究采用了挪威NEO公司生產(chǎn)的HySpex地面成像光譜儀進(jìn)行巖心成像光譜掃描。該儀器由兩部獨(dú)立工作的可見(jiàn)-近紅外和短波紅外高光譜相機(jī)組成。實(shí)際中利用短波紅外探測(cè)器SWIR-320 m-e 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所獲256 個(gè)波段的短波紅外成像光譜數(shù)據(jù)覆蓋1 000～2 500 nm 光譜范圍，光譜分辨率達(dá)到6.25 nm。其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

巖心成像光譜掃描主要包括6 個(gè)步驟：1）巖心清潔；2）巖心整理與深度標(biāo)識(shí)；3）探測(cè)距離調(diào)整；4）光源調(diào)整；5）信號(hào)積分時(shí)間調(diào)試；6）掃描行程調(diào)試。獲得高質(zhì)量的成像光譜數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵是圖像裁切和噪聲去除，前者在一定程度上影響后續(xù)基于像元占比的蝕變統(tǒng)計(jì)，后者決定蝕變類型的識(shí)別。

2.2 噪聲處理方法的改進(jìn)

傳統(tǒng)巖心高光譜圖像去噪一般采用最小噪聲分離變換（Minimum Noise Fraction，MNF）進(jìn)行［2-3］，針對(duì)獲取的巖心圖像光譜由于信噪比的差別造成部分?jǐn)?shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)MNF 處理后光譜中仍然存在噪聲的問(wèn)題。本此研究引入了Savitzky-Golay（SG）濾波開(kāi)展噪聲去除。SG 濾波通過(guò)對(duì)移動(dòng)窗口內(nèi)所有點(diǎn)進(jìn)行最小二乘擬合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)中間點(diǎn)的平滑，具有確保信號(hào)的形狀、寬度不變的優(yōu)點(diǎn)。由于蝕變礦物的特征吸收明顯，采用SG 濾波后，比較明顯的吸收特征被有效保留，而較寬吸收肩上的毛刺狀噪聲被有效去除。

圖3 是MNF 和SG 濾波去噪效果對(duì)比，可以看出兩者均能較好地消除原始光譜中的齒狀噪聲，但效果略不同。MNF 在去除多數(shù)鋸齒狀噪聲的同時(shí)，產(chǎn)生了幾處明顯的毛刺狀噪聲。這些毛刺狀噪聲會(huì)干擾后期光譜匹配的相似度匹配，從而影響提取分類結(jié)果的準(zhǔn)確性。而SG 濾波既去除了原始光譜中的鋸齒狀噪聲使得光譜曲線平滑，同時(shí)有效地保留了光譜曲線的吸收特征，較MNF 效果更好。

圖3 原始光譜、MNF 去噪和SG 去噪光譜Fig.3 Comparison of original spectrum，spectra after MNF denoising and SG denoising

3 CUSD2-2 孔巖心蝕變特征

3.1 端元光譜提取

端元光譜是蝕變信息提取的依據(jù)，通過(guò)計(jì)算光譜圖像上每個(gè)像元與端元光譜的相似或匹配程度，便可識(shí)別光譜圖像的蝕變類型和空間分布。端元光譜選取的方式主要有兩種：1）根據(jù)礦物種類直接從USGS 或JPL 標(biāo)準(zhǔn)波譜庫(kù)中挑選或從實(shí)測(cè)光譜中篩選。2）利用數(shù)學(xué)原理，計(jì)算出圖像中的純凈像元類別，然后將每類純凈像元的光譜和光譜庫(kù)進(jìn)行比較后，確定端元光譜。本次研究采用第2 種方法。

CUSD2-2 成像光譜數(shù)據(jù)純凈像元計(jì)算后初步得到6 類像元光譜。這6 個(gè)純凈像元譜經(jīng)光譜分析初步確定特診吸收位置后（圖4），參考USGS 標(biāo)準(zhǔn)波譜庫(kù)，并結(jié)合礦物光譜學(xué)知識(shí)，篩選出6 種礦物端元光譜：短波云母、長(zhǎng)波云母、綠泥石+云母、蒙脫石、方解石和赤鐵礦。

圖4 利用純凈像元算法與光譜學(xué)原理提取的CUSD2-2 孔的端元波譜Fig.4 The spectral endmembers of borehole CUSD2-2 extracted by PPI algorithm and spectroscopy

根據(jù)相山地區(qū)前期高光譜編錄成果，鉆孔巖心中識(shí)別的蝕變有高嶺石和迪開(kāi)石、赤鐵礦、伊利石、綠泥石和方解石［3-5］。而地質(zhì)蝕變研究成果中，發(fā)現(xiàn)的蝕變很少見(jiàn)到高嶺石、迪開(kāi)石。因此，根據(jù)光譜吸收位置相近與多位置組合，認(rèn)為短波云母應(yīng)為絹云母（白云母）、長(zhǎng)波云母為伊利石（水云母），綠泥石+云母是轉(zhuǎn)化不徹底的綠泥石。

最終利用成像光譜技術(shù)，在CUSD2-2 孔巖心中識(shí)別出6 類蝕變：絹云母化、伊利石化、綠泥石化、方解石化、蒙脫石化和赤鐵礦化。

3.2 巖心蝕變的發(fā)育特征

基于上述提取的6 類端元，結(jié)合光譜角匹配（SAM）開(kāi)展了蝕變填圖，獲取各類蝕變礦物的空間展布特征。

3.2.1 赤鐵礦化

CUSD2-2 孔巖心總體上赤鐵礦化不發(fā)育，僅出現(xiàn)在孔深350 m 以淺的鵝湖嶺組火山巖中（圖5），且蝕變較弱，在孔深930 和960 m 附近的變質(zhì)巖中有零星赤鐵礦化。已發(fā)現(xiàn)的赤鐵礦化主要沿裂隙面發(fā)育。

圖5 CUSD2-2孔典型巖心段蝕變類型與分布特征Fig. 5 The types and distribution characteristics of alterations in typical segment of borehole CUSD2-2

3.2.2 綠泥石化

綠泥石化出現(xiàn)在鉆孔的不同深度，發(fā)育強(qiáng)度明顯強(qiáng)于赤鐵礦化和方解石化，在鉆孔的不同巖性中均有發(fā)育，屬于面型蝕變。當(dāng)巖石發(fā)生破碎或出現(xiàn)裂隙時(shí)，蝕變明顯，如孔深474.5～475.5 m 似斑狀花崗巖中出露于裂隙中的綠泥石（圖5）。

3.2.3 方解石化

方解石化出現(xiàn)在鉆孔的不同深度，蝕變強(qiáng)度一般低于10 %，但是在孔深250～270 m 處有明顯的加強(qiáng)。方解石化經(jīng)常與綠泥石化相伴生，呈獨(dú)立條帶或塊狀，如孔深248 m 附近鵝湖嶺組碎斑流紋巖中沿裂隙發(fā)育的方解石晶體或微晶，以及孔深326.5～327.4 m 裂隙帶內(nèi)的方解石化和綠泥石化（圖5）。

3.2.4 蒙脫石化

本次提取的蒙脫石化屬最不發(fā)育的蝕變類型，蝕變強(qiáng)度在1 %以內(nèi)，分布于不同的巖性，但主要分布在巖石明顯破碎地段。如孔深2 607.6 m 強(qiáng)烈破碎的炭質(zhì)板巖中出現(xiàn)了比較明顯的蒙脫石化（圖5）。

3.2.5 絹云母化

絹云母化成面狀分布，主要發(fā)育在似斑狀花崗巖破碎地段，在淺變質(zhì)巖中，也有少量分布（圖5）。當(dāng)出現(xiàn)在似斑狀花崗巖與變質(zhì)巖接觸帶時(shí)，巖體一側(cè)蝕變更強(qiáng)。

3.2.6 伊利石化

伊利石化在巖心中分布比較廣泛，以面狀的形態(tài)發(fā)育，但在裂隙破裂面附近發(fā)育程度也會(huì)增強(qiáng)（圖5），且受似斑狀花崗巖控制比較明顯。

綜合分析，CUSD2-2 孔的6 類蝕變具有不同的發(fā)育特征，蝕變類型雖然與巖性有關(guān)，但蝕變強(qiáng)度明顯受斷裂造成的破碎帶控制。

3.3 蝕變分帶

相山鈾礦田熱液蝕變具有面上的分帶性，礦前期蝕變主要有鈉長(zhǎng)石化和水云母化，礦田北、東部以鈉長(zhǎng)石化為特征，西部以水云母化為主。成礦期蝕變主要有：赤鐵礦化、水云母化、綠泥石化、方解石化、螢石化和黃鐵礦化等。礦化蝕變受構(gòu)造控制明顯，具分帶特點(diǎn)和疊加現(xiàn)象，北、東部的蝕變中心為赤鐵礦化帶，向兩側(cè)依次出現(xiàn)鈉長(zhǎng)石化、方解石化、綠泥石化帶及水云母化帶；西部的蝕變中心為螢石、水云母化，旁側(cè)為成礦早階段的赤鐵礦化，最外側(cè)為礦前期大面積發(fā)育的水云母化帶。成礦后蝕變疊加于成礦期蝕變之上，多以小脈體充填裂隙為特征，主要有方解石化、硅化、水云母化、螢石化和綠泥石化等。

根據(jù)巖心成像光譜提取的蝕變信息結(jié)果，編制了CUSD2-2 孔蝕變標(biāo)型剖面（圖6），對(duì)蝕變的縱向分布特征進(jìn)行了研究。根據(jù)剖面不同深度蝕變礦物及其強(qiáng)度組合，將整孔由淺至深劃分為3 個(gè)大的地球化學(xué)帶：淺部（0～980 m）堿性蝕變帶，中部（980～1 230 m）原生帶，深部（1 230～2 600 m）弱酸-堿蝕變帶。

圖6 CUSD2-2 巖心成像光譜掃描蝕變信息標(biāo)型剖面Fig.6 The alteration information profile of CUSD2-2 by imaging spectral logging

3.3.1 淺部堿性蝕變帶

屬于堿性蝕變?yōu)橹鞯乃?堿蝕變帶?？咨?～385 m 屬于堿性蝕變，由赤鐵礦化、綠泥石化、方解石化和蒙脫石化等4 種蝕變組成；其中0～251 m 鵝湖嶺組發(fā)育整孔中最強(qiáng)的蒙脫石化，同時(shí)發(fā)育中等強(qiáng)度赤鐵礦化；251～320 m打鼓頂組發(fā)育整孔最強(qiáng)的方解石化，并有少量綠泥石化；320～325 m 打鼓頂組發(fā)育整孔最強(qiáng)的赤鐵礦化，同時(shí)發(fā)育有弱的方解石化和綠泥石化；325～385 m 打鼓頂組發(fā)育明顯的方解石化和弱綠泥石化。

孔深385～600 m 屬于弱酸性蝕變帶，以似斑狀花崗巖中發(fā)育微弱的水云母（伊利石）為標(biāo)志?？咨?00～980 m 屬于弱堿性蝕變帶，以中元古界變質(zhì)巖發(fā)育弱的碳酸巖化和赤鐵礦化為特點(diǎn)。

3.3.2 原生帶

本帶由中元古界炭質(zhì)板巖和千枚狀板巖等巖性構(gòu)成，巖石中僅出現(xiàn)極其少量綠泥石化。由于強(qiáng)度和分布非常有限，推測(cè)很可能是變質(zhì)作用過(guò)程中形成的綠泥石，而非后期熱液蝕變的產(chǎn)物，說(shuō)明該節(jié)沒(méi)有遭受熱液作用。

3.3.3 深部酸堿蝕變帶

本帶具有酸-堿耦合及下堿上酸的分帶特征?？咨? 230～1 310 m 為弱酸性蝕變帶，以發(fā)育強(qiáng)烈的水云母（伊利石）和明顯的絹云母為主，伴生發(fā)育弱的綠泥石化和赤鐵礦化為特點(diǎn)?？咨? 310～2 140 m 為混合蝕變帶，以同時(shí)出現(xiàn)比較明顯水云母（伊利石）化和綠泥石化為特征，并伴生有弱赤鐵礦化和絹云母化為特點(diǎn)。孔深2 140～2 600 m 為弱堿性蝕變帶，以出現(xiàn)蒙脫石化為標(biāo)志，同時(shí)綠泥石化明顯加強(qiáng)并有弱赤鐵礦化。

可見(jiàn)，深部酸堿蝕變帶具有酸堿蝕變共存，下部堿性蝕變逐漸過(guò)渡為酸性蝕變的分帶特征。

3.4 蝕變分帶與鈾成礦作用

根據(jù)巖心成像光譜掃描信息，CUDSD2-2孔包含了3 個(gè)地球化學(xué)蝕變帶。

根據(jù)鉆孔地質(zhì)編錄的結(jié)果，CUSD2-2 發(fā)現(xiàn)的鈾礦化分布在孔深321～325 m，與構(gòu)造破碎帶和明顯的赤鐵礦化相伴生，具有一定的成礦前景。根據(jù)高光譜蝕變標(biāo)型剖面，其下部470～570 m 巖心段有比較明顯的水云母（伊利石）化，但強(qiáng)度一般。根據(jù)區(qū)內(nèi)鈾礦化富集需要強(qiáng)酸性蝕變的認(rèn)識(shí)，CUSD2-2 孔本身鈾成礦作用不強(qiáng)，但由于470～570 m 巖心段酸性蝕變明顯，有必要利用其他信息對(duì)其鄰區(qū)蝕變與成礦作用開(kāi)展研究。

根據(jù)巖心高光譜蝕變礦物標(biāo)型剖面，CUSD2-2 孔深1 230～2 600 m 出現(xiàn)了酸-堿耦合蝕變帶，表明存在深部流體或熱液作用的過(guò)程。蝕變帶頂部1 230～1 310 m 為弱酸性蝕變，以發(fā)育強(qiáng)烈的水云母（伊利石）化和明顯的絹云母化為主，伴生有弱綠泥石化和赤鐵礦化，體現(xiàn)了酸堿蝕變空間耦合作用。這種酸堿蝕變空間耦合與已知多金屬礦空間分布相對(duì)應(yīng)，體現(xiàn)了蝕變與多金屬礦化的成因關(guān)系。此外，由于CUSD2-2 孔位于相山盆地的北部，總體上處于鈾成礦區(qū)內(nèi)。

4 討 論

4.1 端元光譜吸收特征與蝕變類型的關(guān)系

本文從相山鈾礦田CUSD2-2 孔巖心成像光譜反射率數(shù)據(jù)中，根據(jù)反射光譜學(xué)中礦物特征吸收位置，提取了短波云母、長(zhǎng)波云母、綠泥石+云母、蒙脫石、方解石和赤鐵礦共6 種礦物端元光譜。其中，蒙脫石、方解石和赤鐵礦是相山鈾礦田已發(fā)現(xiàn)的蝕變礦物類型，而長(zhǎng)波云母、短波云母和綠泥石+蒙脫石前期沒(méi)有發(fā)現(xiàn)此類蝕變，地質(zhì)類型和成因有必要進(jìn)行進(jìn)一步討論。

長(zhǎng)波云母和短波云母是近年來(lái)部分學(xué)者在對(duì)云母類礦物中Al-OH 的吸收位置在2 200 nm附近左右移動(dòng)時(shí)提出的，認(rèn)為當(dāng)其中六配位鋁（AlVI）含量較高時(shí)，其吸收中心位置向更短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，即稱為短波（富鋁）云母；當(dāng)AlVI的含量降低時(shí)，其吸收中心向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，則稱之為長(zhǎng)波（低鋁）云母［3-4，16］。本文認(rèn)為，除了類質(zhì)同像效應(yīng)外，同質(zhì)多像、晶變和多型等都有可能造成云母類礦物Al-OH 的吸收波長(zhǎng)和強(qiáng)度的變化，進(jìn)而造成光譜吸收特征的變化。因而短波（高鋁）云母和長(zhǎng)波（低鋁）云母吸收位置的變化很可能是云母類礦物在不同形成溫度、壓力和應(yīng)力等條件下的產(chǎn)物。

本文提取的長(zhǎng)波和短波云母，都在2 342.9 nm附近有次要吸收特征（圖4a、b），在USGS、JPL 和IGCP 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)光譜庫(kù)中沒(méi)有找到完全一致的吸收位置，與之接近的是JPL庫(kù)中伊利石在2 344 nm的吸收和USGS 庫(kù)中白云母在2 345 nm 的吸收特征。短波云母主吸收位置2 198.7 nm（圖4a）分別與IGCP 庫(kù)中伊利石在2 200 nm 的吸收和JPL 庫(kù)中白云母在2 196 nm 的吸收接近。由于本文識(shí)別的短波云母在2 198.7 和2 342.9 nm 的吸收組合與USGS 庫(kù)中白云母2 195 和2 344 nm 的組合最接近，同時(shí)USGS 庫(kù)中特別標(biāo)出該白云母與紅寶石共生，屬于絹云母可能性最大，因此認(rèn)為本文提取的短波云母應(yīng)為絹云母。而本文提取的長(zhǎng)波云母在2 216.8 與2 342.9 nm 組合（圖4b）與USGS 庫(kù)中伊利石的2 215和2 345 nm 組合最為接近。考慮到相山地區(qū)廣泛分布的伊利石化和鉆孔中長(zhǎng)波云母的面狀發(fā)育特征，判斷CUSD2-2 孔長(zhǎng)波云母應(yīng)為伊利石。

提取的綠泥石+云母端元光譜中出現(xiàn)2 216.8、2 252.8 和2 348.9 nm3 個(gè)特征吸收位置組合（圖4c），經(jīng)與三大光譜庫(kù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)2 216.8 和2 348.9 nm 組合與USGS 庫(kù)中伊利石的2 215 和2 345 nm 的組合接近，而2 252.8 nm 的特征吸收與JPL 庫(kù)中的燒綠石和鐵綠泥石2 252 nm 的吸收特征完全一致?？紤]到綠泥石族的不同礦物在2 328、2 340、2 344 和2 352 nm 也存在吸收特征，故此綜合判斷CUSD2-2 孔中提取的在2 216.8、2 252 和2348.9 nm 有特征吸收的光譜端元，主要代表了綠泥石的光譜特征，也可能有極少量含有伊利石。

綜上所述，在利用光譜吸收特征開(kāi)展蝕變礦物提取與識(shí)別時(shí)，在憑吸收中心的位置來(lái)推斷礦物種類的基礎(chǔ)上，還要結(jié)合巖石產(chǎn)出的地質(zhì)背景和共伴生組合等條件，通過(guò)綜合分析方可得出最終的結(jié)論，從而可為巖心的蝕變信息提取和編錄提供具有地質(zhì)意義的信息。

4.2 蝕變強(qiáng)度與光譜角制圖閾值關(guān)系

本次提取的蝕變信息強(qiáng)度是指統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)某種蝕變類型所占面積百分比。由于每個(gè)像元蝕變類型的判別取決于像元光譜與參考光譜的匹配程度，理論上同類蝕變礦物的光譜應(yīng)該有相同的診斷特征。但這種相同是相對(duì)的，與判別模型和參數(shù)選擇直接相關(guān)。本次光譜匹配采用了光譜角制圖（SAM）方法，雖然是使用最多和最有效的方法，但仍存在一些問(wèn)題。由于SAM 把像元的光譜看作N維向量，光譜匹配只是通過(guò)計(jì)算待分類光譜與參考光譜的夾角大小進(jìn)行判別。夾角等于零，兩者相同，夾角越小兩者越接近。

只有當(dāng)兩者每個(gè)分量完全一致時(shí)，光譜角才能等于零。這在現(xiàn)實(shí)世界很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榧幢闶抢猛慌_(tái)儀器測(cè)量同一物體，其測(cè)量結(jié)果也會(huì)由于測(cè)量條件變化、儀器精度等產(chǎn)生測(cè)量誤差，從而難以得到零度夾角。因此，光譜角閾值大小設(shè)定成為一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。閾值過(guò)大會(huì)把相接近或類似蝕變算入本類別，而閾值過(guò)小又會(huì)把由于測(cè)量誤差導(dǎo)致的計(jì)算夾角偏大的同種類別排除在外。這時(shí)需要先不斷地調(diào)試光譜角閾值，然后利用地質(zhì)知識(shí)判斷識(shí)別計(jì)算結(jié)果是否合理。

本次研究發(fā)現(xiàn)：蝕變類型和蝕變強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果很大程度上依賴于地質(zhì)知識(shí)。為提高計(jì)算準(zhǔn)確性，首先要精確選定特征吸收的波段范圍，不要把整個(gè)光譜測(cè)量范圍納入計(jì)算。然后就是不同的蝕變礦物采取的閾值，不能簡(jiǎn)單地將某個(gè)提取效果好的閾值用于所有的蝕變類別。

5 結(jié) 論

本文以相山鈾礦田CUSD2-2 孔科學(xué)深鉆巖心成像光譜數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，以改進(jìn)的噪聲處理等圖像處理算法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，并結(jié)合地質(zhì)知識(shí)綜合確定了蝕變礦物光譜端元，開(kāi)展了蝕變礦物填圖及蝕變強(qiáng)度半定量計(jì)算，編制了鉆孔蝕變礦物典型剖面，主要結(jié)論如下：

1）由于礦物的反射光譜對(duì)成分和結(jié)構(gòu)的變化極其敏感，而同種礦物可能由于不同的形成條件和多型特征等，其物理性質(zhì)發(fā)生變化，常造成光譜吸收位置的偏移。這種偏移會(huì)造成相似礦物吸收位置的重疊交叉，影響利用純凈像元光譜吸收特征對(duì)礦物種類判別的準(zhǔn)確性。鉆孔巖心蝕變信息端元光譜提取需要采用純凈像元提取與先驗(yàn)知識(shí)相結(jié)合的方法，才能取得符合地質(zhì)實(shí)際情況的蝕變礦物類型。

2）光譜角閾值大小對(duì)提取的蝕變礦物類型有無(wú)和強(qiáng)度具有決定性作用。閾值過(guò)大容易造成吸收特征相近的礦物類混合，而閾值過(guò)小會(huì)將誤差放大而漏掉同類蝕變礦物?？赏ㄟ^(guò)對(duì)閾值的多次調(diào)試，并綜合利用地質(zhì)知識(shí)進(jìn)行判斷的方法完成。

3）巖心成像光譜編錄結(jié)果表明：CUSD2-2孔總體蝕變不強(qiáng)，可以分為3 個(gè)地球化學(xué)帶：淺部（0～980 m）中等堿性蝕變帶，中部（980～1 230 m）原生帶，深部（1 230～2 600 m）弱酸-堿蝕變帶。根據(jù)酸堿共軛和相山地區(qū)成富礦必有強(qiáng)酸性蝕變的認(rèn)識(shí)，本孔鈾成礦作用不強(qiáng)。但本孔在孔深1 231～2 600 m 處出現(xiàn)了酸-堿耦合蝕變帶，表明存在深部流體或熱液作用過(guò)程，且酸堿蝕變空間耦合與已知多金屬礦空間分布相對(duì)應(yīng)?？紤]到CUSD2-2 孔位于深大斷裂附近，同時(shí)上部存在中等強(qiáng)度的堿性蝕變，不能排除其鄰區(qū)存在更強(qiáng)的酸性蝕變和伴生較好鈾礦化的可能。