岩性识别的主要方法

(一)用多波谱遥感资料识别岩性

用航空或卫星多波段遥感资料来识别岩性(蚀变岩及含矿地质体的多波段遥感也属广义岩性识别)是用得最多、最成熟的一种技术方法。彩版Ⅲ-左上是新疆阿尔泰半裸露地区的卫星假彩色合成图像。图像上侵入体、沉积岩层及松散的沉积物的影像特征截然不同极易区分。这是因为在半裸露区内土壤、植被以及人为干扰因素极弱的缘故。

Crowley J.K.(1984)对美国犹他州康菲森岭的志留、泥盆纪白云岩类多波段航空遥感资料的岩性识别。研究用Bendix24通道航空扫描仪的第4、6、10、12、13波段。目的是为取得①0.55μm的三价铁的吸收带②0.6μm及1.0μm处把叶绿素在0.67μm的反射值强烈上升处与岩石土壤分开,③2.2μm则是 根的吸收带的波段。然后用主组份变换矢量矩阵的PC₂(第二主组份,通道6),PC₃(第三主组份,通道10),PC₄(第四主组份,通道12),分别以红、蓝、绿作假彩色合成图像。与原有地质图件相比(图7-14右图),遥感解译出的①Gt(吉尔梅特组,D2-3),灰色块状细晶灰岩,②Si(西蒙森组,D2)浅灰、暗色白云岩互层;③Se(塞维组D1-2)风化较强的浅灰色细晶白云岩;④Lk(莱克敦组S₃)上部有浅色粗晶灰岩层的致密块状白云岩(图7-14,A)。与原有地质图相比,Lk,Se都可进一步分出层组。但在图幅西南部的划分不佳。断裂与原有资料都有较大改动。

图7-14 美国犹他州康菲森岭地质图(A)及据主成份分析增强资料解译出的影像地质图(B)

(二)利用岩石热惯量识别岩性

热惯量是物体(包括地质体)阻止温度变化的热反应的一种量度,单位是卡/厘米²· ·度。热惯量值大,则地物周日地表温度变化幅度小;反之则温度变化幅度大。表7-3煤层周日变量为47℃,而灰色灰岩为20.2℃。煤层热惯量值小。由于求热惯量的相对大小只需测得岩石的反射率。及地面昼夜温差值(△T)即可计算出热惯量值。技术方法比较简便,因而是一种有发展前景的岩性识别方法。河北洡源木吉村一带碳酸盐岩实测热学性质的结果成功地将未蚀变白云岩、硅化白云岩、鲕状灰岩、泥灰岩夹页岩区分开来。如果利用热惯量值作为新图像的象元值,制成热惯量图,用它来区分岩性。这是一种有发展前景的方法,但当前还处在试验应用阶段。表7-6是一些矿物及岩石的热惯量数据(崔承禹,1992)

表7-6 三大岩类的热性质

(据崔承禹,1992;其中*据Jadza)

(三)用高光谱分辨力多通道成像波谱仪资料来识别岩性

通过地物波谱来识别岩性常常因为植被、土壤的掩盖,岩石风化与人为破坏、或者岩体岩层出露面积较小等种种因素而增加识别难度。提高图像的光谱分辨力和应用更多通道的成象仪器是克服上述困难的一种技术选择。即用窄波段、多通道、高光谱分辨力的遥感器来获取地物波谱。如美国地球物理环境研究(GER)公司研制64通道机载高光谱分辨率扫描仪(AIS)。其中0.4-1.0μm分为24通道,1.0-2.0μm分7个通道,2.0-2.5μm分32个通道,另一道用储存陀螺仪信息。在6000m高成像时其地面分辨率为12×22m。机载可见光-红外成象波谱仪(AIS-2)划分成高达220个波段,工作范围为0.43-2.42μm,平均波谱分辨力为10nm。这样的遥感资料,使得定量检测单种或多种矿物存在以及编制相应图件成为可能。其原理是:

第一,各种岩性和矿物都有一些可做为标志性的矿物,而这些矿物又都各有自己的波谱特征(表7-7)。图7-15是高岭石、蒙脱石、伊利石和明矾石(它们都与热液蚀变有关的标志性矿物)的波谱曲线。四种矿物的吸收谷都在2.2μm附近,其中高岭石曲线的“肩部”在2.18μm处,明矾石的吸收谷在2.21μm,都落在TM-7波段内。根据石榴子石Fe³⁺离子在0.770.87μm处吸收的特征,D.S.WindelerJr(1993)利用VNIR图像数据,识别出石榴子石辉-石蚀变带来。

第二,利用多通道的机载高光谱分辨力成像波谱仪获得波谱曲线,与某些标志性矿物的实验室实测的典型曲线对比,能半定量地确定标志性矿物的存在。由于AIS可以取得多达220个波谱数值,由它测得的波谱曲线更接近实验实测得到的曲线。图7-16是AIS的反射波谱曲线,其波长从2.0-2.3μm,波长间隔为0.01nm,共分为30个波段。其取样点的位置见图右侧。从图上方两条波谱曲线与实验室内测得明矾石的波谱曲线相比较,其形态很相似。可知这两处分别是明矾石与高岭石含量较高的地段。

第三,通过某些标志性矿物的检测,来达到找矿和编制分布图的目的。

表7-7 波长范围和矿物标记

(据薛重生等)

图7-15 2.0-2.5μm大气窗口的实验室波谱曲线

图7-16 AIS反射波谱曲线

(四)用图像的影纹和结构来解译岩性

合成孔径雷达(SAR)图像的空间信息非常丰富。空间信息包括结构(纹理)、局部组织及形状三类。影纹(或称影纹图案)是遥感图像上很细小的几何形状。因为不同岩性的抗风化能力不同,发育其内的节理等构造裂缝的优势方向,长度与密度不同,微水系(末级支流、冲沟等)的发育特点也不同。因而产生的影纹图案也不一样。广西等地大片碳酸岩岩溶发育区,其TM、MSS图像上影纹呈核桃状、蠕虫状、花生壳状等。可以根据各种影纹图案不同,通过目视解译来区分岩性。

通过付利叶滤波,根据遥感图像结构进行岩性识别。R.G.Blom等人(1982)对雷达图像增强处理研究认为岩性(岩类)识别,以付利叶带通滤波较为有用。朱亮璞等人(1991)用付利叶功率谱法(即频谱分析法)对岳阳地区SAR样区进行连续频谱取样分析,得到频谱功率谱曲线和功率分布曲线(图7-17)。通过对曲线的研究分析,认为从曲线中可取得四点地学信息:①从功率谱角分布曲线的峰值确定能代表坡面、层面、断裂面产状的,产生最大散射的面的方位角,②确定两个散射较强的面的夹角,③推算出样区水系密度,④用功率谱角分布曲线与功率谱曲线两者总的形态特征,可以分析样区的地形基本特征。

(五)用多源地学信息资料识别岩性

利用遥感资料来识别岩性最基本的方法仍然是目视解译。上述五种方法中,以多光谱遥感资料解译岩性比较常用,技术也比较成熟。高光谱分辨力多通道成像波谱仪的应用,实际上是前者的发展,很有发展潜力。方法(三)、(四)则完全处在试验应用的阶段。多源地学信息资料识别岩性,近年来不断取得进展。这部分内容将留在第十章第二节内述明。

图7-17 岳阳冷家溪群板岩频谱功率谱角分布曲线