本發(fā)明屬于地球科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法。

背景技術(shù)：

深部找礦是當(dāng)前亟需突破的找礦方向，鉆孔巖芯是研究深部成礦環(huán)境的重要載體，不同種類的蝕變礦物是熱液礦床的重要識(shí)別標(biāo)志和成礦有利因素。與地表或近地表不同，深部巖石中發(fā)育的變質(zhì)類礦物大都是熱液成因而非風(fēng)化成因，因此，如何準(zhǔn)確識(shí)別和提取鉆孔巖芯中發(fā)育的與成礦密切相關(guān)的各種蝕變礦物及其組合，查明它們?cè)谏畈靠臻g的分帶狀況，對(duì)深部找礦勘查具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

當(dāng)前，對(duì)鉆孔巖芯蝕變礦物的傳統(tǒng)研究方法主要通過地質(zhì)人員的鉆孔巖芯編錄實(shí)現(xiàn)，編錄的同時(shí)對(duì)巖芯進(jìn)行取樣，然后進(jìn)行送樣化學(xué)分析，這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且花費(fèi)較大。同時(shí)，由于不同地質(zhì)編錄人員的知識(shí)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)差異，容易得出不同的結(jié)果導(dǎo)致影響下一步的分析和結(jié)論。

高光譜技術(shù)在識(shí)別礦物方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，高光譜遙感技術(shù)用于地表礦物填圖已較為成熟，已逐漸廣泛用于大面積地質(zhì)調(diào)查中，基于不同礦物在不同波長位置的診斷性光譜特征和光譜匹配算法，能夠準(zhǔn)確、客觀地將高光譜圖像中的礦物提取出來，目前可識(shí)別的礦物種類多達(dá)十幾種。

基于上述技術(shù)背景，如何將高光譜技術(shù)用于鉆孔巖芯蝕變礦物提取以為深部找礦勘查提供新的技術(shù)手段和思路，如何將鉆孔巖芯蝕變礦物的發(fā)育狀況和空間分布特征更加直觀定量地呈現(xiàn)給地質(zhì)勘探人員以便更好地研究地下 深部熱液蝕變分帶和流體演化規(guī)律，是當(dāng)今地球科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題為：提出一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法，利用地面成像高光譜數(shù)據(jù)光譜分辨率的優(yōu)勢(shì)和圖譜合一的特點(diǎn)，通過采集鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)，識(shí)別并提取出與熱液成礦作用關(guān)系密切的蝕變礦物，同時(shí)定量估算鉆孔深度方向上蝕變礦物的空間分帶，為深部地質(zhì)環(huán)境研究與找礦勘查提供技術(shù)支撐。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述：

一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1.獲取鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)；

步驟2.鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理；

步驟3.建立鉆孔巖芯蝕變礦物光譜匹配庫；

步驟4.提取蝕變礦物信息；

步驟5.設(shè)定鉆孔巖芯蝕變礦物估算尺度；

步驟6.定量估算蝕變礦物含量；

步驟7.鉆孔巖芯蝕變礦物估算結(jié)果編錄可視化。

步驟1中，每隔一段時(shí)間，利用地面高光譜傳感器設(shè)備，同步采集獲取鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)板數(shù)據(jù)。作為優(yōu)選方案，步驟1中，數(shù)據(jù)采集前巖芯箱內(nèi)各巖芯展布方向平行；采集過程中，保持光照條件穩(wěn)定，同時(shí)保持巖芯箱內(nèi)巖芯展布方向與地面高光譜傳感器設(shè)備的圖像掃描方向平行。

步驟2包括以下步驟：

步驟2.1.輻射校正

基于步驟1所采用的地面高光譜傳感器設(shè)備定標(biāo)參數(shù)文件，對(duì)采集的鉆 孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)以及同步采集的標(biāo)準(zhǔn)板圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)輻射校正，得到輻射亮度圖像數(shù)據(jù)；

步驟2.2.光譜重建

獲取標(biāo)準(zhǔn)板圖像的輻射亮度均值光譜，建立標(biāo)準(zhǔn)板輻射亮度均值光譜與標(biāo)準(zhǔn)板反射率光譜之間的經(jīng)驗(yàn)線性公式，利用所述經(jīng)驗(yàn)線性公式對(duì)輻射校正后的鉆孔巖芯高光譜圖像進(jìn)行反射率計(jì)算，得到鉆孔巖芯反射率圖像數(shù)據(jù)。

步驟3包括以下步驟：

采集鉆孔巖芯蝕變礦物樣本的實(shí)測光譜曲線，或從已有標(biāo)準(zhǔn)礦物光譜庫中挑選鉆孔巖芯中可能存在的蝕變礦物標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線，建立鉆孔巖芯蝕變礦物光譜匹配庫。

步驟4包括以下步驟：

步驟4.1.波段重采樣

以步驟3建立的鉆孔巖芯蝕變礦物光譜匹配庫為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)步驟2預(yù)處理后的鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行波段重采樣，使二者波譜范圍一致；

步驟4.2.光譜匹配計(jì)算

利用高光譜匹配算法對(duì)波段重采樣后的鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行蝕變礦物光譜匹配計(jì)算，獲得匹配計(jì)算后的圖像數(shù)據(jù)；所述高光譜匹配算法可以采用光譜角匹配算法、光譜相關(guān)系數(shù)匹配算法，以及匹配濾波算法。

步驟4.3.設(shè)定閾值提取蝕變礦物信息

針對(duì)每一種蝕變礦物匹配計(jì)算后的圖像數(shù)據(jù)，設(shè)定各自的統(tǒng)一提取閾值，提取全孔鉆孔巖芯圖像上發(fā)育的各種蝕變礦物信息。

步驟5中，以鉆孔深度為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)具體應(yīng)用需求，建立統(tǒng)一的估算尺度。

步驟6中，針對(duì)每一估算尺度深度段的巖芯，利用數(shù)字圖像像元統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)計(jì)算每種蝕變礦物所占含量。所述數(shù)字圖像像元統(tǒng)計(jì)方法如下所述： 對(duì)于第m個(gè)估算尺度深度段的巖芯，獲取第m個(gè)估算尺度深度段巖芯內(nèi)的所有像元數(shù)N_m；在第m個(gè)估算尺度深度段巖芯內(nèi)，獲取提取的第i種蝕變礦物像元數(shù)n_mi，則在第m個(gè)估算尺度深度段巖芯內(nèi)第i種蝕變礦物的含量為(n_mi/N_m)×D，其中D表示步驟5設(shè)定的估算尺度。

步驟7中，針對(duì)全孔巖芯，根據(jù)鉆孔深度順序，對(duì)各估算尺度內(nèi)鉆孔巖芯蝕變礦物估算量進(jìn)行編錄，利用統(tǒng)計(jì)制圖軟件對(duì)編錄結(jié)果進(jìn)行可視化表達(dá)。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法，既能夠準(zhǔn)確提取與深部熱液成礦關(guān)系密切的蝕變礦物信息，更加直觀地表現(xiàn)蝕變礦物在巖芯上的發(fā)育，又能夠?qū)崿F(xiàn)鉆孔尺度上蝕變礦物的定量化表達(dá)，對(duì)深部找礦勘查具有重要的實(shí)用價(jià)值，具體具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明的一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法，充分利用高光譜圖像圖譜合一的特點(diǎn)，基于地面成像高光譜數(shù)據(jù)，通過采集、處理鉆孔巖芯的地面高光譜圖像數(shù)據(jù)，利用高光譜匹配填圖算法從光譜特征角度識(shí)別提取鉆孔巖芯中發(fā)育的蝕變礦物信息，提取速度快、準(zhǔn)確性高；

(2)本發(fā)明的一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法，與傳統(tǒng)巖芯編錄方法相比，通過鉆孔巖芯高光譜蝕變信息提取，識(shí)別出的礦物信息更加豐富；

(3)本發(fā)明的一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法，劃定鉆孔深度尺度進(jìn)行蝕變礦物的定量估算，實(shí)現(xiàn)了鉆孔深度空間上的巖芯蝕變礦物定量化估算，有利于開展進(jìn)一步的深入分析；

(4)本發(fā)明的一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法，提取精度高，估算結(jié)果與實(shí)際一致性好，對(duì)深部找礦勘查具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法流 程圖；

圖2為某鈾礦區(qū)鉆孔蝕變礦物定量估算編錄圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種鉆孔巖芯蝕變礦物的高光譜提取與定量估算方法，包括以下步驟：

步驟1.獲取鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)

按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，利用Hyspex或其他類似的地面高光譜傳感器設(shè)備采集獲取鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集過程中，每隔一段時(shí)間，同步采集標(biāo)準(zhǔn)板數(shù)據(jù)，用于步驟2進(jìn)行巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)的反射率光譜計(jì)算。

作為優(yōu)選實(shí)施方式，數(shù)據(jù)采集前，整理巖芯箱中的巖芯擺放，使各巖芯展布方向大致平行；采集過程中，保持光照條件穩(wěn)定，同時(shí)盡可能保持巖芯箱中的巖芯展布方向與地面高光譜傳感器設(shè)備的圖像掃描方向平行，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理提供便利，提高處理效率；采集的數(shù)據(jù)文件嚴(yán)格依據(jù)鉆孔號(hào)、鉆孔深度信息命名，防止由于數(shù)據(jù)量較多而產(chǎn)生文件名的混淆，避免給后續(xù)數(shù)據(jù)處理造成不便。

步驟2.鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理

步驟2.1.輻射校正

基于步驟1所采用的地面高光譜傳感器設(shè)備定標(biāo)參數(shù)文件，對(duì)采集的鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)以及同步采集的標(biāo)準(zhǔn)板圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)輻射校正，得到輻射亮度圖像數(shù)據(jù)。

所述輻射校正為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)，可以通過將采集的圖像數(shù)據(jù)DN值轉(zhuǎn)換為具有物理意義的輻射亮度值實(shí)現(xiàn)。

步驟2.2.光譜重建

獲取標(biāo)準(zhǔn)板圖像的輻射亮度均值光譜，利用線性回歸法建立標(biāo)準(zhǔn)板輻射亮度均值光譜與標(biāo)準(zhǔn)板反射率光譜之間的經(jīng)驗(yàn)線性公式，利用所述經(jīng)驗(yàn)線性公式對(duì)輻射校正后的鉆孔巖芯高光譜圖像進(jìn)行反射率計(jì)算，得到鉆孔巖芯反射率圖像數(shù)據(jù)，作為后續(xù)處理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

步驟3.建立鉆孔巖芯蝕變礦物光譜匹配庫

利用美國FieldSpec ASD光譜儀、SVC便攜式光譜儀或澳大利亞PIMA光譜儀等地面波譜采集儀器采集鉆孔巖芯蝕變礦物樣本的實(shí)測光譜曲線，或者從已有的美國USGS光譜庫等標(biāo)準(zhǔn)礦物光譜庫中挑選可能存在的蝕變礦物標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線，建立鉆孔巖芯蝕變礦物光譜匹配庫。

步驟4.提取蝕變礦物信息

步驟4.1.波段重采樣

以步驟3建立的鉆孔巖芯蝕變礦物光譜匹配庫為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)步驟2預(yù)處理后的鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行波段重采樣，使二者波譜范圍一致，同時(shí)達(dá)到降維和優(yōu)化信息量的目的。

步驟4.2.光譜匹配計(jì)算

利用ENVI或其他類似的高光譜遙感圖像處理模塊中的高光譜匹配算法，例如光譜角匹配、光譜相關(guān)系數(shù)匹配、匹配濾波等，對(duì)波段重采樣后的鉆孔巖芯高光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行蝕變礦物光譜匹配計(jì)算，獲得匹配計(jì)算后的圖像數(shù)據(jù)。

步驟4.3.設(shè)定閾值提取蝕變礦物信息

針對(duì)每一種蝕變礦物匹配計(jì)算后的圖像數(shù)據(jù)，通過人機(jī)交互式解譯，設(shè)定各自的統(tǒng)一提取閾值，將全孔鉆孔巖芯圖像上發(fā)育的各種蝕變礦物信息提取出來。所述人機(jī)交互式解譯和閾值設(shè)定為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。

步驟5.設(shè)定鉆孔巖芯蝕變礦物估算尺度

以鉆孔深度為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)具體應(yīng)用需求，建立統(tǒng)一的估算尺度。

具體而言，估算尺度若設(shè)為5米，表示在每5米巖芯范圍內(nèi)進(jìn)行一次估算；估算尺度若設(shè)為10米，表示在每10米巖芯范圍內(nèi)進(jìn)行一次估算；估算尺度若設(shè)為15米，表示在每15米巖芯范圍內(nèi)進(jìn)行一次估算。此外，也可以將每一箱巖芯的米數(shù)設(shè)為估算尺度。

所述估算尺度設(shè)置靈活度高，根據(jù)具體應(yīng)用需求靈活設(shè)定即可。

步驟6.定量估算蝕變礦物含量

針對(duì)每一估算尺度深度段的巖芯，利用數(shù)字圖像像元統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)計(jì)算每種蝕變礦物所占含量。

所述數(shù)字圖像像元統(tǒng)計(jì)方法如下所述：對(duì)于第m個(gè)估算尺度深度段的巖芯，獲取第m個(gè)估算尺度深度段巖芯內(nèi)的所有像元數(shù)N_m；在第m個(gè)估算尺度深度段巖芯內(nèi)，獲取提取的第i種蝕變礦物像元數(shù)n_mi，則在第m個(gè)估算尺度深度段巖芯內(nèi)第i種蝕變礦物的含量為(n_mi/N_m)×D，其中D表示步驟5設(shè)定的估算尺度。

具體而言：

獲取第一個(gè)估算尺度內(nèi)的所有像元數(shù)N₁，在第一個(gè)估算尺度內(nèi)，獲取提取的第1種蝕變礦物像元數(shù)n₁₁，則在第一個(gè)估算尺度內(nèi)第1種蝕變礦物的含量為(n₁₁/N₁)×D；獲取提取的第2種蝕變礦物的像元數(shù)n₁₂，則在第一個(gè)估算尺度內(nèi)第2種蝕變礦物的含量為(n₁₂/N₁)×D；獲取第3種蝕變礦物的像元數(shù)n₁₃，則在第一個(gè)估算尺度內(nèi)第3種蝕變礦物的含量為(n₁₃/N₁)×D；……；

獲取第二個(gè)估算尺度內(nèi)的所有像元數(shù)N₂，在第二個(gè)估算尺度內(nèi)，獲取提取的第1種蝕變礦物像元數(shù)n₂₁，則在第二個(gè)估算尺度內(nèi)第1種蝕變礦物的含量為(n₂₁/N₂)×D；獲取提取的第2種蝕變礦物的像元數(shù)n₂₂，則在第二個(gè)估算尺度內(nèi)第2種蝕變礦物的含量為(n₂₂/N₂)×D；獲取第3種蝕變礦物的像元數(shù)n₂₃，則在第二個(gè)估算尺度內(nèi)第3種蝕變礦物的含量為(n₂₃/N₂)×D；……；

獲取第三個(gè)估算尺度內(nèi)的所有像元數(shù)N₃，在第三個(gè)估算尺度內(nèi)，獲取提取的第1種蝕變礦物像元數(shù)n₃₁，則在第三個(gè)估算尺度內(nèi)第1種蝕變礦物的含量為(n₃₁/N₃)×D；獲取提取的第2種蝕變礦物的像元數(shù)n₃₂，則在第三個(gè)估算尺度內(nèi)第2種蝕變礦物的含量為(n₃₂/N₃)×D；獲取第3種蝕變礦物的像元數(shù)n₃₃，則在第三個(gè)估算尺度內(nèi)第3種蝕變礦物的含量為(n₃₃/N₃)×D；……；

以上述方法獲取所有估算尺度深度段巖芯的每一種蝕變礦物的含量。

步驟7.鉆孔巖芯蝕變礦物估算結(jié)果編錄可視化

針對(duì)全孔巖芯，根據(jù)鉆孔深度順序，對(duì)各估算尺度內(nèi)鉆孔巖芯蝕變礦物估算量進(jìn)行編錄，利用統(tǒng)計(jì)制圖軟件對(duì)編錄結(jié)果進(jìn)行可視化表達(dá)。

本實(shí)施例中，將步驟6得出的每個(gè)估算尺度深度段巖芯內(nèi)的每種蝕變礦物含量的統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果在Excel表中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和編錄；對(duì)編錄后的結(jié)果，設(shè)置縱坐標(biāo)Y軸為鉆孔深度從地表向地下延伸，橫坐標(biāo)X軸為蝕變礦物的估算量，運(yùn)用相關(guān)統(tǒng)計(jì)制圖軟件進(jìn)行二維可視化表達(dá)，模擬整個(gè)鉆孔深度方向上蝕變礦物的空間分帶。

圖2所示為某鈾礦區(qū)鉆孔蝕變礦物定量估算編錄圖，經(jīng)驗(yàn)證，鉆孔巖芯蝕變礦物提取與估算結(jié)果與地質(zhì)人員巖芯編錄及定性認(rèn)識(shí)十分一致，且信息表達(dá)更為直觀、細(xì)致，更加有利于發(fā)現(xiàn)和總結(jié)規(guī)律。因此，本發(fā)明為深部找礦勘查提供了有力技術(shù)支撐，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。