FieldSpec3波谱仪在成矿带矿产资源遥感地质调查中的应用.doc

浅析波谱测试方法在成矿带 矿产资源遥感地质调查项目中的应用 ［摘要］本文以FieldSpec 3 Hi-Res便携式波谱仪在成矿带矿产资源遥感地质调查项目中的应用为实例，介绍FieldSpec的性能、特点、工作方法，并重点探讨了“波谱特征分析”和“波谱库建立”等技术手段，让便携式波谱仪使用者能对光谱矿物测量技术在地质中的应用有更深入的了解，从而有助于便携式波谱仪和光谱矿物测量技术在地质勘查和矿产勘探中普及。 ［关键词］FieldSpec 3 Hi-Res，波谱特征，波谱库 美国ASD公司设计制造的FieldSpec系列波谱仪在中国的遥感应用已经相对普及。应用范围已经扩展到包括精准农业、林业、海洋与内陆水体、冰雪、环境污染监控、气象、地质与矿产、地面定标、教学等等领域。 本文主要浅析波谱仪在成矿带矿产资源遥感地质调查项目的应用，内容主要涉及波谱仪的仪器特点、工作流程（测量方法、工作规范、数据处理）、波谱特征分析及波谱库的建立。笔者集波谱仪应用研究文献资料并结合自身应用的一些经验，把它汇聚成文介绍给有需要的地质工作者，也可以对便携式波谱仪使用者提供简单的参考。 1 仪器简介 图1 FieldSpec 3 Hi-Res便携式波谱仪 1.1 仪器技术参数 FieldSpec采用三个光谱仪构成的全光谱光谱仪，相关仪器参数如下： 光谱范围：350-2500nm，350-1050nm 最快采集速度：100ms，17ms 光谱分辨率：3nm，350-1000nm 10nm1000-2500nm 8.5nm1000-1900nm(Hi-Res) 6.5nm1700-2500nm(Hi-Res) 采样间隔：1.4nm@350-1000nm，2nm@1000-2500nm 数据间隔：1nm 等效辐射噪声NE?L 波长精度：+/-1nm 波长重复性：+/-0.02nm 重复性：优于0.3% 杂散光：优于0.02%@350-1000nm，优于0.1%@1000-2500nm 灵敏度调整：全自动 1.2 仪器原理 FieldSpec3 Hi-Res采用三个光谱仪构成的全光谱光谱仪，是根据短波红外（SWIR）光谱矿物测量技术制造和生产的，短波红外（SWIR）光谱矿物测量技术是近年来发展起来并逐步成熟的一种应用于矿物测量的遥感技术，它由高光谱分辨率遥感技术发展而来。短波红外光谱矿物测量技术采用的波长范围为1300～2500nm。在这范围内，许多矿物的分子键均会发生弯曲和拉伸，观察到的吸收特征是矿物中分子键在短波红外区域内的基频振动的倍频和合频信息的体现。一般来讲，短波红外光谱对羟基、水、碳酸盐以及Al-OH、Mg-OH 和Fe-OH 等分子键非常敏感，代表矿物有层状硅酸盐（粘土、绿泥石和蛇纹状矿物）、羟基化硅酸盐（绿帘石和闪石）、硫酸盐（明矾石、黄钾铁矾和石膏）及碳酸盐。 具体而言，FieldSpec通过对物体的照射来获得物体的诊断性光谱，然后对光谱波长位置、深度和宽度进行测量分析，就可以获取识变矿物种属、组分和主要金属元素比值等方面的信息，然后通过计算机软件的运算和拟和以及与标准参考库的对比，识别出含量最多、匹配最好的三种矿物，从而达到识别矿物的目的。 2 工作流程 测量工作包括野外样品的采集、测量和数据处理3个密切相关的环节 2.1 样品采集 FieldSpec测量可以采用多种多样的介质，根据研究工作的需要采集岩石（矿物）块样、岩心样或粉末样品。采样原则是，以一定间距（一般5m间距，在蚀变较强地区可加密至1～2m进行）取样。另一个原则是，根据所在研究区具体地质情况，尽量使所采样品具有代表性，多选取蚀变强烈的样品，避开石英、长石等不能识别的矿物。采集的样品时注意避免不同的样品之间混合污染。以本项目为例，主要采集区域内具有代表性且蚀变较强烈的岩石或矿物作为波谱测试样品。 2.2 测量 在测试过程中，每个样品测试新鲜面和风化面，如测面上矿物变化大，则进行多点测量。采样点采用GPS定位，采集坐标数据，拍摄野外照片。要求测量的每个典型岩石样品都要进行岩矿鉴定。 对一块样品，一般测试2组个数据，分别选取新鲜面和风化蚀变面进行测试，以使结果具有较好的代表性。对于岩心或者探褿等样品，在存储数据时尽量记录样品的坐标，这对以后的研究将有不小的帮助。波谱测量项目主要有反射率测量、辐射亮度测量以及辐射照度，本项目对反射率测量应用最多，下面以反射率测量为例，简单介绍一下测量步骤： a镜头对准白板，点击OPT优化（注意：白板必须充满镜头视场。工作过程中特别是开始工作的前半个小时内每隔一定时间做一次优化，并且每隔三五分钟采集一次暗电流）。 b镜头仍然对准白板，点击WR采集参比光谱。此时，软件自动进入反射率测量状态。 c 镜头移向被测目标，按空