基于近场高光谱遥感的火成岩-灰岩边界矿物与岩性过渡带探测：资源评估新视角

本研究针对传统地质调查难以识别的火成岩侵入-灰岩接触带复杂岩性过渡问题，创新性结合短波红外高光谱成像（SWIR）、3D卷积神经网络（3D-CNNs）和光谱归一化技术，首次实现米级精度的热液蚀变（Al-OH/CO32–）、白云石化（Mg-OH）等矿物相变的空间制图，揭示侵入作用使石灰岩经济价值降低80%，为矿产资源评估提供革命性技术方案。

　　

在矿产资源开发领域，火成岩侵入碳酸盐岩形成的复杂过渡带一直是地质调查的难点。传统野外勘察不仅难以接近陡峭的采石场立面，更无法捕捉毫米级矿物成分渐变（如方解石向白云石的转化）。这种岩性过渡往往伴随热液蚀变（hydrothermal alteration）和接触变质作用（contact metamorphism），会显著降低石灰岩的工业价值——据Kjolle（2000）研究，侵入作用可使碳酸盐岩资源价值损失高达80%。然而，现有遥感技术多聚焦单一岩性识别，对侵入边界渐变带的空间分布规律缺乏系统解析。

针对这一挑战，韩国国立首尔大学Jaehyung Yu团队在《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》发表创新研究。该团队选择韩国江原道奥基（Okgye）石灰岩采矿场为研究对象，该区域发育下古生界Pungchon组灰岩与中酸性岩脉的侵入接触带。研究人员采用"岩相学-地球化学-光谱学"多尺度分析框架，结合地面短波红外高光谱成像系统（Specim SWIR），开发了融合随机森林（RF）特征选择与3D-CNNs的智能解译算法。关键技术包括：通过便携式X射线荧光光谱（pXRF）获取26个地面控制点（GCP）的CaO-MgO-SiO₂成分数据；利用ASD Labspec 5100光谱仪建立方解石（2340 nm）、白云石（2320 nm）和绢云母（2203 nm）的诊断性吸收特征库；创新性采用波段比值法（如B2369/B2313）消除地形阴影干扰；构建包含7×7像素三维卷积核的深度学习模型提取空间-光谱联合特征。

3.1 显微观察
薄片分析揭示岩脉从闪长岩→花岗闪长岩→二长花岗岩的演化序列，其中花岗闪长岩含50-60%斜长石+20%石英+15%绢云母（sericite），显示强烈热液蚀变。灰岩接触带发育粗晶大理岩，证实接触变质作用；而远离岩脉区域普遍存在白云石（90-100%）和石英交代结构，指示区域性白云石化（dolomitization）。

3.2 化学分析
XRF数据量化了蚀变程度：纯灰岩CaO>47.6%，白云岩CaO 28-32%且MgO 18-22%。岩脉SiO₂含量呈连续变化（闪长岩54.49%→二长花岗岩72.34%），含方解石岩脉的CaO达4.88%，证实岩浆流体与围岩的化学交换。

3.4 高光谱成像
SWIR光谱特征明确区分四类岩性：未蚀变岩脉显示2203 nm Al-OH吸收（斜长石特征）；蚀变岩脉新增2340 nm CO₃^2–吸收；白云岩具2320 nm Mg-OH位移特征。波段比值归一化使阴影区分类准确率提升至p>0.9。

3.5 岩性制图
3D-CNNs模型以97.5%总体精度优于RF（93.7%），清晰呈现三大地质过程：①岩脉边缘500米范围内发育大理岩带（接触变质）；②全矿区50%面积被白云岩覆盖（热液蚀变）；③仅15%区域保留高纯度灰岩。经济评估显示，当前岩体商业价值仅为原始灰岩储量的20%。

这项研究开创性地将毫米级矿物光谱特征与米级空间分布相关联，解决了传统地质填图无法捕捉渐变边界的难题。提出的"波段比值-3D-CNNs"框架可推广至斑岩铜矿蚀变分带（phyllic-argillic zones）识别等场景，为矿产资源动态评估设立新标准。尤其值得注意的是，该方法在无人机（UAV）平台的应用潜力，未来或可实现露天矿区岩性变化的实时监测，推动地质调查进入智能遥感新时代。