1. 引言
高光谱的光谱识别是区分高光谱和多光谱的主要标准，也是高光谱的优势。 目前，高光谱岩石和矿物蚀变信息的识别和提取方法主要基于光谱波形参数、光谱相似度度和混合光谱模型。 当存在大量已知物体光谱时，这些方法具有很强的适应性，图像物体识别更有用。 然而，明显的不足是由于实际地面物体的光谱变化，受观测角度和所获取数据粒径的影响，光谱变化困难，导致岩石和矿物的识别和分析混乱和错误。
2.矿物光谱特征
在目前光学遥感摄影常用的光谱范围内（04~2.5 m以内），岩石和矿物标准类型的光谱特征与碳酸盐、水、羟基和铁离子等阴离子基团或某些阳离子有关。矿物吸收特性的差异主要取决于矿物晶体的理化性质，即阴离子和阳离子的化合价、阳离子的数量、主要阳离子的质量、键的共价度、阴离子和阳离子之间的距离、晶体对称性的差异。 这些特征吸收是指矿物独特且相对稳定的吸收带。 这些波段在不同的矿物中具有更稳定的波长位置，并且具有更稳定和独特的波形，表明存在某种矿物。 一般来说，阳离子（如Fe2+、Fe3+和Mn3+）由于电子跃迁在可见光区域或近红外线具有特征光谱带，而阴离子基团（如CO32-、H2O-、OH-和金属-OH基团）由于弯曲振动在短波红外线中产生倍频和组合频率光。
2.1 矿物光谱特征
1）MN离子：主要分析了锰矿、硬锰、菱锰矿、锰铝榴石和锰橄榄石中MN的光谱特性。Mn2+是典型的D5电子结构，其能带主要由电子跃迁产生。 在可见区域（图1），锰的特征条带主要是045 m 与 055 m 和 036~0.41 m 处的吸收特性 3 附近，或 0 处4~0.在6米区域产生陡峭的半吸收特征。 
图1：含锰矿物的光谱
右边的图像是左边图像的部分放大
2）铁离子：在矿物的组成中，铁是一种非常重要的元素。根据晶场理论，Fe2+的基态D是四面体场中较高的五元能级（eg）和较低的五元能级T2g。 由于只有一个自旋允许过渡，因此在 10~1.在 1 m 左右产生一个常见的强频带和宽带; Fe3+具有对称的基态s，在任何晶场中都不是**，并且禁止自旋4g态向更高能级的跃迁，因此光谱相对较弱，但在06~0.在9 m之间产生了强吸收带。 对于不同类型的铁化合物，由于分子结构、晶体结构和透明度的差异，其特征光谱差异很大。 图2显示了一些含铁矿物的光谱曲线。
从光谱曲线可以看出，硅酸铁矿物的特征带位于09 m，在 0 处对称分布8~1.0 m 光谱区域。 铁的氢氧化物特征带位于 1在 0 m 左右，它在 0 处不对称地扩散7~1.40 米。 铁的碳酸盐矿物吸收带宽而直，在08~1.5 米。 但是，由于矿物颜色的影响，氧化铁和硫化物属于不透明的矿物系列，并且存在光谱吸收极限，光谱特征被掩盖，轻微的氧化或改变可能会使铁的某些特征光谱可见。
图2：铁化合物的光谱下图的纵坐标被移位，以便可以清楚地显示不同铁化合物的光谱特征
左：氧化铝和氢氧化物; 右图：AL的硅酸盐矿物
3）铝离子（Al3+）矿物的光谱：铝离子可以在大多数矿物中找到，尤其是硅酸盐矿物。铝在硅酸盐矿物结构中起着双重作用。 首先，它是四阶配位，取代部分Si4+进入络合阴离子形成铝硅酸盐; 第二种是六阶配位，存在于硅氧主链之外，起一般阳离子作用，形成铝的硅酸盐; 或两者兼而有之。 图3显示了这些矿物的光谱曲线。
铝的氧化物光谱为14 m 左右的反射峰更强。 在铝的氢氧化物中，由于含有强al-o-h键的伸缩振动的结合或加倍效应，在14~1.在 6 m 之间产生一个尖锐的由主的435 米，小 1558 m组合物的“二元”吸收特性。 水透石是由于 Al3+ 填充了由 O2- 和 （OH）- 形成的 1 2 个八面体空隙，而 Al-O-H 键在 1 处较弱408 m 产生较弱的吸收特征。
图4：长石-绿帘石光谱
图5：高岭石-硅烷石光谱
铝硅酸盐矿物的特征光谱（图3,4,5）与[AlO4]不相关，与[AlSi3O8]不显著相关。 铝在硅酸盐中的光谱行为主要是由于铝阳离子的电子跃迁和al-OH基团的拉伸和收缩振动的频率组合和倍频，而特征吸收光谱则在短波红外光谱中产生。 随着Al-OH键强度的增强和数量的增加，硅酸盐矿物的特性突出了OH基团的尖锐和狭窄吸收特性。 由于不同晶体结构中Al-OH基团能级的差异，吸收带的形貌和位置以及次级吸收峰的形貌不同。 从下图3可以看出，钠长石的光谱特征并不明显; 白云母和高岭石都表现出更一致的一致性 142 米，带 215 m 特征吸收峰，但在 20~2.然而，5 m之间的吸收峰形貌存在较大差异，这是两者之间识别和区分的标志，是Al在晶体结构中占有率不同的外部光谱表现。
在低温下，[AlO4]四面体的体积略大于[SiO4]四面体的体积，因此很容易转变为第六配位形式。 例如，钙铝长石Ca[Al2Si2O8]转化为绿帘石Ca2（Al，Fe）3O（OH）[SiO4][Si2O7]，使A全部处于八面体配位状态，成为最稳定的形式。 绿帘石的光谱特征（图4）比长石更复杂，光谱形状与高岭石或白云母相同，但相对于后两者的特征带的位置在长波方向上移动。 这主要是由于绿帘石晶体在晶体中具有类Fe重合，这影响了晶体中Al的键力和键长，使能级**的大小或OH基团拉伸弯曲振动的方向发生变化。
在高温富铝环境中，[ALO4]可以从部分铝的第六坐标变为第四坐标。 例如，高岭石Al4[Si4O10]（OH）8在1000-1500°C下可以部分转化为石榴石Al[Alsio5]。 比较两者的光谱特性（图5）可以在2中看出2 m左右主要特性的吸收差异不大，主要区别在于高岭石中OH基团振动产生的吸收峰比硅酸盐更尖锐，次级吸收峰更明显。 一般来说，Al离子和硅铝四面体没有特征吸收，铝硅酸盐或含铝硅酸盐矿物的光谱特性更主要是Al-OH键振动的频率组合或倍频的结果，这将在金属-OH的光谱特性中进一步讨论。
2.2 阴离子光谱特性
1）金属-OH：由于阳离子和阳离子之间的共价键度引起的晶体对称性差异，阳离子和阳离子之间的距离导致金属-OH基团的光谱存在一定的差异。
图6 Mg-OH特征离子的光谱特性
图6显示了含有Mg-OH键的矿物的光谱。 这组矿物质在 2 中最为明显在30 m附近有较强的吸收特征峰。 阳起石强吸收带位于 2315 nm、黑云母 2335 nm、水镁石 2315 nm、叶蛇纹石 2325 nm、蛇纹石 2325 nm、七石 2305 nm、蛇纹石 2315 nm、金云母 2325 nm、滑石 2315 nm、透闪石 2315 nm。 2315 nm和2335 nm的吸收带是含Mg-OH矿物的特征，也是鉴定含Mg-OH键的矿物的重要指标。
图7 Al-OH特征离子谱图
图7重点介绍了含Al-OH键的矿物的光谱。 这类矿物质最显着的吸收特征由位于 2 中的数字决定20 m左右的吸收峰及其两侧的一些次级吸收峰构成了“二元结构”。 明矾石的特征吸收带位于2165 nm和2325 nm; 亚氯酸锂为2175nm和2365nm; 埃洛石在2205nm和2165nm; 2215nm和2355nm处的伊利石; 2205nm和2165nm的高岭石; 蒙脱石为2205nm和2215nm; 白云母 2195、2225nm 和 2355nm; 叶绿石2165nm和2315nm; 莴苣石 2195nm; 黄玉 2085nm 和 2155nm、2215nm。 可以看出，含有Al-OH键的矿物的鉴别光谱在2165 nm和2215 nm之间。
2）CO32-：在碳酸盐CO3络合阴离子中，C和O是共价键，键强，而CO3和金属阳离子以离子键为主。在 1在3 m之前，碳酸盐矿物的光谱特征主要由金属离子跃迁决定。 和 13 m 后，光谱特征由群振动产生，即 CO32 或某些水分子本身的倍频或合模振动（图 8）。 在近红外区域，碳酸盐通常表现出五个不同的特征带：255μm，2.35μm，2.16μm，2.0 m 和 19 m，第一和第一是更清晰的双波段，强度强于其他三个; 碳酸盐矿物最显著的识别特征是 23~2.它具有4 m之间的单一特征吸收，对称性左宽右窄，不同于其他矿物的光谱特征。 同时，该类中的绝大多数矿物还具有 21~2.2 m 和 2吸收约5 m的次级特征。 所含的阳离子不同，在 04~1.阳离子跃迁在2 m间隔内的光谱特征可用于识别不同类型的碳酸盐矿物。
图8 碳酸盐岩的光谱特征
右边的图片是左边图像的部分放大; 两个图的纵坐标均已偏移
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