高光譜成像用于鉀鹽開采

   鉀鹽是一種主要作為 (KCl) 來源開采的礦物，通過地下開采或溶液開采提取。提取的鉀鹽通常被粉碎和加工以去除雜質(zhì)，

從而增加 KCl 的濃度。該產(chǎn)品用作肥料、生產(chǎn)玻璃和制造碳酸鉀等化學(xué)品和其他化合物。它還用于食品工業(yè)中作為鹽替代品和牲畜飼料補(bǔ)充劑。

光鹵石是一種水合鉀鎂氯化物礦物，會(huì)影響鉀鹽的開采，并在礦石的開采和加工過程中帶來操作挑戰(zhàn)。

鉀鹽和光鹵石礦床通常與其他蒸發(fā)巖礦物（如巖鹽、硬石膏或石膏）共生

 近紅外 (VNIR) 和短波紅外 (SWIR) 光譜范圍進(jìn)行掃描。在 VNIR 和 SWIR 中分別產(chǎn)生 0.16 毫米和 0.77 毫米的像素。相機(jī)并排安裝的掃描設(shè)置。使用參考灰色面板將數(shù)據(jù)校正為絕對(duì)反射率。

鉀鹽巖是主要的 KCl 來源。在此，鉀鹽礦物與巖鹽和光鹵石緊密共存。在 113 個(gè)樣品中，83 個(gè)代表鉀鹽-巖鹽類別（鉀鹽），而 17 個(gè)代表巖鹽，

13 個(gè)代表光鹵石-巖鹽巖性。樣品不是單一礦物，樣品的巖性標(biāo)簽由現(xiàn)場(chǎng)操作員提供，包括確定的 KCl、MgCl2 和 Ca2+ 等級(jí)。

在 113 個(gè)樣本中，KCl% 品位相差 0.0% - 97.8%，中位品位為 36.5%。報(bào)告的礦山平均品位 26% KCl 并未體現(xiàn)在提供的樣本集中，

而是引入了廣泛的變化范圍，以涵蓋較小樣本中可能預(yù)期的 KCl 品位的全部范圍。鉀鹽-巖鹽巖性是 KCl 的主要來源，

光鹵石-巖鹽代表 KCl 含量的中值，MgCl2 含量高達(dá) 33%。

由于 KCl 與鉀鹽有關(guān)，因此建立了分類模型來定義鉀鹽-巖鹽巖性所占的區(qū)域。

鉀鹽-巖鹽的光譜與光鹵石-巖鹽和巖鹽巖性相比顯示出足夠但微妙的光譜差異。

                                                                       頂部：VNIR，底部：三種主要巖性的 SWIR 光譜圖

為了實(shí)現(xiàn)巖性分類，我們訓(xùn)練了一個(gè) PLS-DA 模型。由于樣本明顯具有異質(zhì)性，因此基于全樣本平均光譜訓(xùn)練分類模型。

在 113 個(gè)樣本中，91 個(gè)用于訓(xùn)練，22 個(gè)用于測(cè)試。SWIR 分類顯示出良好的分類結(jié)果，其中 87% 的訓(xùn)練集可以正確分類，

85% 的測(cè)試集可以正確分類。逐像素分類顯示了樣本的異質(zhì)性，即通過將可見區(qū)域中的“巖鹽"分類為樣本中的“白灰色"

                               左：VNIR，真彩色 RGB：中和右：基于代表鉀鹽-巖鹽的樣本的 SWIR 分析。

                                  中：基于 SWIR 的巖性分類。黑色像素表示未分類的像素；

                                  右：基于 SWIR 的每個(gè)像素的 KCI% 含量預(yù)測(cè)。

為了進(jìn)行半定量分析，我們根據(jù)提供的地球化學(xué)數(shù)據(jù)訓(xùn)練了一個(gè) PLS 模型。

發(fā)現(xiàn)當(dāng)分別根據(jù)每個(gè)參數(shù)（MgCl2、KCl 和 Ca2+）和每個(gè)巖性訓(xùn)練不同的單變量模型時(shí)，可以取得最佳效果。

上圖顯示了基于一個(gè)樣本的 SWIR 數(shù)據(jù)的 KCl 預(yù)測(cè)。

這項(xiàng)可行性研究展示了使用高光譜相機(jī)對(duì)不同巖性進(jìn)行光譜建模以及對(duì)礦物的出現(xiàn)和空間分布范圍進(jìn)行分類的能力。

在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步開發(fā)在線或離線分類模型，并實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)分類。