地質(zhì)礦產(chǎn)勘探遙感找礦技術(shù)

時(shí)間:2022-04-25 02:36:00

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地質(zhì)礦產(chǎn)勘探遙感找礦技術(shù)

1遙感技術(shù)的找礦應(yīng)用

1.1直接應(yīng)用——遙感蝕變信息的提取

巖漿熱液或汽水熱液使圍巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和成分發(fā)生改變的地質(zhì)作用稱(chēng)為圍巖蝕變。圍巖蝕變是成礦作用的產(chǎn)物,圍巖蝕變的種類(lèi)(組合)與圍巖成分、礦床類(lèi)型有一定的內(nèi)在聯(lián)系,圍巖蝕變的范圍往往大于礦化的范圍,而且不同的蝕變類(lèi)型與金屬礦化在空間分布上常具規(guī)律可循,因此,圍巖蝕變可作為有效的找礦標(biāo)志。

1.1.1蝕變遙感異常找礦標(biāo)志

圍巖蝕變是熱液與原巖相互作用的產(chǎn)物。常見(jiàn)的蝕變有硅化、絹云母化、綠泥石化、云英巖化、夕卡巖化等。

1.1.2信息提取的實(shí)現(xiàn)

與地物發(fā)生反射、透射等作用的電磁波是地物信息的載體,地物的光譜特性與其內(nèi)在的物理化學(xué)特性緊密相關(guān),物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的差異造成物質(zhì)內(nèi)部對(duì)不同波長(zhǎng)光子的選擇性吸收和反射。具有穩(wěn)定化學(xué)組分和物理結(jié)構(gòu)的巖石礦物具有穩(wěn)定的本征光譜吸收特征,光譜特征的產(chǎn)生主要是由組成物質(zhì)的內(nèi)部離子、基團(tuán)的晶體場(chǎng)效應(yīng)或基團(tuán)的振動(dòng)效果引起的。各種礦物都有自己獨(dú)特的電磁輻射,利用波譜儀對(duì)野外采樣進(jìn)行光譜曲線測(cè)量,根據(jù)實(shí)測(cè)光譜與參考資料庫(kù)中的參考光譜進(jìn)行對(duì)比,可以確定出樣品的吸收谷,識(shí)別出礦物組合。根據(jù)曲線的吸收特征,選擇合適的圖像波段進(jìn)行信息提取。根據(jù)量子力學(xué)分子群理論,物質(zhì)的光譜特征為各組成分子光譜特征的簡(jiǎn)單疊加。傳感器在空中接收地表物質(zhì)的光譜特性,根據(jù)量子力學(xué)分子群理論,物質(zhì)的光譜特征為各組成分子光譜特征的簡(jiǎn)單疊加。傳感器在空中接收地表物質(zhì)的光譜特性,因?yàn)樘綔y(cè)范圍內(nèi)有干擾介質(zhì)存在(白云、大氣、水體、陰影、植被、土壤等),因此,在進(jìn)行蝕變礦物信息提取時(shí),根據(jù)干擾物質(zhì)的光譜曲線出發(fā),進(jìn)行預(yù)處理消除干擾。主要造巖礦物成分(0,si,A1,Mg)的振動(dòng)基頻在可見(jiàn)——近紅外區(qū)不產(chǎn)生診斷性吸收谷的譜帶。不同類(lèi)型的礦物蝕變會(huì)引起Fe,F(xiàn)e,OH一,中某一類(lèi)的變化,F(xiàn)e2+,F(xiàn)e3+,OH一,CO:在可見(jiàn)一近紅外區(qū)可產(chǎn)生巖石譜帶中的不同吸收谷組合,例如,在0.4~1.3um范圍內(nèi)的光譜特性是因?yàn)榈V物晶格結(jié)構(gòu)中的Fe,cu等過(guò)渡性金屬元素的電子躍遷引起的;1.3~2.5的光譜特性是由礦物組成中的CO:,OH口HO引起的。根據(jù)吸收谷所處的波長(zhǎng)位置、深度、寬度、對(duì)稱(chēng)性等特征進(jìn)行處理,提取相應(yīng)的蝕變遙感異常(遙感異常)。現(xiàn)在應(yīng)用的數(shù)據(jù)有多光譜TM,ETM+,ASTER數(shù)據(jù)以及少量的高光譜與微波遙感數(shù)據(jù)等。蝕變遙感信息在整景圖像上信息占有份額低,但局部地區(qū)的信息并不微弱,因此即使是微弱的蝕變異常也可以被檢測(cè)出,試驗(yàn)證明,遙感信息檢測(cè)的蝕變檢出下限優(yōu)于1/20000。目前遙感找礦蝕變異常信息的提取有多種方法,例如波段比值法、主成分分析法、光譜角識(shí)別法和MPH技術(shù)(MaskPCAandHIS)、混合象元分解等。“ETM+圖像數(shù)據(jù)的綜合遙感找礦蝕變異常信息的提取”、“ETM+(TM)蝕變遙感異常提取方法技術(shù)”都取得了一定的成果。在蝕變遙感信息提取和應(yīng)用研究中,形成了~套獨(dú)特的技術(shù),即“去干擾異常主分量門(mén)限化技術(shù)”,包括:①預(yù)處理:校正及去干擾,校正包括系統(tǒng)輻射校正、幾何校正、大氣粗略校正;干擾包括云、植被、陰影、水、雪等的去除。②信息提取:以整景的TM(ETM+)圖像遙感異常信息的提取為主,其方法以PCA主分量分析為主,比值法為輔,同時(shí)用光譜角分析法對(duì)所獲得的主分量異常進(jìn)行篩選,然后進(jìn)行門(mén)限化分級(jí)處理,以獲得分級(jí)異常圖。由于涉及到的礦床類(lèi)型、規(guī)模、控礦要素、蝕變類(lèi)型以及礦產(chǎn)勘查程度不同,僅靠單一的處理方法不利于異常信息的提取,因此需要多種方法的有效組合,一種方法為主其他方法為輔這些遙感信息提取技術(shù)在資源勘探過(guò)程中發(fā)揮了很大的作用,目前,利用圍巖蝕變找礦已經(jīng)取得了很好的效果。

1.2遙感技術(shù)間接找礦的應(yīng)用

1.2.1地質(zhì)構(gòu)造信.息的提取

內(nèi)生礦產(chǎn)在空間上常產(chǎn)于各類(lèi)地質(zhì)構(gòu)造的邊緣部位及變異部位,重要的礦產(chǎn)主要分布于扳塊構(gòu)造不同塊體的結(jié)合部或者近邊界地帶,在時(shí)間上一般與地質(zhì)構(gòu)造事件相伴而生,礦床多成帶分布,成礦帶的規(guī)模和地質(zhì)構(gòu)造變異大致相同。遙感找礦的地質(zhì)標(biāo)志主要反映在空間信息上。從與區(qū)域成礦相關(guān)的線狀影像中提取信息(主要包括斷裂、芍理、推覆體等類(lèi)型),從中酸性巖體、火山盆地、火山機(jī)構(gòu)及深亨巖漿、熱液活動(dòng)相關(guān)的環(huán)狀影像提取信息(包括與火山有關(guān)的盆地、構(gòu)造),從礦源層、賦礦巖層相關(guān)的帶狀影像提取信啟、(主要表現(xiàn)為巖層信息),從與控礦斷裂交切形成的塊狀影像及與感礦有關(guān)的色異常中提取信息(如與蝕變、接觸帶有關(guān)的色環(huán)、色帶、色塊等)。當(dāng)斷裂是主要控礦構(gòu)造時(shí),對(duì)斷裂構(gòu)造遙感信息進(jìn)行重點(diǎn)提取會(huì)取得一定的成效。遙感系統(tǒng)在成像過(guò)程中可能產(chǎn)生“模糊作用”,常使用戶感興趣的線性形跡、紋理等信息顯示得不清晰、不易識(shí)別。人們通過(guò)目視解譯和人機(jī)交互式方法,對(duì)遙感影像進(jìn)行處理,如邊緣增強(qiáng)、灰度拉伸、方向?yàn)V波、比值分析、卷積運(yùn)算等,可以將這些構(gòu)造信息明顯地突現(xiàn)出來(lái)。除此之外,遙感還可通過(guò)地表巖性、構(gòu)造、地貌、水系分布、植被分布等特征來(lái)提取隱伏的構(gòu)造信息,如褶皺、斷裂等。提取線性信息的主要技術(shù)是邊緣增強(qiáng)。

1.2.2植被波譜特征的找礦意義

在微生物以及地下水的參與下,礦區(qū)的某些金屬元素或礦物引起上方地層的結(jié)構(gòu)變化,進(jìn)而使土壤層的成分產(chǎn)生變化,地表的植物對(duì)金屬具有不同程度的吸收和聚集作用,影響植葉體內(nèi)葉綠素、含水量等的變化,導(dǎo)致植被的反射光譜特征有不同程度的差異。礦區(qū)的生物地球化學(xué)特征為在植被地區(qū)的遙感找礦提供了可能,可以通過(guò)提取遙感資料中由生物地球化學(xué)效應(yīng)引起的植被光譜異常信息來(lái)指導(dǎo)植被密集覆蓋區(qū)的礦產(chǎn)勘查,較為成功的是某金礦的遙感找礦、東南地區(qū)金礦遙感信息提取。不同植被以及同種植被的不同器官問(wèn)金屬含量的變化很大,因此需要在已知礦區(qū)采集不同植被樣品進(jìn)行光譜特征測(cè)試,統(tǒng)計(jì)對(duì)金屬最具吸收聚集作用的植被,把這種植被作為礦產(chǎn)勘探的特征植被,其他的植被作為輔助植被。遙感圖像處理通常采用一些特殊的光譜特征增強(qiáng)處理技術(shù),采用主成分分析、穗帽變換、監(jiān)督分類(lèi)(非監(jiān)督分類(lèi))等方法。植被的反射光譜異常信息在遙感圖像上呈現(xiàn)特殊的異常色調(diào),通過(guò)圖像處理,這些微弱的異常可以有效地被分離和提取出來(lái),在遙感圖像上可用直觀的色調(diào)表現(xiàn)出來(lái),以這種色調(diào)的異同為依據(jù)來(lái)推測(cè)未知的找礦靶區(qū)。植被內(nèi)某種金屬成分的含量微小,因此金屬含量變化的檢測(cè)受到譜測(cè)試技術(shù)靈敏度的限制,當(dāng)金屬含量變化微弱時(shí),現(xiàn)有的技術(shù)條件難以檢測(cè)出,檢測(cè)下限的定量化還需進(jìn)一步試驗(yàn)。理論上講,高光譜提取植被波譜的性能要優(yōu)于多光譜很多倍,例如對(duì)某一農(nóng)業(yè)區(qū)進(jìn)行管理,根據(jù)每一塊地的波譜空間信息可以做出灌溉、施肥、噴灑農(nóng)藥等決策,當(dāng)某農(nóng)作物干枯時(shí),多光譜只能知道農(nóng)作物受到損害,而高光譜可以推斷出造成損害的原因,是因?yàn)橥恋馗珊颠€是遭受病蟲(chóng)害。因此利用高光譜數(shù)據(jù)更有希望提取出對(duì)找礦有指示意義的植被波譜特征。

1.2.3礦床改造信息標(biāo)志

礦床形成以后,由于所在環(huán)境、空間位置的變化會(huì)引起礦床某些性狀的改變。利用不同時(shí)相遙感圖像的宏觀對(duì)比,可以研究礦床的剝蝕改造作用;結(jié)合礦床成礦深度的研究,可以對(duì)類(lèi)礦床的產(chǎn)出部位進(jìn)行判斷。通過(guò)研究區(qū)域夷平面與礦床位置的關(guān)系,可以找尋不同礦床在不同夷平面的產(chǎn)出關(guān)系及分布規(guī)律,建立夷平面的找礦標(biāo)志。另外,遙感圖像還可進(jìn)行巖性類(lèi)型的區(qū)分應(yīng)用于地質(zhì)填圖,是區(qū)域地質(zhì)填圖的理想技術(shù)之一,有利于在區(qū)域范圍內(nèi)迅速圈定找礦靶區(qū)。

2遙感找礦的發(fā)展前景

2.1高光譜數(shù)據(jù)及微波遙感的應(yīng)用

高光譜是集探測(cè)器技術(shù)、精密光學(xué)機(jī)械、微弱信號(hào)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)。它利用成像光譜儀以納米級(jí)的光譜分辨率,成像的同時(shí)記錄下成百條的光譜通道數(shù)據(jù),從每個(gè)像元上均可以提取一條連續(xù)的光譜曲線,實(shí)現(xiàn)了地物空間信息、輻射信息、光譜信息的同步獲取,因而具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。成像光譜儀獲得的數(shù)據(jù)具有波段多,光譜分辨率高、波段相關(guān)性高、數(shù)據(jù)冗余大、空問(wèn)分辨率高等特點(diǎn)。高光譜圖像的光譜信息層次豐富,不同的波段具有不同的信息變化量,通過(guò)建立巖石光譜的信息模型,可反演某些指示礦物的豐度。充分利用高光譜的窄波段、高光譜分辨率的優(yōu)勢(shì),結(jié)合遙感專(zhuān)題圖件以及利用豐富的紋理信息,加強(qiáng)高光譜數(shù)據(jù)的處理應(yīng)用能力。微波遙感的成像原理不同于光學(xué)遙感,是利用紅外光束投射到物體表面,由天線接收端接收目標(biāo)返回的微弱回波并產(chǎn)生可監(jiān)測(cè)的電壓信號(hào),由此可以判定物體表面的物理結(jié)構(gòu)等特征。微波遙感具有全天時(shí)、全天候、穿透性強(qiáng)、波段范圍大等特點(diǎn),因此對(duì)提取構(gòu)造信息有一定的優(yōu)越性,同時(shí)也可以區(qū)分物理結(jié)構(gòu)不同的地表物體,因?yàn)榇┩感詮?qiáng),對(duì)覆蓋地區(qū)的信息提取也有效。微波遙感技術(shù)因其自身的特點(diǎn)而具有很大的應(yīng)用潛力,但微波遙感在天線、極化方式、斑噪消除、幾何校正及輻射校正等關(guān)鍵技術(shù)都有待于深入研究,否則勢(shì)必影響微波遙感的發(fā)展。

2.2數(shù)據(jù)的融合

隨著遙感技術(shù)的微波、多光譜、高光譜等大量功能各異的傳感器不斷問(wèn)世,它們以不同的空間尺度、時(shí)間周期、光譜范圍等多方面反映地物目標(biāo)的各種特性,構(gòu)成同一地區(qū)的多源數(shù)據(jù),相對(duì)于單源數(shù)據(jù)而言,多源數(shù)據(jù)既存在互補(bǔ)性,又存在冗余性。任何單源信息只能反映地物目標(biāo)的某一方面或幾個(gè)方面的特征,為了更準(zhǔn)確地識(shí)別目標(biāo),必須從多源數(shù)據(jù)中提取比單源數(shù)據(jù)更豐富、有用的信息。多源數(shù)據(jù)的綜合分析、互相補(bǔ)充促使數(shù)據(jù)融合技術(shù)的不斷發(fā)展。通過(guò)數(shù)據(jù)融合,一方面可以去除無(wú)用信息,減少數(shù)據(jù)處理量,另一方面將有用的信息集中起來(lái),便于各種信息特征的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。數(shù)據(jù)的融合包括遙感數(shù)據(jù)間的融合、遙感數(shù)捱與非遙感數(shù)據(jù)的融合。融合技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法有多種,簡(jiǎn)單易行的是對(duì)幾何配準(zhǔn)后的像元逐點(diǎn)進(jìn)行四則運(yùn)算或HIS變換,還有一些方法是對(duì)多源數(shù)據(jù)先進(jìn)行預(yù)處理(特征提取、判別分析)后再進(jìn)行信息融合,主要的方法有代數(shù)運(yùn)算融合、小波變換融合等。蝕變礦物特征光譜曲線的吸收谷位于多光譜數(shù)據(jù)的波段位置,因此可以識(shí)別蝕變礦物,但是波段較寬,只對(duì)蝕變礦物的種屬進(jìn)行分類(lèi)。與可見(jiàn)一紅外波段的電磁波相比,雷達(dá)波對(duì)地面的某些物體具有強(qiáng)的穿透能力,能夠很好地反映線性、環(huán)性溝造。雷達(dá)圖像成像系統(tǒng)向多波段、多極化、多模式發(fā)展,獲取地表信息的能力越來(lái)越強(qiáng)。總的來(lái)說(shuō),多光譜、高光譜數(shù)據(jù)的光譜由線特征具有區(qū)分識(shí)別巖石礦物的效果,所以對(duì)光學(xué)圖像與雷達(dá)圖像進(jìn)行融合處理,既能提高圖像的分辨率、增強(qiáng)紋理的識(shí)別能力,又能有效地識(shí)別礦物類(lèi)型。盡管融合技術(shù)的研究取得了一些可喜的進(jìn)展,但未形成成熟的理論、模型及算法,缺乏對(duì)融合結(jié)果的有效評(píng)價(jià)手段。在以后的研究中,應(yīng)該深入分析各種圖像的成像機(jī)理及數(shù)據(jù)間的相關(guān)性、互補(bǔ)性、冗余性等,解決多源數(shù)據(jù)的輻射精校正問(wèn)題,發(fā)展空間配準(zhǔn)技術(shù)。

2.33S的結(jié)合

3s是遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)及全球定位系統(tǒng)(GPS)的簡(jiǎn)稱(chēng)。利用GPS能迅速定位,確定點(diǎn)的位置坐標(biāo)并科學(xué)地管理空間點(diǎn)坐標(biāo)。海量的遙感數(shù)據(jù)需龐大的空間,因此要有強(qiáng)大的管理系統(tǒng),隨著當(dāng)今人力資源價(jià)格的升高,在區(qū)域范圍內(nèi)找礦時(shí),遙感表現(xiàn)出最小投入獲得最大回報(bào)的優(yōu)勢(shì),那么RS與GIS的結(jié)合也勢(shì)在必行,因?yàn)镚IS更有利于區(qū)域范圍的影像管理及瀏覽。隨著3S技術(shù)發(fā)展,遙感數(shù)據(jù)的可解譯程度與解譯速度得到進(jìn)一步提高,目前,地質(zhì)工作者嘗試將3S與VS(可視化系統(tǒng))、CS(衛(wèi)星通訊系統(tǒng))等技術(shù)綜合應(yīng)用,取得了較好的效果。

2.4圖像接收、處理及信息提取技術(shù)的發(fā)展完善

由傳感器接收的地物光譜信息傳到地面接收站,在計(jì)算機(jī)操作平臺(tái)上進(jìn)行圖像的處理以及遙感信息提取。隨著傳感器的發(fā)展、數(shù)據(jù)量的增大,從海量的遙感數(shù)據(jù)中提取有用的、相對(duì)微量的找礦信息不是一件容易的事,傳感器的發(fā)展是信息提取的前提,圖像處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)是信息提取的關(guān)鍵。為了提取更客觀有效的找礦信息,需要進(jìn)行以下幾方面的工作:

(1)進(jìn)一步發(fā)展高分辨率傳感器,以便接收更微弱、細(xì)小的地質(zhì)信息;

(2)加強(qiáng)信息提取方法的研究解決計(jì)算機(jī)處理的技術(shù)問(wèn)題,例如補(bǔ)償信號(hào)在傳感器的誤差、校正輻射、地形起伏等引起的圖像失真等;

(3)在選擇參與信息提取的波段時(shí),深入波段選取依據(jù)的理論研究,例如進(jìn)行巖石樣品的光譜測(cè)試,礦物識(shí)別與分析是遙感地質(zhì)信息提取的核心,所以需要確定不同類(lèi)型的礦物在各波段的吸收性。同樣在利用植物地化找礦時(shí)需配套精密的物質(zhì)成分分析儀器及技術(shù)等;

(4)遙感圖像處理海量數(shù)據(jù),經(jīng)處理后的一景圖數(shù)據(jù)量很大,為保障數(shù)據(jù)處理速度,需要強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)(硬件與軟件)支撐,:圖像處理中要將算法轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的可識(shí)別語(yǔ)句,需要計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的發(fā)展。發(fā)展有利于提高遙感圖像的信噪比、優(yōu)化信息提叉的軟件平臺(tái),實(shí)現(xiàn)不同格式圖像問(wèn)的兼容性。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,遙感技術(shù)作為礦產(chǎn)勘查的一種手段應(yīng)用于找礦,取得了一定成就。遙感技術(shù)的直接應(yīng)用是蝕變遙感信息的提取,遙感技術(shù)的間接應(yīng)用包括地質(zhì)構(gòu)造信息、植被的光譜特征及礦床改造信息等方面。遙感找礦具有很大的發(fā)展前景的領(lǐng)域主要有:高光譜數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、3s的緊密結(jié)合、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用包括直接應(yīng)用和間接應(yīng)用:直接應(yīng)用是指遙感蝕變信息的提取,間接應(yīng)用則包括地質(zhì)構(gòu)造信息、植被的光譜特征及礦床改造信息等方面。