地質(zhì)礦產(chǎn)勘探遙感找礦技術(shù)
時間：2022-04-25 02:36:00
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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(組合)與圍巖成分、礦床類型有一定的內(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志。
1．1．1蝕變遙感異常找礦標志
圍巖蝕變是熱液與原巖相互作用的產(chǎn)物。常見的蝕變有硅化、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)部對不同波長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、基團的晶體場效應(yīng)或基團的振動效果引起的。各種礦物都有自己獨特的電磁輻射，利用波譜儀對野外采樣進行光譜曲線測量，根據(jù)實測光譜與參考資料庫中的參考光譜進行對比，可以確定出樣品的吸收谷，識別出礦物組合。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單疊加。傳感器在空中接收地表物質(zhì)的光譜特性，因為探測范圍內(nèi)有干擾介質(zhì)存在(白云、大氣、水體、陰影、植被、土壤等)，因此，在進行蝕變礦物信息提取時，根據(jù)干擾物質(zhì)的光譜曲線出發(fā)，進行預(yù)處理消除干擾。主要造巖礦物成分(0，si，A1，Mg)的振動基頻在可見——近紅外區(qū)不產(chǎn)生診斷性吸收谷的譜帶。不同類型的礦物蝕變會引起Fe，F(xiàn)e，OH一，中某一類的變化，F(xiàn)e2+，F(xiàn)e3+，OH一，CO：在可見一近紅外區(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)的光譜特性是因為礦物晶格結(jié)構(gòu)中的Fe，cu等過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)吸收谷所處的波長位置、深度、寬度、對稱性等特征進行處理，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出，試驗證明，遙感信息檢測的蝕變檢出下限優(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～套獨特的技術(shù)，即“去干擾異常主分量門限化技術(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?。阂哉暗腡M(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，同時用光譜角分析法對所獲得的主分量異常進行篩選，然后進行門限化分級處理，以獲得分級異常圖。由于涉及到的礦床類型、規(guī)模、控礦要素、蝕變類型以及礦產(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。
1．2．1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、推覆體等類型)，從中酸性巖體、火山盆地、火山機構(gòu)及深亨巖漿、熱液活動相關(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，對斷裂構(gòu)造遙感信息進行重點提取會取得一定的成效。遙感系統(tǒng)在成像過程中可能產(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、不易識別。人們通過目視解譯和人機交互式方法，對遙感影像進行處理，如邊緣增強、灰度拉伸、方向濾波、比值分析、卷積運算等，可以將這些構(gòu)造信息明顯地突現(xiàn)出來。除此之外，遙感還可通過地表巖性、構(gòu)造、地貌、水系分布、植被分布等特征來提取隱伏的構(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。
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，進而使土壤層的成分產(chǎn)生變化，地表的植物對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行光譜特征測試，統(tǒng)計對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處理技術(shù)，采用主成分分析、穗帽變換、監(jiān)督分類(非監(jiān)督分類)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)，通過圖像處理，這些微弱的異常可以有效地被分離和提取出來，在遙感圖像上可用直觀的色調(diào)表現(xiàn)出來，以這種色調(diào)的異同為依據(jù)來推測未知的找礦靶區(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受到譜測試技術(shù)靈敏度的限制，當(dāng)金屬含量變化微弱時，現(xiàn)有的技術(shù)條件難以檢測出，檢測下限的定量化還需進一步試驗。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，例如對某一農(nóng)業(yè)區(qū)進行管理，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，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，是因為土地干旱還是遭受病蟲害。因此利用高光譜數(shù)據(jù)更有希望提取出對找礦有指示意義的植被波譜特征。
1．2．3礦床改造信息標志
礦床形成以后，由于所在環(huán)境、空間位置的變化會引起礦床某些性狀的改變。利用不同時相遙感圖像的宏觀對比，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，可以對類礦床的產(chǎn)出部位進行判斷。通過研究區(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志。另外，遙感圖像還可進行巖性類型的區(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
高光譜是集探測器技術(shù)、精密光學(xué)機械、微弱信號檢測、計算機技術(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的光譜分辨率，成像的同時記錄下成百條的光譜通道數(shù)據(jù)，從每個像元上均可以提取一條連續(xù)的光譜曲線，實現(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、空問分辨率高等特點。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，結(jié)合遙感專題圖件以及利用豐富的紋理信息，加強高光譜數(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返回的微弱回波并產(chǎn)生可監(jiān)測的電壓信號，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、全天候、穿透性強、波段范圍大等特點，因此對提取構(gòu)造信息有一定的優(yōu)越性，同時也可以區(qū)分物理結(jié)構(gòu)不同的地表物體，因為穿透性強，對覆蓋地區(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世，它們以不同的空間尺度、時間周期、光譜范圍等多方面反映地物目標的各種特性，構(gòu)成同一地區(qū)的多源數(shù)據(jù)，相對于單源數(shù)據(jù)而言，多源數(shù)據(jù)既存在互補性，又存在冗余性。任何單源信息只能反映地物目標的某一方面或幾個方面的特征，為了更準確地識別目標，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、互相補充促使數(shù)據(jù)融合技術(shù)的不斷發(fā)展。通過數(shù)據(jù)融合，一方面可以去除無用信息，減少數(shù)據(jù)處理量，另一方面將有用的信息集中起來，便于各種信息特征的優(yōu)勢互補。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)的實現(xiàn)方法有多種，簡單易行的是對幾何配準后的像元逐點進行四則運算或HIS變換，還有一些方法是對多源數(shù)據(jù)先進行預(yù)處理(特征提取、判別分析)后再進行信息融合，主要的方法有代數(shù)運算融合、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，因此可以識別蝕變礦物，但是波段較寬，只對蝕變礦物的種屬進行分類。與可見一紅外波段的電磁波相比，雷達波對地面的某些物體具有強的穿透能力，能夠很好地反映線性、環(huán)性溝造。雷達圖像成像系統(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越強?？偟膩碚f，多光譜、高光譜數(shù)據(jù)的光譜由線特征具有區(qū)分識別巖石礦物的效果，所以對光學(xué)圖像與雷達圖像進行融合處理，既能提高圖像的分辨率、增強紋理的識別能力，又能有效地識別礦物類型。盡管融合技術(shù)的研究取得了一些可喜的進展，但未形成成熟的理論、模型及算法，缺乏對融合結(jié)果的有效評價手段。在以后的研究中，應(yīng)該深入分析各種圖像的成像機理及數(shù)據(jù)間的相關(guān)性、互補性、冗余性等，解決多源數(shù)據(jù)的輻射精校正問題，發(fā)展空間配準技術(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)的簡稱。利用GPS能迅速定位，確定點的位置坐標并科學(xué)地管理空間點坐標。海量的遙感數(shù)據(jù)需龐大的空間，因此要有強大的管理系統(tǒng)，隨著當(dāng)今人力資源價格的升高，在區(qū)域范圍內(nèi)找礦時，遙感表現(xiàn)出最小投入獲得最大回報的優(yōu)勢，那么RS與GIS的結(jié)合也勢在必行，因為GIS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，在計算機操作平臺上進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，需要進行以下幾方面的工作：
(1)進一步發(fā)展高分辨率傳感器，以便接收更微弱、細小的地質(zhì)信息；
(2)加強信息提取方法的研究解決計算機處理的技術(shù)問題，例如補償信號在傳感器的誤差、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，深入波段選取依據(jù)的理論研究，例如進行巖石樣品的光譜測試，礦物識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型的礦物在各波段的吸收性。同樣在利用植物地化找礦時需配套精密的物質(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，需要強大的計算機技術(shù)(硬件與軟件)支撐，：圖像處理中要將算法轉(zhuǎn)化為計算機的可識別語句，需要計算機語言的發(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，實現(xiàn)不同格式圖像問的兼容性。
3結(jié)束語
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、計算機技術(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。