遙感技術(shù)在礦產(chǎn)資源開發(fā)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究

黃萬寬 弓 帥

摘要:遙感在地學(xué)里應(yīng)用最廣泛的是地質(zhì)填圖和礦產(chǎn)資源調(diào)查。隨著信息獲取和信息處理技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善,遙感地質(zhì)找礦在遙感應(yīng)用領(lǐng)域里取得了長足的發(fā)展。文章結(jié)合遙感技術(shù),闡述了其基本原理及其在礦產(chǎn)資源開發(fā)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用,并以實(shí)例進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞:遙感技術(shù);礦產(chǎn)資源;開發(fā)預(yù)測(cè);地質(zhì)遙感信息

中圖分類號(hào):P627文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)20-0057-03

遙感在地質(zhì)學(xué)上的應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代,人們利用遙感視域?qū)?、信息豐富、具有定時(shí)性、定位性的特點(diǎn),研究地球表面及表層的地質(zhì)體、地質(zhì)現(xiàn)象的電磁輻射特征,識(shí)別地質(zhì)體的物性及運(yùn)動(dòng)狀態(tài),從而為地質(zhì)構(gòu)造研究、礦產(chǎn)資源勘查、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、環(huán)境和災(zāi)害地質(zhì)監(jiān)測(cè)等研究提供幫助。

一、遙感技術(shù)概述

(一)遙感技術(shù)的概念

遙感技術(shù)是從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射或自身輻射的電磁波、可見光、紅外線等目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別的技術(shù)。例如航空攝影就是一種遙感技術(shù)。人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功,大大推動(dòng)了遙感技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)代遙感技術(shù)主要包括信息的獲取、傳輸、存儲(chǔ)和處理等環(huán)節(jié)。完成上述功能的全套系統(tǒng)稱為遙感系統(tǒng),其核心組成部分是獲取信息的遙感器。遙感器的種類很多,主要有照相機(jī)、電視攝像機(jī)、多光譜掃描儀、成像光譜儀、微波輻射計(jì)、合成孔徑雷達(dá)等。

現(xiàn)代遙感應(yīng)用技術(shù)是指在數(shù)字地球框架下,將遙感技術(shù)與傳統(tǒng)的地質(zhì)方法相結(jié)合,和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的遙感信息深化應(yīng)用技術(shù)。它的核心是遙感信息的延伸應(yīng)用和信息化。最大限度地利用信息資源,以提高礦產(chǎn)資源的勘查效果。一方面,露出地表的礦明顯減少,勘查目標(biāo)已由地表或近地表轉(zhuǎn)向地下深處的隱伏礦床,找礦難度愈來愈大。另一方面,各種地學(xué)手段取得的信息資源愈來愈豐富,為遙感信息與其它地學(xué)信息的集成創(chuàng)造了條件。

(二)遙感技術(shù)的原理

任何物體都具有光譜特性,具體地說,它們都具有不同的吸收、反射、輻射光譜的性能。在同一光譜區(qū)各種物體反映的情況不同,同一物體對(duì)不同光譜的反映也有明顯差別。即使是同一物體,在不同的時(shí)間和地點(diǎn),由于太陽光照射角度不同,它們反射和吸收的光譜也各不相同。遙感技術(shù)就是根據(jù)這些原理,對(duì)物體做出判斷。遙感技術(shù)通常是使用綠光、紅光和紅外光三種光譜波段進(jìn)行探測(cè)。綠光段一般用來探測(cè)地下水、巖石和土壤的特性;紅光段探測(cè)植物生長、變化及水污染等;紅外段探測(cè)土地、礦產(chǎn)及資源。

利用多種遙感平臺(tái)獲取的多種類、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù),采用多種遙感圖像處理方法,室內(nèi)對(duì)比提取礦產(chǎn)資源開發(fā)地采礦活動(dòng)痕跡的影像信息,發(fā)現(xiàn)其不同時(shí)間段采礦活動(dòng)痕跡變化信息。

二、遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其在礦產(chǎn)資源開發(fā)預(yù)測(cè)工作中的作用

隨著RS(遙感)、GIS(地理信息系統(tǒng))、GPS(地理定位系統(tǒng))的發(fā)展,遙感數(shù)據(jù)的可解釋程度與速度得到更快地提高,影響遙感解譯的不確定性因素在不斷減少,在礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方面,尤其是在自然環(huán)境比較惡劣的地區(qū),遙感的作用將由礦產(chǎn)資源調(diào)查評(píng)價(jià)的配角到主角的新角色。

(一)遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

與常規(guī)手段相比,遙感技術(shù)用高空鳥瞰的形式進(jìn)行探測(cè),可以跨越交通的阻隔和視野的限制,洞察地面調(diào)查的禁區(qū)和死角,對(duì)大面積的環(huán)境狀況進(jìn)行全面徹底的調(diào)查;同時(shí),它遠(yuǎn)離觀察對(duì)象,不損害研究對(duì)象及其環(huán)境條件,保證了獲取信息資料的客觀性、可靠性;遙感技術(shù)具有的“多點(diǎn)位”、“多波段”、“多時(shí)相”、“多高度”的獲取和“多次增強(qiáng)”遙感信息處理的特征。

根據(jù)不同的任務(wù),遙感技術(shù)可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息。例如可采用可見光探測(cè)物體,也可采用紫外線,紅外線和微波探測(cè)物體。利用不同波段對(duì)物體不同的穿透性,還可獲取地物內(nèi)部信息。

目前,遙感技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在空間、時(shí)間和光譜分辨率的不斷提高。民用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中Quick Bird數(shù)據(jù)的最高空間分辨率已達(dá)0.61m,軌道重復(fù)周期1～6d(取決于緯度高低);而幾何分辨率為1m的IKONOS衛(wèi)星數(shù)據(jù),重復(fù)周期僅為1～3d;高光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)Hyperion,波段高達(dá)220個(gè),幾何分辨率達(dá)30m。相對(duì)于衛(wèi)星遙感而言,航空遙感具有更機(jī)動(dòng)靈活、更高精度的優(yōu)勢(shì),如目前較先進(jìn)的基于POS系統(tǒng)的航空攝影技術(shù),可根據(jù)POS系統(tǒng)檢校場(chǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)直接制作正射影像圖,從而實(shí)現(xiàn)無地面控制點(diǎn)的高精度航空遙感影像定位,極大地提高調(diào)查的幾何精度,縮短調(diào)查周期。

(二)在礦產(chǎn)資源開發(fā)預(yù)測(cè)工作中的作用

在礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)的應(yīng)用主要在于礦產(chǎn)遙感信息的形成機(jī)理和遙感成礦模式研究上。地質(zhì)遙感信息形成機(jī)理研究是遙感理論研究的新領(lǐng)域,是遙感找礦方法的科學(xué)性、針對(duì)性和有效性,促進(jìn)遙感地質(zhì)解譯向規(guī)范化、模式化方向發(fā)展的必由之路。這些信息的識(shí)別提取在許多地區(qū)已經(jīng)有了初步應(yīng)用,取得較多的成礦信息,資源預(yù)測(cè)及其評(píng)價(jià)效果比較好。遙感技術(shù)在礦產(chǎn)預(yù)測(cè)工作流程圖如圖1所示:

主要是對(duì)遙感數(shù)據(jù)(ETM+、SPOT5)進(jìn)行輻射校正、PAN波段數(shù)據(jù)與多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理、天然假彩色合成、幾何校正、大地配準(zhǔn)與鑲嵌等。然后制作國際標(biāo)準(zhǔn)分幅圖像,對(duì)其格式轉(zhuǎn)換后與地形數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加顯示,以人機(jī)交互方式對(duì)各種礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)象進(jìn)行解譯,最后將解譯結(jié)果提供野外驗(yàn)證。

1.幾何校正與大地配準(zhǔn)。在地形圖上采集控制點(diǎn)對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正,在1∶100000地形圖上采集控制點(diǎn)對(duì)ETM+數(shù)據(jù)進(jìn)行校正;在1∶50000地形圖上采集控制點(diǎn)對(duì)SPOT5數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。每景圖像采集控制點(diǎn)數(shù)25～36個(gè),且均勻分布于圖像內(nèi),控制點(diǎn)殘差控制在1個(gè)像元以內(nèi),將圖像配準(zhǔn)至大地坐標(biāo)。

2.數(shù)據(jù)融合。針對(duì)遙感圖像不同光譜和不同分辨率的特點(diǎn),融合處理主要集中于象素級(jí)與特征級(jí)融合,可將來源于不同傳感器的遙感圖像的優(yōu)勢(shì)集中起來,減少數(shù)據(jù)的冗余度,增強(qiáng)圖像的清晰度,提高解譯的精度和準(zhǔn)確性,針對(duì)多分辨率遙感數(shù)據(jù)圖像融合的方法比較多,主要有色彩空間變換如HIS、Lab、CN以及KL變換、小波變換等方法。對(duì)不同的數(shù)據(jù)組合、不同地形情況、不同區(qū)域及不同的研究目標(biāo)使用的融合方法各異。針對(duì)本項(xiàng)目以突出礦山地質(zhì)環(huán)境狀況的特點(diǎn),利用HIS融合方法,對(duì)ETM+的7、4、3波段與PAN波段組合,SPOT5的4、2、1波段與PAN波段組合進(jìn)行融合處理的結(jié)果圖像能較好反映礦山地質(zhì)環(huán)境各要素。

3.圖像鑲嵌。由于研究范圍較大,跨17景ETM+圖像,部分礦區(qū)存在跨越多景遙感圖像,給解譯時(shí)帶來不便。需要對(duì)跨圖幅影像進(jìn)行鑲嵌,鑲嵌時(shí)為了使圖像滿足以下條件:(1)信息豐富;(2)色調(diào)和諧;(3)鑲嵌的幾何精度高。

4.圖像剪裁。為了方便解譯、控制精度精度、解譯成果的拼接等工作,在礦山比較連片的地區(qū),需要將整景圖像或鑲嵌圖像按按1∶100000或1∶50000國際標(biāo)準(zhǔn)圖幅制作分幅圖像。

5.格式轉(zhuǎn)換。將制作的國際標(biāo)準(zhǔn)分幅圖像存儲(chǔ)為*.TIF格式,然后轉(zhuǎn)換為MAPGIS內(nèi)部圖像格式*.MSI格式,以便于人-機(jī)交互解譯。影像與1∶100000或1∶50000地形圖能完全疊合,因此在上面解譯的結(jié)果與地形圖疊合比較好,給野外檢查驗(yàn)證帶來方便。

三、遙感技術(shù)在貴州礦產(chǎn)資源開發(fā)找礦方面的應(yīng)用實(shí)例

位于云貴高原東部的貴州,系隆起于四川盆地與廣西、湘西盆地或丘陵之間的高原山區(qū)。在長達(dá)10多億年的地質(zhì)演變歷史中,具有良好的成礦地質(zhì)條件,造就了當(dāng)今貴州礦產(chǎn)資源豐富、分布廣泛、門類較全、礦種眾多的優(yōu)勢(shì)格局。貴州素以“沉積巖王國”著稱,是礦產(chǎn)資源大省。沉積礦產(chǎn)中以煤、磷、鋁、錳為優(yōu)勢(shì),具有“量大質(zhì)優(yōu)”的特點(diǎn)。

在發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)中,有包括能源、黑色金屬、有色金屬、貴金屬、稀有稀土分散元素、冶金輔助原料非金屬、化工原料非金屬、建材及其它非金屬、水氣等九大類礦產(chǎn)在內(nèi)的76種,不同程度地探明了儲(chǔ)量。在已探明的儲(chǔ)量礦產(chǎn)中,依據(jù)保有儲(chǔ)量統(tǒng)一對(duì)比排位,貴州名列全國前十位的礦產(chǎn)達(dá)41種,其中排第一至第五的有28種,居首位的達(dá)8種,列第二、第三的分別為8種與5種。尤以煤、磷、鋁土礦、汞、銻、錳、金、重晶石、硫鐵礦、稀土、鎵、水泥原料、磚瓦原料以及多種用途的石灰?guī)r、白云巖、砂巖等礦產(chǎn)最具優(yōu)勢(shì),在全國占有重要地位。而且人均與國土單位面積占有礦產(chǎn)資源潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值量,都高于全國平均水平,遠(yuǎn)高于鄰近省區(qū)市占有水平。從開發(fā)利用角度論,貴州礦產(chǎn)資源具有資源比較豐富、優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)顯著;分布相對(duì)集中、規(guī)模大、質(zhì)量較好、主要礦產(chǎn)資源潛力大、遠(yuǎn)景好;共伴生礦產(chǎn)較多;資源豐歉不均,部分礦產(chǎn)短缺等五個(gè)方面的主要特點(diǎn)。

(一)煤礦的遙感找礦模式

1.石炭系煤。(1)含煤地層的識(shí)別:由于該套地層頂?shù)装宥际翘妓猁}巖,因此,分布在喀斯特地貌區(qū),呈條帶狀展布的非喀斯特地貌即流水侵蝕地貌,是快速、準(zhǔn)確地判讀大塘期含煤巖系的最直接標(biāo)志;(2)地貌標(biāo)志:由于含煤巖性及其頂、底板巖層在物質(zhì)屬性及侵蝕作用上的差異,常常沿含煤巖系形成走向次成谷。

2.二疊系煤。(1)含煤地層的識(shí)別:含煤巖系是間于上覆三疊系碳酸鹽巖與下伏峨眉山玄武巖及下二疊統(tǒng)碳酸鹽巖中的一套地層,因此,分布在喀斯特地貌區(qū),呈條帶狀展布的非喀斯特地貌——流水侵蝕地貌,是判斷晚二疊世含煤巖系的標(biāo)志;(2)地貌識(shí)別標(biāo)志:在山盆期地貌保存良好的地區(qū),該套非可溶巖層除發(fā)育規(guī)模較小的走向次成谷外,還常常與其上下碳酸鹽巖形成壟(脊)—槽(谷)組合地貌;在烏江期地貌發(fā)育區(qū),該套非可溶巖層常形成規(guī)模不等的走向次成谷。

(二)磷礦的遙感找礦模式

1.晚震旦世磷塊巖。(1)地層識(shí)別:首先,含磷巖系在空間上受巖相古地理控制,在省內(nèi)主要分布于黔中地區(qū)。由于含礦的磷塊巖層位于上震旦統(tǒng)碳酸鹽巖系的下部,而這套碳酸鹽巖系,上、下均為碎屑巖,故在參考區(qū)域地質(zhì)資料基礎(chǔ)上,可在TM影像上通過對(duì)碳酸鹽巖的識(shí)別大致圈出其分布。(2)地貌識(shí)別標(biāo)志:由于含礦層與其上下巖層在物質(zhì)屬性及侵蝕作用上的差異,常常沿含礦地層形成走向次成谷。

2.早寒武世磷塊巖。(1)地層識(shí)別:同晚震旦世磷塊巖一樣,巖相古地理控制礦產(chǎn)的區(qū)域分布是明顯的。含礦層識(shí)別主要依據(jù)地層層序的相互關(guān)系并結(jié)合影像特征予以區(qū)別。如在區(qū)域上下二疊統(tǒng)棲霞—茅口組碳酸鹽巖影像上有較為突出的特征,巖溶地貌發(fā)育,碎斑狀影紋圖案,順這套地層往下,一般可“清理”出下伏各組地層。如在織金一帶,其下伏依次為下石炭統(tǒng)地層以及下寒武統(tǒng)和上震旦統(tǒng)含磷層位。(2)地貌識(shí)別標(biāo)志:典型的巖溶地貌區(qū),常形成峽谷及峰叢,山體較尖棱。

(三)鋁土礦的遙感找礦模式

1.地層識(shí)別:含礦地層主要為下石炭統(tǒng)“九架爐組”,“九架爐組”分布于形態(tài)各異、大小不一的古喀斯特洼地中。

2.地貌識(shí)別標(biāo)志:含鋁巖系的底板、頂板均是主要由碳酸鹽巖形成的喀斯特地貌,但其喀斯特微地貌仍有差異。頂板碳酸鹽巖常常形成坡體相對(duì)高差較大的峰叢(林),且仍發(fā)育成走向比較清楚的山脊線;而底板碳酸鹽巖則常常形成坡體相對(duì)高差較小的峰叢(林),且不存在山脊線。含鋁巖系就產(chǎn)于這喀斯特微地貌的變化處。

四、結(jié)論

礦產(chǎn)資源是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),沒有礦產(chǎn)資源作保障,經(jīng)濟(jì)就不可能發(fā)展,人類社會(huì)就不可能進(jìn)步,我國全面建設(shè)小康社會(huì)的宏偉目標(biāo)就無法實(shí)現(xiàn)。因此,我們必須充分認(rèn)識(shí)國情和省情,樹立和落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀,要進(jìn)一步加強(qiáng)礦產(chǎn)資源調(diào)查評(píng)價(jià)與勘查。本文結(jié)合貴州當(dāng)?shù)氐牡V產(chǎn)資源,利用遙感技術(shù)對(duì)其進(jìn)行開發(fā)找礦、預(yù)測(cè)等的探討,旨在提高礦產(chǎn)資源可供性,實(shí)施礦產(chǎn)資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

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作者簡(jiǎn)介:黃萬寬(1984-),男,河南省地礦局第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)助理工程師,研究方向:地質(zhì)找礦。