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摘要: 本文主要根据2009年Econom ic G eo logy 出版的专辑R emote Sensing and SpectralG eology, 近年来发表的相关文献以及研究和应用的实践, 对遥感与光谱地质进行了综述，并结合国内外研究进展, 并且结合地质勘查中的数据, 给出了实用性的结论。
关 键 词: 遥感地质 光谱地质矿产资源勘查
中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：
1 前 言
现代遥感不仅能提取地质和蚀变信息, 还能进行其他手段无法进行的有效填图, 结合地球物理、地球化学、野外和实验室光谱等, 并且加深对矿床成因的理解。
2 测谱学基础
反射光谱是化学家和矿物学家在1900年就开始应用的技术,WW Coblenz 1905) 1910年出版了矿物红外光谱数据Farmer出版了理论和实用方面的专著,Marel等编纂了粘土矿物光谱; Hunt等 出版了主要是土壤中的矿物的光谱, 包括氢氧化物, 氧化物, 层状硅酸盐, 碳酸盐和硫酸盐; Hunt等 编辑了矿物短波红外光谱, 目前被广为应用。
除VN IR-SW IR 识别的铁氧化物赤铁矿、针铁矿、褐铁矿和硫酸盐黄钾铁矾外, Thompson等[ 16] 综述了用PIMA-II进行蚀变矿物填图的技术与实例。PIMA-II主要识别粘土矿物、碳酸盐矿物和硫酸盐矿物(表1, 2)。没有识别铁氧化物的波段, 不如ASD光谱仪全面。
表1 SW IR 识别矿物的勘查应用实例
表2 用于矿产勘查的在SW IR有特征吸收的矿物(黑体字为关键矿物)
3 宽波段遥感
TM /ETM是我们工业的关键技术, 主要识别粘土矿物和铁氧化物。1999年发射升空的ASTER, 在粘土区SW IR有5个波段, 提供了区分粘土矿物类型。
3.1 Landsat TM 信息提取技术
用于蚀变填图和区域地质概览和靶区选择。1972年发射MSS, 80 m分辨率, 没有SW IR 波段, 能探测铁氧化物和区域地质概览, Landsat1-4 类似;1982年发射的Landsat5有30m 分辨率, 在SW IR有7波段；999年发射的Landsat7加上了15m分辨率的Pan波段, 探测简单的铁氧化物和粘土；2003年因扫描线校正仪( SLC )故障, ETM 不再接收。Sab ine 对处理技术进行了综述, C rosta等综述了主要的处理技术如下:
(1) Abrams 波段比值算法: 使用指定的影像创建RGB 合成图。R 图层对应粘土比率( B and 5 /Band 7), G 图层对应铁比率( Band 3 /Band2) , B图层对应植被比率( Band 4/Band3)。
(3) 选择性主成分分析: 选择2个波段做主成分分析； 选择B and1和Band3做PCA 变换, 其中第二主成分PC2代表铁比率；PC2中Band1对应的成分为负值, 应该对PC2* ( - 1), 这样才能使像素值大的像元对应高铁比率；选择Band5 和Band7做PCA 变换, 其中第二主成份PC2代表粘土比率；如果PC2中Band5对应的成分为负值, 应该对PC2* (-1) , 这样才能使像素值大的像元对应高粘土比率。
(4) 定向主成分分析 : 将Band4 /B and3 的结果和Band5 /Band7的结果进行PCA 变换, 其中第二主成分PC2代表粘土比率; 将Band3 /Band1 的结果和Band4 /Band1的结果进行PCA 变换, 其中第二主成分PC2代表铁比率。
3.2TM /ETM 应用
3.2.1Crosta技术的国外应用
Crosta技术是TM 数据处理的成功突破, 可避免如植被等假信息, 保留原始信/噪比。自Crosta技术提出以来, 该技术被持续应用于矿床蚀变岩增强中 。
内华达是新发现的金矿区。用Crosta技术在详细地质填图的密集勘探区, 新发现了表生蚀变带: 400 m ×600 m 的沸腾脉群, 即方解石后的叶片状石英和角砾。这里从未被填图出来和立桩标界与钻探, 2004年首选钻探。表明1982年来的TM仍可导致新的发现 。
3.2.2 ASTER应用和ASTER与TM /ETM联合应用
ASTER提供UTM投影, 但需要线性移动200 m保证精度。ASTER 矿物提取要结合野外光谱测量。用经验线法等大气校正后的光谱与原始像元光谱往往有大的差异在发射仅2年后的2001年在N evada识别了石膏及其2个矿物种, 鼓舞人心, 后继持续应用。
4 高光谱遥感
4.1高光谱技术的发展
过去40年, 测谱学、机载、星载传感器技术和软件技术长足发展, 使高光谱成为常规的矿产勘查技术。
实验室和野外光谱测量学: 20世纪60~ 70年代Hunt等开始岩矿光谱测量。
20世纪70年代开始用TM 探测粘土矿物和铁氧化物; 80年代JPL 开发了50 kg 重至少2人操作的野外光谱仪: PFRS, GER 也开发了很重的红外智能野外光谱仪: IR IS；10年后, JPL 又开发了便携式红外辐射仪: PFES; 90 年代私人公司开发了轻便的光谱仪: ASD、PIMA, D&P 开发了野外热辐射光谱仪; 野外测量光谱用于定标机载和星载光谱数据。
( 3) 高光谱数据: 高光谱数据量在1景10 km2以1m 分辨率、最小12-b it辐射分辨率要获取5 GB数据, 只有90年代后的计算机才可处理, 数据需要定标、校正, 需要ENV I这样的软件处理。
(4) 高光谱测量科学: 过去20年的经验表明:10 nm光谱分辨率1 000 /1信噪比适合探测大部分端元矿物。但总存在光谱与空间分辨率的交易( T rade-off)。还有大气的影响, 应用4 款软件进行大气校正: ATREM、ACORN、FLAASH、MODTRAN。
4. 2航空高光谱应用
热红外遥感的物理基础是Planck定律, W ien置换定律和K irchoff定律。光谱范围为2. 5 ~ 14 μm。热红外传感器从宽波段、多波段、高光谱测量地表热发射。宽波度热红外测量地面温度和热惯量, 多波段和高光谱作发射率填图。应用于火山、地热温度填图, 岩石、土壤物理性质分析, 岩、矿和火山气体成分分析。闫柏琨等对此进行了综述。热红外遥感对硅酸盐、碳酸鹽、硫酸盐、磷酸盐、粘土等进行地表矿物填图, 识别蚀变带, 数据处理流程是ENV I 软件上的高光谱数据处理流程。
4.3高分辨率图像
有同行在内蒙古乌拉特后旗三贵口超大型锌铅矿床的勘查和矿山建设设计中制作了1 B5000 和1B2000比例尺Qu ickB ird 图像(图5),
图5 紫金乌拉特后旗三贵口超大型锌铅矿床Quickbird影像
在图像中, 可以清晰地看到不同的岩石地层单元、断层分布、钻机机台、车辆以及以前施工的探槽等, 为勘查钻孔等工程的布设以及矿井选厂布设以及建设提供了强有力的依据。另外, 在坦桑尼亚一些矿权区为新区, 工作程度很低, 借助高分辨率遥感图像, 对矿区的快速评价以及下一步的勘查部署起到事半功倍的作用, 节省了大量的人力、物力和和时间。也就是说高分辨率遥感图像对无论是工作程度很低的地区、高级勘查区以及矿山建设都可以提供快捷有效的帮助。
6 结 语
应用Crosta等技术找矿, 需要围绕主成矿带, 系统研究成矿背景、普适与
局部成矿模型, 选择能形成大富矿床的工业类型, 作为找矿目标, 运用ETM、ASTER、ALOS、Quickb ird等数据和地面、航空高光谱, 系统制图, 凝炼靶区, 集中在不大的重点区, 开展系统深入的野外验证工作。找到矿床, 野外是关键。而且, 野外人员与数据处理人员需要互动。
遥感技术主要应用于前期勘查, 但目前的宽波段、高光谱、高分辨遥感数据也可以应用于“新区开拓”、“老区扩边”、勘探工程规划部署等各个环节。遥感可以从成矿靶区的圈定明确从地面开始的目标；高空间遥感数据, 如Qu ickb ird, 可以应用于1B5 000, 1B2 000大比例尺制图, 应用于大比例尺勘探和勘探工程部署。尤其是在主成矿区(带) , 在不同的矿产勘查、勘探阶段, 可以运用从宽波段到高光谱、高分辨遥感数据, 从1B100 000到1B2 000系统填图、勘查。
参考文献
遥感技术与经济A.全国遥感技术研讨论文集体C.
周炎刚.苏迎春.煤矿石及其环境影响的光谱特征研究A.第十七届遥感大会摘要集C。
刘天乐 高伟 陈启浩 基于高光谱的遥感图像的光谱角度分类方法的研究A.中国测绘学会2006年学术年会论文集C.
关 键 词: 遥感地质 光谱地质矿产资源勘查
中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：
1 前 言
现代遥感不仅能提取地质和蚀变信息, 还能进行其他手段无法进行的有效填图, 结合地球物理、地球化学、野外和实验室光谱等, 并且加深对矿床成因的理解。
2 测谱学基础
反射光谱是化学家和矿物学家在1900年就开始应用的技术,WW Coblenz 1905) 1910年出版了矿物红外光谱数据Farmer出版了理论和实用方面的专著,Marel等编纂了粘土矿物光谱; Hunt等 出版了主要是土壤中的矿物的光谱, 包括氢氧化物, 氧化物, 层状硅酸盐, 碳酸盐和硫酸盐; Hunt等 编辑了矿物短波红外光谱, 目前被广为应用。
除VN IR-SW IR 识别的铁氧化物赤铁矿、针铁矿、褐铁矿和硫酸盐黄钾铁矾外, Thompson等[ 16] 综述了用PIMA-II进行蚀变矿物填图的技术与实例。PIMA-II主要识别粘土矿物、碳酸盐矿物和硫酸盐矿物(表1, 2)。没有识别铁氧化物的波段, 不如ASD光谱仪全面。
表1 SW IR 识别矿物的勘查应用实例
表2 用于矿产勘查的在SW IR有特征吸收的矿物(黑体字为关键矿物)
3 宽波段遥感
TM /ETM是我们工业的关键技术, 主要识别粘土矿物和铁氧化物。1999年发射升空的ASTER, 在粘土区SW IR有5个波段, 提供了区分粘土矿物类型。
3.1 Landsat TM 信息提取技术
用于蚀变填图和区域地质概览和靶区选择。1972年发射MSS, 80 m分辨率, 没有SW IR 波段, 能探测铁氧化物和区域地质概览, Landsat1-4 类似;1982年发射的Landsat5有30m 分辨率, 在SW IR有7波段；999年发射的Landsat7加上了15m分辨率的Pan波段, 探测简单的铁氧化物和粘土；2003年因扫描线校正仪( SLC )故障, ETM 不再接收。Sab ine 对处理技术进行了综述, C rosta等综述了主要的处理技术如下:
(1) Abrams 波段比值算法: 使用指定的影像创建RGB 合成图。R 图层对应粘土比率( B and 5 /Band 7), G 图层对应铁比率( Band 3 /Band2) , B图层对应植被比率( Band 4/Band3)。
(3) 选择性主成分分析: 选择2个波段做主成分分析； 选择B and1和Band3做PCA 变换, 其中第二主成分PC2代表铁比率；PC2中Band1对应的成分为负值, 应该对PC2* ( - 1), 这样才能使像素值大的像元对应高铁比率；选择Band5 和Band7做PCA 变换, 其中第二主成份PC2代表粘土比率；如果PC2中Band5对应的成分为负值, 应该对PC2* (-1) , 这样才能使像素值大的像元对应高粘土比率。
(4) 定向主成分分析 : 将Band4 /B and3 的结果和Band5 /Band7的结果进行PCA 变换, 其中第二主成分PC2代表粘土比率; 将Band3 /Band1 的结果和Band4 /Band1的结果进行PCA 变换, 其中第二主成分PC2代表铁比率。
3.2TM /ETM 应用
3.2.1Crosta技术的国外应用
Crosta技术是TM 数据处理的成功突破, 可避免如植被等假信息, 保留原始信/噪比。自Crosta技术提出以来, 该技术被持续应用于矿床蚀变岩增强中 。
内华达是新发现的金矿区。用Crosta技术在详细地质填图的密集勘探区, 新发现了表生蚀变带: 400 m ×600 m 的沸腾脉群, 即方解石后的叶片状石英和角砾。这里从未被填图出来和立桩标界与钻探, 2004年首选钻探。表明1982年来的TM仍可导致新的发现 。
3.2.2 ASTER应用和ASTER与TM /ETM联合应用
ASTER提供UTM投影, 但需要线性移动200 m保证精度。ASTER 矿物提取要结合野外光谱测量。用经验线法等大气校正后的光谱与原始像元光谱往往有大的差异在发射仅2年后的2001年在N evada识别了石膏及其2个矿物种, 鼓舞人心, 后继持续应用。
4 高光谱遥感
4.1高光谱技术的发展
过去40年, 测谱学、机载、星载传感器技术和软件技术长足发展, 使高光谱成为常规的矿产勘查技术。
实验室和野外光谱测量学: 20世纪60~ 70年代Hunt等开始岩矿光谱测量。
20世纪70年代开始用TM 探测粘土矿物和铁氧化物; 80年代JPL 开发了50 kg 重至少2人操作的野外光谱仪: PFRS, GER 也开发了很重的红外智能野外光谱仪: IR IS；10年后, JPL 又开发了便携式红外辐射仪: PFES; 90 年代私人公司开发了轻便的光谱仪: ASD、PIMA, D&P 开发了野外热辐射光谱仪; 野外测量光谱用于定标机载和星载光谱数据。
( 3) 高光谱数据: 高光谱数据量在1景10 km2以1m 分辨率、最小12-b it辐射分辨率要获取5 GB数据, 只有90年代后的计算机才可处理, 数据需要定标、校正, 需要ENV I这样的软件处理。
(4) 高光谱测量科学: 过去20年的经验表明:10 nm光谱分辨率1 000 /1信噪比适合探测大部分端元矿物。但总存在光谱与空间分辨率的交易( T rade-off)。还有大气的影响, 应用4 款软件进行大气校正: ATREM、ACORN、FLAASH、MODTRAN。
4. 2航空高光谱应用
热红外遥感的物理基础是Planck定律, W ien置换定律和K irchoff定律。光谱范围为2. 5 ~ 14 μm。热红外传感器从宽波段、多波段、高光谱测量地表热发射。宽波度热红外测量地面温度和热惯量, 多波段和高光谱作发射率填图。应用于火山、地热温度填图, 岩石、土壤物理性质分析, 岩、矿和火山气体成分分析。闫柏琨等对此进行了综述。热红外遥感对硅酸盐、碳酸鹽、硫酸盐、磷酸盐、粘土等进行地表矿物填图, 识别蚀变带, 数据处理流程是ENV I 软件上的高光谱数据处理流程。
4.3高分辨率图像
有同行在内蒙古乌拉特后旗三贵口超大型锌铅矿床的勘查和矿山建设设计中制作了1 B5000 和1B2000比例尺Qu ickB ird 图像(图5),
图5 紫金乌拉特后旗三贵口超大型锌铅矿床Quickbird影像
在图像中, 可以清晰地看到不同的岩石地层单元、断层分布、钻机机台、车辆以及以前施工的探槽等, 为勘查钻孔等工程的布设以及矿井选厂布设以及建设提供了强有力的依据。另外, 在坦桑尼亚一些矿权区为新区, 工作程度很低, 借助高分辨率遥感图像, 对矿区的快速评价以及下一步的勘查部署起到事半功倍的作用, 节省了大量的人力、物力和和时间。也就是说高分辨率遥感图像对无论是工作程度很低的地区、高级勘查区以及矿山建设都可以提供快捷有效的帮助。
6 结 语
应用Crosta等技术找矿, 需要围绕主成矿带, 系统研究成矿背景、普适与
局部成矿模型, 选择能形成大富矿床的工业类型, 作为找矿目标, 运用ETM、ASTER、ALOS、Quickb ird等数据和地面、航空高光谱, 系统制图, 凝炼靶区, 集中在不大的重点区, 开展系统深入的野外验证工作。找到矿床, 野外是关键。而且, 野外人员与数据处理人员需要互动。
遥感技术主要应用于前期勘查, 但目前的宽波段、高光谱、高分辨遥感数据也可以应用于“新区开拓”、“老区扩边”、勘探工程规划部署等各个环节。遥感可以从成矿靶区的圈定明确从地面开始的目标；高空间遥感数据, 如Qu ickb ird, 可以应用于1B5 000, 1B2 000大比例尺制图, 应用于大比例尺勘探和勘探工程部署。尤其是在主成矿区(带) , 在不同的矿产勘查、勘探阶段, 可以运用从宽波段到高光谱、高分辨遥感数据, 从1B100 000到1B2 000系统填图、勘查。
参考文献
遥感技术与经济A.全国遥感技术研讨论文集体C.
周炎刚.苏迎春.煤矿石及其环境影响的光谱特征研究A.第十七届遥感大会摘要集C。
刘天乐 高伟 陈启浩 基于高光谱的遥感图像的光谱角度分类方法的研究A.中国测绘学会2006年学术年会论文集C.