54我国遥感地质找矿的科技进步与发展前景

发布时间：2016-12-17 18:18

本文关键词：我国遥感地质找矿的科技进步与发展前景，由笔耕文化传播整理发布。

第13卷第4期2011年8月；地球信息科学学报；JOURNALOFGEO-INFORMATION；Vol113,No14；Aug1,2011；我国遥感地质找矿的科技进步与发展前景；刘德长,李志忠,王俊虎；(11核工业北京地质研究院,遥感信息与图像分析技；21中国地质调查局,科技外事部,北京100037；摘要:结合遥感地质找矿的典型案例,包括石油、煤炭；1引言

第13卷第4期2011年8月

地球信息科学学报

JOURNALOFGEO-INFORMATIONSCIENCE

Vol113,No14

Aug1,2011

我国遥感地质找矿的科技进步与发展前景

刘德长,李志忠,王俊虎

(11核工业北京地质研究院,遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室,北京100029;

21中国地质调查局,科技外事部,北京100037)

摘要:结合遥感地质找矿的典型案例,包括石油、煤炭、有色金属、铀矿和非金属等矿产,总结回顾了我国遥感地质找矿从起步-高潮-低潮-高潮的发展历程和取得的科技进步,指出遥感地质找矿历程虽然曲折,但一直在创新中前进,在曲折中进步,推动着我国找矿事业的持续发展,促进着我国矿产资源的发现。同时从国家需求、应用领域、技术发展和理念更新等四个层面,展望了遥感地质找矿的发展前景,特别是强调了国家的需求是遥感找矿的动力,高空间分辨率的高光谱遥感数据为遥感直接找矿带来了希望;/光谱地壳0计划提出的矿物高光谱立体填图,为探索遥感技术的深部找矿开辟了新的途径;陈述彭院士强调的遥感的应用应从/技术索引0的思路中走出来,从/技术层面提升到科学层面0,为今后遥感找矿的深化应用指明了方向。在综合分析遥感地质找矿的科技进步与发展前景的基础上,指出现在是机遇与挑战并存,而机遇大于挑战,应抓住机遇,应对挑战,再创遥感地质找矿的新局面。关键词:遥感地质找矿;科技进步;发展前景;新局面DOI:1013724/SP1J1104712011100431

1 引言

当前,矿产资源对我国国民经济发展的瓶颈制约凸显。采用新技术、新方法加强矿产资源勘查力

度,扩大资源储量,是保障我国经济可持续发展战略的重要途径。遥感技术在地质领域的应用,曾对我国遥感事业的发展起了/火车头0的作用,带动了我国遥感事业的蓬勃发展,促进了我国矿产资源的发现。但是,遥感技术在地质找矿中的应用不是一帆风顺的,前后经历了起步-高潮-低潮-高潮的发展过程。事实表明,尽管遥感找矿发展的道路是曲折的,但通过遥感地质工作者的不懈努力,遥感地质找矿的步子始终没有停顿,遥感地质找矿工作一直在创新中前进,在前进中创新,推动着我国遥感地质找矿的科技进步。21世纪后虽然遥感技术在地质找矿领域的应用难度逐渐加大,但遥感技术(特别是高光谱遥感技术)和其他现代信息技术的发展,应用的创新,为遥感地质找矿带来新的活力。/十二五0将是遥感技术在地质领域应用出现新的高潮的时期,国家的需求、应用领域的扩展,基础建

设的加强和应用理念的更新,将会为遥感地质找矿带来又一个春天。总结我国遥感地质找矿的科技进步,展望发展前景,对开创/十二五0遥感地质找矿的新局面具有现实意义。

2 遥感地质找矿的科技进步

211 遥感地质找矿的起步与进展

在遥感地质找矿应用的初期,人们更多看到的是遥感技术的优势,如遥感观测的区域性和直观性、遥感数据的多波段性,以及能够快速发现用常

规地质方法难以发现的地质体或地质现象等。图1(a)为华南会昌盆地的TM彩色合成遥感影像,依据影像特征可以明显看出会昌新月形的白垩纪盆地是受环状构造控制的(图1(b)),而这种环盆关系用常规地质方法是很难发现的,在遥感图像上却一目了然。

正是由于遥感技术具有上述技术优势,激起了地质工作者的极大热情和兴趣,掀起了遥感地质找矿的高潮,促进了我国矿产资源的发现,如中科院

收稿日期:2011-07-01;修回日期:2011-08-03.

作者简介:刘德长(1938-),研究员,博士生导师,长期从事铀矿构造与遥感技术在铀资源勘查和核军事领域的应用。目

前,从事高光谱遥感技术和后遥感应用技术的开拓研究。E-mail:liudc@yeah1net

图1 (a)遥感影像图;(b)解译图江西会昌环状构造遥感影像及解译图

Fig11 CircularstructureremotesensingimageandinterpretationmapofHuiChanginJiangXi1(a)Remotesensing

image;(b)Interpretationmap

遥感所利用细分红外和多光谱遥感在新疆找到金矿,国土资源部航测遥感中心利用遥感影像发现了罗布泊钾盐矿[2],西安煤炭遥感研究院通过对大兴安岭西坡的遥感解释,在大兴安岭西坡一举发现18个含煤盆地。其他一些有代表性的案例还包括新疆塔里木盆地石油天然气的发现[5-6]和伊犁盆地砂岩型铀矿床的扩大等等[7-8]。

但是随着矿产勘查技术的发展,特别是向深部找矿的发展,以及遥感技术应用的不断深入,遥感技术在地质找矿中应用的局限性日趋明显,主要表现在以下几个方面:

(1)遥感影像反映的主要是地表信息或浅部信息在地表的反映,而找矿不仅需要地表信息,更需要深部信息;

(2)多光谱遥感技术由于属宽带光谱,光谱分辨率低,虽然取得一定找矿效果,但缺乏普遍意义上的直接找矿价值;

(3)遥感技术虽然在基岩裸露区识别岩性、构造的效果很好,但在植被覆盖区识别地层、岩性的效果很差。

针对上述局限性,遥感地质工作者进行了不懈的努力。开发了多源地学信息集成技术,以探索解决矿产资源勘查由地表转向深部隐伏矿床的必然趋势与遥感主要反映地表或浅部信息本质特征之间的矛盾[9-11];开发了遥感弱信息提取技术,以期直接从多光谱遥感图像上提取矿化蚀变信息,来探索遥感直接找矿的技术与途径

[12-13]

[3-4]

[1]

等通过/遥感蚀变信息多层次分离技术0,利用TM波段值及其派生变量在青海都兰塔妥-沟里地区,直

接提取的与金属矿化有关的三价铁蚀变遥感信息。刘德长,赵英俊等根据遥感图像具有丰富的光谱和纹理信息,在构造识别方面具有明显的优势,但在植被覆盖区识别岩性的效果差,而放射性伽玛能谱数据具有区分岩性和矿化蚀变、受植被干扰少的优势,利用图像处理技术将二者融合形成一种新类型图像。这种图像既保留了多光谱遥感图像识别断裂构造的长处,又具有能谱图像区分岩性和蚀变的优点,从而开发出光-能谱集成技术,拓展了遥感图像在植被覆盖区的应用,取得了很好的应用效果[14-16](图3)。

虽然遥感地质工作者的努力促进了遥感地质找矿的科技进步,但由于信息源为中等分辨率的多光谱遥感信息源,如MSS、TM、SPOT等,以及20世纪末地质工作投入量的减少,遥感地质找矿一度从高潮转入了低潮。

212 新世纪遥感地质找矿的转机

新世纪以来,数字地球战略思想的提出,三维可视化技术、虚拟现实技术、仿真)模拟技术等现代信息技术的发展,以及新型遥感数据源的问世为遥感地质找矿带了转机[17-20]。因此,如何将这些新理念、新型遥感信息源和新的技术方法引入地质找矿领域,进一步来解决找矿问题,成为摆在遥感地质工作者面前的重要研究课题。

。图2是张远飞

图2 青海都兰塔妥-沟里地区矿化蚀变遥感信息异常图(蓝-黄-红表示铁染强度由低到高)Fig12 TheremotesensingabnormalinformationofmineralizedalterationinDulantatuo-GouliofQinghai

(1)/光谱地壳0计划的提出

李志忠、王晋年等(2010年)提出的光谱地壳计划,从理念层面上讲就是对卫星、航空、地面和岩芯

取得的和将要取得的海量高光谱数据,利用数字地球的战略思想和方法技术进行信息的存储、管理、查询、分析、数字运算和三维可视化等。目的是构建一个虚拟的、光谱表达的地壳,以便最大限度地利用高光谱信息资源。这实际上是数字地球在高光谱遥感领域的特殊应用与拓展,是我国数字地球典型应用系统建设的重要组成部分。

(2)矿产资源数字勘查区的构建

矿产资源数字勘查区的概念是笔者在/数字地球0框架下,结合铀资源勘查的实践,将遥感、GIS和虚拟现实技术相结合提出来的,目标是把/数字地球0的战略思想和一些关键技术引入到矿产资源勘查中来,构建一个虚拟的矿产资源勘查区,通过信息查询,实现虚拟找矿与虚拟勘探,以加速高新技术在矿产资源勘查中的应用,促进实现地质工作的信息化[21-22]。

(3)新型遥感技术在地质找矿中的应用进入新世纪以来,IKONOS、QuickBird、OB-VIEW、Aster、Hyperion、ALOS、TerraSAR、CBERS-02B等更高空间分辨率、光谱分辨率和更多极化方式遥感数据源的出现,特别是高光谱遥感数据源为遥感地质直接找矿带来了希望。如中国国土资源航空物探遥感中心在新疆东天山地区,利

用航空高光谱数据进行了1B5万矿物填图试验,建立了裸露区高光谱矿物识别与矿物填图的技术体系和工作程式,为我国第三代地质填图)矿物填图奠定了技术基础[23-25]。另外,在西藏驱龙地区根据Hyperion数据填出的蚀变矿物,圈定的找矿靶区取得了很好的验证效果

[26]

。

213 遥感找矿面临的新挑战

2007年,在陈述彭院士倡导下,遥感地质界召开了/遥感找矿面临的新挑战0的香山科学讨论会。这次会议也是第一次以遥感为主题的香山科学讨论会。通过交流和讨论,与会代表达成以下几点共识:(1)遥感找矿的突破寄希望于高光谱遥感技术,特别是高空间分辨率的高光谱遥感技术;(2)开发先进的图像处理技术,特别是蚀变信息提取软件系统,并建议列入国家基础工程加以实施;(3)遥感地质找矿要加强多学科交叉、信息综合和方法集成;(4)建立遥感地质综合实验场,为深入研究遥感机理,遥感与其他地学信息的耦合性和人才培养提供基地。(5)研制和发射具地质找矿目的的专题小卫星,以提供针对地质找矿应用更有效的遥感信息源。

这些共识对后来我国遥感地质找矿的科技进步起到了促进作用:

21311 3Si航空成像光谱系统的引进

中国地质调查局明确我国航空高光谱遥感的

图3 连山关TM遥感影像图(a);连山关光)能谱融合影像(b);连山关光)能谱解译图(c)及连山关野外实景图(d)

Fig13 TheTMremotesensingimage(a);Theray-spectrometerfusionimage(b);Theray-spectrometer

interpretationimage(c);ThefieldimageofLianshanguan(d)

发展方针,即引进与研制并举的方针。核工业北京

地质研究院国家级遥感信息与图像分析技术重点实验室于2008年从加拿大引进了3Si航空成像光谱系统,其光谱范围包括了可见光、近红外,短波红外和热红外谱带,光谱波段数为420个,空间分辨率最高为厘米级,可以为遥感地质找矿提供高空间分辨率的高光谱遥感数据(表1)。21312 多光谱遥感蚀变信息提取技术的应用

多光谱遥感蚀变信息提取技术在地质找矿领域得到了进一步的推广应用。中国国土资源航空物探遥感中心完成了天山-北山、昆仑山、冈底斯山等地区120万km的1B25万遥感异常扫面工作,共提供遥感异常3944个、找矿远景区39处、找矿靶区61处。在已经检查的109个遥感异常中,新发现矿点、矿化点24个。

[27]

表1 CASI/SASI/TASI航空成像光谱仪参数Tab11 CharacteristicsparametersofCASI/SASI/TASI

aerialimagingspectrometer

参数光谱范围每行像元数连续光谱通道数

光谱带宽帧频(全波段)总视场角瞬时视场角信噪比(峰值)量化水平绝对辐射精度

CASI-1500380~1050nm

14702882.3nm1440b0.028b>110014位<2%

SASI-600950~2450nm

64010115nm10040b0.07b>110014位<2%

TASI-6008.0~11.5Lm

600320.125Lm20040b0.068b>460014位?10%

21313 后遥感应用技术的理念的提出及技术的开发

针对学科的交叉、信息综合与方法集成,刘德长,叶发旺等提出后遥感应用技术的理念,并围绕着新理念开发了相应的技术。

后遥感应用技术是指将遥感技术与传统的地学方法和现代信息技术相结合的遥感信息深化应用技术。它强调遥感信息的应用不仅局限于遥感信息本身的应用,还应该包括遥感信息的延伸应用,随着遥感信息应用的深化,更应该加强遥感信息的延伸应用,即后遥感技术的应用。

地质勘查后遥感应用技术的构成包括两个一体,即在信息源上集遥感信息、地质信息、地球物理信息、地球化学信息为一体,在方法技术上集图像处理技术、GIS技术、三维可视化技术、多媒体技术、仿真模拟技术,虚拟现实技术及传统地学方法为一体。因此,不同于传统的多源地学信息集成技术,这里的集成,不仅是信息的集成,还包括了技术的集成。围绕后遥感应用技术理念,结合铀资源勘查,先后开发了铀资源数字勘查区构建技术、遥感与其他地学信息集成技术、地学信息三维可视化技术、铀成矿过程的计算机模拟技术、虚拟找矿与虚拟勘探技术等。21314 遥感地质实验场的建立

中国国土资源航空物探遥感中心在我国东天山地区建立和正在建立我国遥感地质实验场,将为我国科研人员进行遥感信息机理研究,遥感地质信息提取和应用模式的建立,遥感载荷指标设置与潜力评估、检验,以及遥感地质人才的培养等提供综合性的基础实验场地。21315 国产高光谱卫星计划的实施

依托863重点专项和高分专项项目,我国正在实施面向地质找矿的国土资源高光谱卫星计划,卫星预计2015年发射。这将为我国地质找矿提供自主知识产权的新的高光谱卫星遥感数据源,必将推动遥感地质找矿向新的境界发展。

从上可见,尽管遥感地质找矿工作经历了起步-高潮-低潮-高潮的发展过程,但遥感地质找矿工作一直在创新中前进,在前进中创新,推动着我国遥感地质找矿工作的科技进步与持续发展。

[28]

作分析。

311 国家需求层面

从国家需求层面看,矿产资源对国民经济发展的瓶颈制约凸现。温总理在/国务院关于加强地质工作的决定0批示中强调,解决矿产资源制约瓶颈的出路在于/推进地质科技进步与创新,加快高新技术在地质工作中的应用,实现地质工作现代化0。遥感技术是对地观测的高新技术,推进其科技进步与创新,加快其在地质工作中的应用,扩大资源储量,是保障我国矿产资源的供应和实现地质工作现代化的重要途径。2009年8月17日,李克强副总理到国土资源部视察时,明确提出加大地质勘查力度,立足国内,提升地质矿产工作对国民经济和社会发展的保障能力。显然,国家的需求是遥感地质找矿工作发展的动力。312 应用领域层面

从应用领域层面看,遥感地质找矿的发展前景主要包括以下4个方面:

(1)遥感找矿地域的扩展

我国遥感地质找矿的主要地域从陆地拓展到了海洋[29-32],从人口稠密、交通便利地区拓展到了人口稀少、交通不便地区,找矿地域的扩展为遥感技术优势的发挥提供了新的用武之地。

(2)遥感找矿应用面的扩大

过去遥感地质找矿主要是追求资源量的增加,而现在除考虑资源量的增加外,还要考虑到环境保护、灾害治理等需求,这就为遥感技术在地质找矿中的应用拓展了新的方面。

(3)找矿的全球化

由于卫星遥感不受国界限制,因此,在全球找矿中可以发挥更大的作用,包括国外直接找矿和为国外找矿提供信息服务等。

(4)外星找矿探索

在外星找矿领域,遥感技术具有其他技术手段无法替代的优势[33-34]。

313 技术发展层面

从技术发展层面看,遥感地质找矿的发展主要包括以下3个方面:

(1)高光谱遥感技术的发展

特别是高空间分辨率的高光谱遥感数据源为

3 遥感地质找矿的发展前景

在论述了我国遥感地质找矿科技进步之后,再从以下4个层面对我国遥感地质找矿的发展前景

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