本文關(guān)鍵詞：我國遙感地質(zhì)找礦的科技進步與發(fā)展前景，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第13卷第4期2011年8月；地球信息科學學報；JOURNALOFGEO-INFORMATION；Vol113,No14；Aug1,2011；我國遙感地質(zhì)找礦的科技進步與發(fā)展前景；劉德長,李志忠,王俊虎；(11核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,遙感信息與圖像分析技；21中國地質(zhì)調(diào)查局,科技外事部,北京100037；摘要:結(jié)合遙感地質(zhì)找礦的典型案例,包括石油、煤炭；1引言

第13卷第4期2011年8月

地球信息科學學報

JOURNALOFGEO-INFORMATIONSCIENCE

Vol113,No14

Aug1,2011

我國遙感地質(zhì)找礦的科技進步與發(fā)展前景

劉德長,李志忠,王俊虎

1

2

1

(11核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,遙感信息與圖像分析技術(shù)國家級重點實驗室,北京100029;

21中國地質(zhì)調(diào)查局,科技外事部,北京100037)

摘要:結(jié)合遙感地質(zhì)找礦的典型案例,包括石油、煤炭、有色金屬、鈾礦和非金屬等礦產(chǎn),總結(jié)回顧了我國遙感地質(zhì)找礦從起步-高潮-低潮-高潮的發(fā)展歷程和取得的科技進步,指出遙感地質(zhì)找礦歷程雖然曲折,但一直在創(chuàng)新中前進,在曲折中進步,推動著我國找礦事業(yè)的持續(xù)發(fā)展,促進著我國礦產(chǎn)資源的發(fā)現(xiàn)。同時從國家需求、應用領(lǐng)域、技術(shù)發(fā)展和理念更新等四個層面,展望了遙感地質(zhì)找礦的發(fā)展前景,特別是強調(diào)了國家的需求是遙感找礦的動力,高空間分辨率的高光譜遙感數(shù)據(jù)為遙感直接找礦帶來了希望;/光譜地殼0計劃提出的礦物高光譜立體填圖,為探索遙感技術(shù)的深部找礦開辟了新的途徑;陳述彭院士強調(diào)的遙感的應用應從/技術(shù)索引0的思路中走出來,從/技術(shù)層面提升到科學層面0,為今后遙感找礦的深化應用指明了方向。在綜合分析遙感地質(zhì)找礦的科技進步與發(fā)展前景的基礎(chǔ)上,指出現(xiàn)在是機遇與挑戰(zhàn)并存,而機遇大于挑戰(zhàn),應抓住機遇,應對挑戰(zhàn),再創(chuàng)遙感地質(zhì)找礦的新局面。關(guān)鍵詞:遙感地質(zhì)找礦;科技進步;發(fā)展前景;新局面DOI:1013724/SP1J1104712011100431

1 引言

當前,礦產(chǎn)資源對我國國民經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸制約凸顯。采用新技術(shù)、新方法加強礦產(chǎn)資源勘查力

度,擴大資源儲量,是保障我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑。遙感技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域的應用,曾對我國遙感事業(yè)的發(fā)展起了/火車頭0的作用,帶動了我國遙感事業(yè)的蓬勃發(fā)展,促進了我國礦產(chǎn)資源的發(fā)現(xiàn)。但是,遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦中的應用不是一帆風順的,前后經(jīng)歷了起步-高潮-低潮-高潮的發(fā)展過程。事實表明,盡管遙感找礦發(fā)展的道路是曲折的,但通過遙感地質(zhì)工作者的不懈努力,遙感地質(zhì)找礦的步子始終沒有停頓,遙感地質(zhì)找礦工作一直在創(chuàng)新中前進,在前進中創(chuàng)新,推動著我國遙感地質(zhì)找礦的科技進步。21世紀后雖然遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦領(lǐng)域的應用難度逐漸加大,但遙感技術(shù)(特別是高光譜遙感技術(shù))和其他現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展,應用的創(chuàng)新,為遙感地質(zhì)找礦帶來新的活力。/十二五0將是遙感技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域應用出現(xiàn)新的高潮的時期,國家的需求、應用領(lǐng)域的擴展,基礎(chǔ)建

設(shè)的加強和應用理念的更新,將會為遙感地質(zhì)找礦帶來又一個春天。總結(jié)我國遙感地質(zhì)找礦的科技進步,展望發(fā)展前景,對開創(chuàng)/十二五0遙感地質(zhì)找礦的新局面具有現(xiàn)實意義。

2 遙感地質(zhì)找礦的科技進步

211 遙感地質(zhì)找礦的起步與進展

在遙感地質(zhì)找礦應用的初期,人們更多看到的是遙感技術(shù)的優(yōu)勢,如遙感觀測的區(qū)域性和直觀性、遙感數(shù)據(jù)的多波段性,以及能夠快速發(fā)現(xiàn)用常

規(guī)地質(zhì)方法難以發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)體或地質(zhì)現(xiàn)象等。圖1(a)為華南會昌盆地的TM彩色合成遙感影像,依據(jù)影像特征可以明顯看出會昌新月形的白堊紀盆地是受環(huán)狀構(gòu)造控制的(圖1(b)),而這種環(huán)盆關(guān)系用常規(guī)地質(zhì)方法是很難發(fā)現(xiàn)的,在遙感圖像上卻一目了然。

正是由于遙感技術(shù)具有上述技術(shù)優(yōu)勢,激起了地質(zhì)工作者的極大熱情和興趣,掀起了遙感地質(zhì)找礦的高潮,促進了我國礦產(chǎn)資源的發(fā)現(xiàn),如中科院

收稿日期:2011-07-01;修回日期:2011-08-03.

作者簡介:劉德長(1938-),研究員,博士生導師,長期從事鈾礦構(gòu)造與遙感技術(shù)在鈾資源勘查和核軍事領(lǐng)域的應用。目

前,從事高光譜遙感技術(shù)和后遙感應用技術(shù)的開拓研究。E-mail:liudc@yeah1net

圖1 (a)遙感影像圖;(b)解譯圖江西會昌環(huán)狀構(gòu)造遙感影像及解譯圖

Fig11 CircularstructureremotesensingimageandinterpretationmapofHuiChanginJiangXi1(a)Remotesensing

image;(b)Interpretationmap

遙感所利用細分紅外和多光譜遙感在新疆找到金礦,國土資源部航測遙感中心利用遙感影像發(fā)現(xiàn)了羅布泊鉀鹽礦[2],西安煤炭遙感研究院通過對大興安嶺西坡的遙感解釋,在大興安嶺西坡一舉發(fā)現(xiàn)18個含煤盆地。其他一些有代表性的案例還包括新疆塔里木盆地石油天然氣的發(fā)現(xiàn)[5-6]和伊犁盆地砂巖型鈾礦床的擴大等等[7-8]。

但是隨著礦產(chǎn)勘查技術(shù)的發(fā)展,特別是向深部找礦的發(fā)展,以及遙感技術(shù)應用的不斷深入,遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦中應用的局限性日趨明顯,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)遙感影像反映的主要是地表信息或淺部信息在地表的反映,而找礦不僅需要地表信息,更需要深部信息;

(2)多光譜遙感技術(shù)由于屬寬帶光譜,光譜分辨率低,雖然取得一定找礦效果,但缺乏普遍意義上的直接找礦價值;

(3)遙感技術(shù)雖然在基巖裸露區(qū)識別巖性、構(gòu)造的效果很好,但在植被覆蓋區(qū)識別地層、巖性的效果很差。

針對上述局限性,遙感地質(zhì)工作者進行了不懈的努力。開發(fā)了多源地學信息集成技術(shù),以探索解決礦產(chǎn)資源勘查由地表轉(zhuǎn)向深部隱伏礦床的必然趨勢與遙感主要反映地表或淺部信息本質(zhì)特征之間的矛盾[9-11];開發(fā)了遙感弱信息提取技術(shù),以期直接從多光譜遙感圖像上提取礦化蝕變信息,來探索遙感直接找礦的技術(shù)與途徑

[12-13]

[3-4]

[1]

等通過/遙感蝕變信息多層次分離技術(shù)0,利用TM波段值及其派生變量在青海都蘭塔妥-溝里地區(qū),直

接提取的與金屬礦化有關(guān)的三價鐵蝕變遙感信息。劉德長,趙英俊等根據(jù)遙感圖像具有豐富的光譜和紋理信息,在構(gòu)造識別方面具有明顯的優(yōu)勢,但在植被覆蓋區(qū)識別巖性的效果差,而放射性伽瑪能譜數(shù)據(jù)具有區(qū)分巖性和礦化蝕變、受植被干擾少的優(yōu)勢,利用圖像處理技術(shù)將二者融合形成一種新類型圖像。這種圖像既保留了多光譜遙感圖像識別斷裂構(gòu)造的長處,又具有能譜圖像區(qū)分巖性和蝕變的優(yōu)點,從而開發(fā)出光-能譜集成技術(shù),拓展了遙感圖像在植被覆蓋區(qū)的應用,取得了很好的應用效果[14-16](圖3)。

雖然遙感地質(zhì)工作者的努力促進了遙感地質(zhì)找礦的科技進步,但由于信息源為中等分辨率的多光譜遙感信息源,如MSS、TM、SPOT等,以及20世紀末地質(zhì)工作投入量的減少,遙感地質(zhì)找礦一度從高潮轉(zhuǎn)入了低潮。

212 新世紀遙感地質(zhì)找礦的轉(zhuǎn)機

新世紀以來,數(shù)字地球戰(zhàn)略思想的提出,三維可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真)模擬技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展,以及新型遙感數(shù)據(jù)源的問世為遙感地質(zhì)找礦帶了轉(zhuǎn)機[17-20]。因此,如何將這些新理念、新型遙感信息源和新的技術(shù)方法引入地質(zhì)找礦領(lǐng)域,進一步來解決找礦問題,成為擺在遙感地質(zhì)工作者面前的重要研究課題。

。圖2是張遠飛

圖2 青海都蘭塔妥-溝里地區(qū)礦化蝕變遙感信息異常圖(藍-黃-紅表示鐵染強度由低到高)Fig12 TheremotesensingabnormalinformationofmineralizedalterationinDulantatuo-GouliofQinghai

(1)/光譜地殼0計劃的提出

李志忠、王晉年等(2010年)提出的光譜地殼計劃,從理念層面上講就是對衛(wèi)星、航空、地面和巖芯

取得的和將要取得的海量高光譜數(shù)據(jù),利用數(shù)字地球的戰(zhàn)略思想和方法技術(shù)進行信息的存儲、管理、查詢、分析、數(shù)字運算和三維可視化等。目的是構(gòu)建一個虛擬的、光譜表達的地殼,以便最大限度地利用高光譜信息資源。這實際上是數(shù)字地球在高光譜遙感領(lǐng)域的特殊應用與拓展,是我國數(shù)字地球典型應用系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分。

(2)礦產(chǎn)資源數(shù)字勘查區(qū)的構(gòu)建

礦產(chǎn)資源數(shù)字勘查區(qū)的概念是筆者在/數(shù)字地球0框架下,結(jié)合鈾資源勘查的實踐,將遙感、GIS和虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合提出來的,目標是把/數(shù)字地球0的戰(zhàn)略思想和一些關(guān)鍵技術(shù)引入到礦產(chǎn)資源勘查中來,構(gòu)建一個虛擬的礦產(chǎn)資源勘查區(qū),通過信息查詢,實現(xiàn)虛擬找礦與虛擬勘探,以加速高新技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查中的應用,促進實現(xiàn)地質(zhì)工作的信息化[21-22]。

(3)新型遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦中的應用進入新世紀以來,IKONOS、QuickBird、OB-VIEW、Aster、Hyperion、ALOS、TerraSAR、CBERS-02B等更高空間分辨率、光譜分辨率和更多極化方式遙感數(shù)據(jù)源的出現(xiàn),特別是高光譜遙感數(shù)據(jù)源為遙感地質(zhì)直接找礦帶來了希望。如中國國土資源航空物探遙感中心在新疆東天山地區(qū),利

用航空高光譜數(shù)據(jù)進行了1B5萬礦物填圖試驗,建立了裸露區(qū)高光譜礦物識別與礦物填圖的技術(shù)體系和工作程式,為我國第三代地質(zhì)填圖)礦物填圖奠定了技術(shù)基礎(chǔ)[23-25]。另外,在西藏驅(qū)龍地區(qū)根據(jù)Hyperion數(shù)據(jù)填出的蝕變礦物,圈定的找礦靶區(qū)取得了很好的驗證效果

[26]

。

213 遙感找礦面臨的新挑戰(zhàn)

2007年,在陳述彭院士倡導下,遙感地質(zhì)界召開了/遙感找礦面臨的新挑戰(zhàn)0的香山科學討論會。這次會議也是第一次以遙感為主題的香山科學討論會。通過交流和討論,與會代表達成以下幾點共識:(1)遙感找礦的突破寄希望于高光譜遙感技術(shù),特別是高空間分辨率的高光譜遙感技術(shù);(2)開發(fā)先進的圖像處理技術(shù),特別是蝕變信息提取軟件系統(tǒng),并建議列入國家基礎(chǔ)工程加以實施;(3)遙感地質(zhì)找礦要加強多學科交叉、信息綜合和方法集成;(4)建立遙感地質(zhì)綜合實驗場,為深入研究遙感機理,遙感與其他地學信息的耦合性和人才培養(yǎng)提供基地。(5)研制和發(fā)射具地質(zhì)找礦目的的專題小衛(wèi)星,以提供針對地質(zhì)找礦應用更有效的遙感信息源。

這些共識對后來我國遙感地質(zhì)找礦的科技進步起到了促進作用:

21311 3Si航空成像光譜系統(tǒng)的引進

中國地質(zhì)調(diào)查局明確我國航空高光譜遙感的

圖3 連山關(guān)TM遙感影像圖(a);連山關(guān)光)能譜融合影像(b);連山關(guān)光)能譜解譯圖(c)及連山關(guān)野外實景圖(d)

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

interpretationimage(c);ThefieldimageofLianshanguan(d)

發(fā)展方針,即引進與研制并舉的方針。核工業(yè)北京

地質(zhì)研究院國家級遙感信息與圖像分析技術(shù)重點實驗室于2008年從加拿大引進了3Si航空成像光譜系統(tǒng),其光譜范圍包括了可見光、近紅外,短波紅外和熱紅外譜帶,光譜波段數(shù)為420個,空間分辨率最高為厘米級,可以為遙感地質(zhì)找礦提供高空間分辨率的高光譜遙感數(shù)據(jù)(表1)。21312 多光譜遙感蝕變信息提取技術(shù)的應用

多光譜遙感蝕變信息提取技術(shù)在地質(zhì)找礦領(lǐng)域得到了進一步的推廣應用。中國國土資源航空物探遙感中心完成了天山-北山、昆侖山、岡底斯山等地區(qū)120萬km的1B25萬遙感異常掃面工作,共提供遙感異常3944個、找礦遠景區(qū)39處、找礦靶區(qū)61處。在已經(jīng)檢查的109個遙感異常中,新發(fā)現(xiàn)礦點、礦化點24個。

2

[27]

表1 CASI/SASI/TASI航空成像光譜儀參數(shù)Tab11 CharacteristicsparametersofCASI/SASI/TASI

aerialimagingspectrometer

參數(shù)光譜范圍每行像元數(shù)連續(xù)光譜通道數(shù)

光譜帶寬幀頻(全波段)總視場角瞬時視場角信噪比(峰值)量化水平絕對輻射精度

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 后遙感應用技術(shù)的理念的提出及技術(shù)的開發(fā)

針對學科的交叉、信息綜合與方法集成,劉德長,葉發(fā)旺等提出后遙感應用技術(shù)的理念,并圍繞著新理念開發(fā)了相應的技術(shù)。

后遙感應用技術(shù)是指將遙感技術(shù)與傳統(tǒng)的地學方法和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的遙感信息深化應用技術(shù)。它強調(diào)遙感信息的應用不僅局限于遙感信息本身的應用,還應該包括遙感信息的延伸應用,隨著遙感信息應用的深化,更應該加強遙感信息的延伸應用,即后遙感技術(shù)的應用。

地質(zhì)勘查后遙感應用技術(shù)的構(gòu)成包括兩個一體,即在信息源上集遙感信息、地質(zhì)信息、地球物理信息、地球化學信息為一體,在方法技術(shù)上集圖像處理技術(shù)、GIS技術(shù)、三維可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)、仿真模擬技術(shù),虛擬現(xiàn)實技術(shù)及傳統(tǒng)地學方法為一體。因此,不同于傳統(tǒng)的多源地學信息集成技術(shù),這里的集成,不僅是信息的集成,還包括了技術(shù)的集成。圍繞后遙感應用技術(shù)理念,結(jié)合鈾資源勘查,先后開發(fā)了鈾資源數(shù)字勘查區(qū)構(gòu)建技術(shù)、遙感與其他地學信息集成技術(shù)、地學信息三維可視化技術(shù)、鈾成礦過程的計算機模擬技術(shù)、虛擬找礦與虛擬勘探技術(shù)等。21314 遙感地質(zhì)實驗場的建立

中國國土資源航空物探遙感中心在我國東天山地區(qū)建立和正在建立我國遙感地質(zhì)實驗場,將為我國科研人員進行遙感信息機理研究,遙感地質(zhì)信息提取和應用模式的建立,遙感載荷指標設(shè)置與潛力評估、檢驗,以及遙感地質(zhì)人才的培養(yǎng)等提供綜合性的基礎(chǔ)實驗場地。21315 國產(chǎn)高光譜衛(wèi)星計劃的實施

依托863重點專項和高分專項項目,我國正在實施面向地質(zhì)找礦的國土資源高光譜衛(wèi)星計劃,衛(wèi)星預計2015年發(fā)射。這將為我國地質(zhì)找礦提供自主知識產(chǎn)權(quán)的新的高光譜衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源,必將推動遙感地質(zhì)找礦向新的境界發(fā)展。

從上可見,盡管遙感地質(zhì)找礦工作經(jīng)歷了起步-高潮-低潮-高潮的發(fā)展過程,但遙感地質(zhì)找礦工作一直在創(chuàng)新中前進,在前進中創(chuàng)新,推動著我國遙感地質(zhì)找礦工作的科技進步與持續(xù)發(fā)展。

[28]

作分析。

311 國家需求層面

從國家需求層面看,礦產(chǎn)資源對國民經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸制約凸現(xiàn)。溫總理在/國務(wù)院關(guān)于加強地質(zhì)工作的決定0批示中強調(diào),解決礦產(chǎn)資源制約瓶頸的出路在于/推進地質(zhì)科技進步與創(chuàng)新,加快高新技術(shù)在地質(zhì)工作中的應用,實現(xiàn)地質(zhì)工作現(xiàn)代化0。遙感技術(shù)是對地觀測的高新技術(shù),推進其科技進步與創(chuàng)新,加快其在地質(zhì)工作中的應用,擴大資源儲量,是保障我國礦產(chǎn)資源的供應和實現(xiàn)地質(zhì)工作現(xiàn)代化的重要途徑。2009年8月17日,李克強副總理到國土資源部視察時,明確提出加大地質(zhì)勘查力度,立足國內(nèi),提升地質(zhì)礦產(chǎn)工作對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的保障能力。顯然,國家的需求是遙感地質(zhì)找礦工作發(fā)展的動力。312 應用領(lǐng)域?qū)用?/p>

從應用領(lǐng)域?qū)用婵?遙感地質(zhì)找礦的發(fā)展前景主要包括以下4個方面:

(1)遙感找礦地域的擴展

我國遙感地質(zhì)找礦的主要地域從陸地拓展到了海洋[29-32],從人口稠密、交通便利地區(qū)拓展到了人口稀少、交通不便地區(qū),找礦地域的擴展為遙感技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮提供了新的用武之地。

(2)遙感找礦應用面的擴大

過去遙感地質(zhì)找礦主要是追求資源量的增加,而現(xiàn)在除考慮資源量的增加外,還要考慮到環(huán)境保護、災害治理等需求,這就為遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦中的應用拓展了新的方面。

(3)找礦的全球化

由于衛(wèi)星遙感不受國界限制,因此,在全球找礦中可以發(fā)揮更大的作用,包括國外直接找礦和為國外找礦提供信息服務(wù)等。

(4)外星找礦探索

在外星找礦領(lǐng)域,遙感技術(shù)具有其他技術(shù)手段無法替代的優(yōu)勢[33-34]。

313 技術(shù)發(fā)展層面

從技術(shù)發(fā)展層面看,遙感地質(zhì)找礦的發(fā)展主要包括以下3個方面:

(1)高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展

特別是高空間分辨率的高光譜遙感數(shù)據(jù)源為

3 遙感地質(zhì)找礦的發(fā)展前景

在論述了我國遙感地質(zhì)找礦科技進步之后,再從以下4個層面對我國遙感地質(zhì)找礦的發(fā)展前景

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