地质年会交流遥感技术在地质找矿中的应用.ppt

遥感技术在地质找矿中的应用,中南地质勘查院湖北分院于炳飞2012年2月,简介,硕士学位：地球探测与信息技术博士学位：地质资源与地质工程（资源与环境遥感）导师：胡光道、赵鹏大（院士）（地质）专业偏差补地质知识（搞好工作的同时补地质知识）工作思路,讨论交流提纲,1.遥感技术2.数字填图技术,找矿的技术方法,找矿技术方法 是泛指为了寻找矿产所采用的工作措施和技术手段的总称。找矿技术方法实施的基本目的是获取矿化信息，并通过对矿化信息的评价研究最终发现欲找寻的矿产。找矿技术方法按其原理可分为地质方法、地球化学方法、地球物理方法、遥感方法、工程技术方法五大类。各类方法对地质体从不同的侧面进行研究，提取矿产可能存在的有关信息，并相互验证，以提高矿产的发现概率。现今一个新地区的找矿，都是地质、物探、化探、遥感综合方法取得信息，然后再做综合分析判断的。,遥感找矿是一种高度综合性的找矿方法，必须与地质学原理和野外地质工作紧密结合，才能获得丰富可靠的资料和正确的结论。遥感找矿的技术路线是以成矿理论为指导，以遥感物理为基础，通过遥感图像处理、解译以及遥感信息地面成矿模式的研究，同时配合野外地质调查及验证和室内样品分析，以保证遥感找矿的有效性。需要强调指出的是，迄今为止遥感方法并不是一种直接的找矿方法，其获取的信息多是间接的矿化信息，在矿产勘查工作中，必须与其它找矿方法相配合，才能最终发现欲找寻的矿产。,遥感找矿法,遥感找矿的趋势,2007年，温家宝总理在贯彻国务院关于加强地质工作的决定所作的重要批示中强调：“推进地质科研进步与创新，加快高新技术在地质工作中的应用，实现地质工作现代化”。遥感技术是对地观测的高新技术，加快其在地质工作的应用，是实现地质工作现代化的重要方面。从技术层面上讲，遥感找矿的趋势体现在如下几个方面：（1）遥感找矿地域的扩展。从陆地向海洋，如海上找石油；从人口稠密、交通方便的地区向人口稀少、生态环境相对脆弱地区，如西藏找矿。这为遥感技术优势的发挥提供了新的用武之地。（2）遥感找矿应用领域的扩大。过去找矿只注重资源量的增加。新时期的找矿要将资源量的增加与环境的保护和灾害的治理结合起来。这就为遥感技术在找矿中拓展了新的应用领域。（3）找矿的全球化。随着我国经济实力的增强，找矿不仅限于国内找矿，还涉及到迈出国门找石油、天然气、铀和多金属矿产等矿产。卫星遥感技术具有不受国界限制的技术优势，在全球化找矿中可以发挥更大的作用。（4）外星找矿探索。我国的探月计划正在实施，火星探测也在考虑，必然会涉及外星找矿的问题。在外星找矿探索中，遥感技术更具有迄今任何技术无法取代的独特技术优势。这也为遥感技术应用提供了新的机遇。,概述,年发射人造地球卫星，之后的半世纪，揭开了卫星遥感、全球定位系统和卫星通信网络的新时代。地理数据的采集趋向于全球化，从而促进了地理信息系统的发展，使全球变化的研究所需要的准同步观测成为现实。本世纪末，人造卫星总数已超过3颗，其中遥感卫星超过颗，地面遥感卫星接收站大约个。高光谱分辨率达到纳米级，商品化遥感影象地面分辨率达到米级，雷达图像实现了多波段多极化，全天候观测，遥感采集的数据极大丰富，迫使美国提高Internet的数据传输速率至倍，在大学研究和政府间另建Internet II。,遥感信息系统,遥感是一种远离目标，通过非直接接触而判定、测量并分析目标性质的技术。对目标进行信息采集主要是利用了从目标反射或辐射的电磁波。此外重力和磁也作为信息采集手段而加以利用，这些都包含在广义的遥感之中。接收从目标中反射或辐射的电磁波的装置叫作遥感器（remote sensor），照相机及扫描仪等即属于此类。此外，搭载这些遥感器的移动体叫做遥感平台(platform),如现在使用的飞机及人造卫星等。,狭义遥感-主要指的是空间对地的遥感。即在离开地面的平台上（包括卫星、飞机、气球、高塔等）装上遥感仪器，对地面进行探测。它主要以电磁波为媒介，包括从紫外-可见光-红外-微波的范围。换句话说，狭义遥感是把遥感作为对地球表面进行探测的一个立体观测系统。随着科学的发展，这个概念也在不断地发展。广义遥感-包括空对地、地对空、空对空遥感。它不仅把整个地球大气圈、水圈、岩石圈作为研究对象（地球遥感），而且把探测范围扩大到地球以外的日地空间（宇宙遥感）。从遥感利用的媒介来看，广义遥感包括：电磁波遥感（光、热、无线电波），力场遥感（重力、磁力）；声波遥感；地震波遥感。,利用遥感技术，通过观测电磁波，从而判读和分析地表的目标及现象，是利用了物体的电磁波特性，即“一切物体，由于其种类及环境条件不同，因而具有反射或辐射不同波长的电磁波的特性”。所以遥感也可以说是一种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波达到识别物体及物体存在的环境条件的技术。,遥感技术四个应用层次-根据遥感信息的利用方式和效应,1.实时信息的定性分析 利用单一信息和目视判读作为遥感应用的主要技术手段。如：用红外扫描仪进行林火监测。2.空间信息的定位分析 利用多波段信息，进行图象匹配，彩色合成、边缘增强等处理技术。如：资源调查、地质填图、农业区划、森林普查、土地利用等。,遥感技术四个应用层次-根据遥感信息的利用方式和效应,3.时间信息的趋势分析 利用周期性的遥感图象和数据，通过时间序列的对比，反映研究对象不同时间轨迹的动态变化。如：自然环境变迁、城市扩展、灾情调查等。4.环境信息的综合分析，即多种来源信息的复合分析随着遥感技术的发展，获取环境信息的手段越来越多，为多种来源的信息进行复合处理和综合分析提供可能。,现代遥感信息采集技术的重大发展,1、高分辨率光谱遥感信息采集技术获重大突破 美国2000年11月21日成功地发射了EO-1卫星，这是美国国家航空和宇宙航行局新千年对地观测计划的重要组成部分。EO-1卫星搭载了先进大地成像仪（Advance Land Imagers-ALI）、高光谱成像分光计（Hyperion）和大气校正仪（Atmospheric Corrector）等传感器。大地成像仪在0.4-2.4范围内设置了9个波段，空间分辩率30m，另有一个10米分辩率的全色波段;大气校正仪光谱范围8901600nm，光谱分辩率26nm，空间分辩率250m，主要用于对ETM+和ALI作大气校正;高光谱成像分光计具有220个波段，光谱分辨率10nm，空间分辨率30m，幅宽7.5km，适合地学遥感应用。,现代遥感信息采集技术的重大发展,高分辨率光谱遥感技术极大地增强了对地观测能力和对地物的识别能力，10nm的光谱分辨率提高了遥感技术的定量化水平，一些特定的波段已经可以直接反映地表岩石中的矿物成分，用户可以根据从遥感数据中重建的地物光谱定量或半定量地直接识别地物和地物的成分，与过去常用的TM遥感数据相比高分辨率光谱遥感技术的专题制图能力会有突破性的提高。,现代遥感信息采集技术的重大发展,国土资源调查是高分辨率光谱遥感技术最能发挥优势的应用领域。在地质填图调查和矿产资源勘查中，对地层岩性的识别、构造带的追索及矿化蚀变带的划分都要利用高光谱遥感对矿物种类的识别技术；在土地及水资源调查与监测中，土地利用和土地类型划分、土壤退化（沙漠化和盐碱化）监测、环境监测，水体的污染调查和监测等方面都有重要应用。,现代遥感信息采集技术的重大发展,2、高空间分辨率遥感应用前景广阔高空间分辨率的卫星近年来已步入商业卫星图像市场，美国于1999年9月24日发射了IKONOS卫星，这是第一颗具有高空间分辨率的民用卫星，全色波段的分辨率为1m，多光谱四个波段（红、绿、蓝和近红外）分辨率为4m。该卫星98分钟绕地球一周，每天绕地球14圈，3天一个回归周期。高空间分辨率的卫星图像适宜在土地及环境调查、监测，城市规划及城市预警，突发性灾害调查,军事侦察等中应用。高分辨率遥感图像的信息精度在1：1万左右。,QUICK BIRD卫星,QuickBird卫星是2001年10月18日在美国发射成功的目前世界上商业卫星中分辨率最高、性能较优的一颗卫星。它在空间分辨率（0.61米），多光谱成像（1个全色通道、4个多光谱通道）、成像幅宽（16.5公里X16.5公里）、成像摆角等方面具有显著的优势，能够满足更专业、更广泛应用领域的遥感用户。,2007年9月18日“WorldView-I”的下一代地球图像卫星由一枚“Delta 2”火箭发射升空，在距离地球300公里的轨道运行。该卫星的使用寿命约为7年。（Goolge公司）“WorldView-I”与数字地球公司的另一颗卫星“Quickbird”将共同提供分辨率为0.5米的地面卫星图像，并且每天能收集超过60万平方公里的图像。2008年下半年发射“具有里程碑意义”的第二代“WorldView I”，届时其拥有的三颗卫星每天能收集超过100万平方公里的高清晰图像。,现代遥感信息采集技术的重大发展,3、全天候的微波（雷达）遥感可探测地表的微小垂直变形利用波长约一厘米至数十厘米的微波进行遥感，可以不受天气的制约而进行全天候观测，因为它利用了可见光及红外遥感中所没有的优点。它除能测量观测目标的频率特性、后向散射特性（表面散射、体散射）、多普勒效应、偏振特性外，还可以利用这些数据测定用可见光及红外遥感器难于观测的海洋波浪、海面风等物理量。,现代遥感信息采集技术的重大发展,近年来微波（雷达）遥感在地形制图、地表垂直变形中得到广泛应用，美国航天飞机搭载合成孔径雷达完成了全球70%大陆面积的雷达遥感信息的采集工作，利用该信息完成了全球多种比例尺的DEM数字地形图的编制，为“数字地球”计划奠定了数据基础。合成孔径雷达相干技术（INSAR）：利用一个雷达天线发射信号，用两个位置稍有分离的天线（或重复轨道飞行），接收来自同一照射点（地物目标）的回波信号，从这两幅接收的复值图象中获取相位差（相干图），以获取 DEM高程数据、监测地表变化。,Landsat 卫星,Landsat是美国于1972年在世界上第1次发射的真正的地球观测卫星，由于它的出色的观测能力推动了卫星遥感的飞跃发展。1.轨道参数:Landsat一4、5、7号采用飞行高为705km，轨道倾角为98度的太阳同步准回归轨道，通过赤道时刻为地方平均时上午9：39。它用16天时间对整个地球观测一遍，第17天返回到同一地点的上空（17 日回归）。2.观测仪器:星上搭载多光谱扫描仪（MSS）和专题扫描仪（TM）两种遥感器。MSS的IFOF为80m，TM(ETM)的IFOV除6波段的热红外以外为30m。地面上的观测宽度约185km。,S POT 卫星,SPOT 是法国于1986年2月发射的高性能地球观测卫星，它搭载两台高分辨率遥感器HRV，具有通过斜视进行立体观测等优点。1990年2月发射了2号星，现在正在运行的是5号星。1.轨道参数：采用高度为830km，轨道倾角987度的太阳同步准回归轨道，通过赤道时刻为地方时上午10：30。回归天数为26天，60 x60km2，在倾斜观测时，横向最大达81km2。由于采用倾斜观测，可以对同一地区用45天的间隔进行观测。,NOAA 卫星,NOAA是由美国海洋大气局运行的第三代气象观测卫星。第一代称为TIROS系列（1960一1965年），第二代称为ITOS系列（1970一1976年)。NOAA卫星的轨道是接近正圆的太阳同步极轨道，轨道高度为870km及833km，轨道倾角为989度及987度，周期为101分。NOAA卫星的应用目的是日常的气象业务，平时有两个卫星在运行。卫星上搭载的主要遥感器有改进型高分辨卒辐射计AVHRR2 和泰罗斯垂直分布探测仪TOVS。观测云的分布、地表（主要是海域）的温度分布，测量大气中气温及温度的垂直分布等。,1多光谱遥感矿化蚀变信息提取 遥感蚀变异常提取的目的就是要探测和圈定与成矿密切有关的蚀变岩矿物、蚀变岩带和矿体表生氧化带（例如铁帽）。,遥感在地质中的应用,ETM波段的主要适用范围,(1)典型蚀变矿物波谱特征,1)粘土矿物主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙脱石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石等。羟基是粘土矿物的重要组分，其光谱特点受羟基离子的影响显著。羟基影响谱带出现在2.1-2.5m之间，其中2.2m的吸收带最强是羟基的典型吸收谱带。,粘土矿物的光谱曲线中，强吸收谱带在1.4m、1.9m和2.2-2.4m三个波长区,2)含铁离子矿物,赤铁矿:Fe2O3 褐铁矿:Fe2O3nH2O 针铁矿:FeO(OH),a）在0.9m附近有一个强的吸收特性，这是Fe3+的典型谱带；b）0.9m强吸收长边随波长增加反射率急剧上升至1.4m附近达最高值，而后至2.5m呈缓慢下降趋势。因此，在1.0-2.5m波段内，光谱曲线呈沙丘状;c）褐铁矿因含结晶水，所以在沙丘状曲线的1.4m和1.9m波段位置上叠加有羟基或水的谱带。,3)碳酸盐矿物,在1.3m以前，光谱特征主要是由金属离子决定的；1.3m以后，光谱带都在m区间，一般至少表现出5个（2.55m、2.35m、2.16m、2.0m、1.9m）、甚至7个特征谱带，它们是由于CO32-基团分子决定。其中2.33-2.37m和2.52-2.57m范围的谱带最强，因而成为鉴别碳酸盐矿物的标型谱带。,(2)方法,1)波段比值分析 根据代数运算的原理，当波段间差值相近但斜率不同时，反射波段与吸收波段的比值处理可增强各种岩性之间的波谱差异，抑制地形的影响，并显示出动态的范围。通常是选择特定目标的最小或最大反射或辐射波段作为比值波段。一种地物在两个波段上波谱辐射量的差别，常被称为波谱曲线的坡度。不同地物在同一波段上坡度有大有小，有正有负。比值法就是增强不同地物以及岩石之间的这种微小的差别的。比值法在增强岩石波谱特性的微小差别时，还会消除或减弱地形信息和亮度的差别。,2)主成分分析 主成分分析（Principal Components Analysis）也称为K-L（Kahunen-Loeve）变换，它是一种以多变量方差或协方差分析为基础的多维正交线性变换。能够把各波段所包含的地学信息集聚到新的主组分图像上，但依然保持原始图像数据的主要特征和属性，从而使变量的空间维数降低。同时又具有去相关性，通过多个相关波段的变换后，使新的主组分分别集中不同的信息。主成分分析的这些重要特征使其在特征信息提取和分类中得以广泛应用。,3)光谱角填图法光谱角填图（Spectral Angle Mapping，以下简称SAM）是一种监督分类技术。该算法是将图像波谱直接同参考波谱匹配的一种交互式分类方法，是一种比较图像波谱与已知地物波谱或波谱库中地物波谱的自动分类方法。这种方法充分利用了光谱维的信息，强调了光谱的形状特征，大大减少了特征信息。SAM以实验室/野外测量的标准光谱或从图像上提取的已知点的平均光谱为参考，将图像中每一像元矢量与参考光谱矢量求广义夹角，夹角越小相似度越大。,3.比值法实例,TM3/TM1,用于识别铁的氧化物、氢氧化物类,包括:赤铁矿、褐铁矿、针铁矿。,TM5/TM7,其值远大于1,识别含羟基矿物、水合硫酸盐和碳酸盐。,2线环构造解译,遥感在地质中的应用,线性构造提取(1),线性体是遥感影像上任何天然的、沿某一方向有规律性展布的呈直线状或曲线状分布的线性排列，它多半是以其本身的色调或其两侧地区在影像色调上和图形结构上的差异显示出来。线性体的形成是多种多样的，一类是与人类活动有关的地物，如铁路、公路、水渠、输油管道、运河、城墙等;一类是天然地物和水系，如直线状的山脊、平直的湖岸、海岸线、平直的地貌单元的分界线等。还有一类是某些地质体和地质构造所形成的线性影像，这些在成因上与地质作用有直接或间接关系的线性影像称之为线性构造。,线性构造提取(2),线性构造包括的范围很广，主要有各种呈直线状的地质界线(如一些岩性界线、不整合界线等)、各种断裂构造形成的影像(如各种断裂、隐伏断裂、地壳断裂以及各种断层等)。由于受自然条件限制，地质矿产调查中往往会漏失大量的构造信息，而给成矿作用分析带来困难。利用遥感的构造解译方法，能够发现野外不易发现的构造信息，并且可以获得深部构造的间接信息，反映更深层次的地质信息弥补地表工作不足。,线性构造提取(3),线性构造(断裂、大型裂隙带)的解译标志主要有：水系和分水岭的线性组合;角状水系的发育带;3)倒钩状水系;4)直交水系和不同汇水域的水系线性排布;5)直线状水系;6)汇流点的线性排布;7)“对向”水系(倒钩的变异);8)囊状河谷是多组构造的交汇区;9)分水岭错断，水系源头的交错现象。它们不仅反映了线性构造的存在，同时反映了局部地块的升降。线性构造解译主要依据色调、色彩异常，一般压性断裂显示平缓波状并常由密集的多条平行排列的断裂组成;压扭性断裂显示为网纹状、鳞片状等特征。区域性深大断裂往往反映为线性构造高密区，压性断裂往往构成其低序次断裂，显示挤压破碎带或蚀变带，彩红外像片多为暗色。,遥感合成图（Red 4;Green:5;Blue:7）,普朗地区遥感解译线性、环形构造缓冲区图,环性构造提取(1),遥感影像除能反映出地球深部、浅部及表壳的大量线性构造外，还可反映一些圆形、圆环形、弧形封闭形以及半圆形影像特征，一般称为环形构造。这类构造在遥感图像上的表现形形色色，主要据其构造形式、色调(彩)、地貌及水系特征加以识别。它们有的边界清楚，极为醒目;有的则很隐晦，甚至几经增强处理才能识别。,环性构造提取(2),火山机构：一般呈明显的环状或环状与放射状线。岩浆侵入体或岩浆活动中心：常呈圆形、椭圆形，一般影像清晰。色调随岩石中基性组分的增高而变暗。有些隐伏岩体在图像上也有不同程度的显示，但一般比较隐晦。褶皱构造：尤其是短轴背、向斜、弯窿构造等，常呈明显的环带状。新的隆起和拗陷盆地：常呈环状或不规则环状。弧形断裂、旋扭构造：如陕甘宁大型环体、四川盐源环体，云南腾冲地区金平环体和黄泥河环体(涡轮状构造)。这类环状构造也较常见。热液蚀变带构造(晕圈)：不同类型的蚀变作用在不同谱段的遥感图像上显示不同清晰程度的环状或不规则环状构造。热动力构造岩块：遥感图像上许多环形、弧形封闭形和多边形断裂所围限的地质体有的系来源于地壳深部，据推测是地慢放射性元素聚合热核爆炸所形成的高能热压岩浆湍流，依高粘度特高压强流体力学运动规律，几经射流或穿刺到地壳不同深度，冷凝形成的坚硬岩块，构成环形或不规则环形构造。根据成因，与地质作用密切相关的环形构造可分为以下几种：,环性构造提取(3),从本质上将，环形构造也是一种特殊的线性构造，所以上面介绍的提取线性构造方法同样适用于环形构造。同线性构造一样，提取遥感环形构造的主要途径还是人工目视解译。即在对遥感图像进行增强处理的基础上，结合基础地质资料等进行人工目视解译。环形构造识别标志主要有亮度变化、色调差异、影纹结构等。各类环形构造在影像上表现为规模不等的环状影像特征，环的边缘通常是色调异常、影纹结构变化的边界；岩体型环形构造的环内色调和影纹结构均一，并与背景地物存在明显的差异；隐伏岩体型环形构造的清晰度决定于岩体的埋深，岩体越浅越清晰，环的形状与岩体的形态密切相关，环的形状反映了岩体的空间分布特征；隐伏岩体上方球面状蚀变环与隐伏岩体影像特征相似，颜色比隐伏岩体稍浅；出露于地表岩体的蚀变环，其影纹结构与原岩相近，色调则比岩体深。,红线范围-图像范围，蓝线范围-研究区，底图为数字高程(DEM),普朗-朗都地区数字高程图图为数字高程(DEM),