矿石中粘土勘查检测方案(光纤光谱仪)

第26卷 第1期2011年1月地球科学进展ADVANCES I EARTH SC EN CEVol26 No 1Jan，2010 14地球科学进展第26卷 遥感和光谱地质进展及其对矿产勘查的实践应用 燕守勋'，武晓波'，周朝宪?，刘朝晖庄永成，曹春香'，魏欣欣'，于彩虹'，肖春生1 (1中国科学院遥感应用研究所，北京 1001012有色金属矿产地质调查中心，北京 1000123青海西部资源公司，西宁 青海 810000 4 青海省地质调查院，西宁青海 810012) 摘 要：根据2009年 E conam ic Geo logy 出版的专辑 Renote Sensing and SpectralGeology， 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。内容从测谱学、TM /ETM 和ASTER 宽波段遥感应用，到地面和航空高光谱遥感应用与热红外遥感。传统的信息填图主要是解译，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，还能加深对矿床成因的理解。现代光谱地质结合 XRF和 GPS能够对矿物和蚀变带原地定量填图。'。 TM /ETM 从铁氧化物和含羟基矿物来提取矿化蚀变信息，大区域快速圈定成矿靶区。 ASTER 在粘土区SWR的5个波段提供了区分粘土矿物类型和|些硫酸盐、碳酸盐的能力，可以区分粘土、高级粘土、绢英岩和青盘岩，以及方解石和白云石。短波区的3个铁波段可以区分黄钾铁矾与赤铁矿和褐铁矿。障碍是需要校正到反射率来区分这些矿物组合，没有辅助数据很难做到这点，这极大地限制了该仪器作为常规勘探工具的能力。C rosta提供了多元统计方法对蚀变带填图，不需要大气校正。ASTER有5个热波段，像元大、信噪比低。有能力对硅质岩和碳酸盐填图，但噪音多，并不总是有效。航空高光谱具有矿物填图的实用信噪比。但航天高光谱Hyperion的信/噪比不能满足勘探和填图的要求。热红外是正在发展、尚未应用的勘探工具，其前景是可对硅质、硅酸盐类和碳酸盐填图。高分辨率遥感图像也为矿区快速评价、矿产勘查以及矿山建设提供了有效的技术支持。最后，结合国内外研究进展，讨论了勘查中的数据选择，给出了建设性的结论。 关键i词：遥感地质；光谱地质； Crosta技术；可见光红近红外豆短波红外一热红外；矿产资源勘查 中图分类号：P624 P627 文献标志码：A 1 前 言 自1983年 E conam ic Geology遥感论文发表以来，26年过去了。 那时是搭载在卫星上的仅几个波段、大像元的多光谱扫描仪，仅对地表形成概览，图像处理仅是对结构的增强和构造解译，发现大构造和伪科学的线性构造分析。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，还能加深对矿床成因的理解。 传统的信息填图主要是解译，现代光谱地质结合XRF和 GPS能够对矿物和蚀变带原地定量填图12。 2009年， E conam ic Geo logy 出版了专辑 RanoteSensing and Spectral Geology.。本文根据该专辑的主 ( 收稿日期：2010-04-22修回日期：2010-08-24 ) ( *基金项目：国家自然科学基金项目“低概率蚀变岩及相关地质体的亮光谱遥感探测机理与方法研究”(编号：40672198)和“黔西南红粘土型金矿光谱指数研制与 ASTER填图研究”(编号：40772199)；青海省重大科技攻关项目“青海省东昆仑成矿遥感快速 探测技术和主要矿产成矿规律研究”(编号：2006-6-160-01)资助. ) ( 10作 者 简介：燕守勋(1961-)男，江苏沛县人，研究员，主要从事遥感地质与矿产资源勘查与应用. E -mait yans@ irsa ac cn 14- C h ina Academic Journal Electronic Publishin g H ouse. Al rights reserved. http：//www.cnki.net ) 要内容、近年来发表的相关文献以及我们矿产资源遥感勘查的实践，写出了该论文。 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， W W Coblenz 1905一1910年出版了矿物红外光谱数据，40年代中期已有用于矿物学研究的红外光谱仪； Lyon和Moenke 最早综述了矿物光谱； Famer”出版了论论和实用方面的专著，M arel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18~122编辑了矿物短波红外光谱，目前被广为应用； C lark等3做了扩展； Hauff做了商业参考库； NASA 喷气推进实验室做了添加燕守勋等对此进行了综述。目前的光谱库可在网站上检索： http l/ speclab.cr usgs goy httpllspeclih jpl nasaagovo中国建立了“863”岩矿光谱数据库。 除VNIR-SWR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， Thom pson等综述了用PMA-II进行蚀变矿物填图的技术与实例。PMA-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。 3宽波段遥感 TM /ETM是我们工业的“驮马”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SWR有5个波段，提供了区分粘土矿物类型 表1 SWR识别矿物的勘查应用实例[16] Table 1 Exam ples of the use of SW IR in expbration 矿物 蚀变 勘查应用 明矾石 高级粘土化 高硫化物环境，绕高硫化 物的分带，低硫化物蒸汽 加热的带 迪开石 高级粘土化 绕高硫化物的分带，沉积 岩容矿的金矿化 高岭石 高级粘土化和风化岩石 高硫化物，沉积岩容矿的 金，分带 迪开石，叶腊石，水铝石 高级粘土化 深度估计 绿泥石 青盘岩化，绿泥石化 VMS分带，U矿分带 伊利石，蒙皂石 粘土化 高和低硫化物，分带，U矿，分带 碳酸盐 碳酸盐化 中温成矿，分带 表2月用于矿产勘查的在SWR有特征吸收的矿物(黑体字为关键矿物)1 Tab le 2 Summ ary of infrared-ac tive m inera ls w ith distinctive spectra in the SW IR16 (key m inera ls are in bo ld) 形成环境 标准术语 SWR活跃的矿物组合 钾的(富黑云母的)，K硅酸盐，黑云母的 黑云母(金云母)，阳起石，绢云母，绿泥石，绿帘石，白云母，硬石膏 钠的，钠一钙的 阳起石，单斜辉石(透辉石)，绿泥石，绿帘石，方柱石 绢英岩化的，绢云母的 绢云母(白云母一伊利石)，绿泥石，硬石膏 中等泥化的，绢云母一绿泥石一粘土，泥化 绢云母(伊利石一蒙皂石)，绿泥石，高岭石(迪开石)，蒙脱石，方解石，绿帘石 高级泥化的 叶腊石，绢云母，水铝石， 明矾石，黄玉，电气石，蓝线石，氯黄晶 云英岩 黄玉，白云母，电气石 矽卡岩 单斜辉石，钙硅石，阳起石一透闪石，维苏威石。绿帘石，蛇纹石一滑石，方解石，绿泥石，伊利石一蒙皂石，绿脱石 青盘岩 绿泥石，绿帘石，方解石，阳起石，绢云母，粘土 高硫化物 浅成热液 矿化 高级粘土一硫酸盐 高岭石，迪开石，明矾石，水铝石，页腊石，氯黄晶 粘土的，中级粘土的 高岭石，迪开石，蒙脱石，伊利石一蒙皂石 青盘岩 绿泥石，绿帘石，方解石，绢云母，粘土 低硫化物浅成热液矿化 冰长石一绢云母，绢云母的 绢云母，伊利石一蒙皂石，高岭石，玉髓，蛋白石，蒙脱石，方解石，白云石 高级粘土一硫酸盐(蒸汽加热) 高岭石，明矾石，方石英(蛋白石，玉髓)，黄钾铁矾 青盘岩的，沸石的 绿帘石，方解石，斜钙沸石，绿泥石，伊利石一蒙皂石，绿脱石 中温的 碳酸盐 方解石，铁白云石，白云石，白云母(富Cr/V)，绿泥石 绿泥石的 绿泥石，白云母，阳起石 黑云母的 黑云母，绿泥石 沉积岩容矿的金矿 粘土的 高岭石，迪开石，伊利石 火山块状硫化物 绢云母的 绢云母，绿泥石，硬绿泥石 绿泥石的 绿泥石，绢云母，黑云母 碳酸盐 白云石，菱铁矿，铁白云石，方解石，白云母，绿泥石 沉积岩容 矿的块状硫化物 电气石岩 电气石，白云母 碳酸盐 铁白云石，菱铁矿，方解石，白云母 绢云母的 绢云母，绿泥石 钠长石的 绿泥石，白云母，黑云母 绿泥石，白云母，黑云母 和一些硫酸盐、碳酸盐的能力；短波区的3个铁波段可以区分铁氧化物；ASTER有5个热波段，有能力 对硅质岩和碳酸盐填图(图1)。 图1 宽波段传感器的波段7 Fig 117The bands of the broad-band sensors in reno te sensing from Pan fim， IR film， MSS TM， SPOT to ASTER1’X轴表示从可见光到短波红外的波长(mm)，Y轴表示相对反射率。肉眼可见的波段0.4~0.7mm，特别表示了植被和干燥土的光谱。 31.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 R波段，能探测铁氧化物和区域地质概览， Landsatl-4类似；1982年发射的 Landsat5有 30m分辨率，在 SW R有7波段；1999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。但全球覆盖的 TM /ETM 数据可从 http //glcfapp umiacs umd edu 8080/esdi免费下载。 Sabine 18对处理技术进行了综述， Ciosta等19综述了主要的处理技术如下： (1) Abrams 波段比值算法 (Abrams ratio algo-rithm)： 使用指定的影像创建 RGB合成图。R 图层对应粘土比率(Band 5/Band 7)，G图对对应铁比率(Band 3/Band2)， B图层对应植被比率(Band 4/Band3)。 (2)特征导向的主成分分析(Feature-orientedprincipal component analysis 即 Crosta技术)：用Crosta技术增强 ETM数据，提取岩石蚀变信息的过程为，第-i一步，分别对1、3、4、5波段和 1、4、5、7波段 数据做主成分分析；第二步，选1、3.4、5波段处理结果中原始波段1、3的载荷较大且符号相反的主成分为铁化分量，通常为第4主成分，选1、4.5.7波段处理结果中原始波段5、7的载荷较大且符号相反的主成分为羟基分量，通常也为第4主成分；第三步，以铁化分量为红波段，羟基分量为绿波段，铁化分量羟基分量的均值为蓝波段进行彩色合成，形成岩石蚀变信息图像；第四步，在岩石蚀变信息图像上叠加地质矿产图，对所提取的蚀变信息进行遥感地质分析。C rosta技术也可对铁物化物和含羟基矿物各自产生灰度图像。 (3)选择性主成分分析(Selective PrincipalC omponentAnalyss SPCA)：选择2个波段做主成分分析；选择 Band1和 Band3做 PCA变换，其中第二主成分 PC2代表铁比率；如果 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(D irected Principal Com- ponent Ana lysis DPCA)： 将 Band4/Band3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。 32TM /ETM 应用 321 C rosta技术的国外应用 C rosta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20~3] Loughlin[2021]率先成功应用，在美国 N evadaGold Bar 金矿床发现了5个矿体，叫做金棒拓展矿床。 内华达 PascoCanyon是新发现的金矿区。用C rosta技术在详细地质填图的密集勘探区，新发现了表生蚀变带：400m×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‘17 其他文献122~331的应用不再详述。 322 我们的应用新发现 统计青海东昆仑13、内蒙赤峰、新疆东天山、西昆仑、东非等地的700多个矿床(点)，发现 Crosta彩色合成图像上，高含铁氧化物的暗红图斑主要与铁、铅锌、金、铜、钼矿有关，高含铁氧化物与高含羟基矿物的亮白图斑主要与内生铜矿有关，总相关率达45%。图2是几个典例示意图。 图2a高雪西二八五铜矿点：位于西段昆南成矿带、含高羟基和高铁氧化物矿物亮白色调边部，容矿岩石是元古代金水口群变质岩，受 NW 西向断层控制。 图2b江巴尕日当金铜矿：处在昆南构造带、半环形亮白色调高含羟基矿物和氧化铁矿物火山机构中，围岩为石碳一二叠系碳酸盐岩及火山岩，受北西西向断裂带控制。主要沿亮白色调环火山机构和暗红色调区寻找热液脉型和矽卡岩型金铜铁矿。 在青海东昆仑还有多处位于亮白图斑或条带边部的铜矿点，如牙马托、高雪山等铜矿带，都是未来勘探的目标4。 图2c景忍一虎头崖多金属矿区：位于西段祁曼踏格昆北成矿带，暗红色调氧化铁矿物区为矽卡岩化碳酸盐岩，出露岩石为元古代金水口群变质岩、石 在暗红色调氧化铁矿物区及其外围有多处矽卡岩型和 SEDEX型多金属矿。 图2d小洪山铁矿：处在西段拉陵灶火区昆北成矿带，暗红色调铁氧化矿物区为矽卡岩化碳酸盐岩，矿化位于石碳系大干沟组碳酸盐岩与海西期花岗岩类接触带，受北西向断层控制。 在暗红色调氧化铁矿物矽卡岩化碳酸盐岩区寻找矽卡岩型铁、铜、铅锌矿。 图2e赤峰敖仑花斑岩中型铜钼矿(黄点)：地质条件是：上二叠统林西组中的中性火山岩，燕山期花岗斑岩， NE、近 SN、NW、EW 向断层。暗红图斑处为火山机构：一个NE向长纺锤形红色图斑，暗红色调在中偏西部，外围色调变浅。该图斑S、N边部受EW向断层控制，西边受 NW 向断层控制，东边受NE 向断层控制，一条SN向断层穿过图斑中部，暗红图斑在该 SN 向断层的两则。暗红图斑的S、N边界也是 EW 向小断层，E、W边界是 SN 向小断层。钼矿位于暗红图斑的南缘。 图2f赤峰半拉山隐爆角砾岩型中型钼矿(黄点)：燕山期花岗闪长岩，下二叠统大石寨组中性火山岩，上侏罗统白音高老组流纹质火山岩一火山碎屑岩， NE、NW、EW向断层。暗红图斑是火山机构，处在分开大石寨组与白音高老组的NE向断裂裂。整体是一个圆环形的红斑，暗红色调在中部沿断裂带分布，向外色调变浅。外围在大石寨组中有一铜矿。 图2g埃塞俄比亚 Adola金矿田13431：南部Ado-la金矿田(唯一的采矿区，1980年发现后又发现PG01Lega Dembi和 PG02Sakaro金矿)。 Lega Dembi62 tM egado23 76 t Sakan> 3 t造山型中温矿床。1979一1981年的勘探项目发现了 Lega DmbjSakaro 金矿床和 PG03W ollenePG04Kum udu 等金矿点及其他矿化，进行了填图、坑探、槽探、钻探、地球物理、地球化学等勘探。图上符号 AG都是砂金矿，这些原生金矿全都处在近 SN向铁氧化物暗红图斑的东南边缘。 (1) LegaD mbi金矿(PG01)：1979年发现含金石英脉，金品位 26 7 g/t1988年露天开采，年产3t200m以上储量62t平均品位4g/t 矿脉产在南北向剪切带中，处在低级变质岩(石英一云母片岩、透闪石一阳起石片岩、滑石片岩)与高级花岗片麻岩(石英一长石一云母和黑云母一白云母片麻岩)接触带。北部石英脉地面出露长达2000m，宽 南部6条石英脉，长840m，平均厚3.4m。南部矿脉北东西向断层向东错断，有05~5mm的明金。 (2) Sakara金矿(PG02)：在残积层中发现砂金后，在山脊上追索到含金石英脉。初次分析金品位0 5~ 25 g/t 银品位22~203 5 g/t 19791980年勘探。矿床产在 SN向 Megado-D igati地向向斜边部 A dola 组石英母云母片岩、角闪片岩、石墨片岩、透闪石一阳起石片岩中，有石英脉和基性岩脉。剪切带处在斜长角闪岩与变质沉积岩接触带。4个NE向石英细脉群延伸 770m，厚2~93m。金品位从微量到523g/t平均48g/t (3) W ollena(PG03)：4条走向 SN、NW-SE倾向西的石英脉和细脉、脉线和硅化带赋存在斜长角闪岩、石英一云母片岩和石墨片岩中。地表最大出露长度石英脉为300m，硅化带为 400m， 厚7~20m。金品位从微量到08g/t (4) Kumudu (PG04)：该矿处在浅色花岗片麻岩、骨石、透闪石、角闪片岩之下，少量石英一云母和石英一石墨片岩。 SN 向构造伴有石英细脉、硅化带和石英一电气石脉。A类乳白色石英脉含金金量，含方铅矿、黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿；B类透镜状石英脉赋存在含滑石的岩石中，长40~220m，宽达 4m，金品位 12 6g/t C类小石英透镜体和细脉，长10~20m，宽 10 cm，与B类相伴；D类为石英网脉，赋存在片麻岩中，经常含 0.01~1mm的明金，金品位可达20 5g/t (5)野外找矿试验：2009年5月，我们对新疆东天山的 C rosta图像上的5个暗红图斑进行了找矿验证(图3)，结果如下： 用一天时间验证琼河坝钾长花岗岩中的小暗红图斑。在暗红图斑中部 NWW 向构造带中的若干小石英脉中发现黑钨矿，但无云英岩化，可能剥蚀程度较高(图3a)，图3b为含黑钨矿石英脉野外照片。 用一个上午在双峰山验证暗红图斑，发现这里是NE40°的硅质岩、石英斑岩、流纹岩带，有褐铁矿化，在斑岩与大理岩接触带的矽卡岩中发现赤铁矿囊(图3c)，在暗红图斑处有有色704队挖的探槽(图3g d)，有 NE向褐铁矿化、硅化角砾岩构造带，图3d为暗红图斑处的探槽；图3e为赤铁矿矿囊野外照片。 用一天验证暗红图斑。追索其南缘 NWW 向闪长岩一硅化构造带，在钾化、绿帘石化闪长岩中发现铜矿化及转石(图3f)。图3g为发现的孔雀石化野 里有铜、铁矿成矿条件与矿化。 验证另外2处，没有发现矿化。野外共验证 5处暗红图斑，有3处有铜铁、钨(锡?)、金矿化，找矿效能较高。 323在森林地区和与雷达数据复合应用 Teodoro等136]用 TM 数据探测了巴西热带雨林区小生境植被光谱异常与浅成热液高硫化物金矿蚀变带的关系。采用的步骤是：第一步用波段比值增强植被色素、叶绿素、湿度、生物化学组成等参数。具体参数为： TM2/TM 1、TM 2/TH3、TM 4 /TM 1、TM 4/TM 2这4个参量代表叶子绿度，TM4/TM5为叶绿素和叶面指数， TM 4/TM5为叶子湿度， TM4/TM7和TM 4 /(TM 5° TM 7)为叶子生物化学成分)；第二步对这些参数做主成分分析；第三步对NR和SWR(TM457波段)做主成分分析， PC1作为富结构信息的照度图像；第四步选择第二步做出的主成分进行低通卷积滤波。最终图像显示了不同类型的植被覆盖。将地面勘探的蚀变信息与图像植被信息叠合，发现色调与蚀变吻合近乎完美。尽管该技术不能直接提供岩石类型、矿物及蚀变等的信息，但能从生物地理异常圈定矿物分布的变化区域，是没有岩石、土壤等出露的植被近完全覆盖区矿产勘查规划的重要辅助手段。 在森林地区，用 TM， SAR 数据和地球物理数据复合可以推进地质填图137。 G iunsky等138]采用 Radarsat1和 LandsafM-7数据，结合雷达数据对地表粗糙度等结构信息的探测优势和 ETM 对光谱信息的探测优势，对加拿大北部的 Schu ltz湖地区进行了地表物质分类填图。该技术在边远地区矿产草根勘查具有重要用途。 33 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200m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 Nevada识别了石膏及其2个矿物种，鼓舞人人儿1，后继持续应用139~441。 Perry等145根据Vincent1对 TM波段的亮度和波段比值编码技术，对 USGS矿物波谱数据库进行十进制编码。该技术较光谱角、光谱匹配、拟合及MNF， PCA 等技术更为简便，在地面数据少的地区进行岩性填图与矿产前期勘查尤为有用。 C aceres等147用 ASTER 数据在 Bolivia对 Lipez a 含黑钨矿石英脉Crosta 图像 b野外照片 c金矿化处和赤铁矿化处Crosta 图像 d金矿化处的探槽 e 赤铁矿照片 f 发现铜矿化处和磁铁矿转石处的Crosta 图像 g野外照片 图33新疆东天山 Crosta图像上的暗红图斑与野外找矿验证照片 Fg 3 The w ine color pitches in the C rosta in ages u sed form ineral exploration test in eastem Tianshanm ountains Xinjiangadd itional w ith field photos collected during the test 图中的黄方块和黄三角分别代表野外观测 GPS点和采样位置 盐、硼酸盐、碳酸盐矿物的诊断吸收光谱，采用的技术是首先用地面光谱定标，将图像转换为反射率数据；然后，采用MNF，PPI n-D， iiD 等高光谱矿物填图的技术流程148进行填图分类。指导进一步勘探。 Ciosta等149]用 TM， ASTER 和地面光谱在阿根廷 Patagob ia北部 60 000 km²的广大地区勘查浅成热液型金矿。勘查分3个阶段：第一阶段采用 TM数据和 Crosta技术与 Loughlin 21的技术从铁氧化物和含羟基矿物信息在区域上圈定靶区，结果80%以上的靶区含金大于Q 1 g/t或大于 1 g/t后继验证它们大都含高品位金矿。第二阶段采用 ASTER 数据在区域或区上进行蚀变矿物填图：首先是 Crosta技术在 ASTER 数据上的应用，用 ASTER 1、3、5.7波段填明矾石，1、3、5.6波段填伊利石，1、4、6.9波段填高岭石和蒙皂石，1、4、6、7波段填高岭石；然后，用 ACORN软件大气校正后，采用高光谱数据矿物填图的技术流程[48]进行矿物填图1501。结果，明矾石、伊利石、高岭石等可以填出。高结晶度高岭石不能与有类似光谱的中结晶度高岭石和迪开石区分。第三阶段是用PMA光谱仪对主要蚀变带进行地面验证，验证结果与用 ASTER矿物填图结果吻合。该研究表明：采用 TM /ETM 和 ASTER宽波段数据可以在区域到矿床尺度上有效圈定勘探靶区。 Seoane等5用 ASTER数据和 Crosta技术1501对由基性一超基性岩风化形成的红土型镍矿进行了矿物丰度填图，采用 ASTER2、4、5、8波段，1、4、2主成分，圈定了异常靶区，若干靶区正由勘探公司勘探。 国内学者广泛应用 TM /ETM 和 ASTER数据开展矿产资源调查，取得了丰硕成果[52~56] 4高光谱遥感 41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。50多种热液蚀变矿物端元谱可以识别，若干商家可常规获取高光谱数据用于矿产勘探；低成本商业软件可在台式或手提电脑上处理数据；经过训练的地球科学家可以有效地进行矿物填图，圈定钻探靶区。高光谱与其他勘探手段一起在 GIS平台上被有效应用157. (1)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，目前的光谱库可在网站上检索： http //speclab. cr usgs gov， http// 20世纪70年代开始用 TM 探粘粘土矿物和铁氧化物；80年代 JPL 开发了 50kg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： RIS 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、PMA， 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。 (2)高光谱传感器的发展：60年代，光机成像扫描仪可用几个宽波段测量地面反射；70年代机载非成像辐射计能测量更细的光谱；70年代后，固态成像技术用光机扫描仪在10余个窄波段成像；80年代后，传感器能在百余个窄波段成像，但这些测量要求像元大小为10~20m，因为辐射分辨率的限制；90年代后，更高信噪比传感器以 14-bit辐射量子在20m地面、10mm光普分辨率测量。 80年代，休斯圣巴巴拉研究中心 A ra M ika用高光谱(Hyperspectra l)来描述数百窄波段，以与宽波段区分，用超光谱 (ultraspectral)来描述数千波段。 (3)高光谱数据：高光谱数据量在1景10km以1m分辨率、最小 12-bit辐射分辨率要获取 5GB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：10nm光谱分辨率1000/1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(Trade-off)。还有大气的影响，应用4款软件进行大气校正： ATREM、ACORN、FLAASH、MODTRAN。 (5)政府高光谱传感器的发展： Collins红外辐射计和 SM RR： 哥伦比亚大学在70~80年代发展了 Collins红外辐射计，在400~2400 mm有550个波段， 10~20m地面航迹；1981年 Goetz指导， JPL发展了 SM IRR， 10个窄波段，太空梭在 256 km 高空飞行，可识别碳酸盐和粘土矿物，该试验导致TM7波段的设定，并鼓励NASA 继续发展高光谱。 AIS-1和 AIS-2 800~2400mm有128波段，NASA C-130飞机，图像幅宽1km，空间分辨率10mo开发了 SPAM 分析软件。探测粘土矿物、明矾石，发现胺长石 (buddingtonite)。 AVRIS1987年PL开发，400~2400 nm 有224波段，10 nm 分辨率， NASA ER-2飞机，飞行高度 20 km，图像幅宽1 1km，空间分辨率20m。 K ruse用 DL开发了 ENVI软件。可识别64个端元矿物；C laik开发了 Tetracorder矿物填图软件。 搭载 Conva ir580飞机，Q 75~375m地面分辨率，210个波段， 10 mm 分辨率。不允许非美国公民接近数据。 HRIS： JPL建议搭载 EOS平台，未成。 EIS休斯圣巴巴拉研究中心建议 90 kg仪器入轨，未成。 Hyperion 星载。 (6)商业高光谱传感器的发展： HyV ista 公司的 ProbeHyM ap Pma IRES研究公司的 CASI，VIS /NR SASISWR TASITIR (http //www. itresccm)； SpecTIR 和 LLC (HyperSpecTR，ProSpecTR)， 2005年由芬兰开发； EagleHawK、LDAR，2006年加拿大和芬兰开发。 (7)多光谱和高光谱热红外传感器的发展：多光谱热红外传感器：TMS和MASTER。 80~90年代 NASA发展TMS用于地质填图。1996年NASA发展MODIS 和 ASTER； MASTER在长波红外有10个波段，10m空间分辨率。 SEBASS 1960年建立的美国航空集团在冷战期间开始开发，用于国防，90年代鼓励军民两用，1998商业飞行。2个固态面阵，在中红外和长波红 外有128波段，2000/1噪噪比能对水、岩、土壤等微细识别，2006年提供民用数据，不提供给非美国公民。 结论：40多年的发展证明高光谱是成熟的矿产勘查技术。需要地质学家熟知并结合 XRD、XRFGPS等技术综合应用。 高光谱遥感是我国遥感技术与应用领域最早跻身国际前沿行列的技术之一。立足国内开展国际合作，足迹踏及美国、前苏联、法国、澳大利亚、日本、马来西亚。我国高光谱成像仪主要技术指标见图4. 42地面高光谱应用 Thom pson等3用岩芯扫描系统Hybgger和TR-Logger研究了瑞典、西澳大利亚3个火山块状硫化物矿床的白云母、绿泥石的光谱与化学成分。识别矿物的地面光谱仪包括高分辨率、高信噪比的VNR/SWRASD-F iedSpeC、SwRPMA-SP和热红外 TIR-Logger矿物识别的原理是白云母有 AlOH2 200 mm吸收，从钠云母一白云母一多硅白云母吸收带变化范围为2100~2222 nm， 绿泥石有 FeOH2 250 nm 吸收。用 A SD-FieldSpec和 SWRPMA- 图4 我国成像光谱仪主要技术指标5 SP获取含水矿物的VNIR/SWR光谱；普 TR-Logger获取无水硅酸盐矿物和碳酸盐矿物热红外光谱；用光谱地质学家(The Spectral Geo log ist TSG)软件识别矿物。结合矿物成分和模式含量的 XRD 分析，可以获得下列信息：从吸收深度获得矿物丰度和蚀变强度信息；从矿物含量与成分信息圈定蚀变分带信息；根据含水和无水矿物蚀变格局，获取感兴趣勘探区的信息，并增进对矿床成因的理解。该研究表明：地面光谱不仅仅用于矿物识别，还可研究矿物成分与含量，圈定蚀变分带，从而决定感兴趣勘探区。 Cudahy等9采用 CSRO开发的热红外岩芯编录系统 TRLogger对西澳太古金金矿2个金刚石钻孔岩芯的斜长石成分和其他矿物进行了测量，通过与实验室 M icroFTR 发射率测量以及 XRD、XRF和电子探针成分测量的比较，结果表明：Ca斜长石和白云石与石英形成在高含 Au异常区，而钠长石和方解石在非蚀变岩石中； T RLogger数据可以精确地提取硅酸盐、碳酸盐等矿物的丰度与成分信息；岩石类型可以从硅酸盐 R eststrahlen峰的波长位置填出； TRLogger测量出了其他光谱手段无法测出的斜长石的成分特征。 Yan601用地面光谱研究了伊利石结晶度与其在2200 nm吸收迁移的关系和分划极低级变质带的作用。 43航空高光谱应用 以往大量 AV RIS， HyM ap的应用不再琐述，本文归纳最新的进展。 Cou lter等161用航空高光谱数据，采用像元分解技术，填制了 Colorado渐新世火山口的酸性排除物。对黄钾铁、针铁矿、赤铁矿等铁氧化物和伊利石、高岭石、迪开石、叶腊石等填图，还填出了高Al伊利石(小于2200 mm)， 中Al伊利石(2200~2208 mm)， 低Al伊利石(大于2210 mm)。 Za udio 62在植被覆盖达 50%的 New M exicoCap itan金一铂族元素与铁矿区，用Probe-1航空高光谱数据进行了矿物填图。圈定了几个赤铁矿针铁矿与方解石、硅酸盐矿物异常，野外验证发现金、铂异常，是未来钻探等勘探的靶区。 Rogge等1631用 Prob-1航空高光谱数据在加拿大极地区 Baffin岛进行岩性单元填图，产生了预测性地质图。 热红外遥感的物理基础是 Planck定律， W ien置 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。传感器包括 TMSMO-DIS.MASTER、ASTER、 SE BASS。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164]对此进行了综述。 热红外遥感对硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、粘土等进行地表矿物填图，识别蚀变带，具有岩矿红外波谱库(http //speclah cr usgs goyhttp //speclih jpl nasa ggovhttp //speclib. asu edu)。数据处理流程是ENVI软件上的高光谱数据处理流程4865]。 国内高光谱矿产资源遥感也取得了长足进展166~68] 5高分辨率图像 高分辨率卫星和航空遥感图像在抗震抗洪救灾、国土资源监测和调查中起着巨大作用。其具有的高分辨率和实时性是其他手段所无法比拟的。在此领域，除了航空遥感飞机，近年和目前使用的高分辨率卫星性能具体参见表3.值得一提的是 Qu idk-Bird高分辨率遥感卫星和 W orldV iw-2卫星。 QuickB ird高分辨率遥感卫星是由美国D ig italGlobe公司于2001年10月18日发射成功的高分辨率的商用遥感卫星。。 QuickB ird遥感卫星影像在空间分辨率(Q61m)、多光谱成像(1个全色通道、4个多光谱通道)、成像幅宽(16 5km×16 5 km)。W orldV iew-2卫星发射于2009年10月8日，多光谱分辨率为18m，全色波段分辨率为Q46m。2010年1月5日WorldV iew-2卫星达到了运营要求，开始正式向客户提供影像。 我们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1：5000和1：2000比例尺 Qu ickB ind图像(图5)，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 图5 紫金乌拉特后旗三贵口超大型锌铅矿床 Quickbird影像，用于勘探工程部署 Fig 55CQuickB ird i age used for exploration alloca tion in the Sangu ikou super-hrge lead-zincd eposit in Wulate coun ty，Inn erM ongolia by the ZijinM ining com pany 6讨论与结语 61讨论 TM /ETM 从铁氧化物和含羟基矿物来提取矿化蚀变信息，大区域快速圈定成矿靶区； ASTER，在粘土区 SWR的5个波段，提供了区分粘土矿物类型和一些硫酸盐、碳酸盐的能力，可以区分粘土、高级粘土绢英岩和青盘岩，以及方解石和白云石。短波区的3个铁波段可以区分黄钾铁矾与赤铁矿和褐铁矿。障碍是需要校正到反射率来区分这些矿物组合，没有辅助数据很难做到这点，这极大地限制了该仪器作为常规勘探工具的能力。 Ciosta等14950]提供了多元统计方法对蚀变带填图，不需要大气校正。ASTER有5个热波段，像元大、信噪比低。有能力对硅质岩和碳酸盐填图，但噪音多，并不总是有效。希望能发展从热波段提取更多地质信息的处理技术。 航空高光谱具有矿物填图的实用信噪比。但航天高光谱 Hyperion的信/噪比不能满足勘探和填图的要求169]。 热红外是正在发展、尚未应用的勘探工具，其问题是信噪比太低，长波热红外需要将探测器冷却，费用贵。其前最是可对硅质、硅酸盐类和碳酸盐 blis 填图，黎明前的数据可对隐伏构造和高热惯量的岩石(如：玉髓)填图。 ASTER和高光数数据都需要大气校正后提取矿物信息。有先验知识不一定要大气校正121。 选择数据源需要根据工作目标并考虑数据的信价比(表3)。宽波段遥感 TM /ETM 和 ASTER 数据成本最低，高空间、高光谱数据费用相对高、处理相对复杂。 62 结语 (1)以往的测谱学研究，虽没有新的突破，所建立的岩矿光谱数据库，成为当今矿产资源遥感应用的坚实基础。 (2)Loughlin²发现的金棒拓展矿床的5个金矿体、2004年用 TM在 PascoCanyon， N evada的新发现17、Crosta等[49]和 Coulter等161]的应用和我们的新发现(图23)都表明：采用TM /ETM 和ASTER宽波段遥感数据和 C rosta 技术，哪怕在详细填图的矿区、矿带，遥感都可以有新的发现，更何况是用地面和航空高光谱数据1621。对主要成矿带需要在国际矿业股市、国内矿产需求牵引下，在新技术、新方法、新理论的驱动下反复勘探，在勘查程度与时运的双重作用下，发现新矿床。如挂着澳大利亚第一产金 表3 遥感平台比较表 Table 3 A com parison of re ote sen sing platfomm s7 省桂冠的 CentralV ictorian Bend igo型金矿，25×10°kg(80×10°盎司)黄金产量，自1851年9月历经107年的反复勘查开发，不同的公司几经成败，使这里成为澳大利亚黄金主产地170。那种“地表矿床已经找完，只能深部找矿”的说法尚需斟酌。 (3)80年代中期， TM 加上了粘土波段，提供了粘土蚀变的填图能力。后来，该能力被吹嘘过度，许多假异常导致矿产勘查界的怀疑。 TM 波段比值不能直接应用原数据，需要用黑像元减法去除路径辐射，尤其是增强铁的3/1，3/2目前， ASTER 波段比值技术42711， Crosta 技术都有虚假信息。例如， 的是铁氧化物和含羟基矿物的光谱特征，这两类矿物非热液蚀变所专有，区域背景岩石中也含该类矿物。因此，区分 C rosta技术和波段比值技术提取的真假蚀变与异常是需要攻克的难题，是提高遥感靶区精度的需求所在。否则，仍然会导致矿产勘查界的怀疑或不信任。 (4)圈定成矿靶区，铁氧化物和含羟基矿物同样重要，仅仅用具有 SWR波段的PMA探测粘土矿物等尚嫌不足， ASD 更为全面； ALI(AdvancedLand mager)在 VNR有6个波段，在识别含铁矿物方面特别有效。 Hubbard等1727]将 ALIVNIR和ASTER-SW R波段合成为13个反射成像立方体，与H yper ion一起用于矿物填图，在高光谱数据源瓶颈下，这是一种提高分辨率与图像覆盖范围的折中方案。 (5)地面高光谱结合 XRD， XRF， GPS等手段可以对蚀变矿物及其成分与分带进行精准定量填图，服务于钻孔定位等工程勘探。 (6)王润生对我国矿产资源遥感应用现状和发展战略进行了综述。我国一方面需要研发传感器，攻克高光谱数据源瓶颈；另一方面需要继续研发岩矿光谱识别的软件系统。目前，中国科学院遥感应用研究所开发了 HYPS高光谱数据处理软件，国外有 Spectral Geobg ist (TSGM)和 Tricorder 75-781、Spectrom eter Independent M ineral Identification Software (SM IS)等软件。 (7)我们的实践体会是：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，仅仅是室内图像处理，像“纸上谈兵”；还需注重：有广未必有图2.3中的那种亮白或暗红图斑，但有这类图斑，往往有矿，而且，矿大都在相对小图斑的边部。 (8)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”“攻深找盲”勘探工程规划部署等各个环节。例如，“攻深找盲”需要从地面开始，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 ind， 可以应用于 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1：100 000到1：2000系填图、勘查。 ( 参考文献 (R eferences)： ) ( [1] Goetz A FH， R o ck BN， Row an LC. R em ote sensing foe expbra- tion A n overv iew[ J]. E conom ic Geology， 1 983，785 7 3-590. ) ( [2] Bed ellR， C rosta A P ， Cr unsky E. Rem ote sen sing and spe c tral geology[C]. S o ciety of Econom ic Geologis ts hc， 2 009， 1 6 xv- xix ) ( [3] Lyon R J P M inerals in the I n frared- A C riti c al Bib l i og raphy [M] . S tanford Califonia S t an ford R e search Ins t itute， 1962： 76 ) ( [4] M oenke H. Sp ektra lanalyse V on M ineralien Und Gesteinen， EineAnleitung ZurEm iss ions-Und A b s o ipt ion sspek troskopie[ M]. 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All rights reserved. http：//www.cnki.net ◎ China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net 地面高光谱结合 XRD, XRF, GPS等手段可以对蚀变矿物及其成分与分带进行精准定量填图,服务于钻孔定位等工程勘探。