钱志奇_遥感技术在境外矿产勘查中的特点研究

遥感技术在境外矿产勘查中的特点研究钱志奇，房莹莹，石剑龙(江苏省地质勘查技术院,江苏南京210049)摘要：遥感技术作为矿产资源勘查的一种重要手段越来越受到关注。跟随“走出去”的战略，境外矿产勘查与开发正快速兴起。本文通过对境外矿产勘查现状及难点进行深入研究，针对遥感技术在境外矿产勘查中的应用特点，总结分析常用的遥感矿产勘查方法，并对其中的不足进行了讨论。旨在强调遥感在境外矿产勘查中的优势地位，为境外矿产勘查遥感工作人员提供参考。关键词：遥感；境外矿产勘查；蚀变异常；线环构造ResearchtheCharacteristicsofRemoteSensingTechnologyintheOverseasMineralExplorationQianZhi-qi,FangYing-ying,ShiJian-long(GeologicalExplorationTechnologyInstituteofJiangsuProvince,Nanjing,210049,China)Abstract：Remotesensingtechnologyasanimportantmineralresourceexplorationtechnologyhasbeenattractingmoreandmoreattention.Followingthegoingoutstrategy,overseasmineralexplorationanddevelopmentisemergingrapidly.Basedonthestatusanddifficultiesofoverseasmineralexplorationthisarticleprovidesanoverviewabouttheapplicationcharacteristicsofremotesensingtechnologyintheoverseasmineralexploration.Researchedandanalysedthemineralexplorationmethodsofremotesensingcommonlyused.Simplydiscusseditsdeficiencies,andprovidedsuggestionsafterwards.Inordertoprovidereferencesformineralexplorationstaffandhighlightthepositionoftheremotesensingintheoverseasmineralexploration.Key:Remotesensing;Overseasmineralexploration;Alterationanomalies;linear-circularstructure.1引言种类齐全、储量丰富、但人均不足一直是中国矿产资源的特点。改革开放以来，中国能源资源对外依存度不断攀升，从上世纪八、九十年代开始，中国矿产资源就开始计划实施“走出去”的战略[4,5]。然而境外矿产勘查不仅周期长、费用高，而且成功率低，一直以来都是境外矿产勘查研究的瓶颈。针对该问题，国内专家经研究提出两种境外矿产勘查战略——经验勘查与模型勘查[6]。在具有丰富地质、物探与化探资料的区域，经验勘查有较高的成功率。而模型勘查则是在资料不足的情况下，利用成矿理论模型预测远景区。在全球资源竞争激烈的今天，为提高找矿成功率，大部分项目都是两种勘查方式并行，一是提高勘查项目起始阶段远景区的数目，二是提高远景区的质量[7]。上世纪六十年代开始，我国遥感探测技术飞速发展，利用其覆盖面积广、时效性强，又具有高几何分辨率与高光谱分辨率以及工作方式多样化等特点，可以较好地服务于境外矿产勘查工作。针对境外矿产勘查过程中的诸多难题，研究如何在成本低、周期短的前提下实现较高的找矿成功率，明确遥感在境外矿产勘查中的地位，探讨遥感找矿的方法，为境外矿产勘查者提高找矿效率提供参考，是此次探讨研究的重点内容。2遥感与境外矿产勘查2.1境外矿产勘查现状与难点中国矿产资源缺乏，进口需求大，市场不断向国外扩大，在国外开展矿产资源的勘查也正快速兴起。据统计，截止到2012年上半年，中国境外矿业投资金额超过2000亿美元，投资项目总数已达2000多个。亚洲、非洲和大洋洲作为中国境外矿业投资的重点区域，分别占总项目数的37%、34%和11%。然而，风险勘探、勘探开采与开采加工的数量逐年减少，风险勘探的规模却有增大的趋势[8]。风险勘探中的风险主要包括市场风险、经济风险、技术风险。其中技术风险是地质勘查中最直接的风险，亦即涉及找矿成功率的技术问题[9]。所以境外矿产勘查投资前期的选区等准备工作的重要性不言而喻。境外矿产勘查与国内矿产勘查不同，除了勘探的风险，还必须面对诸多不便与繁琐的手续：(1)在“走出去”的过程中需要经过审批、通关、出入境手续、物资运输、资金流动等难题；(2)沟通交流、工作手续与政策风俗等方面的困难，势必影响境外工作人员的工作与生活，以及对现有工作区数据的获取；(3)面对未知的危险区域与相对落后的医疗安全水平，工作人员的人身安全问题也是关键；(4)境外勘查不同国内，大区域工作，大量的人员往返调动费时费力，大面积的实地踏勘更是不现实；(5)由于缺乏相关资料，无法快速地对项目的可行性进行评价，更不能迅速展开工作部署，于是往往会错失了机会。项目的前期准备与进行过程中面对更多的困难，但是总结境外矿产勘查工作最明显的特点就是工作人员无法快速到达与数据获取困难的难题。2.2遥感境外矿产勘查特点遥感按工作平台分主要包括地面遥感、航空遥感与航天遥感[10]。地面遥感与航空遥感适用于点或者小区域尺度，故在此不做讨论，本文主要讨论航天卫星遥感在境外矿产勘查中的特点与应用。卫星遥感因其具有全天候、时效性强、视角广、范围大等特点，在地质矿产勘查中占据着重要的地位[11-14]，在境外矿产勘查过程中更是起着关键性的作用。从1972年美国发射的第一颗陆地卫星至今，卫星遥感技术经历日新月异的变化。除了遥感自身的特点之外，总结其在境外工作中的应用特点主要包括以下几个方面：(1)遥感矿产勘测区域全球化：地球物理与地球化学勘探等矿产勘查方法仅仅能在局部范围内进行，而许多遥感卫星可以从宏观至微观的角度地进行勘测。以美国陆地卫星Landsat为例，16天就可以覆盖地球一遍[15]。对于人员无法到达的地区，遥感影像能以快速准确的形式展现直观的影像信息。国内遥感虽然近些年发展蓬勃，但依然需要时间积累更多的境外数据。结合国外大量的早期遥感数据能够更好地解译地表。(2)遥感数据获取途径多元化：如今的遥感正处于高几何分辨率、高光谱分辨率、高辐射分辨率、高时间分辨率的时代。适用于矿产勘查的多光谱高几何分辨率影像主要包括(以下括号内为参考最高分辨率)：亚米级分辨率的QuickBird(0.61m)、WorldView-1/2(0.5m)、GeoEye-1(0.41m)、EROS-B(0.7m)、Pleiades-1(0.5m)等;米级的IKONOS(1m)、OrbView-3(1m)、TERRA(ASTER)(1m)、ALOS(2.5m)、EROS-A(1.9m)、SPOT5/6/7(2.5m)、Rapid-Eye(5m)、THEOS(2m)、FORMOSAT(2m)、CartoSAT-1(2m)、IRS-1C/D(6m)、Resource-Sat(6m)、KOMPSAT-2(1m)、TopSAT(2.5m)、ResursDK-1(1m)等。国内遥感技术虽然起步较晚，但发展迅速，主要有CBERS-02B(2.36m)、资源一号02C(2.36m)、资源三号(2.1m)等[16-18]。民用高光谱卫星主要有中国的环境减灾卫星HJ-1A(100m/波谱范围0.45-0.95μm/110-128个波段)，EO-1卫星上的Hyperion(30m/波谱范围0.4-2.5μm/242个波段)、TERRA/AUQA上的MODIS(250m/波谱范围0.4-14.4μm/36个波段)[19-21]。高穿透能力的雷达卫星主要有：德国的TerraSAR-X(1m)、加拿大的RADARSAT-2(3m)、意大利的COSMO-SkyMed(1m)、中国的HJ-1C(5m)、欧空局的ENVISAT(ASAR)(30m)、ERS(30m)等等。大部分卫星数据都达到了8-12bit的辐射量化等级，部分卫星还能够实现24小时内的重访周期。随着“高分一号(2m)”等更高分辨率数据以及“环境一号”星座(HJ-1A/1B/1C)等多功能相机的投入应用，国内卫星数据资源将更丰富覆盖更全面，境外遥感将不再受限于国外卫星数据，遥感境外矿产勘查高清数据来源将得到保障。(3)矿产勘查方式多样化：遥感应用于地质矿产勘查有多种方式。对于地质构造等信息明显，人工经验丰富的区域，大多学者会利用线形与环形构造来解译矿产靶区[22,23]；对于出露岩体较多、植被覆盖较少的区域利用围岩蚀变提取技术可以有较高的成功率[24]；依靠经验丰富的遥感解译人员能够通过影像中色调纹理与阴影等差异直接进行解译。多样化的矿产勘查方法可以弥补在境外矿产勘查中存在的诸多不便。(4)遥感数据应用多尺度化：遥感最大的优势在于其多尺度的观测，根据现有数据多种分辨率的特点，能够指定多种尺度的成果，而不同尺度的结果能够获得的信息也会不同。境外矿产勘测可以从全球尺度、国家尺度、地区尺度、局部单元尺度甚至象元尺度对多种地质信息和矿化蚀变等信息进行解译。同时也能利用不同的时间尺度影像，根据热液蚀变成矿原理，判断热液成矿过程及构造变化，以此解译矿产靶区。不同的光谱响应窗口影响着矿产光谱特征曲线，多种光谱分辨率尺度的影像能够提供更详细的矿物信息[25,26]。(5)工作模式模型集成化：随着3S(GIS、GPS、RS)、4S(3S+ES专家系统)集成的应用[27]，遥感已进入了模型集成的时代。针对特定地区有专门的遥感找矿模型，集成了GIS信息、GPS信息与专家知识库。同时与地质构造成矿理论等建立的矿产模型、物化探找矿模型集成形成了新的找矿模型。(6)经济与社会效益最大化：对于危险区域，遥感数据可以弥补人工涉险工作的缺点，在保证安全生产的基础上通过少量地质资料等，了解工作区矿产勘查程度及其成矿地质背景与类型，继而实现定性、半定量甚至定量的调查，快速筛选出勘查区或缩小勘查范围，为进一步勘查工作提供有效的帮助，如此可大大减少实地调查工作量和勘查费用，使经济社会效益最大化[28]。3遥感在矿产勘查中的应用综合国内外矿产勘查经验，矿产勘查主要可分为选区、圈定靶区(普查)和勘查(详查)、矿床评价及可行性研究等5个阶段[29]。遥感贯穿其中，每一个阶段都有其价值。针对境外矿产勘查，选区与圈定靶区是所有工作的关键阶段。工作前期，因境外工作的困难，仅能利用较丰富的遥感资料结合少量的地质信息，以最小的代价完成对工作区的初步认识，初步判断项目的可行性，提高社会竞争优势，为后期的工作打好基础。3.1遥感矿产勘查方法利用卫星遥感技术进行矿产勘查的技术经过多年改进，主要发展为两种常用方法：一是通过识别影像中线环纹理，结合地质构造信息，判断可能成矿过程过程以此解译矿点靶区；二是结合热液蚀变成矿原理，通过提取蚀变异常信息以解译矿点靶区。通常会采用两者相结合的方式以提高遥感找矿成功率。(1)线形与环形构造信息提取利用遥感技术可以从宏观上了解区域内构造信息。为提取线环构造信息通常采用波段运算与合成、滤波、主成分分析及特殊空间变换等方式以增强遥感影像，以色调、阴影、大小、形状、纹理、图案、位置、空间关系等影像特征提取线环构造。线环构造结合地质信息以丰富的人工经验进行矿产勘查有很多成功的案例[30-33]。(2)遥感蚀变异常信息提取[1-3,15,21,24]围岩蚀变是热液成矿过程中，近矿围岩与热液发生化学反应而产生的一系列物质成分和构造、结构的变化，是热液金属矿床找矿的一个重要标志。常见的蚀变有绢云母化、绿泥石化、