三維遙感影像在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用研究

（甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

在傳統(tǒng)找礦工作和地質(zhì)勘測(cè)中，遙感影像地質(zhì)解譯大多以二維影像為主，但是由于人眼對(duì)平面圖像觀測(cè)和識(shí)別能力的局限性，在礦產(chǎn)信息評(píng)判和信息篩選中很容易漏判和錯(cuò)判重要信息，極大降低工作效率，也不利于未來對(duì)礦區(qū)整體地質(zhì)信息做系統(tǒng)化分析和找礦工作的開展。而三維影像遙感技術(shù)可以立體化呈現(xiàn)勘查礦區(qū)信息，讓礦山勘測(cè)人員更容易識(shí)別探測(cè)區(qū)域地形地貌特征。另外，通過現(xiàn)代三維遙感影像技術(shù)，可以對(duì)礦山區(qū)進(jìn)行立體化影像成圖，對(duì)勘測(cè)礦區(qū)某些因?yàn)榈刭|(zhì)原因或者地形原因，人力難以達(dá)到的區(qū)域，進(jìn)一步提取信息?？偟膩碚f，三維遙感技術(shù)可以將礦區(qū)整體進(jìn)行模擬，從而讓礦區(qū)工作人員制定更準(zhǔn)確的礦山開采路線。它是遙感技術(shù)在礦山工作中的再升級(jí)，對(duì)地質(zhì)找礦工作具有重要意義。為了具體探究三維遙感技術(shù)在找礦地質(zhì)解譯中的應(yīng)用效果，以甘肅省白銀縣一紅土型鎳礦區(qū)為例，對(duì)其進(jìn)行地質(zhì)探究，并將探究結(jié)果和相關(guān)地址結(jié)果做出比較，探尋地質(zhì)解譯準(zhǔn)確度[1]。部綠地，水系發(fā)育完善，水資源較為豐富。

紅土型鎳礦是一種典型的風(fēng)化型金屬礦。我國已經(jīng)探測(cè)到的大型紅土型鎳礦均主要附著于風(fēng)化巖層或者超基性巖層下部的風(fēng)化殼中，腐巖層是紅土型鎳礦的主要礦源層。紅土型鎳礦礦床分布相對(duì)比較集中，礦體形態(tài)簡單，整體呈狀面型分布，分布范圍在風(fēng)化殼周圍和中央，礦體厚度大，礦體不連續(xù)。大面積分布的超基性鎳礦地表地貌以平緩臺(tái)地、河間地為主，這類地形也是找礦工作重點(diǎn)觀測(cè)標(biāo)志[2]。

1 礦區(qū)及紅土鎳礦特征性研究

甘肅省白銀縣礦區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，常年高溫少雨，全年平均氣溫在20攝氏度以上，絕對(duì)和相對(duì)溫度均處于較高水平。區(qū)域內(nèi)整體呈丘陵地貌，山體平穩(wěn)，多深溝，沖溝溪流發(fā)育完善，植被覆蓋率較低。礦區(qū)海拔介于500m～780m之間。除丘陵地貌外，局部地區(qū)還具有沖積平原屬性，礦區(qū)相對(duì)高度差在700m左右，沖積平原內(nèi)存在局

2 三維遙感影像應(yīng)用

本次遙感影像在地質(zhì)找礦工作中的應(yīng)用研究所使用的數(shù)據(jù)均為我國ETM航空航天衛(wèi)星所提供的實(shí)時(shí)間拍影像數(shù)據(jù)，以及分辨率為50m的DEN（現(xiàn)代數(shù)字最高頻模型）視頻資料。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析比對(duì)和成像處理后，ETM數(shù)據(jù)整體分辨率為20m。三維遙感影像技術(shù)在現(xiàn)代地質(zhì)找礦中主要有兩個(gè)應(yīng)用內(nèi)容，即：遙感影像數(shù)據(jù)分析處理和遙感影像三維可視化處理[3]。

2.1 遙感影像數(shù)據(jù)分析處理

遙感影像數(shù)據(jù)分析處理工作主要包括：對(duì)礦山圖形的三維矯正處理、礦層表面鑲嵌化處理、礦山三維遙感成像、整體圖像增強(qiáng)和數(shù)據(jù)融合等。主要影像分析處理工作需要工作人員借助特殊成像儀在PC端進(jìn)行操作完成。數(shù)據(jù)處理完成后，工作人員根據(jù)找礦信息需要，將不同顏色地區(qū)進(jìn)行比對(duì)分析，本次研究最終選擇B4（R）+B4（G）+B3（F）的影像組合，在這種組合方式下，三維遙感影像整體類似于一種自然色，比較符合人類視覺習(xí)慣檢測(cè)，而且由于白銀縣礦區(qū)地質(zhì)條件、地形地貌和礦區(qū)信息十分豐富，遙感影像清晰的顯示了各類地質(zhì)差別。工作人員可以輕易區(qū)分不同種類和層次的地表覆蓋物信息，劃分礦區(qū)巖類層和礦產(chǎn)層信息，完成最終地質(zhì)找礦工作。

本次研究的甘肅白銀地區(qū)以紅土型鎳礦為主要礦產(chǎn)，根據(jù)資料可知，影響紅土型鎳礦產(chǎn)生的主要因素為地形地貌，雖然甘肅白銀礦區(qū)局部被綠植覆蓋，但因?yàn)檎w面積較小，對(duì)研究數(shù)據(jù)影響可以忽略不計(jì)。在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過程中，也沒有將綠植影響因素記錄在內(nèi)。

2.2 三維遙感影像可視化應(yīng)用

三維遙感影像可視化是以DEN影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)找礦預(yù)測(cè)工作需要，將DEN數(shù)據(jù)資料和三維遙感影像資料、地理信息資料、文字符號(hào)資料等多種數(shù)據(jù)資料相融合，最終生成為具有大量文字標(biāo)識(shí)的研究區(qū)三維立體化地形影像。影像上除了地形地貌外，應(yīng)該具有大量可視化數(shù)據(jù)如：三維圖像柵格數(shù)據(jù)、地理要素矢量數(shù)據(jù)、文字符號(hào)等。想要將所有數(shù)據(jù)集成為具體化的三維可視化影像圖形，必須將以上各類所有數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)化為同一三維圖形坐標(biāo)系中，具體操作過程可以借助ENV1.40影像處理軟件來完成，形成三維可視化圖形。

3 三維遙感影像遙感解譯

本次對(duì)甘肅省白銀縣礦區(qū)的三維遙感影像地質(zhì)解譯主要包括遙感巖層解譯和遙感礦產(chǎn)解譯。甘肅省整體地貌差異和氣候差異較小，所有巖層解譯和礦產(chǎn)解譯均具有較強(qiáng)適應(yīng)性和借鑒價(jià)值。

3.1 遙感巖層解譯

經(jīng)過三維遙感影像技術(shù)觀測(cè)可以確定，實(shí)驗(yàn)礦區(qū)巖層巖性相對(duì)比較簡單，主要以基性——超基性巖類、少量砂礫巖、碳酸性巖石為主。根據(jù)白銀礦區(qū)的歷史地形地貌資料、以及紅土型鎳礦成礦特征，進(jìn)一步確立了巖性單元和含礦紅土層標(biāo)識(shí)如下：

超基性巖：主要包括虎紋巖和橄欖巖，在觀測(cè)研究礦區(qū)廣泛分布，式紅土型鎳礦成礦母巖之一，在三維遙感影像中類似于方塊狀結(jié)構(gòu)，整體寬大，混元狀側(cè)棱角狀山脊，坡面具有明顯沖溝發(fā)育特征且無明顯方向性特征，大多以自有舒緩狀為主，影響色彩為暗綠色。

輝長巖：輝長巖伴生于超基性巖層四周，屬于伴生巖。整體分布較為零散，為紅土型鎳礦成礦的次生性母巖，在三維遙感影像觀測(cè)中，呈相對(duì)平穩(wěn)的丘陵?duì)畹孛?，表面具有不均勻性?xì)碎斑點(diǎn)狀條紋型，整體呈淺綠色。

第四系殘積巖層和沖擊層：此類巖層多分分布于礦山前段的地質(zhì)疏松和緩坡或者河流交匯的河間淺談附近。因?yàn)槭艿胶恿骰蛘唢L(fēng)蝕作用影響，所以大部分巖層主要以風(fēng)蝕狀或者網(wǎng)洞狀出現(xiàn)。在三維影像中，整體以藍(lán)色色塊出現(xiàn)，色塊表面可能含有破碎狀零星條紋（主要是植被引起），受到下浮狀基巖影響，第四系殘積巖整體色調(diào)不同，該地區(qū)下浮基巖為超基性巖，殘積巖顯示不完全，在影像地圖中顯示為棕褐色。

3.2 遙感礦產(chǎn)解譯

根據(jù)此次三維遙感影像和已經(jīng)建立起的解譯標(biāo)識(shí)，對(duì)研究區(qū)礦山進(jìn)行解譯。解譯過程中，區(qū)域地形地貌條件是十分重要的控制用因素，所以可以根據(jù)三維遙感在影像方面的優(yōu)勢(shì)和現(xiàn)有相關(guān)巖層解譯資料，進(jìn)行相關(guān)地質(zhì)分析和找礦預(yù)測(cè)。根據(jù)分析，該地區(qū)鎳礦主要分布方位有兩種類型。

分布于臺(tái)山型的紅土層，此類紅土層分布于較為平緩，海拔較低的平緩山體頂部臺(tái)面上，其中以局部內(nèi)凹的淺狀盆地地形條件最為優(yōu)秀。頂面邊緣和周圍坡谷分界線也就是紅土鎳礦存在的邊界線。整個(gè)臺(tái)山紅土型礦區(qū)在三維影像中圈定的圖斑內(nèi)部調(diào)色比較均勻，紋理沒有向外發(fā)育傾向，色調(diào)陰影密集，起變化線即為紅土邊界線。

分布于礦山前緩傾斜坡面以及兩處河流河間高地的紅土層。此類紅土礦層由于所存在的地勢(shì)較為低緩，受到潛水面負(fù)面影響，紅土成礦容易流失，成礦條件和礦產(chǎn)存儲(chǔ)條件不如前者。

因?yàn)樵诖艘郧耙呀?jīng)建立了三維遙感影像，因此在礦產(chǎn)解譯過程中，只需在白銀礦區(qū)內(nèi)尋找臺(tái)山型紅土層和緩傾斜坡面兩種地形的標(biāo)志，就可以極大減少確定礦層范圍難度。

4 三維遙感影像解譯結(jié)果檢測(cè)

4.1 巖層解譯效果檢測(cè)

本次對(duì)研究礦區(qū)巖層進(jìn)行了系統(tǒng)的研究調(diào)查工作，確定了第四類殘積物、第四類巖洪沖擊物、超基性巖、輝長巖等四類主要巖性層的具體邊界。進(jìn)一步得出分析調(diào)查結(jié)果為，超基性巖層在調(diào)查區(qū)域分布最為廣泛，占到整體研究區(qū)3/5左右，殘積物和沖擊物巖層主要分布于研究區(qū)西北部，面積約為整個(gè)研究區(qū)的2/5，其余地區(qū)分布了少量的輝長巖。通過實(shí)地考察，將考察結(jié)果和室內(nèi)建立起的巖性解譯數(shù)據(jù)指標(biāo)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)解譯標(biāo)志和野外調(diào)查結(jié)果吻合度比較高，說明利用三維影像技術(shù)建立的巖層解譯數(shù)據(jù)具有真實(shí)性和參考價(jià)值。

4.2 實(shí)際礦化范圍檢測(cè)

本次三維影像地質(zhì)調(diào)查表明，研究區(qū)南部大部分為超基性巖層。通過大量的地表、淺井工程控制，一共尋找到了15個(gè)地表地殼驗(yàn)證標(biāo)本。均找到了紅土鎳礦，礦化面積在0.5～1.58平方公里。

本次調(diào)查主要是為了驗(yàn)證并且實(shí)地圈解出鎳礦分布范圍，對(duì)根據(jù)三維遙感影像所顯示的八個(gè)紅土鎳礦進(jìn)行了檢查和邊界劃分。通過實(shí)地鉆探取樣可以確定，黃土下1米左右為典型的紅土鎳礦土壤。通過結(jié)果比對(duì)可以看出，圖像解譯結(jié)果和空間位置上有較高的對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確性，整體覆蓋準(zhǔn)確率達(dá)到75%以上。

5 結(jié)語

將三維遙感影像技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)找礦中，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)二維影像技術(shù)的不足，提別是研究類似于我國甘肅省風(fēng)化型地形地貌特征地區(qū)，三維遙感影像技術(shù)的應(yīng)用可以更加準(zhǔn)確的判斷其地貌類型和礦性包括巖性特征，從而極大提高地質(zhì)找礦準(zhǔn)確度。

[1]史超, 李書, 任正情,等. 三維遙感影像在遙感地質(zhì)構(gòu)造解譯中的應(yīng)用——以福建平和植被覆蓋區(qū)為例[J]. 地質(zhì)找礦論叢, 2016,31(1):127-134.

[2]曹勇剛, 李進(jìn)喜. 基于Google Earth三維遙感影像在地質(zhì)連圖中的應(yīng)用[J]. 中國錳業(yè), 2017, 35(2):168-171.

[3]周雷, 邱光輝, 張啟生,等. Landsat8衛(wèi)星OLI遙感影像解譯在云南勐海綜合找礦實(shí)踐中的應(yīng)用研究[J]. 化工礦產(chǎn)地質(zhì), 2015,37(3):180-186.