高分五号航天高光谱遥感技术在甘肃龙首山铀矿找矿中的应用

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.06.14

现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (06): 1594-1604.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.06.14

高分五号航天高光谱遥感技术在甘肃龙首山铀矿找矿中的应用

冯博¹^,²^,³(), 段培新⁴^,⁵(), 程旭¹^,²^,³, 卢辉雄¹^,²^,³, 李瑞炜¹^,²^,³, 张恩¹^,²^,³, 汪冰¹^,²^,³

1.核工业航测遥感中心,河北石家庄 050002
2.河北省航空探测与遥感技术重点实验室,河北石家庄 050002
3.高分辨率对地观测系统河北应用技术支持中心,河北石家庄 050002
4.河北地质大学区域地质与成矿作用重点实验室,河北石家庄 050031
5.河北地质大学地球科学学院,河北石家庄 050031

收稿日期:2021-08-29 修回日期:2022-06-26 出版日期:2022-12-10 发布日期:2023-01-11
通讯作者: 段培新
作者简介:段培新,女,博士,1990年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,主要从事矿物学、岩石学研究工作。Email:duanpeixin@hgu.edu.cn。
冯博,男,硕士,1990年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,主要从事铀矿地质与遥感地质研究工作。Email:fengbocugb@163.com。
基金资助:
核工业地质局核工业航测遥感中心项目“航天高光谱遥感铀及多金属矿找矿技术研究”(202004)

Application of GF-5 Satellite Hyperspectral Data to Uranium Ore Geological Prospecting in Longshoushan Area in Gansu Province

FENG Bo¹^,²^,³(), DUAN Peixin⁴^,⁵(), CHENG Xu¹^,²^,³, LU Huixiong¹^,²^,³, LI Ruiwei¹^,²^,³, ZHANG En¹^,²^,³, WANG Bing¹^,²^,³

1. Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry, Shijiazhuang, Hebei 050002, China
2. Hebei Key Laboratory of Airborne Survey and Remote Sensing Technology, Shijiazhuang, Hebei 050002, China
3. Hebei Application and Technology Supporting Center on High Resolution Observation System on Earth, Shijiazhuang, Hebei 050002, China
4. Hebei Key Laboratory of Strategic Critical Mineral Resources, Hebei GEO University, Shijiazhuang, Hebei 050031, China
5. College of Earth Sciences,Hebei GEO University, Shijiazhuang, Hebei 050031, China

Received:2021-08-29 Revised:2022-06-26 Online:2022-12-10 Published:2023-01-11
Contact: DUAN Peixin

摘要/Abstract

摘要：

为深入研究和探讨高分五号(GF-5)航天高光谱遥感技术在铀矿地质找矿中的应用效果和潜力,基于龙首山成矿带航天高光谱数据,开展高光谱数据处理和蚀变信息提取工作,创新实现了GF-5高光谱波段修复,通过构建标准光谱库和诊断光谱,运用MNF算法、PPI算法,结合SAM光谱角填图技术,完成蚀变矿物端元提取和光谱匹配,实现研究区钠长石、方解石、石英、绿泥石、赤铁矿和高岭土蚀变矿物的提取,综合区域铀矿成矿地质背景,通过开展地面波谱测量和野外调查,在验证蚀变准确度的基础上,剖析航天高光谱蚀变信息和成矿规律,构建了区域找矿定位模型,圈定找矿预测区3处,取得了较好的找矿效果,为国产GF-5高光谱遥感在地质找矿中的应用提供了参考。

关键词: 高分五号, 航天高光谱, 蚀变信息提取, 碱交代型铀矿, 龙首山成矿带

Abstract:

Hyperspectral remote sensing technology is widely used in geological prospecting. Gaofen-5 (GF-5 for short) is China’s first hyperspectral comprehensive observation satellite, which has hyperspectral resolution remote sensing data of 330 spectral segments. To improve our understanding, it is necessary to explore the application effect and potential of GF-5 space hyperspectral remote sensing technology to unveil the relevant processes in uranium geological prospecting. This study used hyperspectral data in Longshoushan metallogenic belt, Gansu Province, to carry on hyperspectral data processing and alteration information extraction study. GF-5 hyperspectral band repair was innovatively realized. By constructing standard spectral library and diagnostic spectrum, MNF algorithm, PPI algorithm and SAM spectral angle mapping technology were used to complete alteration mineral end-member extraction and spectral matching. We finally achieved the extraction of albite, calcite, quartz, chlorite, hematite and kaolin alteration minerals in our study area. Comprehensive regional uranium ore-forming geological background, by conducting ground spectrum measurement and field investigation, on the basis of accuracy verification alteration, we analyzed the space hyperspectral alteration information and metallogenic regularities, built the regional prospecting orientation model, at the same time three prospecting prediction areas were delineated, and good prospecting results were achieved. This paper provides reference for the application of GF-5 hyperspectral remote sensing in geological prospecting.

Key words: GF-5 satellite, satellite hyperspectral, alteration information extraction, alkali-metasomatism type uranium deposit, Longshoushan metallogenic belt

中图分类号:

冯博, 段培新, 程旭, 卢辉雄, 李瑞炜, 张恩, 汪冰. 高分五号航天高光谱遥感技术在甘肃龙首山铀矿找矿中的应用[J]. 现代地质, 2022, 36(06): 1594-1604.

FENG Bo, DUAN Peixin, CHENG Xu, LU Huixiong, LI Ruiwei, ZHANG En, WANG Bing. Application of GF-5 Satellite Hyperspectral Data to Uranium Ore Geological Prospecting in Longshoushan Area in Gansu Province[J]. Geoscience, 2022, 36(06): 1594-1604.

图/表 15

图1 龙首山成矿带构造位置(a)及地质矿产图(b) 1.第四系;2.新近系;3.中寒武统香山群;4.新元古界震旦系韩母山群;5.中元古界蓟县系墩子沟群;6.古元古界龙首山群塌马子沟组;7.古元古界龙首山群白家咀子组;8.加里东晚期花岗岩、花岗闪长岩;9.加里东晚期肉红色细粒、中细粒花岗岩;10.加里东晚期肉红色中粗粒斑状黑云斜长花岗岩;11.加里东晚期肉红色花岗闪长岩;12.加里东晚期肉红色中粗粒花岗岩;13.加里东晚期灰白色中粗粒斑状斜长花岗岩;14.加里东晚期灰白色中粗粒花岗岩;15.加里东晚期花岗闪长岩、斜长花岗岩;16.加里东晚期中细粒闪长岩及石英闪长岩;17.加里东晚期混染闪长岩;18.花岗岩脉;19.辉绿岩脉;20.石英岩脉;21.钠交代岩;22.硅质角砾岩;23.地质界线;24.断裂;25.热液钠交代型铀矿床;26.热液钠交代型铀矿(化)点;27.热液钠交代型铀钍混合矿(化)点;28.热液钠交代型铀异常点;29.片岩、千枚岩破碎岩型铀矿化点;30.研究区范围。

Fig.1 Geotectonic location (a) and geological mineral map (b) of Longshoushan metallogenic belt

表1 AHSI高光谱相机基本物理参数

Table 1 The main technical parameters of the AHSI

光谱模块	波段数/ 个	波段范围/ μm	波段宽度/ nm	空间分辨率/m	幅宽/ km
VNIR	150	0.4~0.9	5	60
SWIR	180	0.9~2.5	10	60

图2 GF-5高光谱数据波段修复效果图 a. 坏线修复前;b. 坏线修复后;c. 条纹修复前;d. 条纹修复后。

Fig.2 Effect of GF-5 hyperspectral data band restoration

表2 FieldSpec Pro FR波谱仪主要技术参数

Table 2 FieldSpec Pro FR spectrometer main technical parameters

内容	光谱范围/nm	光谱分辨率/nm	光谱采样间隔/ms	采样时间/ ms	视场角/(°)
技术参数	350~2 500	3 (350~1 050), 10 (1 050~2 500)	1.4 (350~1 050), 2 (1 050~2 500)	100	1°、5°、8°、25°可选

图3 航天高光谱遥感蚀变矿物信息提取方法研究流程

Fig.3 Flow chart of extraction method of altered mineral information from space hyperspectral remote sensing

表3 研究区蚀变矿物信息诊断光谱特征位置

Table 3 Diagnostic spectral feature location of altered mineral information in the study area

矿物	诊断吸收峰位置/μm	其他
钠长石	1.41、1.96、2.35	2.35 μm仅部分亚种
绿泥石	1.93、2.41	0.5~1.8 μm反射率缓慢上升
赤铁矿	0.40~0.75	0.40~0.75 μm为一个平缓吸收峰
高岭土	2.16、2.2	反射率整体较高,1.5~2.5 μm整体下降
石英	1.97	整体平缓,部分亚种1.97 μm有吸收峰
方解石	1.92、2.41	0.5~1.8 μm反射率整体偏高且变化平缓

图4 研究区蚀变矿物光谱曲线

Fig.4 Spectral curves of altered minerals in the study area

图5 研究区诊断性光谱吸收谱带匹配蚀变矿物信息提取成果图

Fig.5 Diagnostic spectral absorption band matching altered mineral information extraction results in the study area

图6 研究区蚀变光谱曲线验证对比图 a. 钠长石化端元识别结果验证;b. 赤铁矿化端元识别结果验证。

Fig.6 Comparison diagram of alteration spectral curve verification in the study area

图7 龙首山地区GF-5航天高光谱蚀变矿物分布图 1.第四系;2.新近系;3.中寒武统香山群;4.新元古界震旦系韩母山群;5.中元古界蓟县系墩子沟群;6.古元古界龙首山群塌马子沟组;7.古元古界龙首山群白家咀子组;8.加里东晚期花岗岩、花岗闪长岩;9.加里东晚期肉红色细粒、中细粒花岗岩;10.加里东晚期肉红色中粗粒斑状黑云斜长花岗岩;11.加里东晚期肉红色花岗闪长岩;12.加里东晚期肉红色中粗粒花岗岩;13.加里东晚期灰白色中粗粒斑状斜长花岗岩;14.加里东晚期灰白色中粗粒花岗岩;15.加里东晚期花岗闪长岩、斜长花岗岩;16.加里东晚期中细粒闪长岩及石英闪长岩;17.加里东晚期混染闪长岩;18.花岗岩脉;19.辉绿岩脉;20.石英岩脉;21.钠交代岩;22.硅质角砾岩;23.地质界线;24.断裂;25.硅化;26.方解石化;27.绿泥石化;28.赤铁矿化;29.钠长石化;30.高岭土化。

Fig.7 Distribution of GF-5 satellite hyperspectral altered minerals in Longshoushan area

图8 典型矿床找矿定位模型的构建思路

Fig.8 Construction of prospecting positioning models

图9 龙首山地区典型铀矿床地质图、蚀变剖面图、航空蚀变分布及综合信息图 a.矿床地质图;b.地面蚀变矿物分带图;c.矿物遥感影像和蚀变矿物综合信息图;d.矿床地质和蚀变矿物综合信息图。1.第四系;2.古元古界龙首山群塌马子沟组;3.加里东晚期肉红色中粗粒斑状黑云斜长花岗岩;4.加里东晚期肉红色中粗粒花岗岩;5.加里东晚期中细粒闪长岩及石英闪长岩;6.钠交代岩;7.断裂;8.地质界线;9.硅化;10.方解石化;11.绿泥石化;12.赤铁矿化;13.钠长石化;14.高岭土化;15.矿体;16.矿化体;17.近矿围岩;18.外围近矿围岩;19.外围正常围岩。

Fig.9 Geological map, alteration profile, distribution and comprehensive information map of typical uranium deposits in Longshoushan area

表4 龙首山地区钠交代型铀矿床找矿定位模型一览表

Table 4 List of prospecting positioning model in Longshoushan area

模型因子		特征描述
地质背景	岩浆岩	加里东晚期复式岩体,岩性为闪长岩、似斑状花岗岩
	构造	NW向马路沟区域深大断裂为控矿构造,近SN向和EW向断裂为导矿、容矿构造
	赋矿层位	龙首山群塌马子沟组、钠交代岩
蚀变特征	地表蚀变矿物特征	“钠长石化-绿泥石化-赤铁矿化-碳酸盐化”四位一体蚀变矿物组合
	高光谱蚀变矿物特征	赤铁矿化+绿泥石化+钠长石化
	蚀变分带性	分带性明显,矿体和近矿蚀变矿物组合为赤铁矿化+绿泥石化+钠长石化,围岩蚀变矿物组合为硅化+方解石化+高岭土化

图10 龙首山地区找矿预测区分布图 1.第四系;2.新近系;3.中寒武统香山群;4.新元古界震旦系韩母山群;5.中元古界蓟县系墩子沟群;6.古元古界龙首山群塌马子沟组;7.古元古界龙首山群白家咀子组;8.加里东晚期花岗岩、花岗闪长岩;9.加里东晚期肉红色细粒、中细粒花岗岩;10.加里东晚期肉红色中粗粒斑状黑云斜长花岗岩;11.加里东晚期肉红色花岗闪长岩;12.加里东晚期肉红色中粗粒花岗岩;13.加里东晚期灰白色中粗粒斑状斜长花岗岩;14.加里东晚期灰白色中粗粒花岗岩;15.加里东晚期花岗闪长岩、斜长花岗岩;16.加里东晚期中细粒闪长岩及石英闪长岩;17.加里东晚期混染闪长岩;18.花岗岩脉;19.辉绿岩脉;20.石英岩脉;21.钠交代岩;22.硅质角砾岩;23.地质界线;24.断裂;25.硅化;26.方解石化;27.绿泥石化;28.赤铁矿化;29.钠长石化;30.高岭土化;31.找矿预测区;32.找矿预测区编号。

Fig.10 Distribution of mineral prospecting prediction area in Longshoushan area

图11 YC1预测区野外查证蚀变带地表矿化蚀变分布野外照片

Fig.11 Distribution of mineralization alteration on surface of tectonic alteration zone found by field verification in YC1 area

参考文献 31

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[1]	连琛芹, 姚佛军, 陈懋弘, 马克忠, 王海龙. GF-5高光谱数据在植被覆盖区的蚀变信息提取研究——以广东省玉水铜矿为例[J]. 现代地质, 2020, 34(04): 680-686.
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