遥感技术作为实现“数字地球”的关键技术之一,以其特有的优势在国民经济建设的各个领域发挥着重要的作用。然而,随着我国经济的快速发展,能源短缺、环境恶化等问题的日益突出,各个领域研究问题的不断深入,遥感技术的优势发挥在新形势下受到了严重的挑战,其应用中存在的问题也愈来愈明显地显现出来。概括起来,问题主要有:(1)我国的遥感界存在“重上天,轻应用”的现象,造成遥感数据虽多,但应用程度低,对遥感数据的二次开发和深入应用尤显不足;(2)在遥感信息处理、解译与应用方面,目前的研究大多数注重对遥感信息本身的处理和单一应用模式,遥感信息应用的程度大多数还停留在把信息解译出来的层次,与各应用领域的传统研究方法提供的信息相结合,对遥感信息进行深入研究不够,直接影响到遥感信息向各应用领域的渗透,从而影响到遥感信息的产业化进程;(3)目前,在方法集成上有代表性的是遥感技术与GIS技术,GPS技术相结合组成的3S技术,而与其他现代信息技术的最新进展(如三维可视化技术,虚拟现实技术等)以及各领域传统方法的集成技术还未更多地开发出来。
总之,怎样加强遥感信息的应用,突破当前以单一方式为主的遥感信息应用模式,开拓遥感技术与各应用领域传统方法技术相结合,与其他现代信息技术相结合,加强遥感信息及其延伸应用,直接关系到遥感技术真正成为实用化、产业化技术的程度,关系到其在构建和谐社会中所起的作用。
2 后遥感应用技术理念的提出及其内涵
2.1 后遥感应用技术理念的提出
后遥感应用技术是从地质勘查实践的角度对下面几个问题思考的基础上提出来的。
2.1.1 遥感技术在地质领域应用的优势和局限性
遥感技术在地质领域的应用,既有其技术优势,又有明显的局限性。它的优势主要表现在:宏观性、多波段、立体感强、地形、地貌信息明显,便于定位,并具有识别断裂构造的长处(在裸露地区可区分岩性)等,能发现和解决用常规地质方法很难发现和解决的地质问题;它的局限性主要表现在遥感反映的信息主要是地表的信息,且受植被影响大,解译具不确定性等。随着遥感技术在地质应用的深入,这些局限性被突出出来。如果不设法克服这些局限性,遥感技术在各领域的应用将难以深化。
2.1.2 地质勘查工作的深入发展
随着地质勘查工作的深入发展,勘查的目标已由地表或近地表转向地下深处的隐伏矿床,找矿的难度愈来愈大。这样,遥感技术的在地质勘查领域的应用还局限于线状、环状构造的解译、分析等显然是不行的,必须与反映深部信息的传统地学方法相结合,才有利于遥感技术在深部找矿中发挥重要的作用。同时,各种地学手段取得的信息资源愈来愈丰富。这就摆在地质工作者面前一个重要课题,怎样最大限度的利用这些信息资源,以提高勘查效果,来解决深部找矿问题。显然,利用现代信息技术进行信息系统集成,走信息化的道路看来是一条重要途径。
2.1.3 现代信息技术的迅速发展
进入二十一世纪以来,现代信息技术(如,GIS技术、三维可视化技术、仿真模拟技术、虚拟现实技术等)得到了迅速发展,它们为遥感信息的挖掘和在矿产资源勘查中的深化应用提供了重要的技术支持。因此,遥感技术不仅要与传统的地学方法相结合,而且还要与上述现代信息技术相结合。
基于上述考虑,我们提出了“后遥感应用技术”的新理念[1]。
2.2 后遥感应用技术理念的内涵
后遥感应用技术,是指将遥感技术与各学科传统的技术方法相结合,与其他现代信息技术相结合,对遥感信息进行综合理解、全面挖掘和深入应用的遥感信息深化应用技术。后遥感应用技术理念强调遥感信息的应用不仅包括遥感信息本身的应用,也包括遥感信息的延伸应用。具体说,遥感信息的延伸研究,是以遥感信息及其解译的成果为基础的。其含义包括信息源的延伸,技术方法的延伸和信息解译认识的延伸三个方面。因此,其研究内容涵盖信息处理、信息解译、信息分析、信息表述和信息应用等方法技术。
从后遥感应用技术的上述内涵可以看出,它虽然是从地质勘查的角度提出来的,但可以应用于农业、林业、海洋、城市、环境、灾害等广泛领域。
3 地质勘查后遥感应用技术的方法技术
下面从技术构成、研究内容、应用思路等3个方面具体论述一下地质勘查后遥感应用技术的方法技术。
3.1 地质勘查后遥感应用技术的构成
在地质勘查领域,后遥感应用技术的技术构成是指,在信息源上集遥感信息,地质信息,地球物理信息,地球化学信息等多源地学信息为一体,在技术方法上集图像处理技术、GIS 技术、GPS技术、数据库技术、三维可视化技术、多媒体技术、仿真模拟技术、虚拟现实技术及传统地学方法为一体的信息综合,方法集成、表达多维的遥感信息深化应用技术。
从技术构成上看,后遥感应用技术既不同于遥感技术本身的应用,因为它融入了传统的地学方法和信息,也不同于多源地学信息集成技术,因为它引入了仿真—虚拟技术等现代信息技术。因此,它不仅强调了对信息的综合分析,而且强调了实现过程和环境的再现,是对多源信息集成技术的发展和升华。另外,后遥感应用技术提法上体现出“遥感应用”一词,强调了加强遥感信息应用研究的紧迫切性。
3.2 地质勘查后遥感应用技术的研究内容
3.2.1 矿产资源数字勘查区构建技术
矿产资源数字勘查区的概念是在数字地球框架下结合矿产资源勘查提出来的[2,3]。它是数字地球理论和方法的特殊应用与拓展,是我国数字地球典型应用系统建设的组成部分。矿产资源数字勘查区构建涉及的主要技术有数据库技术和虚拟现实技术。其中,数据库既要为矿产资源信息的综合分析服务,又要为构建虚拟矿产资源勘查区服务。虚拟现实技术是建立虚拟勘查区,以探索对矿产资源的虚拟勘查必不可少的关键技术。
在研究初期,作者建立了鄂尔多斯盆地铀资源多源空间数据库,并构建了盆地某铀矿区的虚拟地质景观环境(图1)。
3.2.2 遥感与其它地学信息集成技术
遥感信息与其他地学信息集成的方法主要包括复合与融合,集成的目的是利用信息的优势互补效应,弥补单信息的不足,最大限度的挖掘和利用信息资源。在实际研究过程中,作者针对光学遥感在植被覆盖区识别岩性和蚀变现象效果差,而航空放射性伽玛能谱数据区分岩性和蚀变现象效果好,且受植被干扰少的技术优势,通过遥感与航放数据的融合技术,研制出一种光-能谱数据融合的新类型图像。这种图像既具有多光谱遥感图像地形信息丰富,立体感强,便于定位和解决构造问题的长处,又有能谱图像便于区分岩性、蚀变和铀及其它矿化的优点。在此基础上,再与地球物理(航磁、重力、地震),地球化学、地质、水文等多源地学信息集成,建成光-能谱集成技术系统,为植被覆盖区的地质填图和找矿开拓出新途径[4]。
3.2.3 地学信息三维可视化分析技术
三维可视化分析技术是在三维环境下,将地学信息的表达与三维图形可视化结合起来,对地学数据的多种属性进行三维直观显示和分析的技术。通过这种技术,提高研究者对地质体真实状态的直观分析、对比和深层次的理解。作者在鄂尔多斯盆地铀资源勘查中,先后对重、磁数据(图2)、钻孔数据、以及多种数据集成进行了三维可视化显示与分析,并结合钻孔数据的三维可视化,自主开发了钻孔自动成图与信息综合分析系统。
(据1:20万重力2km,1km,0.5km,0.25km不同延拓深度重力数据绘制)
3.2.4 铀成矿过程与作用的仿真模拟技术
应用仿真模拟技术对各种地质过程(包括构造变动、沉积演化等)和铀成矿作用进行仿真模拟,在一定范围内替代传统用物理、化学方法进行的构造模拟和成矿试验,或者通过多媒体技术再现地质过程和铀成矿过程,以提高研究者对铀成矿过程和其它地质过程的分析水平和认识能力,从而使铀成矿理论的研究更符合实际,更具科学性。
在研究初期,通过对层间氧化带型铀成矿观点和作者提出的断隆成矿观点分别进行了多媒体演示研究,再现了铀成矿的地质过程,直观的对比了两种成矿观点的异同,丰富了砂岩型铀成矿理论。
3.2.5 虚拟找矿与虚拟勘探技术
利用建立的数字勘查区虚拟现实系统,在立体眼镜等辅助设备的支持下,对勘查区的地质环境进行浏览(如同坐飞机、汽车或步行进行野外考察),并对感兴趣的地区或地物进行查询、对比、分析、综合,发现规律,得出认识,并根据新认识圈定成矿远景区和勘探靶区,并进行评估。同时,在远景区内进行成矿部署,或在勘探区内进行井位设计,虚拟野外找矿与勘探。通过虚拟,对不满意的方案可以方便的修改和调整,直到满意为止,并在此基础上进行决策。
虚拟找矿和虚拟勘探技术将可能深刻改变矿产资源勘查的现有生产方式,实现长期以来地质工作者“室内找矿”的梦想。
3.2.6 建立地质勘查后遥感数字勘查技术系统
综合上述研究内容,构建地质勘查后遥感应用技术平台,并经进一步深入、系统集成、拓展与提高,建立地质勘查后遥感数字勘查技术系统。
以上是目前考虑到的几方面研究内容,随着后遥感应用技术研究的深入,它的内容会更加丰富和实用。
3.3 后遥感应用技术的应用思路和程序
概括起来,地质勘查后遥感应用技术的应用思路涉及数据准备、数据挖掘、知识发现、虚拟再现、决策和实践等6个步骤。
4 后遥感应用技术的地质应用实例
以鄂尔多斯盆地铀资源勘查为例,采用上述后遥感应用技术的理念和方法技术,对盆地北部已知矿区的几个铀成矿的关键地质问题进行了研究,取得了用常规地质方法难以获得的几点重要成果。
4.1 含矿层的快速追索
砂岩型铀矿床含矿层是矿体的一级载体,因此,含矿层的追索与评价是该类型铀矿勘查的首要问题。东胜地区含矿层为中侏罗统直罗组下段的辫状河砂岩。为了提高勘查效果,需要从地面和深部对该含矿层进行追索。
4.1.1 含矿层的地面追索
根据该地区含矿层的颜色、物质组成、裂隙发育程度和放射性强度等特点,利用上述的光--能谱集成技术,提取出了东胜地区含矿层地面影像信息,对含矿层进行了快速地地面追索(图4)。
3.1.2 含矿层深部地质要素的快速追索
在对研究区大量钻孔剖面逐一解译的基础上,建立研究区钻孔信息(辫状河、泛滥平原、曲流河、泥岩、砂岩、岩石颜色、不整合面等)数据库,并借助自主开发的钻孔资料自动成图和分析系统,实现对含矿层的多维(二维和三维)追索,包括对含矿层沉积相的分布、厚度变化、砂百分含量等单要素追索和含矿层砂体厚度的分布与古河道的关系等多要素的追索。
4.2 控矿断裂构造的研究
通过遥感图像解译,发现东胜地区的铀矿床不仅受含矿层控制,而且受断裂构造控制[4]。控矿断裂为NNW向的断裂带,经野外检验,在地面表现为陡崖、裂隙带和断层等。在此基础上,通过建立的研究区GIS多源地学数据库,从断裂构造的切割深度、力学性质、活动时限、与油气的关系,以及对已知铀矿床的控制等方面对遥感解译结果进行了深化研究。研究认为,断裂为一深位贯通性的含油气断裂,是一条铀的控矿构造,导致了该区铀矿床的沿断裂同方向展布。进一步研究认为,深位贯通性断裂在铀成矿中起着减压带作用,排泄带作用,沟通带作用,活动带作用等作用。根据断裂构造在铀成矿过程中的上述作用,作者提出了一种新的砂岩型铀矿类型—构造--地学化学障类型。认为它不同于传统的氧化带前锋—地球化学障类型,是今后鄂尔多斯盆地找铀矿值得重视的一种目标类型。
4.3 两种不同成因类型铀矿化的发现
利用钻孔资料自动成图与分析系统,对研究区钻孔中含矿层的颜色属性的空间分布特征研究发现,研究区存在两种不同类型的铀矿化:一种是分布在黄色(氧化)与灰色(末蚀变岩石)带之间的氧化带前锋—地球化学障类型的铀矿化,矿化呈北西—南东方向展布,受北东高、西南低的古地形控制明显;另一种是分布在灰色带和兰(绿)色蚀变带之间的构造—地球化学障类型的铀矿化,矿带呈近东西向展,受北北西向断裂控制明显。两种成因类型的发现,反映了该区成矿的多样性,也提出了该区找矿方向的多途径。
4.4 断隆构造成矿观点的提出
对研究区的遥感图像进行分析解译,发现该区处于一断块隆起(断隆)的区域地质构造背景上。然而,将遥感信息与重、磁、航放、地质等传统地学信息进行系统集成和综合分析,从断隆构造的深部结构、地层构成与剥蚀程度、含铀性和铀的迁移趋势、内部的断裂构造、构造热事件以及断隆构造的发生与发展等方面对断隆构造这一遥感信息认识进行深化研究。在此基础上,通过进一步研究,不仅发现已知铀矿床产于断隆构造环境,而且发现铀矿的形成与断隆构造的发生和发展息息相关,并形成了与传统层间氧化带类型矿化不尽相同的铀矿化特征,从而提出断隆成矿的新观点。按照这一成矿观点,建立了新的找矿判据,并提出在鄂尔多斯盆地围绕断隆区找矿的新思路和新方向。
5 结论与讨论
实践表明,在地质勘查领域,后遥感应用技术比起单一遥感技术,具有更大的应用价值和更佳的应用效果。它提出的遥感信息及其延伸应用的技术思路也值得地球科学其他领域借鉴。
参考文献
[1] 刘德长,叶发旺. 后遥感应用技术的提出与思考[J].世界核地质科学,2004,21(1):33-37
[2].承继成,等.数字地球导论{M}.科学出版社,2000
[3] 刘德长,赵英俊,等.核工业铀资源勘查遥感应用的创新与数字勘查技术系统研究[J].国外铀金地质,2002,19(3):152-156
[4] 刘德长,孙茂荣,等.以航放为主的多源地学信息数字图像综合技术及应用.见《中俄核科学家论文集》P98-112,原子能出版社,1994
[5].刘德长,张杰林,等.岩型铀矿区构造-地球化学障的后遥感应用技术研究[J].世界核地质科学,2005,22(1):50-54