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高光谱技术探矿:点亮地下宝藏的“探照灯”

        在人类探索地球宝藏的漫长历程中,探矿技术始终扮演着至关重要的角色。从古老的地质勘查到如今的高科技手段,每一次技术的革新都极大地推动了矿产资源的发现与开发。而高光谱技术,作为近年来迅速崛起的前沿技术,正以其独特的优势为探矿领域带来前所未有的变革,宛如一盏明亮的“探照灯”,照亮了地下宝藏的探寻之路。


       高光谱技术本质上是一种基于光谱分析的技术。我们知道,每种物质在不同波长的光照射下,都会吸收、反射或发射特定的光谱特征,这些光谱特征就像物质的“指纹”一样独一无二。高光谱技术通过获取物体在多个连续波段上的光谱信息,能够精准地识别出物质的成分和性质。在探矿领域,这一技术的应用可谓是如鱼得水。

       传统探矿方法往往依赖于地质人员的实地考察、取样分析以及一些物理探测手段,如地震勘探、磁法勘探等。这些方法虽然在一定程度上能够提供有价值的信息,但也存在诸多局限性。例如,实地考察耗费大量人力物力,且受地形、气候等自然条件限制;取样分析需要破坏地表或地下的岩石结构,且只能获取局部样本信息;而物理探测手段对于一些深埋地下的矿体,尤其是那些与周围岩石物理性质差异不大的矿体,探测难度较大。高光谱技术的出现,有效弥补了这些不足。

       高光谱探矿设备能够从空中或地面快速扫描大面积区域,获取地表及浅表层岩石的光谱数据。通过对这些数据的分析处理,科学家们可以像读取密码一样,识别出潜在矿体的“光谱指纹”。例如,某些金属矿物在特定波段的光谱反射率会有显著变化,通过高光谱成像,这些细微的差异能够被清晰地捕捉到,并在图像上以不同的颜色或亮度呈现出来,从而为地质学家提供矿体的分布范围、规模以及大致的矿物组成等关键信息。


       此外,高光谱技术还具有非接触、无损检测的优点。这意味着在探矿过程中,无需对地表进行大规模的破坏或采样,既节省了时间和成本,又减少了对自然环境的影响。而且,随着技术的不断进步,高光谱设备的分辨率越来越高,能够探测到的矿体细节也越来越丰富。它不仅可以发现大型矿体,对于一些小型的、分散的矿脉也能够进行有效的识别和定位,大大提高了矿产资源的勘探效率和准确性。

       在实际应用中,高光谱技术已经取得了令人瞩目的成果。在一些偏远山区,传统探矿手段难以施展的复杂地形区域,高光谱技术凭借其灵活的探测方式,成功发现了多处潜在的矿产资源。通过对历史矿区的再次探测,高光谱技术还帮助人们发现了新的矿体延伸部分,为老矿区的二次开发提供了有力依据。同时,它也为一些新兴的矿产资源开发领域,如稀土矿、稀有金属矿等的勘探提供了新的思路和方法。

       然而,高光谱技术在探矿领域的应用也面临着一些挑战。由于光谱数据的复杂性和多样性,数据处理和分析需要专业的技术人才和先进的算法支持。此外,高光谱设备的成本相对较高,一定程度上限制了其大规模的普及应用。但随着技术的成熟和成本的降低,这些问题有望得到逐步解决。


VNIR和SWIR

VNIR敏感矿物   铁氧化物、氢氧化物(铁片、针铁矿、橄榄石、辉石)

与过渡相关的功能金属:铁、锰和铬



SWIR敏感矿物   硅酸盐、硫酸盐、氢氧化物(黏土矿物、钾铝石、黄钾铁钾矿、角闪石,云母与Al、Fe和Mg与羟基键合)


       红外天然矿物金硫化物石榴石辉石石英白云石方解石氧化铁矿物和稀土元素矿产勘查的目的是寻找经济上可行的矿床。

       Short-waveinfrared(短波红外成像;1300- 2500nm)波长区域数据通常用于此目的,但近红外波长区域还提供了两个关键的地质应用:→氧化铁矿物的检测→稀土元素的检测氧化铁矿物对于矿产勘探至关重要,因为它们通常是下伏矿床的唯一可见线索。


氧化铁矿物在800 ~ 1000 nm波段具有特有的光谱特征,可用于遥感识别。

氧化铁浓度与特定的岩石类型(“寄主岩”)有关,而寄主岩有时与潜在的矿床有关。

最近的研究表明,高光谱成像可以根据其宿主岩石基质对氧化铁浓度进行分类,从而增加了检测最可能与矿床相关的岩石露头的潜力。

稀土元素(ree)是一组金属元素,是制造高科技产品(如消费电子产品)不可或缺的元素。

这些元素存在于某些矿物中,由于它们位于近红外波长区域的关键光谱特征,许多元素可以被识别。

遥感为勘探含稀土矿物的经济富集提供了一种可能节省成本的工具。



MWIR中波

MWIR敏感矿物   碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐(水晶、滑石、磷矿、石膏)与Si-0的键存在有关

       利用中波红外高光谱成像绘制碳酸盐蚀变图。中波红外(MWIR)在岩心扫描中很少使用,但它对检测即使是低浓度的碳酸盐也非常有效。方解石(红色)和铁白云石或菱铁矿(蓝色)突出了造山金系统周围的蚀变,与金含量显示出很强的相关性。当白云母化学成分(例如白云母与多硅白云母)在不同岩性中给出的响应不太清晰时,这种方法提供了宝贵的见解





LWIR

       在下面的例子中,使用长波红外线,地质学家可以识别锂辉石,甚至从这个伟晶岩中梳理出石英和锂辉石的混合物。




总结如下一个小表格,高光谱到底能测那些矿



       高光谱技术探矿的出现,无疑是地质勘探领域的一次重大突破。它以其高效、精准、环保的特点,为人类寻找地下宝藏开辟了一条全新的道路。随着技术的不断发展和完善,我们有理由相信,高光谱技术将在未来的探矿工作中发挥更加重要的作用,为人类的资源开发和经济发展做出更大的贡献。



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