高光谱数据与航空伽玛能谱数据在砂岩型铀矿勘查中的应用.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW341高光谱数据与航空伽玛能谱数据在砂岩型铀矿勘查中的应用车永飞1)，叶发旺1)，张明林2)1)核工业北京地质研究院遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，北京，100029；2)中国铀业有限公司，北京，100013注：本文为核能开发“基于航空高光谱与伽玛能谱的铀矿勘查技术研究”资助项目（编号：202188）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：费红彩。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.152作者简介：车永飞，女，1982 年生，博士，高级工程师，主要从事高光谱遥感及综合应用研究；Email：。关键词：关键词：高光谱；航空伽玛能谱；数据融合；岩性分类高光谱数据和航空伽玛能谱数据具有覆盖面广、数据获取速度快、测量效率高、成本低、信息量大等优势，在铀矿区域地质调查研究中发挥着重要作用。高光谱数据具有“图谱合一”的特点和优势，可以很好的表征地物的光谱特性及空间纹理信息，在基岩裸露对矿物和岩性成分的识别与分类、蚀变带的划分具有明显的优势（张昭等，2022）。航空伽玛能谱数据包含了离散的铀（U）、钍（Th）、钾（K）数据，蕴含丰富的信息，反映的是不同岩石、地物的放射性强度，在区分岩性和钾化蚀变信息方面效果好。因此，利用高光谱数据与航空伽玛能谱数据信息集成进行岩性识别，通过分析影像光谱、放射性场等信息特征，确定地表岩性类型与空间分布范围。1研究区概况1.1自然地理概况研究区地处内蒙古高原西部，处于巴丹吉林沙漠的东部边缘。研究区范围 E1031810351，N402618405453。区内地势总体北西高、南东低，海拨基本在12701330 m，相对标高约60 m。地表大多被第四系沙土及沙丘覆盖，沙丘相对高度1020 m。区内水系、植被不发育。1.2地质特征研究区位于巴音戈壁盆地南部因格井坳陷东段北缘。其北缘为宗乃山沙拉扎山隆起，南缘为巴彦诺尔公隆起。断裂构造总体方向存在北东向、近东西向两组，均受区域深大断裂控制。盆地基底及蚀源区主要为阿拉善地块，岩性主要为古元古代和古生代的变质岩；盆地南缘及中部蚀源区为大陆壳基底，属华北地台组成部分，岩性为古生代火山岩、砂岩等。盖层主要为侏罗系、白垩系，东南部为第四系沉积物（张成勇等，2023）。区内岩浆岩分布广泛，从志留纪至三叠纪均有发育，主要分布于研究区西北部，少量出露于东南部，总体呈北西向展布，岩性从超基性岩至酸性岩均较发育，主要为斑状黑云母花岗岩、二长花岗岩、斜长花岗岩、正长花岗岩及英云闪长岩、花岗闪长岩。2研究方法2.1数据处理本文数据源为 GF-5 高光谱数据，航空伽玛能谱数据为研究区航空放射性测量获取的。经数据预处理后，以 GF-5 高光谱数据空间分辨率 30 m，投影参数为基准，对航空伽玛能谱数据空间插值，以生成具有相同空间大小（30 m）的栅格数据，基于ArcGis 软件将上述空间插值后的伽玛能谱数据坐标系统转换到投影坐标系：UTM_Zone_48N，地理坐标系为：GCS_WGS_1984。2.2数据特征提取参照前人高光谱、航空物探岩性划分的相关研究（王世明等，2021；于长春等，2022；董根旺等，2021），本次高光谱遥感信息特征选择 MNF 特征（前 24 个波段）、主成分分析特征（前 13 个波段）；航空伽玛能谱信息特征选择 U、Th、K 含量及总计数率（TC）、钾/钍（K/Th）、铀/钍（U/Th）。地质论评 2023 年 69 卷 增刊 13422.3数据融合将提取后的多特征以层叠方式组合后进行归一化操作，构建具有相同维度和像素大小的 7 个融合分类特征：F1（MNF+PCA）、F2（MNF+PCA+U）、F3（MNF+PCA+Th）、F4（MNF+PCA+K）、F5（MNF+PCA+Tc）、F6（MNF+PCA+U/Th）、F7（MNF+PCA+K/Th），得到特征影像。2.4样本选取参考研究区:25 万铀矿地质图，以假彩色合成的卫星高光谱图像为底图，进行训练样本和验证样本采集，样本主要包括第四系（Q）、白垩统乌兰苏红图组（K2w）、白垩系巴音戈壁组上段（K1b2）、白垩统巴音戈壁组下段（K1b1）、中下侏罗统（J1-2）、二叠纪花岗岩（P）、二叠纪花岗闪长岩（P）。通过计算转换分离度 TD（Transformed Divergence）评估训练区域样本的可分性，该距离表示 2 个不同类别之间在 0 到 2 范围内的差异性，结果显示MNF+PCA+U/Th 特征影像平均转换分离度效果显著（表 1）。2.5岩性分类支持向量机是一种广泛使用的分类器，通过对光谱空间中最接近的训练样本进行最佳分离。在本研究中，核函数为（RBF）径向基函数，惩罚系数C 为 100，Gamma 为 0.026。基于支持向量机采用相同训练样本对 7 个特征影像（F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7）进行岩性分类。通过误差混淆矩阵统计总体分类精度（OA）和 Kappa 系数（K）。3结果与讨论（1）基于研究区地质图，7 组不同特征组合的分类结果中，MNF+PCA+U/Th 特征影像岩性分类总体精度（91.51%）和 Kappa 系数（0.90）最高。结果说明，高光谱遥感和航空伽玛能谱信息特征协同有助于提高岩性分类识别精度。（2）对比地质图中蚀源区地层岩体展布信息可以看出，提取的地质体展布信息与地质图中地质体展布状况还是十分相近的，这充分说明了该方法的有效性。后续从蚀源区提供成矿物质来源角度对高光谱信息与航空伽玛能谱信息进行协同解释研究。表 1MNF+PCA+U/Th 特征影像平均转换分离度计算表MNF+PCA+U/ThQK2wK1b2K1b1J1-2PPQ21.991.98222K2w222222K1b21.9922222K1b11.9822222J1-2222222P222221.89P222221.89参考文献/References董根旺,王琴,黄金辉,林曼曼,王猛,田亮.2021.利用航空伽马能谱数据进行铀成矿预测：以皖南夏林一带为例.铀矿地质,37(1):8795.王世明,范世杰,裴秋明,张晓宇,吕毓东,杜世回.2021.多光谱、高光谱遥感岩性解译在川藏铁路勘察中的应用以藏东南怒江峡谷拥巴地区为例.工程地质学报,29(2):445453.于长春,孙杰,张迪硕,张艳,胡越.2022.基于多源遥感与航空物探数据的岩性分类方法.地质通报,41(23):210-217.张成勇,聂逢君,张鑫,严兆彬,夏菲,刘波,文振宇.2023.巴音戈壁盆地砂岩型铀矿找矿新发现与意义.地质学报,97(2):467479.张昭，陈川，李云鹏.2022.多源遥感数据在新疆卡拉麦里地区岩矿识别中的应用.地质论评，68(6):23652380.CHE Yongfei，YE Fawang，ZHANG Minglin：Applicationof hyperspectral and airborne gamma spectrum data in theexploration of sandstone type uranium depositsKeywords：hyperspectral;airborne gamma spectrum；datafusion；lithologic classification