岩矿高光谱遥感及其在青藏高原的应用前景

高光谱成像作为目前遥感领域最先进的技术,在地质应用中取得了巨大成功。岩石和矿物由于电子过程和分子振动可以产生特征的光谱吸收,因此可以利用高光谱技术进行岩矿填图,快速且准确地获取区域内岩石和矿物的分布情况,进而圈定有潜力的找矿靶区。岩矿高光谱通过对岩矿信息的提取可获得矿物类别和矿物丰度分布甚至矿物化学成分的填图结果,识别方法包括光谱匹配、模式识别和人工智能方法3大类。GF-5卫星上搭载的高光谱成像仪覆盖度宽、光谱分辨率和信噪比高,满足矿物精细识别和大比例尺、大面积岩性填图的要求,应用前景广阔。青藏高原地区矿产资源丰富、岩体裸露但地势偏远,有利于高光谱遥感蚀变矿物填图,开展区域找矿工作。同时,高光谱遥感凭借其空间尺度优势,可以方便快捷地获取区域整体信息,结合地球化学的时间信息,可为青藏高原关键地质科学问题的解决提供新的视角。提升岩矿高光谱遥感的定量化和智能化水平,将传统地质学方法获得的地下深部资料与遥感手段获取的地表数据结合,是促进地质遥感和地球系统科学发展的重要途径。     

硫酸盐对麦积山砂砾岩风化影响的试验研究

麦积山石窟砂砾岩在盐分参与下出现粉化、剥落等现象,这大大加速了石窟岩体的风化进程。通过对砂砾岩进行毛细迁移及循环劣化试验,研究了硫酸盐在砂砾岩中的运移规律,分析了盐分参与下砂砾岩的破坏特征,并得出了其产生的结晶压力。结果表明:硫酸钠结晶使砂砾岩发生显著破坏;硫酸盐在砂砾岩中的运移呈现一定的规律性;硫酸钠溶液的浓度达到0.95～1.13 mol/L区间时,砂砾岩开始破坏,并且得出试验条件下结晶压力理论最大值可以达到33 MPa。     

内蒙古赤峰召庙花岗岩表面的冰川壶穴、泄水槽、盐风化穴和剥离面理

在内蒙古赤峰市巴林左旗林东镇以南约20 km的召庙, 出露一片面积约20 km2的花岗岩, 称为召庙花岗岩体。该岩体被至少2组垂直节理及与地面起伏一致的剥离面理切割成大小不等的弧形岩块, 构成高于周围地表300~400 m的花岗岩山区。在多条花岗岩山脊上保存有大小不等的壶穴, 山脊两侧则发育从上到下紧密排列的泄水槽, 而泄水槽则被剥离面理横向切割, 沿剥离面理的露头线发育大小不等的风化穴。通过详细的野外调查, 认为花岗岩山脊上的壶穴不是风蚀和风化所致, 而是晚更新世冰盖上的冰川融水下泄冲刷形成的; 山脊两侧的泄水槽也是冰川融水下泄冲刷的结果; 剥离面理是第四纪冰川发育导致地表之下岩石温度变化的热变应力所致, 可用于恢复第四纪冰川作用时期的基岩古地貌; 盐风化穴是第四纪冰川退缩后本区重要的物理风化类型, 优先沿着剥离面理发育。本区3种微型地貌景观和大型的剥离面理共生组合记录了更新世以来召庙花岗岩山区的地貌演化史。     

基于多光谱ASTER和高光谱GF5对峨山花岗岩体遥感解译与成矿预测

峨山花岗岩体位于云南省玉溪市峨山与红河州石屏县西北交界处,出露面积约200 km²。文章将峨山花岗岩体地质数据与多光谱ASTER和高光谱GF5遥感数据相结合,采用ASTER波谱角算法(SAM)获取峨山花岗岩体淡色花岗岩分布区域,利用主成分分析法(PCA)对ASTER数据进行特定因子求反确定蚀变带位置;再根据蚀变矿物的精微波谱特征,利用GF5高光谱波段数据对蚀变矿物特征光谱波段开展主成分分析与特定因子求反,对比ASTER与GF5遥感数据提取的特征矿物位置以便定位热液蚀变带,结合矿化点野外地质调查,预测研究区成矿潜力。综合分析区域地质特征及遥感解译成果,认为蚀变矿物明显与岩浆演化晚期淡色花岗岩体相伴生,区域成矿规律趋向于矿床分布特征偏向于岩体周边以及淡色花岗岩零星出露的小岩株附近。     

基于完全谱形特征的成像光谱遥感岩矿识别技术及其应用

成像光谱以图谱合一、自动生成像元光谱进行直接识别岩矿而极具应用潜力.本文提出并利用基于地物完全谱形特征的成像光谱遥感多波段组合的主成分(PC,Principal Component Analysis)变换方法提取岩类与蚀变分布;相应地利用光谱角识别技术直接提取与矿有关的蚀变矿物;最终进行波段组合、波段运算、反差增强与RGB合成提取出相关岩矿信息进行成矿综合分析.利用岩矿谱形特征进行谱段组合的PC变换的第一分量(PC1)更多地包含岩矿的波谱特征;PC2噪声多,信息模糊,相对信噪比低.利用PC1提取岩矿信息可靠、准确.这是一种面向目标的定量与半定量相结合的岩矿识别技术,在后沟金矿区起到了良好的应用效果.     

近红外光谱对岩矿表面黏土矿物覆层的响应

近红外光谱(NIR)技术具有测试快速、准确和对样品无接触、无损害等诸多优点,因而被广泛应用于材料科学、医学和地球科学等众多领域。在地质学和行星探测领域,近红外光谱常用来原地和遥感识别星球表面矿物组成、分布及相对含量等信息。近红外光谱对含有羟基和水的矿物,特别是黏土矿物有更强的响应,而黏土矿物主要的生成条件和矿物物化性质使其常常以岩石矿物表面覆层形式广泛存在于地表环境中。在实际测试过程中,覆层形式存在的黏土矿物极有可能会对探测目标区的岩石矿物含量和赋存状态等信息产生干扰,其干扰程度和机制尚不十分清楚。为此,本研究针对性地考察了黏土矿物覆层对矿物表面近红外光谱测试的影响。选用绿脱石、绿泥石、高岭石和伊利石4种代表性黏土矿物,覆层的厚度分别设计约为30、10、2和1μm;基体矿物选取角闪石、钾长石和石英为代表。实验结果表明,在位于2100～2370 nm处的近红外光谱吸收波段,不同厚度的黏土矿物覆层均会不同程度地影响基体矿物的反射光谱特征,导致在遥感探测过程中无法准确地获取其光谱信息,且随着覆层厚度增加,基体矿物信息被湮没的程度加剧。与富铁黏土矿物(绿脱石和绿泥石)相比,富铝黏土矿物(高岭石...     

Worldview-2数据在沉积岩地区的遥感岩性增强方法初探——以新疆喀什阿尔塔什地区为例

为了进一步探讨Worldview-2数据在岩性识别工作中的应用效果,笔者选择新疆喀什地区阿尔塔什沉积岩区进行遥感岩性增强方法研究.通过对研究区内实测岩石波谱曲线和Worldview-2数据进行分析,对比不同岩性之间的光谱差异,在综合考虑异物同(近)谱、表层浅覆盖等的基础上,结合WorldView-2数据的波段特点和数据统计特征,确立了波段组合-波谱增强-去相关增强-纹理信息融合的处理方法.有效提高了不同岩性之间的对比度,改善了外界因素对光谱信息的干扰,为精确识别不同岩性提供了可靠基础.     

水-岩作用对岩石表面微观形貌影响的试验研究

利用精度高达0.5 μm的Talysurf CLI 2000三维表面激光形貌仪,对经矿井深部地下水作用前后的5种不同岩性的岩石试件进行形貌扫描,探讨试件表面的微观形貌的变化特征并对12个形貌参数作出定量分析对比。试验结果发现,水-岩作用后岩石表面形貌高度的离散性、偏离基准面的程度、粗糙程度变大,高度的分布概率更为集中,由负偏态变为正偏态且高度分布的对称性好于作用前。峰点算术平均曲度Ssc都有规律地降至0.62附近,岩石表面的高差减小,更具协调性。水化作用与水解、溶解作用同时发生,但水化作用效应大于其水解、溶解作用效应。     

混合表面活性剂对长石、石英浮选分离的影响

采用单矿物浮选、Zeta电位和芘荧光探针,研究由DDA和SDS组成的阴阳离子混合表面活性剂在不同的浮选条件下对长石、石英分离效能影响以及表面活性剂在矿物表面的吸附行为。结果表明:在相同浓度阴阳离子混合表面活性剂中,长石的疏水性要强于石英;Zeta电位在DDA∶SDS=1∶1时主要由阳离子决定,在DDA∶SDS=1∶2、1∶3时由阴离子决定。芘荧光探针结果表明:在pH=2.0,长石和石英表面极性在低浓度混合表面活性剂中与浓度呈负相关;在DDA∶SDS=1∶1、浓度为4×10-4 mol/L时,混合表面活性剂在矿物表面形成半胶束,且长石表面形成半胶束浓度低于石英。当DDA∶SDS=1∶2、1∶3时,长石表面形成半胶束浓度提高,而石英未能在实验条件内形成胶束。综合而言,在同一混合表面活性剂条件下,长石表面疏水性强于石英。     

无机盐与表面活性剂对菲在黄土上吸附/解吸行为的联合影响

以NaCl和MgCl₂、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)分别作为无机盐、表面活性剂的代表, 研究两者共存对菲在黄土中吸附/解吸行为联合影响的特点及其形成机制.结果表明, NaCl(≥0.1 mol/L)、MgCl₂或SDBS的单独介入, 可缩短吸附平衡时间、增加吸附容量等, 即对吸附具促进作用, 随着介入浓度的升高, 促进作用越明显, 促进能力为MgCl₂＞SDBS＞NaCl; 不改变吸附模式, 仍较好地符合F型与H型.NaCl与MgCl₂同时介入, 对菲吸附的影响仍表现为促进作用, 呈现相加作用的特点, 且随着MgCl₂浓度的升高, 促进作用更明显.NaCl(或及MgCl₂)与SDBS的同时介入对吸附的联合影响, 总体上表现为相加作用, 但还呈拮抗作用的特点, 尤其MgCl₂浓度较高时.NaCl或(及)MgCl₂的存在, 或与SDBS共存时, 与纯水相比, 菲的解吸速度较快、解吸率较高、平衡时间较短, 且无滞后效应.可见, 无机盐与表面活性剂同时适量介入, 以强化菲等污染地下水系统的修复功效具一定的可行性.      

Degree of rock surface weathering as an indicator of ice-sheet thickness along an east—west transect across southern Norway

Rock surface weathering, as reflected by rock surface hardness and roughness, was measured at six mountains along an east-west transect across southern Norway. At most sites the results show significant differences in rock surface weathering across the autochthonous blockfield boundary, suggesting that the areas above the boundary have been exposed to subaerial weathering for a considerably longer time span that the areas below. The results are interpreted as reflecting the surface profile of an asymmetric, west-centred, low-gradient ice sheet.     

岩石风化与岩石化学成分的变化研究

研究岩石风化过程中岩石化学成分的变化规律,对于进一步研究岩石的风化机理以及岩石的物理力学性质变化过程有着十分重要的意义.本文通过对湘西地区陡山沱组黑色岩石不同风化程度的化学成分分析研究表明,岩石中的化学成分将随风化的进行而不断发生变化,在一定程度上反映了陡山沱组黑色岩石风化过程中其化学成分的变化趋势.     

Forests, climate, and silicate rock weathering

Over time periods of 10⁶ years and longer, atmospheric carbon dioxide content is largely controlled by a balance between silicate rock weathering and CO₂ sources (degassing from the Earth plus net organic carbon oxidation). Vegetation cover can affect silicate rock weathering rates by increasing soil CO₂ content, stabilizing soil cover, and producing organic acids. Forests absorb more solar radiation than most other ecosystems; this tends to warm Earth's climate, especially outside of the tropics; this warmth would tend to increase silicate rock weathering rates. Here, we develop preliminary parameterizations of this effect that could be incorporated into carbonate–silicate cycle models, based on the results of general circulation model simulations.     

洛阳龙门石窟围岩风化特征研究

对洛阳龙门石窟围岩风化特征及风化作用影响因素进行调查研究,指出目前围岩风化作用主要为生物风化和物理风化作用,并进一步对其风化机理进行了探讨。以往研究结果认为风化作用主要类型为物理风化作用,本文研究表明,目前由于西山山顶植被的不断发育,随着植被根须机械破坏作用及植被腐殖质分解的产物引起岩体解离的生物化学破坏作用日益加剧,生物风化作用亦已成为风化破坏主要影响因素,应引起有关部门注意。     

Effect of Aspergillus niger on weathering of phosphorite rock

Weathering mechanism of phosphorite rock by Aspergillus niger has been studied. Ten strains of phosphate-solubilizing fungi were isolated from rhizosphere soils by using dilute plate method in solid inorganic phosphorus culture. According to the size of soluble phosphate circle in the medium, a strain of stronger phosphate-solubilizing fungus was acquired, which was identified as, Aspergillus niger using identification methods of morphology and ITS sequences comparison in Genbank. In liquid culture, incubation in static state, the weathering of apatite rock with the fungus by contrast method： putting apatite powder （200 mesh） in liquid culture medium of flask, inoculation fungus after autoclave （setting sterile control） for studying direct weathering process; putting dialysis bag with apatite powder （200 mesh） in liquid culture medium of flask, inoculation fungus after autoclave （setting sterile control） for studying indirect weathering process.     

岩石化学风化时效效应的离散元模拟

微观上,岩石由晶粒和晶粒之间的联接组成。在岩石的风化过程中,晶粒之间的联接会被削弱,导致岩石微观缺陷的发展,从而表现为显著的时效效应。在已有胶结模型的基础上,将岩石的化学风化过程等效为颗粒之间胶结物质不断溶蚀进而影响颗粒之间胶结强度和刚度的过程,基于此建立了考虑化学风化的微观接触模型。随后将模型植入离散元软件,运用离散元方法（DEM）,模拟和对比分析了室内腐蚀试验与DEM模拟化学风化试验,结果表明：该模型可以反映岩石强度的化学风化时效效应,即随着反应时间增加,强度减小;可以反映单轴压缩试验中裂隙压密阶段以后变形的时效效应,即随着反应时间的增加,弹性模量、破坏时应变减小;粒间胶结的破坏,即微观缺陷的发育,是导致岩石化学风化时效效应的微观原因。同时DEM模拟风化与加载耦合的试验现象表明,施工过程中的施工速度会影响岩石的强度,施工应该选择合适的速率。     

高光谱遥感卫星技术及其地质应用

在收集国内外高光谱技术发展、地质应用与研究实例资料的基础上,主要介绍了国内外高光谱地质应用的现状及其主要进展,并简要介绍了高光谱地质应用的主要技术。结合地质应用成功的实例,分析了高光谱遥感卫星技术在矿物识别与填图、岩性填图、矿产资源勘探、矿业环境监测、油气渗漏监测等地学方面的应用优势与前景,同时指出了目前高光谱遥感卫星技术地质应用存在的主要问题与发展趋势。     

Determining mineral weathering rates based on solid and solute weathering gradients and velocities: application to biotite weathering in saprolites

Chemical weathering gradients are defined by the changes in the measured elemental concentrations in solids and pore waters with depth in soils and regoliths. An increase in the mineral weathering rate increases the change in these concentrations with depth while increases in the weathering velocity decrease the change. The solid-state weathering velocity is the rate at which the weathering front propagates through the regolith and the solute weathering velocity is equivalent to the rate of pore water infiltration. These relationships provide a unifying approach to calculating both solid and solute weathering rates from the respective ratios of the weathering velocities and gradients. Contemporary weathering rates based on solute residence times can be directly compared to long-term past weathering based on changes in regolith composition. Both rates incorporate identical parameters describing mineral abundance, stoichiometry, and surface area.

Weathering gradients were used to calculate biotite weathering rates in saprolitic regoliths in the Piedmont of Northern Georgia, USA and in Luquillo Mountains of Puerto Rico. Solid-state weathering gradients for Mg and K at Panola produced reaction rates of 3 to 6×10⁻¹⁷ mol m⁻² s⁻¹ for biotite. Faster weathering rates of 1.8 to 3.6×10⁻¹⁶ mol m⁻² s⁻¹ are calculated based on Mg and K pore water gradients in the Rio Icacos regolith. The relative rates are in agreement with a warmer and wetter tropical climate in Puerto Rico. Both natural rates are three to six orders of magnitude slower than reported experimental rates of biotite weathering.     

凝灰岩岩基风化带精细划分技术

正岩体风化带的划分是水利工程勘察重要的研究内容,提高岩基垂向上的精细识别对建基面的开挖、坝基防渗设计、坝基的稳定性和变形控制等方面具有重要意义(王旺盛等,2009;韩刚等,2011)。传统岩体风化程度的划分主要依据钻探过程中的人为感觉、现场岩样的直观判断以及室内的岩石物理力学试验等,在总结大量工程实践的前提下,可以说采用定性或半定量的判别手段在岩体划分中     

基于FLAASH的高光谱遥感数据大气校正应用

星载传感器接收到的电磁波,必经大气吸收和散射的影响。高光谱分辨率遥感影像具有大量光谱信息,为了精确提取高光谱遥感信息,对大气校正是必不可少的。对于Hyperion遥感影像而言,其信噪比较低,在反演地表反射率过程中,此项工作尤为重要。基于FLAASH对Hyperion影像进行了大气校正,分析了不同地物校正前、后的光谱特征,与标准库对比后,取得了比较理想的校正效果。结果说明,通过大气辐射传输模型理论进行大气校正是可行的。