鈾礦地質遙感的創新、進步與持續發展

劉德長

摘 要：本文從核工業北京地質研究院鈾礦地質遙感發展的創新歷程，論述了由于鈾礦地質遙感的發展帶給鈾礦地質的科技進步，并探討了未來如何持續發展好鈾礦地質遙感，為鈾礦地質的發展發揮更大作用。謹以此文獻給核工業北京地質研究院建院五十周年。

關鍵詞：遙感技術，鈾礦地質，創新進步，持續發展

鈾礦地質遙感是應用遙感技術來研究和解決鈾礦地質問題，主要是鈾礦找礦、鈾礦環境調查和相關地質災害監測等。它涉及遙感技術和鈾礦地質兩個方面，從科學層面上看，是遙感信息科學與鈾礦地質學的相互交叉；從技術角度上看，是遙感信息技術在鈾礦地質領域的應用。

我國鈾礦地質遙感技術的誕生與發展是核工業人將遙感技術引入到鈾礦地質勘查領域，并不斷開拓創新的結果。而核工業北京地質研究院的研究人員無論是在理念更新上、技術創新上、以及應用的深度和應用效果上都為鈾礦地質遙感的發展做出了突出貢獻，使我國鈾礦地質遙感具有了自己的特色和先進性。下面分3個部分作以論述。

1 核工業北京地質研究院鈾礦地質遙感的創新歷程

核工業北京地質研究院的鈾礦地質遙感研究工作是從1975年開始的。這在全國來說，也是應用遙感技術最早單位之一。30多年來，經歷了一個理念不斷更新、技術不斷創新、應用不斷深入的發展過程，大致可以分為3個階段：

1.1 20世紀70年代中－90年代初，衛星遙感的引進、示范研究和輕型飛機遙感技術開發階段

早在70年代中期“核工業北京地質研究院”在核工業系統首先利用陸地衛星MSS黑白圖像，對華南基底斷裂系、環狀構造及鈾礦分布規律進行了試驗研究[1]，推動了核工業遙感地質工作的開展。80年代中期，在核工業系統最先探索了美國陸地衛星TM圖像的處理及應用[2]。90年代初利用遙感圖像，在伊犁盆地，成功解譯了第四系覆蓋下的隆起區和拗陷區，并發現一條控制該區鈾礦床分布的東西向斷裂富水帶，為覆蓋區遙感應用做出了示范[3]。

20世紀70年代末，在國內率先開展了輕型飛機遙感技術研究，建立了輕型飛機與航攝儀相匹配的輕型飛機航攝系統[4]。該系統具有調用方便，機動靈活，油耗少，成本低等優點。先后在福建南平、河南長葛、江西相山、河南新鄉、山東東明等地進行了作業，為推動我國輕型飛機遙感事業的發展起了“火車頭”作用。

1.2 20世紀80年代末－2000年，航空放射性伽瑪能譜信息與遙感信息集成研究的創新階段

多源地學信息集成技術是80年代末遙感地質領域的一個前沿研究課題。它的應用領域廣泛，即是在地質領域，既可以用于石油、煤炭勘查，又可以用于金屬礦產勘查，但是在鈾礦地質領域怎樣才能用得更有成效呢？根據核工業系統幾十年來找礦的經驗，航空伽瑪能譜測量技術對找鈾礦具有極其重要的作用。因此，在多源地學信息集成技術研究上，將航放數據作為主信息源，將遙感、地質、物化探信息作為基礎信息源，開發了以航放為主的多源地學信息集成技術[5]。該技術經部級專家會評審，認為“該項研究將多源地學信息圖像數字綜合處理技術創造性的應用于鈾礦地質勘查，是我國多源地學信息處理技術的一個新發展，“在開發深度和技術特色上，屬國際領先水平，取得明顯應用效果，具有重要的推廣價值”。

針對多光譜遙感圖像在植被覆蓋區識別巖性效果差，難以直接探測與鈾礦有關的礦化蝕變信息等不足，在“以航放為主的多源地學信息集成技術”研究基礎上，將航放信息利用數字圖像處理系統進行了二次開發，并與遙感圖像融合，開發了光－能譜集成技術[6]。該技術對遙感技術的應用，特別是在植被覆蓋區的的應用進行了擴展，當時在國內外尚屬首創。

1.3 21世紀以來，遙感信息及其延伸應用研究階段

針對鈾資源勘查由地表轉向深部隱伏礦床的必然趨勢與遙感主要反映地表或淺部信息之間的矛盾。在對遙感應用進行新思維的基礎上，在國內外首次提出后遙感應用技術的新理念，強調通過信息源和技術的集成，對遙感信息進行延伸應用研究，即后遙感應用技術研究[7]。同時，圍繞新理念探索了后遙感應用技術的基本內涵，技術構成，研究內容，應用思路和工作程序等，使理念不斷完善與系統化。同時，圍繞新理念開發了5項新技術。隨著這些新技術的開發，一些新型遙感技術和各種現代信息技術，如地理信息系統、三維可視化、計算機模擬和虛擬現實等技術，被深入地應用于鈾資源勘查或被積極探索，進一步促進了鈾礦地質遙感的創新和集成。

在后遙感應用技術支持下，先后在鄂爾多斯盆地和塔里木盆地北緣進行了鈾礦地質研究，在鈾成礦理論上提出斷塊成礦理論和斷隆成礦觀點，在鈾礦找礦中取得好的找礦效果。遙感信息及其延伸應用研究是將遙感技術從技術層面提升到科學層面的有效途徑[8]。

總之，核工業北京地質研究院鈾礦地質遙感的發展，經歷了一個從單純的遙感技術應用 → 遙感信息與航放信息集成為主的應用 → 遙感信息與傳統地學方法和現代技術信息技術的集成應用。這從一個側面反映了我國鈾礦地質遙感應用的創新歷程。

2 鈾礦地質遙感的創新和發展促進了鈾礦地質的科技進步

促進鈾礦地質科技進步主要表現在以下幾方面：

2.1 遙感技術方面

（1）改變了傳統的鈾成礦區域地質構造背景的研究方式遙感技術具有區域性和綜合性，它使鈾礦地質工作者在研究鈾成礦區域地質構造背景時，能夠直接宏觀的觀察地質體和地質現象，而不是原來的通過地面－點－滴的觀察，然后通過推斷了解全局，從而減少了臆想性，提高了客觀性。同時，這種從面到線到點的研究方式，更符合人的深化思維方式，有利于研究者的創新思維。

(2) 提升了對鈾礦控礦要素的分析深度

遙感技術的多波段性，使人們不僅可以從可見光，而且可以從近紅外、短波紅外、甚至微波的角度來研究鈾礦的控礦要素，改變了傳統鈾礦地質主要從可見光研究的局限性。這一光譜探測范圍的擴大，促進了鈾礦地質研究在提取含礦層、控礦構造、識別蝕變現象，以及感知熱信息等方面的科技進步。圖1 是巴什布拉克鈾礦床油氣蝕變信息增強效果圖。利用自主開發的蝕變信息反向增強技術，不僅提取出白堊含礦層中的蝕變帶，而且可以根據蝕變帶內未蝕變紅色地層殘留體的多少，區分出地表蝕變強弱的地段[9]。

圖1 白堊系含礦層蝕變信息反向增強效果圖

（紅色斑點為白堊系中原紅色地層中的殘留體）

①強蝕變地段（殘留體少）；②弱蝕變地段（殘留體較多）；③白堊系未蝕變地段（基本為紅色層）

(3) 增添了構建鈾成礦模式的地質依據

從遙感圖像上可以直接看到用傳統地質方法不易發現的塊狀和環狀構造。研究表明，塊狀構造有不同規模和形態，區域上可形成隆起的斷塊（斷隆）和拗陷的斷塊（斷陷）；環狀構造也有不同的規模和各種各樣的形態，常見的有單環狀、同心環狀、套環狀和鏈環狀等，其成因可以是巖漿的、油氣的、甚至是大型地塊扭動形成的。塊狀和環狀構造有時對鈾成礦有明顯的控制作用。如，東勝鈾礦床從遙感圖像上看，處于－楔型斷隆構造背景之上（圖2）；東勝礦床西邊與油氣有關的環狀構造，經研究認為，對東勝地區鈾的成礦提供了還原性氣體（圖3）[10]。遙感圖像上發現的這些塊狀和環狀構造，為鈾礦成礦模式構建增添了新的地質依據。

圖 2 東勝鈾礦床所處區域構造背景 遙感三維圖像	圖3 東勝礦床東邊與油氣有關 環狀構造遙感影像圖

(4) 開拓鈾礦直接找礦的新途徑

放射性地質測量是直接找鈾礦的主要途徑，高光譜遙感技術的發展和在鈾礦地質中的應用，有望為鈾礦的直接找礦開拓另一條新的途徑。與多光譜遙感技術相比，高光譜遙感技術具有波段數多（數十或數百），窄波段成像（納米級），圖、譜合一，解像力可達分子級等優勢。在鈾礦地質領域，可利用上述優勢進行與鈾礦有關的巖石礦物分類、填圖，研究形成巖礦光譜特征的溫、壓、熱等成礦信息。通過尋找與鈾礦有關的蝕變帶，達到直接找礦的目的。目前能夠獲得的高光譜衛星數據(Hyperion)，雖然光譜分辨率高，但空間分辨率低（30米），用于鈾礦找礦效果并不理想。核工業北京地質研究院國家級遙感重點實驗室引進的加拿大388波段的航空成像光譜儀，可以獲得高空間分辨率的高光譜遙感數據，為開展遙感直接找礦研究提供了技術支持。

航空放射性伽瑪能譜與航空高光譜遙感技術的結合，將會為鈾礦找礦開創出新的局面。

2.2 光－能譜集成技術方面

(1) 探索了航放數據二次開發的新方法

20世紀90年代初，利用遙感數字圖像處理系統對多道航空伽瑪能譜數據進行了二次開發，包括插值、網格化、數據壓縮（或拉伸）、灰階轉換等處理，然后輸入圖像處理系統進行影像化顯示，將原來的等值線圖形成各種影像圖，并利用處理遙感圖像的各種增強方法對能譜圖形進行增強、模式識別和特征提取[11]。圖4是對連山關地區的多道航空伽瑪能譜數據，利用數字圖像處理系統，經假彩色合成得到的U、U/TH、U/K等多參數的假彩色融合圖像。圖中白點處為U、U/TH、U/K等參數的高值區，其中3個已知鈾礦床均位于白點區，另外3處白點區經野外檢驗，均發現有明顯控礦因素控制的鈾礦化異常。

圖4 U、U/TH、U/K等參數假彩色合成影像圖

（方框內的白點區為已知鈾礦床；圓框內白點區為預測區）

(2) 提出一種快速識別鈾成礦構造的新思路

通過對同一地區航放鈾影像圖的線狀、環狀體與遙感圖像上的線狀、環狀構造進行相關性分析。當鈾影像圖上解譯的線狀體與遙感圖像上某些線狀和環狀構造相吻合時，則反映遙感圖像上的這些線狀和環狀構造可能是鈾的成礦斷裂或與鈾有關的環狀構造。利用這種相關性分析，可以從遙感圖像上快速查明與鈾礦有關的線狀和環狀構造，為解決怎樣從遙感圖像上快速識別鈾成礦構造難題提供了新思路。并據此確定了連山關地區鈾成礦的構造格局[12]。

（3）開發了植被覆蓋區鈾礦地質研究的新技術

將遙感數據與航放數據經數字圖像處理系統進行融合，形成一種光－能譜融合圖像[13]。這種圖像既具有多光譜遙感圖像地形信息豐實、立體感強，便于定位和解決構造問題的長處，又具有能譜便于區分巖性，蝕變現象和鈾礦化的優點。利用這種新類型圖像不僅可以進行植被覆蓋區的地質填圖，包括鈾礦區的地質填圖[13]（圖5），經在廬樅火山巖地區試驗，將地層可以劃分到段，其解譯圖與常規地質方法所填1：5萬地質圖相比，不僅基本輪廓相似，而且精度有所提高，所省人力、物力、時間是常規方法無法比擬的。此外，還可由于鈾礦和與鈾有關的非放射性礦產的找礦，以及放射性生態環境制圖等方面。

2.3 后遙感應用技術方面

（1）后遙感應用技術開發，為鈾礦地質提供了一項重要技術支持

后遙感應用技術是指將遙感技術與傳統地學方法和現代信息技術相整合，應用于鈾資源勘查的遙感信息深化應用技術。圍繞后遙感應用技術的理念，開發了：①鈾資源數字勘查區構建技術；②遙感信息與其它地學信息集成技術；③地學信息三維可視化技術；④鈾成礦過程的計算機模擬技術；⑤虛擬找礦與虛擬勘探技術等。這些技術前后銜接，構成一個整體。

圖5 廬樅地區光－能譜集成圖像（左）及其地質解譯圖（右）

1－第四系；2－浮山組；3－雙廟組；4－磚橋組三段；5－磚橋組二段；6－磚橋組一段；龍門院組；7－石英正長巖；8－正長斑巖；9－線性構造；10－環形構造；11－砂巖

后遙感應用技術不同于多源地學信息集成技術，因為它不限于信息源的集成，還包括了方法技術的集成。實踐表明，后遙感應用技術比起單一的遙感技術具有更大的應用價值和更好的應用效果[14]。

(2) 斷塊成礦理論的提出，豐富和發展了砂巖型鈾成礦理論

在上述理念和新技術的支持下，通過對鄂爾多斯盆地鈾礦地質的研究，提出砂巖型鈾礦斷塊找礦的理論。塔里木盆地北緣和松遼盆地田家店等地區的鈾礦地質實踐，也為該理論的正確性提供了新的證據。構成斷塊成礦理論的主要內容（或概念）有：①斷隆成礦的觀點[15]；②構造－地球化學障控礦模式[16]；③與油氣或地下熱流體有關的成因類型；④雙向思維的找礦判據，即找鈾礦既要重視沉積體系和鈾礦化特征的研究，又要重視斷裂構造和油氣等深部流體運移跡象的研究。

斷塊成礦理論的核心是強調斷裂構造，特別是深位貫通性斷裂和油氣等深部物質在砂巖鈾成礦中的重要作用。它突破了傳統理論認為砂巖型鈾礦是淺部成礦作用，與深部物質無關的觀點，豐富和發展了砂巖型鈾礦成礦理論，開闊了砂巖型鈾礦的找礦思路。

中國地臺不同于國外巨大而長期穩定的地臺，是小而破碎的地臺。因此，活動性要比國外地臺大的多。尤其是中－新生代以來，由于受太平洋和印度板塊的推擠，包括地臺區在內的中國東部和西南部地區的地殼發生了構造活化。其主要標志是地殼塊斷活動和由其誘發的深部物質上涌。在這一大地構造背景上形成的鈾礦床，很難是國外那種典型的與斷裂和深部物質無關的淺部成礦作用模式。因此，斷塊成礦理論符合于中國大地構造的基本特征。它是中國這一特殊大地構造背景上合乎邏輯的產物。

(3) 砂巖鈾礦找礦新模式的建立，進一步明確和具體了找礦目標

在斷塊成礦理論的指導下，建立了我國構造活化區大型盆地砂巖型鈾礦的的區域和礦床找礦模式：

① 斷隆構造區域找礦模式，按照該模式構造活化區大型砂巖盆地區域找礦方向應圍繞斷隆構造及其邊緣地帶。

② 構造－地球化學障的礦床找礦模式，即鈾礦床定位于含礦層中有利砂體與貫通性斷裂的復合，并有油氣和地下熱流體運跡象（如蝕變）和鈾礦化顯示的地段。

根據上述模式確定的找礦判據主要有：1）長期隆起的富鈾斷塊；2）斷隆構造及其邊緣發育有利成礦砂體；3）發育從地表切入盆地基底的貫通型斷裂；4）反映深部油氣噴出通道的環狀構造；5）貫通性斷裂與有利砂體的復合地段；6）在復合地段有明顯鈾的遷入等。

總之，后遙感應用技術體現了從“信息找礦”→“理論找礦”→“模式找礦”的有機結合。

3 鈾礦地質遙感技術的持續發展

（1） 及時采用新型遙感數據源，提高應用效果

當前遙感技術發展很快，一系列對地觀測遙感衛星成功發射，新型傳感器相繼問世，不斷增添具有更高空間分辨率、光譜分辨率和更多極化方式的新型數據源。隨著遙感技術的發展，這一趨勢將有增無減。因此，要及時關注遙感信息獲取技術的進展，開展新型遙感數據的研究。尤其是核工業北京地質研究院國家級遙感重點實驗室的CASI-1500和SASI-600航空成像光譜儀數據源，將為鈾資源勘查提供高空間分辨率的高光譜數據源。新型遙感數據源的采用往往會發現傳統遙感數據源不能或很難發現的地質現象，從而促進地質人員進行創新思維，導致地質新概念的產生和鈾礦化規律新認識的形成，提高遙感技術的應用效果。

（2） 開發先進的圖像處理方法，挖掘應用潛力

新型遙感技術的有效應用，必然涉及先進的圖像處理方法。遙感數據中往往包含著豐實的與礦化有關的地質信息。但是有些信息，特別是與找礦直接有關的蝕變信息，常常不能輕易被人們發現，需要進行專業的處理。國內外遙感地質工作者，在礦化蝕變異常提取方面開展了大量圖像處理新方法的研究，如主分量閾值分析法、光譜角制圖技術、巖礦混合光譜分解、多層次分離提取、機遇矢量機(SVM)遙感信息提取、高植被覆蓋區巖石礦化蝕變信息提取等。除需要及時將這些方法引入鈾礦地質領域應用外，還應該針對鈾資源勘查的特殊需要，開發適用的、有效的蝕變信息提取方法。特別是需要充分挖掘高光譜遙感等新型遙感信息源的應用潛力，以便實現遙感直接找礦的變革。

（3） 加強多學科交叉與集成，促進遙感信息應用的科學化

鈾礦地質遙感不僅涉及到遙感技術，而且涉及地質學、鈾礦床學、地理學、地球物理、地球化學、水文學等諸多學科領域。另外，遙感技術在電磁波譜中僅反映地物從紫外－可見光－微波(0.38μm_1m)電磁波的輻射特性。它反映的是地表或近地表的信息，無論其探測技術如何發展，也都難以反映地下深處的地質信息。這就需要在鈾礦地質基礎和理論的指導下，將遙感技術與反映地下深處地質信息的傳統地學方法結合起來。因此，鈾礦地質遙感就存在一個多學科交叉與多種技術、信息的集成問題。

陳述彭在“遙感找礦面臨的新挑戰”香山科學會議上指出：“遙感應用須從遙感技術索引的思路走出來，從“控礦構造”邁向與成礦機理研究相結合的高度。遙感應用必須與磁力、重力、地震探礦等方法相結合。加強多學科交叉與集成……“[17]。因此，鈾礦地質遙感要從后遙感應用技術理念出發，進一步加強多學科的交叉、技術集成和信息綜合，要重視將純粹的信息上升為科學層次的規律研究，提高鈾礦地質遙感的應用水平，促使其向科學層面的持續發展。

（4） 充分發揮鈾礦地質遙感的優勢，開拓新的應用領域

我國西部巖石裸露區是鈾礦地質遙感最能發揮技術優勢的地區，而這些地區氣候條件差，人煙稀少，交通不便，地質工作程度低，在鈾資源勘查中也更需要遙感技術去發揮作用。隨著我國礦產資源勘查重點西移，又為其發揮作用提供了良好機遇。因此，要充分發揮鈾礦地質遙感在我國西部鈾資源勘查的優勢。同時，由于衛星遙感技術不受國界限制，因此更要在我國邊境地區和國外找鈾礦中發揮其優勢。

過去找礦只注重資源量的增加。新時期的找礦要將資源量的增加與環境保護和地質災害監測結合起來。另外，隨著鈾礦勘查的放開，鈾礦地質工作者更需要加強以鈾為主的綜合找礦。這些都為鈾礦地質遙感拓展了新的應用領域，向這些新領域的開拓，同樣有利于鈾礦地質遙感的持續發展。

文章寫作過程中得到董秀珍、楊旭的幫助，在此深表感謝！

參 考 文 獻

1.劉德長，等. 利用陸地衛星圖像對華南基底斷裂系、環狀構造及鈾礦分布模式的探討[J]. 第二屆全國構造地質學術會議論文選集. 北京：科學出版社，1982.

2.崔振奎，等. 礦床影像模式在找金中的應用[J]. 鈾與金，1991(7)：13-14.

3.黃賢芳，劉德長，黃樹桃，等. 伊犁盆地層間氧化帶型砂巖型鈾礦床勘查的遙感技術方法[M]. 北京：原子能出版社，1999.

4.譙章明，崔振奎，馮平. 輕型飛機航空遙感攝影技術開發與應用[J] .鈾礦地質，1997(3).

5.LIU De-Chang，SUN Mao-Rong，ZHU De-Ling et al. Intergration technique of multi-source information dominated by areial radiometric and its application [C] . SCIENCE IN CHINA(Seeries B)，1994，37(3):376-384.

6.劉德長，何建國，歐陽浩. 航天遙感圖像應用途徑的新進展——光-能譜復合集成圖像在鈾資源勘查中的應用[J]. 北京地質，1997(3)：11-16.

7.劉德長，葉發旺. 后遙感應用技術的提出與思考[J].世界核地質科學，2004，21(1)：33-37.

8.劉德長等，著.后遙感應用技術研究[M]. 北京：宇航出版社，2007.

9.YANG Xu，LIU De-Chang，ZHANG Jie-Lin. Ore-Search information using ASTER data in BASHIBULAKE uranium deposit area in XINJIANG[C]. International Society for Photogrammetry and Remote Sensing The XXI Congress. BEIJING，2008，Vol. XXXVII. Part B6b:283-286.

10.劉德長，葉發旺. 基于遙感信息延伸研究的東勝鈾礦床區域地質背景分析[J]. 世界核地質科學，2006(3)：

11.劉德長，孫茂榮，徐雙，等. 航空放射性伽瑪能譜數據數字圖像綜合處理技術在連山關地區的應用研究. 國土資源遙感，1991，8(2)：13-17.

12.劉德長，孫茂榮，朱德齡，等.中俄核科學家論文集[M]. 北京：原子能出版社，1994：98-112.

13.趙英俊

14.LIU De-Chang，YE Fa-Wang，et al. A new concept and practice of remote sensing information application——post remote sensing application technology and application case to geology[C]. Remote Sensing of the Environment: 15th National Symposium on Remote Sensing China. Proc. Of SPIE Vol.6200，620002，(2006).

15.劉德長，葉發旺，張靜波. 東勝鈾成礦區斷隆成礦觀點的提出及其地質意義[J]. 鈾礦地質，2007，23(1)：28-42.

16.劉德長，張杰林，趙英俊. 砂巖型鈾礦區構造-地球化學障的后遙感應用技術研究[J]. 世界核地質科學，2005，22(1)：50-54.

17.陳述彭. 礦產資源與遙感信息深度開發應用[J]. 2007遙感科技論壇論文集. 北京：地震出版社，2007：373-375.