武 鼎，張杰林

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國家級重點實驗室，北京 100029）

成像雷達技術(shù)在鈾礦勘查中的應(yīng)用

武 鼎，張杰林

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國家級重點實驗室，北京 100029）

綜合評述了成像雷達技術(shù)的發(fā)展歷史、技術(shù)優(yōu)勢及其在地質(zhì)構(gòu)造、巖性識別等地學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，指出成像雷達技術(shù)作為當(dāng)前遙感對地觀測前沿技術(shù)之一，在新時期鈾礦地質(zhì)勘查中發(fā)展前景廣闊。

雷達遙感；鈾礦勘查；地質(zhì)構(gòu)造識別

雷達遙感技術(shù)是一種利用微波波段（波長范圍1～30 mm）進行遙感對地觀測技術(shù)手段，根據(jù)其工作原理可分為主動式和被動式兩大類。主動式微波遙感是利用傳感器自帶的發(fā)射器發(fā)射微波脈沖，并接收地物散射反射回來的輻射，包括成像雷達、散射計、高度計；被動式微波遙感是傳感器直接接收地面目標(biāo)的微波輻射，如微波輻射計等。

自從國際上第一部成像雷達問世之后，美國、巴拿馬等國成功進行了多次機載雷達遙感飛行試驗，使得成像雷達技術(shù)取得了重要的進展。20世紀(jì)80年代初，星載成像雷達在地質(zhì)應(yīng)用領(lǐng)域的研究逐漸活躍，除機載雷達遙感特有的技術(shù)優(yōu)勢外，在地形測繪和制圖學(xué)方面，星載成像雷達的快速大面積成像和幾何失真較小的技術(shù)特點，使得成像雷達在巖性識別和構(gòu)造分析中發(fā)揮出了突出作用，對于常年被濃霧和云層覆蓋的區(qū)域尤其有效。另外，星載成像雷達還被用來研究地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖性分布，并可以識別地下隱伏地質(zhì)體、隱伏構(gòu)造地物的信息，從而對光學(xué)遙感手段進行有效的補充，在一定程度上彌補了光學(xué)遙感的不足。隨著新型成像雷達技術(shù)的發(fā)展，雷達遙感技術(shù)在地質(zhì)學(xué)方面的應(yīng)用越來越深入，雷達信息獲取及數(shù)據(jù)處理手段和方法越來越完善，雷達遙感的技術(shù)優(yōu)勢使得它在地殼形變、礦床勘查等地學(xué)領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。

1 成像雷達地質(zhì)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

微波遙感由于其不同于可見光、熱紅外的獨特成像機理，近年來發(fā)展迅速，被廣泛應(yīng)用于災(zāi)害監(jiān)測、農(nóng)林業(yè)調(diào)查、測繪、地質(zhì)勘查、大氣研究等領(lǐng)域。成像雷達對地觀測技術(shù)在構(gòu)造分析、區(qū)域地質(zhì)制圖、巖性識別、礦床勘查等地質(zhì)學(xué)中應(yīng)用廣泛，取得了一系列的成果和認識。

1.1 成像雷達技術(shù)構(gòu)造識別應(yīng)用

成像雷達的側(cè)視成像方式能使特定方向展布的地質(zhì)構(gòu)造在雷達圖像上得到增強，當(dāng)雷達波束方向與觀測區(qū)的主要線性構(gòu)造方向垂直時，可以增強線性構(gòu)造。因此，雷達數(shù)據(jù)對于線性構(gòu)造的探測具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢。無論是星載、機載、還是HH、VV、VH、HV等不同極化方式、不同波段的雷達圖像，在線性地質(zhì)體的識別與分析中都起到了很大作用。

埃及遙感與空間科學(xué)部、美國德克薩斯州大學(xué)巖石圈研究中心利用Landsat TM圖像數(shù)據(jù)和SIR-C/X圖像，研究埃及西南部撒哈拉沙漠西部的阿拉基構(gòu)造蝕變帶，并用密度分割法，編制了構(gòu)造蝕變帶周邊鐵化和黏土化蝕變指數(shù)圖，成功識別了新的礦化蝕變地區(qū)，雷達遙感地學(xué)應(yīng)用效果顯著［1］。

中科院對地觀測中心利用SIR-A圖像，在內(nèi)蒙古洪古爾玉林地區(qū)發(fā)現(xiàn)了含金構(gòu)造帶，主要依據(jù)是，該構(gòu)造帶微波散射特征強，在雷達圖像上呈線性展布的高亮度異常。中科院遙感應(yīng)用研究所在四川隆武地區(qū)，利用SIR-C合成孔徑雷達彩色圖像（L-HH：R、L-HV、G、C-HV、B），有效地增強了線性構(gòu)造信息，合成圖像色彩鮮艷、立體感強，對線性地質(zhì)構(gòu)造有較好識別效果［2］。美國地質(zhì)調(diào)查局利用成像雷達技術(shù)發(fā)現(xiàn)了撒哈拉大沙漠下的古河道和古人類遺跡，以及沙漠中被沖積扇所埋藏的巖墻。

印度尼西亞的萬隆科技研究所地球物理能源部、日本千葉大學(xué)環(huán)境遙感中心等均利用JERS-1和ASTER數(shù)據(jù)，獲得了印度尼西亞油氣資源大省——爪哇省熾布區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，JERS-1數(shù)據(jù)經(jīng)過輻射校正、幾何校正、圖像銳化增強后，結(jié)合ASTER圖像，解譯發(fā)現(xiàn)了11個背斜構(gòu)造，其中包括一個錯斷背斜構(gòu)造［3］。

1.2 成像雷達技術(shù)巖性識別應(yīng)用

雷達遙感圖像主要依據(jù)圖像上的色調(diào)、圖型、地貌形態(tài)、紋理和微波散射強度的差異來識別地物。不同地物其表面粗糙度和復(fù)介電常數(shù)不同，對雷達波的后向散射強度也不同，因而在圖像上呈現(xiàn)為不同的色調(diào)。一般來說，雷達圖像的色調(diào)取決于雷達回波的強度，而引起雷達回波強度變化的主要參數(shù)為巖石的復(fù)介電常數(shù)、地表粗糙度和地形特征。介電常數(shù)越大，雷達回撥作用越強，而回撥作用越強后，其穿透能力越小，進而造成后續(xù)散射越強，圖像色調(diào)也越淺；反之越深。表面粗糙度是巖石物質(zhì)成分的表觀顯示特征，它是決定該類巖性在雷達圖像上色調(diào)顯示的重要因素，而巖石類型又對微波物性參數(shù)起著控制作用，影響著研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育、水系分布及植被發(fā)育，從而形成了研究區(qū)雷達圖像特有的紋理結(jié)構(gòu)［4］。因此，根據(jù)雷達圖像的灰度、紋理等特征，結(jié)合光學(xué)遙感和其他地學(xué)信息，可以準(zhǔn)確識別不同巖性。

核工業(yè)北京地質(zhì)研究院利用Radarsat成像雷達數(shù)據(jù)、航空放射性數(shù)據(jù)和ETM第6波段熱紅外數(shù)據(jù)進行融合，綜合研究鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育特征及含礦層空間分布特征等。在融合圖像中，2081礦區(qū)東北部和南部預(yù)選區(qū)，成礦目的層——直羅組砂巖影像色調(diào)（紅色調(diào)）突出，異常特征明顯；2081礦區(qū)南部邊界控礦斷層區(qū)表現(xiàn)為近EW向展布的均勻紋理的綠色條帶，與周邊地物紋理特征、熱場特征及能譜特征等明顯不同［5］。

中科院對地觀測中心利用成像雷達數(shù)據(jù)對湖南陶嶺地區(qū)進行了巖性識別研究，解譯出了6種巖石單元，研究結(jié)果與1:20萬地質(zhì)圖相吻合；中科院遙感應(yīng)用研究所在張家口地區(qū)的多極化合成圖像上，成功地識別出了覆蓋在混雜巖體邊緣的更新世黃土狀沙土沉積［6］。

1.3 成像雷達遙感鈾礦勘查研究現(xiàn)狀

核工業(yè)北京地質(zhì)研究院在伊犁盆地、江西鈾礦田、新疆雪米斯坦、納米比亞檳榔湖等地區(qū)利用Radarsat成像雷達數(shù)據(jù)開展了系列鈾礦地質(zhì)勘查研究［7-8］。在伊犁盆地，綜合利用包括成像雷達在內(nèi)的各種遙感技術(shù)手段，通過對比分析構(gòu)造帶兩側(cè)圖像的色調(diào)異常，成功識別了研究區(qū)與鈾成礦密切相關(guān)的局部排泄帶；在江西桃山地區(qū)，利用ETM多波段光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)與Radarsat精細模式成像雷達數(shù)據(jù)，通過紋理特征分析及光學(xué)與微波信息融合技術(shù)，開展了桃山花崗巖型鈾礦田主要控礦斷裂帶遙感影像分析，為該地區(qū)鈾成礦條件遙感地質(zhì)評價提供了基礎(chǔ)；在納米比亞檳榔湖地區(qū)利用Radarsat-2精細模式數(shù)據(jù)和ASTER可見光－熱紅外遙感影像數(shù)據(jù)，綜合研究了區(qū)域控礦構(gòu)造、古河道與鈣結(jié)巖空間分布，編制的相關(guān)遙感地質(zhì)圖件在區(qū)域鈾成礦環(huán)境綜合分析研究中發(fā)揮了重要作用。

2 成像雷達數(shù)據(jù)分析關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

如前所述，成像雷達技術(shù)是主動遙感，不依賴于太陽光源，一定程度上可以全天時、全天候工作，適用于我國南方多云多雨、北方干旱沙漠覆蓋等地區(qū)的遙感應(yīng)用研究。同時，雷達接收的地物后向散射信息，反映的是地質(zhì)體幾何特性和介電特性，其通過陰影和后向散射特性重點突出了地形特征，特別是與波束照射方向垂直的線性體特征，十分有利于隱伏地質(zhì)構(gòu)造解譯［9-10］。另外，微波對地表具有一定的穿透能力，當(dāng)傳感器發(fā)射脈沖信號到達地面時，一部分脈沖信號穿透地物，進入到物體內(nèi)部，電磁波的穿透能力與雷達波長成正比，與物質(zhì)的含水量密切相關(guān)。電磁波對潮濕的土壤只能穿透幾厘米，對干沙能穿透幾十米，對冰可穿透達上百米，該特性對探測地下物質(zhì)十分有效，特別是含水?dāng)嗔褬?gòu)造［11-12］，因此，成像雷達技術(shù)在隱伏鈾礦勘查中應(yīng)用前景廣闊。

依據(jù)成像雷達遙感上述技術(shù)優(yōu)勢，其在鈾礦勘查應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

（1）成像雷達數(shù)據(jù)特性處理技術(shù)

雷達遙感數(shù)據(jù)獲取過程中都伴隨著不同程度的畸變、失真等現(xiàn)象，這些失真、畸變現(xiàn)象會導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響圖像的使用效果（圖1）。因此，濾波除噪、不同極化方式地物可診斷特性識別等雷達遙感特性處理技術(shù)研究，是實現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)高精度校正和成礦地質(zhì)要素高效提取的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。

（2）成像雷達與光學(xué)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

成像雷達和光學(xué)遙感由于獲取地物波譜特征方式和波段探測范圍不同，所以在表達地物電磁波特征方面有很大的差異（圖2）。二者融合處理的目的就是將雷達數(shù)據(jù)的紋理和極化信息與光學(xué)遙感地物光譜信息進行集成，最大限度地顯示地物各種電磁波譜特征，從而準(zhǔn)確識別不同地質(zhì)體，如控礦構(gòu)造、含礦層、含礦體、礦化蝕變帶等。圖2c為光學(xué)圖像與雷達數(shù)據(jù)融合圖像，可以看出融合圖像綜合了兩者的優(yōu)點，與雷達圖像相比，融合圖像具有更好的視覺解譯效果，立體感更強，與光學(xué)圖像相比，融合圖像分辨率更高，線性特征更加明顯，更適合于信息的提取。

圖1 濾波效果對比圖Fig.1 Comparison of filter result

圖2 光學(xué)圖像與雷達數(shù)據(jù)融合圖像對比圖Fig.2 Comparison map of fusion image of optical image and radar data

（3）關(guān)鍵成礦要素信息提取技術(shù)

在上述成像雷達數(shù)據(jù)特性處理和微波－光學(xué)數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域鈾成礦條件和鈾成礦要素綜合分析，開發(fā)基于光譜維和空間維的成礦要素微波－光譜信息綜合提取技術(shù)，充分發(fā)揮多傳感器的遙感技術(shù)優(yōu)勢，提高雷達數(shù)據(jù)為主的多種遙感數(shù)據(jù)地質(zhì)解譯能力，為區(qū)域鈾成礦地質(zhì)環(huán)境、鈾礦床時空分布規(guī)律、鈾成礦預(yù)測等研究提供必要的遙感信息和技術(shù)支持。

3 結(jié)論與展望

遙感技術(shù)作為現(xiàn)代對地觀測前沿技術(shù)之一，在我國鈾資源勘查與評價中發(fā)揮了重要作用。但隨著鈾資源勘查不斷深入，隱伏地質(zhì)體識別成為當(dāng)前地學(xué)研究的重點之一。由于傳統(tǒng)光學(xué)遙感技術(shù)傳感器波譜范圍所限，在隱伏地質(zhì)體探測方面具有一定的局限性，因此，如何充分發(fā)揮具有一定穿透能力的雷達遙感技術(shù)優(yōu)勢，是目前鈾礦勘查遙感地質(zhì)研究的重要方向之一。

目前，成像雷達對地觀測技術(shù)已經(jīng)在包括鈾礦在內(nèi)的礦產(chǎn)資源勘查中得到了應(yīng)用，但相對于可見光—熱紅外等光學(xué)遙感技術(shù)在構(gòu)造、巖體、地層、蝕變等方面取得的顯著成果而言，其高精度數(shù)據(jù)處理與定量化地學(xué)應(yīng)用等方面尚需深化研究，因此，創(chuàng)新開拓成像雷達遙感技術(shù)基礎(chǔ)性、前瞻性新技術(shù)新方法，對于深部鈾資源勘查中的隱伏地質(zhì)體探測、隱伏構(gòu)造含水性信息識別等研究具有重要意義。

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Application of imaging radar technology to uranium exploration

WU Ding，ZHANG Jie-lin
（National Key Laboratory of Remote Sensing Information and Image Analysis Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

The history of imaging radar technology development， technical advantages， current technology research status of lithologic identification in remote sensing land geological field have been comprehensively evaluated on this thesis.The results show that imaging radar technology is one of the frontier techniques of observation，has a brilliant future in uranium exploration.

radar remote sensing； uranium exploration； geological structure identification

TP79；P619.14

A

1672-0636（2012）01-0052-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2012.01.009

2011-11-28；

2011-12-28

武 鼎（1985—），男，湖南長沙人，碩士研究生，主要從事雷達地質(zhì)應(yīng)用工作。E-mail:thisneowoo@gmail.com