郭曉波 管海晏 吳查查

（神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京市海淀區(qū)，100085）

中巴衛(wèi)星遙感找煤技術(shù)研究

郭曉波 管海晏 吳查查

（神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京市海淀區(qū)，100085）

應(yīng)用中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)圖像，通過已知煤田的室內(nèi)解譯和野外量測(cè)，建立中巴衛(wèi)星遙感找煤圖譜；結(jié)合地質(zhì)背景研究，反演含煤建造以及后期改造中煤系、煤層的賦存空間，從中尋找和發(fā)現(xiàn)新煤田或新的含煤地段，形成一套中巴衛(wèi)星遙感找煤技術(shù)，并利用此技術(shù)在蒙古國南戈壁省發(fā)現(xiàn)古爾班特斯煤田。

中巴衛(wèi)星 衛(wèi)星遙感技術(shù) 找煤 蒙古國

20世紀(jì)80年代以來，遙感技術(shù)迅速在煤炭領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。遙感技術(shù)應(yīng)用于找煤具有宏觀性、信息量豐富、反映地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造特征明顯等特點(diǎn)，它的投入低、效率高。但到目前為止，遙感找煤基本都采用國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)，如美國LANDSAT數(shù)據(jù)、Quickbird數(shù)據(jù)、法國SPOT數(shù)據(jù)等。為了推廣應(yīng)用國產(chǎn)衛(wèi)星，國家設(shè)立了“國產(chǎn)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化”專項(xiàng)。近年來，神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司承擔(dān)了國家發(fā)改委“國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在煤炭行業(yè)資源勘查與環(huán)境保護(hù)中的高技術(shù)示范工程”項(xiàng)目，專門從事國產(chǎn)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化研究。本文研究了應(yīng)用國產(chǎn)中巴衛(wèi)星進(jìn)行遙感找煤的技術(shù)，并應(yīng)用此技術(shù)在蒙古國南戈壁省發(fā)現(xiàn)古爾班特斯煤田。

1 中巴衛(wèi)星簡(jiǎn)介及其優(yōu)勢(shì)

中巴衛(wèi)星，即中巴地球資源衛(wèi)星（CBERS），是中國和巴西兩國共同投資、聯(lián)合研制的地球資源衛(wèi)星。其01、02星分別于1999年10月14日和2003年10月21日在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。2007年9月19日又成功發(fā)射02B星。02B星是具有高、中、低三種空間分辨率的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，搭載的2.36m分辨率的HR相機(jī)改變了國外高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)長(zhǎng)期壟斷國內(nèi)市場(chǎng)的局面，在國土資源、城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)、減災(zāi)防災(zāi)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)和水利等眾多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。02B星的應(yīng)用在國際上也產(chǎn)生了廣泛的影響。表1為中巴衛(wèi)星和國外幾種衛(wèi)星的數(shù)據(jù)對(duì)比。

從表1可見，中巴衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)（中分辨率）與美國LANDSAT－7ETM全色數(shù)據(jù)性能基本一致，HR數(shù)據(jù)（高分辨率）與法國SPOT衛(wèi)星全色數(shù)據(jù)性能基本一致。但和國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)相比，中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)價(jià)格低得多，甚至可免費(fèi)下載。

表1 中巴衛(wèi)星和國外幾種衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)比

2 中巴衛(wèi)星遙感找煤的應(yīng)用理論

2.1 中巴衛(wèi)星遙感找煤技術(shù)原理

（1）在光場(chǎng)內(nèi)，煤層比其它巖石反射率低。煤層反射率一般在4%～12%之間，其它巖石反射率在8%～36%之間。圖1為用太原西山礦區(qū)樣品所測(cè)的煤、灰?guī)r和砂巖的地面光場(chǎng)波譜曲線與中巴衛(wèi)星波段圖。圖1中曲線1、2、3、4分別為西山礦區(qū)2＃煤、3＃煤、6＃煤、8＃煤在光場(chǎng)內(nèi)的反射率曲線，曲線5、6分別為K10石千峰底部砂礫巖和K9下石盒子底部駱駝脖砂礫巖在光場(chǎng)內(nèi)的反射率曲線，曲線7、8、9分別為K6下石盒子底部駱駝脖砂巖、K4太原組七里溝砂巖和K2太原組八尺底砂巖在光場(chǎng)內(nèi)的反射率曲線，曲線10、11分別為毛兒溝灰?guī)r和O2f石灰?guī)r在光場(chǎng)內(nèi)的反射率曲線?？梢钥闯?，在波長(zhǎng)0.45～1.05μm之間，煤層和其它巖層的反射率有明顯差別。

中巴衛(wèi)星CCD相機(jī)有5個(gè)波段，波長(zhǎng)范圍為0.45～0.52μm（B01）、0.52～0.59μm（B02）、0.63～0.69μm（B03）、0.77～0.89μm（B04）、0.51～0.73μm（B05）。圖1中矩形框Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分別為中巴衛(wèi)星B01、B02、B03、B04、B05波段內(nèi)煤層及其它巖層的反射率曲線，在這5個(gè)波段中，煤層與其它巖層的光反射均有明顯差異，反映在中巴影像上煤層比其它巖層顏色深。因此中巴衛(wèi)星CCD相機(jī)5個(gè)波段都可以識(shí)別煤層，提取煤層的空間信息。圖2所示為內(nèi)蒙古烏達(dá)煤田中某已知煤層出露地段的中巴衛(wèi)星CCD相機(jī)各波段數(shù)據(jù)圖像，從中可以看出，煤層出露地段的圖像與周圍巖石圖像有明顯的灰度差。組成。沉積旋回主要有黑色煤層、灰色頁巖和白色砂巖構(gòu)成，在中巴衛(wèi)星影像中主要呈灰黑、灰、灰白3個(gè)色調(diào)，如圖3所示。含煤地層在中巴影像中呈現(xiàn)灰黑、灰、灰白反復(fù)重復(fù)的影像韻律，這是在中巴衛(wèi)星圖像中識(shí)別煤系，提取煤系空間信息的應(yīng)用機(jī)理。

2.2 中巴衛(wèi)星遙感找煤的方法和程序

中巴衛(wèi)星遙感找煤方法由建立中巴衛(wèi)星煤田地質(zhì)圖譜、地質(zhì)背景研究和遙感找煤空間分析3個(gè)部分組成。

（1）建立中巴衛(wèi)星煤田地質(zhì)圖譜。應(yīng)用中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)圖像，通過已知煤田的室內(nèi)解譯、野外判讀、實(shí)地量測(cè)，建立中巴衛(wèi)星圖像煤層、煤系、含煤建造、煤田構(gòu)造等認(rèn)知標(biāo)志，用以識(shí)別煤層、煤系、煤田構(gòu)造，提取煤田地質(zhì)信息。包括煤田宏觀圖像、煤層、煤系、斷層、褶皺等，中巴衛(wèi)星圖像中的煤層、煤系、斷層見圖4。

圖4 中巴衛(wèi)星圖像中的煤層、煤系、斷層

在具有成煤地質(zhì)環(huán)境的區(qū)域，巨形的貝殼狀煤田圖像可作為遙感找煤的重要標(biāo)志。圖5為中國寧夏賀蘭山煤田中巴衛(wèi)星影像圖，圖中巨形的貝殼狀影像為石炭二疊系煤田含煤系的影像韻律，顯示了煤田的向斜構(gòu)造。

圖5 中國寧夏賀蘭山煤田中巴衛(wèi)星影像圖

建立中巴衛(wèi)星煤田地質(zhì)圖譜包括確立煤系、煤系上覆地層和煤系下伏基巖等三套巖系的衛(wèi)星影像組合，中巴衛(wèi)星影像含煤建造、上覆地層及下伏基巖影像圖及煤炭地質(zhì)柱狀圖見圖6。

（2）地質(zhì)背景研究。按照地質(zhì)學(xué)說或區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的理論，研究什么地區(qū)、什么時(shí)代成煤、成煤環(huán)境和后期改造過程，提出成煤地區(qū)的區(qū)域范圍。例如中國北方鄂爾多斯盆地，石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)是3個(gè)主要成煤時(shí)期，成煤后又接受了上覆的巨厚的地層沉積，并經(jīng)過后期的燕山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造等，劃分出有可能成煤的地區(qū)范圍。

圖6 中巴衛(wèi)星影像含煤建造、上覆地層、及下伏基巖影像圖及煤炭地質(zhì)柱狀圖

（3）遙感找煤空間分析。根據(jù)地質(zhì)背景研究，在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造理論指導(dǎo)下，應(yīng)用中巴衛(wèi)星煤田地質(zhì)圖譜解譯中巴衛(wèi)星圖像。解譯過程如下：

初步解譯：按三大類直接識(shí)別含煤巖系，含煤巖系上覆地層、含煤巖系下伏基底巖系。

第二步：排除含煤巖系上覆地層分布地區(qū)、排除含煤巖系下伏基底巖系分布地區(qū)。

第三步：在含煤巖系分布出露地區(qū)，應(yīng)用中巴衛(wèi)星煤田地質(zhì)圖譜，直接在中巴衛(wèi)星圖像中尋找煤層、煤系、含煤建造，并確定煤田的基本構(gòu)造。

第四步：實(shí)地調(diào)查、地面驗(yàn)證。

第五步：打鉆驗(yàn)證、取樣化驗(yàn)。

中巴衛(wèi)星遙感找煤程序見圖7。

圖7 中巴衛(wèi)星遙感找煤程序圖

3 應(yīng)用實(shí)例

蒙古國南戈壁省位于蒙古國南端，南與中國內(nèi)蒙古自治區(qū)相鄰。處于東經(jīng)99～108°、北緯41～45°之間。面積16.54萬km2，人口4.69萬。省會(huì)是達(dá)蘭扎德嘎德市。該省中西部為戈壁阿爾泰山，高峰為尚德山，海拔2825m，山脈的東、南、北側(cè)為戈壁荒漠，海拔約1500m左右，多為丘陵及波狀平原。

南戈壁省賦存煤、稀土礦和銅金礦等礦產(chǎn)。煤炭資源以埋藏淺、灰分低、熱量高為特點(diǎn)，目前已先后發(fā)現(xiàn)巴萊納蘭、塔溫陶勒蓋、烏恰柯胡嘎、敖包陶勒蓋和納林蘇海圖等煤田。

根據(jù)中國地質(zhì)學(xué)家李四光教授的“蒙古弧”地質(zhì)學(xué)說，蒙古國戈壁阿爾泰山山脈在古生代晚二疊世地槽回返，晚二疊世末期和早侏羅世是全球成煤時(shí)期。依照在中國已知煤田建立的中巴衛(wèi)星煤田地質(zhì)影像圖譜，利用中巴衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)，沿著蒙古戈壁阿爾泰山山脈，在上覆蓋層新生界大面積水平沉積影像區(qū)與前二疊系的變質(zhì)巖系影像之間，尋找中巴衛(wèi)星煤田影像圖譜，在南戈壁省發(fā)現(xiàn)數(shù)處黑白韻律的貝殼狀煤田影像。其中古爾班特斯煤田影像經(jīng)地面路線驗(yàn)證，見煤點(diǎn)有4處，厚度0.9～3.5 m（未見底），后經(jīng)打鉆驗(yàn)證（蒙古資料）煤層厚9.5m（孔深30m，未見煤層底板），經(jīng)采樣化驗(yàn)，為優(yōu)質(zhì)煉焦用煤。

［1］ 李四光.中國地質(zhì)學(xué)（擴(kuò)編版）［M］.北京：地質(zhì)出版社，1999

［2］ 李述靖.蒙古弧地質(zhì)構(gòu)造特征及形成演化概論［M］.北京：地質(zhì)出版社，1998

［3］ 陳述彭.礦產(chǎn)資源與遙感信息深度開發(fā)應(yīng)用［C］.香山科學(xué)會(huì)議第302次學(xué)術(shù)討論會(huì)，2007

［4］ 劉德長(zhǎng)，葉發(fā)旺等.遙感找礦的新思維與實(shí)踐［C］.香山科學(xué)會(huì)議第302次學(xué)術(shù)研討會(huì)，2007

［5］ 管海晏.遙感找煤［C］.香山科學(xué)會(huì)議第302次學(xué)術(shù)研討會(huì)，2007

［6］ 管海晏.遙感技術(shù)在煤田地質(zhì)工作中的應(yīng)用與研究［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，1989（1）

［7］ 管海晏，王學(xué)佑.塔里木盆地遙感區(qū)域地質(zhì)研究［J］.遙感學(xué)報(bào)，1998（1）

［8］ 聶鳳軍，江思宏等.蒙古礦產(chǎn)勘查與開發(fā)現(xiàn)狀評(píng)述［J］.地質(zhì)論評(píng)，2010（1）

［9］ 杜培軍，郭達(dá)志等.“3S”技術(shù)在煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用［J］.中國煤炭，1999（6）

Research on CBERS remote sensing technique for coal exploration

Guo Xiaobo，Guan Haiyan，Wu Chacha
（Shenhua Geological Exploration Company Ltd.，Haidian，Beijing 100085，China）

Based on the image data from China－Brazil earth resource satellite（CBERS），the coal exploration mapping was established by the remote sensing technique of CBERS with the aid of information and actual measurement of known coalfield.According to the geological data，the inversion of coal－bearing formation and occurrence space for coal measures and seams in the late reconstruction helps to look for and discover new coalfield or coal－bearing district.A set of CBERS remote sensing technique for coal exploration formed and has been successfully applied to find Gurvantes coalfield in South Gobi province of Mongolia.

CBERS，satellite remote sensing technique，coal exploration，Mongolia

P627

B

郭曉波（1979－），女，山西大同人，碩士研究生，工程師，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，現(xiàn)在神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司從事遙感地質(zhì)工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）