岩心光谱扫描技术在地质研究中的作用探讨

岩心作为地质探讨的实体实证,提供了直接且真实的地层见证。本篇文章注重探讨了岩心光谱扫描技术在地质探索中所起到的作用。运用高科技的岩心光谱扫描技术,对钻取的岩心样品进行了高解读率的光谱扫描。此扫描结果呈现了岩心样品内部微观构造的微妙变迁,气候变迁,微小生物等信息,且为地层岩性的判读提供了重要参考。旁及对采集的元素含量进行光谱分析,提供了准确数据,带来关于地层元素变迁法则研究的新的观察视角。利用光谱扫描技术对岩心样品的地层生物、地层气候的理解与研究,使地质探讨领域的内容与方法得到了丰富。研究结果显示,岩心光谱扫描技术是地质研究中的一项重要工具,能为地层岩性判识、元素地球化学、地层生物与气候等研究领域提供高质量的数据。

砂岩型铀矿蚀变矿物研究中的岩心光谱扫描技术

以松辽盆地典型砂岩型铀矿钻孔岩心归档资料为基础,系统总结了岩心光谱扫描技术在砂岩型铀矿中的应用流程,并在前人光谱强度与矿物含量研究的基础上,补充开展了不同时间域的矿物扫描结果对比。研究结果表明,岩心光谱扫描技术能快速、有效地提取岩心中的蚀变矿物空间分布信息,开展蚀变矿物填图,包括常见的粘土矿物、硫酸盐矿物、碳酸盐矿物和Fe^(3+)氧化物等;沉积岩长期放置带来的风化作用对光谱数据的影响主要反映在蚀变矿物的整体含量变化上,对蚀变矿物种类未产生明显变化;利用岩心光谱扫描技术完成的蚀变矿物填图,获取的宏观蚀变矿物及其组合变化对砂岩型铀矿地层划分、氧化还原分带、成矿流体特征反演和矿床勘查等具有重要意义,应用前景广阔。

应用PCA和ICA法对岩心光谱的定量解译

岩心光谱属于混合像元光谱,维度多、数据量大,在端元数量、端元光谱及混合矩阵未知的情况下,定量解译岩心光谱以提取岩心所含矿物信息难度大,噪声的存在使问题更加复杂。文章应用PCA和ICA法定量解译岩心光谱主要有三步:采用PCA法预处理混合像元光谱矩阵,在新的特征空间中保留特征值较大的少量特征矢量,有效滤除能量较小的成分,只保留主要成分信息,同时滤除数据中的噪声;采用ICA法分离岩心混合像元,得到混合像元中的端元光谱集,通过矿物识别获取岩心矿物成分;对端元光谱进行归一化处理,基于线性光谱混合模型进行丰度反演,得到岩心混合像元中各端元丰度。通过研究仿真数据获得光谱定量解译的一般规律,创建有效的算法模型,再处理实际测量的岩心光谱,获得了比较理想的结果。

国产岩心光谱扫描仪CMS350A数据预处理技术

岩心高光谱编录是目前深度挖掘地质资料、实现地质找矿突破的有效支持技术之一。该技术实现了高光谱遥感矿物识别优势与钻探技术深部岩层采样特点的结合。针对国家重大科学仪器设备开发专项"岩心光谱扫描仪研发与产业化"支持研发的国内首台岩心光谱扫描仪CMS350A数据采集机理和获取的岩心图像及光谱数据的特点,对岩心光谱扫描数据预处理方法开展研究,提出了基于标准板的岩心扫描图像增强方法、图谱分析结合的干扰光谱识别和校正技术及岩心自动提取和拼接模型,实现了对岩心光谱扫描数据的实时、可靠处理,为后期岩心光谱分析、理化参数反演和矿物分析等工作奠定了基础。

岩心扫描仪光谱数据质量评估方法研究

岩心光谱扫描仪是近年来发展起来、用于岩心光谱和图片在线检测的仪器,它可以对岩心进行数字化,从而实现岩心自动编录,为地质科研、矿床研究和外围找矿提供依据,同时通过岩心数字化,可以建立岩心网上数据库,解决岩心保存带来的成本问题,实现资源共享。岩心光谱测量数据的质量直接影响矿物识别、参数反演结果的可靠度,因此进行岩心光谱测试服务之前针对拟采用仪器进行数据质量评估是一项非常重要的工作。结合自主研发的CSD350A型岩心光谱扫描仪,以光谱学基本理论、光谱分析方法、岩心光谱分析要求等为基础,深入探讨了岩心光谱数据质量评估方法、评价准则、目标参数等关键问题,对自主研发的岩心光谱扫描仪数据质量进行了全面评估,表明仪器光谱测试功能的可靠性和有效性。实验测试表明,本方法所涉及的检测项目和检测参数,能够很好地反映岩心光谱扫描仪所测光谱的反射率光谱、波长精度、重复性及信噪比指标,从而对岩心光谱扫描仪数据质量做出正确评价,为商业服务提供数据质量依据。在目前缺少相关评估标准的情况下,本研究提出的评估方法对于岩心光谱测试工作的开展具有较大的应用价值。

基于小波变换的岩心高光谱特征提取及波谱匹配方法

探讨岩心矿物高光谱特征提取和快速波谱匹配的方法。将小波变换应用于岩心高光谱的特征提取,以多尺度小波系数能量值为特征表示方法,以光谱角度匹配为矿物波谱匹配方法。针对湖北省大冶市鸡冠咀铜金矿的10条实测光谱,采用光谱角度匹配方法对实测波谱与标准波谱的多尺度小波系数能量值进行匹配,得到的矿物匹配结果与钻孔柱状图中的实际矿物完全吻合,验证了该方法的可靠性。多尺度小波系数能量值可以作为岩心高光谱的波谱特征,光谱角度匹配法在岩心高光谱的波谱匹配中同样具备适宜性。

基于奇异值分解的岩心高光谱数据降噪研究

为了更有效地消除岩心高光谱数据中的噪声,提出基于奇异值分解的岩心高光谱数据降噪方法,引入奇异值下降率的概念,利用奇异值下降率单调性的突变点来确定表征信号有用奇异值的个数。用该方法对地物光谱仪ASD FieldSpec?4实地采集到的岩心高光谱数据进行降噪处理,并与依据奇异值相对强度确定奇异值突变点的降噪方法进行对比,利用均方根误差(RMSE)、信噪比(SNR)两项指标对降噪效果进行评价。实验结果表明,该方法更能提高信噪比,降低均方根误差,更能有效保持原始岩心高光谱曲线的吸收特征,消除高光谱曲线上的毛噪现象。

基于小波包变换和权重光谱角制图的岩心高光谱蚀变信息提取

高光谱数据波段数多且波段间存在强相关性,采用光谱角制图(spectral angle mapper,SAM)算法进行信息提取容易受光谱信号噪声的影响,在一定程度上影响地物识别的精度。针对这一问题,提出一种基于小波包变换和权重SAM的岩心高光谱蚀变信息提取方法。其基本思路为:在对原始高光谱数据进行辐射校正、反射率转换和小波去噪等预处理的基础上,选择daubechies4作为小波基,分别对高光谱图像像元光谱与参考光谱进行8层小波包分解,基于子分量系数构建小波包信息熵矢量来刻画原始光谱曲线特性,并找到像元光谱与参考光谱信息熵矢量差异较大的特征区间,对其设置权重,最后依据SAM算法原理进行蚀变矿物匹配,达到信息提取的目的。通过对我国南方某火山岩型铀矿区HySpex钻孔岩心短波红外高光谱数据的实验表明,该方法利用小波包信息熵特征矢量可以有效表征原始光谱信息,通过设置差异特征区间,突出了局部特征信息,增大了不同矿物类别间的可区分性,总体分类精度达到了75.33%,Kappa系数为0.7063,优于传统的SAM算法,具有较好的适用性。

基于峰值权重的岩心高光谱矿化蚀变信息提取

针对传统的光谱角制图(spectral angle mapping,SAM)方法在岩心高光谱矿化蚀变信息提取中的局限性,提出了一种基于光谱特征区间吸收峰值权重的高光谱蚀变信息提取方法。首先,在图像反射率转换、噪声去除和端元提取基础上,系统分析了岩心高光谱图像中与铀成矿密切相关的伊利石化、绿泥石化和碳酸盐化等3种铀矿化蚀变的诊断性光谱吸收特征;然后,分别选取同类蚀变光谱曲线之间差异较小的部分作为特征区间,并对特征区间内峰值处的1个波段的反射率设置权重;最后对分别添加权重的参考端元与图像像元进行特征区间内的光谱角计算,实现3种典型铀矿化蚀变信息的提取。该方法突出了吸收峰值和局部光谱信息,能够很好地对同一蚀变进行聚类,区分不同蚀变种类。精度验证和对比结果表明,该方法在权重系数ω=2时,岩心高光谱矿化蚀变信息提取精度可提高20%以上,应用效果显著。

X射线荧光光谱岩心扫描影响因素及校正方法的研究进展

X射线荧光光谱岩心扫描(XRF Core Scanner, XRF-CS)经过20余年的发展,在多类型沉积岩心的元素分析、古环境重建、矿藏储层及丰度的勘探等领域得到了广泛应用,并展示出巨大的潜力。然而,对XRF-CS元素信号影响因素和校正的研究较为少见(特别是在国内),限制了该仪器的正确使用和数据的准确解读。本文对比分析了XRF-CS相较于传统X射线荧光光谱技术的快速、连续、无损且高分辨率的优势和特点,结果表明其测试时间仅为传统分析技术的1/10,而分辨率可高达0.02 mm;但XRF-CS的元素信号值为半定量,无法精确识别元素组成。在此基础上,归纳总结了XRF-CS“仪器”和“岩心”的影响因素、程度和效果,指出在最优化仪器设置的前提下,选取适当的扫描间隔和曝光时间可以实现XRF-CS元素信号强度和“经济性”的平衡;在扫描过程中,通过晾干和平整岩心表面,尽可能排除含水量和粒度分布对元素信号的削弱作用。此外,本文系统阐述了国际通用的Normalized Median-Scaled(NMS)模型、Log-ratio Calibration Equation(LRCE)及改进的Multivariate Log-ratio Calibration(MLC)模型、Normalized Polynomial-scaled Calibration(NPS)和Polynomial-Corrected Multivariate Log-ratio Calibration(P-MLC)模型,指出3种模型的校正过程和应用潜力,进而提高XRF-CS元素信号的准确性。今后,需进一步增强多类型仪器间同一因素影响效果对比分析、校正模型优化和可视化软件包开发、多种传感器搭载和“一体化”扫描、地质矿藏资源探测与评估的广泛应用等多方面的研究。