高光谱对地探测技术包括高空、中空、低空、地面和地下光谱探测，对应的仪器有星载成像光谱仪、机载成像光谱仪、无人机（飞艇）成像光谱仪、地面便携式光谱仪和地下岩芯扫描仪，从而构成了对地立体探测技术体系。它广泛应用于地质、环保、农业、林业和海洋领域，特别是在地质勘察领域应用甚广，在遥感影像制作、构造识别和蚀变矿物填图等方面发挥着重要作用。近年来中国地质调查局南京地质调查中心在国家、部门和地调专项支持下，研发了机载成像光谱仪、无人机（飞艇）成像光谱仪、地面便携式光谱仪和地下岩芯扫描仪，实现了成果转化，为地质科研和找矿提供了有力支撑，产生了良好的经济效益和社会效益。
采用主动光源、T型分光与积分球相结合的技术，减小了体积和重量，采用信号调制技术，避免了外接光干扰，实现野外岩石中蚀变矿物测量。仪器实现了成果转化，包括硬件设计制造、软件开发以及蚀变矿物标准近红外光谱数据库的建立。便携式近红外矿物分析仪PNIRS（图30-1）目前已为200余家地质调查、矿产勘查、地质研究及玉石研究单位和个人所使用，并销往我国台湾地区和国外，得到用户的好评，目前已发展到Ⅵ型产品，便携式近红外光谱仪还获得了国家专利局实用新型专利的授权和国家重点新产品证书。
图30-1 便携式近红外矿物分析仪PNIRS
采用波段拼接技术，实现可见光到近红外谱段全谱段快速光谱测量。仪器指标：光谱范围为350～2500nm，光谱测量速度小于20次/s，仪器重量小于3.5kg。
2010年研制成功的CSD350A型全谱段地物波谱仪样机，2013年实现产品化，并进入市场销售。获得专利1项。该仪器打破了国外垄断，降低了价格，在地质勘查、蚀变矿物分析与填图、遥感验证、采矿与选矿工艺优化方面发挥了作用。
突破图像和光谱在线检测技术，发明了岩芯光谱数据溯源方法，解决了数据的长期稳定性和一致性问题，打破了传统岩芯编录方法，实现了岩芯数字化，建立了矿区蚀变矿物填图规范。技术指标：X、Y方向移动；平台长1.5m，宽1.5m；有效移动距离为X=1.2m；Y=1.2m；扫描分辨率为1mm；定位精度优于0.1mm；最大扫描速度为0.7m/min；有效载荷：样品台300kg；移动台100kg；光谱范围为350～2500nm；光谱分辨率小于6nm；测量矿物为低温蚀变矿物；照片面积为130mm×100mm；照片分辨率为0.01mm2。
2010年底，我国首次研制成功全自动数字化岩芯光谱扫描仪样机CMS350A（图30-2），2013年完成产品化设计，推出CMS350B型产品（图30-3），填补了国内空白，获得实用新型专利。该机可对岩芯自动编录，所获得的图像和光谱数据可以对矿体进行立体蚀变矿物填图，为研究矿床形成、矿山开采、选矿工艺和指导找矿提供了科学数据。目前仪器在福建紫金山金矿、青海五龙沟金矿和阿舍勒铜矿得到实际应用，获取7×104m岩芯数据，为矿床研究和外围找矿提供了有效手段。
图30-2 CMS350A仪器
图30-3 CMS350B仪器
该软件突破了蚀变矿物光谱数据复杂这一难题，采用智能算法，实现大批量数据快速分析，可对矿物光谱进行快速定性、定量和信息提取分析。经过近10年的努力，不断改进，推出了矿物光谱分析专家系统MSA V3.6软件（图30-4）。这是我国首次推出的专业矿物光谱分析软件。该软件具有中英文版本切换功能，国内外用户达200余家。
采用大视场、小F和大离轴的设计思路，将仪器的光学系统、谱仪系统、电子学系统和惯导系统集成在主机内，存储和计算机控制系统集成在计算机内，实现高效率、大面积高光谱遥感探测。其主要技术指标为：光谱范围400～2500nm，光谱分辨率优于10nm，F 1.5，视场60°，瞬时视场1.5毫弧度，波段192，光机扫描方式，扫描速度0～20行/s可调，重量70kg。
图30-4 软件界面
仪器于2014年9月在哈密进行试验飞行，获得了一批数据，对仪器样机性能进行了验证，为下一步工程化打下了基础。
微型成像光谱仪，采用全反射光学设计，凸面光栅分光，增加了能量传递，减小了体积，减轻了重量，适合以无人机或飞艇为平台对地遥感探测，广泛应用于地质、环保、海洋、农业和国土等领域的遥感探测（图30-5～图30-9）。
图30-5 VNIR成像光谱仪
图30-6 SWIR成像光谱仪
图30-7 数据测量结果
图30-8 VNIR野外扫描结果
图30-9 SWIR野外扫描结果
2014年微型成像光谱仪研制成功，并实现了产品化，进入市场，该仪器打破了高档相机禁运，降低了采购成本，实现了国产化，推动了该技术的普及与应用。
我国研制成功首台岩芯成像型扫描仪，该仪器采用两台成像光谱仪拼接，波段范围400～2500nm，400～1000nm范围500波段，视场角24°，探测器1390×1024，1000～2500nm范围200波段，视场角21.7°，探测器320×256，最大像元2mm×2mm。可对岩芯进行精细化扫描，能够满足岩芯高光谱测量要求。该仪器最大创新点为可对岩芯一次性成像，大大提高了测量速度，开辟了岩芯扫描新的方式。
开展国家重大科学仪器专项“波谱能谱复合型X荧光光谱仪研制与产业化”课题五“WED-XRF大功率高压发生器和扫描及实时测角仪研制”的实施工作。
（1）完成高压系统联调和初步上机应用，对高压进行了改进与优化，实现了大功率高稳定的高压电源研制目标。
（2）完成测角仪组装与调试工作，安装在仪器上进行了测试，达到了高精度的测量要求（图30-10～图30-12）。
我国每年有上千万米的钻探任务，产生大量岩芯。这些岩芯在编录后有的建库保存，有的被抛弃，造成大量资金和资源的浪费，对后续研究非常不方便。为了解决实物岩芯资料共享和保存问题，本系统采用先进的计算机技术，对岩芯进行数字化扫描，把图像、矿物光谱数据和参数等存储在计算机里，建立一系列标准岩芯数据库，使用者可随时通过网站访问数据库，对岩芯进行资料分析，为地质研究和地质找矿提供快捷的数据资料。
本查询系统可通过矢量地图查询和岩芯地址查询，利用岩芯扫描仪获取的数据，经过数据处理和反演后可通过网络上传到数据库中，供使用者浏览和下载（图30-13）。
图30-10 岩芯成像数据
图30-11 仪器样机
图30-12 岩芯扫描结果
图30-13 软件界面
岩芯图像处理软件包括图像定标、岩芯立式拼接和岩芯盘拼接等功能，同时还具有岩芯光谱数据整理和深度修正功能（图30-14、图30-15）。
图30-14 图像立式拼接软件界面(www.xing528.com)
图30-15 岩芯盘拼接软件界面
遥感工作区，需要获取大量的遥感数据，然后进行数据处理和矿物填图，以便获得地质构造和蚀变带，为找矿提供靶区目标。数据处理结果具有多解性，需要野外验证，确认结果的准确性。因此建立波谱数据库后，通过数据库检索，可对野外地质进行定性对比，得出准确结果。建立数据库，需要进行野外调查和采样，通常进行网格采样，利用便携式近红外矿物分析仪进行测试，测试结果存入数据库，并确认蚀变矿物种类、相对含量以及矿物基本参数。以便对遥感数据结果进行修正。
该软件用于近红外光谱建模，如油菜籽的组分（含油量、含水量、蛋白质、硫甙、芥酸）的定量分析。软件具有主成分分析、最小二乘法分析和数据评价等功能模块，目前已应用在国产粮油品质分析仪上。
1.在青海五龙沟金矿区的应用
在承担中国地质调查局专项——青海五龙沟金矿区蚀变矿物填图的工作中，项目组扫描了岩芯8500m，测量钻孔21个，通过数据分析，建立了蚀变矿物分布图，揭示了矿区成矿地质作用，以及多期蚀变形成的矿床特征。
2.在福建紫金山矿区应用
在福建紫金山矿区扫描岩芯27 000m，37个孔。完成4个剖面的蚀变矿物分布剖面图和一个蚀变矿物立体填图（图30-16、图30-17）。通过对紫金山金铜矿北西向、北东向剖面的近红外光谱矿物填图，在紫金山矿田发现了一个长约5km、宽约3km的高级泥化带，紫金山高硫化型金铜矿产于这一蚀变带最厚的部位，目前控制的垂向厚度超过1500m，且未封闭。
结合0线、3线、7线、11线的蚀变矿物频率等值线，利用3Dmine软件对与高硫型铜成矿密切相关的明矾石和与斑岩型外壳黄铁绢英岩化带的绢云母矿物进行了三维模型展示（图30-18）。
图30-16 金矿体（橙色）和碳酸盐（黄色）的叠加效果图
图30-17 绢云母矿物填图
图30-18 北矿段明矾石、绢云母蚀变空间分布
3.在福建政和县狮子岗矿区应用
在福建政和县狮子岗矿区扫描3个钻孔，1300m岩芯，岩芯矿物解译主要为绢云母、绿泥石、绿帘石和高岭石。整体对照钻孔柱状图来看，主要蚀变矿物为绿帘石、绿泥石、白云母、金云母、方解石、铁白云石、伊利石、高岭石等。菱铁矿和黄钾铁矾与黄铁矿化关系密切。
4.在鄂尔多斯盆地油气勘探中应用
所测岩石样品来自MP1、MP3和ZP1三个钻井。样品均为细粒岩石碎块和粉屑物，样品目视均无任何油气污染迹象。
样品所含的黏土矿物成分相对较简单，主要是伊利石和少量绿泥石。其中伊利石存在于几乎所有样品中。另外，高岭石存在于少部分样品中。
测定结果表明，所测的59个样品中，有9个样品含有低量石油（ZP1-5是碳氢物光谱记录最强的样品）。采用1730nm和2310nm吸收强度表示的是石油的相对含量（图30-19）。由此可以证明岩芯光谱扫描仪能应用在油气检测中。
图30-19 含有碳氢化合物光谱（油气显示）
5.机载（无人机）成像光谱仪遥感应用
2016年7月，在合肥利用机载（无人机）成像光谱仪进行了首次商业飞行，获取了一批高质量数据。2016年11月，安徽池州进行了高光谱遥感探测项目飞行（图30-20～图30-22）。
图30-20 飞行试验
图30-21 高光谱遥感影像图
图30-22 安徽池州航空遥感调查项目
近年来，研制的机载成像光谱仪、无人机（飞艇）成像光谱仪、地面便携式光谱仪和地下岩芯扫描仪，填补了国内空白，替代了进口，打破了禁运，降低了采购成本，推动了技术应用。无人机（飞艇）成像光谱仪经测试，指标已经超过国外同类水平，特别是便携式近红外矿物分析仪在国内外实现了独家生产。近几年来，通过产学研结合，打破体制障碍，以公司平台，较好地解决了成果转化问题，建立了这一行业高科技产业链，形成了系列光谱对地探测仪器产品，产品销往国内外。同时，经过多年来的技术推广，这一新技术得到了地质工作者的认可，为地质科研和找矿提供了有力支撑，产生了良好的经济效益和社会效益。
高光谱对地探测技术，可对岩石原样进行分析，快速区分层状硅酸盐中单矿物、含羟基之硅酸盐矿物、硫酸盐矿物和碳酸盐矿物等低温蚀变矿物，得到大量以前无法得到的定量化的原始地质数据。
便携式矿物分析仪在地质领域的主要应用为：矿物识别，蚀变矿物填图，钻孔和隧道（平硐）编录，成矿作用的指示，成矿潜力评价，采矿中的品位控制和辅助遥感图片的判别等。岩芯扫描仪可对岩芯进行数字化扫描，把岩芯图像、矿物光谱数据和参数等存储在计算机里，通过蚀变矿物定性和定量分析，建立蚀变矿物分带和三维分布模型，揭示矿床成因，指导外围找矿；岩芯扫描数据与解译成果建立网上标准岩芯数据库，使用者可随时通过网站访问，对岩芯进行资料分析，为地质研究和地质找矿提供全面而快捷的服务。成像光谱仪，可实现大视场，高空间分辨率对地高光谱遥感探测，提高了工作效率。仪器适合裸露地区和无人区大面积遥感勘查。通过图像合成和蚀变矿物信息提取，为地质填图，地质研究和找矿靶区预测提供了快速测量手段。
主 要 执 笔 人：修连存、郑志忠、俞正奎
主要依托成果：国家重大科学仪器设备开发专项“岩芯光谱扫描仪研发与产业化”成果报告
主要完成单位：中国地质调查局南京地质调查中心、中科遥感科技集团有限公司、南京理工大学、江苏省地质勘查技术院、紫金矿业集团有限公司、南京农业大学、国土资源实物地质资料中心
主 要 完 成 人：修连存、郑志忠、杨凯、俞正奎、殷靓、陈春霞、黄宾、张秋宁、董金鑫、杨彬、高扬、黄俊杰、吴萍、肖亮、黄岩、石剑龙、蒋夕平、闫柏琨、李晶、刘凤民
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