Versteckte Minerallagerungen aufspüren: Wie hyperspektrale Bildgebung Steine "sprechen" lässt

In der Tiefe von Gobi im Gansu Liu Garden steht ein geologisches Forscherteam vor der Herausforderung: Wie kann man die Spuren der Kupfermine in einer Hunderten von Quadratkilometern langen, nackten Gesteinsschicht genau feststellen? Vor zehn Jahren erforderte eine solche Mission, dass Geologen mit einem geologischen Hammer und einem Kompass monatelang mit der brennenden Sonne wanderten, um feine Unterschiede in den Felsfarben mit bloßem Auge zu erkennen. Heute müssen sie nur eine Drohne mit einem hochspektralen Bildgeber loslassen – die „spektralen Fingerabdrücke“ der Felsen springen auf dem Bildschirm, während die Objektive über die weite Erde fliegen, und die versteckten Kupfermine-Netzwerke tauchen auf, als ob sie magisch ausgesetzt wurden.

Diese doppelten "spektralen Augen", die die Oberfläche durchdringen, sind die High Spectrum Imaging-Technologie. Es kann nicht nur spektrale Merkmale der Mineralien erkennen, die das menschliche Auge nicht erfassen kann, sondern auch Milliarden von Jahren lange geologische Kennzeichen der Erde durch feine Reflexionsunterschiede in Gesteinen lösen.

Tief in der Gobi-Wüste von Liuyuan, Gansu, steht ein geologisches Explorationsteam vor einer beispiellosen Herausforderung: Wie können sie Spuren von Kupfererz auf Hunderten von Quadratkilometern exponierter Gesteinsformationen genau identifizieren? Vor einem Jahrzehnt hätte eine solche Aufgabe Geologen erfordert, Felshämmer und Kompasse zu tragen, monatelang unter der brennenden Sonne zu wandern und sich auf das bloße Auge zu verlassen, um subtile Variationen in der Felsfarbung zu erkennen. Heute starten sie einfach eine Drohne mit einem hyperspektralen Bildgerät. Während der Sensor das weite Gelände scannt, flimmern die "spektralen Fingerabdrücke" der Felsen über den Bildschirm und versteckte Kupfervenen tauchen auf, als ob durch Magie.

Dieses "spektrale Auge", das die Erdoberfläche durchdringt, ist eine hyperspektrale Bildgebungstechnologie. Es erfasst nicht nur für das menschliche Auge unsichtbare Mineralspektraleigenschaften, sondern entschlüsselt auch Milliarden Jahre geologische Geschichte durch subtile Unterschiede in der Gesteinsreflexion.

Die 36 Proben, die vor Ort gesammelt wurden (eine links), wurden im Labor mit hohem Spektrum und herkömmlichen Methoden analysiert und charakterisiert. Die Proben werden auf der Grundlage gängiger geochemischer Daten gruppiert und automatisch identifiziert (2. links). Spektrogramm zur Ermittlung der Reflexivität eines Clustermaterials (1. rechts)

Insgesamt wurden 36 Feldgesammelte Proben (links) im Labor sowohl mit hyperspektralen als auch mit traditionellen Methoden analysiert und charakterisiert. Die Proben wurden auf der Grundlage gemeinsamer geochemischer Daten zusammengefasst, wobei eine automatisierte Probendidentifikation durchgeführt wurde (zweite von links). Spektralgraphen wurden unter Verwendung der Reflexenz von Clustermaterialien (rechts) erstellt.

Die Kernfähigkeit eines Hochspektrumbildgerätes beruht auf seiner erstaunlichen "visuellen Empfindlichkeit". Nehmen wir die HY-1710-Serie von Embroidery zum Beispiel, die einen Spektrumbereich von 400-2500 nm abdeckt, was insgesamt 460 Bände gleichzeitig für sichtbares Licht, Nahinfrarot und Kurzwellen-Infrarot entspricht. Es ist wie eine Kamera mit 460 Schichten Filter, die jede eine einzigartige "Lichtwelle-Code" für ein bestimmtes Mineral erfassen können - wie zum Beispiel den Absorptionsspitze von Kollingstein in der Nähe von 2200 nm.

Die Kernfähigkeit der hyperspektralen Bildgebung liegt in ihrer bemerkenswerten visuellen Empfindlichkeit. Nehmen Sie die HY-1710-Serie als Beispiel: Ihr Spektralbereich erstreckt sich über 400-2500 nm und erfasst 460 Bänder über sichtbare, nahe-Infrarot- und Kurzwellen-Infrarotwellenlängen hinweg. Es ist so, als wäre die Kamera mit 460 Schichten Filter ausgestattet, die jeweils in der Lage sind, die einzigartige "Lichtwellensignatur" bestimmter Mineralien zu erkennen - wie zum Beispiel den Absorptionsspitze von Kaolinit in der Nähe von 2200 nm.

Spektrale Kurven der üblichen Veränderungsmineralien in Skarn-Ablagerungen

In der Polymetallmine in Gansu Huabull Mountain nutzte ein Team ein Hochspektrumbildgerät zur Fernerkundung der nackten Gesteinsschichten, um neue Mineralressourcen zu finden. Mit einer hochspektralen Technologie klassifizierten und kartierten sie Felsen, um Mineralien wie Blei und Zink in weiten Gebieten schnell zu erkennen. Darüber hinaus hat das Team eine effiziente Bildverarbeitung angewendet, die die Genauigkeit der Extraktion von Minendateninformationen verbessert, insbesondere bei Blei-Zink-Mineralien mit einer Mineralerkennungsrate von 81 Prozent. Dies ermöglichte es ihnen, erfolgreich eine Mineralkarte zu erstellen und wichtige Mineralvorräte in der Region zu identifizieren.

Die Bergfläche des Walbull Mountains hat mehrere geologische Evolutionen durchlaufen, um komplexe strukturelle Merkmale und vielfältige Arten von Vorräumen zu bilden, und durch die hochspektrale Technologie hat das Team nicht nur die wissenschaftliche Grundlage für die Exploration von Ressourcen bereitgestellt, sondern auch eine solide Grundlage für die zukünftige Entwicklung von Vorräumen und geologische Forschung gelegt. Diese Fähigkeit, sich die Erdkruste von der Oberfläche aus zu bewegen, macht die hochspektrale Bildgebung zu einer Kerntechnologie für eine neue Runde von strategischen Durchbruchsaktionen bei der Bergsuche.

Im polymetallischen Bergbaugebiet Huaniushan in Gansu nutzte ein Team hyperspektrale Bildgebung, um die Fernerkundung von ausgestellten Gesteinsformationen durchzuführen, um neue Mineralressourcen zu entdecken. Durch hyperspektrale Technologie klassifizierten und kartierten sie Gesteine und identifizierten schnell Mineralien wie Blei- und Zinkerze in weiten Gebieten. Darüber hinaus verwendete das Team effiziente Bildverarbeitungsmethoden, um die Genauigkeit der Mineraldatenextraktion zu verbessern und eine Mineralerkennungsrate von 81% für Blei-Zink-Erzkörper zu erreichen. Dadurch konnten sie erfolgreich Mineralklassifikationskarten erstellen und bedeutende Ablagerungen in der Region identifizieren.

Das Bergbaugebiet Huaniushan hat mehrere Phasen der geologischen Entwicklung durchlaufen, was zu komplexen strukturellen Merkmalen und verschiedenen Arten von Minerallagerungen führt. Durch die Anwendung der Hyperspektraltechnologie lieferte das Team nicht nur eine wissenschaftliche Grundlage für die Ressourcenforschung, sondern legte auch eine solide Grundlage für zukünftige Mineralentwicklung und geologische Forschung. Diese Fähigkeit, "durch Oberflächenzeichen zu sehen, um Krustenbewegungen zu interpretieren", hat die hyperspektrale Bildgebung zu einer Kerntechnologie in der neuen strategischen Aktion für Durchbrüche in der Mineralforschung gemacht.

Mineralverteilungskarte von Huaniushan, erstellt vom Forschungsteam

Im Jahr 2024 wurde die Technologie der schnellen Kreislaufung auf der Grundlage von hochspektralen Daten der chinesischen Produktion, die das Zentrum für Mineralforschung in Xi'an und das Ressourceninstitut des chinesischen Geologischen Sonderbüros gemeinsam deklariert, erfolgreich in die Liste der fortgeschrittenen anwendbaren Ermittlungstechniken (erste Partie), die vom chinesischen Geologischen Sonderbüro offiziell veröffentlicht wurde. Es ist noch erwähnenswert, dass die hohe spektrale Last des chinesischen Satelliten mit hoher Punktzahl 5 eine Genauigkeit von mehr als 90% bei der Mineralerkennung erreicht hat, und das Team erhielt den Preis für herausragende wissenschaftliche Leistungen der chinesischen Akademie der Wissenschaften im Jahr 2024.

Im Jahr 2024 entwickelte das Xi'an Mineral Resources Center unter der China Geological Survey in Zusammenarbeit mit dem Aerogeophysical Survey and Remote Sensing Center und dem Institute of Mineral Resources erfolgreich eine Technologie zur schnellen Perspektivenmitgliederung auf der Grundlage inländischer hyperspektraler Daten. Diese Leistung wurde in die *Liste der fortgeschrittenen und anwendbaren Explorationstechnologien für die neue strategische Aktion für Mineralforschungsdurchbrüche (erste Charge)* aufgenommen, die offiziell von der China Geological Survey veröffentlicht wurde. Es ist auch erwähnenswert, dass die hyperspektrale Nutzlast an Bord des chinesischen Satelliten Gaofen-5 eine Genauigkeit von über 90% bei der Mineralidentifikation erreicht hat. Das Team hinter diesen Bemühungen erhielt den Preis für herausragende wissenschaftliche Leistung 2024 von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

Verteilungskarte der hochspektralen Fernerfassungsmineralien in der Bergstrecke Dongtianshan-Beishan, veröffentlicht vom Xi'an Mineralzentrum

Hyperspektrale Fernerkundung Mineralverteilungskarte des East Tianshan-Beishan Metallogenic Belt (veröffentlicht vom Xi'an Mineral Resources Center)

Von der Wüste Gobi bis hin zu Tiefseemineralien schreibt hochspektrale Bildgebung die Art und Weise, wie Menschen die Erde erkunden. Es ist nicht nur eine technologische Revolution, sondern auch eine kognitive Revolution – wenn wir lernen, auf die Spektralsprache von Steinen zuzuhören, werden die Milliarden von Jahren schwebenden Mineralien schließlich den Schleier öffnen und ein neues Energiekapitel für die Zivilisation fortschreiben.

Von Wüstenwüsten bis hin zu Tiefseemineralressourcen verändert die hyperspektrale Bildgebung die Art und Weise, wie die Menschheit die Erde erforscht. Es ist nicht nur eine technologische, sondern auch eine kognitive Revolution – indem wir lernen, die Spektralsprache von Steinen zu interpretieren, entdecken wir Mineralvorräte, die seit Milliarden von Jahren geschlafen haben und den Weg für ein neues Kapitel in Energieressourcen und zivilisativem Fortschritt ebnen.

Quellen / Quellen:

1. Yi Bin, Wang Ga Sheng, Li Jinlong, Payhao. Stand und Perspektiven der Anwendung der hochspektralen Fernmesstechnik in der geologischen Ermittlung [J].Chemische Mineralien und Verarbeitung, 2024,53(11):77-88

2. Wan, Yq. Fan, ja. & Jin, Frau Anwendung der hyperspektralen Fernerkundung zur ergänzenden Untersuchung von polymetallischen Ablagerungen in der Erzregion Huaniushan, Nordwesten Chinas. Sci Rep 11, 440 (2021)

3. Li Shijie, Ho Haiyang, Qin Haoyang, Sun Xu, Wang Xiqi, Liu Xiaoyu. Xi'an Mineralressourcenforschungszentrum des chinesischen Geologischen Sonderbüros. Datensatz für die Füllung von Mineralien mit hohem Spektrum von Dongtianshan-北山成矿区. 2024,09

4. Die Technologie der schnellen Kreislaufung der Minenforschungsvisionsgebiete auf der Grundlage der hochspektralen Daten der inländischen Produktion wurde in die Liste der fortgeschrittenen anwendbaren Ermittlungstechnologien für die neue Runde der Minenforschungsdurchbruchsstrategie (erste Partie) ausgewählt

5. Dong Xinfeng, Gang Fuping, Lin Na, Zhang Lei, Zhao Jiaqi, Yu Chunchuan, Liu Rongyuan, Mayani.2020. Feine Erkennung von Mineralien mit hohem Spektrum mit hoher Punktzahl von fünf. Fernerkundungszeitschrift, 24(4): 454-464