Theo dõi khoáng sản ẩn: Hình ảnh siêu quang phổ làm cho đá 'nói'

Sâu trong sa mạc Cam Túc Liễu Viên, một đội khảo sát địa chất đang phải đối mặt với thách thức: Làm thế nào để xác định chính xác dấu vết của mỏ đồng trong tầng nham thạch trần trụi kéo dài hàng trăm km2? Mười năm trước, nhiệm vụ như vậy yêu cầu đội viên địa chất đeo búa địa chất và la bàn, đội mặt trời chói chang đi bộ mấy tháng, dùng mắt thường nhận ra sự khác biệt tinh tế về màu sắc của đá. Mà hôm nay, bọn họ chỉ cần thả một chiếc máy bay không người lái mang theo máy chụp ảnh quang phổ cao - - theo ống kính quét qua mặt đất mênh mông, "dấu vân tay quang phổ" của nham thạch nhảy nhót trên màn hình, mạch mỏ đồng ẩn giấu giống như bị thi triển ma pháp hiện lên.

Đôi mắt quang phổ xuyên qua bề mặt này, chính là công nghệ hình ảnh quang phổ cao. Nó không chỉ có thể nhìn thấy các đặc điểm quang phổ khoáng chất mà mắt người không thể nắm bắt được, mà còn có thể giải mã mã địa chất hàng tỷ năm của Trái đất thông qua sự khác biệt nhỏ trong phản xạ của đá.

Sâu trong sa mạc Gobi của Liuyuan, Gansu, một nhóm khám phá địa chất phải đối mặt với một thách thức chưa từng có: làm thế nào họ có thể xác định chính xác dấu vết quặng đồng trên hàng trăm kilômét vuông của các hình thành đá phơi nhiễm? Một thập kỷ trước, một nhiệm vụ như vậy sẽ yêu cầu các nhà địa chất học mang búa đá và la bàn, đi bộ trong nhiều tháng dưới ánh mặt trời nóng bỏng, dựa vào mắt trần để phát hiện các biến thể tinh tế trong màu đá. Ngày nay, họ chỉ đơn giản là phóng một máy bay không người lái được trang bị máy chụp ảnh siêu phổ. Khi cảm biến quét địa hình rộng lớn, 'dấu vân tay quang phổ' của đá nhấp nháy trên màn hình, và các tĩnh mạch đồng ẩn xuất hiện như thể bằng ma thuật.

"Mắt quang phổ" này thâm nhập bề mặt Trái Đất là công nghệ hình ảnh siêu quang phổ. Nó không chỉ nắm bắt các đặc điểm quang phổ khoáng sản vô hình với mắt con người mà còn giải mã hàng tỷ năm lịch sử địa chất thông qua sự khác biệt tinh tế trong phản xạ đá.

36 mẫu được thu thập tại hiện trường (đầu tiên bên trái) được phân tích và mô tả trong phòng thí nghiệm bằng các phương pháp phổ cao và truyền thống. Các mẫu được phân cụm dựa trên dữ liệu địa hóa phổ biến và các mẫu được xác định tự động (thứ hai từ trái sang). B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Tổng cộng 36 mẫu được thu thập từ trường (bên trái) đã được phân tích và đặc trưng trong phòng thí nghiệm sử dụng cả phương pháp siêu phổ và phương pháp truyền thống. Các mẫu được nhóm dựa trên dữ liệu địa hóa phổ biến, với việc xác định mẫu tự động được thực hiện (thứ hai từ trái). Các biểu đồ quang phổ được xây dựng bằng cách sử dụng độ phản xạ của các vật liệu cụm (bên phải).

Khả năng cốt lõi của High Spectrum Imager, bắt nguồn từ "độ nhạy thị giác" đáng kinh ngạc của nó. Lấy dòng HY-1710 được cung cấp bởi Aibogner làm ví dụ, phạm vi quang phổ của nó bao gồm 400-2500nm, tương đương với tổng cộng 460 dải thu được ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại gần và hồng ngoại sóng ngắn cùng một lúc. Nó giống như gắn một máy ảnh với một bộ lọc 460 lớp, mỗi lớp nắm bắt một "mật mã sóng ánh sáng" duy nhất cho một khoáng chất cụ thể - chẳng hạn như đỉnh hấp thụ của kaolinit gần 2200nm.

Khả năng cốt lõi của hình ảnh siêu phổ nằm trong độ nhạy cảm thị giác đáng chú ý của nó. Lấy dòng HY-1710 làm ví dụ: phạm vi phổ của nó bao gồm 400-2500 nm, chụp 460 băng tần trên các bước sóng hồng ngoại có thể nhìn thấy, gần hồng ngoại và sóng ngắn. Nó giống như máy ảnh được trang bị 460 lớp bộ lọc, mỗi lớp có khả năng phát hiện 'chữ ký sóng ánh sáng' độc đáo của các khoáng chất cụ thể - chẳng hạn như đỉnh hấp thụ của kaolinite gần 2200 nm.

Spectral Curves of Common Alteration Minerals in Skarn Deposits (Đường cong quang phổ của các khoáng vật thường xuyên bị xói mòn trong các mỏ silica)

Tại khu vực khai thác đa kim loại Huanishan ở Cam Túc, một nhóm nghiên cứu đã sử dụng một máy ảnh quang phổ cao để phát hiện từ xa các lớp đá trần nhằm tìm kiếm tài nguyên khoáng sản mới. Thông qua công nghệ quang phổ cao, họ phân loại và lập bản đồ đá, nhanh chóng xác định các khoáng chất như chì, kẽm trên một khu vực rộng lớn. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp xử lý hình ảnh hiệu quả, nâng cao độ chính xác của việc trích xuất thông tin dữ liệu khoáng sản, đặc biệt là đối với khoáng chất chì-kẽm, đạt được tỷ lệ nhận dạng khoáng sản 81%. Điều này cho phép họ thành công trong việc lập bản đồ phân loại khoáng sản và xác định các mỏ khoáng sản quan trọng trong khu vực.

Khu vực khai thác Hoa Ngưu Sơn đã trải qua nhiều quá trình tiến hóa địa chất, hình thành các đặc điểm kiến tạo phức tạp và các loại khoáng sản đa dạng. Thông qua công nghệ quang phổ cao, nhóm nghiên cứu không chỉ cung cấp cơ sở khoa học cho việc khám phá tài nguyên mà còn đặt nền móng vững chắc cho việc phát triển khoáng sản và nghiên cứu địa chất trong tương lai. Khả năng "nhìn xuyên qua chuyển động của vỏ trái đất từ bề mặt" này cho phép hình ảnh quang phổ cao trở thành công nghệ cốt lõi của một chiến lược đột phá mới trong việc tìm kiếm mỏ.

Tại khu vực khai thác đa kim loại Huaniushan của Gansu, một nhóm đã sử dụng hình ảnh siêu phổ để tiến hành phát hiện cảm biến từ xa các hình thành đá phơi nhiễm, nhằm khám phá các tài nguyên khoáng sản mới. Thông qua công nghệ siêu phổ, họ phân loại và lập bản đồ đá, nhanh chóng xác định các khoáng chất như chì và kẽm quặng trên các khu vực rộng lớn. Hơn nữa, nhóm đã sử dụng các phương pháp xử lý hình ảnh hiệu quả để nâng cao độ chính xác của khai thác dữ liệu khoáng sản, đạt được tỷ lệ nhận dạng khoáng sản 81% cho các cơ thể quặng chì kẽm. Điều này cho phép họ tạo thành công bản đồ phân loại khoáng sản và xác định các khoáng sản đáng kể trong khu vực.

Khu vực khai thác mỏ Huaniushan đã trải qua nhiều giai đoạn tiến hóa địa chất, dẫn đến các đặc điểm cấu trúc phức tạp và các loại khoáng sản đa dạng. Bằng cách áp dụng công nghệ siêu phổ, nhóm không chỉ cung cấp một nền tảng khoa học cho thăm dò tài nguyên mà còn đặt nền tảng vững chắc cho phát triển khoáng sản và nghiên cứu địa chất trong tương lai. Khả năng "nhìn qua các tính năng bề mặt để giải thích các chuyển động của vỏ" này đã làm cho hình ảnh siêu phổ trở thành công nghệ cốt lõi trong hành động chiến lược mới cho các đột phá thăm dò khoáng sản.

Bản đồ phân phối khoáng sản Huaniushan của nhóm nghiên cứu

Năm 2024, Trung tâm Khoáng sản Tây An Cục Điều tra Địa chất Trung Quốc phối hợp với Trung tâm Cảm biến Hàng không và Sở Tài nguyên, cùng trình báo công nghệ khoanh tròn nhanh chóng khu thắng cảnh khoáng sản viễn thông dựa trên số liệu quang phổ cao trong nước, đã thành công lọt vào "Danh sách kỹ thuật khảo sát áp dụng tiên tiến hành động chiến lược đột phá khoáng sản vòng mới" do Cục Điều tra Địa chất Trung Quốc chính thức in. Điều đáng nói hơn là tải trọng quang phổ cao của vệ tinh Gaofen-5 của Trung Quốc đã đạt được độ chính xác nhận dạng khoáng vật trên 90%, nhóm này đã giành được giải thưởng Thành tựu khoa học xuất sắc của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc năm 2024.

Năm 2024, Trung tâm Tài nguyên Khoáng sản Tây An thuộc Khảo sát Địa chất Trung Quốc, hợp tác với Trung tâm Khảo sát Địa chất Hàng không và Cảm sát từ xa và Viện Tài nguyên Khoáng sản, đã phát triển thành công công nghệ định hình triển vọng nhanh chóng dựa trên dữ liệu siêu phổ sản xuất trong nước. Thành tựu này đã được bao gồm trong *Danh sách các công nghệ thăm dò tiên tiến và áp dụng cho Hành động chiến lược mới cho đột phá thăm dò khoáng sản (Lập đầu tiên) * chính thức được phát hành bởi Khảo sát Địa chất Trung Quốc. Cũng đáng nhấn mạnh là tải trọng siêu phổ trên vệ tinh Gaofen-5 của Trung Quốc đã đạt được độ chính xác hơn 90% trong việc xác định khoáng sản. Nhóm đằng sau nỗ lực này đã được trao giải thưởng thành tựu khoa học xuất sắc năm 2024 bởi Học viện Khoa học Trung Quốc.

Bản đồ phân bố khoáng sản viễn thám quang phổ cao của vành đai khai thác Dongshan-Beishan do Trung tâm Khoáng sản Tây An cấp

Bản đồ phân phối khoáng sản cảm biến từ xa siêu phổ của Vành đai kim loại Đông Thiên Sân-Bắc Sân (Phát hành bởi Trung tâm Tài nguyên Kháng sản Tây An)

Từ sa mạc Gobi đến các mỏ sâu, hình ảnh quang phổ cao đang viết lại cách con người khám phá Trái đất. Đó không chỉ là một cuộc cách mạng về công nghệ, mà còn là một cuộc cách mạng về nhận thức - khi chúng ta học cách lắng nghe ngôn ngữ quang phổ của đá, các mỏ khoáng sản đã chìm trong giấc ngủ hàng tỷ năm cuối cùng sẽ mở ra một chương năng lượng mới cho nền văn minh.

Từ sa mạc hoang dã đến các tài nguyên khoáng sản biển sâu, hình ảnh siêu phổ đang định hình lại cách loài người khám phá Trái Đất. Đó không chỉ là một cuộc cách mạng công nghệ mà còn là một cuộc cách mạng nhận thức - bằng cách học cách giải thích ngôn ngữ phổ của đá, chúng ta đang tiết lộ các khoáng sản đã ngủ trong hàng tỷ năm, mở đường cho một chương mới trong tài nguyên năng lượng và tiến bộ văn minh.

Nguồn/Sources:

1. Diệp Bân, Vương Gia Thăng, Lý Kim Long, Phó Hạo. Hiện trạng và triển vọng ứng dụng công nghệ viễn thám quang phổ cao trong khảo sát địa chất[J].Hóa chất khoáng sản và chế biến, 2024,53(11):77-88

2. Wan, Yq. Fan, Yh. & Jin, Ms. Ứng dụng cảm biến từ xa siêu phổ để điều tra bổ sung các mỏ đa kim loại ở khu vực quặng Huaniushan, tây bắc Trung Quốc. Khoa học Đại diện 11, 440 (2021)

3. Lý Sĩ Kiệt, Hà Hải Dương, Tần Hạo Dương, Tôn Húc, Vương Tư Kỳ, Lưu Tiểu Ngọc. Đơn vị đứng tên đăng ký:6- Văn phòng Đại diện Công Ty Action Chimique Et Terapeutique ( Đông Thiên Sơn - Bắc Sơn Thành Khoáng Vật Điền Bản Đồ Khoáng Vật Quang Phổ Cao. 2024,09

4. Dựa trên dữ liệu quang phổ cao trong nước tìm kiếm kỹ thuật khoanh tròn nhanh của khu thắng cảnh xa mỏ được đưa vào "Danh sách kỹ thuật thăm dò áp dụng tiên tiến cho hành động chiến lược đột phá mỏ vòng mới (nhóm đầu)

Đổng Tân Phong, Cam Phủ Bình, Lý Na, Diêm Bách Côn, Trương Lỗi, Triệu Giai Kỳ, Vu Tuấn Xuyên, Lưu Lệ Nguyên, Mã Yến Ny. 2020. Phân biệt tinh tế khoáng vật quang phổ cao số 5. Tín hiệu viễn thám, 24 (4): 454-464