一种卫星遥感找煤的方法

摘要

本发明提供了一种卫星遥感找煤的方法，所述方法包括以下步骤：(a)获取已知矿区周围的中分辨率卫星图像，根据中分辨率卫星图像解译获取已知矿区周围的线性影像信息，以确定已知矿区周围的线性构造、褶皱和已知矿区周围的地质构造骨架；(b)获取已知矿区的高分辨率卫星图像，根据高分辨率卫星图像解译获取已知矿区的线性构造和褶皱构造的性质及地层升降特征；(c)根据已知矿区含煤建造信息、盖层和基底以及已知矿区周围的地质构造骨架，进行以往地质时代的回归分析，以确定新的煤炭资源。本发明的找煤方法降低成本，所需费用比常规方法找煤大大降低，而且效率高，风险投资小。

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星遥感找煤的方法。

背景技术

通常的找煤方法，是靠盲目打钻来寻找。若在稀疏的钻孔中打到煤，则围绕见煤钻孔继续布署普查勘查工作。

但是这种现场勘查工作耗费人力物力。如果长期钻探之后仍然找不到煤，只能放弃钻探，得出此地区无煤的结论。而且，钻孔之间距离较长，一般300km²打20个钻孔，这种盲目钻孔得出的结论可能和实际情况相反。另外，这种技术的原理是通过钻孔获得化石古生物，确定地层时代，再通过地层时代推测含煤岩系，从而确定含煤建造信息。这种含煤建造信息不仅准确性比较低，还需要付出野外的操作，因此成本较高。

还有一些找煤方法是将卫星影像与地质图复合处理，进行影像解译，如图1所示，该方法选取该地区的卫星影像101和该地区的地质图102，然后将两者进行复合处理103，对该地区的地质和线性影像进行解译104，依据解译结果分析该地区的地质情况，根据该地区的地质情况寻找煤矿。但这种找煤方法是将找煤方式局限在已知地质图上，因此，受已有地质图的限制，寻找范围有限，而且所得出的结论与实际情况也会存在差异。

发明内容

为了克服现有找煤方法的盲目性大、成本较高、准确度低的缺陷，本发明提供了一种卫星遥感找煤的方法。

本发明采用的技术方案是，所述方法包括以下步骤：

(a)获取已知矿区周围的中分辨率卫星图像，根据中分辨率卫星图像解译获取已知矿区周围的线性影像信息，以确定已知矿区周围的线性构造、褶皱和已知矿区周围的地质构造骨架；

(b)获取已知矿区的高分辨率卫星图像，根据高分辨率卫星图像解译获取已知矿区的线性构造和褶皱构造的性质及地层升降特征，并将高分辨率卫星图像按照岩石的反射率高低建立卫星影像韵律，将反射率最低的设定为煤层，最高的设定为沙砾岩，两者之间设置多种过度的岩石，以提取已知矿区的含煤建造信息、盖层和基底；

(c)根据已知矿区含煤建造信息、盖层和基底以及已知矿区周围的地质构造骨架，进行以往地质时代的回归分析，以确定含煤建造的沉积范围和含煤建造改造后的出露范围，从而确定新的煤炭资源。

优选地，步骤(b)中岩石的反射率是根据地面波谱测试的，根据地面波谱测试，作卫星影像的光反射直方图，按直方图选取反射率最低的设定为煤层，最高的设定为砂砾岩，最高与最低之间设置2-3个过渡的不同灰阶设定页岩、砂岩。

优选地，步骤(b)中卫星影像韵律的对应关系是：煤层为黑色或灰黑色，页岩为深灰色，砂岩为灰色，砾岩为白色或灰白色。

本发明对已知矿区周围卫星图像进行解译，综合煤田地质发育史，可以比较准确的确定地面覆盖下有煤或无煤、有煤的位置，以及基本的地质构造、含煤特征，煤层深度、储煤规模，从而发现新煤田或含煤地段。

本发明的找煤方法降低了勘探成本，所需费用比常规方法找煤大大降低，而且效率高，风险投资小。本发明利用卫星遥感图像充分反映岩石及岩石组合，而不是通过古生物化石组合来确定新的煤炭资源。以含煤建造为单位进行卫星影像分析，以一套岩系为单位进行遥感解译，能充分发挥遥感的技术优势。以含煤建造为单位进行遥感找煤，扩大了找煤的时空概念，可以大幅度提高遥感找煤的认知水平。通过利用卫星遥感来找煤，可以克服复杂的外界环境，而且节约了费用。

附图说明

图1是现有一种找煤方法流程图；

图2是本发明的卫星遥感找煤方法的流程图；

图3是本发明的中分辨卫星图像解译流程图；

图4是本发明的含煤沉积旋回的卫星影像韵律的成像原理图；

图5是本发明的一种实施方式的找煤流程图；

图6是本发明的一种实施方式的卫星影像韵律的成像图；

图7是本发明的一种实施方式的含煤构造图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的卫星遥感找煤方法作进一步详细描述：

如图2所示，是本发明的卫星遥感找煤方法的流程图，首先，解译已知矿区周围的中分辨率卫星图像，以确定已知矿区周围的地质构造骨架。然后解译已知矿区的高分辨率卫星图像，以提取已知矿区的含煤建造信息、盖层和基底，再根据已知矿区的含煤建造信息、盖层和基底以及已知矿区周围的地质构造骨架做回归分析，以确定新的煤炭资源。

其中，解译已知矿区周围的中分辨率(分辨率为10～30m)卫星图像，例如中巴卫星CCD图像、美国陆地卫星TM图像，获取已知矿区周围的线性影像信息，确定已知矿区周围的地质构造空间，从而寻找控煤构造。

图3为本发明的中分辨率卫星图像的解译流程图，对中分辨率卫星图像的解译可以采用现有的解译方法，解译出的卫星图像之后还进行与该地区的地形图复合处理，排除该线性影像中是道路、水渠、管线等的部分。因为道路、水渠、管线都可以构成卫星影像中的线性影像，从而获取已知矿区周围的地质体。获得该地区的线性地质体之后，还可以选择地进行地面验证，通过钻探等方法进行取样，确定线性地质体和线性构造地质体。

优选地，获取线性影像中的地质体之后还包括确定地质体中的断层，线性影像两侧有错断的影像为断层。

其中，解译已知矿区的高分辨率(分辨率小于10m)卫星图像，根据高分辨率卫星图像解译获取已知矿区的线性构造和褶皱构造的性质及地层升降特征，并将高分辨率卫星图像按照岩石的反射率高低建立卫星影像韵律，将反射率最低的设定为煤层，最高的设定为沙砾岩，两者之间设置多种过度的岩石，以提取已知矿区的含煤建造信息、盖层和基底。其中，确定已知矿区的线性构造的性质是指确定线性构造的正断层或者逆断层，确定已知矿区的褶皱构造的性质是指确定褶皱的向斜或者背斜。地质构造断层根据断层的两盘相对位移划分为正断层和逆断层，其中正断层指上盘相对下降，下盘相对上升的断层，逆断层指上盘上升，下盘相对下降的断层。煤系地层是由多个含煤沉积旋回组成，每个含煤沉积旋回由岩石沉积层序组成，结合岩石的光反射差异，获取影像韵律，根据影像韵律获取煤系地层信息。盖层和基底可以通过高分辨率卫星影像直接观察得到。

优选地，选取的正断层为垂直深度在1000m以上。在断层中较大的下降地堑储煤的可能性更大。

图4是本发明的卫星影像韵律的成像原理图，根据煤层和围岩的光反射有差异，煤田出露地区，由黑色、灰黑色、灰色、白色等色调组成的平行条带。煤层在光场内与围岩相比，光反射有明显差异，煤层反射率在5-12％之间，反射率最低；围岩反射率20-50％以上，围岩反射率高。煤层因反射率最低，其中的黑色或灰黑色条带是煤层。可以根据煤层与地形的切割关系确定地层产状，按地层产状计算煤层厚度。

图5是本发明的一种实施方式的卫星影像韵律的成像图，岩石的反射率是根据地面波谱测试的。根据地面波谱测试，作卫星影像的光反射直方图，按直方图选取反射率最低的设定为煤层，最高的设定为砂砾岩，最高与最低之间设置2-3个过渡的不同灰阶设定页岩、砂岩。卫星图像上从黑到灰不同色调依次递减，有规律重复的平行曲折的条带为煤系地层。在煤系地层中的黑色条带为煤层。通过计算机识别，可以圈定煤层与煤系地层的分布出露范围，煤层与煤系地层的产状、煤层出露层数、煤层出露厚度等。

优选地，步骤(b)中卫星影像韵律的对应关系是：煤层为黑色或灰黑色，页岩为深灰色，砂岩为灰色，砾岩为白色或灰白色。

根据已知矿区的含煤建造信息、盖层和基底以及已知矿区周围的地质构造骨架做回归分析，以确定新的煤炭资源。在得到已知矿区的含煤建造信息、盖层和基底以及已知矿区周围的地质构造骨架，按照含煤建造发育史从当前向以往的地质时代作回归分析，确定含煤建造的沉积范围和含煤建造改造后的出露范围，寻找含煤建造的隐伏地段和赋存空间，从而寻找新的煤炭资源。

优选地，确定新的煤炭资源之后还包括采用热场、微波场、电场、磁场的探测手段进行储煤验证的步骤。对储煤空间进行验证，可以采用常规的地质填图验证或者二维地震验证。由于断层的断裂带或其两侧在光场、热场、微波场、电场、磁场均应有一定的差异，所以可以采用两场或多场探测手段，互相补充验证。例如可以采用采用热场、微波场、电场、磁场的探测手段予以验证或者采用航空视电阻率方法验证。

其中，根据已知矿区含煤建造信息、盖层和基底以及已知矿区周围的地质构造骨架，进行以往地质时代的回归分析，是指对两种图像进行复合处理，以确定含煤建造的沉积范围和含煤建造改造后的出露范围，以确定新的煤炭资源。复合处理是指将中分辨率卫星影像与高分辨卫星影像依照不同尺度、不同面积进行分别解译，解译后的三维空间按卫星影像或按统一坐标展绘在一起。中分辨率卫星影像解译是大面积的以地层构造为主的解译分析，从宏观上建立区域的地质构造的三维空间。高分辨率卫星影像解译是小面积的以寻找含煤信息为主的解译分析。从而确定每条线性地质影像的性质，包括是断裂还是褶皱，是正断层还是逆断层、断层的产状、断距，是向斜还是背斜，两翼产状、褶皱幅度。

优选地，根据中分辨率卫星影像确定线性影像地质性质的基础上，根据线性影像所反映的构造组合，划分找煤构造区，在构造区寻找含煤区。以雷达卫星补充验证以及航空遥感数据图像对划分的找煤构造区进行验证、补充，分别研究各个构造小区在含煤建造形成后的后期改造中，煤层与煤系地层的破坏和保存现状。为了便于对找煤构造区进行分析，从而对找煤构造区进行分区编号。对于确定的含煤区，通过分析其储煤量，是否符合开采要求，如果符合开采要求，将含煤区确定为靶区，划分的找煤构造区进行验证、补充，分别研究各个构造小区在含煤建造形成后的后期改造中，煤层与煤系地层的破坏和保存现状。为了便于对找煤构造区进行分析，从而对找煤构造区进行分区编号。对于确定的含煤区，通过分析含煤区的储煤量是否符合开采要求，如果符合开采要求确定该地区为靶区，从而对靶区进一步钻探、物探验证，以便进一步确定。

在一个实施例中，例如鄂尔多斯盆地西缘、乌达一海渤湾地区在遥感找煤中，将含煤建造定为石炭系上统本溪组、太原组、二叠系山西组、石盒子组、石千峰组作为一个含煤建造分析解译。首先界定含煤建造上下限的岩石、岩组及其影像特征，其中上限为含煤建造的盖层，下限为含煤建造的基底，盖层和基底都可以通过高分辨率的卫星图像显示。以乌达地区为例：下限为奥陶系石灰岩岩组，具有大面积分布的白色一淡黄色条带状影像，上限为古近系上新统红色砂砾岩组，具有大面积分布的淡棕色块状影像。其次是确定含煤建造的岩石组合层序，其岩石组合层序是通过影像特征反应的，而影像特征是根据岩性的光反射差异建立。乌达地区的含煤建造自下而上依次包括：本溪组，岩石组合为砂页岩含煤岩组，影像特征是深灰色条带含黑色平行线(煤层)；太原组和山西组，岩石组合为砂页岩煤层岩组，影像特征黑白相间的韵律状影像；石盒子组的岩石组合为黄绿色砂页岩岩组，影像特征是淡绿黄色条带状影像；石千峰组的岩石组合为猪肝色砂砾岩岩组，影像特征是褐色块状影像；乌达海勃湾地区含煤建造的影像组合特征是：深灰色条带状影像，黑白相间的韵律状影像，淡灰色条带状影像，褐色块状影像，依次平行排列，大面积分布。

综合煤田地质发育史分基础地质、遥感地质两个阶段，两者相互补充使认识不断深化，逐步提高。煤田地质发育史是遥感地质找煤的基础、科学依据和指导准则。煤田遥感地质、煤田构造地质、煤田地球物理等同属煤田地质的一个组成部分。遥感找煤是在学习、认知、掌握地质科学的基础上，以及了解、研究和应用煤田地质发育史的基础上，采用空间遥感技术，寻找新的煤炭资源的探索勘查过程。

区域地质发育史：综合区域内沉积建造、岩浆建造、变质作用、接触关系、形变特征、构造运动序列结合古生物组合及同位素纪年数据，建立区域地质发育史。

煤田地质发育史：在区域地质，特别是区域地质发育史的基础上，综合研究聚煤盆地和聚煤盆地地质发育史。根据区域地质发育史，确定聚煤盆地形成条件；根据煤层、煤系、古生物组合及其空间分布，确定聚煤时期古植被、古气候、古地理和聚煤期构造，以及古沉积环境、泥炭沼泽、海进海退等；根据煤田上覆地层、煤田岩浆活动、煤田构造、确定聚煤期后的地质发育过程，综合聚煤期前形成的聚煤条件，聚煤期中古地理环境，聚煤期后的地壳活动，形成煤田地质发育史，以上是通用的综合方法。

遥感地质是在基础地质的基础上，特别是在煤田地质发育史的基础上，发挥遥感卫星图像的空间优势，进行深化解释研究，提高地质认知。

含煤建造地质发育史：根据遥感地质实测基准剖面，分析认知含煤建造的发育过程，结合卫星影像的空间位置确定含煤建造的沉积范围；根据卫星影像中含煤建造的出露分布状况和构造作用，确定含煤建造的后期改造过程。

遥感地史回归分析：以卫星遥感影像作空间格架，依据卫星影像中各组地层分布出露范围，按照含煤建造发育史从现代开始向以往的地质时代，作回归分析。例如从第四纪开始，第四系地层分布范围及占有空间，第三系出露分布范围，喜马拉雅山运动区内活动状况；中生代地层沉积、岩浆活动和燕山运动状况及中生代含煤建造的分布范围、改造形态；古生代含煤建造的分布范围及产出状态。

遥感地史回归分析的目的是：确定含煤建造的沉积范围和建造改造后现在的出露范围，分析其改造过程，寻找含煤建造隐伏地段、赋存空间，寻找新的煤炭资源。

含煤地区在遥感找煤中主要由煤层厚度、煤层保存的空间间距、赋存深度、储存规模等4个因素构成，以下式表达为：

(M＞0.7m)∩(H＞1)∩(T＜1000m)∩(G＞100Mt)

其中：M＞0.7m——煤层厚度大于工业最低开采厚度(老矿区的煤层层数、分层厚度，可采总厚是已知的)

H＞1——煤层保存空间的最低标准，等于第一个可采煤层与煤系基底之间的距离加煤层风化带厚度(老矿区是已知的)；

T＜1000m——可采煤层的垂直深度小于1000m；

G＞100Mt——可采煤层的估算资源量大于1亿吨。

在前述公式中，M、H是老矿区的已知数据，其它找煤区可参照邻近的地区值。如何寻找达到H值的储煤空间，是遥感找煤的一个关键。

确定“H”是中分辨率卫星影像提取的信息与高分辨率卫星影像提取的信息相结合，在两者的解译成果经过前述的“图像复合”处理后，从“划分找煤构造区”开始，进行下列工作：

划分找煤构造区

按照中分辨率卫星影像提取的线性地质影像，结合高分辨率卫星影像解译的煤层与煤系地层，地层与建造，产状与构造，确定每条线性地质影像的性质，包括是断裂还是褶皱，是正断层还是逆断层、断层的产状、断距，是向斜还是背斜，两翼产状、褶皱幅度。在确定线性影像地质性质的基础上，根据线性影像所反映的构造组合，划分找煤构造区。

以雷达卫星和航空遥感数据图像对划分的构造区进行验证、补充。对确定后找煤构造区分区编号。

以找煤构造区为单位分区研究，按构造区补充雷达卫星、航空遥感数据和非遥感数据，分别研究各个构造区在含煤建造形成后的后期改造中，煤层与煤系地层的破坏和保存现状。

以卫星遥感影像作二维空间构架，纵切地质剖面作三维空间分析，结合含煤建造地质发育史，进行含煤建造后的后期改造演化的遥感地史回归分析，达到遥感找煤的目的。

各小区按a盖层，b含煤建造，c基底地层的三层关系分析对比，构造区内的地下空间，由：

a+c组成＝无煤区，舍去；

a+b+c组成＝有煤系地层，进一步工作；

在a+b+c的空间寻找H值：

H值＜1的达不到遥感找煤的最低标准，舍去；

H值＞1的达到遥感找煤的最低标准，进一步工作；

对H的赋存空间分析，求得T值：

T＞1000m的舍去；

T＜1000m的继续工作；

根据T所圈定的范围求得G值：

G＜100Mt(1亿吨)舍去；

G＞100Mt(1亿吨)为目标区。

根据T所圈定的范围和G值的大小，以及工程施工条件，选择进一步钻探、物探的工作靶区。

图6是本发明的一种实施方式的找煤流程图，利用本发明的方法在乌达地区找煤。利用该方法所获取该地区的含煤构造信息如图7所示。

该地区的地层为：上覆地层为新生代红层及第四纪沙漠，下覆地层为石炭二叠纪含煤地层。

该地区的构造为：F1、F2、F3、F4为大断层，F1以西为乌达向斜，F1-F3为隆起区，F3-F4为地堑、下降区。该地区F1-F2-F3地段是上升地区，沙漠覆盖下没有煤层，两侧是下降区，保存有煤系地层和可采煤层，其中F1以西为已知的乌达煤田，F3-F4为下降的地堑，保存有煤系地层和可采煤层，是新发现的含煤地区。

依据该方法在乌达煤田已知矿区周围找到新含煤区，其中，F3-F4之间为沙漠下新发现的含煤地区。乌达老矿区煤层深度300m，新发现的含煤地区煤层深度300-1000m。

对地观测类资源卫星，高空大面积扫描影像，可以反映出沙漠覆盖下基底岩层隐伏的构造信息(或称透视信息)，特别是大型断层的直接或间接信息。由于断层的长期持续活动，使断层以及断层两侧的影像，具有明显的影像差异，根据断层控制煤层赋存的构造原理，分析大断层及其升降活动，寻找沙漠覆盖下，断层下降保存含煤地层并且具有可采煤层的地段，可以发现新煤田或新的含煤地区。

对该地区进行具体分析：该地区为石炭二叠纪煤田，在古生代石炭、二叠纪时期沉积了连续的大面积煤田；中生代时期，由于地壳的造山运动作用，含煤地层褶皱断裂，中部断裂隆起(F1-F3断层)，两侧沉陷，西部(F1断层以西)沉陷后构成今日的乌达煤田，东部(F3-F4断层)形成地堑，地堑下降后保存了含煤地层；新生代以来，被大片红层和乌兰布和沙漠覆盖。

经过地面地质填图(1∶2.5万)验证、物探(二维地震)验证和个别钻孔验证，沙漠及新生界巨厚覆盖层下有含煤地层、有煤层、有可采煤层，属石炭二叠系炼焦煤，地质构造形态基本正确，初步估算预测煤炭资源量13933.91万吨，直接经济价值约8.4亿元，能够建设一座120万吨/年的大型矿井，开采60年。

以乌达矿区外围为例，常规找煤方法：钻探，施工20个钻孔，总进尺16000m，单价677元/m，钻探工程费用1083.2万元，物探、二维地震300km2，单价120万元/100km2，地震工程费360万元，两项合计常规找煤方法需投资1440.2万元。

本发明采用卫星遥感沙漠地区找煤技术，遥感勘查费用130万元，并以二维地震及少量钻孔验证，其中二维地震100km2，单价120万元/100km2，费用120万元；钻探，3个钻孔累计进尺3000m，单价677元/m，费用203.1万元。三项合计遥感经费453.1万元。卫星遥感沙漠找煤经费是常规方法找煤经费的31.46％，降低成本三分之二。沙漠地区地质勘查工作环境恶劣，钻探、物探施工条件非常困难，施工期短(每年5月-10月)。常规方法两台钻机施工两个年度，工期10个月。遥感方法两台钻机打验证钻孔施工4个月加上前期的遥感地质验证野外填图1个月，共5个月。沙漠地区找煤，采用遥感技术投入130万元，经过半年的室内解译和野外验证，若无煤则停止找煤工作，风险很小；采用常规方法，用钻探加物探施工两年，投资1440.1万元，若无煤，其经济损失是遥感方法的10倍。

本领域技术人员可以理解，尽管本发明是通过上述的优选实施例进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到在不脱离本发明主旨的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。