高光谱遥感、地球化学与同位素方法综合研究烃渗漏引起的岩石异常
同位素地球化学研究室始建于1973年，1990年与地质研究所同位素地质年代学实验室联合组建地质矿产部同位素地质开放实验室，2007年成为国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室的重要组成部分。该研究室拥有NEPTUNE激光多接收等离子质谱、MAT253气体同位素质谱（2台）、Helix SFT稀有气体同位素质谱等大型仪器设备和国内最齐全的稳定同位素分析方法，其中SiF4高精度硅同位素分析方法为国际首创，SF6高精度硫同位素分析方法、硝酸盐和硫酸盐的三氧同位素分析方法、激光多接收等离子质谱（LA-MC-ICP-MS）微区原位硼同位素分析方法等为国内第一个建立，研制了多种同位素标准物质，在国内外有重要影响。
1.业务定位
开展同位素分析、定年新技术研发和同位素基础理论研究；利用同位素技术研究确定成岩成矿时代，示踪成岩成矿物质来源，揭示岩石矿床的形成条件及全球气候环境变化；积极对外开放，建成我国重要的同位素地球化学技术支撑平台。
2.发展方向
研发同位素分析和定年新技术；利用同位素技术确定成岩成矿时代，示踪成岩成矿物质来源和形成条件；为我国地质科技创新提供同位素技术支撑。
3.研究内容
开展同位素地质新技术研发和同位素基本理论研究，利用同位素技术和理论研究解决基础地质、矿产资源和气候环境领域的重大科学问题；重点是微区原位同位素、非传统同位素和非质量同位素效应分析技术及应用。
地球化学 编辑词条
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地球化学是主要研究地球各组成部分的化学成分及其变化规律，化学过程及其制约因素，化学演化及其成因与机理的学科。是地质学和化学相互融合的边缘学科，并涉及与自然过程有关的所有学科中的化学研究。化学元素和同位素是其基本的研究对象。
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目录
1基本简介
2发展历程
3发展阶段
4分支学科
5研究方法
1 基本简介
2 发展历程
3 发展阶段
3.1 萌芽时期
3.2 形成时期
3.3 发展时期
4 分支学科
4.1 元素地球化学
4.2 同位素地球化学
4.3 有机地球化学
4.4 天体化学
4.5 环境地球化学
4.6 矿床地球化学
4.7 区域地球化学
4.8 勘查地球化学
5 研究方法
基本简介编辑本段
地球化学主要研究地球和地质体中元素及其同位素的组成，定量地测定元素及其同位素在地球各个部分(如水圈、气圈、生物圈、岩石圈)和地质体中的分布；研究地球表面和内部及某些天体中进行的化学作用，揭示元素及其同位素的迁移、富集和分散规律；研究地球乃至天体的化学演化，即研究地球各个部分，如大气圈、水圈、地壳、地幔、地核中和各种岩类以及各种地质体中化学元素的平衡、旋回，在时间和空间上的变化规律。
发展历程编辑本段
从19世纪开始，一些工业国家逐渐开展系统的地质调查和填图、矿产资源的寻找及开发利用促进了地球化学的萌芽。1838年，德国舍恩拜因首先提出“地球化学”这个名词。19世纪中叶以后，分析化学中的重量分析、容量分析逐渐完善；化学元素周期律的发现以及原子结构理论的重大突破，为地球化学的形成奠定了基础。
1908年，美国克拉克发表《地球化学资料》一书。在这部著作中，克拉克广泛地汇集和计算了地壳及其各部分的化学组成，明确提出地球化学应研究地球的化学作用和化学演化，为地球化学的发展指出了方向。挪威戈尔德施密特在《元素的地球化学分布规则》中指出化学元素在地球上的分布，不仅与其原子的物理化学性质有关，而且还与它在晶格中的行为特性有关。这使地球化学从主要研究地壳的化学纽成转向探讨化学元素在地球中分布的控制规律。
1922年费尔斯曼发表《俄罗斯地球化学》一书，系统论述了各地区的地球化学，是第一部区域地球化学基础著作。1924年维尔纳茨基发表了《地球化学概论》一书，首次为地球化学提出了研究原子历史的任务，最先注意到生物对于地壳、生物圈中化学元素迁移、富集和分散的巨大作用。1927年他组织和领导了世界上第一个地球化学研究机构——生物地球化学实验室。
与此同时，放射性衰变规律的认识、同位素的发现、质谱仪的发明与改进，导致了同位素地球化学，特别是同位素地质年代学的开拓。1907年美国化学家博尔特伍德发表了第一批化学铀-铅法年龄数据。30～40年代铀-钍-铅法、钾-氩法、钾-锶法、普通铅法、碳-14法等逐步发展完善，使同位素地质年代学初具规模。
20世纪50年代以后，地球化学除了继续把矿产资源作为重要研究对象以外，还开辟了环境保护、地震预报、海洋开发、农业开发、生命起源、地球深部和球外空间等领域的研究。地球化学分析手段飞速发展，广泛应用超微量、高灵敏度的分析测试技术和仪器，配合电子计算机的使用，不仅可获得大量高精度的分析数据，而且可以直接揭示样品中难于观测的元素及其同位素组成的细微变化和超微结构。
在这个时期，中国在元素地球化学、同位素地质年代学方面也取得了一批重要成果，如1961年李璞等发表了中国第一批同位素年龄数据；1962年黎彤等发表了中国各种岩浆岩平均化学成分资料；1963年中国科学院完成了中国锂铍铌钽稀土元素地球化学总结，提出了这些矿种的重要矿床类型和分布规律。
发展阶段编辑本段
萌芽时期
19世纪一些工业先进国家逐渐开展的系统的地质调查和填图、矿产资源的寻找及开发利用促进了地球化学的萌芽。1838年，德国C.F.舍恩拜因首先提出“地球化学”这个名词。19世纪中叶以后，分析化学中的重量分析、容量分析逐渐完善；化学元素周期律的发现以及原子结构理论的重大突破（如放射性的发现），为地球化学的形成奠定了基础。
形成时期
1908年，美国F.W.克拉克发表《地球化学资料》一书，1924年出版了第五版。在这部著作中，克拉克广泛地汇集和计算了地壳及其各部分的化学组成，明确提出地球化学应研究地球的化学作用和化学演化，为地球化学的发展指出了方向。挪威V.M.戈尔德施密特在《元素的地球化学分布规则》(1923～1938)中，指出化学元素在地球上的分布，不仅与其原子的物理化学性质有关，而且还与它在晶格中的行为特性有关。这使地球化学从主要研究地壳的化学组成转向探讨化学元素在地球中分布的控制规律。
苏联В。И.维尔纳茨基和А。Е.费尔斯曼共同建立了苏联的地球化学学派。1922年费尔斯曼发表《俄罗斯地球化学》一书，系统论述了各地区的地球化学，是第一部区域地球化学基础著作。1924年维尔纳茨基发表了《地球化学概论》一书，首次为地球化学提出了研究原子历史的任务，最先注意到生物对于地壳、生物圈中化学元素迁移、富集和分散的巨大作用。1927年他组织和领导了世界上第一个地球化学研究机构──生物地球化学实验室。30年代费尔斯曼出版了《地球化学》(4卷)，多方面分析了地壳中各种原子运移的规律。与此同时，放射性衰变规律的认识、同位素的发现、质谱仪的发明与改进，导致了同位素地球化学，特别是同位素地质年代学的开拓。1907年美国化学家B.B.博尔特伍德发表了第一批化学铀－铅法年龄数据。30～40年代铀－钍－铅法、钾－氩法、铷－锶法、普通铅法、碳－14法等逐步发展完善，使同位素地质年代学初具规模。
发展时期
50年代以后，地球化学除了继续把矿产资源作为重要研究对象以外，还开辟了环境保护、地震预报、海洋开发、农业开发、生命起源、地球深部和球外空间等领域的研究。地球化学分析手段飞速发展，广泛应用超微量、高灵敏度的分析测试技术和仪器，配合电子计算机的使用，不仅可获得大量高精度的分析数据，而且可以直接揭示样品中难于观测的元素及其同位素组成的细微变化和超微结构。一些新的年代测定法，如铀系法、裂变径迹法、氩－40/氩－39法、钐－钕法、热释光法等相继成熟，使同位素地质年代学方法更加完善。
在这个时期，中国在元素地球化学、同位素地质年代学方面取得了一批重要成果，如1961年李璞等发表了中国第一批同位素年龄数据；1962年黎彤等发表了中国各种岩浆岩平均化学成分资料；1963年中国科学院完成了中国锂铍铌钽稀土元素地球化学总结，提出了这些矿种的重要矿床类型和分布规律。
分支学科编辑本段
元素地球化学
它从岩石等天然样品中化学元素含量与组合出发，研究各个元素在地球各部分以及宇宙天体中的分布、迁移与演化。在矿产资源研究中，元素地球化学发挥了重要作用，微量元素地球化学研究提供了成岩、成矿作用的地球化学指示剂，并为成岩、成矿作用的定量模型奠定了基础。
同位素地球化学
根据自然界的核衰变、裂变及其他核反应过程所引起的同位素变异，以及物理、化学和生物过程引起的同位素分馏，研究天体、地球以及各种地质体的形成时间、物质来源与演化历史。同位素地质年代学已建立了一整套同位素年龄测定方法，为地球与天体的演化提供了重要的时间坐标。已测得：太阳系各行星形成的年龄为45～46亿年，太阳系元素的年龄为50～58亿年。在矿产资源研究中，同位素地球化学可以提供成岩、成矿作用的多方面信息，为探索某些地质体和矿床的形成机制和物质来源提供依据。
有机地球化学
研究自然界产出的有机质的组成、结构、性质、空间分布、在地球历史中的演化规律以及它们参与地质作用对元素分散富集的影响。生命起源的研究是有机地球化学的重要内容之一。包括两方面：一是对生命前期有机物质演化及前寒武纪古老岩石中生命痕迹的探索；二是根据天体演化规律，进行地球上早期生命及生命起源机制的模拟实验。有机地球化学建立的一套生油指标，为油气的寻找和评价提供了重要手段。
天体化学
研究元素和核素的起源，元素的宇宙丰度，宇宙物质的元素组成和同位素组成及其变异，天体形成的物理化学条件及在空间、时间的分布、变化规律。
环境地球化学
研究人类生存环境的化学组成、化学作用、化学演化及其与人类的相互关系，以及人类活动对环境状态的影响及相应对策。环境地球化学揭示了某些疾病的地区性分布特征及其与环境要素间的关系。
矿床地球化学
研究矿床的化学组成、化学作用和化学演化。着重探讨成矿的时间、物理化学条件、矿质来源和机理等问题。它综合元素地球化学、同位素地球化学、勘查地球化学和实验地球化学等分支学科的研究方法和成果，为矿产的寻找、评价、开发利用服务。
区域地球化学
研究一定地区某些地质体和圈层的化学组成、化学作用和化学演化，以及元素、同位素的循环、再分配、富集和分散的规律。它为解决区域各类基础地质问题、区域成矿规律和找矿问题以及区域地球化学分区与环境评价等服务。区域地球化学揭示的元素在空间分布的不均匀性，为划分元素地球化学省和成矿远景区提供了依据。
勘查地球化学
通过对成矿元素和相关元素在不同地质体及区带的含量和分布研究，找出异常地段，以便缩小和确定找矿及勘探对象。除直接为矿产资源服务外，它也是环境评价及国土规划的重要参考。
地球化学的一些重大成果是各分支学科综合研究的结果。如陨石、月岩与地球形成的同位素年龄的一致，表明太阳系各成员形成独立宇宙体的时间是大致相同的。又如微量元素和同位素研究，导致发现地幔组成的不均一性（垂向的和区域的），提出了双层地幔模型，加深了对地球内部的认识。天体化学、微量元素和同位素地球化学研究，还为新灾变论提供了依据。
研究方法编辑本段
综合地质学、化学和物理学等的基本研究方法和技术形成的一套较为完整和系统的地球化学研究方法。包括：野外地质观察、采样；天然样品的元素、同位素组成分析和存在状态研究；元素迁移、富集地球化学过程的实验模拟等。在思维方法上，对大量自然现象的观察资料和岩石、矿物中元素含量分析数据的综合整理，广泛采用归纳法，得出规律，建立各种模型，用文字或图表来表达，称为模式原则。
随着研究资料的积累和地球化学基础理论的成熟和完善，特别是地球化学过程实验模拟方法的建立，地球化学研究方法由定性转入定量化、参数化，大大加深了对自然作用机制的理解。现代地球化学广泛引入精密科学的理论和思维方法研究自然地质现象，如量子力学、化学热力学、化学动力学、核子物理学等，以及电子计算技术的应用使地球化学提高了推断能力和预测水平。在此基础上编制了一系列的地质和成矿作用的多元多维相图，建立了许多代表性矿床类型成矿作用的定量模型和勘查找矿的计算机评价和预测方法。
一、内容概述
很早以前就有人观察到地表油气泄露的现象。其中一部分直接导致了许多有巨大经济价值的油气田的发现。即便通过地表异常未能探测到大型油气藏，也表明该地区有油气藏存在。过去70多年以来，为了更容易更准确地寻找石油，已经开发了许多种地球物理与地球化学方法。
地表矿物与化学成分的细微变化是由于烃类物质与岩石相互作用引起的，因而对未来油气勘查具有指示意义。在油气勘查初期阶段，建立地表岩石改变（这些应当可以通过各种手段检测到）与深部油气藏之间的联系是十分重要的。
地表岩石蚀变可通过反射光谱、高光谱、地球化学与同位素方法来进行识别与填图，在划分出蚀变与未蚀变区的同时，通过高光谱遥感得到该地区的矿物分布图，了解矿物与化学成分的细微变化，并研究其机制。使用这些方法有许多好处，尤其是在那些偏远的、地面上难以进入因而不好开展野外调查的地区，也能发现油气资源潜力。
二、应用范围及应用实例
为了查明烃类物质微渗漏地区是否有特殊的矿物组合，并出现相应的化学成分变化，综合采用了高光谱遥感、地球化学与同位素方法。其中遥感用于对地表岩石蚀变进行填图，地球化学用于研究蚀变过程。研究区选在有Wingate砂岩（蚀变或未蚀变）出露的犹他州里斯本峡谷（Petrovic et al.，2012）。对HyMap高光谱数据采用光谱角填图（SAM）方法划分蚀变与未蚀变露头区的范围，同时对出露岩石的矿物含量进行填图。而光谱特征拟合（SFF）法则用来识别该地区的岩性变化。同时还使用反射光谱、薄片观察、主要元素与次要元素及微量元素分析、稳定碳同位素与氧同位素分析，对漂白的（已蚀变）和未漂白的（未蚀变）的样品进行研究，以便圈出具有类似岩石组成的区域，并识别出那些由于下伏油气藏中的烃渗漏引起的变化区。
对那些具有相似结构与颗粒大小，但矿物成分不同的样品作了反射光谱测量。Wingate砂岩有3种类型：一是红色的未漂白样品，位于背斜西翼中部；二是灰色的漂白样品，来自西南部；三是黄色的漂白样品，来自里斯本峡谷西北部。上述3种类型砂岩的反射光谱曲线被用来对里斯本峡谷地区进行填图，以便表示出不同类型（蚀变、未蚀变）砂岩的出露情况。这3种类型砂岩还作为端元组分，用来对HyMap数据进行分类（图1）。结果表明，西南部以蚀变岩石为主，在背斜中部则没有或只有很少的蚀变岩石；红色未蚀变岩石仅出露在背斜中Wingate砂岩露头的中间部分，这与野外观察结果吻合。
为了得到矿物分布图，首先从USGS光谱库中选择了特定矿物的光谱曲线，然后跟HyMap反射光谱数据进行对比。因为通过反射光谱学分析已经知道，蚀变和未蚀变Wingate砂岩的主要矿物学区别在于它们具有不同的赤铁矿、方解石与高岭石含量（图2），所以就选择这3种矿物作为分类对象。
图1 里斯本峡谷蚀变与未蚀变岩石的光谱角填图分类结果
图2 里斯本峡谷地区Wingate砂岩中赤铁矿与高岭石
为了揭示该地区的岩性分布，进一步采用光谱特征拟合（SFF）法对HyMap数据进行了处理。同样，也选取了赤铁矿、高岭石与方解石3种矿物。根据其USGS光谱反射曲线，选取了覆盖它们的吸收特征的波段区间。赤铁矿光谱吸收发生在0.75 ～1.1μm，高岭石在2.11～2.25μm，方解石在2.25～2.40μm。结果用RGB彩色合成图演示（图3）。图中比较清楚地反映了上述3种矿物在该地区的相对分布。
图3 大里斯本峡谷地区Wingate砂岩的光谱特征拟合结果
研究结果表明，该地区未蚀变的Wingate砂岩样品赤铁矿和长石含量比漂白的样品高，表现为黏土、方解石和黄铁矿含量较多。有些漂白样品还含有较高浓度的U、Mo，形成于与烃有关的还原性环境，它们与未蚀变样品相比亏损了13 C。根据以上结果，建立了Wingate砂岩内部变化的化学反应模型。由于烃引起的还原性环境使得硫酸根离子（来自于地下水或H2S被氧化）转化成硫化物离子，结果赤铁矿被还原成黄铁矿。从该反应中释放出来的氢离子与岩石中可能存在的长石反应，结果生成了高岭石。这些条件有利于二价碳酸根离子与钙离子（可能来自于地下水）反应，从而在赤铁矿还原和清除后留下的孔隙空间生成了方解石。
上述研究表明，地表矿物与化学成分的细微改变确实能起到引导进一步油气勘探的作用。这种模式与相关方法可以运用到世界上其他具有相似地表特征的地区。
三、资料来源
Petrovic A，Khan S D，Thurmond A K.2012.Integrated hyper spectral remote sensing，geochemical and isotopic studies for understanding hydrocarbon⁃induced rock alterations.Marine and Petroleum Geology，35：292～308
高光谱遥感、地球化学与同位素方法综合研究烃渗漏引起的岩石异常_百 ...
答：地表岩石蚀变可通过反射光谱、高光谱、地球化学与同位素方法来进行识别与填图，在划分出蚀变与未蚀变区的同时，通过高光谱遥感得到该地区的矿物分布图，了解矿物与化学成分的细微变化，并研究其机制。使用这些方法有许多好处，尤其是在那些偏远的、地面上难以进入因而不好开展野外调查的地区，也能发现油气资...
遥感地质初步解译
答：为了满足成图精度,结合航天遥感数据的空间、光谱、时间分辨率和价格及地质应用效果,1∶250000 遥感地质解译以中空间分辨率 ( 不低于 30 m) ,光谱覆盖可见光至红外波段的多光谱数据为主,当选最佳数据类型为 ETM+/ TM 或 ASTER。但在经费许可的前提下,可收集少量的 SPOT、CBERS、SAR、ERS 或航空数据补充。 ( 2)...
应用环境介绍
答：航空高光谱数据拟通过加拿大Itres公司的机载高光谱成像仪(AHIS)获取;AHIS上装有双传感器光谱相机(CASI-1500和SASI-600)。 航空飞行试验以陕西榆林地区500km2 的稀疏植被覆盖试验区为航空高光谱图像数据的获取区域,用于完成油气高光谱勘探中的基于航空短波红外高光谱遥感的综合异常区圈定的复查。据地质分析,该地区盆地断...
HyMAP机载成像光谱仪
答：从航空高光谱数据得出了白色云母含量与空间分布，与已经发表的热液蚀变图进行对比，发现了不同。进而根据全岩地球化学与氧同位素地热梯度研究得出的温度进行分析，结果发现高光谱图像可以划分为3条不同的带：①富Al白色云母带，位于火山岩地层的上部，可能与未进化海水的补给有关；②贫Al白色云母带，位于火...
高光谱远景成矿区预测
答：5）地球化学：黄山、黄山东铜镍矿床的指示元素为Cu，Ni，Cr，Zn的综合异常；6）遥感：研究区HyMap110-30-5三个波段的彩色合成图像中，黄山、黄山东铜镍矿均呈现深蓝灰色眼球状，蚀变异常与岩体出露密切相关。图8.75 基于高光谱遥感信息的成矿预测模型 位于研究区中部、黄山岩体东侧的侵入岩体为二长...
遥感技术找矿理论与方法
答：应用遥感技术来寻找矿产，在许多地区主要是通过研究控矿、容矿的地质条件，寻找与矿产赋存有关的标志，而达到间接找矿的目的。遥感找矿是以电磁波理论为基础。任何一个内生金属矿床成矿的地球化学晕和地球物理异常场都是成矿过程中的必然产物，具有较强的光谱敏感性，在遥感图像上以色、线、环的组合...
遥感地质勘查技术与应用论文
答：最近几年,遥感数据原有的分辨率,正不断被提升。采纳遥感手段,可以判别地物固有的几何尺寸、概要形状及固有的细化纹理、地物内部架构。高空间特有的遥感方式,能搜集得来最优的影像数据,以便明晰地物的属性。高光谱架构下的技术,可直接判别地物的轮廓。高光谱特有的遥感手段,对于搜集得来的像元光谱,能重新去建构。依循细...
遥感信息与区域成矿预测
答：类比法是遥感常用的找矿预测方法，主要通过已知矿床、矿（化）点的遥感解译和分析，提取与矿化有关的异常信息作为找矿标志，并将其与周边地区进行类比分析、寻找新的矿化目标。（五）遥感及多变量找矿评序法 该方法首先将所提取出的有效控矿因素作为变量（矿化蚀变遥感影像异常、地球化学异常、地球物理...
国内外遥感研究现状
答：②没有充分应用不同尺度遥感影像的空间和光谱信息，对煤层自燃的发生、发展和熄灭过程中的遥感主要监测指标及地质环境意义进行系统性研究；③对于较大规模的煤火调查，已经形成了航空、航天、地面遥感相结合的探测方法，但尚无形成基于高分辨率遥感与高精度航空地球物理探测方法相结合的探测方法。
后遥感应用技术研究目录
答：砂岩型铀矿区的构造地球化学障碍后遥感应用技术也得到深入探索。泊江海子油气环状构造的发现，揭示了构造-油气型砂岩铀矿的新成矿类型，而后遥感技术为这些理论观点提供了有力的技术支撑。此外，后遥感应用技术与卫星遥感信息产业化的结合，不仅推动了地质科学研究的创新，也展示了其在实际应用中的广阔前景。
