地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (5): 216-226.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.22
收稿日期:
2022-12-20
修回日期:
2023-02-14
出版日期:
2023-09-25
发布日期:
2023-10-20
通信作者:
*左仁广(1981—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事数学地质与矿产勘查方面的研究工作。E-mail: zrguang@cug.edu.cn
作者简介:
王子烨(1991—),男,博士,副教授,主要从事数学地质与矿产勘查方面的研究工作。E-mail: ziyewang@cug.edu.cn
基金资助:
WANG Ziye1,2(), ZUO Renguang1,*(
)
Received:
2022-12-20
Revised:
2023-02-14
Online:
2023-09-25
Published:
2023-10-20
摘要:
稀有金属在新材料、新能源和信息技术等新兴产业中具有不可替代性,已成为全球争夺的关键战略性矿产资源。喜马拉雅地区广泛发育呈东西向分布的淡色花岗岩带,延绵上千千米,已被证实具有较大的稀有金属找矿潜力,有望成为我国重要的稀有金属成矿带。以往喜马拉雅淡色花岗岩识别主要依靠野外地质填图,然而该地区自然条件恶劣,地质研究工作程度较低,使得圈定的淡色花岗岩空间分布范围具有不确定性,制约了该地区进一步找寻稀有金属矿。本文围绕喜马拉雅淡色花岗岩的识别,探讨了如何利用地球化学、地球物理和遥感等多源数据,基于机器学习技术在区域尺度和矿区尺度上圈定淡色花岗岩的空间分布范围,为该区进一步稀有金属找矿工作提供参考依据。研究发现:(1)区域勘查地球化学、地球物理和遥感数据可从不同的角度为高效识别淡色花岗岩提供有效的信息;(2)多源数据融合技术通过结合同一目标的不同特征,可以吸收各种数据源的优点,实现不同类型数据的优势互补;(3)深度学习较传统的浅层机器学习算法在深层次地学数据挖掘与集成方面具有显著优势,可深入挖掘多源地学数据间的相关信息,提取与淡色花岗岩有关的高级特征,从而提高岩体识别精度。
中图分类号:
王子烨, 左仁广. 基于多源数据融合的喜马拉雅淡色花岗岩识别[J]. 地学前缘, 2023, 30(5): 216-226.
WANG Ziye, ZUO Renguang. Mapping Himalayan leucogranites by machine learning using multi-source data[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(5): 216-226.
图4 喜马拉雅淡色花岗岩与寒武纪花岗质片麻岩(据文献[39]) a—光谱曲线;b—地球化学分析指标。
Fig.4 Spectral curves derived from ASTER image (a) and chemical composition graphs (b) for Himalayan leucogranites and Cambrian granite gneiss. Adapted from [39].
图6 错那洞地球化学和遥感影像数据(据文献[39]) a—错那洞地球化学数据(底图为Fe2O3含量分布图层);b—ASTER遥感影像(由波段3、2、1假彩色合成)。
Fig.6 Fe2O3 concentration layer from grid survey (a) and ASTER false color composite image bands 3, 2, 1 (b) of the Cuonadong dome. Adapted from [39].
图7 Fe2O3地球化学图层与ASTER遥感影像融合结果(据文献[39])
Fig.7 Composite image combining Fe2O3 concentration layer and ASTER image (spectral bands B1-B9). Adapted from [39].
图8 基于遥感影像融合的错那洞岩性填图(据文献[37]) a—ASTER和Sentinel-2融合影像; b—ASTER影像。
Fig.8 Lithological classification of the Cuonadong dome by remote sensing. (a) Composite image combining ASTER and Sentinel-2 remote sensing images. (b) ASTER image alone (adapted from [37]).
图9 基于随机森林测度学习的错那洞岩性填图(据文献[39])
Fig.9 Lithological classification of the Cuonadong dome using multi-source data combined with random forest metric learning. Adapted from [39].
图10 基于全卷积神经网络的错那洞岩性填图(据文献[45])
Fig.10 Lithological classification of the Cuonadong dome using multi-source data combined with fully convolutional network. Adapted from [45].
岩性单元 | ASTER影像+ 随机森林[ | ASTER影像+地球化学数据+ 随机森林[ | ASTER影像+地球化学+航磁数据+ 全卷积神经网络[ |
---|---|---|---|
侏罗系砂岩、板岩 | 97.0% | 98.1% | 99.0% |
下古生界大理岩 | 39.7% | 70.0% | 83.0% |
三叠系砂岩、板岩 | 51.9% | 91.3% | 95.0% |
寒武纪花岗质片麻岩 | 65.6% | 85.5% | 94.0% |
古生代黑云母石英片岩 | 54.5% | 80.77% | 92.0% |
第四纪地层 | 84.9% | 91.2% | 94.0% |
喜马拉雅淡色花岗岩 | 75.3% | 87.8% | 96.0% |
总分精度 | 85.75% | 93.16% | 96.0% |
表1 错那洞岩性填图定量评价结果(据文献[37,39,45])
Table 1 Quantitative performance evaluation of three lithological classification methods for each lithological unit of the Cuonadong dome. Adapted from [37,39,45].
岩性单元 | ASTER影像+ 随机森林[ | ASTER影像+地球化学数据+ 随机森林[ | ASTER影像+地球化学+航磁数据+ 全卷积神经网络[ |
---|---|---|---|
侏罗系砂岩、板岩 | 97.0% | 98.1% | 99.0% |
下古生界大理岩 | 39.7% | 70.0% | 83.0% |
三叠系砂岩、板岩 | 51.9% | 91.3% | 95.0% |
寒武纪花岗质片麻岩 | 65.6% | 85.5% | 94.0% |
古生代黑云母石英片岩 | 54.5% | 80.77% | 92.0% |
第四纪地层 | 84.9% | 91.2% | 94.0% |
喜马拉雅淡色花岗岩 | 75.3% | 87.8% | 96.0% |
总分精度 | 85.75% | 93.16% | 96.0% |
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