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[关键词] 升麻素苷;升麻素;毛蕊异黄酮葡萄糖苷;药代动力学
[收稿日期] 2014-07-17
[基金项目] 国家自然科学基金青年基金项目(81102825)
[通信作者] *赵晓莉,副研究员,博士,硕士生导师,研究方向为中药新剂型新技术应用与评价研究,Tel:(025)85811230,E-mail:
《本草衍义》云:“黄芪、防风,世多相须而用”。黄芪作为传统的补益类中药,具有补气升阳、益卫固表、利水退肿之功;防风具有解表散风、胜湿止痛、祛风止痉之效。二者配伍可驱邪扶正,在治疗虚人外感、表虚自汗等多种病症中均有良好疗效,历代医著方剂中对黄芪、防风的配伍使用均有记载[1-3],现代调查研究表明,黄芪、防风在中医临床配伍使用的频率仍较高[4-5]。现代药效学实验研究表明黄芪、防风配伍后,在增强免疫、抗氧化等生物效应上具有显著的协同增效作用[6-7]。以升麻素苷、升麻素等为代表的色原酮类成分,是防风发挥药效作用的主要物质基础[8],且升麻素苷在体内极易转化为其苷元升麻素[9]。毛蕊异黄酮葡萄糖苷及其苷元是黄芪中主要的黄酮类活性成分。本课题组在前期进行了黄芪、防风饮片配伍前后药代动学力学参数的比较研究,结果提示药对配伍后两药的主要活性成分的药代动力学参数发生明显变化,各自的生物利用度有所提高。本实验选取前期实验中药代动力学特征变化显著的升麻素苷、毛蕊异黄酮葡萄糖苷为研究对象,通过大鼠口服升麻素苷与毛蕊异黄酮葡萄糖苷配伍升麻素苷后升麻素苷及其苷元升麻素血药浓度-时间曲线及其药动学参数的比较分析,进一步揭示黄芪-防风配伍的科学内涵。
1 材料
1.1 药材、对照品和试剂
橙皮苷对照品(批号110721-201115)、升麻素苷对照品(批号111522-201008)、升麻素对照品(批号111710-200501)均购于中国食品药品检定研究院;毛蕊异黄酮葡萄糖苷原料药(批号20120425, 纯度为98%)购于上海源叶生物科技有限公司, 升麻素苷原料药(纯度为98%)(南京泽郎医药科技有限公司);甲醇(色谱纯,德国Merck公司)、乙腈(色谱纯,德国Merck公司),其余溶剂均为分析纯,水为密理博超纯水仪制备的超纯水。
1.2 动物
清洁级SD大鼠,全雄,体重220~250 g。合格证号SCXK(苏)2008-5033。
1.3 仪器
超高效液相色谱-TQD质谱联用仪(ACQUITY系统,美国Waters公司) ,MassLynx V4.1工作站。BP211D型电子分析天平(德国Sartorius公司),MicroCL 21R微量离心机(美国赛默飞世尔科技公司),微量移液器(德国Eppendorf公司),Vortex-Genie 2涡旋振荡器(美国Scientific Industries公司),DCY-24G 可调式浓缩仪(青岛海科仪器有限公司),默克密理博Synergy超纯水仪(德国Merck公司)。
2 方法与结果
2.1 对照品溶液的制备
2.1.1 系列浓度对照品溶液的配制 分别取干燥至恒重的升麻素苷、升麻素对照品适量,精密称定,加入甲醇溶解并定容至刻度,摇匀,制得升麻素苷、升麻素质量浓度分别为9.6,384 mg・L-1的混合对照品储备液,密封后置4 ℃冰箱冷藏,待用时用甲醇稀释升麻素苷、升麻素至0.48,19.2 mg・L-1,作为标准曲线的第1个点,再逐倍稀释成系列浓度的混合对照品溶液。
2.1.2 内标溶液的配制 取干燥至恒重的橙皮苷对照品适量,精密称定,加入甲醇溶解并定容至刻度,制得质量浓度为120 mg・L-1的内标储备液,密封后置4 ℃冰箱冷藏,待用时用甲醇稀释至所需浓度。
2.2 原料药溶液的制备
分别精密称取毛蕊异黄酮葡萄糖苷、升麻素苷原料药,以0.5% CMC-Na为溶剂溶解,制得升麻素苷(质量浓度为8 g・L-1)溶液及毛蕊异黄酮葡萄糖苷(质量浓度为2 g・L-1)-升麻素苷(质量浓度为8 g・L-1)溶液。
2.3 给药方案及血浆样品处理方法
2.3.1 给药方案 取雄性SD大鼠,分为2组,每组6只。给药前禁食12 h,期间自由饮水。灌胃给药,一组给予升麻素苷(80 mg・kg-1),另一组给予毛蕊异黄酮葡萄糖苷(20 mg・kg-1)- 升麻素苷(80 mg・kg-1)。分别于2,5,10,20,30,60,90,120,180,240,360,720,1 440 min眼底静脉丛取血 0.3 mL,加入到含有肝素钠的离心管中,离心(5 000 r・min-1,6 min),分离血浆,取上清,冻存于-20 ℃冰箱,备用。
2.3.2 血浆样品处理方法 精密吸取血浆100 μL,定量加入内标橙皮苷(4 mg・L-1)20 μL、盐酸(1 mol・L-1)20 μL,涡旋1 min后加入1 mL的乙酸乙酯,涡旋4 min,12 000 r・min-1离心5 min。定量吸取上清液900 μL置于1.5 mL EP管中,40 ℃氮气吹干,残渣加入初始流动相乙腈-0.1%甲酸水(1∶9)100 μL,涡旋90 s,12 000 r・min-1离心5 min,取上清液5 μL进样分析。
2.4 血浆样品中升麻素苷、升麻素UPLC-MS/MS分析方法的建立
2.4.1 色谱条件 色谱柱:Waters Acquity BEH C18柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm) 柱;流动相:A为乙腈,B为0.1%的甲酸水;梯度洗脱:0~1 min(10%A),1~1.5 min (10%~30%A),1.5~2.5 min(30%A),2.5~3 min(30%~70%A),3~3.5 min(70%A),3.5~4 min(70%~10%A),4~4.5 min(10%A);流速0.3 mL・min-1;进样量5 μL,柱温40 ℃。
2.4.2 质谱条件 Waters三重四级杆串联质谱仪(TQD),离子化方式:电喷雾离子化(ESI),多反应监测离子扫描模式(MRM)测定,正离子检测;主要质谱参数为:毛细管电压4 000 V,锥孔电压60 V,脱溶剂温度450 ℃,脱溶剂气体流速8 000 L・Hr-1。定量检测离子对升麻素苷m/z 468.94/307.09,升麻素m/z 306.94/234.93, 橙皮苷m/z 610.94/302.94。
2.5 方法学考察
2.5.1 专属性实验 取大鼠空白血浆、空白血浆加入混合对照品及内标对照品、给药10 min后含药血浆各5份,按2.3.2方法处理,在2.4条件下测定,升麻素苷、升麻素及橙皮苷与血浆中内源性物质均能得到良好的分离,其他成分均无干扰,给药组中3个成分的保留时间均与对照组一致,结果表明本方法具有良好的专属性,见图1。
2.5.2 标准曲线及线性范围 取2.1制得的混标储备液,按倍数稀释法制成不同浓度的混合对照品,加入到大鼠空白血浆中,按2.3.2方法处理。经UPLC-MS/MS分析测定,以血浆中升麻素苷、升麻素的浓度(X)对它们与内标的峰面积比值(Y)进行加权最小二乘回归,得到2种成分的线性范围、回归方程及相关系数,结果表明各成分在各自的线性范围内具有良好的线性关系,见表1。
2.5.3 精密度与准确度实验 根据升麻素苷、升麻素的标准曲线线性范围,选择低、中、高3个浓度,用空白血浆配制成相应浓度的质控样品,每个浓度平
A.空白血浆样品;B.空白血浆中加入对照品样品;C.大鼠灌胃给药毛蕊异黄酮葡萄糖苷-升麻素苷10 min后血浆样品。
图1 升麻素苷、升麻素和橙皮苷的提取离子色谱
Fig.1 Extraction chromatograms of prim-O-glucosylcimifugin,cimifugin and aurantiamarin
表1 线性关系考察
Table 1 The liner regression equations
化合物回归方程r线性范围/μg・L-1
升麻素苷Y=0.023 8X-0.051 50.9990.12~480
升麻素Y=0.123 3X+6.556 70.9942.34~19 200
行配制6份。按2.3.2方法处理,进样测定,根据当日随行标准曲线来计算质控样品的浓度,并求得方法的日内、日间精密度和准确度,结果表明各成分的精密度与准确度均符合生物样品分析要求,见表2。
表2 日内与日间精密度和准确度(n=6)
Table 2 The intra-day and inter-day precisions and accuracies of the two components in rat plasma(n=6)
化合物质量浓度
/μg・L-1日内精密度
RSD/%日间精密度
RSD/%准确度
/%
升麻素苷0.478.0410.0286.85
1513.661.79108.1
12011.112.40107.3
升麻素9.387.665.21110.9
3007.921.91101.9
2 4007.9210.49110.0
2.5.4 提取回收率实验 配制低、中、高3个浓度的质控样品,按2.3.2方法处理后,测定的样品所得峰面积与甲醇质控样品测得峰面积相比,得到该成分的绝对回收率。内标的提取回收率同上。结果表明各成分回收率均达到72.44%以上,符合生物样品分析要求,见表3。
表3 回收率和基质效应(±s,n=5)
Table 3 The recoveries and matrix effects of the two components and I.S. in rat plasma(±s,n=5)
化合物质量浓度/μg・L-1回收率/%基质效应/%
升麻素苷0.4776.40±9.00100.9±7.58
1574.10±9.2491.58±3.46
12072.44±9.00101.1±7.53
升麻素9.3890.81±5.8989.39±3.00
30079.44±6.4289.98±2.37
2 400104.3±6.6294.95±7.10
橙皮苷4 00074.73±2.9989.94±10.20
2.5.5 基质效应实验 取空白血浆15份,按2.3的处理方法处理至氮气吹干,配制低、中、高3个浓度混合对照品的甲醇溶液,各5份,加入至处理过的空白血浆内,进样测定,其峰面积与相同浓度混合对照品的甲醇溶液的峰面积相比。内标的基质效应同上。结果表明各成分的峰面积比值介于89.39%~101.1%,符合生物样品分析要求,见表3。
2.5.6 稳定性实验 配制低、中、高3种浓度的质控样品各5份,分别考察其在室温、反复冻融3次以及放置-20 ℃冰冻条件下存放1周的稳定性,经处理后用UPLC-MS/MS测定,考察待测成分与内标物色谱峰峰面积比值的一致性,结果表明各成分低、中、高3种浓度的RSD均小于11.33%,其稳定性符合生物样品分析要求,见表4。
表4 稳定性考察(n=5)
Table 4 Stability of the two compounds in rat plasma (n=5)
化合物质量浓度
/μg・L-1室温,12 h,
RSD/%反复冻融3次,
RSD/% -20 ℃冰冻,
7 d,RSD/%
升麻素苷0.479.5911.310.9
159.5311.17.07
1205.885.279.16
升麻素9.385.537.477.00
3002.538.154.86
2 4000.814.282.39
2.6 药代动力学结果
测定血浆样品中升麻素苷和升麻素的血药浓度,以平均血药浓度对时间作图,得到平均血药浓度-时间曲线,见图2。将实验测得的各成分的血药浓度-时间数据以DAS 3.2.4软件处理,以统计矩模型求算升麻素苷、升麻素在大鼠体内的各项药代动力学参数,见表5。
结果表明,大鼠灌胃给药升麻素苷后,升麻素
图2 大鼠灌胃给药后血浆中升麻素苷和升麻素的药-时曲线(n=6)
Fig.2 Plasma concentration-time profiles of p-O-glucosylcimifugin and cimifugin in rats after oral administration of prim-O-glucosylcimifugin and calycosin-7-O-β-D-glucoside - prim-O-glucosylcimifugin(n=6)
苷吸收迅速,血药浓度达峰时间较快,Tmax小于30 min,并且升麻素苷脱糖基转化的苷元升麻素在体内暴露极大。两给药组对比,升麻素苷与毛蕊异黄酮葡萄糖苷配伍后,升麻素苷及其苷元升麻素的主要药动学参数Cmax,AUC0-t,AUC0-∞均有提高,其中升麻素苷的AUC0-t,AUC0-∞有显著性差异(P<0.05), 升麻素Cmax有显著性差异(P<0.05)。
表5 升麻素苷和升麻素的药代动力学参数(±s,n=6)
Table 5 Pharmacokinetic parameters of p-O-glucosylcimifugin and cimifugin(±s,n=6)
参数升麻素苷升麻素
升麻素苷组毛蕊异黄酮葡萄糖苷-升麻素苷组 升麻素苷组毛蕊异黄酮葡萄糖苷-升麻素苷组
Cmax/μg・L-177.03±32.6493.07±8.8812 876.44±2 048.4415 877.26±1 526.621)
tmax/min16.67±9.8323±9.80110±15.4990±32.86
t1/2/min70.33±25.9741.71±13.1570.98±13.11102.24±48.71
AUC0-t/μg・min・L-15 214.72±989.196 913.28±807.561)2 850 992.2±729 698.363 365 146.7±445 225.45
AUC0-∞/μg・min・L-15 531.68±1 097.906 989.89±848.361)2 850 997.4±729 696.953 369 351.7±448 838.57
CL/L・min-1・kg-115.06±3.6511.61±1.36--
注:与升麻素苷组相比1) P<0.05。
3 讨论
本实验采用液液萃取法处理生物样品,实验比较了乙酸乙酯、正丁醇、乙酸乙酯与正丁醇不同比例混合物等萃取溶剂的处理效果。结果表明,以乙酸乙酯作为萃取溶剂时,所测2种成分的提取率较大,内源性物质干扰程度较少,在氮气吹干过程中也较省时,因此选用乙酸乙酯为本实验样品的萃取溶剂。实验中采用UPLC-MS/MS技术,通过选择性检测样品和内标的分子离子峰进行定量,建立了快速同时测定大鼠血浆中升麻素苷、升麻素浓度的方法,方法学考察结果表明,该方法灵敏度高, 重复性好, 操作简便,结果准确, 具有较高的专属性,符合生物样品分析要求。
本实验从药代动力学角度,开展了黄芪-防风药对配伍的科学内涵研究。前期,本课题组进行了黄芪、防风饮片配伍前后的比较研究,通过比较大鼠分别给药黄芪水煎液、防风水煎液、黄芪-防风药对配伍水煎液后2药中主要活性成分的体内药代动学力学特征,发现黄芪-防风药对配伍水煎液组,防风中的升麻素苷和升麻素的药代动力学参数(AUC0-t,AUC0-∞,Cmax,Tmax)有明显变化,其中升麻素苷的AUC0-t,AUC0-∞,Cmax,Tmax均有显著性提高(P<0.05),升麻素的AUC0-t,AUC0-∞,Tmax均有显著性提高(P<0.05);黄芪中的毛蕊异黄酮葡萄糖苷和毛蕊异黄酮的药代动力学参数也有明显改善。这些研究结果表明,黄芪-防风药对配伍后各自的生物利用度均有所提高,尤其是防风中色原酮类成分生物利用度的提高更为显著,这证实了黄芪-防风药对历代以来相须为用的合理性。本次试验选取2药中的主要的活性成分为研究对象,进一步探讨黄芪-防风相伍为用的机制。
本实验结果显示,升麻素苷与毛蕊异黄酮葡萄糖苷配伍后,升麻素苷及其苷元升麻素的主要药动学参数Cmax,AUC0-t,AUC0-∞均有提高,其中升麻素苷的AUC0-t,AUC0-∞有显著性增加(P<0.05),升麻素的Cmax有显著性增加(P<0.05),说明毛蕊异黄酮葡萄糖苷能促进升麻素苷及其苷元的吸收,增加其生物利用度。升麻素苷和毛蕊异黄酮葡萄糖苷均属于黄酮类成分,分子结构中连接有葡萄糖基。文献研究表明大多数黄酮类化合物的肠吸收主要受P-糖蛋白(P-gp)、多药耐药相关蛋白(MRP)、乳腺癌耐药蛋白(BCRP)这3类外排蛋白的影响,毛蕊异黄酮葡萄糖苷可能通过影响吸收环节的转运蛋白的活性,从而影响了升麻素苷及升麻素的吸收行为。药物在体内过程中的相互影响除发生在吸收环节之外,肠道菌群和代谢酶的作用也是重要影响因素。毛蕊异黄酮苷和升麻素苷均有葡萄糖基,易被肠道菌中的特异性糖苷酶水解为苷元,两者可能在此环节产生相互影响,使得升麻素苷吸收入血的量增加。肝脏代谢通常是黄酮类化合物进行生物转化较为重要的途径,以黄酮苷元的转化反应为主,黄酮苷元易在葡萄糖醛酸转移酶(UDPGT)催化下进行葡萄糖醛酸结合反应[10]。课题组前期研究结果表明,毛蕊异黄酮在肝脏中主要以Ⅱ相代谢为主,代谢反应过程中可能受UGT1A1,UTG1A3,UGT2B7,UGT1A9和UGT1A6的作用。升麻素的Ⅱ相代谢是否受毛蕊异黄酮的影响,导致其Cmax变大,值得探讨。药物的相互作用不仅表现在体外药剂学环节, 更多地表现在体内药动学环节。本实验从药代动力学的角度初步探讨了黄芪-防风药对配伍的科学内涵。
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Studies on effects of calycosin-7-O-β-D-glucoside on prim-O-
glucosylcimifugin and cimifugin in vivo pharmacokinetics
ZHAO Xiao-li1,2*, LIU Ling1, DI Liu-qing1,2, LI Jun-song1,2, KANG An1
(1. College of Pharmacy, Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210046, China;
2. Jiangsu Engineering Research Center for Efficient Delivery System of Traditional Chinese Medicine, Nanjing 210046, China)
[Abstract] Study on the effects of Astragali Radix main active flavone calycosin-7-O-β-D-glucoside on Saposhnikoviae Radix main active ingredients prim-O-glucosylcimifugin and cimifugin, a UPLC-MS/MS method for simultaneous determination of prim-O-glucosylcimifugin and cimifugin in rat plasma was established, and the comparative pharmacokinetics of prim-O-glucosylcimifugin and cimifugin after oral administration of prim-O-glucosylcimifugin and calycosin-7-O-β-D-glucoside-prim-O-glucosylcimifugin to rats were carried out, which might be conductive in exploring the rationality of Astragali Radix - Saposhnikoviae Radix herb couple. Twelve male SD rats were divided into two groups. Prim-O-glucosylcimifugin and cimifugin in rat plasma of different time points after oral administration of prim-O-glucosylcimifugin and calycosin-7-O-β-D-glucoside - prim-O-glucosylcimifugin to rats were determinated. And the main pharmacokinetic parameters were investigated using DAS 3.2.4. The established method was rapid, accurate and sensitive for simultaneous determination of prim-O-glucosylcimifugin and cimifugin in rat plasma.The analysis was performed on a Waters Acquity BEH C18 column (2.1 mm×100 mm, 1.7 μm) with the mixture of acetonitrile and 0.1% formic acid/water as mobile phase, and the gradient elution at a flow rate of 0.3 mL・min-1.The analytes were detected by tandem mass spectrometry with the electrospray ionization (ESI) source and in the multiple reaction monitoring (MRM) mode. Compared with prim-O-glucosylcimifugin group, the AUC0-t and AUC0-∞ of p-O-glucosylcimifugin as well as the Cmax of cimifugin significantly increased (P<0.05) in calycosin-7-O-β-D-glucoside-prim-O-glucosylcimifugin group. Calycosin-7-O-β-D-glucoside could enhance the absorption of prim-O-glucosylcimifugin and cimifugin and improve the bioavailability, explaining preliminarily the rationality of Astragali Radix-Saposhnikoviae Radix herb couple.
[关键词]遥感技术 区域水文地质 地质调查 应用
[中图分类号] P641.4+3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-9-179-1
1遥感技术的概念
所谓遥感技术主要是在太空中,利用遥感器实现对检测目标的远距离检测并探查地球地表上物体的特征,并对探测到的特征信息进行分类处理和利用的一种技术。
遥感技术的出现伴随着光学技术、计算机技术、电子技术及空间科学技术的发展。其发展的基础是20世纪30年代的航空摄影技术,并在20世纪60年代得到迅速发展并广泛的应用于各个领域中。
现代遥感技术依托于电磁波理论,并由遥感平台、遥感仪器、信息处理、接收和分析应用等部分共同组成。由于地球上的不同物体均具备不同的波谱特征,遥感技术中的遥感器也正是依据该特性,通过感知不同物体所发射及反射的不同电磁波来探查其性质、状态及数量等。
2遥感技术在区域水文地质调查中的具体应用
众所周知,工程建设项目在开始施工之前,首先应查明施工区域内的水文地质条件。
在水文地质调查的不同阶段,综合运用航空像片、卫星图像的解译及其他遥感技术,促使我们获得该区域内的地下水形成、贮存、运动特征、水质及水量的变化情况,为合理利用地下水及充分掌握该区域的地质情况提供基础依据和参考。
2.1水文地质测绘
由于水文地质测绘工作的综合性比较强,且测绘过程繁琐。采用传统的测绘方法效果不够显著,且耗时耗力。而在水文地质测绘工作中充分引入遥感技术,利用遥感图像解译地貌特征、水体及汗水岩体,能够获取较为明显的测绘结果。通过解译遥感图像,能够快速获取该地区的水文地质规律。在水文地质测绘工作中运用遥感技术效果十分显著。
第一,利用遥感技术勾绘的地质界线,尤其是第四纪地质界线准确可靠,地貌的研究结果清楚明晰,同时还可以获取隐伏断裂及活动断裂方面较为准确的基础数据。
第二,因遥感图像能够清晰的反映水系、水体、湿地、地下水浅埋带等和水文地质联系紧密的现象,可以较为准确的判断地下水的补给、径流及排泄等水文地质情况.
第三,采取遥感技术能够有效提高水文地质的普查速度,尤其是针对自然条件复杂、交通困难地区的普查工作。
2.2地下水资源的调查
利用遥感地质技术进行地下水资源的调查,在我国的应用范围十分广泛。无论是在基岩山区还是在松散的堆积区,都可以得到较好的效果。采用遥感技术进行地下水资源的调查时,首先需要解译航空及航天图像,查找到富水的含水层分布区或者富水的构造地带;然后依据水文地质钻探的相关资料和已知的开采井及水文物探资料,通过综合分析,并计算和评价水资源。
因遥感图像所解译的含水层及含水层构造的边界十分准确,所以利用遥感技术进行地下水资源的勘察能够获取极佳的效果。
此外,因热红外图像能够清晰的反映地下水浅埋带、拳及泉水的溢出带,所以在寻找地下水方面也可以充分利用热红外遥感技术。例如在天津地区,曾经就利用热红外遥感扫描和彩红外航摄相结合的方法,探明了浅埋古河道的具体分布情况。
2.3矿区水文地质勘查
矿井一旦发生透水事故将给人们的生命财产带来极大的威胁。矿井透水事故的发生不仅仅是由不合理开采等问题造成的。更重要的原因在于未查明矿区的水文地质情况,没有对矿区的含水层分布及地质构造情况进行详细的探查。
在矿区利用遥感图像的解译技术,就能够得到准确的含水层分布情况及地质构造的情况,为矿区合理布置矿井提供基础依据和资料。这样不仅有利于矿产资源的合理开发,还能够有效减少因矿井透水所导致的人员伤亡事故。
2.4水利工程的水文地质勘查
水利工程中的水库水文地质勘探主要是解决水库向邻谷及库底的渗漏情况及渗漏量的问题。在进行水库水文地质调查的过程中,充分利用遥感技术,将书库区域的航天图像和航空像片进行地质解译,并结合地面勘探及物探工作结果,可以快速且准确的获取库区内及库岸的岩层透水性、透水岩层的具体走向、泉水的出露点击水库和邻谷地段的岩层透水性及可能出现渗漏的位置和方向等。依据获取的水文地质数据,可以绘制出河谷区到分水岭地段内不同时期的地下水位线图,且为绘制综合工程地质图提供了基础依据。例如在我国的三峡水利枢纽工程及二滩水电站中都广泛的采用了遥感技术,并取得了十分显著的成果。
2.5其它水文地质工作
除了以上几种水文地质探查情况之外,遥感技术还可以用于海岛淡水水源调查、地热水文地质调查、环境水文地质调查等方面。运用红外遥感技术进行古河道及河漫滩中的富水地段的寻找中,能够获取各种地表水体的形状、分布及走向情况,探查到地下水露头的具置、大小及数量等;利用遥感技术可以在沿海及岛屿上进行淡水的探查工作;利用遥感技术还能探查岩溶区的水文地质情况,探查隐伏的溶洞、岩溶水的流向及分布情况等;此外还可以运用遥感技术进行地下热水的埋藏情况的探查工作。
综上所述,水文地质勘查工作是工程建设项目顺利施工的前提条件。在水文地质探查中,充分运用遥感技术,能够快速准确的获取探查地域内部的水文地质分布及水文地质构造等基本情况,为工程建设提供基础依据和参考。近年来,随着我国航天技术的不断发展、应用卫星的开发和计算机技术的快速发展,这些技术也推动了遥感技术的快速发展,并推动区域水文地质调查工作的快速发展。
参考文献
[1]陈华慧主编.遥感地质学.北京:地质出版社,1988.
关键词:遥感技术;地质找矿;运用
中图分类号:P62文献标识码: A
一、遥感技术的基本特征
遥感技术在地质找矿工作中的应用,被测地质的地貌形态、地表情况等信息均可以通过影像进行传输从而进行深入分析,然后得出结果,实现远程的观测以及判断。遥感技术的运用更加省时,可以更加准确、快速的分析出矿产资源在地表下的位置,很大程度上减少了工作人员的投入量,有效的提高了地质找矿的工作效率。
二、遥感技术找矿的理论依据以及技术基础
为了使遥感技术在地质找矿工程中发挥更大的效用,其必须具有依照一定的理论依据以及物理基础。这项技术的特性很多,其收集到的信息量比较大,而且波段较多,应用这项技术进行地质找矿可以准确的定位,在检测时还能收到立体感较强的画面,这项技术优良的特性得到了地质找矿人员的青睐,在地质找矿工程中发挥着重要的效用。遥感技术在进行影像分析时,对含矿的地质区域会呈现出较为明显的标志,检测到的影像中会出现光谱特征以及纹理特征。我国的资源比较丰富,而且分布的范围比较广,在不同的地区中,地质条件以及构造有着很大的区别,而地质结构对矿产资源的形成有着一定影响,所以,在找矿的过程中,要根据不同的地质结构选择不同的遥感技术,这样才能有效的降低工作人员的工作量,提高其效率。在利用遥感影像技术检测到某一地区出现光谱特征时,可以分析出该地区的岩石层序以及矿物成分的含量,还可以根据不同的光谱类型分析出不同地区岩石层序的差异性。如果勘测的场地有蚀变岩矿物,这种物质本身具有光谱特征,可以根据光谱特征的差异性,找出矿物的矿种。为遥感影像检测到纹理特征时,相关人员可以分析出该地区地质的特点以及岩石的类型等信息,所以,遥感技术的影像功能对地质找矿工程有很大的帮助,通过分析收集到的影像信息,可以有效的分析出该地区地质条件以及构造体系等,还可以分析出该地质中矿物的类型以及分布特点。
三、现代遥感技术地质找矿的程序
1、遥感数据处理
遥感地质找矿工作应紧密结合地质矿产信息的提取进行,而遥感数据处理作为地质矿产信息提取的必要手段,贯穿在整个信息提取过程中,包含各种数据的预处理、影像增强、变换等模型方法。为了使数据处理更有效,应采用符合工作区实际地质地貌特征的图像处理方法模型。
2、遥感影像图与地质图的结合
通过对遥感数据处理,使得遥感影像图与地质图具有相同的地图投影坐标系统,并与地质图相套合,该影像是工作区遥感概貌与地质图相互对应的直观缩影,是地质解译和成矿预测的基础图件。
3、遥感地质构造分析
遥感地质构造解译分析是遥感地质找矿的重要环节,不同的工作任务和精度要求,对遥感地质构造解译的具体要求也有所不同,但都应当着重于对区域矿产、矿床、矿体起直接或间接控制作用的断裂构造进行分析,包括构造的组合关系以及控岩控矿构造的影像特征研究,特别是注意分析隐伏的或深部控矿构造。遥感地质构造分析,还需要与地球物理场的研究相结合,尤其在区域构造的影像特征研究中,物探资料是遥感构造解译不可缺少的,其对于所解译的断裂构造展布方向、规模大小、力学性质等能够进行较好的辅证。
四、不同成矿条件下遥感技术在各种矿床类型中的应用
随着成矿理论在地质学中的不断发展,使人们更加的了解了成矿区的地质条件,有利于工作人员根据当地的地质、地貌等条件,对地质勘探工作能做出准确的判断。与此同时,因为在不同地形区的成矿条件呈现出的差异性,使得矿床的类型也不尽相同,所以在遥感技术中所呈现出的地质图像也不一样。如此一来,通过对遥感技术的使用方可依据图像中显示的内容,快速的对矿床的类型进行分析,掌握实际的地矿情况。根据地质学中的成矿理论,矿床的类型主要有以下几种。
1、遥感技术在岩浆岩区矿床中的应用
此类型的矿床通常是因为火山活动以及岩浆侵入矿区造成的,通常情况下是在火山附近的矿区中出现,特别是内生金属矿区最甚。由于这种类型的矿床受到岩浆以及火山活动入侵的影响,在使用遥感技术对地矿进行感知时,图像上所呈现的地矿具置通常会比较复杂,但是,工作人员可以通过对周围岩石或者火山的结构特点,分析出地矿的地点以及分布特点。这种类型的矿床通常距地面会比较深,而且多位于地质断层处,常处在火山附近或是地质活动较活跃的地区。在这种地质中,遥感技术的作用主要有以下几点。
(1)通过遥感感知到的地形结构图,对地区的成矿条件进行分析。
(2)对周围地质以及岩石条件进行分析,判断寻矿工作的可行性。
(3)通过分析火山与岩石的特点,准确判断周围成矿的分布特点。
(4)通过对地质断层的特点进行分析,确定地矿的具置。
2、遥感技术在变质矿床中的应用
变质岩区的地质地形特点较复杂,如果使用常规的方法进行找矿工作难度较大。而遥感技术恰好可以解决这个难题。在此地质中,遥感技术的主要作用为:根据遥感图像中呈现的特定影纹结构以及色调精心详细的分析以及图像处理,进一步发现有关成矿的有效信息,从而有效的指导寻矿工作的开展。与此同时,还可以通过叠加岩区的地质图像等技术,从岩区的活动以及构造中寻找含矿的迹象和成矿的分布规律。
3、遥感技术在沉积岩区矿床中的应用
沉积岩区的矿床形成主要是受到某些岩性地层的影响,在普通的遥感图片上很难显示,通常是需要对航空遥感技术进行利用,对必要的研究资料进行收集,充分的了解区域构造,对成矿的条件进行分析。
4、遥感技术在表壳矿床的的应用
我国表壳矿床在受到地貌的影响下,分为两种类型,分别为近代风化壳矿床以及砂矿。一般而言,矿床区的基本物质是由比较稳定的矿元素构成,比如,金、锰以及铝等。根据对这两类矿床进行研究调查可以得知,两类矿床所存在地域有所不同,砂矿一般存在于河谷区以及海滨区,近代风化壳矿床则存在于比较稳定的高平台区域,有时会出现在凹地以及破碎地带。这两类矿床在发现矿物质中中需要依靠遥感图像对地质进行探索与分析。
结束语
现代遥感技术是科技不断发展与创新的产物,这项技术在地质找矿的工作中发挥着重要的效用,应用这项技术时,不但可以提高找矿的效率以及准确度,还可以帮助地质勘探人员准确的找到矿产资源的聚集地,增加矿产资源的开发量,从而满足人员对矿产资源的需求量。矿产资源属于不可再生的资源,随着开采数量的增多,资源不断减少,有的矿产资源所处的环境比较恶劣,这也对地质勘探工作带来了极大的难度,应用现代遥感技术后,有效的减轻了工作人员的工作量,还降低了地质找矿的难度,提高了地质找矿的效率。
参考文献
[1]谢筛珍.遥感地质找矿的发展之路[J]. 《科技创新与应用》,2014,(4).
关键词:遥感;地质找矿
一、遥感地质概述
遥感地质又称地质遥感,是综合应用现代遥感技术来研究地质规律,进行地质调查和资源勘查的一种方法。它从宏观的角度,即以各种地质体对电磁辐射的反应作为基本依据,结合其他各种地质资料及遥感资料的综合应用,以分析、判断一定地区内的地质构造情况。
1.遥感地质找矿早期发展状况
遥感技术在地质研究领域的应用促进了我国矿产资源的发现。20世纪80代航空与卫星遥感广泛应用参与大型地质找矿。取得了许多辉煌的业绩。20世纪90年代以后遥感技术发展迅猛。遥感数据的空闻分辨率已南千米级、百米级提高到厘米级;光谱分辨率由原来的几微米、几十纳米提高到几纳米;时间分辨率由原来的几周、几天提高到几小时。
2.遥感地质找矿的理论依据与技术基础
遥感信息,特别是多种遥感信息的综合,具有丰富的地质内涵和坚实的物理基础。这使得遥感地质找矿具有宏观性、多波段、信息量丰富、立体感强、便于定位等优势,是地质找矿不可或缺的手段。在遥感地质找矿的遥感影像分析中,传递含矿构造和含矿载体的两种标志,一是构造、结构、纹理特征;二是光谱特征。各种矿产资源的形成、产出,都与一定的地质构造条件有关,如斑岩铜矿与中酸入体有关;煤矿赋存在某些地质时代的煤系地层内。前者反映地质控矿构造特征、岩石类型特征等,通过研究遥感影像上显示的线性和环状信息可以揭示区域构造体系及其控矿作用;后者反映了地层层序、岩石类型的差异,矿物成分和含量的差异,特别是矿化蚀变信息。由于蚀变岩矿物具有本身的光谱特征,而一定类型的蚀变岩矿物组合常可指示一定矿种的存在。因此,利用构造分析、多光谱遥感资料解译、分析区域成矿地质条件,提取某些矿床类型的遥感标志是遥感地质找矿的基本出发点和理论依据与技术基础。
二、遥感在地质找矿中的应用
遥感技术在地质找矿工作中的应用可归纳为如下几个方面:
第一,利用图像上显示的与矿化有关的地物,直接圈定靶区,为找矿指明方向。如利用植物吸收不同金属元素所产生的不同光反射率、热反射率和叶绿素发光率进行波谱试验,为在植被发育地区快速发现工业矿产开辟新的找矿途径。
第二,利用数字图像处理技术,进行多波段,多种类遥感图像的综合处理分析,增强或提取图像上与成矿有关的信息,尤其是矿化蚀变信息,为找矿提供依据,指明找矿方向和有利成矿的远景地段。
第三,利用解译获得的资料,分析区域成矿条件,进行区域成矿预测,主要表现为地质构造信息的解译和岩性地层等信息的解译。
三、遥感地质找矿的发展前景
20世纪末以来。随着数字地球的提出和现代信息技术取得新进展,数字地球的理论方法和现代信息技术的新进展引入地质勘查领域。应用现代信息技术的新进展进一步解决矿产资源问题成为地质找矿发展的必然趋势。在数字地球框架下,将遥感技术与地质领域传统方法技术相结合,与其它现代信息技术相结合。
1.RS与GIS、GPS的结合
RS(遥感)具有信息丰富、覆盖范围广、现势性强等特点,是GIS(地理信息系统)的重要数据源之一。GIS为处理和分析应用遥感数据提供了强有力的技术保证,遥感影像的识别在GIS支持下可改善精度并在数学模型中得到应用。GIS技术作为遥感信息找矿的有利工具可以快速、精确地对复杂的地理系统进行空间定位和过程分析,极大地提高了找矿预测的效率。GIS多维技术的发展将促进多维预测找矿模型的建立,这一模型的建立有利于隐伏矿床的找矿突破。未来,将GPS(全球定位系统)连同其它传感器等一起安置在卫星上能够降低数据采集的成本,提高GPS的数据价值。
2.高光谱遥感技术的发展
高光谱或成像光谱技术就是将由物质成分决定的地物光谱与反映地物存在格局的空间影像有机地结合起来,对空间影像的每一个像素都可赋予对它本身具有特征的光谱信息。由于高光谱遥感影像提供了更为丰富的地球表面信息,因此在地质找矿领域得到了广泛应用并有了快速发展。如矿物填图是高光谱技术最能发挥其优势的领域,它在直接识别蚀变矿物,圈定找矿靶区,建立不同矿床的成矿、找矿模型等方面都发挥了重要作用。今后需加强岩矿反射、发射光谱精细特征和提高识别矿物种类的研究。
3.遥感数据处理系统的发展
随着遥感技术的发展,传感器的空间分辨率和光谱分辨将大幅提高,遥感信息量也将大幅增加。要在海量数据中提取有用的找矿信息,必然对遥感数据处理系统提出更高的要求。目前,多光谱遥感数据处理系统在数据的压缩、传输、专业软件的发展上都取得了很大的进步。在高光谱遥感数据分析、处理方面关键是在光谱维上进行图像信息的展开和定量分析。此外,实现信息分析模型和算法语言的改进也将大大提高遥感信息处理的速度和精度,提高找矿工作的效率。
4.遥感与多源地学数据的融合
多源数据的融合处理能够避免单一信息的。片面性,使融合结果更加准确和客观。特别是利用遥感技术寻找深部矿床时,单纯使用遥感图像存在明显的局限性,往往需要物探、化探地学数据以及各种地质图件的融合处理。其目的就是要充分集成不同来源数据的优点,尽可能多地获取地物信息,以提高解译精度和可信度。遥感与多源数据的融合应用既是当前矿产和石油勘查中的热点问题,也是未来的发展方向。
四、小结
随着我国国民经济的迅速发展,矿产资源的需求越来越大,矿产资源对我国国民经济发展的瓶颈制约凸显。但我国重要资源可采储量下降,难以满足现代化建设的需要。所以,采用新技术、新方法,通过实现地质工作的现代化来加强各种矿产资源的勘查力度,扩大矿产资源储量,是保障我国可持续发展所需的矿产资源战略的重要途径。遥感曾作为一项新的技术给地质找矿带来了一些便利,但随着找矿工作的发展也对遥感提出了新的要求,这也就是遥感在地质找矿中的发展方向。遥感地质曾经为地质找矿有过巨大奉献,也将会有更大的奉献。
参考文献:
[1]李聪慧;刘存在;杨利平;于广成.遥感地质找矿标志;2008年5月第10期.
[2]池三川.应用遥感技术加快矿产资源的勘察(上)遥感技术.
[3]丁建华;肖克炎.遥感技术在我国矿产资源预测评价中的应用.地球物理学进展;2006,21(2).
[4]王润生.遥感地质技术发展的战略思路.国土资源遥感;2008年第1期.
关键词:遥感技术;地质找矿;发展前景
随着我国经济突飞猛进的发展,对矿产资源的需求也非常紧迫。对矿产资源的需求客观上推动了地质找矿事业的发展。加强矿产资源的侦测力度,获取更多的矿产资源储藏信息,需要更多高新技术的支持。遥感技术在这样的条件下孕育而生,这一高新技术在地质领域的采用,极大地提高了我国矿产资源开采量。遥感技术随着新技术的开发应用,减少了我国在地质找矿工作中的难度。地质找矿事业运用遥感技术将在“十二五”时期得到更好发展,到时综合运用现代信息技术、遥感技术和传统地学方法,将带动整个地质找矿事业的发展。
1 早期的遥感技术在地质找矿应用
1970年之前,地质侦测水平一般,只能停留在收集回来的图像信息上,无法进行科学有效的处理,进而不能真正地了解地质情况。1970年之后,随着我国航天事业的发展,通过卫星能够使用多光谱扫描技术一定程度上推动了我国地质找矿事业的发展。1990年之后,遥感技术迅速发展,遥感数据的空间分辨率、光谱分辨率、时间分辨率都大大得到提高。遥感技术在地质找矿中的运用能够有效地通过电磁波对大范围的立体地貌信息进行定位收集。但是因为长期的矿产开采,导致了地表矿物的缩减,而遥感技术一般采用电磁波获取地表信息,这就要求拥有更强勘测能力的仪器的出现并结合更先进的科学勘测技术。
遥感地质工作者明白地质找矿要往更深层万面发展,经过不断的努力,开发了多源地学信息集成技术,由对矿产资源的表面勘测进行更深的勘测,还开发了遥感弱信息提取技术,这种技术能够有效提高遥感直接找矿的效率。但是由于信息源分辨率多为MSS、TM、SPOT等,且二十世纪末地质工作投入量有所缩减,遥感地质找矿逐渐从跌入低谷。
2 新型遥感技术的应用
2.1 依靠雷达成像技术获取地矿信息
20世纪90年代以后,在享受着改革开放带来的经济发展和科学技术的迅猛发展,新的光谱成像和雷达成像技术为地质找矿工程提供了重要的侦测方法。光谱成像主要依靠成像光谱仪,这一设备可以对地物波谱特征定量及空间定位分析,之后能够获取矿石的种类、成分。该仪器能够有效识别高光谱分辨率和窄小多波段遥感图像。雷达成像不受时间和天气的影响,侦测能力出众。它主要通过往地物上释放电磁波,根据电磁波波长的变化掌握地物的表面结构和节电特性,并且电磁波波长具有很强的穿透力。雷达成像的电场矢量对于地物的类型会有特别的极化散射型。不同的电磁波发射方向和角度会对地物外部特征有更好的加强效果。因为雷达成像技术具备这么多的技术优势,已经成为了侦测地质结构的有利方式。
2.2 通过人机互换形式处理收集的信息
遥感信息的收集依赖图像处理,主要通过人机互换形式。20世纪以前,电脑性能不足,费用不菲,遥感信息的提取主要依靠专业人员。这样使得信息不仅收集不到位,浪费了时间,工作效率大打折扣。随着计算机的快速推广,性能的不断提高,计算机在遥感信息的图像处理方面做出了巨大贡献。互联网的广泛使用也为遥感数据的接受、发送、检验提供了便利。由于遥感信息主要以图像数据为主,个别数据需要人工处理,所以采用人机互换形式能够有效地提高信息收集、处理的效率。
2.3 使用高分辨率和新方法分析含矿信息
含矿信息分析主要通过两种技术实现:第一种是运用光谱分辨率和空间分辨率。这两种分辨率能够对地物类型和外表结构进行信息收集,针对性对物质成分进行分析。利用得到的波谱特征对围岩蚀变进行探测,是有效地发现矿产资源的途径。第二种是利用“环境-矿床”的处理方法,利用环境来勘测矿床信息。此方法能够从整体上对矿床的形成有一个大致把握,了解成矿的规律,但此方法有一定的弊端,就是没有办法进行定量分析。
3 遥感地质找矿的未来发展
遥感技术在地质找矿事业中的应用越来越广泛,在未来还会有更进一步的发展。主要有以下几种层面:
3.1 经济发展的需要
矿产资源对于一个国家的经济发展来讲是至关重要的。为了使我国矿产资源的供应符合经济发展的需要,加强地质勘测的力度已经得到了国家政府的号召。推动科技的创新和进步,实现地质勘测工作的科技化,提高地质找矿的工作效率,扩大资源的开发利用,是新时期我国经济快速发展的奠基石。只有满足了整个社会对矿资源的需求,经济才能实现真正地腾飞。
3.2 适用范围推广
遥感地质找矿已经突破国家范畴,各国通过互相学习,总结经验,促进了遥感技术的发展;遥感地质找矿从应用的地域范围上来讲,从陆地找矿向海洋找矿拓展,从人口密集地区向人口稀疏地区扩散,有效促进了遥感技术在不同环境下的应用;遥感地质找矿的理念有所更新,以前只是单纯追求矿资源的开采量,现在遥感技术在地质找矿的应用中更加注重了环保意识,防止地质灾害的发生;找矿事业从地球拓展到外太空,遥感技术的远程操控性在满足了这一技术要求。
3.3 新技术的拓展
高光谱遥感技术在地质找矿中因为其高空间分辨率的高光谱遥感技术给遥感地质找矿添加新的血液。高光谱遥感技术绘制的图谱能够有效地区分矿与非成矿断裂、蚀变岩体、地层和非蚀变岩体、地层,能够精准地找到新的矿产蕴藏靶区。高光谱成像系统从理论和技术方面都能对地质找矿做出贡献。遥感系统技术地质勘查系统正在有条不紊地构建。该系统能够把航天、航空、陆地、海洋、地下的遥感数据进行有效收集处理,构建出一套三维地质勘查遥感系统。立体式的地质侦测技术系统利用航空遥感技术、航空物探技术、地面地下物探测技术、地球化学技术等等先进的地质勘测技术,构建出了从地面到天空再到太空的立体式地质勘查技术系统。
3.4 技术应用观念的转变
遥感技术在地质找矿中的应用不仅仅停留在技术层面,在未来的发展中,遥感技术会向科学层面得到提升。结合成矿理论来清除在遥感技术地质找矿中存在的障碍,充分发挥遥感技术的优势,及时处理在找矿中存在的问题。遥感技术在未来将实现与遥感信息与传统地学信息和遥感技术与现代信息技术的结合,在找矿过程中发挥更大的作用。先进技术结合先进理论,不断在实践中提出创新性想法是遥感技术在未来的应用中会必须做到的。
4 结束语
遥感技术在地质找矿事业中的拓展应用任重道远,利用这一核心高新技术能够实现直接找矿和解决更深层次的找矿问题。新的高光谱遥感技术和雷达成像技术为遥感技术注入了新的血液,基于新技术在遥感技术中的拓展,结合先进的科学成矿理论的知识,能够为遥感技术在地质找矿中探索出一条新的出路。结合我国遥感技术在地质找矿中的应用拓展,遥感找矿还拥有更加广阔的发展前景,拓展遥感技术在地质找矿中的应用是未来的趋势。
参考文献
[1]刘德长,李志忠,王俊虎.我国遥感地质找矿的科技进步与发展前景[J].地球信息科学学报,2011(8).