基于TM的多光譜遙感地質(zhì)解譯分析

王興梅

【摘要】隨著遙感技術(shù)與信息處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，遙感信息作為一種獨(dú)立的地質(zhì)參數(shù)，已經(jīng)被越來(lái)越多的地質(zhì)工作者所認(rèn)同。本文基于TM多光譜數(shù)據(jù)對(duì)巫溪地區(qū)的地質(zhì)特征進(jìn)行遙感解譯，充分利用已有遙感地質(zhì)構(gòu)造信息提取技術(shù)，分析不同地貌、地質(zhì)特征在遙感圖像上的表現(xiàn)，以期待遙感技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中得到更加廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)；多光譜遙感；TM遙感

1 前言

遙感是利用遙感器從空中來(lái)探測(cè)地面物體性質(zhì)的，它根據(jù)不同物體對(duì)波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理，識(shí)別地面上各類(lèi)地物。目前遙感技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境、水文、氣象、地質(zhì)地理等領(lǐng)域，成為一門(mén)實(shí)用的先進(jìn)的空間探測(cè)技術(shù)。遙感技術(shù)具有獲取數(shù)據(jù)資料范圍大、速度快、周期短、受條件限制少、手段多、信息量大等特點(diǎn)。能以直觀清晰的圖像顯示地物景觀，反映大量地表和淺地表的地質(zhì)信息，還可以通過(guò)地物的異常信息來(lái)間接識(shí)別隱伏地質(zhì)特征，對(duì)物探、化探、鉆探等勘探手段進(jìn)行有效補(bǔ)充，在一定程度上彌補(bǔ)了上述勘查手段的不足。因此，被廣泛地應(yīng)用于地學(xué)領(lǐng)域。

2 解譯方法及流程

遙感地質(zhì)解譯是在具備一定的地質(zhì)、遙感知識(shí)，并對(duì)解譯區(qū)的地質(zhì)基礎(chǔ)、構(gòu)造格架、災(zāi)害地質(zhì)、地形地貌和水文情況等有粗略了解的前提下，采用直判法、對(duì)比法、鄰比法及綜合判斷法來(lái)識(shí)別和分析各類(lèi)地質(zhì)體。本著由易到難、由表及里、由新到老、由點(diǎn)到線的原則，參考已有的地質(zhì)和物化探資料，建立各地質(zhì)體的解譯標(biāo)志。

3 案例分析

以重慶市巫溪縣為例，運(yùn)用遙感軟件進(jìn)行地質(zhì)解譯，分析各種地貌及地質(zhì)體在遙感圖像上的表現(xiàn)形式。

3.1 研究區(qū)概況

巫溪縣地處大巴山東段南麓的渝、陜、鄂三?。ㄊ校┙Y(jié)合部分，東接湖北省神農(nóng)架林區(qū)、竹溪縣，南臨重慶市奉節(jié)、巫山兩縣，西與重慶開(kāi)縣、云陽(yáng)接壤，北連重慶城口縣和陜西省鎮(zhèn)坪縣。巫溪縣幅員4030平方公里，轄30個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是國(guó)務(wù)院公布的沿江開(kāi)放縣，也是三峽庫(kù)區(qū)移民開(kāi)發(fā)縣。

巫溪地形以山地為主，屬于典型的中深切割中山地形，境內(nèi)山大坡陡，立體地貌明顯，最低海拔139.4米，最高海拔2796.8米；地處亞熱帶暖濕季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨量充沛，適宜多種植物生長(zhǎng)。特殊的地理和氣候條件共同作用，使巫溪擁有比較突出的資源優(yōu)勢(shì)。

3.2 遙感影像選擇

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查工作的精度和任務(wù)目的，選擇適當(dāng)?shù)倪b感數(shù)據(jù)。本案例是1：20萬(wàn)的調(diào)查精度，一般需要空間分辨率30m-15m 的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，在光譜范圍上應(yīng)涵蓋可見(jiàn)光-近紅外-中遠(yuǎn)（熱）紅外通道，可選擇中巴地球資源衛(wèi)星、美國(guó)陸地資源衛(wèi)星的TM、ETM數(shù)據(jù)或Aster數(shù)據(jù)。

本案例中根據(jù)遙感目的對(duì)空間分辨率的要求，并結(jié)合實(shí)際情況選擇了陸地衛(wèi)星Landsat5于2008年12月采集的TM數(shù)據(jù)。TM在光譜分辨率方面，采用了7個(gè)波段來(lái)記錄遙感器獲取的目標(biāo)地物信息，與MSS相比，新增了藍(lán)色、短波紅外和熱紅外三個(gè)波段，并在波長(zhǎng)范圍與光譜位置上都做了調(diào)整。在輻射分辨率方面，TM采用雙向掃描，改進(jìn)了輻射測(cè)量精度，目標(biāo)地物模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，以256級(jí)輻射亮度來(lái)描述不同地物的光譜特性。在地面分辨率方面，TM瞬時(shí)視場(chǎng)角對(duì)應(yīng)的地面分辨率為30m（第6波段除外）。

3.3 遙感影像處理

波段選擇過(guò)程中主要考慮兩個(gè)方面：1是所選擇的波段的信息量應(yīng)最大；2是所選擇的波段能使某些類(lèi)別地物界限之間識(shí)別最容易區(qū)分。根據(jù)TM相關(guān)統(tǒng)計(jì)（均差、方差、波段間相關(guān)系數(shù)）及本次提取的信息，研究采用的波段組合為432。

無(wú)論是原始單波段圖像還是RGB彩色圖像，其色調(diào)對(duì)比度不大，灰度級(jí)較集中，遙感影像層次較少，色彩不豐富，明度和飽和度較低，影像分辨力和解譯力均很差，不適宜直接用于遙感地質(zhì)解譯。因此需對(duì)原始圖像進(jìn)行輻射增強(qiáng)處理。

3.4 遙感圖像解譯

3.4.1 水文要素解譯

在假彩色的波段組合下湖泊通常為邊界清晰的黑色斑塊，河流則顯示為黑色或深藍(lán)色。本案例中所選數(shù)據(jù)為冬季，水面結(jié)冰或覆蓋有雪則顯示出不同深淺的紫紅色。根據(jù)這一解譯經(jīng)驗(yàn)可判讀出研究區(qū)范圍內(nèi)的主要水系。

3.4.2 地貌信息解譯

遙感圖像以其直觀宏觀的技術(shù)特點(diǎn)可以方便快捷地獲取地貌信息。在1：20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)普查中，利用遙感技術(shù)可以獲取地貌類(lèi)型，劃分地貌單元，區(qū)分地貌成因。本案例中運(yùn)用咸池-前河一線的TM多光譜遙感圖像，結(jié)合了dem數(shù)據(jù)的坡度圖來(lái)進(jìn)行解譯，將dem數(shù)據(jù)進(jìn)行3D分析，得到坡度圖。

可得在咸池-前河以北為構(gòu)造-侵蝕地形，地貌組合形態(tài)為峰脊-谷地，有"U"型的巖溶槽谷、懸谷。文峰地區(qū)在咸池-前河一線以南屬于峰叢-洼地的地貌組合形態(tài)，巖溶普遍發(fā)育，峰叢山地與巖溶谷地相間分布。

3.4.3 構(gòu)造信息解譯

在解譯工作過(guò)程中，地質(zhì)界線的確定離不開(kāi)衛(wèi)片，有些地層以其特有的地形地貌特點(diǎn)和巖性構(gòu)造特征，在遙感圖像上表現(xiàn)為特有的影像，形成獨(dú)特的解譯標(biāo)志，從衛(wèi)片上能夠較準(zhǔn)確地區(qū)分出各個(gè)地層的界線。巫溪縣地層自震旦系下統(tǒng)，至中三疊統(tǒng)、第四系均有出露，其中缺失泥盆系、石炭系、侏羅系、白堊系、第三系地層。

斷裂解譯是遙感地質(zhì)解譯的一大優(yōu)勢(shì)。斷裂以其鮮明、直觀的線形影像在遙感圖像上一目了然。圖像反映出的不同深淺色調(diào)、線性形狀、大小、展布方向、結(jié)構(gòu)和陰影及其組合等影像特征，能夠直接反映斷裂構(gòu)造影像的稱(chēng)為斷裂構(gòu)造的直接解譯標(biāo)志；間接分析出來(lái)的斷裂構(gòu)造現(xiàn)象特征的稱(chēng)之為斷裂構(gòu)造的間接解譯標(biāo)志。

巫溪縣屬南大巴山弧形構(gòu)造擠壓帶，由一系列弧形褶皺和沖斷裂群組成。走向近東西，為向南凸呈弧形，均為不對(duì)稱(chēng)線性褶曲，一般是沖斷裂。上盤(pán)背斜的北翼較緩，南翼陡立甚至倒轉(zhuǎn)。沖斷裂下盤(pán)的向斜翼則是北翼較陡，南翼較緩。 本構(gòu)造帶的褶皺在咸池-前河一線以北，巖層產(chǎn)狀普遍陡立，局部倒轉(zhuǎn)，且越北褶皺越致密，地形多是倒置的，向斜成山，背斜成谷；咸池-前河一線以南則褶皺逐漸變緩，成梳狀、箱裝或?qū)捑彔?，巖層傾角小，向斜成寬谷，背斜成山。

在解譯了地層界線的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析可解譯出斷層構(gòu)造。巫溪地區(qū)弧形沖斷裂常成群出現(xiàn)，每群呈疊瓦狀逆復(fù)，而且常有與主斷裂成對(duì)沖形式的次級(jí)沖斷裂出現(xiàn)。主斷裂均傾向北，北盤(pán)向南逆沖。自北向南，沖斷群逐漸減少、變稀、斷距變小，至文峰、城廂鎮(zhèn)一帶，已很少有斷裂出現(xiàn)。

3.4.4 第四紀(jì)地質(zhì)解譯

利用高分辨率的多光譜遙感圖像可區(qū)分第四紀(jì)堆積物的巖性。一般而言，巖性越粗，色調(diào)愈亮，影紋愈粗呈斑雜狀；巖性愈細(xì)、色調(diào)愈暗，影紋愈細(xì)，一般可以區(qū)分出礫石、砂和粘土三大類(lèi)。根據(jù)遙感圖像上地質(zhì)體所處的地形地貌部位和影像特征，可推斷出地質(zhì)體的成因，可以區(qū)分出殘積、坡積坡洪積、沖洪積、沖積、風(fēng)積、冰積、海積、湖積等。根據(jù)遙感圖像上地質(zhì)體的相互疊置關(guān)系，參考已有地質(zhì)資料可以推斷地質(zhì)體的形成時(shí)代，可以劃分出更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。

巫溪縣第四系總厚度在0-200米左右，文峰地區(qū)地層時(shí)代為更新統(tǒng)，表層為棕紅色或淺紅色殘積粘土碎石，紅池壩地區(qū)為沖洪積灰色砂礫石及砂粘土，其表層為淺紅色風(fēng)化殼，最表層覆蓋有現(xiàn)代洪坡積砂礫石、砂粘土。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)巫溪縣進(jìn)行遙感地質(zhì)解譯，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和成果：

（1）在咸池-前河以北為構(gòu)造-侵蝕地形，地貌組合形態(tài)為峰脊-谷地；以南地區(qū)則屬于峰叢-洼地的地貌組合形態(tài)；

（2）巫溪縣地層屬"川東-鄂西地層分區(qū)"，出露震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系地層；

（3）巫溪縣屬南大巴山弧形構(gòu)造擠壓帶，本構(gòu)造帶的褶皺在咸池-前河一線以北，向斜成山，背斜成谷；以南，向斜成谷，背斜成山。

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