高分辨率影像數(shù)據(jù)在地質(zhì)構(gòu)造解譯中的應(yīng)用
——以青海省俄昌公仁地區(qū)1∶50 000區(qū)調(diào)應(yīng)用為例

趙　煒， 方　宏

(1.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院　航測(cè)遙感部,成都　610061；2.中國(guó)人民解放軍62315部隊(duì),北京　102416)

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高分辨率影像數(shù)據(jù)在地質(zhì)構(gòu)造解譯中的應(yīng)用
——以青海省俄昌公仁地區(qū)1∶50 000區(qū)調(diào)應(yīng)用為例

趙煒1， 方宏2

(1.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院航測(cè)遙感部,成都610061；2.中國(guó)人民解放軍62315部隊(duì),北京102416)

摘要：通過(guò)在俄昌公仁地區(qū)開展地質(zhì)構(gòu)造解譯，分析了傳統(tǒng)遙感影像數(shù)據(jù)與高分辨率遙感影像數(shù)的特點(diǎn)，在地質(zhì)構(gòu)造解譯過(guò)程中對(duì)兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)出高分辨率遙感影像在地質(zhì)構(gòu)造解譯中的優(yōu)勢(shì)，將遙感解譯成果賦予了更加豐富的地質(zhì)含義，同時(shí)，利用高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)較好地解析了工作區(qū)內(nèi)的線性斷裂構(gòu)造分布格局，解譯成果經(jīng)野外驗(yàn)證正確率高，對(duì)遙感技術(shù)在地質(zhì)調(diào)查中有一定的指示作用。

關(guān)鍵詞：高分辨率影像數(shù)據(jù)； 區(qū)域地質(zhì)地質(zhì)調(diào)查； 地質(zhì)構(gòu)造解譯

0引言

遙感技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查始于二十世紀(jì)七十年代，并取得可喜的成果。例如至今人類找到的最大礦床——澳大利亞奧林匹克壩礦床，就是在遙感解譯的環(huán)形構(gòu)造與重力資料解釋的NWW向深斷裂的交匯部位找到的；巴基斯坦的大型斑巖銅礦也是根據(jù)遙感影像模式發(fā)現(xiàn)的[1]。因此，遙感數(shù)據(jù)是區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中必不可少的數(shù)據(jù)之一[2]，“遙感先行，地質(zhì)現(xiàn)象引導(dǎo)地質(zhì)路線”的填圖方法被普遍采用，且在新一輪的地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求及其他相關(guān)規(guī)范、指南中明確提出了在填圖過(guò)程中運(yùn)用遙感技術(shù)的必要性和緊迫性。遙感技術(shù)在構(gòu)造解譯、巖性識(shí)別、蝕變異常提取等方面具有速度快、質(zhì)量高、成本低等優(yōu)勢(shì)，特別是在通行困難、基巖裸露、解譯效果好的地區(qū)，若能夠充分利用遙感技術(shù)將對(duì)提高圖幅質(zhì)量和效率起到事半功倍的作用，這將是其他傳統(tǒng)地質(zhì)研究方法所不能比擬的[2-3]。

遙感技術(shù)本身也取得了飛速的發(fā)展。如遙感的空間分辨率從千米級(jí)、米級(jí)提高到厘米級(jí)；光譜分辨率從微米級(jí)提高到現(xiàn)在的納米級(jí)；時(shí)間分辨率從幾周、幾天提高到現(xiàn)在的幾個(gè)小時(shí)；同時(shí)雷達(dá)遙感技術(shù)也朝著多極化、多頻道方向發(fā)展[4-5]。隨之而來(lái)，人們對(duì)遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查的方法提出了更高的要求，高分辨率遙感數(shù)據(jù)已逐步得到了應(yīng)用。因此，如何在地質(zhì)構(gòu)造解譯中充分發(fā)揮高分辨率遙感數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，已成為眾多專家學(xué)者探討的課題。

1傳統(tǒng)影像在地質(zhì)構(gòu)造解譯中的應(yīng)用

1.1傳統(tǒng)影像特點(diǎn)

地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查是地質(zhì)調(diào)查中的重要內(nèi)容，對(duì)地質(zhì)單元之間的接觸關(guān)系、礦產(chǎn)資源的分布等都有很大的關(guān)系。目前，TM、ETM、SPOT等中低分辨率遙感影像為地質(zhì)調(diào)查中廣泛使用，其特點(diǎn)是覆蓋范圍廣、宏觀現(xiàn)象效果好、獲取較為容易、使用成本低。

1.2傳統(tǒng)影像的不足

利用傳統(tǒng)影像(如ETM)能完成小比例尺地質(zhì)體基本構(gòu)造解譯，對(duì)區(qū)域大斷裂、大斷裂、較大的巖體均有較好的表象。但是在1∶50 000區(qū)調(diào)中，使用傳統(tǒng)影像解譯二級(jí)、三級(jí)斷裂構(gòu)造則顯得較為困難，局部小范圍的地質(zhì)異常體表象不明顯乃至被忽視，確定巖性難度更大。這難以滿足地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查過(guò)程中地質(zhì)構(gòu)造解體，成礦預(yù)測(cè)的需求。

2高分辨率影像在構(gòu)造解譯中的應(yīng)用

2.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青藏高原腹地巴顏喀拉山南部，依中國(guó)自然地理區(qū)劃，隸屬青海省治多縣管轄。區(qū)內(nèi)地形具有山巒疊嶂、河流溝谷縱橫、湖沼發(fā)育的特點(diǎn)，平均海撥多在4 600 m～5 200 m之間。區(qū)內(nèi)地層屬于羌北-昌都地層分區(qū)，發(fā)育大面積三疊系。東北部為西金烏蘭-金沙江蛇綠混雜巖帶的多彩蛇綠混雜巖帶(圖1)。

圖1　研究區(qū)位置圖Fig．1　The study area location map

2.2數(shù)據(jù)源的選擇

高分辨率遙感數(shù)據(jù)源包括SPOT-6、IKONOS、Quickbird、WorldView-2等，本次采用空間分辨率最高的WorldView-2高分辨率影像數(shù)據(jù)，共有8個(gè)波段，其分為4個(gè)業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)譜段(紅、綠、藍(lán)、近紅外)，還包括4個(gè)額外譜段(海岸、黃、紅邊和近紅外2)，其標(biāo)準(zhǔn)譜段，多光譜波段空間分辨率2.5 m，搭載全色波段pan空間分辨率0.5 m，其波段信息見表1。

表1　WorldView-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)各波段及空間分辨率

2.3高分辨率影像在線性構(gòu)造解譯中的應(yīng)用

在區(qū)域大斷裂、大斷裂解譯過(guò)程中高分辨率影像優(yōu)勢(shì)不明顯，而在二級(jí)、三級(jí)構(gòu)造解譯過(guò)程中高分辨率影像則可充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

1)挖掘出微弱展布行跡表象的線性構(gòu)造。在構(gòu)造發(fā)育的區(qū)域，在傳統(tǒng)影像上整體方向性的線性構(gòu)造表象較好，然而其他方向的較小的線性構(gòu)造反映不明顯，而在高分辨率影像上反映明顯。如圖2所示，在F33標(biāo)記區(qū)，山體整體呈NW向展布，但在標(biāo)記處山體突然錯(cuò)段，出現(xiàn)斷頭山，NE向斷裂通過(guò)的區(qū)域，斷頭山的東側(cè)出現(xiàn)其他小山體，無(wú)較大的延伸規(guī)模，傳統(tǒng)影像無(wú)明顯特征，但在高分辨率影像上表現(xiàn)出微弱的NE向展布行跡，這也揭露了NE向構(gòu)造的存在。

圖2　微弱展布行跡反映線性構(gòu)造Fig．2　Narrow distribution tracks reflect the linear structure

2)提取碎斑狀、斑雜狀的線性伸展表象的構(gòu)造。在植被較發(fā)育的地區(qū)，如圖3所示，在傳統(tǒng)影像上其西南側(cè)構(gòu)造相對(duì)明顯，山體NW向延伸行跡明顯，但山體在延伸至河流邊緣時(shí)，再無(wú)明顯的行跡，無(wú)法追蹤構(gòu)造延伸行跡。在高分變率影像上，河流對(duì)面的左上角區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)有一微小的灰白色區(qū)域出露，在河流的對(duì)面也出現(xiàn)一微小的灰白色區(qū)域，兩塊區(qū)域一致呈NW向展布，通過(guò)出露的小斑塊的展布方向，可以確定構(gòu)造的延伸走向。再觀察該區(qū)域內(nèi)河流及小湖泊的展布方向，大部分呈NW向展布，這也從側(cè)面反映了構(gòu)造的延伸方向。

圖3　碎斑狀、斑雜狀的線性伸展反映構(gòu)造Fig．3　Broken porphyritic, linear stretches reflect the complex shape of structure

3)山體呈線性對(duì)壘反映構(gòu)造更明顯。在高分辨率影像上，以溝谷為對(duì)稱軸兩側(cè)出現(xiàn)明顯的線性構(gòu)造，延伸行跡清晰，類似魚刺狀構(gòu)造，表明該區(qū)域線性構(gòu)造較發(fā)育(圖4)。

圖4　山體呈線性對(duì)壘反映構(gòu)造更明顯Fig．4　Mountain playing reflect a linear structure was more obvious

2.4高分辨率影像在環(huán)形構(gòu)造解譯中的應(yīng)用

環(huán)形構(gòu)造是地質(zhì)調(diào)查中普遍存在的一種構(gòu)造形式，它的成因具有多樣性，它的存在對(duì)地質(zhì)找礦具有一定的指示作用。傳統(tǒng)遙感影像能解譯出大的環(huán)形構(gòu)造，而較小的、多期次、地形平坦地區(qū)、植被發(fā)育地區(qū)的環(huán)形構(gòu)造在高分辨率影像表現(xiàn)明顯。

1)能提取出多期次、隱晦巖漿環(huán)。巖漿環(huán)反映該區(qū)域曾今的地下巖漿活動(dòng)形跡，遙感影紋特征則反映地下巖漿活動(dòng)距今的時(shí)間遠(yuǎn)近。傳統(tǒng)遙感影像影紋不明顯，而高分辨率遙感影像可以反映出細(xì)致的影紋(圖5、圖6)。環(huán)形構(gòu)造的大小和多少則反映巖漿活動(dòng)的強(qiáng)烈程度和頻率，在高分辨率影像中表現(xiàn)出巖漿環(huán)徑較大，邊界清楚，其周圍有隱晦的小環(huán)清晰可見，在大環(huán)內(nèi)也發(fā)育有多個(gè)小環(huán)。各小環(huán)與大環(huán)之間存在包含關(guān)系和相交關(guān)系，表明區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，且時(shí)代距今較近。

圖5　多期次、隱晦巖漿環(huán)影像(傳統(tǒng)影像)Fig．5　Many times, obscures magma ring images(traditional image)

圖6　多期次、隱晦巖漿環(huán)影像(高分辨率影像)Fig．6　Many times, obscures magma ring 　images(high resolution image)

2)有利于圈定隱伏巖體環(huán)。未出露地表的巖漿活動(dòng)形成隱伏巖體，這在地質(zhì)調(diào)查中尋找隱伏礦床有較強(qiáng)的指示作用。形成隱伏巖體過(guò)程一般會(huì)產(chǎn)生環(huán)狀構(gòu)造，該類環(huán)環(huán)徑大小不一，與地下巖體關(guān)系密切。該類環(huán)在傳統(tǒng)影像上未有表象，而高分辨影像上有明顯的中心，可見四周節(jié)理裂隙呈爆裂狀向外輻射，見圖7、圖8。

圖7　隱伏巖體環(huán)影像(傳統(tǒng)影像)Fig．7　Concealed rock ring image 　　(traditional image)

圖8　隱伏巖體環(huán)影像(高分辨率影像)Fig．8　Concealed rock ring image(high resolution image)

2.5高分辨率影像在地質(zhì)異常體解譯中的應(yīng)用

地質(zhì)異常體是在結(jié)構(gòu)、構(gòu)造或成因序次上與周圍環(huán)境具有明顯差異的地質(zhì)體或者地質(zhì)體組合。傳統(tǒng)影像能解譯出一類地質(zhì)異常體，而解譯二類、三類地質(zhì)異常體較困難。高分辨率影像在解譯二類、三類地質(zhì)異常體有明顯優(yōu)勢(shì)。如圖9、圖10，二類、三類地質(zhì)異常體在色彩、影紋、展布方向上存在明顯差異，這是傳統(tǒng)影像所不具備的。

圖9　二類地質(zhì)異常體高分辨率影像Fig．9　The second geologic abnormal body of high resolution image

圖10　三類地質(zhì)異常體高分辨率影像Fig．10　The third geologic abnormal body of high resolution image

3斷裂構(gòu)造與實(shí)測(cè)斷裂構(gòu)造對(duì)比分析

圖11　遙感解譯斷裂構(gòu)造與地質(zhì)圖表達(dá)斷裂構(gòu)造對(duì)比圖Fig．11　Remote sensing interpretation of faults and the geological map expression fracture 　structure comparison chart

研究區(qū)高分辨率遙感解譯線性構(gòu)造密集分布，以NW向和NE向?yàn)橹?，與1∶200 000地質(zhì)圖相比準(zhǔn)確率較高且形成很好的補(bǔ)充(圖11)。

上部區(qū)域，地質(zhì)實(shí)測(cè)斷裂與遙感解譯斷裂重合性較高，但由于地質(zhì)圖精度較低，地質(zhì)實(shí)測(cè)斷裂構(gòu)造稀少。遙感解譯斷裂顯示，該區(qū)域存在大量NW向斷裂構(gòu)造，與地質(zhì)圖表達(dá)斷裂構(gòu)造一致，且規(guī)模較大，但該區(qū)域同時(shí)存在大量NE向構(gòu)造，且密集程度遠(yuǎn)高于NW向構(gòu)造，尤其在俄昌公仁地區(qū)最為發(fā)育，與NW向構(gòu)造相交形成菱網(wǎng)狀，推測(cè)該區(qū)域NE向構(gòu)造為先期構(gòu)造，NW向構(gòu)造為后期構(gòu)造。

中部區(qū)域，地質(zhì)實(shí)測(cè)斷裂以NW向?yàn)橹鳎境蔔W向等距平行展布，只在莫米雅龍地區(qū)有一小段NE向斷裂發(fā)育。對(duì)比遙感解譯線性構(gòu)造，該區(qū)域存在NW向F27、F28、F29、F30、F36斷裂與之對(duì)應(yīng)，且規(guī)模較大，與地質(zhì)實(shí)測(cè)斷裂構(gòu)造對(duì)應(yīng)較好，且比地質(zhì)實(shí)測(cè)斷裂發(fā)育密集，是對(duì)地質(zhì)實(shí)測(cè)斷裂的較好補(bǔ)充。在莫米雅龍地區(qū)，有遙感解譯F26斷裂與地質(zhì)實(shí)測(cè)NE向斷裂對(duì)應(yīng)，且位置基本一致，表明遙感解譯斷裂準(zhǔn)確性較高。同時(shí)，遙感解譯斷裂構(gòu)造在該區(qū)域還發(fā)育有少量SN向和NE向構(gòu)造。

下部區(qū)域，地質(zhì)實(shí)測(cè)斷裂大量發(fā)育，全部以NW向?yàn)橹鳎境实染嗥叫姓共?。遙感解譯斷裂顯示，該區(qū)域發(fā)育有NW向構(gòu)造，與地質(zhì)實(shí)測(cè)斷裂完全一致，同時(shí)該區(qū)域大量發(fā)育有SN向轉(zhuǎn)NE向的線性構(gòu)造，規(guī)模以二級(jí)為主，其與工作區(qū)中部的NE向構(gòu)造有較好的線性延伸，是對(duì)地質(zhì)實(shí)測(cè)構(gòu)造的較好補(bǔ)充。

4遙感地質(zhì)構(gòu)造解譯野外驗(yàn)證情況

遙感野外驗(yàn)證地質(zhì)點(diǎn)共14個(gè),其中構(gòu)造控制點(diǎn)6個(gè)，隱伏巖體環(huán)1個(gè)，巖性分界點(diǎn)7個(gè)。根據(jù)野外驗(yàn)證結(jié)果與室內(nèi)解譯的吻合程度，對(duì)野外驗(yàn)證點(diǎn)按甲(吻合程度較好)、乙(吻合程度一般)、丙(吻合程度較差)三個(gè)級(jí)別進(jìn)行了等級(jí)劃分(表2、圖12)。驗(yàn)證結(jié)果表明，高分辨率遙感解譯地質(zhì)點(diǎn)甲級(jí)達(dá)到72 %，構(gòu)造點(diǎn)甲級(jí)達(dá)到71.4 %，解譯準(zhǔn)確度高。

表2　遙感野外驗(yàn)證地質(zhì)點(diǎn)結(jié)果等級(jí)表

圖12　遙感野外驗(yàn)證地質(zhì)點(diǎn)等級(jí)比例圖Fig．12　Remote sensing field verification geological point scale map

遙感解譯線性構(gòu)造野外驗(yàn)證點(diǎn)D9008(圖13)，該區(qū)域線性構(gòu)造密集發(fā)育，NW向和NE向線性構(gòu)造交織呈菱網(wǎng)狀，野外驗(yàn)證位于中間的NW向線性構(gòu)造，該構(gòu)造沿干枯的河道發(fā)育，在河道的NE側(cè)，河岸微凸起，岸壁巖石比較破碎，河岸下碎石大量分布，巖壁部分區(qū)域有摩擦痕跡，線性構(gòu)造表象明顯。

圖13　遙感解譯線性構(gòu)造野外驗(yàn)證點(diǎn)及照片F(xiàn)ig．13　Remote sensing lineament field verification points and photos

圖14　遙感解譯環(huán)形構(gòu)造野外驗(yàn)證點(diǎn)及照片F(xiàn)ig．14　Remote sensing ring structure field verification points and photos

圖15　遙感解譯地質(zhì)異常野外驗(yàn)證點(diǎn)及照片F(xiàn)ig．15　Remote sensing geological anomaly field verification points and photos

遙感解譯環(huán)形構(gòu)造野外驗(yàn)證點(diǎn)D9009(圖14)，該區(qū)域遙感解譯存在三個(gè)隱伏巖體環(huán)及兩個(gè)巖漿環(huán)群。野外驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域地表風(fēng)華嚴(yán)重，矮草生長(zhǎng)茂盛，環(huán)形構(gòu)造內(nèi)為紫紅色砂巖，表面風(fēng)華嚴(yán)重，整個(gè)山體表面比較光滑，呈正地貌，山腰及山腳節(jié)理及沖溝發(fā)育，呈輻射狀向四周展開。

遙感解譯地質(zhì)異常構(gòu)造野外驗(yàn)證點(diǎn)D9019(圖15)，該區(qū)域遙感解譯地質(zhì)異常發(fā)育面積較大，野外驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)該區(qū)域大面積發(fā)育不純凈灰?guī)r，異常區(qū)位于山頂及半山腰，主要發(fā)育灰質(zhì)白云巖，巖石較為破碎，完全無(wú)沉積層理，推測(cè)屬于后期的快速沉積或外力改造形成。

5結(jié)論

在俄昌公仁地區(qū)1∶50 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中，作者利用傳統(tǒng)遙感影像與高分辨率遙感影像進(jìn)行了地質(zhì)構(gòu)造解譯對(duì)比，較系統(tǒng)地提取了與區(qū)內(nèi)礦化有關(guān)的地質(zhì)體及地質(zhì)現(xiàn)象信息，總結(jié)出高分辨率遙感影像在地質(zhì)構(gòu)造解譯中的優(yōu)勢(shì)，將遙感解譯成果賦予了更加豐富的地質(zhì)含義，補(bǔ)充深化了遙感地質(zhì)背景認(rèn)識(shí)，推進(jìn)了遙感地質(zhì)技術(shù)應(yīng)用研究的發(fā)展與深化。同時(shí)，利用高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)較好地解析了工作區(qū)內(nèi)的線性斷裂構(gòu)造分布格局，為其他相關(guān)工作開展提供了有力的支撐，解譯成果經(jīng)野外驗(yàn)證正確率很高，提高了遙感技術(shù)應(yīng)用方法，提高了成果的準(zhǔn)確程度。

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收稿日期：2015-04-29改回日期：2015-06-07

基金項(xiàng)目:青海省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查(1212011033500)

作者簡(jiǎn)介：趙煒(1984-)，男，碩士，主要從事遙感地質(zhì)方面研究，E-mail:147782331@qq.com。

文章編號(hào)：1001-1749(2016)03-0423-07

中圖分類號(hào)：TP 79

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.03.20

High resolution image data in the application of the gedogical structure interpretion——for example echang of Qinghai province and the kernel region 1∶50 000 area of application

ZHAO Wei1, FANG Hong2

(1.Aerial remote sensing department,Sichuan Institute of Nuclear Geology, Chengdu610061， China；2.The Chinese people’s liberation army 62315 troops, Beijing102416， China)

Abstract:By carrying out the geological structure interpretation in echang and kernel region in Russia, the traditional remote sensing image data and the number of high resolution remote sensing image characteristics is analyzed. Two kinds of data were analyzed in the process of geologic structure interpretation and the advantages of high resolution remote sensing image in the geological structure interpretation are summarized. The remote sensing interpretation results given more abundant geological meaning. At the same time, high resolution remote sensing image data is used to parse the workspace of linear fracture distribution pattern. This indicates that the interpretation results verified by the field accuracy is high, and then the remote sensing technology in geological survey has the certain instruction function.

Key words:high resolution image data; regional geology survey; geological structure interpretation