福建紫金山TM遙感影像線性構造定量分析*

李 琳

(福建船政交通職業學院能源工程系，福州福建350007)

從20世紀60年代至今，遙感在地學領域里已有非常廣泛的應用.在遙感圖像與地質有關的信息中，最直觀、最多的是線性影像，主要是線性構造與斷裂.遙感圖像中解譯出的線性影像多數是構造要素的反映，主要與斷裂構造(包括節理、斷層、斷層帶)有關，其優勢方位反映了區域構造基本輪廓，規模較大且延續性強的線性影像異常是深層構造在地表的直接表現.因此，通過對線性影像的統計分析，有助于分析研究各類構造的產生和空間展布規律.陳華慧從遙感地質學角度，對線性斷裂構造的解譯進行了以下歸納［1］:

(1)線性構造是指遙感圖像上那些與地質作用有關或受地質構造控制的線性影像.能構成線性影像的因素很多，有的與地質構造直接有關，有的間接有關，有的則無關.在遙感圖像地質解譯中，斷裂構造解譯的效果較為突出.解譯圖與原圖相比，解譯圖上的斷層比原圖上的多，可以有效彌補地面地質工作的不足.

(2)線性構造是指遙感影像上那些與地質作用有關或受地質構造控制的線性影像.線性構造具有平直的或微彎的直線狀形態特征，這種形態特征多半通過地形、色調、影紋圖案、植被以及水系的線性變化等表現出來.

因此，遙感線性構造并非是孤立的地質構造現象，而是具有一定的組合形式和分布規律的區域地質構造和礦產的生成有著密切的內在聯系，成為遙感圖像地質解譯中的一項重要內容，具有重要的理論和實際意義.

1 區域地質概況

紫金山金銅礦位于閩西南上古拗陷之西南，宣和復式背斜西南端與云霄—上杭北西向斷裂帶北西端交匯處，上杭北西向白堊紀陸相火山盆地東緣，南陽—紫金山復式背斜西南傾伏端.

出露地層主要有下震旦統樓子壩群、上泥盆統、石炭系、上三疊統文賓山組、白堊系下統石帽山群和上統沙縣組以及第四系.下震旦統樓子壩群為一套淺變質的細碎屑巖，主要巖性為灰綠色千枚巖、變質砂巖、變質細砂巖.上泥盆統為一套濱海—淺海相的碎屑巖，主要巖性為黃白色石英礫巖、砂礫巖和紫紅色粉砂巖.石炭系下統林地組為白色石英砂礫巖、石英砂巖、紫紅色粉砂巖、泥巖;中、上統為灰巖、大理巖化灰巖.上三疊統文賓山組主要巖性為砂礫巖、含礫石英砂巖、細砂巖、泥巖，夾安山質沉角礫凝灰巖.

2 遙感影像的數字處理

2.1 數據源

綜合考慮遙感影像的地面分辨率、光譜分辨率，同時為避免氣候的干擾，有利于遙感圖像進行地質解譯與礦化蝕變信息提取，選用1986年11月5日的Landsat－5 TM數據作為數據源，軌道號為120－43.經輻射校正、幾何校正、降噪、最佳波段選擇等預處理后得到研究所需的圖像.

2.2 圖像增強處理

研究區影像的數字處理采用ERDAS和PCI等遙感圖像處理軟件進行分析，將校正好的圖像進行直方圖均衡化拉伸，使不同地物的反差增大.反差增強后的圖像清晰、色彩豐富、層次分明、亮度適中，巖性、構造均很清楚，圖像質量得到了明顯改善.

提取線性構造時，遙感影像中地質體的色調、巖性、邊界、紋理等都是解譯的重點內容.為使圖像中的線性特征突出，對研究區遙感圖像主要采用濾波方法進行處理，該方法是基于圖像頻率特征的空間增強處理法.

在圖像增強處理中，中值濾波既能消除點噪聲，又不會使邊緣模糊.經驗表明，在地質解譯前進行中值濾波處理，對消除孤立點噪聲的影響有著良好的改善效果［2］.因此本文在提取線性構造時，先對紫金山遙感影像進行5×5中值濾波處理，消除壓制了遙感影像的隨機噪聲，圖像邊緣得到增強，有利于線性構造特征的提取.由于拉普拉斯算子能夠增強線性體邊緣［3］，因此應用3×3拉普拉斯算子進行濾波處理，用以增強各方向的邊緣和線性構造.

3 構造信息的提取

通過分析研究區遙感影像的構造特點，為了突出原始數據中某些方向的信息，分別對圖像進行 0°、45°、90°、135°四個方向的方向性濾波處理，突出南北向、北東向、北西向與東西向的線性構造信息，以便更好地提取這些方向的紋理信息.

遙感圖像與地質有關的信息中，最直觀、最多的是線性影像，并主要與斷裂構造(包括節理、斷層、斷層帶)有關.在遙感影像上，線性構造具有平直或略有彎曲的線性影像特征，一般較易識別.不同地貌單元直線型分界、直線型河流、顏色和色調直線型的分界、山脊和溝谷突然直線型拐彎、湖泊和地下水出露點呈線狀排列等均是斷裂構造的解譯標志［4］.由圖1可知，紫金山地區主要發育有北東(含北東東)向、北西向、東西向和南北向線性斷裂，其中北東向和北西向線性斷裂最為發育.

圖1 研究區線性構造解譯圖

⑴北東(含北東東)向線性構造:多以線性深色調或淺色調負地形，色調、影紋差異界面出現，一般延伸較長，受北西向斷裂切割明顯，是中寮—金山腳下斷裂帶的表現，為區內主要的控巖、控礦斷裂帶.

⑵北西向線性構造:多以線性深、淺色調負地形出現，是赤水—石圳潭和常樹下—小金山兩條平行斷裂帶的反映.

⑶東西向線性構造:多伴以色調差異界面的負地形出現，影像連續性通常較差.

⑷南北向線性構造:常表現為較短、斷續的線性負地形影像，屬于較老的構造運動的產物.

將研究區的線性構造解譯圖與原圖進行對比可發現:解譯圖中線性構造多于原圖，且其多數與斷裂以及褶皺相關.因此，可把線性構造的特征看成是地質作用場和地質異常的反映.

4 線性構造定量分析

由圖像解譯出的大量線性構造，在定量研究時需要進行必要的統計和歸納分析.本文采用基于概率論的數理統計方法，定量或半定量地綜合研究線性構造的長度、密度、頻度特征，能夠提高線性構造空間分布規律的正確性，使地質解譯獲得更好的效果.通過分析以上特征，能夠降低目視解譯中主觀任意性帶來的影響，且便于與物化探資料進行對比分析和多源數據的綜合處理.以上述提取的遙感影像線性構造解譯圖像為基礎，繪制出紫金山的線性構造密度圖和頻度圖.

4.1 線性體的直方圖分析

對紫金山遙感影像線性構造解譯圖進行線性體統計分析，采用概率統計方法，統計解譯出的線性構造的數量(m)以及長度(L)，并將其作為繪制長度—頻數直方圖的基礎數據(圖2).

由圖2可知，長度—頻數直方圖的形態接近正態分布，說明線性構造的長度分布是隨機的，可見本文線性構造的解譯結果具有較高的可信度.

圖2 線性構造長度—頻數直方圖

4.2 線性構造密度頻度統計分析

在線性體數量較多，不易逐個分析落實的情況下，可采用線性構造密度圖統計分析方法來研究線性構造空間密度分析的數字特征和結構特征，以獲得隱伏或深部的宏觀構造信息［5］.

首先以2km為采樣間隔，對紫金山遙的感影像線性構造解譯圖進行網格劃分，并統計每個格網中線性構造的數目m以及總長度L(密度是指單位面積內線性構造的總長度).將上述的統計數據作為基礎數據，統計線性構造密度D和頻度P.單元網格線性構造密度和頻度統計計算的公式如下:

式1中S表示網格面積，為計算簡便，本次研究取S=1.將由此獲得的每個單元網格內線性構造的頻度和密度作為屬性值賦給網格左上角點所對應的大地坐標點.由于紫金山的線性構造以北東向和北西向為主，因此在統計時沒有按照構造方位進行細分.根據統計結果，繪制了紫金山的線性構造密度圖和頻度圖(圖3、圖4).

從圖3和圖4可以看出，將解譯出的紫金山地區的線性構造密度和頻度的高值區進行對比分析，發現兩者的高值區基本吻合，且在圖幅中的下部自北往東方向發育了一個線性體密集區，與目視解譯的北東向構造完全重合.這是從定量的角度反映出線性構造在空間密度分布的數字特征和構造特征.將線性構造解譯結果與地質圖進行對比，從遙感地質角度研究發現:解譯出的線性構造大多與斷裂構造有關.從地質研究角度進行分析，則可認為是地質作用場和地質異常在線性構造上的反映［6］.將紫金山遙感影像的環形構造圖與線性構造密度圖和頻度圖進行疊加，從整體上顯示出紫金山構造的空間分布以及相關關系(圖5).高值區主要分布在紫金山、羅卜嶺、1010高地、722高地附近，表明這些地區具有較為理想的金礦富集帶的地質構造環境.

圖3 線性構造密度圖

圖4 線性構造頻度圖

5 結論

(1)通過對研究區遙感影像進行空間增強、光譜增強、輻射增強等系列處理，獲得了清晰的線性構造信息，為提取區域構造特征提供了一條有效的途徑.

(2)研究區內主要發育有北東(含北東東)和北西向線性斷裂，環形構造發育，且多與線性構造相交或相切，為成礦提供良好的地質環境.通過密度和長度定量分析研究區內的線性構造，構造解譯的可信度和分析的準確性均得到提高，使遙感地質解譯獲得更好的效果.

圖5 環形構造與線性構造密度和頻度疊加圖

(3)可將解譯出的地質構造信息與物、化探等資料相互結合，能夠更好地對研究區成礦條件進行分析，為遙感找礦提供更為可靠的信息，提高找礦工作效率.

［1］陳華慧.遙感地質學［M］.北京:地質出版社，1984.

［2］豐茂森.遙感圖像數字處理［M］.北京:地質出版社，1992.

［3］黨安榮，王曉棟，陳曉峰，等.ERDAS IMAGINE遙感圖像處理方法［M］.北京:清華大學出版社，2006.

［4］張玉君，楊建民.基巖裸露區蝕變巖遙感信息的提取方法［J］.國土資源遙感，1998，(2):46 －53.

［5］吳曙亮.溧陽火山巖盆地TM遙感圖像線性構造密度分析［J］.江蘇地質，2000，(3):161 －164.

［6］陳建平，胡明銘，李巨初.康滇地軸中南段區域構造格架的遙感地質統計分析［J］.成都理工學院學報，1999，(1):78 －81.