高分辨率影像數據在地質構造解譯中的應用
——以青海省俄昌公仁地區1∶50 000區調應用為例

趙　煒， 方　宏

(1.四川省核工業地質調查院　航測遙感部,成都　610061；2.中國人民解放軍62315部隊,北京　102416)

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高分辨率影像數據在地質構造解譯中的應用
——以青海省俄昌公仁地區1∶50 000區調應用為例

趙煒1， 方宏2

(1.四川省核工業地質調查院航測遙感部,成都610061；2.中國人民解放軍62315部隊,北京102416)

摘要：通過在俄昌公仁地區開展地質構造解譯，分析了傳統遙感影像數據與高分辨率遙感影像數的特點，在地質構造解譯過程中對兩種數據進行對比分析，總結出高分辨率遙感影像在地質構造解譯中的優勢，將遙感解譯成果賦予了更加豐富的地質含義，同時，利用高分辨率遙感影像數據較好地解析了工作區內的線性斷裂構造分布格局，解譯成果經野外驗證正確率高，對遙感技術在地質調查中有一定的指示作用。

關鍵詞：高分辨率影像數據； 區域地質地質調查； 地質構造解譯

0引言

遙感技術應用于地質調查始于二十世紀七十年代，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形構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遙感影像模式發現的[1]。因此，遙感數據是區域地質調查中必不可少的數據之一[2]，“遙感先行，地質現象引導地質路線”的填圖方法被普遍采用，且在新一輪的地質調查技術要求及其他相關規范、指南中明確提出了在填圖過程中運用遙感技術的必要性和緊迫性。遙感技術在構造解譯、巖性識別、蝕變異常提取等方面具有速度快、質量高、成本低等優勢，特別是在通行困難、基巖裸露、解譯效果好的地區，若能夠充分利用遙感技術將對提高圖幅質量和效率起到事半功倍的作用，這將是其他傳統地質研究方法所不能比擬的[2-3]。

遙感技術本身也取得了飛速的發展。如遙感的空間分辨率從千米級、米級提高到厘米級；光譜分辨率從微米級提高到現在的納米級；時間分辨率從幾周、幾天提高到現在的幾個小時；同時雷達遙感技術也朝著多極化、多頻道方向發展[4-5]。隨之而來，人們對遙感數據應用于地質調查的方法提出了更高的要求，高分辨率遙感數據已逐步得到了應用。因此，如何在地質構造解譯中充分發揮高分辨率遙感數據的優勢，已成為眾多專家學者探討的課題。

1傳統影像在地質構造解譯中的應用

1.1傳統影像特點

地質構造調查是地質調查中的重要內容，對地質單元之間的接觸關系、礦產資源的分布等都有很大的關系。目前，TM、ETM、SPOT等中低分辨率遙感影像為地質調查中廣泛使用，其特點是覆蓋范圍廣、宏觀現象效果好、獲取較為容易、使用成本低。

1.2傳統影像的不足

利用傳統影像(如ETM)能完成小比例尺地質體基本構造解譯，對區域大斷裂、大斷裂、較大的巖體均有較好的表象。但是在1∶50 000區調中，使用傳統影像解譯二級、三級斷裂構造則顯得較為困難，局部小范圍的地質異常體表象不明顯乃至被忽視，確定巖性難度更大。這難以滿足地質礦產調查過程中地質構造解體，成礦預測的需求。

2高分辨率影像在構造解譯中的應用

2.1研究區概況

研究區位于青藏高原腹地巴顏喀拉山南部，依中國自然地理區劃，隸屬青海省治多縣管轄。區內地形具有山巒疊嶂、河流溝谷縱橫、湖沼發育的特點，平均海撥多在4 600 m～5 200 m之間。區內地層屬于羌北-昌都地層分區，發育大面積三疊系。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　研究區位置圖Fig．1　The study area location map

2.2數據源的選擇

高分辨率遙感數據源包括SPOT-6、IKONOS、Quickbird、WorldView-2等，本次采用空間分辨率最高的WorldView-2高分辨率影像數據，共有8個波段，其分為4個業內標準譜段(紅、綠、藍、近紅外)，還包括4個額外譜段(海岸、黃、紅邊和近紅外2)，其標準譜段，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衛星數據各波段及空間分辨率

2.3高分辨率影像在線性構造解譯中的應用

在區域大斷裂、大斷裂解譯過程中高分辨率影像優勢不明顯，而在二級、三級構造解譯過程中高分辨率影像則可充分發揮其優勢。

1)挖掘出微弱展布行跡表象的線性構造。在構造發育的區域，在傳統影像上整體方向性的線性構造表象較好，然而其他方向的較小的線性構造反映不明顯，而在高分辨率影像上反映明顯。如圖2所示，在F33標記區，山體整體呈NW向展布，但在標記處山體突然錯段，出現斷頭山，NE向斷裂通過的區域，斷頭山的東側出現其他小山體，無較大的延伸規模，傳統影像無明顯特征，但在高分辨率影像上表現出微弱的NE向展布行跡，這也揭露了NE向構造的存在。

圖2　微弱展布行跡反映線性構造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造。在植被較發育的地區，如圖3所示，在傳統影像上其西南側構造相對明顯，山體NW向延伸行跡明顯，但山體在延伸至河流邊緣時，再無明顯的行跡，無法追蹤構造延伸行跡。在高分變率影像上，河流對面的左上角區域可以發現有一微小的灰白色區域出露，在河流的對面也出現一微小的灰白色區域，兩塊區域一致呈NW向展布，通過出露的小斑塊的展布方向，可以確定構造的延伸走向。再觀察該區域內河流及小湖泊的展布方向，大部分呈NW向展布，這也從側面反映了構造的延伸方向。

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

3)山體呈線性對壘反映構造更明顯。在高分辨率影像上，以溝谷為對稱軸兩側出現明顯的線性構造，延伸行跡清晰，類似魚刺狀構造，表明該區域線性構造較發育(圖4)。

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

2.4高分辨率影像在環形構造解譯中的應用

環形構造是地質調查中普遍存在的一種構造形式，它的成因具有多樣性，它的存在對地質找礦具有一定的指示作用。傳統遙感影像能解譯出大的環形構造，而較小的、多期次、地形平坦地區、植被發育地區的環形構造在高分辨率影像表現明顯。

1)能提取出多期次、隱晦巖漿環。巖漿環反映該區域曾今的地下巖漿活動形跡，遙感影紋特征則反映地下巖漿活動距今的時間遠近。傳統遙感影像影紋不明顯，而高分辨率遙感影像可以反映出細致的影紋(圖5、圖6)。環形構造的大小和多少則反映巖漿活動的強烈程度和頻率，在高分辨率影像中表現出巖漿環徑較大，邊界清楚，其周圍有隱晦的小環清晰可見，在大環內也發育有多個小環。各小環與大環之間存在包含關系和相交關系，表明區內巖漿活動頻繁，且時代距今較近。

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

圖6　多期次、隱晦巖漿環影像(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。未出露地表的巖漿活動形成隱伏巖體，這在地質調查中尋找隱伏礦床有較強的指示作用。形成隱伏巖體過程一般會產生環狀構造，該類環環徑大小不一，與地下巖體關系密切。該類環在傳統影像上未有表象，而高分辨影像上有明顯的中心，可見四周節理裂隙呈爆裂狀向外輻射，見圖7、圖8。

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

圖8　隱伏巖體環影像(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異常體解譯中的應用

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

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

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

3斷裂構造與實測斷裂構造對比分析

圖11　遙感解譯斷裂構造與地質圖表達斷裂構造對比圖Fig．11　Remote sensing interpretation of faults and the geological map expression fracture 　structure comparison chart

研究區高分辨率遙感解譯線性構造密集分布，以NW向和NE向為主，與1∶200 000地質圖相比準確率較高且形成很好的補充(圖11)。

上部區域，地質實測斷裂與遙感解譯斷裂重合性較高，但由于地質圖精度較低，地質實測斷裂構造稀少。遙感解譯斷裂顯示，該區域存在大量NW向斷裂構造，與地質圖表達斷裂構造一致，且規模較大，但該區域同時存在大量NE向構造，且密集程度遠高于NW向構造，尤其在俄昌公仁地區最為發育，與NW向構造相交形成菱網狀，推測該區域NE向構造為先期構造，NW向構造為后期構造。

中部區域，地質實測斷裂以NW向為主，基本呈NW向等距平行展布，只在莫米雅龍地區有一小段NE向斷裂發育。對比遙感解譯線性構造，該區域存在NW向F27、F28、F29、F30、F36斷裂與之對應，且規模較大，與地質實測斷裂構造對應較好，且比地質實測斷裂發育密集，是對地質實測斷裂的較好補充。在莫米雅龍地區，有遙感解譯F26斷裂與地質實測NE向斷裂對應，且位置基本一致，表明遙感解譯斷裂準確性較高。同時，遙感解譯斷裂構造在該區域還發育有少量SN向和NE向構造。

下部區域，地質實測斷裂大量發育，全部以NW向為主，基本呈等距平行展布。遙感解譯斷裂顯示，該區域發育有NW向構造，與地質實測斷裂完全一致，同時該區域大量發育有SN向轉NE向的線性構造，規模以二級為主，其與工作區中部的NE向構造有較好的線性延伸，是對地質實測構造的較好補充。

4遙感地質構造解譯野外驗證情況

遙感野外驗證地質點共14個,其中構造控制點6個，隱伏巖體環1個，巖性分界點7個。根據野外驗證結果與室內解譯的吻合程度，對野外驗證點按甲(吻合程度較好)、乙(吻合程度一般)、丙(吻合程度較差)三個級別進行了等級劃分(表2、圖12)。驗證結果表明，高分辨率遙感解譯地質點甲級達到72 %，構造點甲級達到71.4 %，解譯準確度高。

表2　遙感野外驗證地質點結果等級表

圖12　遙感野外驗證地質點等級比例圖Fig．12　Remote sensing field verification geological point scale map

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

圖13　遙感解譯線性構造野外驗證點及照片Fig．13　Remote sensing lineament field verification points and photos

圖14　遙感解譯環形構造野外驗證點及照片Fig．14　Remote sensing ring structure field verification points and photos

圖15　遙感解譯地質異常野外驗證點及照片Fig．15　Remote sensing geological anomaly field verification points and photos

遙感解譯環形構造野外驗證點D9009(圖14)，該區域遙感解譯存在三個隱伏巖體環及兩個巖漿環群。野外驗證發現，該區域地表風華嚴重，矮草生長茂盛，環形構造內為紫紅色砂巖，表面風華嚴重，整個山體表面比較光滑，呈正地貌，山腰及山腳節理及沖溝發育，呈輻射狀向四周展開。

遙感解譯地質異常構造野外驗證點D9019(圖15)，該區域遙感解譯地質異常發育面積較大，野外驗證發現該區域大面積發育不純凈灰巖，異常區位于山頂及半山腰，主要發育灰質白云巖，巖石較為破碎，完全無沉積層理，推測屬于后期的快速沉積或外力改造形成。

5結論

在俄昌公仁地區1∶50 000區域地質調查過程中，作者利用傳統遙感影像與高分辨率遙感影像進行了地質構造解譯對比，較系統地提取了與區內礦化有關的地質體及地質現象信息，總結出高分辨率遙感影像在地質構造解譯中的優勢，將遙感解譯成果賦予了更加豐富的地質含義，補充深化了遙感地質背景認識，推進了遙感地質技術應用研究的發展與深化。同時，利用高分辨率遙感影像數據較好地解析了工作區內的線性斷裂構造分布格局，為其他相關工作開展提供了有力的支撐，解譯成果經野外驗證正確率很高，提高了遙感技術應用方法，提高了成果的準確程度。

參考文獻：

[1]劉德長,葉發旺,張杰林,等.后遙感應用技術的提出與地質實踐一以鄂爾多斯盆地東勝地區鈾資源勘查為例[J].國土資源遙感,2004(1):11-14.

LIU D C,YE F W,ZHANG J L,et al.After the remote sensing application technology and geological practice are put forward—For example of Don sheng district in Ordos basin uranium resources exploration[J].Remote sensing of land and resources,2004(1):11-14.(In Chinese)

[2]張克信,孫賾,等.基于數字填圖系統的遙感等數據在構造-地層分區和地層單位識別中的應用-以1∶25萬民和縣幅、臨夏市幅和定西市幅數字地質填圖為例[J].地質通報,2008(7):965-973.

ZHANG K X,SUN Z,et al. Based on digital mapping system of remote sensing data, such as tectonics and strata in the application of partition and stratigraphic unit recognition - 1:250 000 about the portrait painting, linxia city and dingxi city digital geological case[J]. The geological report,2008(7):965-973.(In Chinese)

[3]吳志春,郭福生,劉林清,等.遙感技術在區域地質調查中的應用研究[J].東華理工大學學報:自然科學版.2013(4):364-374.

WU Z C,GUO F S,LIU L Q,et al.Remote sensing technology in the application of regional geological survey research[J].Journal of Donoghua university of science and technology (natural science edition),2013(4):364-374.(In Chinese)

[4]張磊,包平.高分辨率影像數據在遙感地質調查中的應用[J].科技視界.2012(29):5-6.

ZHANG L,BAO P.High resolution image data in the application of remote sensing geology survey[J].Science and technology horizon,2012(29):5-6.(In Chinese)

[5]王潤生,雄盛青,聶洪峰,等．遙感地質勘查技術與應用研究[J].地質學報,2011(11):1699-1743.

WANG R S,XIONG S Q,NIE H F et al .Remote sensing geology exploration technology and application[J].Journal of geology,2011(11):1699-1743.(In Chinese)

[6]趙英時.遙感應用分析原理與方法[M].北京:科學出版社,2003.

ZHAO Y S.Analysis principle and method of remote sensing applications[M].Beijing:science press,2003.(In Chinese)

[7]王華林,王紀強.沂沭斷裂帶北段活動構造遙感地質解譯與檢驗[J].測繪通報,2012(S1):276-280.

WANG H L,WANG J Q. Remote sensing geological interpretation of readymade fault zone north the active tectonic interpretation and inspection [J].Bulletin of surveying and mapping,2012(S1):276-280 (In Chinese)

[8]楊曉平.基于TM遙感圖像的流域地貌研究[J]. 科技通報,2003,19(02):150-153.

YANG X P.Based on TM remote sensing image of watershed geomorphology research [J].Report of science snd technology,2003,19(02):150-153. (In Chinese)

收稿日期：2015-04-29改回日期：2015-06-07

基金項目:青海省區域地質礦產調查(1212011033500)

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

文章編號：1001-1749(2016)03-0423-07

中圖分類號：TP 79

文獻標志碼：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