基于遙感數據的地質構造信息提取應用

彭立正，劉釗君，劉海洋

1 研究背景

在進行地質調查以及成礦預測時，對地質構造信息的提取是重要工作之一。而傳統的地質探測方法受限于地表覆蓋，探測范圍及深度等因素，且成本昂貴，而遙感技術以直觀可視化形式顯示出地表的地物以及地表地物的變化，反映出地下深層的信息，并在較短時間內對研究區的構造信息進行提取，一定程度上減少了野外地質調查工作量。20世紀80年代起，隨著遙感技術的不斷發展，越來越多的國內外學者開始利用多源遙感信息進行地質構造信息的提取，并做了大量的研究。然而，目前的研究大都是針對植被覆蓋度低的區域，對于植被覆蓋度較高的區域，利用已有數據是否能較好地分析出構造信息還有待研究。

研究區域會寶嶺和鳳凰山鐵礦（東經117°48′37.4″～117°53′53.32″，北緯 34°51′10.76″～34°55′13.48″）位于山東省臨沂市蘭陵縣城西部，行政區域隸屬蘭陵縣尚巖鎮和新興鎮。區域為費縣—蒼山一帶,大多為第四系覆蓋。區內最高海拔580 m，地勢自西北向東南逐次降低，依次是低山、丘陵、平原、洼地。屬溫暖帶季風區域大陸性氣候，四季分明，光照充足，年平均氣溫13.5℃。研究區內出露地層主要為新太古代泰山巖群山草峪組，震旦紀土門群佟家莊組，古生代寒武紀，奧陶紀和第四系，地層走向為NW向［1］。臨沂大地構造區劃屬華北地臺魯西地塊和魯東地塊兩個Ⅱ級大地構造單元，二者被沂沭斷裂帶分開。區內地質構造復雜，自太古宙以來經歷了多期變質變形運動，形成現今以沂沭斷裂帶為代表并分隔魯東和魯西地塊的構造格局。該研究區域經歷了多期構造運動，發育了各種面狀、線狀構造和韌性剪切帶，地質構造比較復雜，地表構造以NE向斷裂為主，區內基地以褶皺為主，蓋層以單斜為主，斷裂構造較為發育，中、新生代斷陷盆地廣泛分布［2-3］。研究區域由于植被覆蓋程度較高，構造信息比較微弱，傳統方法的效果無法滿足要求，因此嘗試首先用遙感數據進行構造信息的增強后再進行構造信息提取。

2 數據與方法

2.1 數據

根據研究需求，選取2014年3月14日獲取的一景Landsat8 OLI數據為主要數據源。OLI陸地成像儀含有9個波段，包括了ETM+所有波段，并對波段5和全色波段8進行了調整，增加了兩個波段［4］：波段1（藍色波段0.433～0.454 μm）；波段9（短波紅外波段1.360～1.390 μm）。其中波段1～7和波段9的空間分辨率均為30 m，波段8為全色波段，空間分辨率為15 m。以Landsat8 L1T級數據產品為數據源，該數據產品已完成輻射校正和幾何校正，且精度較高。但是在進行構造信息的提取與解譯之前，依然要進行輻射定標、大氣校正、波段選擇、圖像融合等預處理，具體步驟本文不再詳細介紹，詳見參考文獻。除此之外，為了突出遙感影像中的斷裂信息，在利用Landsat8圖像進行構造信息的提取與解譯之前，需要進行圖像信息增強，采用了主成分分析與定向濾波相結合的方法。

另外，Aster數據（2001年7月15日獲取，經過簡單的幾何校正和輻射校）和Quick Bird數據（2014年7月全色數據和2013年10月多光譜數據）作為輔助（補充處理后用來解譯的影像及DEM、Quick Bird輔助數據）。

2.2 構造信息提取

構造信息的提取主要是利用處理后的影像數據，對線性構造等基本地質要素通過解譯標志的建立進行解譯，提取出本區域的地層構造等信息。線性構造主要有地質界線、侵入巖界限、斷裂構造的線性應變帶，包括各種斷層和韌性剪切帶等。其中斷裂構造控制著巖漿活動及礦業的運移儲存，對成礦、導礦、儲礦起著重要作用。

線性構造的解譯標志包括直接解譯標志和間接解譯標志。直接解譯標志包括遙感影像的色調或顏色、大小、陰影、形狀等，間接解譯標志包括水系的分布格局、轉折與地貌、構造巖性的關系等。通過兩者相結合來進行地物的構造信息的解譯。研究區內的線性構造主要包括巖性地層分界線以及不同性質的斷裂等，其解譯標志如表1所示。

表1 線性構造解譯標志

3 結果分析

在預處理后的Landsat8 OLI影像基礎上，結合ArcScene平臺生成的DEM三維立體顯示圖、Google Earth影像、構造地質學的理論以及對研究區的野外調研，應用目視解譯和人機交互解譯等技術方法對研究區的構造信息進行分析，并編制遙感地質綜合解譯圖，從解譯圖像上可以看出研究區域的斷裂構造特征明顯。

結合鐵礦區的地質資料，對研究區域的斷裂構造特征進行分析可知：整個研究區內斷裂構造較為復雜，解譯出線性構造54條，其中斷裂構造線27條，新解譯斷層20條，推測斷裂7條。從線性體的空間分布分析，主要有NS、NW-NNW、WE、NE向斷裂發育比較明顯，其中NS向線性體15條，NWNNW向線性體9條，NE向線性體23條，WE向線性體7條。這些線性體大多是斷裂和大型節理在圖像中的反映。在遙感圖像上，斷裂兩側呈現出明顯的色調異常和線性負地形。而形成時代較早的NS向線性構造主要分布在費縣、馬莊、朱保等3個地面以及水系異常段，常與南北向斷裂伴生，但又與南北向及其他方向的斷裂錯開。

為驗證遙感地質解譯的準確性，對研究區域采用激發極化探測和瞬變電磁探測兩種方法進行野外驗證。由于研究區域內植被覆蓋較嚴重，基巖出露較少，因此在斷裂信息較強的地段選取了4個測區，共進行6個電磁剖面的勘探。所測數據表明，各現場點均就具有相對較高的異常點（帶），具有斷裂層。

4 結論

4.1 以Landsat8 OLI數據為數據源，通過對數據源的一系列處理，判斷出研究區域內的線性構造主要為斷裂構造，提取出線性構造共54條，其中斷裂構造線27條，新解譯斷層20條，推測斷裂7條，其主要方向有NW-NNW、NS、EW、NE向4組斷裂。

4.2 利用激發極化探測和瞬變電磁探測兩種方法共進行了4個測區6個電磁剖面的勘探，勘探結果驗證了解譯的準確性。

4.3 通過研究所提取的構造信息，為下一步研究區域鐵礦化蝕變信息的提取提供了數據參考。結合水系分布以及斷裂構造信息，對分析該地區的地質斷層對于鐵礦的挖采影響和限制，以及避開導水斷層，對于采礦人員進行開采提供了借鑒和依據。

參考文獻：

［1］ 趙芝玲，王萍，荊林海，等.用Aster數據提取植被覆蓋區遙感鐵礦化蝕變信息［J］.金屬礦山，2016（10）：109-115.

［2］ 郝興中.魯西地區鐵礦成礦規律與預測研究［D］.北京：中國地質大學，2014.

［3］ 石振杰，溫興平，馬威，等.基于Landsat8 OLI遙感影像線性構造分級解譯［J］.河南科學，2015，33（9）：1 063-1 067.

［4］ 魏永明，藺啟忠，工學潮，等.南水北調西線工程區活動斷裂構造遙感研究［J］.遙感學報，2005，9（5）：616-622.