國產高分數據在青海地區遙感解譯泉點淺探

李曉民，張 興，辛榮芳，李宗仁，李得林，李冬玲

（1.青海省青藏高原北部地質過程與礦產資源重點實驗室，青海 西寧 810012；2.青海省地質調查院，青海 西寧 810012；3.自然資源青海衛星應用技術中心，青海 西寧 810012）

青藏高原近年來冰川面積逐步縮小，地表水徑流增多，雨水增加，局部凍土融化現象明顯。利用遙感技術在冰川監測、水文地質等調查中應用廣泛，包括冰川變化、鹽湖擴張、河流變遷、泉點及地下水溢出帶找尋等方面優勢明顯。隨著我國高分專項計劃的實施，利用遙感技術開展相關工作，為生態地質環境、水工環地質、天然礦泉水靶區研究等提供大量信息，有效部署其野外調查研究，指導相關工作，減少野外工作量，提高成果質量，為自然資源要素與生態狀況調查等方面服務[1-6]。

本文利用國產衛星數據的價廉、快速、直觀性等特點，在青海省選擇了祁連縣、湟源縣、瑪沁縣南部三處開展遙感解譯泉點工作，旨在獲取豐富的泉點要素的定位定性信息，為水工環、礦泉水靶區優選研究等地面調查提供力所能及的支持。工作中對使用國產高分衛星數據遙感解譯泉點的效果初步做了一些探討。

1 遙感技術方法

1.1 遙感數據源選擇與處理

考慮本次調查精度，選取國產高分二號（GF-2）和高分一號（GF-1）衛星影像數據作為本次遙感解譯的數據源。高分二號數據全分辨融合后達到0.81 m，高分一號數據全分辨融合后達到2 m。本次選擇數據成像質量較好，幾乎沒有云層覆蓋。遙感數據處理采用GS變換融合影像[7-8]。

1.2 泉點解譯方法

本次泉點解譯參考國產衛星提取水體信息的結果，結合前人相關資料的基礎上進行泉點解譯工作，后期輔助野外查證工作，進行泉點信息的提取（圖1）。相關學者利用國產衛星水體信息提取方法研究較多，本次提取采用ESWI 決策樹法進行水體信息提取（圖2）[9]。遙感解譯主要以人機交互為主，在ArcGIS 軟件下進行全像素遙感信息提取[10-14]。優先建立解譯標志，根據影像特征和地形圖已知的泉點進行標注。根據已知泉點的影像上的形狀、大小、色調、陰影等總結其解譯標志，輔助一些間接標志，包括斷層、植被等進行從粗到細的解譯，逐步補充、完善解譯標志，其次輔助相關野外核查工作，從而達到遙感解譯泉點的目的。本區泉點的遙感解譯標志有：①位于溝谷盡頭，凍土邊緣，凍結層上水下潛形成的地下水露頭，影像上呈灰白色等的短線；②位于山坡坡腳，是小河的源頭，并形成積水潭，影像呈藍綠色、灰白色等，或者有水系跡象；③位于溝谷盡頭，其上游地區沒有冰川等水源補給；④位于山坡之上，多處泉點線性排布，影像上呈灰白色、墨綠色等斑點；⑤線性串珠狀展布，位于斷層上或者斷層交匯處。

圖1 泉點信息提取流程圖

圖2 祁連縣地區ESWI 決策樹法提取水體信息結果（GF-2）

2 泉點遙感解譯

2.1 湟源縣地區泉點分布

湟源縣地區泉點較為發育，主要沿北西-南東向斷裂及溝谷分布，部分集中分布在山頂與坡腳中間地帶，其中以斷層泉、侵蝕泉等為主。含水層被斷層切開，地下水巖斷裂裂縫上升至地表流出形成上升泉。區內控水斷裂發育，斷層泉GF-2 圖像上呈白色、藍色色調，分布呈串珠狀（圖3）。侵蝕泉區內分布較多，地形遭受侵蝕后，地下水流出形成泉水，一般為下降泉，GF-2 圖像呈白色長條狀或蝌蚪狀，多數為河流的發源地，植被發育茂盛（圖4）。

泉點主要集中出露在克素爾組（J×k）等地層，分布于基巖山區，巖性為灰白色厚—塊層狀結晶灰巖夾深灰色中—厚層狀白云質灰巖，局部夾少量灰色—銀灰色千枚巖。受斷層控制的泉主要分部在拉脊山北部斷裂帶上，其鄰區有已開發的平安縣三合鄉冰嶺山村藥水泉和民和縣古鄯公社槐溝七里寺峽藥水泉，主要有治療胃病的作用[15]。泉點主要接收了大氣降水和高處山區基巖裂隙水而排出。

圖3 斷層控制的泉遙感影像特征（GF-2）

圖4 侵蝕泉遙感影像特征（GF-2）

2.2 祁連縣地區泉點分布

祁連縣地區草地森林覆蓋嚴重，對于其他類型的泉點干擾較大，解譯效果不佳。主要為凍土邊緣地區分布的泉，高山區構造裂隙發育地段是凍結層上水的富集地帶，泉水出露較多且流量較大。泉點多位于海拔3 700 m 以上的凍土邊緣，其頂部常常可見積雪，GF-2 圖像上弧形分布泉點（圖5）。其次有冰川融化和小河的源頭形成的泉為主（圖6），冰川融化的泉水可以以天然冰泉的形式利用，小河的源頭由山坡坡腳出露的泉最為典型，圖7 泉點位于祁連縣夏塘村附近，遙感影像上只有泉點流出行跡，并不明顯，野外查證有泉點出露，酸澀味，具有一定的礦泉水特征。

圖5 凍土邊緣分布的泉遙感影像特征（GF-2）

圖6 小河的源頭出露的泉遙感影像特征（GF-2）

圖7 山坡坡腳出露的泉遙感影像特征（GF-2）

2.3 瑪沁縣南部地區泉點分布

區內泉點甚多，有侵蝕泉、斷層泉、凍土邊緣地區分布的泉（圖8），大部分分布在山間溝谷地帶的沖溝地區，其次沿北西方向斷裂分布。泉點多分布于馬爾爭組（P2m）等地層中，巖性以砂巖、玄武巖、夾灰巖、板巖、硅質巖為主，是形成泉點的主要母巖，鄰區構造帶上有已知的青海省瑪多縣九龍灘礦泉水[16]。

2.4 泉點遙感解譯存在問題

圖8 瑪沁縣南部地區泉遙感影像特征（GF-1）

在整個工作中，通過國產高分衛星數據遙感解譯泉點，發現存在以下問題：①水體信息提取結果雖然干擾信息較多，但指示效果明顯；②對于涌量大、流量大的泉點遙感影像上解譯效果良好，而涌量小、流量小的泉點解譯效果不佳；③野外驗證有些泉點干涸，實地找不到相關泉點。原因可能是獲取影像時相造成的，由于衛星過境拍攝前下雨，有些形成池塘，有些泉是間歇性下雨補充地下水流淌，導致后期驗證泉點干涸，找不到實際位置；④對于泉點的上升泉、下降泉的性質判別困難，而上升泉判別尤為困難；⑤在植被茂密區，有效信息被植被遮蓋，進行遙感解譯泉點效果不佳；⑥在海拔較高的地區，一方面有冰川雪被的存在，一方面發生降雪，氣溫升高，常常存在未消融的雪被，增加了遙感圖像上識別泉點的困難，導致了誤判。

3 結 語

1）利用國產高分數據進行泉點解譯，通過提取水體信息，結合前人相關資料，并輔助野外查證，在祁連縣、湟源縣、瑪沁縣南部地區解譯出多處泉點，為水文地質、礦泉水靶區優選等相關工作提供前期基礎數據。通過泉點位置分布進行分析，祁連縣地區泉點多分布于多年凍土邊緣，湟源縣地區泉點分布除了延北西向斷裂分布外，主要集中出露在風化裂隙和構造裂隙較為發育的克素爾組（J×k）等地層，瑪沁縣南部地區泉點多分布于馬爾爭組（P2m）等地層中。

2）初步總結了一些遙感解譯泉點的解譯標志，包括斷層泉、侵蝕泉、凍土邊緣的泉等，為后續相關工作提供了信息。

3）水體信息提取結果雖然干擾信息較多，但指示效果明顯。受圖像分辨率的限制，對于涌量大、流量大的泉點遙感影像上解譯效果良好，而涌量小、流量小的泉點解譯效果不佳。有些泉點遙感影像上特征明顯，野外查證已干涸。在海拔較高的地區，一方面有冰川雪被的存在，一方面發生降雪，氣溫升高，常常存在未消融的雪被，增加了遙感圖像上識別泉點的困難，導致了誤判。建議往后進行泉點解譯要通過多期次數據的對比反復解譯，并進行高分辨的影像數據解析，才能達到更好的解譯效果。

4）隨著我國高分專項繼續實施，多光譜數據的應用（尤其高精度熱紅外數據），進行水文信息遙感反演，是輔助遙感解譯泉點的方向之一。