基于遙感數(shù)據(jù)的地質(zhì)構(gòu)造信息提取應(yīng)用

彭立正，劉釗君，劉海洋

1 研究背景

在進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查以及成礦預(yù)測(cè)時(shí)，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造信息的提取是重要工作之一。而傳統(tǒng)的地質(zhì)探測(cè)方法受限于地表覆蓋，探測(cè)范圍及深度等因素，且成本昂貴，而遙感技術(shù)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(shí)間內(nèi)對(duì)研究區(qū)的構(gòu)造信息進(jìn)行提取，一定程度上減少了野外地質(zhì)調(diào)查工作量。20世紀(jì)80年代起，隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始利用多源遙感信息進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)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(duì)植被覆蓋度低的區(qū)域，對(duì)于植被覆蓋度較高的區(qū)域，利用已有數(shù)據(jù)是否能較好地分析出構(gòu)造信息還有待研究。

研究區(qū)域會(huì)寶嶺和鳳凰山鐵礦（東經(jīng)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(qū)域隸屬蘭陵縣尚巖鎮(zhèn)和新興鎮(zhèn)。區(qū)域?yàn)橘M(fèi)縣—蒼山一帶,大多為第四系覆蓋。區(qū)內(nèi)最高海拔580 m，地勢(shì)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(fēng)區(qū)域大陸性氣候，四季分明，光照充足，年平均氣溫13.5℃。研究區(qū)內(nèi)出露地層主要為新太古代泰山巖群山草峪組，震旦紀(jì)土門群佟家莊組，古生代寒武紀(jì)，奧陶紀(jì)和第四系，地層走向?yàn)镹W向［1］。臨沂大地構(gòu)造區(qū)劃屬華北地臺(tái)魯西地塊和魯東地塊兩個(gè)Ⅱ級(jí)大地構(gòu)造單元，二者被沂沭斷裂帶分開(kāi)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，自太古宙以來(lái)經(jīng)歷了多期變質(zhì)變形運(yùn)動(dòng)，形成現(xiàn)今以沂沭斷裂帶為代表并分隔魯東和魯西地塊的構(gòu)造格局。該研究區(qū)域經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，發(fā)育了各種面狀、線狀構(gòu)造和韌性剪切帶，地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，地表構(gòu)造以NE向斷裂為主，區(qū)內(nèi)基地以褶皺為主，蓋層以單斜為主，斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，中、新生代斷陷盆地廣泛分布［2-3］。研究區(qū)域由于植被覆蓋程度較高，構(gòu)造信息比較微弱，傳統(tǒng)方法的效果無(wú)法滿足要求，因此嘗試首先用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)造信息的增強(qiáng)后再進(jìn)行構(gòu)造信息提取。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

根據(jù)研究需求，選取2014年3月14日獲取的一景Landsat8 OLI數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源。OLI陸地成像儀含有9個(gè)波段，包括了ETM+所有波段，并對(duì)波段5和全色波段8進(jìn)行了調(diào)整，增加了兩個(gè)波段［4］：波段1（藍(lán)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(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品為數(shù)據(jù)源，該數(shù)據(jù)產(chǎn)品已完成輻射校正和幾何校正，且精度較高。但是在進(jìn)行構(gòu)造信息的提取與解譯之前，依然要進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、波段選擇、圖像融合等預(yù)處理，具體步驟本文不再詳細(xì)介紹，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)。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(jìn)行構(gòu)造信息的提取與解譯之前，需要進(jìn)行圖像信息增強(qiáng)，采用了主成分分析與定向?yàn)V波相結(jié)合的方法。

另外，Aster數(shù)據(jù)（2001年7月15日獲取，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的幾何校正和輻射校）和Quick Bird數(shù)據(jù)（2014年7月全色數(shù)據(jù)和2013年10月多光譜數(shù)據(jù)）作為輔助（補(bǔ)充處理后用來(lái)解譯的影像及DEM、Quick Bird輔助數(shù)據(jù)）。

2.2 構(gòu)造信息提取

構(gòu)造信息的提取主要是利用處理后的影像數(shù)據(jù)，對(duì)線性構(gòu)造等基本地質(zhì)要素通過(guò)解譯標(biāo)志的建立進(jìn)行解譯，提取出本區(qū)域的地層構(gòu)造等信息。線性構(gòu)造主要有地質(zhì)界線、侵入巖界限、斷裂構(gòu)造的線性應(yīng)變帶，包括各種斷層和韌性剪切帶等。其中斷裂構(gòu)造控制著巖漿活動(dòng)及礦業(yè)的運(yùn)移儲(chǔ)存，對(duì)成礦、導(dǎo)礦、儲(chǔ)礦起著重要作用。

線性構(gòu)造的解譯標(biāo)志包括直接解譯標(biāo)志和間接解譯標(biāo)志。直接解譯標(biāo)志包括遙感影像的色調(diào)或顏色、大小、陰影、形狀等，間接解譯標(biāo)志包括水系的分布格局、轉(zhuǎn)折與地貌、構(gòu)造巖性的關(guān)系等。通過(guò)兩者相結(jié)合來(lái)進(jìn)行地物的構(gòu)造信息的解譯。研究區(qū)內(nèi)的線性構(gòu)造主要包括巖性地層分界線以及不同性質(zhì)的斷裂等，其解譯標(biāo)志如表1所示。

表1 線性構(gòu)造解譯標(biāo)志

3 結(jié)果分析

在預(yù)處理后的Landsat8 OLI影像基礎(chǔ)上，結(jié)合ArcScene平臺(tái)生成的DEM三維立體顯示圖、Google Earth影像、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的理論以及對(duì)研究區(qū)的野外調(diào)研，應(yīng)用目視解譯和人機(jī)交互解譯等技術(shù)方法對(duì)研究區(qū)的構(gòu)造信息進(jìn)行分析，并編制遙感地質(zhì)綜合解譯圖，從解譯圖像上可以看出研究區(qū)域的斷裂構(gòu)造特征明顯。

結(jié)合鐵礦區(qū)的地質(zhì)資料，對(duì)研究區(qū)域的斷裂構(gòu)造特征進(jìn)行分析可知：整個(gè)研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為復(fù)雜，解譯出線性構(gòu)造54條，其中斷裂構(gòu)造線27條，新解譯斷層20條，推測(cè)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(fā)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(jié)理在圖像中的反映。在遙感圖像上，斷裂兩側(cè)呈現(xiàn)出明顯的色調(diào)異常和線性負(fù)地形。而形成時(shí)代較早的NS向線性構(gòu)造主要分布在費(fèi)縣、馬莊、朱保等3個(gè)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(cuò)開(kāi)。

為驗(yàn)證遙感地質(zhì)解譯的準(zhǔn)確性，對(duì)研究區(qū)域采用激發(fā)極化探測(cè)和瞬變電磁探測(cè)兩種方法進(jìn)行野外驗(yàn)證。由于研究區(qū)域內(nèi)植被覆蓋較嚴(yán)重，基巖出露較少，因此在斷裂信息較強(qiáng)的地段選取了4個(gè)測(cè)區(qū)，共進(jìn)行6個(gè)電磁剖面的勘探。所測(cè)數(shù)據(jù)表明，各現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)均就具有相對(duì)較高的異常點(diǎn)（帶），具有斷裂層。

4 結(jié)論

4.1 以Landsat8 OLI數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)源的一系列處理，判斷出研究區(qū)域內(nèi)的線性構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，提取出線性構(gòu)造共54條，其中斷裂構(gòu)造線27條，新解譯斷層20條，推測(cè)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(fā)極化探測(cè)和瞬變電磁探測(cè)兩種方法共進(jìn)行了4個(gè)測(cè)區(qū)6個(gè)電磁剖面的勘探，勘探結(jié)果驗(yàn)證了解譯的準(zhǔn)確性。

4.3 通過(guò)研究所提取的構(gòu)造信息，為下一步研究區(qū)域鐵礦化蝕變信息的提取提供了數(shù)據(jù)參考。結(jié)合水系分布以及斷裂構(gòu)造信息，對(duì)分析該地區(qū)的地質(zhì)斷層對(duì)于鐵礦的挖采影響和限制，以及避開(kāi)導(dǎo)水?dāng)鄬?，?duì)于采礦人員進(jìn)行開(kāi)采提供了借鑒和依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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