國產(chǎn)高分?jǐn)?shù)據(jù)在青海地區(qū)遙感解譯泉點(diǎn)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(zhì)過程與礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810012；2.青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810012；3.自然資源青海衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)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(xiàn)象明顯。利用遙感技術(shù)在冰川監(jiān)測、水文地質(zhì)等調(diào)查中應(yīng)用廣泛，包括冰川變化、鹽湖擴(kuò)張、河流變遷、泉點(diǎn)及地下水溢出帶找尋等方面優(yōu)勢明顯。隨著我國高分專項(xiàng)計(jì)劃的實(shí)施，利用遙感技術(shù)開展相關(guān)工作，為生態(tài)地質(zhì)環(huán)境、水工環(huán)地質(zhì)、天然礦泉水靶區(qū)研究等提供大量信息，有效部署其野外調(diào)查研究，指導(dǎo)相關(guān)工作，減少野外工作量，提高成果質(zhì)量，為自然資源要素與生態(tài)狀況調(diào)查等方面服務(wù)[1-6]。

本文利用國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的價(jià)廉、快速、直觀性等特點(diǎn)，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(diǎn)工作，旨在獲取豐富的泉點(diǎn)要素的定位定性信息，為水工環(huán)、礦泉水靶區(qū)優(yōu)選研究等地面調(diào)查提供力所能及的支持。工作中對使用國產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)遙感解譯泉點(diǎn)的效果初步做了一些探討。

1 遙感技術(shù)方法

1.1 遙感數(shù)據(jù)源選擇與處理

考慮本次調(diào)查精度，選取國產(chǎn)高分二號（GF-2）和高分一號（GF-1）衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)作為本次遙感解譯的數(shù)據(jù)源。高分二號數(shù)據(jù)全分辨融合后達(dá)到0.81 m，高分一號數(shù)據(jù)全分辨融合后達(dá)到2 m。本次選擇數(shù)據(jù)成像質(zhì)量較好，幾乎沒有云層覆蓋。遙感數(shù)據(jù)處理采用GS變換融合影像[7-8]。

1.2 泉點(diǎn)解譯方法

本次泉點(diǎn)解譯參考國產(chǎn)衛(wèi)星提取水體信息的結(jié)果，結(jié)合前人相關(guān)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行泉點(diǎn)解譯工作，后期輔助野外查證工作，進(jìn)行泉點(diǎn)信息的提取（圖1）。相關(guān)學(xué)者利用國產(chǎn)衛(wèi)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(jìn)行水體信息提?。▓D2）[9]。遙感解譯主要以人機(jī)交互為主，在ArcGIS 軟件下進(jìn)行全像素遙感信息提取[10-14]。優(yōu)先建立解譯標(biāo)志，根據(jù)影像特征和地形圖已知的泉點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。根據(jù)已知泉點(diǎn)的影像上的形狀、大小、色調(diào)、陰影等總結(jié)其解譯標(biāo)志，輔助一些間接標(biāo)志，包括斷層、植被等進(jìn)行從粗到細(xì)的解譯，逐步補(bǔ)充、完善解譯標(biāo)志，其次輔助相關(guān)野外核查工作，從而達(dá)到遙感解譯泉點(diǎn)的目的。本區(qū)泉點(diǎn)的遙感解譯標(biāo)志有：①位于溝谷盡頭，凍土邊緣，凍結(jié)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(lán)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(qū)沒有冰川等水源補(bǔ)給；④位于山坡之上，多處泉點(diǎn)線性排布，影像上呈灰白色、墨綠色等斑點(diǎn)；⑤線性串珠狀展布，位于斷層上或者斷層交匯處。

圖1 泉點(diǎn)信息提取流程圖

圖2 祁連縣地區(qū)ESWI 決策樹法提取水體信息結(jié)果（GF-2）

2 泉點(diǎn)遙感解譯

2.1 湟源縣地區(qū)泉點(diǎn)分布

湟源縣地區(qū)泉點(diǎn)較為發(fā)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(qū)內(nèi)控水?dāng)嗔寻l(fā)育，斷層泉GF-2 圖像上呈白色、藍(lán)色色調(diào)，分布呈串珠狀（圖3）。侵蝕泉區(qū)內(nèi)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(shù)為河流的發(fā)源地，植被發(fā)育茂盛（圖4）。

泉點(diǎn)主要集中出露在克素爾組（J×k）等地層，分布于基巖山區(qū)，巖性為灰白色厚—塊層狀結(jié)晶灰?guī)r夾深灰色中—厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r，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(qū)有已開發(fā)的平安縣三合鄉(xiāng)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(diǎn)主要接收了大氣降水和高處山區(qū)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(qū)泉點(diǎn)分布

祁連縣地區(qū)草地森林覆蓋嚴(yán)重，對于其他類型的泉點(diǎn)干擾較大，解譯效果不佳。主要為凍土邊緣地區(qū)分布的泉，高山區(qū)構(gòu)造裂隙發(fā)育地段是凍結(jié)層上水的富集地帶，泉水出露較多且流量較大。泉點(diǎn)多位于海拔3 700 m 以上的凍土邊緣，其頂部常?？梢姺e雪，GF-2 圖像上弧形分布泉點(diǎn)（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(diǎn)位于祁連縣夏塘村附近，遙感影像上只有泉點(diǎn)流出行跡，并不明顯，野外查證有泉點(diǎn)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(qū)泉點(diǎn)分布

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

2.4 泉點(diǎn)遙感解譯存在問題

圖8 瑪沁縣南部地區(qū)泉遙感影像特征（GF-1）

在整個(gè)工作中，通過國產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)遙感解譯泉點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：①水體信息提取結(jié)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(diǎn)遙感影像上解譯效果良好，而涌量小、流量小的泉點(diǎn)解譯效果不佳；③野外驗(yàn)證有些泉點(diǎn)干涸，實(shí)地找不到相關(guān)泉點(diǎn)。原因可能是獲取影像時(shí)相造成的，由于衛(wèi)星過境拍攝前下雨，有些形成池塘，有些泉是間歇性下雨補(bǔ)充地下水流淌，導(dǎo)致后期驗(yàn)證泉點(diǎn)干涸，找不到實(shí)際位置；④對于泉點(diǎn)的上升泉、下降泉的性質(zhì)判別困難，而上升泉判別尤為困難；⑤在植被茂密區(qū)，有效信息被植被遮蓋，進(jìn)行遙感解譯泉點(diǎn)效果不佳；⑥在海拔較高的地區(qū)，一方面有冰川雪被的存在，一方面發(fā)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(diǎn)的困難，導(dǎo)致了誤判。

3 結(jié) 語

1）利用國產(chǎn)高分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行泉點(diǎn)解譯，通過提取水體信息，結(jié)合前人相關(guān)資料，并輔助野外查證，在祁連縣、湟源縣、瑪沁縣南部地區(qū)解譯出多處泉點(diǎn)，為水文地質(zhì)、礦泉水靶區(qū)優(yōu)選等相關(guān)工作提供前期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過泉點(diǎn)位置分布進(jìn)行分析，祁連縣地區(qū)泉點(diǎn)多分布于多年凍土邊緣，湟源縣地區(qū)泉點(diǎn)分布除了延北西向斷裂分布外，主要集中出露在風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙較為發(fā)育的克素爾組（J×k）等地層，瑪沁縣南部地區(qū)泉點(diǎn)多分布于馬爾爭組（P2m）等地層中。

2）初步總結(jié)了一些遙感解譯泉點(diǎn)的解譯標(biāo)志，包括斷層泉、侵蝕泉、凍土邊緣的泉等，為后續(xù)相關(guān)工作提供了信息。

3）水體信息提取結(jié)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(diǎn)遙感影像上解譯效果良好，而涌量小、流量小的泉點(diǎn)解譯效果不佳。有些泉點(diǎn)遙感影像上特征明顯，野外查證已干涸。在海拔較高的地區(qū)，一方面有冰川雪被的存在，一方面發(fā)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(diǎn)的困難，導(dǎo)致了誤判。建議往后進(jìn)行泉點(diǎn)解譯要通過多期次數(shù)據(jù)的對比反復(fù)解譯，并進(jìn)行高分辨的影像數(shù)據(jù)解析，才能達(dá)到更好的解譯效果。

4）隨著我國高分專項(xiàng)繼續(xù)實(shí)施，多光譜數(shù)據(jù)的應(yīng)用（尤其高精度熱紅外數(shù)據(jù)），進(jìn)行水文信息遙感反演，是輔助遙感解譯泉點(diǎn)的方向之一。