遙感在大興安嶺牛汾臺(tái)林場(chǎng)地區(qū)1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)中的應(yīng)用研究

林 敏

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074；2.福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福建 福州 350013

0 引言

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2016年印發(fā)的《1∶50 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作指南（試行）》中明確指出：遙感影像圖是區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的重要野外工作圖件，遙感解譯應(yīng)貫穿區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的全過(guò)程.20世紀(jì)90年代遙感技術(shù)已經(jīng)在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目中開(kāi)始推廣應(yīng)用［1-14］.21世紀(jì)以來(lái)，遙感技術(shù)突飛猛進(jìn)，影像分辨率越來(lái)越高.充分利用遙感影像和遙感解譯對(duì)提高區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的質(zhì)量和效率起到非常重要的作用［15-34］，特別是在中、新生代火山巖區(qū)，利用遙感影像圈定與火山噴發(fā)活動(dòng)相關(guān)的環(huán)形構(gòu)造、放射狀構(gòu)造，對(duì)于火山機(jī)構(gòu)的預(yù)判和發(fā)現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用［35-44］.

內(nèi)蒙古1∶5萬(wàn)牛汾臺(tái)林場(chǎng)等4區(qū)調(diào)遙感解譯工作采用LandSat－8多光譜數(shù)據(jù)和資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù).LandSat－8多光譜數(shù)據(jù)影像編號(hào)為L(zhǎng)C81220272015291LGN00、LC81220282015291LGN00，軌道號(hào)分別為122/027、122/028（行/列號(hào)），影像采集時(shí)相分別為2015/10/18T02：45：22.5500486Z、2015/10/18T02：45：46.4343781Z，多光譜/全色波段的空間分辨率分別為30/15 m.影像中云、雪等的覆蓋量小于全區(qū)面積的5%，質(zhì)量精度滿足要求.資源三號(hào)衛(wèi)星高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)，影像分辨率2 m，使用3個(gè)波段融合（紅、綠、藍(lán)），數(shù)據(jù)位數(shù)：8 bit.影像中云、雪等的覆蓋量小于全區(qū)面積的1%，質(zhì)量精度滿足要求.

研究區(qū)屬林區(qū)，森林覆蓋率達(dá)70%以上，植被具覆蓋厚、分布廣、發(fā)育密的特征，對(duì)遙感巖性地層解譯工作有較大影響，但對(duì)遙感構(gòu)造解譯影響較小.因此本次遙感解譯主要從線性構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造、火山機(jī)構(gòu)等方面著手，利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯工作.同時(shí)，遙感技術(shù)具有地理實(shí)體表示的多樣化以及多屬性、動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，地質(zhì)信息豐富，真實(shí)客觀，宏觀性強(qiáng).本次遙感解譯工作以人機(jī)交互解譯為主，通過(guò)目視解譯和類(lèi)比分析解譯方法，分別解譯線性構(gòu)造、環(huán)狀構(gòu)造、巖石地層、侵入巖的分布及相互關(guān)系，詳細(xì)勾繪地質(zhì)體，不但可以提高整個(gè)工作區(qū)地質(zhì)調(diào)查成果質(zhì)量，并且可彌補(bǔ)路線地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中無(wú)法涉及地區(qū)的相關(guān)地質(zhì)資料收集的不足.

1 線性構(gòu)造遙感解譯與驗(yàn)證

通過(guò)LandSat－8多光譜數(shù)據(jù)（采用7/5/3波段進(jìn)行彩色合成），解譯出29條大小不等線性構(gòu)造（圖1），總體構(gòu)造線方向以NE、NW向?yàn)橹鳎琋NE向次之.不同方向構(gòu)造線切割關(guān)系主要表現(xiàn)為：NNE向切割NE向斷裂，NW向切割NE向斷裂，但局部表現(xiàn)為NNE向斷裂切割NW向斷裂，反映區(qū)內(nèi)NNE向斷裂多期活動(dòng)的特點(diǎn).

圖1 研究區(qū)遙感及解譯圖（LandSat－8影像，7/5/4＋8波段組合）Fig.1 Remote sensing and interpretation images of the study area（LandSat－8 image，7/5/4＋8 bands combination）

通過(guò)遙感數(shù)據(jù)處理、解譯，初步推斷詳勘目標(biāo)斷層的位置，而后進(jìn)行野外測(cè)量和驗(yàn)證.驗(yàn)證手段主要為路線地質(zhì)調(diào)查和剖面測(cè)制，對(duì)遙感解譯的29條主干斷裂（F1—F29）進(jìn)行了重點(diǎn)驗(yàn)證，確定了各斷層性質(zhì)、空間展布、產(chǎn)狀等，共驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)斷層11條，其中10條表現(xiàn)為張性斷裂，僅F1為逆斷層，多條斷層宏觀表現(xiàn)為密集節(jié)理帶.主要線型構(gòu)造驗(yàn)證情況見(jiàn)表1.另外18條驗(yàn)證為河流、沖溝等負(fù)地形，未見(jiàn)明顯構(gòu)造形跡.

表1 （續(xù)）Table 1（Contiuned）

表1 研究區(qū)主要線性構(gòu)造解譯標(biāo)志、影像特征及驗(yàn)證情況表Table 1 Image features，interpretation signs and verification of major linear structures in the study area

2 環(huán)形構(gòu)造遙感解譯與驗(yàn)證

通過(guò)遙感解譯，在研究區(qū)共解譯出29個(gè)與火山噴發(fā)活動(dòng)相關(guān)的小型環(huán)形構(gòu)造（見(jiàn)圖1）.區(qū)內(nèi)與火山機(jī)構(gòu)相關(guān)的環(huán)形構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜多變，既有單個(gè)的環(huán)形構(gòu)造，也有兩個(gè)或多個(gè)規(guī)模相近或懸殊甚大的環(huán)形構(gòu)造互相作用形成的多環(huán)復(fù)合形態(tài)，包括切接式、套接式、大環(huán)包含小環(huán)、多環(huán)交接式或多環(huán)串珠狀、鏈狀.此外，與環(huán)形構(gòu)造配套的放射性斷裂亦發(fā)育.局部可見(jiàn)破碎火山口在地貌上呈凹陷，火山機(jī)構(gòu)形成的火口湖、圍繞環(huán)形斷裂的小型水洼地或湖泊、環(huán)形斷裂造成的河流彎曲環(huán)繞以及多個(gè)或多期次火山噴發(fā)形成多個(gè)環(huán)形構(gòu)造疊加的復(fù)雜形態(tài)在區(qū)內(nèi)亦常見(jiàn).

研究區(qū)環(huán)狀斷裂、弧形斷裂及放射狀斷裂較發(fā)育，且時(shí)常相伴產(chǎn)出，與火山機(jī)構(gòu)關(guān)系密切，多分布于火山口邊緣.巖層產(chǎn)狀的急變、節(jié)理化帶、擠壓破碎、斷層角礫、斷層泥、構(gòu)造透鏡體、牽引構(gòu)造、小褶皺、擦痕等可作為判斷依據(jù).對(duì)29個(gè)環(huán)形構(gòu)造進(jìn)行了野外實(shí)地驗(yàn) 證，其 中H3、H8、H10、H12、H17、H18、H23、H24、H25、H28、H29等11個(gè)環(huán)形影像驗(yàn)證為火山機(jī)構(gòu).野外驗(yàn)證詳情見(jiàn)表2.

表2 （續(xù)2）Table 2（Contiuned 2）

表2 （續(xù)1）Table 2（Contiuned 1）

表2 研究區(qū)環(huán)形構(gòu)造解譯標(biāo)志、影像特征及驗(yàn)證情況表Table 2 Image features，interpretation signs and verification of ring structures in the study area

3 巖石地層單元和侵入巖遙感解譯與驗(yàn)證

由于研究區(qū)基巖出露不佳，草場(chǎng)、植被等覆蓋較嚴(yán)重，對(duì)遙感巖性地層解譯工作有較大影響，因此本次遙感解譯主要解譯了第四系、新近系五叉溝組、古生界及上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)地層的界線，滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組的界線在遙感圖上無(wú)法解譯.以下僅對(duì)本區(qū)出露較好的巖石地層單元作簡(jiǎn)單介紹.

遙感解譯標(biāo)志是某一填圖單元具代表性的遙感影像特征，是開(kāi)展全區(qū)地質(zhì)解譯的基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)，在整個(gè)解譯工作中具有控制和指導(dǎo)作用.不同的填圖單元由于巖石組合不同，影像特征也在色調(diào)、形態(tài)、紋理、地貌以及水系上均有不同的特點(diǎn)，可建立不同的遙感解譯標(biāo)志.以LandSat－8 7/5/4－8波段經(jīng)PC融合的假彩色遙感影像底圖為基準(zhǔn)影像，通過(guò)色、形、紋、貌等特征建立了區(qū)內(nèi)出露較好的巖石地層單元和侵入巖的遙感解譯標(biāo)志（表3）.

表3 研究區(qū)地層巖石單元及侵入巖遙感解譯標(biāo)志Table 3 Remote sensing interpretation marks of stratigraphic units and intrusive rocks in the study area

經(jīng)驗(yàn)證，測(cè)區(qū)內(nèi)新近系五叉溝組（N1w）以及第四系沖洪積物解譯界線與野外調(diào)查界線大致吻合；解譯古生界地層界線與驗(yàn)證的早古生代海勒斯臺(tái)構(gòu)造混雜巖界線大致相同；中生界上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組（J3m）、瑪尼吐組（J3mn），中生界下白堊統(tǒng)白音高老組（K1b）在遙感影像上無(wú)法區(qū)分.另外，早白堊世巖體經(jīng)驗(yàn)證為早白堊世正長(zhǎng)花崗巖.

4 地形地貌的解譯

傳統(tǒng)的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目一般采用20世紀(jì)測(cè)繪的地形圖.此類(lèi)地形圖已經(jīng)有幾十年的歷史了，圖中的村莊和道路信息變化較大，老舊的信息已經(jīng)很難滿足現(xiàn)在智能化填圖的要求.近年來(lái)國(guó)家發(fā)射了一系列高空間分辨率的遙感衛(wèi)星，本次工作采用的資源三號(hào)衛(wèi)星影像分辨率為2 m，可以用來(lái)提取道路、水系、等高線、村莊、山峰等地形地貌的數(shù)據(jù)（表4）.

表4 研究區(qū)地形地貌類(lèi)型遙感影像特征及解譯情況Table 4 Remote sensing image features and interpretation of topographic types in the study area

5 結(jié)論

（1）運(yùn)用LandSat－8多光譜數(shù)據(jù)解譯出29條大小不等斷裂構(gòu)造，總體構(gòu)造線方向以NE、NW向?yàn)橹?，NNE向次之.野外驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)斷層11條，另外18條驗(yàn)證為河流、沖溝等負(fù)地形.

（2）解譯出29個(gè)與火山噴發(fā)活動(dòng)相關(guān)的小型環(huán)形構(gòu)造.野外驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)11個(gè)火山構(gòu)造，整體環(huán)形構(gòu)造在遙感平面圖上形態(tài)呈圓形，由弧形影紋、色差界面或環(huán)形溝谷、水系組成，圍繞環(huán)形構(gòu)造局部發(fā)育線狀影紋或水系構(gòu)成的放射狀斷裂組合.

（3）解譯了第四系、新近系五叉溝組、古生界及上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)地層的界線.經(jīng)實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，五叉溝組以及第四系解譯界線與野外調(diào)查界線大致吻合；解譯古生界地層界線與驗(yàn)證的早古生代海勒斯臺(tái)構(gòu)造混雜巖界線大致相同；早白堊世巖體經(jīng)驗(yàn)證為早白堊世正長(zhǎng)花崗巖.

（4）資源三號(hào)衛(wèi)星高精度遙感影像適用于提取道路、水系、等高線、村莊、山峰等地形地貌的數(shù)據(jù).

（5）通過(guò)內(nèi)蒙古1∶5萬(wàn)牛汾臺(tái)林場(chǎng)等4幅區(qū)調(diào)遙感解譯驗(yàn)證，資源三號(hào)衛(wèi)星影像適合應(yīng)用于地形地貌方面的解譯，而LandSat－8多光譜數(shù)據(jù)（采用7/5/3波段進(jìn)行彩色合成）在解譯線型構(gòu)造和環(huán)狀構(gòu)造方面表現(xiàn)突出，能達(dá)到區(qū)調(diào)工作遙感先行的目的.