個舊高松礦田線性構造對比分析研究

范建偉，倪春中，韓曉東，楊榮森

(昆明理工大學國土資源工程學院，昆明 650093)

0 引言

遙感作為一項新興技術，已經廣泛地應用于生活、生產中，在地質學中的應用也日趨廣泛，作為一種實時有效的對地觀測技術，遙感已經廣泛的應用于地球科學、生態(tài)環(huán)境和地質探測中。對于野外地質工作來說，人工的觀測技術和視野是有限的，因此對于傳統(tǒng)的斷裂和構造的認識是不夠全面的，而遙感影像則由于其觀測區(qū)域廣闊，能客觀、真實、全面記錄總體和個體斷裂(層)形跡的地表幾何形態(tài)及其物理特征，信息量大且連續(xù)性好，為研究斷裂總體的空間分布、甚至地下隱伏構造提供了充分的信息[1]。

遙感技術在線性構造的分析研究中[2-4]應用廣泛。在地質圖像中，斷裂、斷層等在風力、水流或者其它外力作用下很容易被侵蝕從而形成一些線狀地貌，這些地貌在遙感影像中會被很好地記錄下來，一般稱為線性構造(lineament)，線性構造是指在各種遙感圖像上，被認為與地質作用有關的直線、弧線、折線性(狀)影像特征[5-6]，強調其成因與地質作用之間的關系。

線性構造研究包括：①各種直線狀或微彎的弧線狀的地質界線；②斷裂構造成因的線性構造；③線狀應變帶；④有地形、影紋結構或色調的線狀變化反映出來的線性形跡，經解譯認為它的存在與地質作用有關時，被稱為線性構造。遙感影像反映出的不同類型線性構造具有不同的結構特點，呈現出不同的構造活動性。從遙感影像提取線性構造常借助于計算機程序完成，很重要的內容是提取出線性構造，確定線性構造的起點和終點坐標、分析研究線性構造的方向和長度等。本文對個舊礦區(qū)高松礦田遙感影像進行了線性構造提取[7-12]和研究，編寫程序進行礦田范圍內線性構造長度等密度分析[13]，著重開展斷裂構造的線素連接，并與實測斷層屬性進行對比分析，這不但有利于檢驗線段追蹤法提取線性構造的精度，而且對礦區(qū)地質工程穩(wěn)定性評價和地質找礦預測都有重要意義。

1 個舊礦區(qū)高松礦田地質概況

個舊礦區(qū)是世界上稀有的多金屬礦床，位于濱太平洋構造域邊緣與特提斯構造域相接的部位[14]。高松礦田地處個舊錫礦東區(qū)，北接馬格拉、松樹腳礦田，南鄰老廠礦田。礦區(qū)內主要出露二疊系和三疊系，基巖以白云巖、白云質灰?guī)r為主[15]。區(qū)內地質條件復雜，各種地質作用導致多條斷裂發(fā)育，SN向的斷裂有個舊斷裂、甲介山斷裂，EW向的斷裂有個松斷裂、背陰山斷裂，在這4條斷裂之間夾著五子山復背斜北段。斷裂構造可細分為4組，按方向具體可分為EW向、NW向、SN向、NE向斷裂。其中，以近EW向和NE向為主；NE向的自西向東主要有蓮花山斷裂、蘆塘壩斷裂、麒阿西斷裂；NW向的主要為大箐東斷裂、黑碼石斷裂、駝峰山斷裂、阿西寨斷裂、麒阿斷裂；EW向的自北而南有個松斷裂、麒麟山斷裂、馬吃水斷裂、高阿斷裂、背陰山斷裂，呈近等距離分布，以個松斷裂和背陰山斷裂規(guī)模較大；SN向斷裂組不發(fā)育。整個礦區(qū)位于五子山背斜的中北部，其控礦因素也主要是由于上述一級構造(如甲介山斷裂、個舊斷裂)和二級構造(如背陰山斷裂和個松斷裂)以及一些主構造衍生發(fā)育出來的次級構造所控制(圖1)。本文主要討論高松礦田(區(qū))在遙感影像解譯過程中將這些可以在解譯過程中反映出來的線性構造進行解譯[16-18]處理并進行線素連接，連接后將其與真實數據進行比對，觀察處理后的結果與真實數據的線性相關性并進行分析。

圖1 個舊礦區(qū)地質略圖Fig.1 Geological sketch of Gejiu mining district

2 線性構造提取及影像處理

在線性構造提取前需要對圖像進行預處理，即對圖像進行中值濾波處理，消除圖像中的大部分噪聲，從而避免在后續(xù)圖像處理過程中噪聲對結果的影響。本次對高峰山—松腳地區(qū)約11×8 km范圍內影像進行構造解譯、降噪處理，得到處理后的DEM影像如圖2所示。

圖2 降噪處理后DEM影像圖Fig.2 The denoising-processed DEM image

接下來使用MATLAB軟件編寫程序，將遙感影像的起始坐標和終點坐標輸入計算機，并進行線性構造提取，得到線性構造的分布圖。對圖像中的線性構造進行提取，線性構造的提取采用線段追蹤法(STA: Segment Tracing Algorithm)[19]，通過搜索衛(wèi)星影像值(DN值)是否連續(xù)及連續(xù)的方向判定像素的脊谷。線素追蹤法包括搜索像素的連續(xù)方向，線素判別以及線素的連接工作，通過對研究區(qū)域內的每個像素進行搜索、判定，然后進行連接，就可以得到遙感影像線性構造(圖3)；同時我們將所得線性構造的極少數單個線素元進行刪除，并將其它線素按照將線素之間距離小于0.8 km、角度小于20°的線素進行連接的標準對所得的線性構造進行連接處理，得到的解譯結果如圖4所示。由圖4可以看出，線性構造的主要部分分布在礦區(qū)中部，但僅憑肉眼只可見得這些線素排列較為混亂，同時其數據的真實和準確性我們也無從得知，為了驗證線性構造結果對于個舊礦區(qū)斷裂解譯的準確性，我們將連接后的結果進行提取，得到處理后的線素計算解譯結果，如圖5所示。

圖3 線性構造提取及連接結果Fig.3 Map showing extraction and connection of linear structures

圖4 線性構造連接結果提取Fig.4 Extraction of linear structure connection

圖5 線素計算解譯結果Fig.5 Interpretation result of line element calculation

經過對線性構造線素的連接，可以清楚地看到每條裂隙的伸展和發(fā)育情況，為了驗證經過連接后的裂隙長度真實性，我們使用軟件對于圖中的每條小的裂隙進行一系列的坐標數據提取，從而得出每條裂隙的長度，再對其進行匯總。所得到的裂隙長度分布數據直方圖情況如圖6所示。

圖6 數據提取后長度分布直方圖Fig.6 Histogram of the extracted length distribution

3 討論

由圖6中大致可以看出連接后的裂隙長度大部分位于500 m以下，這與真實情況較為吻合，這與我們所預測的情況也較為接近。為了進一步驗證這一結論，將解譯后的線性構造與實測斷層[20]進行比較和分析，經過結合實際情況的計算解譯，可以看到一些實測斷層，包括駝峰斷裂、麒麟山斷裂、麟阿斷裂、個松斷裂、蓮花山斷裂、背陰山斷裂和大箐東斷裂等都得到了很好的解譯。線性構造的線素連接結果往往分布在這些實測斷裂的兩邊，可以從圖中清楚地看到各個裂隙的走向和長度，尤其是近EW向的斷裂，如背陰山斷裂，長度大，連續(xù)性較好，很好地解譯出了此斷裂的存在，同時礦區(qū)內的NE向和NW向的線性構造延伸較好，相對而言比較集中。本次較好地解譯了蘆塘壩斷裂、麒麟山斷裂、背陰山斷裂和大箐東斷裂的分布情況，這幾條斷裂交匯處周圍的裂隙都很發(fā)育。眾所周知，礦脈和礦帶一般都產生在裂隙發(fā)育的地質體中及其附近，所以線性構造的解譯結果越好，對于成礦靶區(qū)的預測效果越好。

為了判斷解譯結果的真實性和準確性，本次將礦區(qū)內幾處斷層解譯結果的數據與實測斷層的數據進行對比分析。表1為礦區(qū)內各主要斷裂的名稱、實測長度、實測走向、提取的斷裂長度和斷裂走向等數據，將表中實測長度數據和提取長度數據進行匯總對比，得到對比長度與實測長度對比直方圖(圖7)；將表中實測走向和提取走向進行玫瑰花圖繪制，得到對比走向和實測走向對比玫瑰花圖(圖8)。

從圖7、圖8不難看出，提取的數據與實測數據還是有所差距，有必要對提取數據和實測斷層數據進行相關性分析，計算兩者之間的相關系數，這里采用Pearson簡單相關系數來表示。Pearson相關相關系數的絕對值越大，兩者之間的相關性越強，相關系數越接近于1和-1，其正相關和負相關性越強，相關系數越接近于0，相關度越弱。對提取的數據與實測數據進行Pearson相關系數計算，得到的結果如表2和表3所述，兩者的相關系數分別為0.670、0.987，接近于1；雙尾顯著性值分別為0.048和0，小于顯著水平0.05和0.01。以上表明，兩者相關性較強，為強相關性；解譯得到的線性構造連接結果與實測數據接近。同時，從表1中的走向和長度的提取數據和實測數據也可以看出，除麟阿斷裂的走向和個松斷裂長度與實測數據有少許出入外，大部分斷裂的解譯數據都與實測數據相近，這也說明所提取的線性構造對于真實斷裂的解譯結果完成度較高。

表1 個舊礦區(qū)高松礦田主要斷裂產狀規(guī)模統(tǒng)計結果Table 1 Result of calculation of occurrence and size of major faults in Gaosong ore field of Gejiu mining district

圖7 對比長度與實測長度對比Fig.7 Comparison of comparative length and the measured length

表2 長度Pearson相關系數Table 2 Pearson correlation coefficient of length

圖8 對比走向和實測走向對比玫瑰花圖Fig.8 Rose diagram of comparative strike and the measured strike

表3 走向Pearson相關系數Table 3 Pearson correlation coefficient of strike

4 結論

通過個舊高松礦田遙感影像線性構造解譯結果和實測斷層數據對比，可以得出如下結論：

(1)STA線段追蹤法可以很好地識別出遙感影像上的線性構造，解譯結果與實測斷層間的吻合程度較高，可以提取出大部分高松礦田主要的線性構造并且從中可看出實測構造的真實情況，其中麒麟山斷裂、背陰山斷裂、蓮花山斷裂的長度都比較長，延伸也較好，這與解譯得到的結果基本相似。

(2)研究區(qū)的東北區(qū)影像解譯的連接結果并不是很好，個松斷裂的部分線性構造并沒有被提取出來，部分在進行線素連接時被直接忽略；有些線素連接的結果無法有效地表現出裂隙和斷裂之間的聯(lián)系，一些連接結果還需要人工的修訂和改正。同時部分斷裂的走向在解譯過程中也出現偏差。

(3)遙感影像處理工作中的圖像降噪不完善和線性構造提取中的程序參數設定不準確，對于線性構造提取的影響不容小覷。對線素連接之間的連接和聯(lián)系進行優(yōu)化，使其可以提高對于裂隙的解譯程度；對線性構造提取的程序進一步細化，使其可以提取更多能表達實測斷裂的線性構造，這些問題有待于在下一步的工作中逐步完善。