福建紫金山TM遥感影像线性构造定量分析*

李 琳

(福建船政交通职业学院能源工程系，福州福建350007)

从20世纪60年代至今，遥感在地学领域里已有非常广泛的应用.在遥感图像与地质有关的信息中，最直观、最多的是线性影像，主要是线性构造与断裂.遥感图像中解译出的线性影像多数是构造要素的反映，主要与断裂构造(包括节理、断层、断层带)有关，其优势方位反映了区域构造基本轮廓，规模较大且延续性强的线性影像异常是深层构造在地表的直接表现.因此，通过对线性影像的统计分析，有助于分析研究各类构造的产生和空间展布规律.陈华慧从遥感地质学角度，对线性断裂构造的解译进行了以下归纳［1］:

(1)线性构造是指遥感图像上那些与地质作用有关或受地质构造控制的线性影像.能构成线性影像的因素很多，有的与地质构造直接有关，有的间接有关，有的则无关.在遥感图像地质解译中，断裂构造解译的效果较为突出.解译图与原图相比，解译图上的断层比原图上的多，可以有效弥补地面地质工作的不足.

(2)线性构造是指遥感影像上那些与地质作用有关或受地质构造控制的线性影像.线性构造具有平直的或微弯的直线状形态特征，这种形态特征多半通过地形、色调、影纹图案、植被以及水系的线性变化等表现出来.

因此，遥感线性构造并非是孤立的地质构造现象，而是具有一定的组合形式和分布规律的区域地质构造和矿产的生成有着密切的内在联系，成为遥感图像地质解译中的一项重要内容，具有重要的理论和实际意义.

1 区域地质概况

紫金山金铜矿位于闽西南上古拗陷之西南，宣和复式背斜西南端与云霄—上杭北西向断裂带北西端交汇处，上杭北西向白垩纪陆相火山盆地东缘，南阳—紫金山复式背斜西南倾伏端.

出露地层主要有下震旦统楼子坝群、上泥盆统、石炭系、上三叠统文宾山组、白垩系下统石帽山群和上统沙县组以及第四系.下震旦统楼子坝群为一套浅变质的细碎屑岩，主要岩性为灰绿色千枚岩、变质砂岩、变质细砂岩.上泥盆统为一套滨海—浅海相的碎屑岩，主要岩性为黄白色石英砾岩、砂砾岩和紫红色粉砂岩.石炭系下统林地组为白色石英砂砾岩、石英砂岩、紫红色粉砂岩、泥岩;中、上统为灰岩、大理岩化灰岩.上三叠统文宾山组主要岩性为砂砾岩、含砾石英砂岩、细砂岩、泥岩，夹安山质沉角砾凝灰岩.

2 遥感影像的数字处理

2.1 数据源

综合考虑遥感影像的地面分辨率、光谱分辨率，同时为避免气候的干扰，有利于遥感图像进行地质解译与矿化蚀变信息提取，选用1986年11月5日的Landsat－5 TM数据作为数据源，轨道号为120－43.经辐射校正、几何校正、降噪、最佳波段选择等预处理后得到研究所需的图像.

2.2 图像增强处理

研究区影像的数字处理采用ERDAS和PCI等遥感图像处理软件进行分析，将校正好的图像进行直方图均衡化拉伸，使不同地物的反差增大.反差增强后的图像清晰、色彩丰富、层次分明、亮度适中，岩性、构造均很清楚，图像质量得到了明显改善.

提取线性构造时，遥感影像中地质体的色调、岩性、边界、纹理等都是解译的重点内容.为使图像中的线性特征突出，对研究区遥感图像主要采用滤波方法进行处理，该方法是基于图像频率特征的空间增强处理法.

在图像增强处理中，中值滤波既能消除点噪声，又不会使边缘模糊.经验表明，在地质解译前进行中值滤波处理，对消除孤立点噪声的影响有着良好的改善效果［2］.因此本文在提取线性构造时，先对紫金山遥感影像进行5×5中值滤波处理，消除压制了遥感影像的随机噪声，图像边缘得到增强，有利于线性构造特征的提取.由于拉普拉斯算子能够增强线性体边缘［3］，因此应用3×3拉普拉斯算子进行滤波处理，用以增强各方向的边缘和线性构造.

3 构造信息的提取

通过分析研究区遥感影像的构造特点，为了突出原始数据中某些方向的信息，分别对图像进行 0°、45°、90°、135°四个方向的方向性滤波处理，突出南北向、北东向、北西向与东西向的线性构造信息，以便更好地提取这些方向的纹理信息.

遥感图像与地质有关的信息中，最直观、最多的是线性影像，并主要与断裂构造(包括节理、断层、断层带)有关.在遥感影像上，线性构造具有平直或略有弯曲的线性影像特征，一般较易识别.不同地貌单元直线型分界、直线型河流、颜色和色调直线型的分界、山脊和沟谷突然直线型拐弯、湖泊和地下水出露点呈线状排列等均是断裂构造的解译标志［4］.由图1可知，紫金山地区主要发育有北东(含北东东)向、北西向、东西向和南北向线性断裂，其中北东向和北西向线性断裂最为发育.

图1 研究区线性构造解译图

⑴北东(含北东东)向线性构造:多以线性深色调或浅色调负地形，色调、影纹差异界面出现，一般延伸较长，受北西向断裂切割明显，是中寮—金山脚下断裂带的表现，为区内主要的控岩、控矿断裂带.

⑵北西向线性构造:多以线性深、浅色调负地形出现，是赤水—石圳潭和常树下—小金山两条平行断裂带的反映.

⑶东西向线性构造:多伴以色调差异界面的负地形出现，影像连续性通常较差.

⑷南北向线性构造:常表现为较短、断续的线性负地形影像，属于较老的构造运动的产物.

将研究区的线性构造解译图与原图进行对比可发现:解译图中线性构造多于原图，且其多数与断裂以及褶皱相关.因此，可把线性构造的特征看成是地质作用场和地质异常的反映.

4 线性构造定量分析

由图像解译出的大量线性构造，在定量研究时需要进行必要的统计和归纳分析.本文采用基于概率论的数理统计方法，定量或半定量地综合研究线性构造的长度、密度、频度特征，能够提高线性构造空间分布规律的正确性，使地质解译获得更好的效果.通过分析以上特征，能够降低目视解译中主观任意性带来的影响，且便于与物化探资料进行对比分析和多源数据的综合处理.以上述提取的遥感影像线性构造解译图像为基础，绘制出紫金山的线性构造密度图和频度图.

4.1 线性体的直方图分析

对紫金山遥感影像线性构造解译图进行线性体统计分析，采用概率统计方法，统计解译出的线性构造的数量(m)以及长度(L)，并将其作为绘制长度—频数直方图的基础数据(图2).

由图2可知，长度—频数直方图的形态接近正态分布，说明线性构造的长度分布是随机的，可见本文线性构造的解译结果具有较高的可信度.

图2 线性构造长度—频数直方图

4.2 线性构造密度频度统计分析

在线性体数量较多，不易逐个分析落实的情况下，可采用线性构造密度图统计分析方法来研究线性构造空间密度分析的数字特征和结构特征，以获得隐伏或深部的宏观构造信息［5］.

首先以2km为采样间隔，对紫金山遥的感影像线性构造解译图进行网格划分，并统计每个格网中线性构造的数目m以及总长度L(密度是指单位面积内线性构造的总长度).将上述的统计数据作为基础数据，统计线性构造密度D和频度P.单元网格线性构造密度和频度统计计算的公式如下:

式1中S表示网格面积，为计算简便，本次研究取S=1.将由此获得的每个单元网格内线性构造的频度和密度作为属性值赋给网格左上角点所对应的大地坐标点.由于紫金山的线性构造以北东向和北西向为主，因此在统计时没有按照构造方位进行细分.根据统计结果，绘制了紫金山的线性构造密度图和频度图(图3、图4).

从图3和图4可以看出，将解译出的紫金山地区的线性构造密度和频度的高值区进行对比分析，发现两者的高值区基本吻合，且在图幅中的下部自北往东方向发育了一个线性体密集区，与目视解译的北东向构造完全重合.这是从定量的角度反映出线性构造在空间密度分布的数字特征和构造特征.将线性构造解译结果与地质图进行对比，从遥感地质角度研究发现:解译出的线性构造大多与断裂构造有关.从地质研究角度进行分析，则可认为是地质作用场和地质异常在线性构造上的反映［6］.将紫金山遥感影像的环形构造图与线性构造密度图和频度图进行叠加，从整体上显示出紫金山构造的空间分布以及相关关系(图5).高值区主要分布在紫金山、罗卜岭、1010高地、722高地附近，表明这些地区具有较为理想的金矿富集带的地质构造环境.

图3 线性构造密度图

图4 线性构造频度图

5 结论

(1)通过对研究区遥感影像进行空间增强、光谱增强、辐射增强等系列处理，获得了清晰的线性构造信息，为提取区域构造特征提供了一条有效的途径.

(2)研究区内主要发育有北东(含北东东)和北西向线性断裂，环形构造发育，且多与线性构造相交或相切，为成矿提供良好的地质环境.通过密度和长度定量分析研究区内的线性构造，构造解译的可信度和分析的准确性均得到提高，使遥感地质解译获得更好的效果.

图5 环形构造与线性构造密度和频度叠加图

(3)可将解译出的地质构造信息与物、化探等资料相互结合，能够更好地对研究区成矿条件进行分析，为遥感找矿提供更为可靠的信息，提高找矿工作效率.

［1］陈华慧.遥感地质学［M］.北京:地质出版社，1984.

［2］丰茂森.遥感图像数字处理［M］.北京:地质出版社，1992.

［3］党安荣，王晓栋，陈晓峰，等.ERDAS IMAGINE遥感图像处理方法［M］.北京:清华大学出版社，2006.

［4］张玉君，杨建民.基岩裸露区蚀变岩遥感信息的提取方法［J］.国土资源遥感，1998，(2):46 －53.

［5］吴曙亮.溧阳火山岩盆地TM遥感图像线性构造密度分析［J］.江苏地质，2000，(3):161 －164.

［6］陈建平，胡明铭，李巨初.康滇地轴中南段区域构造格架的遥感地质统计分析［J］.成都理工学院学报，1999，(1):78 －81.