基于资源三号和ETM+影像的断裂构造解译

杨韫澜，韩 玲，韩晓勇

（1. 长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054；2. 61363部队，陕西 西安 710054）

基于资源三号和ETM+影像的断裂构造解译

杨韫澜1,2，韩 玲1，韩晓勇1

（1. 长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054；2. 61363部队，陕西 西安 710054）

以资源三号影像、ETM+影像为数据源，在分析断裂构造遥感影像特征基础上，研究断裂构造解译中的遥感图像处理方法，运用灰度拉伸、图像融合、定向滤波等方法进行增强处理，依据解译标志进行人机交互解译。对鄂尔多斯盆地的断裂构造进行了综合分析，证明高空间分辨率的资源三号影像与多光谱分辨率的ETM+影像相结合的遥感技术在断裂构造解译方面具有可行性。

资源三号；ETM+；图像增强；断裂构造

遥感图像对线性要素有很好的表现力，因此在遥感图像的地质解译中，断裂构造解译具有突出的效果。陈明等[1]利用ETM+影像，提取了西藏羟基和铁染矿化蚀变信息；颜蕊等[2]利用TM影像和SAR数据，进行了鄂尔多斯盆地杭锦旗地区构造信息提取；刘泽东等[3]利用SPOT5和ETM+影像，对珠海及外围地区的断裂构造分布进行遥感调查；张永庭等[4]以ETM+影像为数据源，提取宁夏地质构造与围岩蚀变信息；王耿明等[5]基于SPOT5影像，对广州市进行了地质构造遥感解译。本文以“资源三号”卫星影像为数据源，并结合ETM+影像，对鄂尔多斯盆地的断裂构造进行调查研究。

1 数据源及研究区地质概况

1.1 遥感数据源简介

资源三号卫星[6]影像包括2.1 m分辨率的全色正视波段、3.6 m分辨率的全色前后视波段和4个5.8 m分辨率的多光谱波段，其中全色正视和多光谱波段构成了资源调查观测模式，适合获取微地貌和地物细节信息，可以精细反映小型次级断裂构造的线性影像特征[6]。

ETM+影像具有6个30 m分辨率的多光谱波段、1个60 m分辨率的热红外波段和15 m分辨率的全色波段。光谱信息较丰富，特别是B7波段，地质信息丰富，不但对水分敏感，而且还包含黏土化蚀变带吸收谷及碳酸盐化蚀变矿物吸收谷，对岩石矿物反映敏感，可用于区分岩石类型、分析岩石的水热蚀变特征，适合从宏观上提取地表、地貌信息，反映中等尺度断裂构造的线性影像特征[7]。

本实验所用资源三号卫星影像成像时间为2012-03-17，ETM+影像成像时间为2000-05-19。研究区主要为山区，两个时间点地物地貌几乎无变化，两种影像配合使用不影响构造信息的准确提取，且在功能上可以取长补短，满足不同尺度信息提取的需要。

1.2 研究区地质概况

研究区位于鄂尔多斯盆地，北起阴山，南到秦岭，东自吕梁山，西至贺兰山、六盘山一线，覆盖华亭县、灵台县、香泉镇和凤翔县。研究区构造活动和构造变形十分强烈，多处见岩浆侵入，堪称中国北方东西部的地层、构造和地貌分界线。构造运动多期，形变样式复杂多样。该带主干逆冲断裂虽然数量不少，但无一条纵贯全区的断裂，主要由三五成束、近SN向延伸的逆断层和数条同向大型正断层，及一些近EW走向的大型平移断层组成构造骨架。不同方向的构造应力时强时弱，并相互干扰，相互迁就。

鉴于研究区地理条件，以及地物的最佳观测尺度和光谱响应范围，本文以资源三号影像和ETM+影像为基础，通过图像增强处理、图像分析、地质解译和实地查证，进行断裂构造信息的解译。

2 影像处理

影像处理包括几何精校正、图像镶嵌、裁剪、图像增强等步骤。几何精校正用以消除影像的几何变形，统一多源遥感数据的参考坐标系。本试验利用经过地理参考校正过的研究区1︰5万地形图进行校正。研究区跨多景数据，需要进行图像镶嵌，然后裁出所需的区域。

进行遥感地质解译，需要信息量丰富、层次分明、色彩饱和度适中，且含有目标地物特征信息的彩色影像作为基础图像。获取的资源三号影像和ETM+影像，色调对比度不大，灰度级较集中，所以先对原始图像进行灰度拉伸，以便能更好地满足识别地质信息的需要。处理前后效果对比图及对应的直方图如图1。

图1 影像反差增强前后效果对比

断裂构造具有较强的方向性，采用定向滤波技术有选择地对某一方向的边缘信息进行增强，可以准确提取断裂构造信息。参考地质图，根据研究区断裂构造方位，分别设计了北西向、近东西向、北东向等多组方向的定向滤波核，对经过反差增强的全色影像进行处理，提取影像线性信息，图2为对北东向进行定向滤波前后的结果。

图2 对北东向进行定向滤波前后的结果

图像的光谱特征和统计特征是波段组合的选择依据。对ETM+影像而言，第一、第二、第三波段均属可见光波段，主要反映亮度信息，其相关性较大，为一组；第四波段属于近红外波段，对植被、地质构造信息较敏感，为一组；第五、第七波段均属于短波红外波段，对土壤和植被水分较为敏感，能有效提取构造、蚀变等信息，对识别岩性土壤类型有很好作用，其相关性较大，为一组；第六波段属于热红外波段，主要反映热度，为一组。本次实验主要进行地质构造解译，第六波段不符合要求，需要从第一、第二、第三波段，第四波段和第五、第七波段三组中各取一个波段进行波段组合。在上述分析基础上，根据以往工作经验，我们选择ETM+7、ETM+4、ETM+3分别赋予红、绿、蓝进行假彩色合成，制作的影像色调接近于自然色，反差适中、图像清晰，可以作为全区遥感解译的基础图像（如图3）。对于资源三号影像数据，选取4、3、2三个波段组合（如图4）。两者配合使用，效果较好。

图3 ETM+影像

图4 资源三号影像

3 地质构造解译

3.1 建立解译标志

断裂构造在遥感影像上常表现为平直或略有弯曲的线性特征，当断裂构造沿走向出现急剧转弯时，除少数可能属于弧形断裂外，通常都是由几个不同方向的断层连接起来的，或者是由于地形切割以及中心投影所引起的畸变[8]。利用遥感影像进行地质构造解译，主要是根据影像的色调与形态、线性特征的错断、特殊的地质体影像组合、水系格局及其演变，以及活动特征点的线状展布，按照解译标志进行断裂解译。经过实地调查及对遥感影像进行分析，得到本研究区的断裂构造解译标志，如表1所示。

表1 研究区断裂构造解译标志

3.2 人机交互综合解译

根据对比度拉伸图像和彩色合成图像的纹理、色彩、色调差异和定向滤波提取的线性特征，按照解译标志分析研究区主要构造带的类型和组合规律，并结合研究区地质资料，初步掌握了研究区地质构造发育特征和组合规律。对宏观大型构造进行辨别,可以利用ETM+数据；对于小型构造，利用高空间分辨率的资源三号影像较为方便。最后将ETM+7、4、3波段和资源三号全色波段进行融合，作为底图进行人机交互解译。根据构造信息的标志，如构造两边的地层岩性差异、水系分布异常、地貌形态变化等，逐一对定向滤波提取的线性特征进行分析，详细提取研究区断裂构造信息。根据影像的色调、地貌、水系、影纹、植被等断裂构造解译标志，研究区内重点解译出了十余条主要断裂构造，大型构造如天山构造带、渭北构造带等，还有一些小型断裂构造（如图5虚线所示），其影像特征可归纳为如下几种情况：大部分断裂构造，其线性特征较为清晰，多呈白色亮带；在山区，断裂多呈直线、弧线切割山脊、沟谷、水系；在山区与平原或盆地接触部位，山前冲积扇形态清晰，顶点呈线状排列；大部分大断裂在影像上是由多条相近方向的小断层平行、斜列复合而成。根据研究区已有地质资料，加之野外勘测验证，解译正确率达到90%以上。

图5 研究区构造解译

[1] 陈明,张延斌,别小娟,等.朱诺斑岩型铜矿床外围遥感找矿预测[J].地理空间信息,2013, 11(1):73-75

[2] 颜蕊,张景发,姜文亮,等.多源遥感数据综合解译鄂尔多斯盆地杭锦旗地区地质构造[J].国土资源遥感,2008,76(2):88-91

[3] 刘泽东,吴虹,邱桔.基于SPOT5& ETM+遥感的珠海市断裂构造解译和地表稳定性评价[J].桂林工学院学报,2008,28(1):20-24

[4] 张永庭,张晓东,刘自增,等.宁夏区地质构造与围岩蚀变遥感信息提取[J].国土资源遥感,2012,92(1): 132-136

[5] 王耿明,王利花,邢宇.基于SPOT数据的广州市遥感地质构造解译分析[J].海洋地质动态,2010,26(1): 21-24

[6] 赵英时.遥感应用分析原理与方法[M].北京: 科学出版社,2003

[7] 陈华慧.遥感地质学[M].北京: 地质出版社, 1984

Fracture Structure Interpretation Based on ZY-3 and ETM+

byYANG Yunlan

Based on the analysis of fracture structure characteristics on ZY-3 and ETM+remote sensing images, digital image processing methods to interpret fracture structure were studied, and the methods of gray level stretch, image fusion and directional filtering were adopted. According to the man-machine interactive interpretation by interpretation signs, fracture structure of Ordos Basin were analyzed.Proved the combination of high spatial resolution image ZY-3 and multispectral image ETM+to extract the fault information is feasibility.

ZY-3, ETM+, image enhancement, fracture structure

P237.9

B

1672-4623（2014）05-0017-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2014.05.006

2013-10-11。

项目来源：国家科技支撑计划资助项目（2011BAB01B05）。

杨韫澜，博士，工程师，研究方向为资源与环境遥感。