高分辨率影像数据在地质构造解译中的应用——以青海省俄昌公仁地区1∶50 000区调应用为例

赵　炜， 方　宏

(1.四川省核工业地质调查院　航测遥感部,成都　610061；2.中国人民解放军62315部队,北京　102416)



高分辨率影像数据在地质构造解译中的应用
——以青海省俄昌公仁地区1∶50 000区调应用为例

赵炜1， 方宏2

(1.四川省核工业地质调查院航测遥感部,成都610061；2.中国人民解放军62315部队,北京102416)

摘要：通过在俄昌公仁地区开展地质构造解译，分析了传统遥感影像数据与高分辨率遥感影像数的特点，在地质构造解译过程中对两种数据进行对比分析，总结出高分辨率遥感影像在地质构造解译中的优势，将遥感解译成果赋予了更加丰富的地质含义，同时，利用高分辨率遥感影像数据较好地解析了工作区内的线性断裂构造分布格局，解译成果经野外验证正确率高，对遥感技术在地质调查中有一定的指示作用。

关键词：高分辨率影像数据； 区域地质地质调查； 地质构造解译

0引言

遥感技术应用于地质调查始于二十世纪七十年代，并取得可喜的成果。例如至今人类找到的最大矿床——澳大利亚奥林匹克坝矿床，就是在遥感解译的环形构造与重力资料解释的NWW向深断裂的交汇部位找到的；巴基斯坦的大型斑岩铜矿也是根据遥感影像模式发现的[1]。因此，遥感数据是区域地质调查中必不可少的数据之一[2]，“遥感先行，地质现象引导地质路线”的填图方法被普遍采用，且在新一轮的地质调查技术要求及其他相关规范、指南中明确提出了在填图过程中运用遥感技术的必要性和紧迫性。遥感技术在构造解译、岩性识别、蚀变异常提取等方面具有速度快、质量高、成本低等优势，特别是在通行困难、基岩裸露、解译效果好的地区，若能够充分利用遥感技术将对提高图幅质量和效率起到事半功倍的作用，这将是其他传统地质研究方法所不能比拟的[2-3]。

遥感技术本身也取得了飞速的发展。如遥感的空间分辨率从千米级、米级提高到厘米级；光谱分辨率从微米级提高到现在的纳米级；时间分辨率从几周、几天提高到现在的几个小时；同时雷达遥感技术也朝着多极化、多频道方向发展[4-5]。随之而来，人们对遥感数据应用于地质调查的方法提出了更高的要求，高分辨率遥感数据已逐步得到了应用。因此，如何在地质构造解译中充分发挥高分辨率遥感数据的优势，已成为众多专家学者探讨的课题。

1传统影像在地质构造解译中的应用

1.1传统影像特点

地质构造调查是地质调查中的重要内容，对地质单元之间的接触关系、矿产资源的分布等都有很大的关系。目前，TM、ETM、SPOT等中低分辨率遥感影像为地质调查中广泛使用，其特点是覆盖范围广、宏观现象效果好、获取较为容易、使用成本低。

1.2传统影像的不足

利用传统影像(如ETM)能完成小比例尺地质体基本构造解译，对区域大断裂、大断裂、较大的岩体均有较好的表象。但是在1∶50 000区调中，使用传统影像解译二级、三级断裂构造则显得较为困难，局部小范围的地质异常体表象不明显乃至被忽视，确定岩性难度更大。这难以满足地质矿产调查过程中地质构造解体，成矿预测的需求。

2高分辨率影像在构造解译中的应用

2.1研究区概况

研究区位于青藏高原腹地巴颜喀拉山南部，依中国自然地理区划，隶属青海省治多县管辖。区内地形具有山峦叠嶂、河流沟谷纵横、湖沼发育的特点，平均海拨多在4 600 m～5 200 m之间。区内地层属于羌北-昌都地层分区，发育大面积三叠系。东北部为西金乌兰-金沙江蛇绿混杂岩带的多彩蛇绿混杂岩带(图1)。

图1　研究区位置图Fig．1　The study area location map

2.2数据源的选择

高分辨率遥感数据源包括SPOT-6、IKONOS、Quickbird、WorldView-2等，本次采用空间分辨率最高的WorldView-2高分辨率影像数据，共有8个波段，其分为4个业内标准谱段(红、绿、蓝、近红外)，还包括4个额外谱段(海岸、黄、红边和近红外2)，其标准谱段，多光谱波段空间分辨率2.5 m，搭载全色波段pan空间分辨率0.5 m，其波段信息见表1。

表1　WorldView-2卫星数据各波段及空间分辨率

2.3高分辨率影像在线性构造解译中的应用

在区域大断裂、大断裂解译过程中高分辨率影像优势不明显，而在二级、三级构造解译过程中高分辨率影像则可充分发挥其优势。

1)挖掘出微弱展布行迹表象的线性构造。在构造发育的区域，在传统影像上整体方向性的线性构造表象较好，然而其他方向的较小的线性构造反映不明显，而在高分辨率影像上反映明显。如图2所示，在F33标记区，山体整体呈NW向展布，但在标记处山体突然错段，出现断头山，NE向断裂通过的区域，断头山的东侧出现其他小山体，无较大的延伸规模，传统影像无明显特征，但在高分辨率影像上表现出微弱的NE向展布行迹，这也揭露了NE向构造的存在。

图2　微弱展布行迹反映线性构造Fig．2　Narrow distribution tracks reflect the linear structure

2)提取碎斑状、斑杂状的线性伸展表象的构造。在植被较发育的地区，如图3所示，在传统影像上其西南侧构造相对明显，山体NW向延伸行迹明显，但山体在延伸至河流边缘时，再无明显的行迹，无法追踪构造延伸行迹。在高分变率影像上，河流对面的左上角区域可以发现有一微小的灰白色区域出露，在河流的对面也出现一微小的灰白色区域，两块区域一致呈NW向展布，通过出露的小斑块的展布方向，可以确定构造的延伸走向。再观察该区域内河流及小湖泊的展布方向，大部分呈NW向展布，这也从侧面反映了构造的延伸方向。

图3　碎斑状、斑杂状的线性伸展反映构造Fig．3　Broken porphyritic, linear stretches reflect the complex shape of structure

3)山体呈线性对垒反映构造更明显。在高分辨率影像上，以沟谷为对称轴两侧出现明显的线性构造，延伸行迹清晰，类似鱼刺状构造，表明该区域线性构造较发育(图4)。

图4　山体呈线性对垒反映构造更明显Fig．4　Mountain playing reflect a linear structure was more obvious

2.4高分辨率影像在环形构造解译中的应用

环形构造是地质调查中普遍存在的一种构造形式，它的成因具有多样性，它的存在对地质找矿具有一定的指示作用。传统遥感影像能解译出大的环形构造，而较小的、多期次、地形平坦地区、植被发育地区的环形构造在高分辨率影像表现明显。

1)能提取出多期次、隐晦岩浆环。岩浆环反映该区域曾今的地下岩浆活动形迹，遥感影纹特征则反映地下岩浆活动距今的时间远近。传统遥感影像影纹不明显，而高分辨率遥感影像可以反映出细致的影纹(图5、图6)。环形构造的大小和多少则反映岩浆活动的强烈程度和频率，在高分辨率影像中表现出岩浆环径较大，边界清楚，其周围有隐晦的小环清晰可见，在大环内也发育有多个小环。各小环与大环之间存在包含关系和相交关系，表明区内岩浆活动频繁，且时代距今较近。

图5　多期次、隐晦岩浆环影像(传统影像)Fig．5　Many times, obscures magma ring images(traditional image)

图6　多期次、隐晦岩浆环影像(高分辨率影像)Fig．6　Many times, obscures magma ring 　images(high resolution image)

2)有利于圈定隐伏岩体环。未出露地表的岩浆活动形成隐伏岩体，这在地质调查中寻找隐伏矿床有较强的指示作用。形成隐伏岩体过程一般会产生环状构造，该类环环径大小不一，与地下岩体关系密切。该类环在传统影像上未有表象，而高分辨影像上有明显的中心，可见四周节理裂隙呈爆裂状向外辐射，见图7、图8。

图7　隐伏岩体环影像(传统影像)Fig．7　Concealed rock ring image 　　(traditional image)

图8　隐伏岩体环影像(高分辨率影像)Fig．8　Concealed rock ring image(high resolution image)

2.5高分辨率影像在地质异常体解译中的应用

地质异常体是在结构、构造或成因序次上与周围环境具有明显差异的地质体或者地质体组合。传统影像能解译出一类地质异常体，而解译二类、三类地质异常体较困难。高分辨率影像在解译二类、三类地质异常体有明显优势。如图9、图10，二类、三类地质异常体在色彩、影纹、展布方向上存在明显差异，这是传统影像所不具备的。

图9　二类地质异常体高分辨率影像Fig．9　The second geologic abnormal body of high resolution image

图10　三类地质异常体高分辨率影像Fig．10　The third geologic abnormal body of high resolution image

3断裂构造与实测断裂构造对比分析

图11　遥感解译断裂构造与地质图表达断裂构造对比图Fig．11　Remote sensing interpretation of faults and the geological map expression fracture 　structure comparison chart

研究区高分辨率遥感解译线性构造密集分布，以NW向和NE向为主，与1∶200 000地质图相比准确率较高且形成很好的补充(图11)。

上部区域，地质实测断裂与遥感解译断裂重合性较高，但由于地质图精度较低，地质实测断裂构造稀少。遥感解译断裂显示，该区域存在大量NW向断裂构造，与地质图表达断裂构造一致，且规模较大，但该区域同时存在大量NE向构造，且密集程度远高于NW向构造，尤其在俄昌公仁地区最为发育，与NW向构造相交形成菱网状，推测该区域NE向构造为先期构造，NW向构造为后期构造。

中部区域，地质实测断裂以NW向为主，基本呈NW向等距平行展布，只在莫米雅龙地区有一小段NE向断裂发育。对比遥感解译线性构造，该区域存在NW向F27、F28、F29、F30、F36断裂与之对应，且规模较大，与地质实测断裂构造对应较好，且比地质实测断裂发育密集，是对地质实测断裂的较好补充。在莫米雅龙地区，有遥感解译F26断裂与地质实测NE向断裂对应，且位置基本一致，表明遥感解译断裂准确性较高。同时，遥感解译断裂构造在该区域还发育有少量SN向和NE向构造。

下部区域，地质实测断裂大量发育，全部以NW向为主，基本呈等距平行展布。遥感解译断裂显示，该区域发育有NW向构造，与地质实测断裂完全一致，同时该区域大量发育有SN向转NE向的线性构造，规模以二级为主，其与工作区中部的NE向构造有较好的线性延伸，是对地质实测构造的较好补充。

4遥感地质构造解译野外验证情况

遥感野外验证地质点共14个,其中构造控制点6个，隐伏岩体环1个，岩性分界点7个。根据野外验证结果与室内解译的吻合程度，对野外验证点按甲(吻合程度较好)、乙(吻合程度一般)、丙(吻合程度较差)三个级别进行了等级划分(表2、图12)。验证结果表明，高分辨率遥感解译地质点甲级达到72 %，构造点甲级达到71.4 %，解译准确度高。

表2　遥感野外验证地质点结果等级表

图12　遥感野外验证地质点等级比例图Fig．12　Remote sensing field verification geological point scale map

遥感解译线性构造野外验证点D9008(图13)，该区域线性构造密集发育，NW向和NE向线性构造交织呈菱网状，野外验证位于中间的NW向线性构造，该构造沿干枯的河道发育，在河道的NE侧，河岸微凸起，岸壁岩石比较破碎，河岸下碎石大量分布，岩壁部分区域有摩擦痕迹，线性构造表象明显。

图13　遥感解译线性构造野外验证点及照片Fig．13　Remote sensing lineament field verification points and photos

图14　遥感解译环形构造野外验证点及照片Fig．14　Remote sensing ring structure field verification points and photos

图15　遥感解译地质异常野外验证点及照片Fig．15　Remote sensing geological anomaly field verification points and photos

遥感解译环形构造野外验证点D9009(图14)，该区域遥感解译存在三个隐伏岩体环及两个岩浆环群。野外验证发现，该区域地表风华严重，矮草生长茂盛，环形构造内为紫红色砂岩，表面风华严重，整个山体表面比较光滑，呈正地貌，山腰及山脚节理及冲沟发育，呈辐射状向四周展开。

遥感解译地质异常构造野外验证点D9019(图15)，该区域遥感解译地质异常发育面积较大，野外验证发现该区域大面积发育不纯净灰岩，异常区位于山顶及半山腰，主要发育灰质白云岩，岩石较为破碎，完全无沉积层理，推测属于后期的快速沉积或外力改造形成。

5结论

在俄昌公仁地区1∶50 000区域地质调查过程中，作者利用传统遥感影像与高分辨率遥感影像进行了地质构造解译对比，较系统地提取了与区内矿化有关的地质体及地质现象信息，总结出高分辨率遥感影像在地质构造解译中的优势，将遥感解译成果赋予了更加丰富的地质含义，补充深化了遥感地质背景认识，推进了遥感地质技术应用研究的发展与深化。同时，利用高分辨率遥感影像数据较好地解析了工作区内的线性断裂构造分布格局，为其他相关工作开展提供了有力的支撑，解译成果经野外验证正确率很高，提高了遥感技术应用方法，提高了成果的准确程度。

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收稿日期：2015-04-29改回日期：2015-06-07

基金项目:青海省区域地质矿产调查(1212011033500)

作者简介：赵炜(1984-)，男，硕士，主要从事遥感地质方面研究，E-mail:147782331@qq.com。

文章编号：1001-1749(2016)03-0423-07

中图分类号：TP 79

文献标志码：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.03.20

High resolution image data in the application of the gedogical structure interpretion——for example echang of Qinghai province and the kernel region 1∶50 000 area of application

ZHAO Wei1, FANG Hong2

(1.Aerial remote sensing department,Sichuan Institute of Nuclear Geology, Chengdu610061， China；2.The Chinese people’s liberation army 62315 troops, Beijing102416， China)

Abstract:By carrying out the geological structure interpretation in echang and kernel region in Russia, the traditional remote sensing image data and the number of high resolution remote sensing image characteristics is analyzed. Two kinds of data were analyzed in the process of geologic structure interpretation and the advantages of high resolution remote sensing image in the geological structure interpretation are summarized. The remote sensing interpretation results given more abundant geological meaning. At the same time, high resolution remote sensing image data is used to parse the workspace of linear fracture distribution pattern. This indicates that the interpretation results verified by the field accuracy is high, and then the remote sensing technology in geological survey has the certain instruction function.

Key words:high resolution image data; regional geology survey; geological structure interpretation