遥感解译线性构造与地质构造对比研究
2019-01-23刘瑞国
刘瑞国
(中煤地质集团有限公司,北京 100040)
0 引言
线性构造解译是遥感应用研究领域中一个很重要的研究方向,线性构造可以通过遥感影像上的色调、影纹、图案等变化进行解译,进而了解地质构造的空间分布、地质稳定性、矿产资源分布等特征,为矿产资源勘查提供辅助。遥感线性构造是地质构造场在地表及光谱特征上的反映[1]。遥感线性构造是指遥感图像上呈直线或曲线状的线性影像,在图像上表现为线状的色调突变、不同自然景观或地物的边界、自然地物如沟谷、水系、陡崖的线状分布等特征。线性构造的分布是不规则的,因而需对线性构造的长度、密度和方位等要素进行定量分析,才能揭示线性构造的地质意义。刘建国提出一种用密度-中心对称度定量研究线性构造的方法[2]。Hashim等研究了一种线性构造自动提取的方法[3]。王润生总结了遥感线性构造的数量化分析方法[1]。Solomon用Landsat TM遥感影像开展了线性构造信息提取研究[4]。Qari用Landsat ETM+遥感影像开展了线性构造信息提取研究[5]。肖龙对线性构造及控矿特征进行了分析[6]。徐俊龙等开展了基于地质统计学原理的遥感线性构造解析[7]。赵少杰等开展了遥感线性构造分形统计研究[8]。本次研究采用Landsat ETM+遥感影像,对遥感影像开展了线性构造解译,并区分出一级线性构造和二级线性构造,线性构造长度-频数的双对数直方图,发现其形态接近正态分布,说明线性构造的长度分布是随机的,解译的结果可信度比较高。为进一步验证遥感线性构造解译的正确性,对研究区地质图矢量化,并对地质构造进行方位、频数分布统计,结果得出地质构造长度、频数分布与一级、二级线性构造长度、频数图基本一致,构造方向均以EW向和NE-SW向为主。其中东西向总体线性构造分布略多于NE-SW向,与研究区构造格架一致。
2 研究区概况
研究区位于云南省东南部,地势西高东低,区内山峰较多,但也有海拔较低的谷地和较高的陡峻山岭。区内最高峰是开远市境内的大黑山,海拔为2 705m,最低点位于南盘江河谷地带,海拔950m,大多海拔在1 000m~1 800m。行政区划隶属于文山壮族苗族自治州和红河哈尼族彝族自治州管辖,地跨红河哈尼族彝族自治州管辖的开远市和文山壮族苗族自治州管辖的丘北县和砚山县。交通主要以公路运输为主,广昆高速和G323国道穿过本区,区内山峰较多,交通困难(图1)。
图1 研究区地理位置示意图Figure 1 Study area geographic setting sketch
研究区内发育的地层由老至新分别为中泥盆统坡折落组(D2p)、中泥盆统东岗岭组(D2d)、下石炭统大塘组(C1d)、下石炭统威宁组(C1w)、上石炭统马平组(C2m)、中二叠统阳新组(P2y)、上二叠统吴家坪组(P3w)、上二叠统龙潭组(P3l)、下三叠统洗马塘组(T1x)、下三叠统永宁镇组(T1y)、中三叠统个旧组(T2g)、中三叠统法郎组(T2f)、第四系全新统(Qh)。
从区域地质构造来看,受下雨泽复式背斜、树皮向斜和开远“山字形构造”控制,研究区内的构造体系由一系列北西向的弧形褶皱和断裂组成。
3 研究方法
3.1 遥感影像数据
本次研究采用Landsat ETM+遥感影像,Landsat 7 是NASA于1999年4 月15 日成功发射的美国陆地卫星,Landsat 7携带的对地观测传感器,是一台8波段的多光谱扫描辐射计ETM +(增强型专题制图仪),工作于可见光、近红外、短波红外和热红外波段。Landsat 7平台轨道是近极地圆形太阳同步轨道,轨道高度705 km, 倾角98.22°,穿越赤道时间为上午10 点,扫描带宽185 km,地面重复访问周期为16d。
3.2 遥感影像最佳波段组合
遥感线性构造解译方法有计算机自动解译和计算机图像增强结合人工目视解译等方法,因此解译人员的先验知识和解译经验显得尤为重要。彩色合成是把单色波段色彩空间扩展,增强目标地物的可视性,提高解译效果。通过彩色丰富、信息携带量大的基础彩色图形,进行图像地质解译。通过彩色合成后解译出的结果较为准确,人为因素较少。
目前,对于彩色合成最佳波段组合的方法常用的是最佳波段法OIF(Optimum Index Factor)。该方法的原理是波段间相关性越小,波段的标准差越大,波段组合的信息量就越大。即波段组合的信息量与波短间的相关系数成反比,与波段本身的标准差成正比。计算公式如下:
(1)
其中Si为第i波段的亮度值标准差,Ci为波段间的相关系数。经计算波段间统计参数,得出采用波段741组合效果较好(图2)。在计算机自动解译基础上,开展人工目视解译。解译出的结果较为客观,人为因素较少。解译出的一级线性构造和二级线性构造见图3。
图2 研究区最佳波段组合的遥感影像图(R:7,G:4,B:1)Figure 2 Study area optimum band combination remote sensing image (R:7, G:4, B:1)
图3 研究区线性构造解译Figure 3 Study area lineaments interpretation
3.3 线性构造定量分析
采用概率统计方法, 以频度、方位、长度为统计基本数据作直方图, 可获得线性构造在长度或方位上的密度分布特征。通过计算研究区线性构造长度-频数直方图(图4), 发现其形态接近对数正态分布,说明线性构造的长度分布是随机的,解译的结果可信度比较高,可以进行进一步地定量分析。
3.3.1 研究区一级线性构造解译雷达图
根据线性构造的长短、宽窄、对比度等特点,线性构造又可分为一级线性构造、 二级线性构造等。
一级线性构造长度、频数分布图(图5)上,线性构造长度、频数方向以EW向和NE-SW向为主。其中东西向总体线性构造分布略多于NE-SW向。
图4 线性构造长度-频数的双对数图Figure 4 Lineaments length-frequency double logarithmic histogram
3.3.2 研究区二级线性构造解译雷达图
二级线性构造长度、 频数分布图(图6)与一级线性构造长度、频数图(图5)大致一致,线性构造方向也以EW向和NE-SW向为主。其中东西向总体线性构造分布略多于NE-SW向。
图5 一级线性构造解译长度(左)、频数(右)雷达图Figure 5 First-order lineament interpretation radar charts of length (left) and frequency (right)
图6 二级线性构造解译长度(左)、频数(右)雷达图Figure 6 Second-order lineament interpretation radar charts of length (left) and frequency (right)
3.3.3 研究区地质构造解译雷达图
为验证遥感线性构造解译的正确性,对研究区地质图矢量化(图7),并对地质构造进行方位、频数分布统计(图8)。
图7 研究区地质构造图Figure 7 Study area geological structural map
图8 地质构造长度(左)、频数(右)雷达图Figure 8 Geological structure radar charts of length (left) and frequency (right)
4 结论
研究中开展了线性构造和地质构造长度、频数统计分析,并生成长度、频数雷达图,对遥感解译线性构造和地质构造的长度频数进行了对比研究,论文主要取得以下结论。
①一级线性构造长度和频数图相接近,EW向最大,其次是NE,SE向和NS向较小。
②二级线性构造长度和频数图相接近,EW向最大,其次是NE,SE向和NS向较小。与一级线性构造长度和频数图一致。
③地质构造长度和频数图与一、二级线性构造长度和频数图基本一致,构造方向均以EW向和NE-SW向为主。其中东西向总体线性构造分布略多于NE-SW向,与研究区构造格架一致。