基于遥感数据的地质构造信息提取应用

彭立正，刘钊君，刘海洋

1 研究背景

在进行地质调查以及成矿预测时，对地质构造信息的提取是重要工作之一。而传统的地质探测方法受限于地表覆盖，探测范围及深度等因素，且成本昂贵，而遥感技术以直观可视化形式显示出地表的地物以及地表地物的变化，反映出地下深层的信息，并在较短时间内对研究区的构造信息进行提取，一定程度上减少了野外地质调查工作量。20世纪80年代起，随着遥感技术的不断发展，越来越多的国内外学者开始利用多源遥感信息进行地质构造信息的提取，并做了大量的研究。然而，目前的研究大都是针对植被覆盖度低的区域，对于植被覆盖度较高的区域，利用已有数据是否能较好地分析出构造信息还有待研究。

研究区域会宝岭和凤凰山铁矿（东经117°48′37.4″～117°53′53.32″，北纬 34°51′10.76″～34°55′13.48″）位于山东省临沂市兰陵县城西部，行政区域隶属兰陵县尚岩镇和新兴镇。区域为费县—苍山一带,大多为第四系覆盖。区内最高海拔580 m，地势自西北向东南逐次降低，依次是低山、丘陵、平原、洼地。属温暖带季风区域大陆性气候，四季分明，光照充足，年平均气温13.5℃。研究区内出露地层主要为新太古代泰山岩群山草峪组，震旦纪土门群佟家庄组，古生代寒武纪，奥陶纪和第四系，地层走向为NW向［1］。临沂大地构造区划属华北地台鲁西地块和鲁东地块两个Ⅱ级大地构造单元，二者被沂沭断裂带分开。区内地质构造复杂，自太古宙以来经历了多期变质变形运动，形成现今以沂沭断裂带为代表并分隔鲁东和鲁西地块的构造格局。该研究区域经历了多期构造运动，发育了各种面状、线状构造和韧性剪切带，地质构造比较复杂，地表构造以NE向断裂为主，区内基地以褶皱为主，盖层以单斜为主，断裂构造较为发育，中、新生代断陷盆地广泛分布［2-3］。研究区域由于植被覆盖程度较高，构造信息比较微弱，传统方法的效果无法满足要求，因此尝试首先用遥感数据进行构造信息的增强后再进行构造信息提取。

2 数据与方法

2.1 数据

根据研究需求，选取2014年3月14日获取的一景Landsat8 OLI数据为主要数据源。OLI陆地成像仪含有9个波段，包括了ETM+所有波段，并对波段5和全色波段8进行了调整，增加了两个波段［4］：波段1（蓝色波段0.433～0.454 μm）；波段9（短波红外波段1.360～1.390 μm）。其中波段1～7和波段9的空间分辨率均为30 m，波段8为全色波段，空间分辨率为15 m。以Landsat8 L1T级数据产品为数据源，该数据产品已完成辐射校正和几何校正，且精度较高。但是在进行构造信息的提取与解译之前，依然要进行辐射定标、大气校正、波段选择、图像融合等预处理，具体步骤本文不再详细介绍，详见参考文献。除此之外，为了突出遥感影像中的断裂信息，在利用Landsat8图像进行构造信息的提取与解译之前，需要进行图像信息增强，采用了主成分分析与定向滤波相结合的方法。

另外，Aster数据（2001年7月15日获取，经过简单的几何校正和辐射校）和Quick Bird数据（2014年7月全色数据和2013年10月多光谱数据）作为辅助（补充处理后用来解译的影像及DEM、Quick Bird辅助数据）。

2.2 构造信息提取

构造信息的提取主要是利用处理后的影像数据，对线性构造等基本地质要素通过解译标志的建立进行解译，提取出本区域的地层构造等信息。线性构造主要有地质界线、侵入岩界限、断裂构造的线性应变带，包括各种断层和韧性剪切带等。其中断裂构造控制着岩浆活动及矿业的运移储存，对成矿、导矿、储矿起着重要作用。

线性构造的解译标志包括直接解译标志和间接解译标志。直接解译标志包括遥感影像的色调或颜色、大小、阴影、形状等，间接解译标志包括水系的分布格局、转折与地貌、构造岩性的关系等。通过两者相结合来进行地物的构造信息的解译。研究区内的线性构造主要包括岩性地层分界线以及不同性质的断裂等，其解译标志如表1所示。

表1 线性构造解译标志

3 结果分析

在预处理后的Landsat8 OLI影像基础上，结合ArcScene平台生成的DEM三维立体显示图、Google Earth影像、构造地质学的理论以及对研究区的野外调研，应用目视解译和人机交互解译等技术方法对研究区的构造信息进行分析，并编制遥感地质综合解译图，从解译图像上可以看出研究区域的断裂构造特征明显。

结合铁矿区的地质资料，对研究区域的断裂构造特征进行分析可知：整个研究区内断裂构造较为复杂，解译出线性构造54条，其中断裂构造线27条，新解译断层20条，推测断裂7条。从线性体的空间分布分析，主要有NS、NW-NNW、WE、NE向断裂发育比较明显，其中NS向线性体15条，NWNNW向线性体9条，NE向线性体23条，WE向线性体7条。这些线性体大多是断裂和大型节理在图像中的反映。在遥感图像上，断裂两侧呈现出明显的色调异常和线性负地形。而形成时代较早的NS向线性构造主要分布在费县、马庄、朱保等3个地面以及水系异常段，常与南北向断裂伴生，但又与南北向及其他方向的断裂错开。

为验证遥感地质解译的准确性，对研究区域采用激发极化探测和瞬变电磁探测两种方法进行野外验证。由于研究区域内植被覆盖较严重，基岩出露较少，因此在断裂信息较强的地段选取了4个测区，共进行6个电磁剖面的勘探。所测数据表明，各现场点均就具有相对较高的异常点（带），具有断裂层。

4 结论

4.1 以Landsat8 OLI数据为数据源，通过对数据源的一系列处理，判断出研究区域内的线性构造主要为断裂构造，提取出线性构造共54条，其中断裂构造线27条，新解译断层20条，推测断裂7条，其主要方向有NW-NNW、NS、EW、NE向4组断裂。

4.2 利用激发极化探测和瞬变电磁探测两种方法共进行了4个测区6个电磁剖面的勘探，勘探结果验证了解译的准确性。

4.3 通过研究所提取的构造信息，为下一步研究区域铁矿化蚀变信息的提取提供了数据参考。结合水系分布以及断裂构造信息，对分析该地区的地质断层对于铁矿的挖采影响和限制，以及避开导水断层，对于采矿人员进行开采提供了借鉴和依据。

参考文献：

［1］ 赵芝玲，王萍，荆林海，等.用Aster数据提取植被覆盖区遥感铁矿化蚀变信息［J］.金属矿山，2016（10）：109-115.

［2］ 郝兴中.鲁西地区铁矿成矿规律与预测研究［D］.北京：中国地质大学，2014.

［3］ 石振杰，温兴平，马威，等.基于Landsat8 OLI遥感影像线性构造分级解译［J］.河南科学，2015，33（9）：1 063-1 067.

［4］ 魏永明，蔺启忠，工学潮，等.南水北调西线工程区活动断裂构造遥感研究［J］.遥感学报，2005，9（5）：616-622.