遥感影像三维可视化在白音吉日嘎拉大队幅1∶5万区域地质调查中的应用

霍润斌 刘 博 鲁 敏 高 源 喻 龙

(中国人民武装警察部队黄金第四支队)

近年来，应用遥感影像在自然条件恶劣、工作程度低的裸露地区以及浅覆盖区发现了一批有意义的找矿线索，为后续区域地质调查及矿产勘查勘探工作提供了重要依据[1-4]。以往工作主要在平面图上进行遥感地质解译，但地质现象是1个立体概念，如断层断面的产状、地层之间整合或不整合的接触关系等，在平面图上无法表现[5]。计算机科学和空间信息科学的发展给地球科学的研究注入了新的活力，实现了从纸质地质图—数字地质图—地质图空间数据库+数字地质图—3D地质模型的飞跃[6]。高精度遥感三维影像是综合利用“3S”(RS、GIS、GPS)技术，通过正射校正、DEM生成和数据融合等方法，按照一定的飞行路线和比例尺对3D数据集进行飞行浏览，将矢量或一幅灰阶(或彩色)图像拖放至数据集上后，以线框架、规则网格或点的形式进行显示。这相当于观测者乘坐飞行器在设定的路线和高度进行俯视观察，通过该方法，工作人员可以较完整地观察地质、地貌形态，对于宏观的地质现象会有更直观的认识[7-9]。本研究选用WorldView-2遥感影像作为数据源，通过构建三维遥感影像和线环构造解译标志，对内蒙古白音吉日嘎拉大队幅的构造、火山口和第四纪地貌进行解译，以提高构造解译精度，降低解译难度。

1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区中东部，北与蒙古国接壤，属内蒙古自治区阿巴嘎旗管辖。区内出露古生代及中生代—新生代地层，有中下泥盆统泥鳅河组(D1-2n)、上石炭统宝力高庙组(C2bl)。中生界地层在区内未出露，新生界地层出露有第四系更新统阿巴嘎组(Qp3a)及全新统松散堆积。

2 研究区遥感影像三维可视化

2.1 数据源

本研究采用WorldView-2遥感影像(多光谱波段1.84 m，全色波段0.46 m，时相为2014-04-26)和1∶5万数字化地形图作为基础数据。

2.2 遥感影像处理

本研究采用ENVI4.8软件对遥感影像进行融合、校正、镶嵌、拉伸等处理，通过波段相关性比较，并根据波谱信息量丰度，组合成WV8、WV5、WV1波段合成图像，采用主成分分析和HSV颜色变换进行融合。以研究区1∶5万地形图为基准，选择目标较小、特征明显、易于识别的道路交叉口、弯曲处设置控制点，将影像数据与地形图通过坐标转换进行配准，并将配准后的影像经过地理坐标镶嵌合成最终影像。

2.3 DEM制作

将收集到的1∶5万数字化地形图矢量化为等高线数据，将等高线数据(shape文件)转换为ENVI4.8软件支持的矢量格式(.eve)，设置研究区坐标参数，制作为DEM，精度为30 m。

2.4 遥感影像三维可视化实现

将遥感影像影射至相应的DEM数据上(图1)，便形成了3D遥感影像(图2)。

图1 遥感影像三维可视化实现流程

图2 研究区火山岩区遥感3D地貌

2.5 动态参数设置

对三维飞行参数(如航高、时速、缩放、平移和背景等)进行设置，而后根据布设的飞行路线进行动画浏览。

3 遥感影像三维可视化的应用

研究区高差较小，地势开阔，基岩裸露差，但覆盖浅。在对构造、地层单元、侵入岩进行解译的过程中，设计了4～5条飞行路线，对区内地质信息的初步认识经由三维可视化手段进一步进行阐释。

3.1 构造判别

线性构造解译的主要依据为影像中常表现为线性的色调及两侧岩层色调差异或2种不同色调的分界面呈线性延伸。对图3进行解译可知：白音吉日嘎拉大队幅内的伊和霍布断裂延伸约20 km，影像中该线性影像表现出与基岩背景的不同色调，南侧原NE向水系向东发生偏转成近SN向；该断裂呈NW向展布，切割了上石炭统宝力高庙组二段、三段、四段火山岩及晚石炭世的流纹斑岩，NWW端被更新统冲洪积物覆盖，SEE端延伸至邻幅，中部错断NE向断层；断裂两侧伴有“人”字型分支断裂，河流转弯，局部地貌形态也显示为线性沟谷。

图3 伊和霍布断裂3D遥感影像

经野外地质调查，经野外调查，判定该断裂性质为扭性平移断层，并在裂经过之处发现了多处断层面(图4)，总体倾向NNE向，倾角较陡，近直立，均大于80°，局部倾向相反，产状为203°∠75°，在断面上可见擦痕及阶步(图5)。根据擦痕及阶步的性质，可推断断裂总体呈水平运动，南西盘向NW向运动，局部见有斜移特征，平移断层性质即为扭性，断层附近的岩石中破劈理也较发育，走向多与断裂一致，反映了断裂构造在走向上的稳定性。

图4 伊和霍布经过处的断层陡崖

图5 伊和霍布断层面上的阶步和擦痕

对研究区褶皱构造进行遥感解译时，应宏观观察其总体轮廓，判别其两翼走向及转折端特征，不同岩性风化后产生的色彩、地形地貌、植被等差异等。该类信息在遥感影像上常表现为地形及色调的条带状影像呈封闭或半封闭的圆形、半圆形、长条形，并呈明显的对称性分布；岩层三角面、单面山等构造地貌沿某一界面对称性重复出现[10]。为更直观地分析褶皱两翼的形态和产状，本研究将图6圈定区域的遥感影像进行三维可视化处理后逆时针旋转90°。由图7可知：同种颜色、形态的岩层呈条带状弯曲，形成半圈闭椭圆形，对称并重复出现，产状清晰，据此可有效确定褶皱轴向和两翼特征，并可进一步分析其受力作用和运动轨迹。

图6 褶皱遥感影像

图7 褶皱遥感3D影像

古火山经过后期构造变动变形、沉积作用掩盖、风化作用剥蚀，准确恢复其原始形态在现实和虚拟空间难度均较大。现代火山受构造影响较小，形态保留较完整，通过遥感三维可视化技术不仅可以有效再现火山地貌的三维景观特征，而且可以对火山景观进行旋转、漫游、视景变换等操作。经解译，研究区内形态完好的阿巴嘎组火山机构其环形东南侧有一熔岩流出口，环形中心有3个干涸湖盆(经验证，其为3个火山喷出口)呈线性分布，熔岩沿火山口向南东溢流(图8)。

图8 阿巴嘎组火山机构3D遥感影像

3.2 地层解译

研究区南部舒特音辉特温多尔一带石炭系宝力高庙组一段沉积岩与宝力高庙组二段基性火山岩及全新统冲洪积物的分布情况如图9所示。经解译可知：宝力高庙组一段沉积岩层理发育，地貌起伏不大；研究区北侧宝力高庙组二段基性火山岩在影像上表现为凸起的斑状影纹，浑圆状山包地貌由1条线性构造引起拉伸的长条形湖泊与南侧宝力高庙组一段沉积岩分隔。

图9 舒特音辉特温多尔一带地层分布

图10为研究区1处形态较好的第四系沉积地貌，洪积扇扇柄两侧高地貌为季节性流水提供了通道，水流山口堆积了大量颗粒较大、磨圆度差、层理不明显、透水性强的松散砂砾。在三维遥感影像中，残留体为暗蓝色影纹，根据暗蓝色影纹的方向性特点，可判断其流向和规模。

4 结 语

以内蒙古1∶5万白音吉日嘎拉大队幅为例，基于Worldview-2遥感影像，对遥感影像三维可视化技术进行了分析，并对区内构造、地层进行了遥感解译。研究表明：采用遥感三维可视化技术有助于提高构造、地层的解译精度，在自然条件恶劣、工作程度低的裸露地区以及浅覆盖区具有较好的应用前景。

图10 洪积扇遥感3D影像