遥感解译在内蒙古额济纳旗地区1∶5万地质填图中的应用

于洪苹，杨国良，腾正双

(首钢地质勘查院地质研究所，北京 100144)

0 引言

遥感技术以其宏观性、周期性、实时性和信息丰富等技术优势，成为地质填图中重要的技术手段[1-3]，为区域地质调查研究提供丰富的地质信息[4]，可以克服自然条件恶劣、交通不便等不利因素，可以减少野外工作量、缩短填图周期，降低人工成本，同时能提供直观、可靠的岩性和构造等方面的地质信息，使调查评价工作更加具有针对性[5-6]。在地质填图工作中，要准确的判定各类地质体的接触关系和接触界线，采用遥感方法可以使各地质体的接触关系和接触界线清晰地显现出来；同时，结合野外实地调查，通过图像处理方法，还可将不同的岩性从影像上进行有效地区分。

本次工作基于中国地质调查局“阴山成矿带地质矿产调查项目”，填图范围包括内蒙古1∶5万千条沟幅(K47E012015)、盐碱洼幅(K47E013015)、沙河北幅(K47E014015)、十九号西幅(K47E015015)、萤石矿幅(K47E016015)等5个图幅，总面积1925 km2。工作区东距额济纳旗150 km，南距甘肃酒泉220 km。额济纳旗—酒泉公路(S312)横穿工作区东南部，工作区内交通不甚方便(图1)。区内水系不发育，地下水稀缺，且强烈浓缩为高矿化度水。植被不发育，仅生长有少量低矮灌木。矿产资源比较丰富。

图1 测区交通位置图Fig.1 Traffic map of the Ejinaqi area

在内蒙古自治区西部阿拉善盟额济纳旗地区开展的1∶5万区域矿产地质调查工作中，通过遥感图像处理及遥感地质解译[7-9]，建立有效的遥感解译标志，并且与野外路线调查相互验证，大大提高了戈壁荒漠区地层岩性的识别、地质构造解译及填图的准确度，为区域矿产地质调查工作提供了基础资料和科学依据。

1 区域地质概况

测区位于哈萨克斯坦板块，自北向南分为晚古生代六驼山裂陷槽、星星峡—明水—旱山地块、公婆泉—东七一山早古生代活动陆缘带3个三级构造单元。地层较发育，包括古元古界、古生界、中生界和新生界。岩浆活动强烈，共发育加里东期、华力西期、印支期和燕山期4个侵入期，26个岩石填图单位。

工作区内出露的地层主要有：古元古界北山岩群(Pt1B)、中-上志留统公婆泉组(S2-3g)、下石炭统绿条山组(C1l)和白山组(C1b)、下二叠统双堡塘组(P1sh)、下-中三叠统二断井组(T1-2r)、上新统苦泉组(N2k)和第四系(Qp，Qh)。

侵入体多呈岩基、岩株状产出，受区域断裂控制比较明显，岩体长轴方向为近EW向或NWW向，与区域主构造线方向一致。主要出露岩体有加里东期蛇纹石化橄辉岩、闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩；华力西期闪长岩系、花岗闪长岩、花岗岩等；印支期的二长花岗岩和燕山期的花岗伟晶岩。

2 遥感数据源选择及数据处理

2.1 遥感数据源选取

本次遥感解译以国产卫星资源三号高分辨率遥感数据为主要数据源，配合Landsat ETM+遥感图像，制作测区遥感影像图进行地质矿产信息提取。资源三号卫星为中国2012年1月9日发射的首颗民用高分辨率光学传输型立体测图卫星，卫星集测绘和资源调查功能于一体。资源三号上搭载的前、后、正视相机可以获取同一地区3个不同观测角度的立体像对，能够提供丰富的三维几何信息。资源三号卫星搭载多光谱相机和全色相机，获取的多光谱数据空间分辨率为6 m，全色图像为2.1 m。覆盖测区多光谱和全色遥感图像各6景(共12景)，轨道号044-119、120、121，045-119、120、121，时相分别是2012年9月3日、9月8日。同时还选用了美国陆地卫星7号的ETM+遥感影像，涉及ETM+图像为一个景(轨道号134-031)，获取时间为2001年8月20日。数据无云覆盖，清晰度高，成像质量好(表1)。

2.2 数据处理

2.2.1 数据融合

资源三号多光谱遥感数据具有4个波段。结合以往的工作经验及不同波段的合成对比试验，资源三号遥感数据多光谱图像的合成方式多采用4-3-2波段假彩色合成，获得的图像不仅可以充分反映工作区的不同地物信息、地物间的层次清晰、色彩丰富，与真彩色很接近，且图像的反差适中，取得较好的彩色合成效果。

多光谱图像与全色图像进行融合。由于资源三号卫星多光谱相机和全色相机为搭载在同一传感器上，所获取的遥感数据理论上空间位置上是一致的，因此不同分辨率数据可以进行直接融合，生成空间分辨率为2.1 m的高分辨率遥感图像。覆盖测区共6景多光谱和全色图像，融合后生成6景高分辨率遥感图像。前人研究表明，融合后的资源三号遥感图像完全能达到1∶2.5万测绘精度要求。

2.2.2 地形图校正

1∶5万扫描地形图均为高斯-克吕格投影，按1980西安坐标系的参数校正到实际地理位置。为达到控制点的精度要求，每幅地形图中要校正的控制点需均匀分布，即在图幅的中部及四围都要有点控制，通常每个图幅要选取的控制点不少于12个，校正精度的<1个像素(pixel)。几何纠正的模型多采用多项式法，重采样方法均采用立方卷积法。

表1 测区解译所使用的遥感数据源Table 1 Remote sensing data selected for the interpretation

2.2.3 图像几何纠正

以校正后的1∶5万地形图为参考图像对资源三号卫星的6景遥感图像进行校正。校正方法为控制点-二次多项式拟合法，以经过校正的地形图上控制点的坐标值作为真值，对各景图像进行几何纠正，使得遥感图像能够满足地形图的几何精度要求。

2.2.4 图像镶嵌

对经过几何校正的6景资源三号图像采用几何匹配、亮度匹配、直方图匹配等方法进行数字镶嵌。①在2个景的遥感图像重叠部分中选择同名的地物点作为控制点，用曲面拟合方法消除2景图像之间的残余误差；控制点的拟合误差约为1个像元，为确保拼接的精度程度，误差的最高值控制为<2个像元，对于线性地物的误差控制为1个像元；②为了尽量减小图像拼接后出现“接缝效应”，数字镶嵌的拼接线采用“折线式”镶嵌，拼接点则选择贴合地物、地貌的天然分界；③为最大限度降低2景图像之间的“色差”，使不同时相的2景图像色调趋于一致，在相邻2景图像的重叠部分中选择子区实施直方图的匹配；④在图像拼接点附近的32个像元临域内，采用“加权平均值”方法增强灰度圆滑，实现拼接点附近的亮度值呈自然过渡状态；重采样选用立方卷积方法。

尽管ETM+遥感影像已经过前期传感器校正、大气校正和幅射校正，但校正后的精度仍无法到达精度要求，仍需继续进行初校正和精校正。①初校正：依据ETM+数据头文件中给出了图像的4个角点和中心点的像元坐标，以这5个控制点作为地面控制点(GCP)对整景图像进行地图投影校正处理；②精校正：在地形图中选取具有标志性的同名地物作为控制点；校正时，多项式次数选择为1，重采样方法选用最邻近法，对每个单景图像的1～5波段、7波段和8波段分别进行坐标变换，重新进行定位。

ETM+具有从可见光到热红外的波谱范围，能满足一定矿物、岩石的岩性特征划分需要。选择ETM+图像中信息量最大的7、4、1等3个波段进行组合，与全色波段小波融合，生成空间分辨率15 m的遥感图像，将原始图像UTM投影重新投影为高斯投影。

由于测区内植被不发育，地表以基岩和戈壁滩为主，资源三号遥感图像颜色以灰色为主，较为单调。为便于人机交互解译地质矿产信息，将校正后的资源三号图像与ETM+图像进行图像融合，既具备了ETM+图像色彩信息丰富的特点，有保证了资源三号卫星图像的高空间分辨率。对融合图像还进行了图面整饰、加绘图廓、标注地理坐标、绘制图名和比例尺等，最终形成1∶5万遥感影像图(图2)。遥感影像具有影像清晰、反差适中、层次分明的特点，各类地质体大多易于判读，可用于工作区的地质解译的底图。从遥感影像上看，区内岩石裸露，没有植被覆盖，也无云、雪等干扰因素，各地质体影像纹理清晰，色彩丰富，层次分明，图像质量良好，完全可以满足1∶5万遥感地质调查工作。

3 遥感影像地质单元解译和解译分区

3.1 建立地质体的解译标志

遥感地质解译标志是指能直接反映、判别地物地质信息的影像特征，利用地质解译标志可以在图像上区分地质体或识别地物的地质属性，它是遥感影像数据的人机交互式解译的基础和标准[10-12]。通过对遥感数据的多重遥感信息提取解译，结合已有的地质、遥感资料信息，建立起工作区线性构造和主要地质体(填图单元)的遥感解译标志(表2，表3，表4)，编制了遥感解译图。工作区的合成遥影像地质信息反映良好，可解译程度较高，各类地质体的边界(尤其是断裂构造)十分清晰(图3)。

3.1.1 断裂构造解译

断裂构造的影像特征表现为线性影纹、带状异常色调呈直线性延伸、不同色调地质体呈直线状接触边界、地质体错断、地形上表现为线性凹地等。工作区中构造线方向总体为NWW向，次为NE向。工作区内(从北至南)主要断裂解译标志见表2。

图2 测区分幅遥感影像图Fig.2 Remote sensing image of the areaa.千条沟幅；b.盐碱洼幅；c.沙河北幅；d.十九号西幅；e.萤石矿幅

表2 断裂构造解译标志Table 2 Interpretation mark of fault

表3 地层解译标志Table 3 Interpretation marks of strata

表4 侵入岩解译标志Table 4 Interpretation marks of intrusions

图3 质体影像解译范例Fig.3 Examples of interpretation of geological bodiesna.下石炭统白山组影像；b.古元古界北山群影像

3.1.2 地质体解译标志

各填图单位的影像特征见表3和表4。

在南部图幅(K47E016015)中，断裂构造相对较发育，如NE方向断裂构造，在遥感图像上明显的色调差异和纹型差异显示出来，切割不同时代地层和岩体，同时发生错动位移，在北部图幅(K47E013015)内，由于断裂构造的切割，使不同时代地层呈断裂接触，以不同颜色和纹型清晰显示出来。从断裂构造的连续性和遥感影像特征判别，推断NW向断裂构造切割NE向断裂构造，局部发生左行平移。由于工作区内几乎没有植被覆盖，地层和岩性识别较为容易和可靠。沉积岩呈条带状影纹清晰显示，侵入岩体的边界清晰可辨。

古元古界北山岩群(Pt2B)。为区内最古老的地层单元，是一套中深变质岩系，岩性主要为片岩、变粒岩、片麻岩，夹大理岩、板岩、混合岩和变质砂岩等。主要分布于最南部图幅(K47E016015)，少量见于北部图幅(K47E012015)内。在南部图幅遥感图像上呈淡棕褐色、淡褐灰色，表面毛糙，明显正地形，清晰条纹条带；北部图幅内北山岩群呈褐色、棕色，条纹不清晰。

中-晚志留统公婆泉组(S2-3g)。主要岩性为安山岩、安山玄武岩、流纹岩、凝灰岩夹灰岩，主要分布于本区最南部图幅(K47E016015)内。在遥感图像上呈灰黑色，表面较粗糙，疙瘩状，纹理不清晰，近于块状特点。

早石炭世白山组(C1b)。主要分布于测区北部4个图幅内。主要岩性为中酸性火山岩、千枚岩、片岩、片麻岩。遥感图像上为棕色、淡棕色，成层性好，表面较粗糙，但较均匀。

下二叠统双堡塘组(P1sb)。主要分布于最北部千条沟幅(K47E012015)内，主要岩性为页岩、粉砂岩、中细粒砂岩互层，黑色页岩、粉砂岩互层。遥感图像上呈深灰色、铁灰色，大部分被戈壁滩覆盖，仅局部断续出露。具清晰的条纹条带。

上三叠统珊瑚井组(T3sh)。主要岩性为灰绿色、灰色砂岩、砾岩、粉砂岩、碳质页岩。主要分布在南部的十九号西幅(K47E015015)的东南部。在遥感图像上灰绿-浅灰黑色，清晰的密集条纹和条带，反映发育良好的层理，地层边界清晰。

下白垩统赤金堡组(K1c)。主要分布于南部十九号西幅(K47E015015)内。主要岩性为碳质粉砂岩、黄绿色粉砂岩与硬砂岩互层。遥感图像上颜色较浅，淡黄灰色为主。表面相对光滑，地形平缓，呈现较清晰的地层条带。

中新统苦泉组(N2k)。主要岩性为粉红色、桔黄色粉砂质泥岩、砂岩、砂砾岩夹石膏。由于岩性相似，除了颜色略有差别外，遥感图像影像特性相似，颜色较浅，表面光滑、平缓，边界也不清晰，有时与第四系(戈壁滩)不易区分。

第四系(Q)。区内大面积出露，冲洪积物形成戈壁滩地貌。遥感图像上呈褐色、黄白色调，地形平缓，呈半透明状，有时见有清晰流水痕迹。

侵入岩。各个图幅内均出露有面积不等的酸性、中酸性侵入体，在遥感图像上总体特征相似，淡红棕色、淡棕褐色，闪长岩颜色略深，花岗岩颜色稍浅。表面呈疙瘩状，但总体块状特征，边界清晰，有时也呈现NW向隐纹。

3.2 遥感影像分区

图4 十九号西幅遥感影像分区图Fig.4 Map showing remote sensing image zones

由于岩性、构造的差异和地形地貌、植被、水系、人类活动的影响，使遥感图像出现区域性的颜色、色调和纹型上的不同，表现为不同的遥感影像单元。因此，遥感图像的影像单元分区，反映了不同的大地构造单元或构造区、不同的岩石类型、不同的地形地貌种类，也反映了不同的可解译程度。额济纳旗地区属于基岩裸露区，工作区内基岩出露程度高，除戈壁覆盖外，无植被影响，全区的可解译程度高，根据颜色、色调和纹型可直接判别岩性，是遥感技术发挥作用的理想场所。测区从北至南5个1∶5万图幅，不同图幅内地层、构造、岩性不同，遥感影像特征也明显不同。以不同的地形地貌、颜色和纹型主要参考标准，进行不同图幅的遥感影像单元划分。以十九号西幅(K47E015015)为例(图4)，根据遥感影像特征，可以大致分为3类区块。

Ⅰ区。分布于图幅的中部，遥感图像上以棕色、褐色等深色调为主，表面粗糙，地形略高，基岩出露完全。图幅北部地块地层条带明显，推测为古生代浅变质岩。图幅南部影像成块体，为中生代中酸性侵入岩体。遥感解译程度好，根据颜色、色调和纹型等，不同岩性易于区分。

图5 十九号西幅遥感地质解译图Fig.5 Remote sensing data interpretation map

Ⅱ区。分布于图幅西部。在遥感图像上以淡青灰色为主，地形比Ⅰ区平缓得多，局部有起伏，突起区则为基岩出露较好区段。基岩出露中等，部分被戈壁覆盖。主要出露中生代沉积岩系，根据颜色、纹型等，可区分不同地层或岩性，遥感可解译程度为中等。

Ⅲ区。分布于图幅的东部和西部的部分区段。在遥感图像上东部区以茶褐色、棕褐色为主，西部以红棕色为主，地形平缓，表面略显光滑，有明显的流水痕。呈半透明状，为中新统砂砾石层。新近系和第四系不同岩石类型在遥感图像上的可解译程度一般。

4 遥感地质解译成果

根据建立的断裂构造和地质体遥感解译标志，对照地质图和其他地质资料，采用人机交互解译方式，对照打印的纸质遥感图像，放大或缩小，准确勾画构造和地质体边界。结合野外调查情况，对测区进行了详细的遥感解译，取得了良好的解译效果。以十九号西幅为例(图5)，主要解译成果如下：

(1)在断裂构造方面，利用资源三号和ETM+遥感数据对测区及周边所处的大地构造背景进行解译和认定，解译出区内主要的断裂构造。

(2)在地质体方面，较好地解译出区内中生代斑状花岗岩、晚古生代中粒英云闪长岩、第四系冲洪积物之间的界线，并根据地质填图单元，分析总结了测区内各地层的遥感影像特征、可解译程度及岩石地层分布情况等。

(3)将解译成果与以往的地质资料进行了对比分析，对有差异的地区进行了重点解译和野外验证，进一步修改和补充部分地质界线，从而提高了遥感地质解译成果的实用性。

5 结论

工作区处于干旱的戈壁荒漠区，植被不发育，岩石裸露，遥感地质可解译程度较高。采用资源三号卫影像和ETM+影像的融合，有效利用2种影像特点，既可提高空间分辨率，又能提高光谱分辨率，获得很好的解译效果。通过野外踏勘和遥感影像判别，建立了影像地质解译标志，解译结果可与实际的地质体、地质界线相互印证、吻合，可靠性很好，获得令人满意的应用效果。

戈壁荒漠区应用遥感技术的优势在于不受地表覆盖物和地形的限制，能够准确地判断地质界线及断裂构造形态，是对野外区域地质调查的有效辅助手段，具有广阔的应用前景广阔。同时，应积极探索解决遥感图像中某些细节刻画不足的技术与方法。