何 鵬，滕學建，劉 洋，滕 飛，郭 碩，王文龍，田 健，段宵龍

(天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津 300170)

遙感解譯在內(nèi)蒙古狼山戈壁荒漠地區(qū)1∶50000地質(zhì)填圖中的應用

何 鵬，滕學建，劉 洋，滕 飛，郭 碩，王文龍，田 健，段宵龍

(天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津 300170)

針對內(nèi)蒙古戈壁荒漠區(qū)特殊地貌地質(zhì)填圖工作，選擇ASTER和SPOT5數(shù)據(jù)，通過圖像融合、影像校正、影像增強等處理方法，提高圖像的空間分辨率和光譜分辨率。利用遙感解譯圖像快速準確地獲取地層、侵入體和構(gòu)造的解譯標志，通過遙感地質(zhì)解譯結(jié)合地面調(diào)查進行綜合分析和解譯，提高了填圖的準確性，為特殊地質(zhì)地貌區(qū)地質(zhì)填圖提供技術支持，對于在同類區(qū)域開展地質(zhì)填圖工作有指導意義。

遙感圖像；遙感解譯；戈壁荒漠地區(qū)；區(qū)域地質(zhì)調(diào)查；狼山

0 引言

遙感技術已經(jīng)成為區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中的一個重要的工作手段，具有信息豐富、視域?qū)拸V的特點，其成果能夠為區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究提供豐富地質(zhì)信息[1]。在基巖裸露區(qū)利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行遙感解譯已取得顯著的效果，但在戈壁荒漠區(qū)、植被覆蓋區(qū)等區(qū)域進行遙感解譯工作以及工作效果如何值得探討。耿新霞等[2]以淺覆蓋地貌的包古圖斑巖銅礦巖體為研究對象，基于ASTER數(shù)據(jù)源進行遙感解譯和蝕變信息提取，取得了較好效果。劉春國等[4]采用Landsat7 ETM+多光譜圖像在內(nèi)蒙古阿爾山市蛤蟆溝林場植被覆蓋度較高地區(qū)進行遙感解譯、蝕變異常提取，結(jié)果顯示在淺覆蓋區(qū)提取蝕變異常有可行性。陳星等[3]在淺覆蓋草原區(qū)采用ASTER數(shù)據(jù)和SPOT5數(shù)據(jù)進行遙感影像處理，開展地層識別、地質(zhì)構(gòu)造解譯工作，取得了很好的效果，但仍然存在一些問題，如：未實現(xiàn)真正意義的巖性解譯，在定量研究上還存在一定差距。

本項目研究區(qū)為戈壁荒漠區(qū)地貌，覆蓋物多為風成沙、第四紀洪沖積物等，需要遙感圖像具有較高的空間分辨率和光譜分辨率。本次采用ASTER和SPOT5遙感數(shù)據(jù)通過圖像融合、影像校正、影像增強等處理方法，有效排除地表覆蓋物干擾，實現(xiàn)遙感地質(zhì)信息的充分提取，建立有效的遙感解譯標志，提高遙感影像判讀的精度和可靠性，進而提高戈壁荒漠區(qū)地層巖性識別、地質(zhì)構(gòu)造解譯及填圖準確度，并且與野外路線調(diào)查相互驗證，為區(qū)域地質(zhì)研究提供豐富地質(zhì)信息[5～7]。

1 工作區(qū)地質(zhì)特征

工作區(qū)不同時期所處大地構(gòu)造位置不同，前寒武紀處于華北陸塊(Ⅰ級)陰山—冀北陸塊(Ⅱ級)的狼山—白云鄂博中元古代裂谷帶[8](Ⅲ級)；古生代跨越2個Ⅰ級構(gòu)造單元，處于華北地臺和興蒙褶皺系的接合部位；中生代由古亞洲洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)向濱太平洋構(gòu)造域。工作區(qū)地層分布復雜，巖漿巖類型多樣(見圖1)。

圖1 工作區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of the study area

工作區(qū)內(nèi)出露地層主要有：古元古代寶音圖群，巖性為石英巖、石英片巖、石榴子石云母片巖、大理巖等；中元古代渣爾泰山群，巖性為石英巖、變質(zhì)長石石英砂巖、炭質(zhì)板巖、千枚狀板巖、大理巖化灰?guī)r等；古生代地層劃分為阿木山組及大石寨組，其中阿木山組以礫巖、砂巖為主，大石寨組為一套玄武安山質(zhì)、英安質(zhì)火山巖。

工作區(qū)斷裂、褶皺構(gòu)造發(fā)育，根據(jù)斷裂空間展布特征，可分為近東西向、北東向和北西向3組斷裂系統(tǒng)。北東向褶皺規(guī)模巨大，分布廣泛，作為寶音圖巖群和渣爾泰山群的主體變形樣式，與北東向斷裂一起控制了工作區(qū)主體構(gòu)造格局[9～10]。

侵入巖以古生代巖體為主，奧陶紀侵入巖主要為二長花崗巖及花崗閃長巖；志留紀侵入巖包括石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗偉晶巖及二長花崗巖等；石炭紀侵入巖為主要為石英閃長巖及花崗閃長巖；二疊紀侵入巖巖石類型復雜，輝長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖均有發(fā)育；三疊紀侵入巖主要為二長花崗巖與正長花崗巖。多種巖石組合在時空分布上的不一致性，表明工作區(qū)侵入巖可能為多種成因及構(gòu)造背景下形成的[11]。

2 遙感影像數(shù)據(jù)源特征及選取

ASTER傳感器是搭載于美國NASA Terra衛(wèi)星上的一個高分辨率傳感器，它提供了14個波段的地面電磁反射、輻射信息，分別為可見光—近紅外波段(VNIR)、短波紅外波段(SWIR)及熱紅外波段(TIR)。其中可見光—近紅外波段空間分辨率最高，達到了15 m。與傳統(tǒng)用的ETM數(shù)據(jù)相比，ASTER數(shù)據(jù)具有分辨率高、波段多、價格便宜、黏土礦化可分性增強等優(yōu)點，被認為是目前1∶50000區(qū)域地質(zhì)填圖中性價比最高的遙感數(shù)據(jù)，自20世紀80年代起便成為蝕變礦物填圖中應用最普遍的數(shù)據(jù)源[12～14]。本次研究選擇可見光—近紅外和短波紅外波段數(shù)據(jù)VNIR1、2、3N與SWIR 4、5、6、7、8、9波段數(shù)據(jù)作為信息源。

SPOT5號衛(wèi)星是2002年5月4日法國國家空間研究中心發(fā)射的一顆圓形近極地太陽同步軌道衛(wèi)星。與SPOT系列其他衛(wèi)星相比，SPOT5具有更高的分辨率，其中多光譜影像分辨率為10 m，全色映像分辨率為5 m。SPOT5衛(wèi)星擁有3種光學儀器，分別為2個HRG，VI，以及HRS；擁有PAN全色波段、B1綠光波段、B2紅光波段、B3近紅外波段、B4短波紅外波段等。

本次研究將ASTER與SPOT5影像聯(lián)合使用，可充分發(fā)揮各自在空間分辨率和光譜信息方面的優(yōu)勢，且具有較高的性價比，是區(qū)域地質(zhì)遙感調(diào)查較理想的數(shù)據(jù)源組合。

3 遙感影像圖制作

由于購買的遙感數(shù)據(jù)有正射糾正后的數(shù)據(jù)，因此區(qū)域遙感圖的編制主要包括了圖像的假彩色合成、幾何校正以及相關的增強手段。

3.1 ASTER數(shù)據(jù)處理

3.1.1 ASTER數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)處理與融合

原始ASTER數(shù)據(jù)有角度，在處理之前需要進行旋轉(zhuǎn)，依據(jù)旋轉(zhuǎn)角度進行重采樣，方式選擇cubic convolution，一次完成4組數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)過程。旋轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)通過VNIR的3N波段(分辨率較高，為15 m)，對SWIR(分辨率較低，為30 m)使用GRAM-SCHMIDT SPECTRAL SHARPENING方法進行融合。

3.1.2 彩色合成、數(shù)據(jù)增強處理

根據(jù)遙感數(shù)據(jù)ASTER各波段的特征與應用范圍及工作區(qū)實際特點，選擇ASTER數(shù)據(jù)均值相近、方差最大、相關系數(shù)最小的3個波段9、4、1進行假彩色合成處理與直方圖拉伸，以保證影像圖上信息的豐富程度。

3.1.3 圖像幾何校正

衛(wèi)星地面接收站發(fā)送的遙感數(shù)據(jù)一般都經(jīng)過系統(tǒng)校正，存在的主要誤差是點面的平面位移，采用控制點-多項式擬合校正方法加以糾正。由于控制點-多項式擬合校正方法是屬于最小二乘法意義上的曲面擬合問題，所以，選擇的控制點需要均勻分布，即像元的中心和8個象限上均有控制點。另外，還要有一定數(shù)量的多余觀測點。在點位分布均勻的前提下，控制點數(shù)目以12～16個為宜。首先對工作區(qū)涉及到的1∶50000地形圖進行糾正，然后以1∶50000地形圖為基準，選取分布均勻、合理的控制點進行圖像糾正，其中圖像糾正函數(shù)采用一次多項式，采用三次方卷積，糾正后的圖像平整無鋸齒。

3.1.4 圖像鑲嵌

當影像圖包含2景以上的衛(wèi)星圖像時，必須對圖像進行數(shù)字鑲嵌處理，以獲取制圖范圍內(nèi)完整的圖像。一般認為，鑲嵌后的圖像應達到：①保證足夠的幾何精度，沒有明顯的幾何錯位現(xiàn)象；②整個圖面色調(diào)均勻，同類地物色調(diào)盡可能接近，信息豐富；③接縫不明顯。鑲嵌后圖像如圖2、圖3所示。

圖2 ASTER數(shù)據(jù)掩膜前后鑲嵌圖像對比Fig.2 Comparison of mosaic images before and after ASTER data masked

圖3 工作區(qū)ASTER數(shù)據(jù)遙感解譯地質(zhì)圖Fig.3 Geological map of study area after ASTER data remote sensing interpretation

3.2 SPOT5數(shù)據(jù)處理

3.2.1 正射校正

工作區(qū)海拔在1200～1400 m之間，相對高差最高可達300 m，需要對數(shù)據(jù)進行正射校正，使其達到消除地形影像的目的，經(jīng)數(shù)字模型處理，消除因地形起伏而導致的投影誤差。

3.2.2 融合處理

將空間分辨率為2.5 m的全色波段與10 m的彩色波段進行數(shù)據(jù)融合處理，形成2.5 m假彩色遙感影像圖。

3.2.3 幾何校正

工作區(qū)在一完整的影像內(nèi)，不需要進行鑲嵌處理，只需對其進行幾何校正即可。

3.2.4 色彩模擬處理

因SPOT5數(shù)據(jù)僅有紅、綠波段，無法顯示真實色彩，通過PCI遙感處理軟件，對現(xiàn)有波段進行處理，制作接近真實色彩的遙感影像圖(見圖4)。

圖4 工作區(qū)SPOT5數(shù)據(jù)遙感解譯地質(zhì)圖Fig.4 Gedogical map of study area after SPOT5 data remote sensing interpretation

4 遙感影像地質(zhì)單元解譯

遙感地質(zhì)解譯標志是對影像中可以用來區(qū)分地質(zhì)體或確定地質(zhì)屬性的遙感影像特征的總結(jié)，是開展全區(qū)地質(zhì)解譯的基礎和標準。通過室內(nèi)多重遙感信息提取及解譯，建立了本區(qū)地層、侵入巖、構(gòu)造的遙感解譯標志[15～17](見表1)，在此基礎上編制了遙感解譯圖(見圖3、圖4)。

4.1 地層解譯標志

工作區(qū)出露古元古代寶音圖群，中元古代渣爾泰山群；古生代出露的地層主要有晚石炭世阿木山組和早中二疊世大石寨組；中生代地層主要有白堊紀巴音戈壁組、蘇紅圖組、烏蘭素海組及第四系松散堆積物。

在遙感影像圖上，碎屑巖粒度較粗的單元影紋粗糙，具斑點狀、斑塊狀紋形，樹枝狀水系密集；粒度較細的單元影紋細膩，具斑塊狀紋形，水系較稀疏。在遙感影像圖上可以一定程度地有效識別上述地層單位，不同地質(zhì)體的紋形影像標志和特征見表1。

4.2 巖漿巖解譯標志

工作區(qū)內(nèi)構(gòu)造巖漿活動強烈，以古生代侵入巖為主。古生代侵入巖分布在那仁寶力格—查干呼舒廟一帶，總體呈帶狀展布，其中二疊紀侵入巖在測區(qū)分布較廣，巖體規(guī)模較大，總體呈北東向分布，表明巖漿活動可能受區(qū)域構(gòu)造活動控制。中生代三疊紀侵入巖集中分布于潮格幅，向北西延伸至居力格臺幅。

侵入巖遙感影像色調(diào)、影紋及微地貌特征較明顯，主要表現(xiàn)為：地形切割較深，山脊多為尖棱狀—半尖棱狀；總體影紋結(jié)構(gòu)細密，以較細密的樹枝狀及羽狀水系為主，色調(diào)主要為灰綠色、灰紫色，較為均勻，但進一步解譯程度較差。

4.3 構(gòu)造解譯標志

工作區(qū)地形上東高西低，東部為山地，中西部為荒漠高原。斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要為線性構(gòu)造。區(qū)內(nèi)北北東和北東向斷裂發(fā)育，其中北東向斷裂構(gòu)造代表了本區(qū)主體構(gòu)造線方向，以壓性斷裂為主，多形成逆斷層(見圖5)。構(gòu)造形跡主要解譯標志如下：

表1 工作區(qū)遙感影像地質(zhì)單元解譯特征

圖5 楚魯廟、居力格臺地區(qū)線性構(gòu)造發(fā)育區(qū)影像特征Fig.5 Remote sensing image characteristics of linear structures in Chulumiao and Juligetai areas

①明顯的線形影像，直線狀相連負地貌。當兩側(cè)地貌、水系發(fā)育特征和色調(diào)有明顯差異，且延伸較遠時，往往構(gòu)成構(gòu)造單元界線。

②線形凹地、兩側(cè)色調(diào)有差異、有線狀地下水溢出、水系沿線形影像有拐折等現(xiàn)象，是活動或隱伏斷裂的解譯標志。

③地貌上的線狀陡坎、斷層三角面，線狀鞍部地貌，山脊水系或紋形明顯錯斷等，往往是次級斷裂的解譯標志。

5 遙感圖像地質(zhì)解譯程度分區(qū)

遙感影像地質(zhì)解譯程度主要以初步解譯和野外踏勘驗證的吻合程度為判定標準。在工作區(qū)遙感影像解譯與踏勘驗證的基礎上，將可解譯程度劃分為2個等級(見表2)，分別為解譯程度中等區(qū)和解譯程度較高區(qū)。解譯程度較高區(qū)能解譯出不同類型的巖石，較準確地解譯出全區(qū)的構(gòu)造輪廓和大部分地質(zhì)體之間的界線；解譯程度中等區(qū)能解譯到構(gòu)造輪廓和部分地質(zhì)體之間的關系，此區(qū)域大部分為荒漠覆蓋區(qū)，是本次研究重點區(qū)域。

表2 研究區(qū)遙感解譯程度劃分

6 遙感解譯驗證

6.1 遙感解譯效果

遙感解譯貫穿于整個調(diào)查工作的始終，是一個循序漸進、反復進行、逐級深化的過程。通過野外踏勘以及試填圖階段的工作，修正和重新建立了遙感影像解譯標志；根據(jù)遙感驗證路線、實測剖面和地質(zhì)路線等與遙感解譯效果進行對照，進一步補充和修正各地質(zhì)體的解譯標志，重點解決地質(zhì)體巖性識別、組合及特征與遙感解譯的一一對應性、普遍性和適應性。

經(jīng)野外驗證，本次工作采用的數(shù)據(jù)源合理，搭配得當，精度較高，遙感解譯真實反應了工作區(qū)的實際情況，其次反映了環(huán)形影像特征之間的相互交切、包容疊置、移位等時空演變特點。本次解譯工作建立起的解譯標志及提取的蝕變信息準確，可信度高，可行性強，誤差小于30 m，滿足1∶50000區(qū)調(diào)工作的技術要求及遙感地質(zhì)解譯路線的精度要求。

6.2 遙感地質(zhì)解譯剖面與實測地質(zhì)剖面對比

遙感解譯路線設計好后，根據(jù)遙感影像特征、解譯標志及兩側(cè)的剖面、路線等資料，在綜合研究和遙感驗證的基礎上，對路線進行巖性、地層、構(gòu)造、礦化蝕變等的解譯，編制路線操作。

本項目將實測地質(zhì)剖面與同一位置的遙感圖像剖面進行對比(見圖6、圖7)，結(jié)合遙感解譯標志，通過遙感影像對剖面進行地質(zhì)解譯，總結(jié)遙感解譯在實際應用中的優(yōu)缺點。

圖6 遙感圖像中的選取的剖面位置(①②③為地質(zhì)點位置)Fig.6 Profile position in remote sensing image

圖7 實測剖面示意圖(①②③為地質(zhì)點位置)Fig.7 The cross section sketch of the early Permian fine-grained porphyritic granite

6.2.1 地質(zhì)點①

點北影像特征：藍紫色、藍色、灰紫色；線條相對粗糙，帶狀影紋，低緩丘陵或崗狀地形，定向性、連續(xù)性強；整體地勢較高，枝狀水系。點北影像整體顏色較深，局部夾灰白色地質(zhì)體，整體性強，呈北東向連續(xù)分布，其所反映巖性具有一致性。

解譯為渣爾泰山群阿古魯溝組，巖性為灰黑色變質(zhì)石英砂巖、銀灰色粉砂質(zhì)板巖、灰白色塊狀石英巖等。影像整體顏色較暗，陰影發(fā)育，地形高低不平，線狀影紋發(fā)育，說明此地層中斷層發(fā)育。其中夾有灰白色影紋細膩地質(zhì)體，推測為侵入其中的巖體，可與附近大套巖體對比。

點南影像特征：呈肉紅色、灰紅色；團塊狀影像，影紋細膩，與周圍影線差異明顯，總體特征顯著，解譯度高；地勢為丘陵狀，發(fā)育簡單枝狀水系。

依據(jù)影像特征，判斷為侵入巖，解譯為石英閃長巖。

地質(zhì)界線：影像特征與北側(cè)地層明顯不同，色調(diào)反差大，結(jié)合處線狀影紋發(fā)育明顯，整體塊狀分布與細膩影紋顯示出不同于地層的侵入巖特征。

6.2.2 地質(zhì)點②

點北影像特征與地質(zhì)點①的點南特征一致。

點南影像特征：灰白色、淺灰色；影紋細膩，整體均一性強，沒有明顯差異，帶狀影像特征，解譯度高；發(fā)育枝狀、網(wǎng)狀水系，地形起伏小，內(nèi)部沖溝發(fā)育。

依據(jù)影紋及整體特征判斷為侵入巖地質(zhì)體，根據(jù)實測地質(zhì)剖面，解譯為灰白色二長花崗巖。

地質(zhì)界線：地質(zhì)點南北兩側(cè)遙感影像均顯示出侵入巖影像特征，但兩者在圖像顏色及影紋結(jié)構(gòu)上存在區(qū)別，點南影像呈灰白色，顏色更淺，說明侵入巖具有更偏酸性的特征，顯示出淺色圖像；影紋更加細膩，陰影不發(fā)育，地勢更為平坦。

6.2.3 地質(zhì)點③

點北影像特征與地質(zhì)點②的南側(cè)特征一致。

點南影像特征：圖像呈暗紅色、灰紅色；團塊狀影像，影紋細膩，與地質(zhì)點②北側(cè)影像相似，總體特征顯著，解譯度高；地勢為丘陵狀，發(fā)育簡單枝狀水系。

解譯為灰色、灰白色花崗閃長巖，與石英閃長巖在遙感圖像上相似。

地質(zhì)界線：影像上兩側(cè)界線明顯，具有侵入巖典型影像特征。與石英閃長巖對比，顏色稍淺，呈灰紅色，陰影不明顯，地勢更平。

在實測地質(zhì)剖面(見圖7)中，沿剖面測制方向可以劃分為渣爾泰山群阿古魯溝組、二疊紀中細粒石英閃長巖、二疊紀中細粒黑云母二長花崗巖、二疊紀中細粒黑云母花崗閃長巖。遙感地質(zhì)剖面中，通過影像水系、地貌特征、影像顏色結(jié)構(gòu)特征劃分出4套地層及侵入巖地質(zhì)體，清晰地表達出了不同巖性間界線。經(jīng)對比可以發(fā)現(xiàn)，遙感影像解譯缺點是對細節(jié)刻畫不足，微小的巖性差異較難區(qū)分。遙感影像突出的優(yōu)勢在于不受露頭限制，不受地質(zhì)人員對巖性判斷的影響，對確定不同地質(zhì)體間的界線、劃分侵入巖不同巖性以及解決斷層、褶皺等構(gòu)造作用空間展布等問題都有較好效果，尤其在填圖及地質(zhì)圖成圖過程中對重要地質(zhì)界線的勾繪更加準確實用。

7 結(jié)論

針對研究區(qū)為戈壁荒漠區(qū)特殊地貌的特點，選擇ASTER圖像與SPOT5衛(wèi)星圖像進行融合，有效利用了兩種影像的特性，在提高空間分辨率的同時，也提高了光譜分辨率。

解譯程度中等區(qū)域是本次遙感工作重點內(nèi)容，它們往往是荒漠覆蓋區(qū)，但仍然顯露出一定的地質(zhì)遙感信息。通過踏勘及對遙感影像的判別，獲得了影像地質(zhì)單元解譯標志；據(jù)此對淺覆蓋區(qū)域地層、巖漿巖及構(gòu)造進行詳細地質(zhì)解釋，并與路線地質(zhì)調(diào)查相結(jié)合，解譯結(jié)果與野外地質(zhì)體與地質(zhì)界線相互驗證，取得了較好的應用效果。

遙感解譯在戈壁荒漠區(qū)的應用，其優(yōu)點是不受地表覆蓋物及地形限制，可以準確判斷地質(zhì)界線及構(gòu)造形態(tài)，是對野外地質(zhì)調(diào)查的有力補充；缺點是對細節(jié)刻畫不足。

總體來看遙感解譯是在戈壁荒漠區(qū)開展地質(zhì)調(diào)查的一種有效方法手段，具有廣闊的應用前景。

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APPLICATION OF REMOTE SENSING INTERPRETATION FOR 1∶50000 GEOLOGIC MAPPING IN LANGSHAN GOBI DESERT AREA, INNER MONGOLIA

HE Peng， TENG Xue-jian， LIU Yang， TENG Fei， GUO Shuo，WANG Wen-long， TIAN Jian， DUAN Xiao-long

(TianjinInstituteofGeologyandMineralResources,Tianjin300170,China)

In order to improve the spatial and spectral resolution of images, we adopt image fusion, image correction and image enhancement to process ASTER and SPOT5 data for geological mapping of special geological and geomorphic areas in Gobi desert of Inner Mongolia. As a result, interpretation markers for the stratum, intrusive bodies and structures can be established quickly and precisely. Then, the geological mapping accuracy can be improved after comprehensive analysis by combining field work and remote sensing image interpretation. So, this combination can be served as a guideline for geological mapping in similar areas.

remote sensing image； remote sensing image interpretation； Gobi desert area； regional geological survey； Langshan

1006-6616(2016)04-0882-11

2016-09-15

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目“特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖試點”(DD20160060)；中國地質(zhì)調(diào)查局項目(12120113056300)

何鵬(1987-)，男，碩士，工程師，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究工作。E-mail：hepeng198761@163.com

P623；P627

A