鄭鴻瑞， 徐志剛， 甘 樂， 陳 玲， 楊金中， 杜培軍

(1.南京大學衛(wèi)星測繪技術(shù)與應(yīng)用國家測繪地理信息局重點實驗室，南京 210023； 2.南京大學江蘇省地理信息技術(shù)重點實驗室，南京 210023； 3.南京大學江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210023； 4.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

地質(zhì)調(diào)查經(jīng)歷著由易到難、由淺入深的過程。隨著大部分地質(zhì)條件較好、調(diào)查難度較小的區(qū)域已具備豐富的調(diào)查成果，將調(diào)查工作轉(zhuǎn)向地質(zhì)條件復(fù)雜且傳統(tǒng)地面工作難以進行的地區(qū)已迫在眉睫。遙感技術(shù)可以在不與地物直接接觸的情況下識別其類別及物理化學性質(zhì)，是研究地球表層系統(tǒng)的有力工具，也成為地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘查等工作中不可或缺的技術(shù)手段[1]。

目前，適用于地質(zhì)應(yīng)用的遙感技術(shù)繁多，根據(jù)傳感器特點可分為光學遙感和微波遙感，其中光學遙感又可根據(jù)光譜分辨率細分為多光譜和高光譜遙感。Landsat系列作為多光譜傳感器的代表，經(jīng)過40余a的發(fā)展已得到廣泛應(yīng)用。Hyperion，HyMap，CASI和SASI等高光譜傳感器憑借極為精細的光譜分辨率，在礦物識別和地質(zhì)填圖等領(lǐng)域展現(xiàn)出了突出的優(yōu)勢[2]。然而光學遙感受太陽輻射和天氣的制約明顯，難以在夜晚和云雨雪天氣對地成像，大大限制了其地質(zhì)應(yīng)用范圍[3]。合成孔徑雷達(synthetic aperture Radar，SAR)作為一種主動式遙感系統(tǒng)，通過發(fā)射電磁波并接收其后向散射回波完成成像，能不依賴太陽輻射，全天時對地觀測。此外，SAR對云雨雪的穿透作用使得其同時具備全天候的數(shù)據(jù)獲取能力，這也使其成為了一種重要且極具潛力的遙感地質(zhì)應(yīng)用數(shù)據(jù)源，并且在非洲北部、我國內(nèi)蒙古等沙漠地區(qū)以及巴西、馬來西亞等熱帶雨林地區(qū)的地質(zhì)調(diào)查中發(fā)揮了巨大作用，發(fā)現(xiàn)了眾多被砂層、植被覆蓋的古河道、斷裂、巖墻、基巖和火山口等隱伏地質(zhì)要素[4]。

目前國內(nèi)雖然已有大量介紹地質(zhì)體微波散射機理這一雷達地質(zhì)應(yīng)用理論基礎(chǔ)的相關(guān)成果，但對其具體應(yīng)用情況，特別是國外應(yīng)用實例的總結(jié)研究明顯不足。本文以地質(zhì)體微波散射機理為理論基礎(chǔ)，簡要總結(jié)了SAR在地質(zhì)考古、巖性識別、地質(zhì)構(gòu)造探測和礦產(chǎn)勘查等應(yīng)用中的國內(nèi)外研究進展； 介紹了多源遙感數(shù)據(jù)融合在雷達地質(zhì)應(yīng)用中的相關(guān)技術(shù)方法和應(yīng)用實例，并結(jié)合筆者項目實例對其重要作用進行了分析； 最后，總結(jié)了限制雷達遙感技術(shù)在國內(nèi)地質(zhì)調(diào)查中廣泛應(yīng)用的因素，并對后續(xù)發(fā)展進行了展望。

1 雷達遙感地質(zhì)應(yīng)用理論基礎(chǔ)

1.1 地質(zhì)體微波散射特性

地質(zhì)體微波散射特性是指地質(zhì)體接收到雷達發(fā)射出的電磁波，經(jīng)過相互作用后反射回強度不一的后向散射回波，反映在雷達圖像上即地物間存在色調(diào)差異，這也是雷達遙感地質(zhì)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)[5]。雷達接收到的地質(zhì)體后向散射回波強度由雷達系統(tǒng)參數(shù)、成像位置和地質(zhì)體后向散射系數(shù)共同決定[6]。其中，雷達系統(tǒng)參數(shù)包括波長、極化方式、發(fā)射功率和天線增益； 成像位置主要包括入射角和雷達天線到目標地質(zhì)體的距離； 地質(zhì)體后向散射系數(shù)由地表物理化學性質(zhì)決定，主要包括地表形態(tài)特征和地表物質(zhì)復(fù)介電常數(shù)等。對同一幅雷達圖像而言，其雷達系統(tǒng)參數(shù)和成像位置固定，影像色調(diào)差別主要由地質(zhì)體后向散射系數(shù)決定。

地質(zhì)體后向散射系數(shù)主要取決于地表形態(tài)特征以及地表物質(zhì)復(fù)介電常數(shù)等[7]。地表形態(tài)特征可從宏觀和微觀尺度進行衡量。宏觀尺度的地表形態(tài)特征表現(xiàn)為地貌單元組合的變化，其高低受地形高度、形態(tài)、坡度和地形組合等直接控制[8]； 微觀尺度的地表形態(tài)特征常表示為地表粗糙度，是一個以入射波波長為度量單位的相對概念。地表粗糙度決定微波的反射類型，由波長和入射角共同控制。地表粗糙度的判定最早是以瑞利準則為依據(jù)，當不規(guī)則地表高差(h)大于入射波長(λ)除以8倍入射角(θ)的余弦值時認為其屬于粗糙地表。McCauley等[9]對其進一步修改，提出當h>λ/4.4cosθ時，認定為粗糙表面； 當h<λ/25cosθ時，認定為光滑表面。微波與光滑表面發(fā)生鏡面反射，導(dǎo)致后向散射信號微弱； 與粗糙表面發(fā)生漫反射，此時微波向不同方向無規(guī)則反射； 當?shù)乇泶植诙冉橛诙咧g時，2種反射同時存在[10]。地表粗糙度在雷達影像上具體表征為粗糙度越大，影像相應(yīng)區(qū)域色調(diào)越亮。

微波與地質(zhì)體之間存在3種基本散射過程，分別為奇次散射、偶次散射和體散射[11]。地質(zhì)體表面為光滑表面時發(fā)生奇次散射，雷達天線無法接收到后向散射回波； 地表存在垂直二面角結(jié)構(gòu)時，發(fā)生偶次散射，微波沿原路徑返回接收天線，表現(xiàn)為強烈的后向散射； 微波穿透目標地物時，由于某些地物內(nèi)部的不均勻性，導(dǎo)致微波發(fā)生體散射。

除地表形態(tài)特征以外，地表物質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)對雷達回波強度也影響很大。復(fù)介電常數(shù)主要由物質(zhì)類型、結(jié)構(gòu)和含水量等物理化學性質(zhì)決定，當?shù)刭|(zhì)體表面含水量較高時，主要受含水量控制。含水量越高，復(fù)介電常數(shù)越高，后向散射系數(shù)越大，在影像上越明亮[12]。

此外，影響地質(zhì)體后向散射系數(shù)的因素眾多，同種物質(zhì)在不同的風化條件下可具有不同的后向散射系數(shù)，而不同物質(zhì)也可能相似。因此，利用雷達遙感技術(shù)進行地質(zhì)應(yīng)用時需要結(jié)合研究區(qū)地表物質(zhì)類型、地形地貌特征和風化環(huán)境等進行綜合分析[13]。

1.2 雷達穿透成像特性

微波能夠穿透一定厚度的干燥松散物，為探測隱伏地質(zhì)要素提供了一種高效的方式，而隱伏地質(zhì)要素與其他地物間散射類型不同是能被雷達識別的必要條件。

SAR對隱伏地質(zhì)要素的探測能力受覆蓋層物質(zhì)性質(zhì)、隱伏地質(zhì)要素的后向散射系數(shù)和雷達系統(tǒng)參數(shù)共同決定[9]。覆蓋層物質(zhì)粒徑大小和含水量高低是影響雷達信號損耗的重要因素，決定著微波的穿透深度[14]。研究表明，粒徑大于入射波長的1/5或者含水量高于1%時，微波穿透能力會被大大減弱[15-16]。雷達系統(tǒng)參數(shù)如微波入射角、波長和極化方式等，也決定著雷達對隱伏地質(zhì)要素的增強能力[17-18]。SAR對隱伏地質(zhì)要素的增強作用得益于微波在穿透覆蓋層時發(fā)生的折射現(xiàn)象，使到達隱伏地質(zhì)要素表面的微波入射角和波長均發(fā)生縮減。其中，入射角減小導(dǎo)致入射橫截面增大，波長減小使得隱伏地質(zhì)要素粗糙度增加，均能增強隱伏地質(zhì)要素的后向散射強度。不同極化方式雷達影像對不同隱伏地質(zhì)要素的表征能力也存在差異，需針對不同研究區(qū)和研究對象具體分析[17]。

20世紀70年代以來，多顆SAR傳感器的升空運行為雷達地質(zhì)應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持，其中的明星產(chǎn)品有SEASAT-A和SIR系列等，然而這些傳感器均已結(jié)束服役，目前在軌和即將發(fā)射的SAR傳感器擁有更先進的參數(shù)，具體如表1所示。

表1 目前在軌和準備發(fā)射的SAR傳感器及其相關(guān)參數(shù)Tab.1 Parameters of SAR sensors in orbit andplaned to lunch

(續(xù)表)

①表示未知。

2 雷達遙感地質(zhì)應(yīng)用

2.1 地質(zhì)考古

雷達的穿透成像能力使其成為熱帶雨林和沙漠地區(qū)文化遺產(chǎn)觀測的重要遙感數(shù)據(jù)來源[19]，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到地質(zhì)考古領(lǐng)域，尤其是古河道的分布研究中。

Adams等[20]最初意識到SAR在地質(zhì)考古中的應(yīng)用潛力，通過分析伯利茲和危地馬拉蒂卡爾地區(qū)L波段機載雷達影像，發(fā)現(xiàn)了被植被覆蓋的流域面積超過12 000 km2的古河道，并根據(jù)流域面積和古人口規(guī)模間的關(guān)系，推測出瑪雅低地是當時中美洲地區(qū)農(nóng)耕密度最高的古文明； McCauley等[9]在埃及西部撒哈拉沙漠地區(qū)SIR-A影像上也發(fā)現(xiàn)了類似的古河道和古人類活動遺址，該地區(qū)氣候干燥，砂層粒徑和厚度均較適宜被作為典型研究區(qū)，廣泛用于SAR穿透能力的研究[21-22]； 通過對該區(qū)大量雷達影像的研究，共發(fā)現(xiàn)古遺跡1處、古水系900余km、隱伏雙環(huán)形火山口1個及類火山口結(jié)構(gòu)1 300余個[23-24]； 蘇丹博爾戈爾山地區(qū)的庫施王國遺址古墓地金字塔在一定幾何條件下形成雷達二面角反射，在ALOS PALSAR和Radarsat-2這2種影像上均表現(xiàn)出強烈的散射回波[25]； 伊拉克薩邁拉古城的古城墻雷達反射情況與之類似，但受ALOS PALSAR空間分辨率制約，部分古河道只在Radarsat-2影像上有所表征[26]； Freeman等[27]利用柬埔寨吳哥古城的AirSAR影像，通過識別古河道和池塘堤壩等古水系要素對高棉帝國的古景觀和分布范圍進行了推測，并在古城周圍植被茂密地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了直線型人工水系等要素； Linck等[28]在敘利亞古羅馬要塞地區(qū)TerraSAR-X影像上發(fā)現(xiàn)了兵營、倉庫和古墻壁等遺址，在探地雷達數(shù)據(jù)的輔助下證明了在該類干燥無植被覆蓋地區(qū)，X波段雷達數(shù)據(jù)憑借其高空間分辨率不僅能很好地探測地面遺跡，還能憑借微弱的穿透能力(25 cm)對淺覆蓋下遺跡內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行辨別。

國內(nèi)早在20世紀90年代就已開展雷達考古研究。郭華東[29]和Lu等[30]利用航天飛機飛行方向與古長城平行的SIR-C影像，通過古長城角反射器結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的強散射回波，識別出了寧夏—陜西交界處被干沙覆蓋的3道明、隋代古長城。探測古河道不僅對古遺跡、古人類活動研究意義重大，還對認識區(qū)域古環(huán)境演化過程有所幫助。Guo等[31]在內(nèi)蒙古阿拉善高原地區(qū)發(fā)現(xiàn)，沙粒在風力搬運作用下容易在古河道形成的負地形處累積，且不同時期古河床含水量差異在雷達影像上反映為色調(diào)差異，據(jù)此在Radarsat和SIR系列雷達影像上發(fā)現(xiàn)一條自西南向東北流向的古河道，并通過古今地勢差異及該地區(qū)斷裂和古湖泊的分布特征，認為該區(qū)域地勢變化由新構(gòu)造運動控制。

2.2 巖性識別

雷達巖性識別的基礎(chǔ)是在同一風化環(huán)境中，含水量高低基本相似的情況下，不同性質(zhì)巖石具有不同的物理化學性質(zhì)，使得其抗風化能力有所差異，形成的風化物顆粒大小、節(jié)理方向均有所區(qū)別，導(dǎo)致不同的地表粗糙度，在雷達影像上表現(xiàn)為色調(diào)差異。

火山地區(qū)不同期次熔巖常形成不同粗糙度的地表，在雷達巖性識別研究中得到了關(guān)注。Mackenzie等[32]在冰島阿斯恰火山地區(qū)SEASAT影像上通過色調(diào)差異識別出了9種地表單元類型，并完成了野外驗證； Dierking等[33]不僅利用EMISAR交叉極化影像對冰島北部火山地區(qū)塊狀和繩狀熔巖進行了識別，還通過水平和垂直極化間的相位差對同種熔巖表面不同植被覆蓋情況也進行了區(qū)分； Murino等[34]發(fā)現(xiàn)意大利南部火山地區(qū)不同期次熔巖的植被覆蓋情況有所差異，通過修正Cloude極化分解特征對不同植被覆蓋的區(qū)分能力，識別了該地區(qū)不同期次熔巖和火山碎屑巖，并進一步識別出石灰?guī)r、石灰白云巖、層狀沙質(zhì)土壤、礫巖、凝灰?guī)r和沖積層等； Guo等[35]通過不同類型熔巖、基巖和沖積層在SIR-C/X-SAR不同波段和極化方式雷達影像上的表征差異，發(fā)現(xiàn)在昆侖山阿克賽欽湖東北部火山群地區(qū)L波段交叉極化影像巖性識別效果最好。除火山作用外，冰川作用也常引起地表粗糙度的明顯差異。Dall等[36]在格陵蘭島EMISAR機載全極化影像上通過更明亮的色調(diào)，從輝長巖中識別出了片麻巖。趙福岳等[8]在新疆大黑山通過不同地表單元在雷達影像上的色調(diào)紋理特征建立解譯標志，完成了研究區(qū)內(nèi)區(qū)域地質(zhì)填圖和地層、巖體識別等工作； 倪卓婭[37]在黃山地區(qū)也進行了相關(guān)工作，研究發(fā)現(xiàn)在特定地區(qū)通過建立灰度-結(jié)構(gòu)單元進行的雷達地質(zhì)填圖，識別結(jié)果甚至優(yōu)于多光譜影像。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造探測

SAR地質(zhì)構(gòu)造探測可以分為直接識別和間接識別。其中，直接識別是利用SAR對垂直于雷達波入射方向線性特征的增強能力直接識別線性地質(zhì)特征[12]； 間接識別是通過識別雷達影像上因地質(zhì)構(gòu)造引起的地表覆蓋類型變化所產(chǎn)生的地表粗糙度差異，從而探測地質(zhì)構(gòu)造[8]。探測地質(zhì)構(gòu)造不僅有利于分析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化過程，在受構(gòu)造控制礦床勘探方面也具有重要作用，是雷達地質(zhì)解譯的主要關(guān)注對象。

遙感地質(zhì)構(gòu)造解譯方法主要有目視判讀和自動提取?；舴蜃儞Q作為數(shù)字圖像線性特征提取典型算法，在雷達影像地質(zhì)構(gòu)造探測中得到了廣泛應(yīng)用。Lee等[38]利用該方法分別提取了韓國東南部慶尚盆地TM影像、數(shù)字高程模型(digital elevation model,DEM)和JERS-1雷達影像中的線性特征，發(fā)現(xiàn)雷達影像提取結(jié)果與TM影像相比總長度基本相同，超過DEM提取結(jié)果近400 km； Kageyama等[39]通過對比日本秋田縣南部研究區(qū)地勢圖、SAR影像、TM影像線性特征自動提取結(jié)果和專家解譯成果，發(fā)現(xiàn)霍夫變換提取的線性特征與該地區(qū)主要水系有很好的對應(yīng)關(guān)系，證明了該方法的有效性。

除自動提取以外，利用雷達不同波段和極化方式假彩色合成影像進行目視解譯也是雷達地質(zhì)構(gòu)造解譯的主要方法。SIR-C/X-SAR因同時具有L，C和X 3個波段，并且在L和C波段具備4種極化方式，利用該傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)建的假彩色合成影像既能利用不同波段影像空間分辨率差異，又能利用不同地表類型的極化信息差異，是雷達地質(zhì)構(gòu)造目視解譯的有利數(shù)據(jù)源。Abdelsalam等[40]利用該數(shù)據(jù)在蘇丹東北部新元古代縫合帶新發(fā)現(xiàn)超過300 km的基巖構(gòu)造，并分析出該縫合帶構(gòu)造演化受左旋走滑斷裂和逆沖構(gòu)造共同影響，這一新發(fā)現(xiàn)使得該縫合帶成為非洲東北部最長的基底構(gòu)造之一； Guo等[41]利用該方法在廣東肇慶地區(qū)發(fā)現(xiàn)了植被覆蓋下的1個逆沖斷層和6個線性構(gòu)造。極化分解合成不僅能提高全極化SAR巖性分類精度，而且不同物理散射類型波段組合也對地質(zhì)構(gòu)造探測有積極的作用。代晶晶[42]在非洲埃塞俄比亞西部地區(qū)的ALOS PALSAR和Radarsat-2全極化數(shù)據(jù)極化分解假彩色合成影像上，識別出了一條剪切帶，解譯出的斷裂主要呈NW—SE向、NNW—SSE向和近SN向展布，與該地區(qū)地質(zhì)調(diào)查情況一致。

2.4 礦產(chǎn)勘查

礦產(chǎn)資源遙感勘查主要通過利用遙感技術(shù)對成礦地質(zhì)背景、地質(zhì)條件和地質(zhì)形跡等與成礦地質(zhì)作用相關(guān)的成礦、控礦和示礦信息進行提取和識別[1]。雷達能夠穿透地表植被和干燥松散覆蓋層識別隱伏控礦構(gòu)造，在覆蓋區(qū)遙感地質(zhì)找礦中具有突出優(yōu)勢。張滿郎等[43]在中等植被覆蓋度的河北金廠峪金礦地區(qū)TM和JERS-1影像上發(fā)現(xiàn)了3條成礦構(gòu)造帶，總結(jié)出該地區(qū)的3種金礦成因類型，對該地區(qū)找礦工作具有很好指導(dǎo)意義； 在植被覆蓋度更高的馬來西亞地區(qū)，Pour等[44]利用ALOS PALSAR單極化影像對沙撈越州的巴烏金礦地質(zhì)構(gòu)造進行了識別，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)地質(zhì)斷裂受4期構(gòu)造作用控制，其中圖班斷裂和泰巴力斷裂帶中的SSW—NNE向構(gòu)造與金礦礦化密切相關(guān)； Kusky等[45]在埃及東南部沙漠阿拉伯—努比亞地盾地區(qū)，利用C和L波段SIR-C/X-SAR水平極化以及L波段垂直極化的假彩色合成影像，結(jié)合TM影像波段比值假彩色合成結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該地盾礦床受4期構(gòu)造運動控制，其中第2期構(gòu)造產(chǎn)生的角閃巖和藍片巖相與硫化物沉積及石英脈型金礦密切相關(guān)，硫化銅區(qū)帶和其他的石英脈型金礦受第3期構(gòu)造產(chǎn)生的EW向褶皺和剪切帶控制，第4期構(gòu)造活動產(chǎn)生的沿斷層分布巖墻群與浸染次生鈾、稀土富集相關(guān)。

3 多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)在雷達遙感地質(zhì)中的應(yīng)用

不同傳感器影像特性差異明顯，在遙感地質(zhì)應(yīng)用中充分利用不同傳感器的優(yōu)勢很有必要。雷達獨特的穿透成像能力以及突出的紋理結(jié)構(gòu)信息有利于探測隱伏地質(zhì)構(gòu)造，而光學遙感豐富的光譜信息有利于識別地物類型。對多光譜影像和雷達影像進行融合，不僅能提高不同地質(zhì)要素的識別能力，更能對之間的嵌套關(guān)系進行梳理，通過重建區(qū)域性地層和構(gòu)造歷史，為區(qū)域構(gòu)造演化分析提供更多依據(jù)。

多源數(shù)據(jù)融合方法分為像素級、特征級和決策級3個層級。相比特征級和決策級融合，像素級融合盡可能多地保持了影像的原始信息，能夠為地質(zhì)解譯提供更多的細節(jié)信息，在遙感地質(zhì)調(diào)查中得到了廣泛應(yīng)用，其主要方法有波段比值、HIS變換和主成分分析(principal component analysis,PCA)變換等[46-47]。HIS變換是將多光譜影像中3個獨立或組合波段進行假彩色合成，并變換至HIS色彩空間中，利用SAR強度數(shù)據(jù)替換亮度(I)分量并通過逆變換完成融合。經(jīng)過HIS變換融合后的影像不僅能利用光譜信息對與地質(zhì)單元相關(guān)的不同巖相組分進行區(qū)分，還能通過地表粗糙度對地形地貌、地表風化狀態(tài)及沉積序列等進行分析[48]。張滿郎等[43]利用該方法將JERS-1雷達影像和TM影像進行了融合，通過融合影像上巖性和構(gòu)造等信息，結(jié)合成礦背景知識劃分了河北金廠峪金礦地區(qū)成礦構(gòu)造帶及金礦成因類型，取得了較好的應(yīng)用效果； 顏蕊[49]在鄂爾多斯盆地評價了不同傳感器雷達影像和TM影像不同波段組合方式間的HIS融合效果，發(fā)現(xiàn)Envisat水平極化影像與TM B7(R)，B4(G)，B1(B)假彩色合成影像融合效果最好，并在融合影像上發(fā)現(xiàn)該地區(qū)NW向和NNW向共軛交錯的2大斷層，其中NW向斷層將一個大環(huán)形構(gòu)造分割為2個小環(huán)形構(gòu)造，再結(jié)合地形地貌和地層巖性等信息，最終圈定出該地區(qū)2個潛在礦源區(qū)，為該地區(qū)礦產(chǎn)調(diào)查提供了新的線索。

除多光譜影像外，航空物探數(shù)據(jù)和DEM也常被作為遙感地質(zhì)應(yīng)用中影像融合的數(shù)據(jù)源。航空物探主要探測物理場信息，包括磁數(shù)據(jù)、重力數(shù)據(jù)和放射性數(shù)據(jù)等，其中放射性數(shù)據(jù)主要包括鈾、釷、鉀和總計數(shù)等[50]。DEM將遙感影像的表達從二維空間提升到三維空間中，能增強顯示構(gòu)造地貌等信息[51]。Paradella等[50]在巴西卡拉加斯地區(qū)利用HIS變換對雷達數(shù)據(jù)、Landsat TM數(shù)據(jù)和多種航空物探數(shù)據(jù)進行了融合，發(fā)現(xiàn)SAR與放射性總計數(shù)融合影像能明顯反映地形和巖體單元基巖放射性，SAR與放射性鈾或釷數(shù)據(jù)融合影像能增強對巖性差異和熱液交代作用的識別，為熱帶雨林植被覆蓋典型區(qū)域遙感礦產(chǎn)調(diào)查提供了思路； Teruiya等[51]根據(jù)該方法對卡拉加斯地區(qū)SAREX和航空物探數(shù)據(jù)進行了融合，利用融合影像研究了NNE向脆性構(gòu)造的增強作用，確定該地區(qū)受脆性構(gòu)造影響的圍巖金銅礦化主要來源是深層巖體的花崗巖熱液遷移。

融合影像不僅具有豐富的地表形態(tài)信息，同時對地植物光譜異常反映也十分敏感，通過巖性與地植物異常間的相互關(guān)系可識別不同巖性。Thurmond等[52]利用HIS變換將埃塞俄比亞阿爾法凹陷Radarsat-1雷達數(shù)據(jù)與ASTER和ETM+假彩色波段合成影像進行融合，并疊加到DEM影像上進行三維顯示，在融合影像上不僅能區(qū)分玄武巖熔巖流和較新的中性熔巖流，還能對該凹陷內(nèi)陡坡斷層面等與地形顯著相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造進行識別，而這些構(gòu)造受干燥環(huán)境和凹陷發(fā)育等限制很少存在物質(zhì)搬移，單純利用雷達影像難以識別。

筆者在參與“天山—北山重要成礦區(qū)帶遙感調(diào)查”項目的過程中，為充分利用雷達影像的空間紋理信息和多光譜影像的巖性光譜信息，利用PCA變換將ALOS-2 PALSAR-2雷達數(shù)據(jù)和Landsat8 OLI B7(R)，B5(G)，B2(B)假彩色合成影像進行了融合。其中，ALOS-2 PALSAR-2數(shù)據(jù)選用其高視角四極化模式產(chǎn)品，經(jīng)過多視、輻射定標、地形校正、地理編碼和濾波等預(yù)處理后，空間分辨率重采樣為6 m。

融合影像具備較高的空間分辨率和豐富的紋理信息，同時還擁有豐富的巖性色調(diào)信息，不僅能通過遙感影像上的線性特征識別地質(zhì)構(gòu)造信息，而且能通過線性要素兩側(cè)巖性差異對地層錯動進行識別，從而達到探測地質(zhì)構(gòu)造的目的。斷裂構(gòu)造融合結(jié)果如圖1所示。

(a) OLI B7(R)，B5(G)，B2(B)假色彩合成影像 (b) 融合影像

圖1斷裂構(gòu)造光學影像和融合影像對比

Fig.1Comparisonoffractalstructuresonopticalandfusedimages

圖1(b)中紅線位置為一條較小的次級斷裂，該斷裂在光學影像上(圖1(a))無明顯紋理特征，在融合影像(圖1(b))上卻十分明顯，而且融合影像上可見綠色和棕色巖體存在明顯錯動，進一步提高了解譯精度。該項目利用融合影像共識別出90條斷裂構(gòu)造，其中81條可僅通過雷達影像進行識別，而單純利用Landsat8 OLI影像僅識別出其中的44條，可見融合影像相比雷達影像在構(gòu)造識別中更具優(yōu)勢，而這一優(yōu)勢相比光學影像更為突出。

影像融合技術(shù)還直接提高了光學影像的空間分辨率，不僅有利于探測地質(zhì)構(gòu)造，還提升了不同巖性界線間的可區(qū)分程度。

研究區(qū)內(nèi)一條受區(qū)域斷裂控制的NE向巖脈如圖2所示。

(a) OLI B7(R)，B5(G)，B2(B)假色彩合成影像 (b) 融合影像

圖2巖脈在光學影像和融合影像上的對比

Fig.2Comparisonofdikesonopticalandfusedimages

從圖2中可以看出，該巖脈在圖2(a)Landsat8 OLI影像上受空間分辨率限制表現(xiàn)為一條極窄的淺綠色線狀要素，而在圖2(b)融合影像中能明顯地看到該巖脈中存在2種不同巖性，分別表征為藍色和綠色2種顏色，且之間界線分明。

4 結(jié)論與展望

合成孔徑雷達作為重要的遙感數(shù)據(jù)源，已在熱帶雨林和內(nèi)陸沙漠地區(qū)的地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查中發(fā)揮出了巨大的作用，其主要原因有以下3點： ①雷達主動發(fā)射電磁波并接收地物后向散射回波，能全天時、全天候?qū)Φ赜^測，為低緯度多云雨地區(qū)提供穩(wěn)定的遙感地質(zhì)應(yīng)用數(shù)據(jù)來源； ②雷達對特定方向線性構(gòu)造的增強能力和不同地表粗糙度差異敏感特性使得其在地質(zhì)構(gòu)造探測和巖性識別方面具有獨到的優(yōu)勢； ③雷達能穿透一定厚度的植被和砂層，可實現(xiàn)對光學影像和地面調(diào)查不可見的隱伏地質(zhì)要素的探測。

但目前雷達遙感地質(zhì)應(yīng)用依然存在較多問題，其主要原因可概括為過高的使用成本，具體表現(xiàn)為： ①雷達影像自身存在疊掩、透視收縮以及斑點噪聲等問題，在預(yù)處理之前影像效果不甚直觀，理解起來較為困難； ②極化SAR影像處理平臺，如PolSARpro和SARScape等，在交互邏輯和用戶界面上相比光學影像處理平臺均存在較大差距； ③雷達數(shù)據(jù)大多需要訂購且費用較為昂貴，進一步增加了使用成本。

上述種種限制因素隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展正逐漸減弱，如今越來越多遙感地質(zhì)人員已經(jīng)認識到雷達技術(shù)的優(yōu)勢并開展應(yīng)用研究，雷達影像處理平臺也更加強大、友好、智能。部分傳感器也開始提供免費且質(zhì)量穩(wěn)定可靠的影像數(shù)據(jù)。這將使我國雷達遙感技術(shù)地質(zhì)應(yīng)用水平得到進一步提升。

志謝： 在地質(zhì)解譯過程中有幸得到四川省地質(zhì)調(diào)查院尹顯科、裴亞倫等專家的大力幫助，在論文撰寫過程中得到了課題組陳吉科博士、李二珠博士、謝相見博士、羅潔瓊博士和戴晨曦碩士的諸多指導(dǎo)和寶貴意見，在此表示感謝。

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