侯 珂

（山東省國土測繪院，山東濟南 250000）

0 引言

在煤田地質勘探中發(fā)現(xiàn)，據(jù)《地熱地質勘查規(guī)范》，金鄉(xiāng)縣境內部分地區(qū)已符合評價熱儲的規(guī)定條件。遙感技術是地熱資源調查的有效途徑之一，可以發(fā)現(xiàn)常規(guī)野外調查中不能直接見到的與地熱形成密切相關的隱伏斷裂構造，同時通過遙感影像的熱紅外波段反演地表亮溫初步獲取地熱異常區(qū)。在此利用遙感影像提取初級地熱異常區(qū)，結合研究區(qū)區(qū)域地質資料進行關聯(lián)分析，預測地熱存在的有利區(qū)，為研究區(qū)地熱資源的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)位于山東省金鄉(xiāng)縣縣城的東部、北部及南部地區(qū)，西起歇馬亭—張莊—桃園鎮(zhèn)—蘇莊一線，東至江莊—高河店—劉樓—周花樓一線，南起三楊—祭田莊—周花樓一線，北到任莊北—丘井—江莊一線，面積約145km2。研究區(qū)范圍拐點地理坐標為：東經116°17′17″～116°23′33″，北緯35°00′00″～35°08′10″（圖1）。

圖1 工作區(qū)地質圖Fig.1 The workspace geological map

1.1 構造

研究區(qū)在大地構造上屬于中朝準地臺（Ⅰ級）—魯西中臺?。á蚣墸獫鷮帯晌鋽嗍á螅謩e屬于嘉祥凸起、濟寧凹陷和金鄉(xiāng)魚臺凹陷，構造格架為近SN向與近EW向斷裂切割形成的似菱形塊體。

區(qū)內斷裂主控方向為NNE-SN向、NEE-EW向。近EW向展布的主要有菏澤斷裂、菏澤支斷裂、鳧山斷裂、鳧山支斷裂、城區(qū)斷裂；近SN向展布的斷裂主要有嘉祥斷裂、金鄉(xiāng)斷裂。

1.2 地層

區(qū)域上研究區(qū)屬華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)濟寧地層小區(qū)，其地層發(fā)育較全。研究區(qū)地表均被第四系覆蓋，隱伏地層主要為太古界泰山群（Art）、古生界奧陶系（O）、石炭系（C）、二疊系（P）、中生界的侏羅系（J）和新生界的古近系（E）。

1.3 巖漿巖

群巖漿巖集中發(fā)育在東南部張集一帶，約6.11km2，稱張集巖體，為第四系所覆蓋；在縣城南部據(jù)鉆孔揭露呈零星分布。分析相關資料張集巖體形成于燕山晚期，產狀以巖體、巖柱、巖床、巖脈為主；在區(qū)域性大斷裂的附近，侵入體較發(fā)育。除第四系外，各沉積地層與巖漿巖均有接觸。

由區(qū)域地質背景可知，研究區(qū)主要控熱構造為菏澤斷裂，熱儲目的層為奧陶系灰?guī)r。根據(jù)煤田勘探資料，菏澤斷裂以北楊早莊—丘井一帶、嘉祥斷裂以西胡樓—周大莊一帶奧陶系灰?guī)r埋深在350～400 m，為第四系覆蓋，其富水性較強。菏澤支斷裂以南、嘉祥斷裂以西、鳧山斷裂以北地區(qū)奧陶系灰?guī)r埋深在400～900 m，其巖溶裂隙發(fā)育不均，整體富水性較弱。嘉祥斷裂以東、鳧山斷裂以南地區(qū)埋深大于1200 m，富水性較弱。

1.4 地熱地質條件

結合地質資料，第四系、新近系、古近系、二疊系、石炭系平均地溫梯度2.68℃/100m，可以推測，工作區(qū)1000m深度巖層的溫度值一般應能達到40℃～47℃，1000～1500m之間按奧陶系灰?guī)r的地溫梯度均值（2.37℃/100m）推測，巖層溫度應在52℃～57℃之間。因此確定奧陶系巖溶含水層為工作區(qū)的熱儲層。

2 遙感地熱異常信息提取與分析

地球表面溫度的產生來自兩個方面：一是太陽的輻射加溫作用，二是地球深部熱源。因此在用熱紅外波段探測地熱時，要排除太陽輻射引起的熱異常。本文在利用TM6波段提取地表熱異常的同時，利用反射光譜圖像探測到的地表植被在熱異常區(qū)長勢差異提取出初級地熱異常區(qū)，結合研究區(qū)區(qū)域地質資料關聯(lián)分析，預測地熱存在的有利區(qū)，為研究區(qū)地熱資源的開發(fā)利用提供依據(jù)（許軍強等，2007）。

2.1 熱紅外波段遙感影像

（1）輻射定標

由于ETM數(shù)據(jù)是以灰度值（DN值）組成的灰度矩陣，其值域在0～255之間取值，而不是實際的反射或輻射強度，因此，利用ETM的熱紅外波段計算亮度溫度之前，必須對數(shù)據(jù)進行輻射定標：即通過DN值來計算輻射強度。

ETM熱紅外波段所接收到的輻射強度與其DN值可以使用公式(1)計算：

其中：Lmax=1.56為傳感器可探測的最大輻射亮度；Lmin=0.1238為可探測最小輻射亮度。

（2）亮溫計算

亮度溫度簡稱為亮溫，是描述一般地物的“等效”溫度參數(shù)。當實際物體（非黑體）在某一指定波長下，其輻射亮度同黑體在同一波長下的輻射亮度相等，則該黑體的溫度稱為實際物體的亮度溫度。即在一定的波段范圍內，一般地物與絕對黑體相比，具有相等的輻射亮度時，以此時絕對黑體的溫度等效地物的溫度。亮溫可直接用plank輻射函數(shù)計算，為方便計算，一般用如下近似式求算：

其中：T為像元亮度溫度，K1和K2為發(fā)射前預設的常量；K1=1260.56w·m-2·sr–1· -1；K2=60.776K

由此得到地表亮溫圖，用ENVI中的Quick stats模塊分析，對其進行最優(yōu)密度分割。由于太陽輻射造成的熱異常通常呈孤立點存在，可以用3*3均值濾波對亮溫圖進行處理，突出由地熱引起的熱異常。

2.2 地熱異常區(qū)地表植被效應遙感影像標志

由于植被、農作物對低溫反應較敏感：初春時節(jié)，非地熱異常區(qū)作物還處在越冬期，地熱異常區(qū)作物則開始返青拔節(jié)生長；初冬時節(jié)，地熱異常區(qū)的作物仍茂盛生長時，而非地熱異常區(qū)作物已進入越冬期。初冬和初春時節(jié)，由地熱引起植物物候期變化，從而造成地熱區(qū)內外植被（作物）長勢的差異，稱為地熱異常的植被效應。這種由地熱異常植被效應產生的波譜響應差異，在初冬、初春季節(jié)的遙感圖像上有明顯反應，從而可以用于提取地熱異常區(qū)（王飛躍等，1997）。

本次研究采用11月初的數(shù)據(jù)，根據(jù)當?shù)剞r作物的生長規(guī)律已進入越冬期，在TM4圖像上呈低亮度值背景，而熱異常區(qū)作物則尚未進入越冬期。這里用TM437假彩色合成圖像，地熱異常區(qū)呈品紅、棕紅等以紅色彩為主的色斑、色區(qū)(圖2)。

2.3 構造遙感解譯及影象特征

在常規(guī)野外調查中不能直接見到，而與地熱的形成密切相關的隱伏斷裂構造，通過利用遙感圖像超出可見光范圍的多波段信息“概括”作用，使這些個別的或分散的形跡與線性構造聯(lián)系起來，從而有助于識別那些地面工作中不易發(fā)現(xiàn)或遺漏的斷裂構造，有效彌補地面地質工作中的不足，從而提高地質工作程度(曹洪松等，2008)（圖3）。

圖3 工作區(qū)遙感解譯圖Fig.3 Remote sensing interpretation map of workspace

由經驗可知某些斷裂構造及附近巖溶可能比較發(fā)育，特別是斷裂交匯部位可能具有一定的導熱作用，一些地熱異常區(qū)的形成可能與這些斷裂的導熱作用有密切關系，同時依據(jù)ETM6熱紅外圖像和ETM437多波段合成的影像上所顯示的地熱異常信息，可將研究區(qū)內圈劃出孫莊－東馬店異常區(qū)、李莊異常區(qū)、春秋莊-陳莊異常區(qū)共3處地熱異常靶區(qū)。

孫莊－東馬店異常區(qū)：位于研究區(qū)北部孫莊—張莊—東馬莊—戴樓一帶，在熱紅外波段影像圖像，地熱資源遙感異常大致與構造展布方向一致，熱異常在ETM437合成影像上呈鮮亮于背景的紅色，在密度分割的亮溫圖上熱異常區(qū)呈明顯熱于背景的紅色。

李莊異常區(qū)：位于研究區(qū)偏北部李莊附近，該區(qū)距縣城較遠，交通條件相對一般，熱儲溫度較低，開發(fā)利用條件一般。

春秋莊－陳莊異常區(qū)：位于研究區(qū)中部，東陳莊－南店子－春秋莊－高莊一帶。該區(qū)分布在縣城周圍，交通相對較好，熱儲溫度相對較高，開發(fā)利用條件較好，應當作為下一步的重點勘探開發(fā)地段。

3 結論

（1）在利用熱紅外波段提取地熱異常時，注意排除太陽輻射能引起的熱異常，不能單獨的依賴一個熱紅外波段圈定地熱靶區(qū)。

（2）應用多波段遙感探測地熱異常時，時相選擇很重要。一般選在初春和初冬時節(jié)，此時地熱區(qū)內外植物長勢差異較大。

（3）地熱異常區(qū)的形成和賦存與地質構造有密切關系，因此在圈定地熱靶區(qū)時要綜合的考慮到形成該處地熱的構造成因。

曹洪松，逯光明，石建，等，2008.濟寧市城區(qū)遙感地熱異常及其地熱田地質特征[J].山東國土資源，24(4)：29-34.

許軍強，邢立新，王明常，等，2007.基于ETM 數(shù)據(jù)的佳木斯市地熱預測研究[J].遙感應用，(2)：55-58.

王飛躍，陳強華，1997.應用多波段合成圖像圈定地熱異常的初步探索[J].國土資源遙感，(1)：52-58.