劉瑞國(guó)

(中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司，北京 100040)

0 引言

線性構(gòu)造解譯是遙感應(yīng)用研究領(lǐng)域中一個(gè)很重要的研究方向，線性構(gòu)造可以通過(guò)遙感影像上的色調(diào)、影紋、圖案等變化進(jìn)行解譯，進(jìn)而了解地質(zhì)構(gòu)造的空間分布、地質(zhì)穩(wěn)定性、礦產(chǎn)資源分布等特征，為礦產(chǎn)資源勘查提供輔助。遙感線性構(gòu)造是地質(zhì)構(gòu)造場(chǎng)在地表及光譜特征上的反映[1]。遙感線性構(gòu)造是指遙感圖像上呈直線或曲線狀的線性影像，在圖像上表現(xiàn)為線狀的色調(diào)突變、不同自然景觀或地物的邊界、自然地物如溝谷、水系、陡崖的線狀分布等特征。線性構(gòu)造的分布是不規(guī)則的，因而需對(duì)線性構(gòu)造的長(zhǎng)度、密度和方位等要素進(jìn)行定量分析，才能揭示線性構(gòu)造的地質(zhì)意義。劉建國(guó)提出一種用密度-中心對(duì)稱度定量研究線性構(gòu)造的方法[2]。Hashim等研究了一種線性構(gòu)造自動(dòng)提取的方法[3]。王潤(rùn)生總結(jié)了遙感線性構(gòu)造的數(shù)量化分析方法[1]。Solomon用Landsat TM遙感影像開(kāi)展了線性構(gòu)造信息提取研究[4]。Qari用Landsat ETM+遙感影像開(kāi)展了線性構(gòu)造信息提取研究[5]。肖龍對(duì)線性構(gòu)造及控礦特征進(jìn)行了分析[6]。徐俊龍等開(kāi)展了基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的遙感線性構(gòu)造解析[7]。趙少杰等開(kāi)展了遙感線性構(gòu)造分形統(tǒng)計(jì)研究[8]。本次研究采用Landsat ETM+遙感影像，對(duì)遙感影像開(kāi)展了線性構(gòu)造解譯，并區(qū)分出一級(jí)線性構(gòu)造和二級(jí)線性構(gòu)造，線性構(gòu)造長(zhǎng)度-頻數(shù)的雙對(duì)數(shù)直方圖，發(fā)現(xiàn)其形態(tài)接近正態(tài)分布，說(shuō)明線性構(gòu)造的長(zhǎng)度分布是隨機(jī)的，解譯的結(jié)果可信度比較高。為進(jìn)一步驗(yàn)證遙感線性構(gòu)造解譯的正確性，對(duì)研究區(qū)地質(zhì)圖矢量化，并對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行方位、頻數(shù)分布統(tǒng)計(jì)，結(jié)果得出地質(zhì)構(gòu)造長(zhǎng)度、頻數(shù)分布與一級(jí)、二級(jí)線性構(gòu)造長(zhǎng)度、頻數(shù)圖基本一致，構(gòu)造方向均以EW向和NE-SW向?yàn)橹?。其中東西向總體線性構(gòu)造分布略多于NE-SW向，與研究區(qū)構(gòu)造格架一致。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省東南部，地勢(shì)西高東低，區(qū)內(nèi)山峰較多，但也有海拔較低的谷地和較高的陡峻山嶺。區(qū)內(nèi)最高峰是開(kāi)遠(yuǎn)市境內(nèi)的大黑山，海拔為2 705m，最低點(diǎn)位于南盤江河谷地帶，海拔950m，大多海拔在1 000m～1 800m。行政區(qū)劃隸屬于文山壯族苗族自治州和紅河哈尼族彝族自治州管轄，地跨紅河哈尼族彝族自治州管轄的開(kāi)遠(yuǎn)市和文山壯族苗族自治州管轄的丘北縣和硯山縣。交通主要以公路運(yùn)輸為主，廣昆高速和G323國(guó)道穿過(guò)本區(qū)，區(qū)內(nèi)山峰較多，交通困難(圖1)。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖Figure 1 Study area geographic setting sketch

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的地層由老至新分別為中泥盆統(tǒng)坡折落組(D2p)、中泥盆統(tǒng)東崗嶺組(D2d)、下石炭統(tǒng)大塘組(C1d)、下石炭統(tǒng)威寧組(C1w)、上石炭統(tǒng)馬平組(C2m)、中二疊統(tǒng)陽(yáng)新組(P2y)、上二疊統(tǒng)吳家坪組(P3w)、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)、下三疊統(tǒng)洗馬塘組(T1x)、下三疊統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組(T1y)、中三疊統(tǒng)個(gè)舊組(T2g)、中三疊統(tǒng)法郎組(T2f)、第四系全新統(tǒng)(Qh)。

從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造來(lái)看，受下雨澤復(fù)式背斜、樹(shù)皮向斜和開(kāi)遠(yuǎn)“山字形構(gòu)造”控制，研究區(qū)內(nèi)的構(gòu)造體系由一系列北西向的弧形褶皺和斷裂組成。

3 研究方法

3.1 遙感影像數(shù)據(jù)

本次研究采用Landsat ETM+遙感影像，Landsat 7 是NASA于1999年4 月15 日成功發(fā)射的美國(guó)陸地衛(wèi)星，Landsat 7攜帶的對(duì)地觀測(cè)傳感器，是一臺(tái)8波段的多光譜掃描輻射計(jì)ETM +(增強(qiáng)型專題制圖儀)，工作于可見(jiàn)光、近紅外、短波紅外和熱紅外波段。Landsat 7平臺(tái)軌道是近極地圓形太陽(yáng)同步軌道，軌道高度705 km， 傾角98.22°，穿越赤道時(shí)間為上午10 點(diǎn)，掃描帶寬185 km，地面重復(fù)訪問(wèn)周期為16d。

3.2 遙感影像最佳波段組合

遙感線性構(gòu)造解譯方法有計(jì)算機(jī)自動(dòng)解譯和計(jì)算機(jī)圖像增強(qiáng)結(jié)合人工目視解譯等方法，因此解譯人員的先驗(yàn)知識(shí)和解譯經(jīng)驗(yàn)顯得尤為重要。彩色合成是把單色波段色彩空間擴(kuò)展，增強(qiáng)目標(biāo)地物的可視性，提高解譯效果。通過(guò)彩色豐富、信息攜帶量大的基礎(chǔ)彩色圖形，進(jìn)行圖像地質(zhì)解譯。通過(guò)彩色合成后解譯出的結(jié)果較為準(zhǔn)確，人為因素較少。

目前，對(duì)于彩色合成最佳波段組合的方法常用的是最佳波段法OIF(Optimum Index Factor)。該方法的原理是波段間相關(guān)性越小，波段的標(biāo)準(zhǔn)差越大，波段組合的信息量就越大。即波段組合的信息量與波短間的相關(guān)系數(shù)成反比，與波段本身的標(biāo)準(zhǔn)差成正比。計(jì)算公式如下：

(1)

其中Si為第i波段的亮度值標(biāo)準(zhǔn)差，Ci為波段間的相關(guān)系數(shù)。經(jīng)計(jì)算波段間統(tǒng)計(jì)參數(shù)，得出采用波段741組合效果較好(圖2)。在計(jì)算機(jī)自動(dòng)解譯基礎(chǔ)上，開(kāi)展人工目視解譯。解譯出的結(jié)果較為客觀，人為因素較少。解譯出的一級(jí)線性構(gòu)造和二級(jí)線性構(gòu)造見(jiàn)圖3。

圖2 研究區(qū)最佳波段組合的遙感影像圖(R:7，G:4，B:1)Figure 2 Study area optimum band combination remote sensing image (R:7, G:4, B:1)

圖3 研究區(qū)線性構(gòu)造解譯Figure 3 Study area lineaments interpretation

3.3 線性構(gòu)造定量分析

采用概率統(tǒng)計(jì)方法， 以頻度、方位、長(zhǎng)度為統(tǒng)計(jì)基本數(shù)據(jù)作直方圖， 可獲得線性構(gòu)造在長(zhǎng)度或方位上的密度分布特征。通過(guò)計(jì)算研究區(qū)線性構(gòu)造長(zhǎng)度-頻數(shù)直方圖(圖4)， 發(fā)現(xiàn)其形態(tài)接近對(duì)數(shù)正態(tài)分布，說(shuō)明線性構(gòu)造的長(zhǎng)度分布是隨機(jī)的，解譯的結(jié)果可信度比較高，可以進(jìn)行進(jìn)一步地定量分析。

3.3.1 研究區(qū)一級(jí)線性構(gòu)造解譯雷達(dá)圖

根據(jù)線性構(gòu)造的長(zhǎng)短、寬窄、對(duì)比度等特點(diǎn)，線性構(gòu)造又可分為一級(jí)線性構(gòu)造、 二級(jí)線性構(gòu)造等。

一級(jí)線性構(gòu)造長(zhǎng)度、頻數(shù)分布圖(圖5)上，線性構(gòu)造長(zhǎng)度、頻數(shù)方向以EW向和NE-SW向?yàn)橹?。其中東西向總體線性構(gòu)造分布略多于NE-SW向。

圖4 線性構(gòu)造長(zhǎng)度-頻數(shù)的雙對(duì)數(shù)圖Figure 4 Lineaments length-frequency double logarithmic histogram

3.3.2 研究區(qū)二級(jí)線性構(gòu)造解譯雷達(dá)圖

二級(jí)線性構(gòu)造長(zhǎng)度、 頻數(shù)分布圖(圖6)與一級(jí)線性構(gòu)造長(zhǎng)度、頻數(shù)圖(圖5)大致一致，線性構(gòu)造方向也以EW向和NE-SW向?yàn)橹?。其中東西向總體線性構(gòu)造分布略多于NE-SW向。

圖5 一級(jí)線性構(gòu)造解譯長(zhǎng)度(左)、頻數(shù)(右)雷達(dá)圖Figure 5 First-order lineament interpretation radar charts of length (left) and frequency (right)

圖6 二級(jí)線性構(gòu)造解譯長(zhǎng)度(左)、頻數(shù)(右)雷達(dá)圖Figure 6 Second-order lineament interpretation radar charts of length (left) and frequency (right)

3.3.3 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造解譯雷達(dá)圖

為驗(yàn)證遙感線性構(gòu)造解譯的正確性，對(duì)研究區(qū)地質(zhì)圖矢量化(圖7)，并對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行方位、頻數(shù)分布統(tǒng)計(jì)(圖8)。

圖7 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Figure 7 Study area geological structural map

圖8 地質(zhì)構(gòu)造長(zhǎng)度(左)、頻數(shù)(右)雷達(dá)圖Figure 8 Geological structure radar charts of length (left) and frequency (right)

4 結(jié)論

研究中開(kāi)展了線性構(gòu)造和地質(zhì)構(gòu)造長(zhǎng)度、頻數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，并生成長(zhǎng)度、頻數(shù)雷達(dá)圖，對(duì)遙感解譯線性構(gòu)造和地質(zhì)構(gòu)造的長(zhǎng)度頻數(shù)進(jìn)行了對(duì)比研究，論文主要取得以下結(jié)論。

①一級(jí)線性構(gòu)造長(zhǎng)度和頻數(shù)圖相接近，EW向最大，其次是NE，SE向和NS向較小。

②二級(jí)線性構(gòu)造長(zhǎng)度和頻數(shù)圖相接近，EW向最大，其次是NE，SE向和NS向較小。與一級(jí)線性構(gòu)造長(zhǎng)度和頻數(shù)圖一致。

③地質(zhì)構(gòu)造長(zhǎng)度和頻數(shù)圖與一、二級(jí)線性構(gòu)造長(zhǎng)度和頻數(shù)圖基本一致，構(gòu)造方向均以EW向和NE-SW向?yàn)橹?。其中東西向總體線性構(gòu)造分布略多于NE-SW向，與研究區(qū)構(gòu)造格架一致。