泰山地区遥感地质解译的研究

林华暖

林华暖

（济南大学泉城学院，山东蓬莱265600）

【摘要】地质体和地质现象的产生和发展是错综复杂的，地质遥感的任务就是通过遥感影像的解译确定一个地区的岩石性质和地质构造，分析构造运动的状况。目前这项技术已经广泛应用于军事、测绘、气象、农业、林业、水利、环境保护、土地管理和地质找矿等几乎所有与地学有关的领域。在前人对解译规律认识的基础上，结合野外验证结果，本文通过对TM影像进行比值处理、主成分分析等，再结合各种地理数据、地质资料，在宏观地质解译基础上对泰山地区及其临区的区域构造展布特征进行重点研究，主要提取出各种断裂信息及其有关的地层层位、构造期、断裂构造、韧性剪切带等地质信息，这对以后进一步研究泰山的地质环境有非常重要的地学价值。

【关键词】地质遥感；遥感解译；断裂构造；识别

三、引言

泰山地处华北平原的东侧，处于沂沭断裂带以西，齐河—广饶断裂以南的鲁西地区，是鲁西中新生代泰山断块凸起的重要组成部分，是华北地台的一个次级构造单元。泰山的前寒武纪地质构造发育以多期的褶皱、断裂以及韧性剪切带为其主要特征。它们彼此叠加相互改造，构成了极其复杂的构造面貌，对它们的成因机制研究是前寒武纪地质研究的重要内容之一。另外，中元古代辉绿玢岩发育的国内外罕见的“桶状构造”，具有很高的科学价值。泰山历经近30亿年的自然演化，地质构造作用复杂，造就了浑厚雄伟的山体,保存着丰富、完整的地质遗迹资源,分布有众多奇特的地质地貌景观，历来为中外地质学家所瞩目[1]。从1868年到现在，拥有130多年的地质研究史，在地学方面享誉全国，闻名中外。其地质研究历史长，知名度高，在国内诸多名山中是少有的。泰山早在1987年就被列为世界自然与文化遗产。作为世界自然遗产的泰山，不仅具有特别自然美景和生物多样性方面的价值，而更主要的是它在早前寒武纪地质方面，特别是在科马提岩、太古宙至元古宙多期次侵入岩以及寒武纪地层标准剖面等方面，具有重要的国际性地学意义。[2]

四、数据资料

（一）遥感影像选取

从现有卫星数据看，TM/ETM+、SPOT、CBERS光谱范围均可不同程度地识别地质目标，为了充分发挥遥感技术具有宏观性、不同空间(波谱)分辨率和时相分辨率等的优势，拥有较高的光谱分辨率和几何分辨率，本论文选取TM为数据源。

（二）波段选取

随机抽取本工作区1幅图像，对其6个波段（TM6除外）进行相关性分析，结果：TM5与TM7相关系数最高；TM1、TM2相对独立；TM3、TM4相对独立。由于TM7波谱范围在2.08-2.35pm之间，对识别岩性土壤类型、人工建筑有很好的作用；TM4波谱范围在0.76-0.90pm之间，便于水体边界的描绘；TM3波谱范围在0.63-0.69pm之间，便于识别人工建筑，区分植被盖度，圈定植被类型。根据以上原则及TM数据特点，选取TM543作为主要的解译图。

三、卫星影像图制作

与其他地物遥感影像特征分析一样，在对遥感图像中的断裂信息进行解译和分析之前也需要对数字图像进行针对性的处理以便于高质量影像的获取和相关信息的提取。在遥感影像上提取断裂构造（构造线性体）信息的主要方法有光谱信息增强、空间变换、影像纹理分析等项[3]。在实际应用中，主要依据遥感影像的地质—地貌—景观背景，选择有效地处理方法和数学模型，针对区域构造线性体影像要素的基本特征进行信息提取，从不同侧面突出不同等级、不同层次、不同形态构造线性体的空间分布信息。

（一）图像预处理

原始遥感影像数据存在一定误差，解译之前首先应对收集的影像数据进行预处理，即原始数据的格式转换和遥感数据预处理。数据预处理包括辐射纠正、几何纠正和大气影响纠正，可去除多种干扰和误差，突出断裂信息。

（二）比值运算

比值图像经常用于辨别图像中细微光谱变化，这种辨别能力的增强是由于比值图像明显地描述了两个波段之间光谱反射曲线的斜率变化，而不考虑波段中观测到的反射值的绝对值的大小[4]。比值处理简便易行，而且对地质信息尤为敏感。

在单幅比值图像上可以清楚的看出水系的轮廓，因为我们感兴趣的是不同岩石的波谱信息差异，而比值图像上暗色的岩石和浅色的岩石之明显差异被损失，且压抑了地形信息，所以还需要对比值图像和其他图像进行合成。把第4波段和第5波段分别与第6波段做比值后的两组图像分别作为彩色合成的绿光、蓝光通道与几何校正后的图像的6波段影像作为红光通道的合成图像。可以看出，地形的轮廓在合成后的图像上比较明显。但是其颜色主要反映的是红色通道，所以表达效果不是很理想，但仍可以作为目视解译地形特征的参考。

（三）KL变换

植被覆盖，地形阴影等对断裂构造的解译分析影响很大，常规的比值增强方法很难消除这些干扰因素的影响，可通过KL变换分离这些干扰信息[5]。经过KL变换后，有价值的地质信息将集中到相应的主组分中，而干扰信息则被归并到其它的主组分中，从而达到将有用地质信息与干扰信息有效分离的目的。选用TM1—TM5，TM7等6个波段进行KL变换，变换后的植被，阴影信息分别集中在第一，三主组分中，第二主组分图像由于植被，阴影等干扰信息被分离，断裂构造得到清楚的显示。在进行KL变换后第一，二组分的图像，可以看出，在第一组分有明显的纹理，可用于识别不同地物，同时可看出线性影像比较清晰。

（四）傅里叶变换中的高通滤波

因霍夫变换比较不容易操作，需要用Matlab中编写算法来提取线性信息，这样就大大增加了工作量，而傅里叶变换中的高通滤波也可让图像中的高频成分通过，使图像锐化和边缘增强，本文用傅里叶变换及其逆变换来代替霍夫变换及其逆变换。

如图1所示，为解译最终使用的遥感影像图。本文研究的主要内容是泰山地区的断裂系统，所涉及的研究区域，主要是泰山地区、其背面的济南地区、东北面的淄博地区、东面的莱芜地区、南面的曲阜地区、西南面的郓城地区，在解译过程中同时参考该地区的地质图。

四、遥感地质解译

不同解译区因其地质情况不同有不同的解译方法，本文所研究的区域主要含有的是线性影像，所以主要对断裂影像进行解译。经过对上述各类遥感图像的目视解译、综合分析及一系列图像处理，获得了大量线性构造影像标志及其展布规律，解译出北西向、北东东向、南北向、北东向及东西向五组不同方向的断裂。北西向及北东东向断裂最为发育，其它各组断裂虽分布不广，但均按自身的规律和线性体影像特征反映出来。

五、结语

在漫长的地质历史中，泰山及其邻区经历多次构造运动影响，使地质构造变得更为复杂化。总的特征是:基底构造以一系列褶皱为主，伴随断裂活动和岩浆侵位，并遭受强烈的区域变质及混合岩化作用；盖层褶皱较为简单，以单斜构造为主，但断裂极其发育，尤其是中生代以来，断裂活动更为突出，其特点是，规模大，延伸远、多方向，吝组断裂互相交错并多次活动，一些古生代前发生的断裂又重新活动，使本区断裂构造更加复杂化。长期以来，人们对鲁西的断裂系统，展布规律、发生时期及成互关系认识不一，有“鲁西弧形构造”“帚状构造体系”“同心圆和放射状正断体系”等不同看法。

为给地学工作者开展对泰山的研究提供新的遥感地质资料，我们对泰山及其邻区进行了多种遥感图像的断裂构造解译，结果表明:泰山及其邻区的断裂构造，在LandsatTM图像上均获得清晰的显示。卫星图像经过假彩色合成及光学增强，计算机数字增强之后，提取了大量的线性体构造信息，使区域构造格架更为突出和醒目。

总之，泰山地质地貌内容极为深广，特别是在早前寒武纪地质方面[7]，以及寒武系标准剖面、新构造运动与地貌等方面，都具有全国和世界意义的巨大价值，是一个天然的地学博物馆，有待于我们不停的去探索。

参考文献：

[1]吕朋菊,莫德鼎，等.泰山的地学价值及其意义[A].山东科技大学（自然科学版）,1672-3767(2003)02-0033-04.

[2]王同文,田明中,等.泰山的科学价值与地质公园建设[A].山东科技大学（自然科学版）,1672-3767(2006)04-0022-03.

[3]崔振奎,方茂龙,等.北山重点金成矿区遥感地质解译及成矿预测[J].铀矿地质,1995-05,11(13).

[4]韩源.地质遥感中地质构造的识别与分析[J].信息系统工程,2011-07.

[5]田莉.地质遥感中岩性的识别研究[A].信息科技,1674-6708（2010）28-02

20-02.

[6]孙兆才.泰山生物多样性及保护探讨[J].江苏环境科技,1999,（2）：44－46.