李滿根， 劉林清， 任國(guó)剛

（東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西撫州 344000）

我國(guó)西北大部分地區(qū)水資源日益短缺，形勢(shì)嚴(yán)峻，導(dǎo)致地下水具有越來(lái)越重要的地位。因此，如何快速有效地尋找地下水成為水文地質(zhì)工作者關(guān)心的問(wèn)題。遙感技術(shù)具有宏觀性、綜合性、經(jīng)濟(jì)性和快速性的特點(diǎn)，為地下水資源調(diào)查和評(píng)價(jià)提供了新的技術(shù)手段［1］。

近年來(lái)，隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，利用多源、多時(shí)相、多波段等遙感影像解譯與地下水密切相關(guān)的地質(zhì)條件，提取與地下水有關(guān)的地表植被、溫度、土壤水分等環(huán)境因素信息，以獲得對(duì)地下水資源的有效評(píng)價(jià)，逐漸成為遙感應(yīng)用研究的前沿課題之一［2］。應(yīng)用遙感技術(shù)尋找地下水主要有兩種方法:一種是水文地質(zhì)遙感信息分析法，即從遙感圖像中提取地層巖性、構(gòu)造等水文地質(zhì)信息，運(yùn)用水文地質(zhì)理論進(jìn)行分析，確定有利的蓄水構(gòu)造，進(jìn)而推斷地下水富集區(qū);另一種是環(huán)境遙感信息分析法，即從遙感圖像中提取與地下水有關(guān)的植被、湖泊、水系等環(huán)境因子信息，根據(jù)這些環(huán)境因子對(duì)地下水的依存、制約關(guān)系，推斷地下水的存在與富集狀況［3］。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

甘其毛道地區(qū)位于我國(guó)內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特中旗境內(nèi)，甘其毛道是蒙語(yǔ)“一棵樹(shù)”的音譯。甘其毛道口岸是我國(guó)新建的通往蒙古的陸路口岸，地理位置獨(dú)特，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)應(yīng)的蒙古國(guó)南戈壁省礦藏資源豐富，擁有世界性的超大型煤礦和銅礦。研究區(qū)范圍為東經(jīng)107°23'54．39″－107°46'10．81″，北緯 42°12'45．52″－42°28'00．31″，面積約864 km2。該區(qū)域處于我國(guó)中溫帶干旱氣候區(qū)蒙甘氣候亞區(qū)，為典型的大陸性氣候，冬季寒冷，夏季白天較熱，晝夜溫差大，年日照時(shí)數(shù)3 200－3 400 h，平均溫度4．0℃，多年平均降水量139．42 mm，多年平均蒸發(fā)量達(dá)2 631 mm，使得在甘其毛道口岸附近無(wú)地表水體，僅在干溝內(nèi)見(jiàn)到雨后水流的痕跡。地貌主要由平緩丘與丘陵間的高平原組成，基巖裸露，植被稀疏。

本文采用的遙感資料是美國(guó)陸地衛(wèi)星LANDSAT－7的 ETM+原始圖像數(shù)據(jù)，其成像時(shí)間為2000年7月13日，軌道號(hào)129/031，當(dāng)日無(wú)云層覆蓋，影像質(zhì)量較好，各類地物表現(xiàn)差異，有利于進(jìn)行各種圖像處理。

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

2．1 大氣校正

太陽(yáng)光到達(dá)地面之前，大氣會(huì)對(duì)其產(chǎn)生吸收和散射作用。同樣，地物（目標(biāo)物）的輻射經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)，也會(huì)與大氣層發(fā)生散射作用和吸收作用。吸收作用將直接降低地物的輻射能量，引起輻射畸變;散射作用除了降低地物的輻射能量外，大氣散射的部分能量還會(huì)進(jìn)入傳感器，直接疊加在目標(biāo)物的輻射能量之中，成為目標(biāo)地物的噪聲，從而降低了地物的反差比。因此，為了增強(qiáng)遙感專題信息提取的準(zhǔn)確度，提高地物的反差比，必須進(jìn)行大氣校正。本文采用簡(jiǎn)單實(shí)用的回歸分析法對(duì)大氣進(jìn)行校正，校正后圖像的對(duì)比度更高，不同地物的輪廓更清晰，反映的地物內(nèi)容更豐富。

2．2 幾何校正

原始圖像需經(jīng)過(guò)幾何精校正才能滿足要求。幾何精校正可消除行列不均勻、像元大小與地面大小對(duì)應(yīng)不準(zhǔn)確，地物形狀不規(guī)則變化等影響。本文以1∶50 000地形圖為參照，在遙感圖像和地形圖上分別選定容易識(shí)別的同名點(diǎn)作為幾何控制點(diǎn)，利用多項(xiàng)式擬合校正法（最小二乘法），經(jīng)檢驗(yàn)，糾正誤差均小于1個(gè)像元，然后按三次卷積內(nèi)插法對(duì)像元進(jìn)行重采樣。最后，根據(jù)工作范圍裁切出研究區(qū)的遙感圖像。

3 水文地質(zhì)因素的解譯

在地質(zhì)解譯過(guò)程中，以 1∶5萬(wàn) ETM －7、4、1 彩色合成與ETM－8波段融合的影像特征為依據(jù)，參考其它波段組合的彩色合成影像，局部地段還參考了谷歌地球網(wǎng)站上更高分辨率的影像，并結(jié)合特默特幅、圖古日格幅1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖和1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖，運(yùn)用延伸法、對(duì)比法、邏輯推理法，并遵循從由已知到未知、由宏觀到局部微觀、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的一般原則，對(duì)工作區(qū)進(jìn)行了較全面的初步解譯。對(duì)初步解譯成果，經(jīng)過(guò)野外實(shí)際資料的驗(yàn)證、修改、補(bǔ)充后，建立了區(qū)內(nèi)巖性地層、巖漿巖和地質(zhì)構(gòu)造的解譯標(biāo)志，獲得了測(cè)區(qū)1∶5萬(wàn)地質(zhì)構(gòu)造解譯圖。

3．1 地層巖石解譯

根據(jù)特默特幅、圖古日格幅1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖、遙感影像對(duì)巖石地層的顯示程度和劃分巖石地層影像單位的原則，可將研究區(qū)分為15個(gè)巖石地層影像單位［4］（表 1）。

表1 研究區(qū)巖石地層影像單位

3．2 巖漿巖解譯

研究區(qū)出露的大小侵入巖體有50余個(gè)，根據(jù)各類巖體巖石類型的影像特征、并考慮侵入時(shí)代，可將區(qū)內(nèi)劃分為8個(gè)侵入巖影像單元（表2）。

表2 侵入巖影像單元

3．3 地質(zhì)構(gòu)造解譯

研究區(qū)位于天山地槽褶皺系北山晚華力西地槽褶皺帶杭烏拉隆起與內(nèi)蒙古中部地槽褶皺系蘇尼特右旗晚華力西期地槽褶皺帶寶音圖隆起的結(jié)合部位，橫跨兩個(gè)Ⅰ級(jí)構(gòu)造單元，南與Ⅰ構(gòu)造單元華北地臺(tái)緊鄰。通過(guò)對(duì)ETM+多波段遙感圖像褶皺和斷裂構(gòu)造的解譯，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)受加里東期、華力西期等多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈、巖石變形、變質(zhì)作用多次疊加，褶皺形態(tài)復(fù)雜多樣，斷裂構(gòu)造發(fā)育，對(duì)地下水的分布有一定影響。根據(jù)褶皺構(gòu)造的解譯標(biāo)志，區(qū)內(nèi)可解譯出4個(gè)向斜（含倒轉(zhuǎn)向斜1個(gè)）構(gòu)造、3個(gè)背斜構(gòu)造。通過(guò)對(duì)遙感圖像斷裂構(gòu)造的解譯，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，共解譯出斷裂構(gòu)造80多條。按不同方向斷裂的空間分布特點(diǎn)和規(guī)模大小，可劃分出21個(gè)斷裂帶。

4 水文地質(zhì)的地貌解譯

區(qū)域地貌主要由平緩丘陵與丘陵間的高平原組成。平緩丘陵的總體地勢(shì)由南向北傾斜，地勢(shì)微有起伏，遠(yuǎn)視為一較為平坦的夷平面，海拔高程由南部的1 300 m，向北降為1 100 m，相對(duì)高程一般不超過(guò)50 m，趨于準(zhǔn)平原化;高平原地勢(shì)平坦，由東南向西北傾斜，海拔高程由東南的1 200 m，向西北遞減為1 100 m。此外尚有呼和額熱根、那仁海拉斯臺(tái)、呼和呼叔乃塔拉高平原，一般面積很小，地勢(shì)平坦，也都由東南向西北傾斜，海拔高程分別為1 050～1 090 m、1 080～1 200 m、1 080～1 200 m。在平緩丘陵與高平原上，常有一些長(zhǎng)短不一的干溝分布，但切割不深，長(zhǎng)度一般小于20 km。

根據(jù)組成地貌類型的巖石地層、海拔高程、地形起伏、地貌形態(tài)以及成因類型等特點(diǎn)，可將本區(qū)地貌類型劃分為6個(gè)一級(jí)地貌單元和6個(gè)二級(jí)地貌類型。

Ⅰ—第四系堆積平原

Ⅰ－1第四系風(fēng)積砂土和沖積礫石堆積平原

Ⅰ－2第四系風(fēng)積砂土堆積平原

Ⅰ－3第四系沖積礫石堆積平原

Ⅱ—志留系礫巖、砂巖、泥巖侵蝕－剝蝕丘陵地貌

Ⅱ－1志留系泥質(zhì)巖侵蝕－剝蝕緩起伏丘陵地貌

Ⅱ－2志留系石英雜砂巖、石英粉砂巖侵蝕－剝蝕低起伏丘陵地貌

Ⅱ－3志留系板巖侵蝕－剝蝕中起伏丘陵地貌

Ⅲ—中－新元古界變質(zhì)巖侵蝕－剝蝕丘陵地貌

Ⅳ—志留紀(jì)、三疊紀(jì)花崗巖類和變質(zhì)巖類侵蝕－剝蝕殘丘地貌

Ⅴ—元古界、志留系變質(zhì)巖侵蝕－剝蝕中低起伏丘陵地貌

Ⅵ—中－新元古代花崗巖類侵蝕－剝蝕緩起伏丘陵地貌

在第四系風(fēng)積砂土堆積平原區(qū)（Ⅰ－2）和志留紀(jì)、三疊紀(jì)花崗巖類和變質(zhì)巖類侵蝕－剝蝕殘丘地貌區(qū)（Ⅱ－2）解譯出第四系洼地22個(gè)。平原區(qū)隱伏基巖隆起主要分布于第四系風(fēng)積砂土堆積平原區(qū)（Ⅰ－2）的北部扎格包爾—哈侖高勒一帶，共解譯出6個(gè)隱伏基巖隆起。

5 地表水系解譯與流域劃分

通過(guò)對(duì)遙感圖像地表水系的詳細(xì)解譯，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)沒(méi)有河流，但有大量干溝，其形態(tài)主要有樹(shù)枝狀、平行狀、星點(diǎn)狀、扇狀等水系形態(tài)。干溝僅在洪水期有瞬時(shí)水流。不同的水系形態(tài)及其發(fā)育密度、發(fā)育方向及流向與巖性地層、地質(zhì)構(gòu)造、流域地形地貌及傾斜方向等有著密切的關(guān)系。

根據(jù)水系發(fā)育的特點(diǎn)和各大水系分水嶺解譯的結(jié)果，可將本區(qū)劃分為5個(gè)規(guī)模不同的流域，即呼和頗熱根賽爾流域、包爾呼順高勒流域、烏拉干毛德流域、蒙古伊和諾爾音浩來(lái)流域和巴音杭蓋流域。

通過(guò)對(duì)遙感圖像的仔細(xì)解譯，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)古河道不發(fā)育，僅在蒙古伊和諾爾音浩來(lái)流域西南部邊緣志留紀(jì)、三疊紀(jì)花崗巖類和變質(zhì)巖類侵蝕－剝蝕殘丘地貌區(qū)發(fā)育一古河道，稱為準(zhǔn)巴彥古河道。該古河道形態(tài)無(wú)論在ETM741的彩色合成圖象上還是在更高分辨率的其它類型圖像上都表現(xiàn)得十分清晰，并以淺灰色調(diào)表現(xiàn)出來(lái)，由河流侵蝕作用和沉積作用形成的離堆山、心灘、河漫灘以及河床堆積物等特征都依稀可見(jiàn)。在該古河道的下游中蒙邊境準(zhǔn)巴彥一帶還見(jiàn)有一片濕地，濕地內(nèi)有多個(gè)水體分布，可能是該古河道內(nèi)地下潛水的溢出地。由此可見(jiàn)，該古河道地下潛水比較豐富，是尋找地下水源的有利地段。

6 植被發(fā)育程度的解譯

利用歸一化植被指數(shù)對(duì)近紅外波段和紅光波段進(jìn)行運(yùn)算處理，獲得了歸一化植被指數(shù)（RVI）圖像，為圈定勘查地下水水源地靶區(qū)提供了依據(jù)。

通過(guò)對(duì)歸一化植被指數(shù)圖像處理后的圖像亮度（灰度）分布與野外植被實(shí)際情況的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn):（1）亮度值=最大亮度值255時(shí)，為植被較發(fā)育，生長(zhǎng)較茂密的地區(qū);（2）亮度值≥最大亮度值255－1/4標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)（240．15～254），為植被發(fā)育中等，生長(zhǎng)較稀疏的地區(qū);（3）亮度值≥最大亮度值255－1/2標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)（240．14～225．3），為植被發(fā)育差，生長(zhǎng)極為稀疏的地區(qū);（4）亮度值≤亮度值225．2時(shí)，為基本無(wú)植被發(fā)育的地區(qū)。

7 地下水源地勘查靶區(qū)的確定

通過(guò)對(duì)研究區(qū)遙感圖像巖性地層、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、水系與流域、地表水體、植被發(fā)育程度與分布等水文地質(zhì)因素的全面解譯與綜合分析，推測(cè)呼和頗熱根賽爾、甘其毛道口岸、查干頗熱根努如、準(zhǔn)巴彥、哈布哈蘇、嘎順—特默特、扎格—滾呼都格等7個(gè)地區(qū)具有較好的地下水儲(chǔ)水條件，可作為有利地下水源地勘查靶區(qū)。從而為實(shí)施水資源勘查工程的布置指明了方向。

［1］王飛躍，孫順新．環(huán)境遙感信息分析法在干旱區(qū)找水中的應(yīng)用——以內(nèi)蒙錫林浩特地區(qū)為例［J］．國(guó)土資源遙感，1999，39:36-42．

［2］朱君，李傳榮，唐伶俐，等．定量遙感在地下水研究中的應(yīng)用［J］．科技導(dǎo)報(bào)，2008，26（15）:79-83．

［3］楊自安，劉碧虹，鄒林，等．黃土丘陵干旱區(qū)地下水資源遙感調(diào)查研究［J］．礦產(chǎn)與地質(zhì)，2005（2）:214-218．

［4］吳志春，劉林清，郭福生，等．應(yīng)用ETM+數(shù)據(jù)解譯基其毛道地區(qū)地層［J］．東華理工大學(xué):自然科學(xué)版，2010，33（4）:320-324．