謝 濤，萬余慶

（西安煤航遙感信息有限公司，陜西西安710054）

一定的地質(zhì)條件下，地質(zhì)體的構(gòu)造特征、巖性特征、蝕變特征，在遙感影像上通常以不同的色調(diào)特征、紋理特征、幾何形態(tài)特征表現(xiàn)出來，而遙感影像的宏觀性、直觀性、準(zhǔn)確性等特點(diǎn)在巖性識別、構(gòu)造解析、侵入體單元、超單元的劃分等方面具有巨大的優(yōu)勢。隨著地質(zhì)勘探工作程度的深入，遙感技術(shù)在地質(zhì)工作應(yīng)用的精度要求也不斷提高，多光譜影像數(shù)據(jù)由于其空間分辨率和光譜分辨率的限制，在大比例尺的填圖、高精度蝕變信息提取及精細(xì)甚至定量化巖性識別工作中已難以勝任。航空高光譜遙感影像，除了具備高空間分辨率的優(yōu)勢，還融入了光譜維的信息，更加全面、真實(shí)地反映地物光譜特征，使其在遙感地質(zhì)研究中，既能直觀、高效揭示微觀構(gòu)造、地層、巖漿巖等特征，又能依據(jù)地物光譜特征進(jìn)行巖性識別、地層的劃分、礦化蝕變信息的提取等。本文利用航空高光譜CASI遙感影像對新疆伊犁哈薩克自治州尼勒克縣南部阿布熱勒山前地帶進(jìn)行地層、構(gòu)造的詳細(xì)解譯，充分發(fā)揮航空高光譜影像的優(yōu)勢，準(zhǔn)確揭露研究區(qū)地層出露、構(gòu)造發(fā)育情況，為研究區(qū)找礦勘探工作提供遙感信息支持。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆伊犁哈薩克自治州尼勒克縣西南部阿布熱勒山前地帶，西距伊犁市約110km（圖1），地勢自南向北呈多級階梯，為低山丘陵地貌，研究區(qū)基巖出露條件好，遙感地質(zhì)特征明顯，適合開展遙感地質(zhì)解譯工作。構(gòu)造位置位于伊犁盆地北部坳陷構(gòu)造單元內(nèi)的阿吾拉勒凸起次級構(gòu)造單元內(nèi)。阿吾拉勒凸起是海西期末幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的盆內(nèi)二級正向構(gòu)造單元，侏羅紀(jì)初期從博羅科努山前分離出來。區(qū)內(nèi)出露地層單元主要由石炭和二疊系火山—沉積巖系組成，未見古老基底。斷裂構(gòu)造以近東西、NE、NW向?yàn)橹?。出露的侵入巖以華力西晚期為主，巖體侵入石炭系及下二疊統(tǒng)，多與下二疊統(tǒng)火山巖或次火山巖關(guān)系密切。

2 航空高光譜CASI數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理

以飛機(jī)為平臺，搭載CASI成像光譜儀，在新疆伊犁尼勒克至鞏留地區(qū)開展了航空飛行，獲取了研究區(qū)航空高光譜CASI影像數(shù)據(jù)，同時(shí)在地面準(zhǔn)同步實(shí)測地物光譜定標(biāo)數(shù)據(jù)。

CASI數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：第一步，幾何校正和地形校正預(yù)處理是通過航空高光譜遙感測量系統(tǒng)配備的數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件實(shí)現(xiàn)；第二步，利用ENVI軟件的Seamless Mosaic功能，對CASI各航帶數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌。鑲嵌過程中，由于山區(qū)地形影響，不同航帶數(shù)據(jù)間色調(diào)存在差異，但是，相鄰航帶間的重疊率高，利用直方圖匹配法實(shí)現(xiàn)多航帶間的色彩匹配和亮度平衡；通過羽化處理，達(dá)到航帶間無縫鑲嵌的效果；第三步，利用地面準(zhǔn)同步的黑、白布定標(biāo)光譜數(shù)據(jù)，采用經(jīng)驗(yàn)線性定標(biāo)（Empirical Line Calibration）方法對CASI數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正。大氣校正后地物光譜曲線與實(shí)測地物光譜曲線非常接近，為遙感地質(zhì)解譯中地層劃分解譯提供了數(shù)據(jù)支撐。

3 遙感地質(zhì)解譯

不同地物反射光譜差異會(huì)造成形態(tài)、紋理、色調(diào)等影像差異，鑒于CASI航空高光譜影像的分辨率高達(dá)0.8m，可以直觀地依據(jù)影像的色調(diào)、影紋、紋理、形狀及各要素的排列組合特征、地貌形態(tài)、水系、植被及人類活動(dòng)等信息，對研究區(qū)內(nèi)的不同地質(zhì)內(nèi)容進(jìn)行遙感解譯（圖2）。

3.1 地層解譯

（1）第四系。研究區(qū)內(nèi)第四系主要分布在阿吾拉勒山前，自北向南又細(xì)分為全新統(tǒng)沖積堆積（Q4al）、全新統(tǒng)沖積、洪積堆積（Q）及全新統(tǒng)沖積-湖泊堆積（Q），三者在影像上界線清晰，特征明顯，極易區(qū)分。

遙感影像上，Q呈淺藍(lán)色、綠色、灰白色，紋理稀少，影紋光滑，河道特征明顯，兩側(cè)分布灰黑色灌木叢斑點(diǎn)或斑塊；Q呈淺灰色-淺灰綠色，紋理稀少，影紋光滑，可見明顯的房屋、成規(guī)模大片的耕地；Q呈淺灰綠色-灰白色，紋理稀少，影紋光滑，多沿溝谷岸坡以上分布，沖洪積特征明顯。

（2）二疊系。二疊系為研究區(qū)內(nèi)出露的主要地層單元，由烏郎組、曉山薩伊組、哈米斯特組、鐵木里克組及巴斯?fàn)柛山M組成。各組巖石組成不一，遙感影像上形態(tài)、紋理、色調(diào)等特征存在不同程度的差異，不同地層之間易于區(qū)分。

①巴斯?fàn)柛山M。巴斯?fàn)柛山M由棕黃色、褐色、褐紅色及灰色厚層狀砂、礫巖組成，夾少量灰色泥巖。遙感影像上色調(diào)呈灰褐色，局部色調(diào)呈褐紅色，紋理多而有序，影紋粗糙，地層走向清晰，地層界線影像輪廓清楚。

②鐵木里克組。鐵木里克組由灰—深灰色薄—中厚層粉、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，夾少量礫巖和灰?guī)r。影像整體色調(diào)呈青灰色，紋理雜亂，影紋粗糙，地層走向不清晰，地層界線影像輪廓清楚。

③哈米斯特組。哈米斯特組巖性主要為中酸性火山巖及火山碎屑巖，由紫紅色、灰紫色砂礫巖、泥巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、拉斑玄武巖、粗玄巖等組成。影像整體色調(diào)呈灰紫色、紫紅色，影紋粗糙，地層走向不清晰，地層界線影像輪廓清楚。

④曉山薩伊組。曉山薩伊組由灰—青灰色含礫砂巖、砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r組成，影像色調(diào)整體呈青灰色，紋理雜亂，影紋較光滑，地層走向清晰，地層界線影像輪廓清楚。

⑤烏郎組。烏郎組為一套巨厚的陸相中酸性火山巖、火山碎屑巖和凝灰質(zhì)砂礫巖，地層色調(diào)整體偏深，地表風(fēng)化后呈灰黑色。影像色調(diào)呈深紫色、紫褐色，紋理雜亂，影紋粗糙，地層界線影像輪廓部分清晰。

（3）石炭系東圖津河組。東圖津河組巖性為灰色—灰黑色淺海相生物碎屑灰?guī)r、灰?guī)r、泥灰?guī)r、碎眉巖、上部見灰紫色酸性火山碎屑巖，影像色調(diào)呈灰紫色，局部色調(diào)呈紫黑色，紋理雜亂，影紋粗糙—光滑，地層界線影像輪廓部分清晰。

3.2 構(gòu)造解譯

（1）線性構(gòu)造解譯。線性構(gòu)造主要包括斷層、節(jié)理、不整合等具有地質(zhì)構(gòu)造涵義的線性體。線性構(gòu)造的解譯標(biāo)志包括遙感影像上地質(zhì)體突然中斷、錯(cuò)開，地層重復(fù)，缺失等直接標(biāo)志及地質(zhì)體定向排列，線性特征、色調(diào)差異明顯，水系同步彎曲，地形、地貌突變，水系突然中斷，不同植被、土壤直線狀分界，溝谷、河流直線狀延伸等間接標(biāo)志。基于上述認(rèn)識，以航空高光譜影像CASI數(shù)據(jù)為主，輔以Landsat8數(shù)據(jù)（大斷裂范圍廣，延伸遠(yuǎn)，中小比例尺的遙感影像在識別大斷裂有優(yōu)勢），對研究區(qū)的線性構(gòu)造進(jìn)行解譯。區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，構(gòu)造走向以NW向?yàn)橹?，次為NE向和近EW向。

（2）環(huán)形構(gòu)造解譯。環(huán)形構(gòu)造主要指能夠反映地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)構(gòu)造內(nèi)容的弧形體，它是地球內(nèi)部活動(dòng)形跡在地殼中的綜合表現(xiàn)，如隱伏巖體、火山機(jī)構(gòu)、火山口和相關(guān)構(gòu)造作用（如穹窿構(gòu)造）。在遙感影像上以紋理、結(jié)構(gòu)、色調(diào)等顯示為圓形、準(zhǔn)圓形、準(zhǔn)環(huán)形以及未封閉的弧形特征。

研究區(qū)內(nèi)出露多處巖體，在航空高光譜影像上呈環(huán)形、準(zhǔn)環(huán)形影像特征，環(huán)形影像內(nèi)色調(diào)呈淺藍(lán)紫色，與周邊色調(diào)差異較大；巖體成分主要為花崗閃長巖、花崗斑巖、石英二長巖、正長巖、斜長花崗巖，巖體主要侵入石炭系及中下二疊統(tǒng)，多與下二疊統(tǒng)火山巖或次火山巖關(guān)系密切。環(huán)形構(gòu)造分布集中，多數(shù)環(huán)形構(gòu)造與線性斷裂構(gòu)造相伴生，反映了研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造—巖漿活動(dòng)集中和強(qiáng)烈的特點(diǎn)。

4 解譯結(jié)果分析

利用CASI數(shù)據(jù)的高空間分辨率的特點(diǎn)對研究區(qū)的地層界線、斷裂構(gòu)造等進(jìn)行了細(xì)致的解譯；此外，相較于以往遙感解譯工作，除了影像的空間分辨率優(yōu)于常用的多光譜和高分辨率影像，其高光譜分辨率是本次解譯工作的核心。高光譜影像是在二維遙感影像的基礎(chǔ)上，增加了光譜維的信息，使得遙感影像上反映的地物信息與實(shí)際地物更加接近。在解譯過程中，當(dāng)多光譜和高分辨率影像在面對地層的影像色調(diào)、結(jié)構(gòu)、紋理特征差異不明顯時(shí)，是難以進(jìn)行地層的解譯劃分的；但不同地層之間巖石組成不一樣，其反射光譜特征通常會(huì)有差異，而光譜定標(biāo)后的高光譜影像上地物的光譜曲線與對應(yīng)的實(shí)際地物的光譜曲線非常接近，因此，可以基于航空高光譜遙感影像對應(yīng)地層間光譜特征差異，進(jìn)行地層解譯劃分。

為了體現(xiàn)航空高光譜影像在遙感地質(zhì)解譯工作中的效果，以1∶20萬區(qū)調(diào)成果作為參考，結(jié)合野外調(diào)查驗(yàn)證工作，對解譯結(jié)果進(jìn)行分析。

（1）地層界線修正。利用遙感解譯結(jié)果對1∶20萬區(qū)調(diào)成果的地層界線進(jìn)行了修正，主要表現(xiàn)在2個(gè)方面，一是第四系界線范圍與1∶20萬區(qū)調(diào)成果差異較大，這是由于時(shí)間的變遷，地貌發(fā)生變化，引起第四系界線范圍發(fā)生變化，通過航空高光譜影像能夠清晰解譯出第四系界線范圍，不做重點(diǎn)討論。二是基巖出露區(qū)解譯地層界線與1∶20萬區(qū)調(diào)成果不吻合。例如，遙感解譯結(jié)果顯示，曉山薩伊組和東圖津河組遙感解譯地層界線較1∶20萬區(qū)調(diào)成果北偏約200m，遙感影像上，1∶20萬區(qū)調(diào)成果曉山薩伊組和東圖津河組地層界線處為一套灰紫色地層，與東圖津河組整體色調(diào)相近，與曉山薩伊組整體色調(diào)有明顯差異，但灰紫色地層中仍夾青灰、灰色調(diào)地層。解譯過程中，利用航空高光譜影像，分別采樣了灰紫色地層光譜曲線和東圖津河組地層光譜曲線（圖3），對比發(fā)現(xiàn)，2套地層的光譜曲線的形態(tài)和趨勢有差異，表明2套地層巖石組成可能不一致。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，灰紫色地層為一套厚層的含礫砂巖沉積建造，礫石成分以火山碎屑巖為主，風(fēng)化后表面成灰—深紫色；而與之色調(diào)接近的東突津河組巖性為一套深灰色、灰綠色玄武安山巖、安山玢巖，2套地層巖性差異明顯，形成原因更是截然不同。同時(shí)，在解譯地層界線附近，發(fā)現(xiàn)兩者地層間呈明顯的角度不整合接觸關(guān)系，因此，從地層成因、巖性組合以及構(gòu)造接觸關(guān)系來看，該套灰紫色地層應(yīng)屬于曉山薩依組。

圖3 灰紫色地層與東圖津河組光譜曲線對比

（2）地層劃分確認(rèn)及修正。地層解譯劃分時(shí)發(fā)現(xiàn)同一套地層在遙感影像上表現(xiàn)為不同的色調(diào)、紋理等特征，而不同地層卻表現(xiàn)為相近的色調(diào)、紋理特征，在解譯過程中，利用地層間的光譜曲線特征進(jìn)行對比分析，結(jié)合野外驗(yàn)證結(jié)果，對上述問題的地層劃分進(jìn)行了確認(rèn)和修正。

曉山薩伊組由灰—青灰色砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r組成，影像色調(diào)整體呈青灰色，底部為一套灰色厚層含礫砂巖，風(fēng)化后表面呈灰黑-灰紫色。研究區(qū)內(nèi)某處，地層色調(diào)呈紫紅色，1∶20萬區(qū)調(diào)成果認(rèn)為該地層屬于曉山薩伊組，但是，從直觀的色調(diào)解譯標(biāo)志而言，紫紅色地層應(yīng)不屬于曉山薩伊組。為此，在航空高光譜數(shù)據(jù)中，分別采樣了已確認(rèn)的曉山薩伊組地層的光譜曲線和紫紅色地層的光譜曲線（圖4），對比發(fā)現(xiàn)，這2套地層的光譜曲線在形態(tài)和趨勢上幾乎完全一致，野外調(diào)查驗(yàn)證結(jié)果顯示，紫紅色地層的巖性為一套厚層含礫粗砂巖，礫石成分以火山碎屑巖為主，與曉山薩伊組地層底部的巖性是一致的；巖層表面覆蓋了古近系紫紅色泥巖，使得影像色調(diào)呈紫紅色，通過高光譜數(shù)據(jù)采樣光譜曲線特征對比及野外調(diào)查驗(yàn)證結(jié)果，證實(shí)了紫紅色地層確實(shí)為曉山薩伊組，驗(yàn)證了20萬區(qū)調(diào)成果的準(zhǔn)確性。

此外，研究區(qū)內(nèi)某處，紫褐色地層對應(yīng)的1∶20萬區(qū)調(diào)成果地層為烏郎組，該套地層色調(diào)、紋理特征與烏郎組、哈米斯特組相似。結(jié)合該套地層上覆、下伏地層出露情況，從地層、構(gòu)造角度分析，認(rèn)為該套地層劃分為烏郎組值得商榷。為此，在航空高光譜影像上，分別采樣了烏郎組、哈米斯特組和該套地層的光譜曲線，對比發(fā)現(xiàn)，其光譜曲線形態(tài)、趨勢與哈米斯特組較為一致，與烏郎組有差異（圖5）。野外調(diào)查驗(yàn)證顯示，該套地層出露的巖性為暗灰、灰紫、灰色玄武巖和粗面巖，出露巖性與哈米斯特組巖性一致，與烏郎組巖性不吻合，綜合光譜特征分析、野外調(diào)查結(jié)果，將該套紫褐色地層修正為哈米斯特組。

圖4 紫紅色地層與曉山薩伊組光譜曲線對比

圖5 紫褐色地層與曉山薩伊組光譜曲線對比

5 結(jié)論

（1）航空高光譜影像的空間分辨率高，宏觀上能夠直觀、高效獲取地質(zhì)體的色調(diào)、形狀等特征，微觀上能夠精細(xì)的識別地質(zhì)體紋理、幾何結(jié)構(gòu)特征，在地層劃分、巖性識別、線性及環(huán)形構(gòu)造解譯上有較好的應(yīng)用效果。

（2）航空高光譜影像的光譜分辨率高，光譜定標(biāo)后的航空高光譜影像能夠較為真實(shí)地反映地物光譜信息，利用不同地層間光譜特征差異，結(jié)合野外調(diào)查驗(yàn)證，對研究區(qū)內(nèi)1∶20萬區(qū)調(diào)成果中3處地層界線進(jìn)行了修正，確認(rèn)了1處地層歸屬的劃分，修正了1處地層歸屬劃分。

通過本文的研究，表明航空高光譜影像的優(yōu)勢，將使其在大比例尺地質(zhì)填圖、精細(xì)礦物識別、蝕變信息提取等遙感地質(zhì)工作中將發(fā)揮重大作用，為地質(zhì)找礦工作提供更精確的遙感信息支持。

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