遙感技術(shù)在魯西南地區(qū)地?zé)豳Y源勘查的應(yīng)用

侯 珂

（山東省國(guó)土測(cè)繪院，山東濟(jì)南 250000）

0 引言

在煤田地質(zhì)勘探中發(fā)現(xiàn)，據(jù)《地?zé)岬刭|(zhì)勘查規(guī)范》，金鄉(xiāng)縣境內(nèi)部分地區(qū)已符合評(píng)價(jià)熱儲(chǔ)的規(guī)定條件。遙感技術(shù)是地?zé)豳Y源調(diào)查的有效途徑之一，可以發(fā)現(xiàn)常規(guī)野外調(diào)查中不能直接見到的與地?zé)嵝纬擅芮邢嚓P(guān)的隱伏斷裂構(gòu)造，同時(shí)通過遙感影像的熱紅外波段反演地表亮溫初步獲取地?zé)岙惓^(qū)。在此利用遙感影像提取初級(jí)地?zé)岙惓^(qū)，結(jié)合研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，預(yù)測(cè)地?zé)岽嬖诘挠欣麉^(qū)，為研究區(qū)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)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—?jiǎng)恰芑且痪€，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(diǎn)地理坐標(biāo)為：東經(jīng)116°17′17″～116°23′33″，北緯35°00′00″～35°08′10″（圖1）。

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

1.1 構(gòu)造

研究區(qū)在大地構(gòu)造上屬于中朝準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ級(jí)）—魯西中臺(tái)?。á蚣?jí)）—濟(jì)寧—成武斷束（Ⅲ），分別屬于嘉祥凸起、濟(jì)寧凹陷和金鄉(xiāng)魚臺(tái)凹陷，構(gòu)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(nèi)斷裂主控方向?yàn)镹NE-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(jì)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(guān)資料張集巖體形成于燕山晚期，產(chǎn)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(zhì)背景可知，研究區(qū)主要控?zé)針?gòu)造為菏澤斷裂，熱儲(chǔ)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(qiáng)。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?zé)岬刭|(zhì)條件

結(jié)合地質(zhì)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(cè)，工作區(qū)1000m深度巖層的溫度值一般應(yīng)能達(dá)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(cè)，巖層溫度應(yīng)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(chǔ)層。

2 遙感地?zé)岙惓Ｐ畔⑻崛∨c分析

地球表面溫度的產(chǎn)生來自兩個(gè)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(cè)地?zé)釙r(shí)，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(shí)，利用反射光譜圖像探測(cè)到的地表植被在熱異常區(qū)長(zhǎng)勢(shì)差異提取出初級(jí)地?zé)岙惓^(qū)，結(jié)合研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料關(guān)聯(lián)分析，預(yù)測(cè)地?zé)岽嬖诘挠欣麉^(qū)，為研究區(qū)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用提供依據(jù)（許軍強(qiáng)等，2007）。

2.1 熱紅外波段遙感影像

（1）輻射定標(biāo)

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(shí)際的反射或輻射強(qiáng)度，因此，利用ETM的熱紅外波段計(jì)算亮度溫度之前，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)：即通過DN值來計(jì)算輻射強(qiáng)度。

ETM熱紅外波段所接收到的輻射強(qiáng)度與其DN值可以使用公式(1)計(jì)算：

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

（2）亮溫計(jì)算

亮度溫度簡(jiǎn)稱為亮溫，是描述一般地物的“等效”溫度參數(shù)。當(dāng)實(shí)際物體（非黑體）在某一指定波長(zhǎng)下，其輻射亮度同黑體在同一波長(zhǎng)下的輻射亮度相等，則該黑體的溫度稱為實(shí)際物體的亮度溫度。即在一定的波段范圍內(nèi)，一般地物與絕對(duì)黑體相比，具有相等的輻射亮度時(shí)，以此時(shí)絕對(duì)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(jì)算，為方便計(jì)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(yù)設(shè)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(duì)其進(jìn)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(diǎn)存在，可以用3*3均值濾波對(duì)亮溫圖進(jìn)行處理，突出由地?zé)嵋鸬臒岙惓！?/p>

2.2 地?zé)岙惓^(qū)地表植被效應(yīng)遙感影像標(biāo)志

由于植被、農(nóng)作物對(duì)低溫反應(yīng)較敏感：初春時(shí)節(jié)，非地?zé)岙惓^(qū)作物還處在越冬期，地?zé)岙惓^(qū)作物則開始返青拔節(jié)生長(zhǎng)；初冬時(shí)節(jié)，地?zé)岙惓^(qū)的作物仍茂盛生長(zhǎng)時(shí)，而非地?zé)岙惓^(qū)作物已進(jìn)入越冬期。初冬和初春時(shí)節(jié)，由地?zé)嵋鹬参镂锖蚱谧兓?，從而造成地?zé)釁^(qū)內(nèi)外植被（作物）長(zhǎng)勢(shì)的差異，稱為地?zé)岙惓５闹脖恍?yīng)。這種由地?zé)岙惓Ｖ脖恍?yīng)產(chǎn)生的波譜響應(yīng)差異，在初冬、初春季節(jié)的遙感圖像上有明顯反應(yīng)，從而可以用于提取地?zé)岙惓^(qū)（王飛躍等，1997）。

本次研究采用11月初的數(shù)據(jù)，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的生長(zhǎng)規(guī)律已進(jìn)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(jìn)入越冬期。這里用TM437假彩色合成圖像，地?zé)岙惓^(qū)呈品紅、棕紅等以紅色彩為主的色斑、色區(qū)(圖2)。

2.3 構(gòu)造遙感解譯及影象特征

在常規(guī)野外調(diào)查中不能直接見到，而與地?zé)岬男纬擅芮邢嚓P(guān)的隱伏斷裂構(gòu)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(gè)別的或分散的形跡與線性構(gòu)造聯(lián)系起來，從而有助于識(shí)別那些地面工作中不易發(fā)現(xiàn)或遺漏的斷裂構(gòu)造，有效彌補(bǔ)地面地質(zhì)工作中的不足，從而提高地質(zhì)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(jīng)驗(yàn)可知某些斷裂構(gòu)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(dǎo)熱作用，一些地?zé)岙惓^(qū)的形成可能與這些斷裂的導(dǎo)熱作用有密切關(guān)系，同時(shí)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?zé)岙惓Ｐ畔ⅲ蓪⒀芯繀^(qū)內(nèi)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?zé)岙惓０袇^(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?zé)豳Y源遙感異常大致與構(gòu)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(yuǎn)，交通條件相對(duì)一般，熱儲(chǔ)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(duì)較好，熱儲(chǔ)溫度相對(duì)較高，開發(fā)利用條件較好，應(yīng)當(dāng)作為下一步的重點(diǎn)勘探開發(fā)地段。

3 結(jié)論

（1）在利用熱紅外波段提取地?zé)岙惓r(shí)，注意排除太陽輻射能引起的熱異常，不能單獨(dú)的依賴一個(gè)熱紅外波段圈定地?zé)岚袇^(qū)。

（2）應(yīng)用多波段遙感探測(cè)地?zé)岙惓r(shí)，時(shí)相選擇很重要。一般選在初春和初冬時(shí)節(jié)，此時(shí)地?zé)釁^(qū)內(nèi)外植物長(zhǎng)勢(shì)差異較大。

（3）地?zé)岙惓^(qū)的形成和賦存與地質(zhì)構(gòu)造有密切關(guān)系，因此在圈定地?zé)岚袇^(qū)時(shí)要綜合的考慮到形成該處地?zé)岬臉?gòu)造成因。

曹洪松，逯光明，石建，等，2008.濟(jì)寧市城區(qū)遙感地?zé)岙惓＜捌涞責(zé)崽锏刭|(zhì)特征[J].山東國(guó)土資源，24(4)：29-34.

許軍強(qiáng)，邢立新，王明常，等，2007.基于ETM 數(shù)據(jù)的佳木斯市地?zé)犷A(yù)測(cè)研究[J].遙感應(yīng)用，(2)：55-58.

王飛躍，陳強(qiáng)華，1997.應(yīng)用多波段合成圖像圈定地?zé)岙惓５某醪教剿鱗J].國(guó)土資源遙感，(1)：52-58.