遥感图像岩性解译方法及其实际应用

《遥感地质学》结课报告—遥感图像岩性解译 及其实际应用 专业:勘查技术与工程 班级学号:1803110124 姓名:张江伟 任课教师:隋志龙 二○一四年五月九日 前言 近年来,一方面,由于空间科学、信息科学、计算机科学、物理学等科学技术的进步与发展,为遥感技术奠定了必要的技术基础,另一方面,由于人类生产活动不断地向深度和广度进军,遥感技术得到较为广泛的应用,因而使得遥感技术获得了飞跃的发展,已经成为发达国家和一些发展中国家十分重视的一项科学技术。 遥感技术应用十分广泛,且对其图像的研究对人类的发展有着重大意义,而本文则着重于叙述遥感图像在岩性解译方面的方法及其在三大类岩石—岩浆岩、沉积岩、变质岩中的一些实际应用。通过对一些图像的具体,来使得读者对遥感图像解译有进一步的认知,从而对以后的学习产生些许帮助。 本文由作者查阅多方资料、询问老师同学且结合自己在遥感技术这方面的自我认知创作而成,其中或许有不足甚至错误之处,还望读者及时告知作者本人且不吝赐教,必当感激不尽。 目录 一、遥感图像岩性解译—————————————--- 1 1. 概述————————————————————— 1 2. 特点————————————————————— 1 3.内容————————————————————— 2 二、遥感图像岩性解译方法及要领————-——-——- 2 1. 主要方法—————————————————- 2 2. 解译要领———————————————— 3 三、遥感图像在三大类岩石岩性解译中的实际应用——— 5 1. 岩浆岩的解译———————————————- 5 2. 沉积岩的解译———————————————-14 3. 变质岩的解译———————————————-20 四、结语————————————————————--22 一、遥感图像岩性解译 1. 概述: 依据遥感资料波谱与空间信息特征判定出露地岩石物性和产出特点。遥感图像真实地显示地面各种岩石的色彩与形态特征,是地质学宏观研究地表岩石分布和地质找矿与地质制图一种新的信息源。由于技术方法本身的局限性、遥感器的灵敏度、自然界环境条件的千变万化、地质构造破坏、植被与土壤的掩盖等外界因素的干扰,造成岩性解译标志的不稳定性。 2.特点: 遥感技术要在区域地质研究,矿产资源勘测,地质图体编制工作中发挥作用,岩性识别是其基础。但岩性解译要比地貌、构造解译难。因为:①卫星遥感每次成像的面积都较大,在一幅185km×185km TM图像范围内,其成像条件如自然地理环境(海拔、地形、气候)、光照条件(阴、阳坡)、含水性,植被与土壤掩盖的程度、地质构造都会有改变,导致岩性解译标志的变化。②需要解译的某一种岩性,常常因为原始的厚度不大或后期构造的破坏,出露面积较小,难以形成能在图像上反映其物性的色调、水系、微地貌、影纹图案等影像特征。③岩性的物质组成,结构构造的横向变化,或后期岩浆活动、蚀变、叠加变质作用,风化作用引起的变化,都会引起解译标志的改变,影像解译效果,因而更应注意解译技巧与要领的应用。 3. 内容: (1)建立岩性解译标志; (2)解译岩石的物性与类型、产出状态; (3)圈定不同岩性的界线; (4)分析各种岩性展布状况、变化及相互关系。 (声明:本文所讲的岩性解译,是泛指岩性与岩类解译。实际上很多情况下解译的是以某种岩石为主的岩性组合的影像特征,其影像特征都是通过某些典型区段或样区研究所得。) 二、遥感图像岩性解译方法及要领 1. 主要方法: (1)用多谱遥感资料识别岩性 用航空或者卫星多波段遥感资料来识别岩性(蚀变岩及含矿地质体的多波段遥感也属广义岩性识别)是用的最多、最成熟的一种技术方法。 (2)利用岩石热惯量识别岩性 热惯量是物体(包括地质体)组织温度变化的热反应的一种量度,单位是卡/厘米2·秒1/2·度。热惯量值大,则地物周日地表温度变化幅度小;反之则温度变化幅度大。 (3)用高光谱分辨力多通道成像波普仪资料来识别岩性 通过地物波谱来识别岩性常常因为植被、土壤的掩盖,岩石风化与人为破坏、或者岩体岩层出露面积较小等种种因素而增加识别难度。提高图像的光谱分辨力和应用更多的成像仪器 是克服上述困难的一种技术选择。即用窄波段、多通道、高光 谱分辨力的遥感器来获取地物波谱。 (4)用图像的影纹和结构来解译岩性 合成孔径雷达(SAR)图像的空间信息非常丰富。空间信息包括结果(纹理)、局部组织及形状三类。影纹(或称影纹图案)是遥感图像上很细小的几何形状。因为不同岩性的抗风化能力 不同,发育其内的节理等构造裂缝的优势方向,长度与密度不 同,微水系(末级支流、冲沟等)的发育特点也不同。因而产 生的影纹图案也不一样。 (5)用多源地学信息资料识别岩性 利用遥感资料来识别岩性最基本的方法仍然是目视解译。 综述:上述五种方法中,以多光谱遥感资料解译岩性比较常用,技术也比较成熟。高光谱分辨力多通道成像波谱仪的应用,实 际上是前者发展,很有发展潜力。方法(3)、(4)则完全处在试验应用的阶段。多源地学信息资料识别岩性,近年来不断取 得进展。 2.解译要领 (1)目视解译是岩性解译的基本方法 正如前述因素造成的影响,即便在同一地区或同一幅图像的范围内,由于局部遥感成像条件发生变化,物性相近的岩层(如砂岩)的地物波谱特征也会有较大差异,出现同物异谱的现象。需要正确应用解译标志和解译技巧,排除各种干扰。解译 要循序渐进,先区分基岩与松散沉积物;再区分三大岩类(水、火、变);再从典型样区出发,进行岩性细分。就是图像增强方法的选择,也应当在目视解译的基础上设定。 (2)航空像片是目视解译的基本资料 航片有很高地面分辨力,黑白航片是基本覆盖全国的一种测绘资料,是进行详细岩性解译和建立区域岩性解译标志的基础影像资料。《地体分析》一书(D.S.Way,1973)详细列出三大岩类,各种主要岩性在湿热和干旱气候条件下的主要解译标志相同岩性与构造,在不同气候条件,其地形地貌与水系特征都有差异,是很有价值的参考指南。岩性、岩性-地层的解译标志主要有:①色调或色彩;②地形地貌;③冲沟和水系的类型与密度;④影纹图案特点;⑤植被发育与利用情况;⑥能直接从图像上观察到的层理、夹层、节理等地质构造现象等项。(3)充分利用对比来提高解译能力 解译要通过相关分析与特征比来进行。对比解译的内容包括:与典型样区对比;与不同类型的遥感图像上同名地物影像特征的对比;叙同类岩性在不同地段的影像特征的对比;与不同岩性的影像特征进行对比。 (4)正确选择岩性解译典型样区 岩性解译应当从易到难,从已知到未知,从较典型地区开始,通过对比解译,选出样区来。选典型样区的目的:①把每一种岩性解译单位的典型影像特征具体的表示出来;②为图像 处理的训练区的挑选作参考;③为需要进行岩性的地物波谱测 试时,测试地点的选择作参考。 (5)充分利用地物波谱资料 通过地物波谱曲线的对比、研究,①来分析各种因素对波谱特征的影像,判别解译区各种岩性可解译程度;②为正确解 译波谱特征提供依据;③同时对比不同岩性的曲线上的吸收谷、反射峰所在的波长与反射强度等特点,供图像处理方案的设计 作参考。 (6)利用多波段、多平台遥感资料识别岩性 充分利用遥感资料“多”的特点来描述岩性特征、区分岩石类型是遥感地质学的一个重要内容。多平台、多波谱、多时 相遥感资料之五、六十年代以前单靠黑白航空像片来作解译, 提供的信息更多,效果更好。 三、遥感图像在三大类岩石岩性解译中的实际应用 1. 岩浆岩的解译 (1)色调特征 反射波谱特性及色调均随岩石化学成分和矿物组合不同而有规律的变化。 岩类花岗岩花岗闪长岩石英闪长岩闪长岩辉长岩纯橄榄岩色率30 ~ 50 15 ~ 30 15 ~ 30 15 ~ 30 10 ~ 15 >10 SiO2 减少 铁 镁角闪石 质辉石增加 矿橄榄石 物 ρ逐渐降低 色调:浅→深图1.1 几种典型岩浆岩岩石的 反射波谱特征曲线 岩性相似的(同类)岩石其反射率和影像色调仍有差别 图1.2 花岗岩成分序列岩石反射率特征曲线 (据中科院空间中心野外测试,1986) ①正长岩;②闪长岩;③白云母花岗岩;④花岗闪长岩;⑤黑云母花岗岩 波长μm 反 射 率 地质体 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 灰白色花岗岩 0.42 0.50 0.48 0.54 0.58 0.60 0.61 浅红色花岗岩 0.25 0.24 0.40 0.45 0.47 0.50 0.56 砖红色花岗岩 0.12 0.18 0.17 0.22 0.27 0.25 0.29 图1.3 A为黑云母二长花岗岩体,显较深色调;B为花岗岩体,呈近圆形、浅色调,岩体轮廓显示清晰。(航空像片·甘肃) 图1.4 A为华力西超基性岩体,呈岩株侵入晚前寒武纪绿泥石英片岩夹大理岩地层(B)中。岩体为团块状、深色调,围岩为白色调。(航空像片·甘肃) 图1.5 A为玄武岩、安山玄武岩,呈醒目的深色调,构成背斜构造的核部。B为灰岩、砂岩,浅色调代表层理的纹形显示清晰。(航空像片·甘肃) 图1.6 小岩体群 A为酸性侵入体,呈岩株产出。岩体形状为圆形、扁圆形或椭圆形,具 均一浅色调、负地形。(卫星像片·湖南) (2)图形特征 ①侵入岩 中小比例尺图像: 大型侵入体(中酸性岩体)—圆、椭圆形或不规则团块状; 中小型侵入体—卵圆形、透镜状、串珠状; 褶皱带、断裂带中侵入体—条块状、透镜状、脉状; 侵入体边界线与围岩—多呈明显的切割关系(侵入接触) 。 大比例尺图像: 侵入体内格状、放射状、同心环状节理系统被后期岩脉充填—尤为清晰。 水系特征: 大中型侵入体内部—树枝状、钳状沟头树枝状水系; 小型侵入体内部—环状、放射状、顺岩体长轴方向; 河流横穿小侵入体—局部有峡谷或曲流。 (卫星像片·湖南) 图1.7 扁圆形花岗岩体 A为印支期二长花岗岩体,扁圆形、浅色调;B为早古生代地层的变质岩。变质沙砾岩、石英砂岩;C为晚古生代地层的碳酸盐类、碎屑岩。三组不同的岩性在像片内特征明显。 (卫星像片·湖南) 图1.8 花岗闪长岩体的弧形硅化带 花岗闪长岩内部,在断裂通过处岩石硅化,破碎岩石及石英脉造成尖山陡坎地形并呈带状或弧形带状分布,形成硅化带(A)硅化呈深色调、细条状。 (航空像片·内蒙) 图1.9 纺锤状岩体(一) A为华力西期黑云母花岗闪长岩体,浅色调,呈长纺锤状。岩体顺层侵入于石炭系下统砂岩、砂质板岩(B)地层中。 (航空像片·新疆) 图1.10 纺锤状岩体(二) 华力西中期花岗岩体为浅色调,纺锤状形。长轴与地层走向一致,顺层侵入于地层中。岩体的北界被断裂所切,界线呈直线状,在岩体内部发育两组不同方向的脉岩,整个岩体在地貌上为残丘或平坦地。 (航空像片·甘肃) 图1.11 闪长岩脉与花岗斑岩脉 A为闪长岩脉,为短粗深色线条;B为花岗斑岩脉,延续性较好。两岩脉皆沿张性裂隙充填。 (航空像片·甘肃) 图1.12 两组闪长岩脉 花岗岩体中,发育有两组不同方向的闪长岩脉。岩脉为深色细条状,互相穿插,地貌上为微突起。 (航空像片·甘肃) 图1.13 辉绿岩脉与花岗岩脉 A为较晚的辉绿岩脉,B为较早的花岗岩脉,前者截穿后者。C为花岗岩体,岩脉呈线状深色调。 ②火山岩 小比例尺图像: 有一定规律排列的点、斑(大同火山群、克什克腾旗) 。 大比例尺图像: 锥状(火山锥)、舌状(熔岩流) 年轻的熔岩—可见绳状流动构造(五大莲池) 可见寄生火山口、破火山口、火山口湖、熔岩被、熔岩穹丘(白头山天池) 古老火山—长期风化剥蚀,可见残留平台、阶坎或放射状火山机构。 图1.14 玄武岩流覆于第四系早期海相沉积物之上,玄武岩色调 暗,中部有密集的深灰色斑点状圆形凹坑。 MSS5 MSS7 图1.15 长白山天池火山口湖 2. 沉积岩的解译 (1)色调特征 基本解译标志—色调、色彩、图形特征 不同种类沉积岩(碎屑)成分、结构、颜色的不同或者同种 类沉积岩物理、化学、自然地理条件的不同就会造成反射波谱特 性差异从而产生不同的色调。所以单按色调鉴别沉积岩的种属和 成分是比较困难的。 图2.1 华北某地震旦亚界几类沉积岩的反射光谱曲线规律: 1.岩石的本色与铁和粘土含量有关; 2.含暗色、杂色碎屑矿物多,含有机质、三价铁、锰的氧化 物高,孔隙和裂隙多,湿度或含水量大→ρ低→色调深,本色浅→ρ高→色调浅。 (2)图形特征 基本地质特征:具有层理 影像特征:条带状、条纹状、条带夹条纹状条带、条纹影像受构造和河流切割影响会发生变化(直线—折线)。 条带、条纹影像的清晰程度:一套沉积地层中岩性差异大—条带、条纹清晰一套沉积地层中岩性差异小—条带、条纹隐晦模糊(差异风化)。大比例尺图像上—条带、条纹图形显示明显;小比例尺图像上—条带、条纹不太明显但仍可看出或由条带缩小为条纹。 图2.2 沉积岩的纹形 砾岩 砾岩在地表上的形态与颗粒大小、胶结物的成分有关。砾岩有单成分砾岩和复成分砾岩,后者在遥感图像上深浅不同。 砾岩在遥感图像上影像粗糙,层理不明显,在强烈切割地区,地形崎岖,分水岭尖,常见陡立岩壁,而上部为浑圆状,有时像碳酸盐岩形成的连座峰林,节理数量少而明显,往往控制沟谷发育,砾岩一般残积物少,坡积物多,植被分布不均,地面水系不发育。 (航空像片·甘肃) 图2.3 赣南地区砾岩地貌 像对上可见砾岩发育有两组垂直节理,将岩层交切呈奇形怪状的块状岩块,类似石灰岩地区,节理控制沟谷方向,植被分布不均,像对上还可见砾岩地形低缓,植被较密,节理不明显。 砂岩 砂岩颜色、粒度、成分、结构和层厚均多变,所以判译标志也不定。主要特点为:层状比较明显而稳定,节理较发育,在潮湿地方节理影像不明显,干旱地区明显,节理对末级水系、冲沟发育控制作用明显。 颗粒大小及成分,对砂岩地貌形态有较大影响,如石英砂岩为尖 棱状陡峻山体,长石石英砂岩为中等陡峭地形,中粗粒砂岩形成较陡地形,粉沙岩则为低缓浑圆地貌。 (航空像片·甘肃) 图2.4 白垩系下统泥岩、长石石英砂岩 K1为泥岩、泥质粉砂岩,岩质松软,形成低矮的丘陵地貌。K2为长石石英砂岩,岩质较坚硬,山脊呈半尖棱状丘陵地貌,J2为灰岩,可见岩溶现象。 页岩 比较容易判译,标志为: (1)地貌呈波状起伏的岗丘状,山脊呈浑圆状或馒头状。 (2)页岩层理薄,表层多风化为残积黏土,呈现平滑和绒面影 像,很少见基岩大面积裸露地表,与砂岩互层时,页岩多呈 洼地,且为耕地。 (3)页岩不透水,因此地表径流发育,常形成稠密的树枝状水系。 (4)页岩色调取决于岩石本色,大多数呈淡色调。 (5)页岩受应力作用主要表现为塑性,因此断层和节理少。 (航空像片·甘肃) 图2.5 湘西地区三叠系砂页岩和灰岩地层 T2为铁质胶结的砂页岩互层,呈浅灰色调,砂岩组成尖棱山脊,沿走向发育的沟谷及低垭口为页岩地貌。T1为灰岩,见有峰丛漏斗等岩溶地貌。 (航空像片·甘肃) 图2.6 A—页岩,色调浅,树枝状水系发育;B—砂岩夹页岩,色调深,侵蚀地貌,山脊明显;C —碳酸盐岩,色调灰白,细纹形及岩溶地貌。 3.变质岩的解译 区域质岩在遥感图像上基本特点: 主要看其原岩特点、变质程度、矿物成分。 一般: 正变质岩波谱特性及色调与岩浆岩相似; 付变质岩波谱特性及色调与沉积岩相似; 正变质岩:①总体轮廓保留岩浆岩图形;②(大比例尺图像可见) 内部由于片理、片麻理或混合岩化作用而产生断续细 纹或肠状细纹;③内部断裂发育会有格状水系。 付变质岩:①图形仍保留沉积岩基本特征—条带、条纹;②在 受到强烈褶皱变动时,条带、条纹会显示出高度塑 性流动的肠状、飘带状影像。 注:变质程度越高,原岩图形特征越模糊单调。 图3.1 片岩(航空像片·甘肃) 像片内出现的岩性为云母石英片岩、角闪石英片岩、大理岩等。片岩显斑点花纹、窄条、深色调,大理岩为浅色调、细条花纹,两者在区内形成褶皱地层。 (航空像片·甘肃) 图3.2 条带状混合岩 A为混合程度较浅的条带状混合岩,在左侧圈闭,组成禁闭褶曲,在像片上呈深色调,内部发育有既简单的树枝状水系。B为斜长角闪岩,浅色调细格花纹清晰。 结语 每次写完一篇文章都有很自豪的感觉,尤其是自己花费了大量时间亲自完成的。但真正收获的不止于此,学到的各种精神就不用说了,太俗套。写这篇文章时本人可是查阅了不少的资料,文库中几千篇论文也没找出几篇适合的,最后又通过图书馆查文献,网上搜索,并且向 同学询问,结合老师上课所讲,最终截稿。 在此过程中,本人对遥感在岩性解译方面的认识着实提高了很多,从不了解遥感在岩性方面的解译到现在的入门,从对遥感无所谓的态度到对遥感的热爱,这对我来说是质的飞跃!现在倒是有些后悔上课没很努力的听讲了,其实遥感挺有意思的,几张图片就能发现好多东西,值得我们去研究。 最后感谢隋志龙老师上课时对我们孜孜不倦的教诲以及课间不厌其烦的辅导,感谢给予我帮助的同学以及在网上发表论文的各位专家,是你们的无私奉献才使得我顺利完成了这篇对我有深远影响的文章。谢谢! 23