浅谈遥感技术在地质解译方面的应用

袁鹏博 张磊 高瑶瑶

1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 陕西 西安 710065；

2.北京和桥互联信息技术有限公司 北京 100122

前言

现代科技革命深刻地改变了遥感地质解译技术，从多方面促进了地质学的发展。它不仅促进了传统工具和遥感实物工具的转化，而且体现了多学科技术的相互依存和相互促进。遥感技术具有宏观、综合、多尺度、多层次的特点，已成为地质研究和地质勘查的主要技术手段。它将在地质勘查、地质环境调查与评价、地质灾害监测和基础地质研究等方面发挥重要作用。

1 介绍遥感技术和地质解译的相关概念

1.1 遥感技术

遥感顾名思义就是遥远的感知，是一种综合性的探测技术。遥感是利用遥感设备从空中通过探测电磁波谱相互作用特征来识别地质特征参数。通过对这些信息的处理和解译，达到识别的目的。遥感技术的发展极大地拓宽了人类的视野和观察能力。目前，遥感技术中常用的电磁波有可见光、红外、微波等。遥感分为主动遥感和被动遥感。主动遥感，如机载侧视雷达，探测和反射人工辐射，并基于传感器测量无线电波。被动遥感，如摄影、视频和红外扫描等[1]。

1.2 地质遥感

遥感技术在地质工作中的广泛应用，使其成为当前地质勘查工作不可缺少的手段，彻底改变了地质勘查工作，形成了遥感地质学的一门新学科。遥感地质学的研究内容包括各种地质体的电磁辐射特征及其测试、分析和应用。从遥感数据中提取地质信息的原理和方法，通过效果评价遥感技术在各个地质领域的应用。研究目的是有效识别地质特征和运动状态，并在此基础上为地质构造研究、矿产资源勘查、区域地质调查、环境与灾害地质监测提供服务。

1.3 遥感解译

遥感解译是从遥感图像中识别和提取图像，赋予其特定属性和内涵，并测量其特征参数的过程。地质解译有两种方法，一是以数字遥感影像为信息源，以专业软件为解译平台，利用遥感解译符号，识别圈定地质体、岩性构造、接触关系等地质现象。二是以遥感影像为背景，叠加局部地质层，对典型地质体的影像特征进行对比、校正和解译。遥感地质解译的实质是对地质的认识，尤其是对地质构造和矿床的认识，体现在对遥感影像的地质观测解译上。

2 我国遥感地质解译的发展

遥感地质解译是遥感技术在地质学中的具体应用。我国遥感影像地质解译的发展与遥感技术的发展相似。20世纪50年代初，主要利用航空摄影做地形测绘和地质解译实验。20世纪60年代，我国地质解译技术没有明显进步。但到20世纪70年代末，遥感地质等方面的技术装备在我国的技术水平及技术实力上有了很大的发展。地质解译用的图片从黑白航空摄影图片发展为可见光遥感、黑白和彩色红外遥感。主要解译工具为立体镜、放大镜，解译结果基本是人工手绘制图。到20世纪八九十年代，随着航天技术的发展、传感器的改进和计算机软硬件技术的发展，遥感地质解译技术也得到了快速发展[2]。

3 遥感地质解译方法与原则

3.1 遥感地质解译方法

①目视解译。目视解译，其解译工具相对落后，主要采用放大镜、立体镜等，解译结果主要是纸质图纸。目视解译获得的数据较少，主要强调定性描述。主观因素在解译中的影响较大，容易造成误判。同时信息利用有限，定量描述不能完全实现，难以适应量化的实际情况。并且地质信息提取、更新、编辑速度慢，在实际工作中效率低。但随着时间的推移，“目视解译”仍然是遥感技术应用中不可替代的一部分，与其他地质解译方法相辅相成。②人机交互解译方法。随着计算机、图像处理软件和数据库管理技术的发展，人们对遥感解译技术的认识发生了根本性的变化。人机交互解译克服了目视解译中遥感图纸不能以图片形式放大或缩小的问题。而计算机可以将图像放大到合适的大小，准确地校正边界，提高解译精度。还可以实现数字化操作，随时增强模糊区域，并对图像进行解译和编辑。实验结果也验证了该方法的有效性，实现了数字图像解译。③计算机智能解译。计算机智能解译是模式识别技术的一个具体应用。遥感技术、人工智能、人工神经网络及相关理论和技术的发展，体现了多学科的综合集成。计算机智能解译是将遥感信息和空间信息转化为地质资源信息，将新技术、新方法转化为地质科学可持续发展的决策信息，最终转化为地质生产力的关键技术。

3.2 遥感地质解译原则

通过掌握地质条件或建立解译标志区（点）来解译地质构造的垂直走向。通过解译，掌握研究区的地质层顺序及其变化规律。了解研究区的基本地质条件，然后沿构造向两侧延伸，完成全区遥感解译。延伸解译应遵循以下原则：①由新到旧。地质体越新，受地质作用影响越小，影像标志越明显，不同地质单元的界线越清晰。这不仅体现了由新到旧的原则，而且有助于建立和理顺地质体的时空关系。②由易到难。从地质构造简单、地层出露完整、遥感影像地质信息丰富清晰的地区入手，逐步对解译难度较大的地区进行解译。③由表及里。即解译裸露区的岩石地质现象，再解译覆盖区的岩石地质现象。通过不同的图像处理方法可以提取或增强隐藏的地质信息。

4 遥感地质解译的一般要求

遥感解译应始终坚持实事求是的原则。在运用专业原理和方法进行遥感解译后，需要利用其他信息和多学科知识进行充分验证，最终以客观事实评价解译的有效性和效率。以下从线、环、带、色、块的解译要求出发，进行阐述。

4.1 线要素

①线要素的地质含义。线要素在遥感解译中的地质意义主要体现在断裂构造、脆韧性变形构造、逆冲推覆构造、褶皱轴和线性构造蚀变带等基本的线性信息上。②线要素的规模及分类。根据遥感地质解译，与地质有关的构造可分为断裂构造、脆韧性变形构造和逆冲推覆构造三种类型。主要由大型断裂构造及板块缝合带、深部断裂带、中型地质构造断裂和大面积断裂带组成[3]。

4.2 带要素

①带要素的地质意义。赋矿地层是遥感地质信息的主要带要素。由于赋矿存在于不同板块、不同地质构造单元的不同含矿地层中，因此带要素的遥感解译存在差异。②带要素解译方法流程。在带要素解译中，首先要确定位置信息。不同地区含矿地层差异较大。在已知含矿地层信息或野外调查的基础上，确定地层富元素组合规律，进行遥感带要素解译。

4.3 环要素

（1）与地质成矿相关的环要素。主要包括五类环要素，分别是：①因小岩株形成的环要素；②因花岗岩侵入体形成的环要素；③由火山机构或火山作用形成的环要素；④因围岩蚀变形成的封闭状环形影像；⑤与构造活动相关的环形影像。

（2）环要素解译要求。在遥感地质解译过程中，环要素的确定要有充分的地质基础。对于面积小但地质意义明显的环要素，应予以强调或夸大。对于地质意义不明确，不宜绘制图像的应不作标绘。此外，还需要观察和描述环要素的形状和大小、成因类型等。

4.4 色要素

（1）目视解译色要素成因分类。遥感地质解译中的色要素是指遥感目视解译中与周围环境不同的颜色异常。与矿石有关的色要素主要由围岩蚀变、同化混染、物质置换和矿化作用组成。

（2）色要素的类型。遥感地质解译中存在几种色调异常，分别是：①花岗岩岩体周围的暗色色调往往是围岩角岩化类蚀变所致，色调范围它基本上为岩体角岩化蚀变范围；②花岗岩岩体周围的浅蓝色色调基本代表青盘岩类蚀变的范围；③花岗岩岩体外围浅黄色色调基本上暗示了岩体边缘黄铁矿化的蚀变范围[4]。

4.5 块要素

（1）块要素属性描述。块要素属性的描述应包括：①块要素的形态，块要素一般形态各异，基本可以出现任何几何形态的类型。②块要素的成因，其中常见的成因为构造透镜体和花岗岩侵入体等。③块要素的力学性质，一般除挤压扁豆体和透镜体外，旋钮状构造也是较为常见的。

（2）块要素的解译成图要求。通常，块要素应该在地图上用彩色的闭合线表示。但对于一些重要，但面积较大的区域，只能画一些具有找矿意义的点，如角点或特征边。如果可能的话，应在地图上画出同一级别的块体要素。对于花岗岩周围接触带引起的块体要素，除蚀变部分外，还应指出成因。由多个断层切割引起的块体单元可以用实际断层代替。

5 遥感技术在地质解译中的应用

5.1 岩性识别

①沉积岩影像特征及识别。由于沉积岩的耐蚀性和形状不同，往往形成不同的地貌特征。硬沉积岩，如石英和砂岩，通常形成正地貌，而软泥岩和页岩通常形成负地貌。水平硬沉积岩常形成方山地形、台地地形或长垣地形。在遥感影像中，碎屑岩普遍表现出明显的地带性空间特征，边界清晰。砂岩平坦，厚度稳定，具有条带状特征，一般形成平缓的山脊地形。黏土岩和粉质页岩，反射率一般较低，遥感影像色调较暗，颜色不均匀，层理不明显。②岩浆岩影像特征及其识别。遥感影像中岩浆岩和沉积岩的形态结构存在明显差异。在岩浆岩的解译中，有必要区分酸性、中性和碱性岩石。酸性岩浆以花岗岩为代表，花岗岩在图像上是浅色的，所以很容易识别周围的岩石。它的平面形状通常是圆形、椭圆形和多边形。基岩颜色最深，易侵入岩石，易风化侵蚀成不良地形。喷出基性玄武岩相对坚硬，经侵蚀形成方山和台地。③变质岩识别。岩浆岩中的正变质岩和沉积岩中的负变质岩都保留了原岩的特征。因此，遥感图像与原始岩石相似。经过变质后，图像特征会变得更加复杂。

5.2 地质构造识别

遥感对于地质构造的识别具有特殊的意义。在实地调查中，测点不宜太近，看不清全貌。然而，从几百米、几千米、几百公里的遥感影像中获取信息，有利于把握区域结构的总体特征。特别是在岩石出露条件较好的情况下，从高分辨率遥感影像中测量产状因子显得尤为重要，特别是在难以到达的地区。随着遥感图像处理技术的广泛应用，遥感信息提取成为研究热点。遥感在构造地质学中的应用是地球科学遥感研究的一个成功领域。从遥感图像中提取线性结构和环状结构信息是遥感结构信息提取的主要内容[5]。

6 现代科技发展对遥感解译技术的促进

6.1 为解译的发展提供强大动力

现代科学技术革命是解译技术发展的巨大动力。从地面观察到空间观察，将纸质地图转换成数据，由计算机进行存储、管理和分析，以描述地质现象。从平面发展到利用三维技术再现，充分体现了理性工具在科学技术发展中的重要作用。实体工具的变革是基础学科发展的结果。随着实体工具的不断创新和应用，科学知识的生产力将不断提高，科学知识的生产方式也将逐步进化。

6.2 促进了数学描述和定量方法的广泛应用

这说明在现代科学技术革命中，人类对自然的认识已经从定性阶段转向定量阶段。统计学的发展，加上大规模计算和模拟技术的应用，加深了人们对复杂地质学系统的认识，促进了认识从定性到定量的转变。

6.3 现代科学技术改变了传统的工作方式

现代科技革命改变了人们传统的工作方式，改变了科学、技术、生产相分离的状态。科学技术的进步用于生产实践，并将促进人类社会各方面的迅速发展，提高工作效率，改变了人类的生活方式。遥感技术应用于地质，改变了人们的传统的工作方式，提高了工作效率，大大节省了人力、物力、财力。

7 结束语

遥感技术是当今世界上发展迅速的高新技术产业，是构筑“数字地球”强大的核心技术，在许多领域得到了广泛的应用，已成为自然资源调查和地质科学研究的全新技术方法。目前，遥感数字图像处理技术越来越受到地质学家的重视。随着科学技术的飞速发展，高分辨率、高定位精度的遥感数据将为农业、林业、水利、生态环境、土地利用变化监测、智慧城市和国防科技的发展提供强大的动力。