A. 遥感研究急需解决的问题。
一、遥感的发展
遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测综合技术，是应用某种探测仪器，不直接接触探测目标，从远处感测并记录目标的特征信息，经过传输、处理、提取人们感兴趣的信息并分析、揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
1、
在我国目前的发展现状目前，我国已经独立发展了气象卫星系列、
海洋卫星系列、资源卫星系列和环境与灾害监测预报小卫星星座系统。在我国人口众多、幅员辽阔、可持续发展问题突出的的形势下，高分辨率对地观测信息的广泛应用在解决资源问题、生态环境、地质灾害等众多领域的问题方面已经显示出明显的效果。随着国家各个遥感应用部门形成了高分辨率对地观测卫星数据的应用能力，在各个领域也取得了显着的国民经济效益。
同时，在遥感研究机构方面，国务院许多部委都设立了遥感机构；十几所高校成立了遥感学科或研究室；各省土地局、气象局、环保局等都开展了应用研究；中科院也在基础理论、应用理论方面设有专门的研究机构。同时，各专业学会、国家科委也定期、不定期地召开学术会议探讨学术方面的重要问题。
2、
遥感的应用范围遥感的应用范围十分广泛，涉及到了我们生活中的方方面面，主要包括土地规划方面、环境保护方面、农林方面、地质矿产方面、水体方面的应用等。
遥感在农林方面的应用有作物估产与精细农业、农作物长势监测、森林资源的调查与监测、森林覆盖率调查等。如美国曾利用遥感图像对世界小麦产量做过估算，准确率达90％。遥感在农林业的应用给国家带来了显着收益。
遥感在地质矿产方面的应用以通过遥感图像的研究，确定地区的地质构造和岩石性质，分析构造的运动为任务，服务于工程地质勘探、水文地质勘探和矿产资源调查。在工程勘探与测绘、灾害监测、矿产资源调查与矿区环境监测应用中取得了成果。在我国汶川的5．12地震中，遥感在分析了解震后地质状况、预测余震和救援中都起了巨大的作用。由于遥感可以宏观把握地区性地质灾害分布，形成规模的定量认识，因此在国内外地质灾害中得到了广泛的应用。
遥感在水体方面的应用主要是对水资源与水污染的遥感调查与评价，通过对遥感图像的分析，可以得到水深、水温和水污染等信息。
除此之外，遥感在军事侦察、气象分析等方面也起着举足轻重
的作用。更多方面的应用不一一例举。
二、未来的发展趋势1、“3S”
技术集成化信息技术和传感器技术的飞速发展带来了遥感数据源的极大丰富，每天都有海量的遥感信息，从各种传感器上接收下来。但光有这些遥感信息是不够的，作为信息的提供者，遥感必须与全球定位系统和地理信息系统集成才能得以应用。GPS（全球定位系统），RS（遥感），GIG（地理信息系统）的集成被称为＂3S＂系统，在其中遥感仅用于实时或准实时的提供目标及其环境的语义和非语义信息，发现地球表面的各种变化，及时的对GIS的空间数据进行更新。因此，遥感将与全球定位系统和地理信息系统更紧的结合，将在各领域发挥更大作用。
2、
动态化遥感已经从对地球资源的静态研究分析过渡到了动态过程监测。目前，遥感的动态化主要基于遥感图像的动态监测，包括土地利用、城市、生态环境的动态监测。利用卫星遥感资料进行动态监测可以克服传统方法的缺点，具有客观性、准确性、实时性和高效性等优点，可以节省大量的人力和物力。并且有从动态监测向预测、预报过渡的趋势。
3、
智能化与自动化传感器不仅可以按设定的方式进行扫描，而且可以根据具体要求由地面进行控制编程，使用户可以获得多角度，高时间密度的数据。影像识别和影像知识挖掘的智能化同时遥感数据处理自动化和制图自动化将是遥感发展的必然趋势。
4、
实用化与商业化实用化的体现是随着遥感技术的飞速发展，遥感将投入国民经济各部门进行使用。这样必然会使遥感信息用户范围扩大，因此，除了公益应用型的用户外还存在商业应用型的用户，并且商业应用型用户会随遥感技术的进步不断增长。可以理解为实用化会增加遥感信息的商业价值而吸引更多商业公司的投资，促使遥感向商业化的方向发展。
5、
应用领域广泛化和研究资金的多元化随着应用商业化的不断发展，经济效益明显体现，使遥感已从单纯科研项目转变为蕴涵巨大经济效益的产业（仅汽车导航仪一项就具有上千亿的规模），使得科研资金除国家外又有了大量企业资金、风险资金投入，而商业资金的逐利性必然使得应用研究领域更加广泛，更加深入，整个行业进入良性循环。
三、目前我国遥感应用中存在的几个主要问题
对遥感应用知识的社会普及不足虽然遥感技术研究在我国已开展了几十年，但前期大部分时间是在各科研单位闭门研究，没有真正进人实际应用，因此对此技术知者甚少。这种现象不仅出现在一般老百姓中，就是很多政府部门和政府官员也是如此，遥感技术在全社会的应用就必然大打折扣。因此，应加强遥感技术应用的宣传（5・12地震救灾中遥感技术应用
B. 遥感地学分析方法简介
遥感器能获取到的只是成像瞬间,成像地区地表的自然与社会环境的二维(平面)的综合信息。这些信息中,只有一部分对地质解译有用。对地质解译有用、无用的信息相互联系又相互干扰。如上文所述地表坡残积物和植被与当地母岩有联系,可以据此来分析母岩性质;同时坡残积物和植被又掩盖基岩,干扰了对岩性信息的识别。因而所有解译(不仅仅指地质解译)都存在不确定性与多解性。为提高地质解译的质量,解译人员的地学知识与工作经验,正确遵从一些解译原则,合理地运用遥感地学分析的方法就是非常重要的了。
地质解译的原则:①从已知到未知,②先易后难,先从标志最清楚地段到较模糊地段,③先整体后局部,④先目视预解译到其他方法,④先从构造解译入手,⑤图像解译与野外调查相结合。
《遥感地学分析》(陈述彭,1990)一书,概括了遥感地学分析的主要方法。
(一)遥感资料的相关分析法
在一定区域内各种景观要素间是相互依存,相互制约的。往往是一事物的存在反映其它事物的存在;一种现象可指示另一种现象的存在。地质解译时,可以根据地质规律的认识,用相关分析法进行解译。如第九章引用美国内华达州金场地区寻找多金属矿的例子。就是通过地质研究,确定该区矿化主要与内生作用的热液蚀变有关,而热液蚀变岩石又与未蚀变的岩石地物反射波谱不同,利用比值法等图像增强处理,来识别区域蚀变,从而用它来作为找多金属矿的重要标志。
(二)交叉分析法
遥感地学研究为了取长补短,常常需要多种技术方法交叉使用。如光学图像处理,目视解译,计算机数字图像增强等交叉进行。在建立区域典型的岩性-地层解译标志时,也需要预解译,野外验证,再解译,反复补充修改,使建立的解译标志更有代表性,用它来指导解译。在利用数字图像增强处理时,也是经过预处理,野外地物波谱测试分析,验证,再修改增强处理方案,从中选定最有效的处理方法。
(三)环境本底法
所谓本底,就是某种地学信息的区域正常特征或正常背景值。如区域地球化学中某种元素的背景值。如某种岩性(如花岗岩)的平均反射波谱值等等。这些通过归纳总结,实测,统计分析得来的正常特征和正常背景值就是正常值。只有在这个基础上,才能区分出异常来。有了地貌异常,色彩异常,波谱异常和某些成矿元素的异常,才能指导各种地质分析和研究。所以环境本底的建立非常重要,也要非常慎重。
(四)信息复合法
信息复合是指同一区域内遥感信息之间,或遥感与非遥感(如地质)信息之间的复合。复合时通过资料的空间配准与内容复合,产生一组新的空间信息或一组新的合成图像。目的是为了突出有用的地质信息,减免和抑制无用信息,改善图像质量,提高解译和研究的能力。详见第十一章。
(五)历史对比法
历史对比是利用遥感图像资料的时间信息,把不同时间的同一地区或同名地物,进行多时间的对比,作动态分析。如对黄河、长江口三角洲的发育特点的分析,对陕北黄土高原水土侵蚀的分析,对某城市的发展动态分析,对洪水灾害(如1992年对太湖地区洪水的SAR图像对比分析)等。从历史对比中归纳总结出其发展动态与规律,指导划规与治理工作。
(六)系列制图法
用它来表示研究地区的地学分析各种成果。这也是地质工作中非常常用的方法。如区域地质调查,区域成矿研究,地史古地理分析都常用的方法。系列制图有三个基本条件:①必须以同一遥感信息源为制图的基础,②有统一的制图规范与分类原则,③按一定逻辑顺序依次派生出各种专题图件来。如构造解译时,用增强处理的遥感图像,编制出同一地区的线性构造、环状构造等解译图件来。然后再派生出不同走向方法的线性构造图及线性构造等密度图,线性构造交(叉)点等密度图来。第十二章介绍的山西太原幅农业自然条件与自然资源系列图就是一个例子。
(七)地理信息系统
它是管理空间数据的计算机系统,是最近十年来遥感工作发展很快的一种技术方法。地理信息系统为地学遥感提供辅助信息,有助地质遥感数据分类和应用,提高地质分析的质量与速度。在第十三章作专门介绍。
(八)其它地质学分析方法
地质解译时还会用到地质学的一些基本分析方法。如根据交切关系来判定断裂、岩脉、矿脉的新老关系,用构造地质学知识来判明遥感图像上断裂的两盘相对运动等。在此不一一介绍。
C. 遥感技术在城市规划中的应用的研究现状和研究方法
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D. 遥感变化信息检测的主要方法
本节所研究的主要是基于像元级的遥感变化信息检测方法。当今国内外常用的遥感变化信息检测方法主要有分类后比较法、代数运算法、光谱特征变异法、主成分分析法等。
( 一) 光谱特征变异法
光谱特征变异法是使用最为广泛的一种遥感变化信息检测方法，其原理是将两时相遥感影像的相关波段进行融合、组合，如果地物类型发生了变化，该区域的光谱就会发生变异或突变，与周围地物失去协调性，使得能通过肉眼识别出来。该方法容易受到研究区域地物光谱特征的影响，可能会丢失细小的变化图斑，但是在一般情况下总体效果良好 ( 冯德俊，2004) 。
图 4 －8 HIS 融合法结果
把研究区震前 IKONOS 的全色波段影像和震后QuickBird 的多光谱影像运用光谱特征变异法中的 HIS进行了融合，结果见图 4 －8。从图中可以看出，没有发生变化的区域光谱特征和分辨率都得到了加强 ( 空间分辨率变为 1m) ，其中水体、河流为蓝色，山地为褐色，植被信息为绿色，白色区域明显与四周的地物和背景信息光谱不协调，这就是发生变化的区域。
( 二) 主成分分析法
主成分分析法在遥感变化信息检测中使用很多，一般能够取得很好的检测效果，它能够在一定程度上消除影像内部各波段间的相关性，提高变化信息检测的效率和精度。
图 4 － 9 为 IKONOS 融合后影像与 QuickBird 融合后影像求差并取绝对值后进行主成分变换的第一个主成分图像。由主成分变换的特性知道，变换结果的第一分量集中了影像绝大部分的变化信息，而其他分量则主要反映了波段之间的差异性。第一分量就代表着变化信息。图 4 －9 中白色区域为发生变化的区域。
基于主成分分析的遥感变化信息检测方法仍然存在着一些缺陷: ① 由于主成分变换所得到的各个分量往往失去了原有的物理意义，所以还需要参考其他数据来分析地物类型变化与否及其因果关系。② 主成分分析 ( PCA) 是基于二阶统计的方法，只有在信号的统计分布满足高斯分布的条件下，才能完全消除信号间的相关性，而对于非高斯信号则只能去除信号间的二阶相关性 ( 钟家强、王润生，2006) 。在多时相遥感影像中，各种地类的光谱特性几乎都不能满足高斯分布，因此经过主成分变换后的各成分图像间仍然存在高阶相关性，而这些相关信息会直接影响到变化信息的检测和提取。由于这个原因，在做主成分分析时，常常导致把这些高阶相关信息转变为噪声，如图 4 －9 所示，白色的 “斑点”遍布整个分量影像，又和变化信息掺杂在一起 ( 变化的区域也为高亮的白色) ，这使得在提取真正变化信息的时候遇到困难，如何有效地消除多时相图像间的高阶相关信息，避免这些 “伪变化”的噪声，对于变化信息的检测和提取具有非常重要的意义。
E. 测绘科学的研究方法是什么
传统的测绘学以地球和地球表面上的实体为研究对象，是研究对实体进行测量和描绘的科学。测绘学包括了测量和描绘两个方面。测量就是利用测量仪器测定物体的形状、大小和空间位置。描绘就是将测定的物体用地图的方式表达出来。现代测绘学研究范围已扩大到外层空间，是研究与地理空间分布有关的信息的采集、处理、管理、表达和利用的科学与技术。
F. 基于遥感影像土地利用分类方法研究
土地利用分类是区分土地利用空间地域组成单元的过程。由于地块所处的自然地理位置不同，受自然条件和社会经济条件的影响，导致土地用途、利用方式、经营特点等各方面的差异。为实现土地资源科学化管理，从土地利用现状出发，根据土地利用的地域分异规律、土地用途、土地利用方式等，将一个国家和地区的土地利用情况，按照一定的层次等级体系划分为若干不同的土地利用类别。
6.1.1 国内外土地利用分类方法历史沿革
国外土地分类至今约有半个多世纪的历史，到 20 世纪 60 年代和 70 年代就出现了各种土地分类系统。国外土地分类多数以土地利用现状作为分类的依据，具体到各国又有差异。如，美国主要以土地功能作为分类的主要依据；英国和德国以土地覆盖（是否开发用于建设用地）作为分类依据；俄罗斯、乌克兰和日本以土地用途作为分类的主要依据；印度则以土地覆盖情况（自然属性）作为划分地类的依据。
国内的土地分类研究起步相对较晚，主要是在改革开放以后。国内土地分类依据与国外基本相同，也是以土地利用现状作为分类依据，如土地利用现状调查（简称土地详查）采用以土地用途、经营特点、利用方式和覆盖特征为分类依据，城镇地籍调查采用以土地用途为分类依据等。
为了满足土地用途管理的需要，国土资源部先后制定了《土地利用现状分类及含义》（1984），《城镇土地分类及含义》（1989），城乡统一的《全国土地分类》（2001）。《全国土地分类》包括《全国土地分类》（试行）和《全国土地分类》（过渡期间适用），第二次土地调查国家发布了《土地利用现状分类》（2007）国家标准等，为全国土地分类提供了标准和依据。
6.1.2 基于遥感影像土地利用分类原则
面向国土资源行业遥感数据的规模化、高效率应用，达到快速规模化获取土地利用信息，实现高精度、高效获取土地利用变化信息，迅速建立满足国家和省级土地资源业务管理需要的国家级、省级土地利用现势信息源需求，在研究分析前期实行的土地利用分类方法的基础上，提出了基于遥感影像的土地利用分类，在项目区予以应用并得到预期良好效果。
基于遥感影像的土地利用分类，是依据遥感影像的色彩、纹理等影像光谱特征、分布特征和地物光谱的可分性，结合土地的自然属性、覆盖特征以及土地用途等因素，从满足基于遥感影像快速获取土地利用信息的需要进行分类。
分类原则：
（1）具有可操作性。要求土地利用分类体系要简便易用、层次分明，要具有适宜遥感影像特点，通过遥感影像所反映色彩、纹理等影像光谱特征以及分布特征，在遥感影像上能够明显区分不同地类类型，适用于人机交互并基本满足计算机自动分类提取土地利用信息。
（2）具有统一性。要与国家土地利用分类体系框架保持一致。
（3）具有兼容性。既能向上归并到国家土地分类标准体系中的某一类型，还可根据管理和应用需要进行续分 , 可实现不同分类标准之间的相同地类进行地类代码转换，与以往的以及现在适用的土地分类进行有效衔接。
（4）具有通用性。即具有时间和空间上的通用性，不同的作业者用不同季节的影像应该能达到精度范围内的同样效果。
为了科学合理利用和管理土地资源，采用遥感影像数据获取土地利用信息，快速掌握土地利用变化情况，根据我省土地利用管理业务实际需要，建立更适合土地利用精确调查和我省遥感监测业务调整与扩展的基于遥感信息土地利用分类标准具有重要的现实意义。
6.1.3 严格管理土地需要快速、规模化获取土地利用变化信息
近年来，随着社会经济的发展，遥感技术也随之得到了快速发展，遥感技术在土地资源的管理中得到了广泛应用。但随着人、地矛盾的日益加大，如何科学、合理地利用土地资源，如何监督新增建设用地及其占用耕地情况和土地规划、土地利用计划执行情况，及时发现和查处土地违法、违规行为，检查土地严格管理和土地调控措施的落实与效果，利用遥感技术快速规模化获取土地利用变化情况成为当今土地资源管理的有效手段。
在土地资源管理中，近几年国家和省不断加大土地执法监察力度，每年都要对耕地和新增建设用地变化情况进行遥感动态监测，利用前、后时相遥感影像（DOM）进行比对，或利用已有土地利用数据库与后时相遥感影像进行比对，发现和提取土地利用变化信息，通过外业核查、后处理和数据汇总，快速获取和宏观分析土地利用、变化的总体情况，及时发现和查处土地违法、违规行为，为土地执法监察提供了有力的技术依据。
6.1.4 原有土地利用分类不适宜快速提取土地利用信息
1984～2007 年间，我国普遍采用的是《土地利用现状分类及含义》（1984）标准、《全国土地分类》（试行）标准和《全国土地分类》（过渡期间适用）标准，采用以上分类标准对于快速提取土地利用分类信息和动态遥感监测存在一些问题和缺陷。
首先，分类过细。《土地利用现状分类及含义》（1984）分为 8 个一级地类，46 个二级地类，河南省根据地方实际在全国土地分类基础上又续分了 12 个三级地类；《全国土地分类》（试行）分为 3 个一级地类，15 个二级地类，71 个三级地类；《全国土地分类》（过渡期间适用）分为 3 个一级地类，10 个二级地类、52 个三级地类。以上分类标准都具有类别繁多、过于细化的特点，无法满足国家和省快速提取和掌握土地利用变化信息的需求。
其次，部分地类在遥感影像上无法区分，如：耕地中水浇地与旱地，园地与林地，独立工矿与特殊用地等，影像纹理、色彩特征极为相近，难以区分。
再次，部分地类与遥感影像无法衔接，如商服用地、工矿仓储用地、公共建筑用地等信息，从遥感影像上无法直接获取。
6.1.5 区域土地利用类型的特殊性
黄河滩地，是指在黄河大堤之间河床滚动所淤积而成的滩地。横穿河南省中北部的黄河属河南省的特有特征，即地上悬河、河床宽度大、非洪水期过水面积小、大堤内近 90% 的滩涂分别由黄河两岸农民在耕作。但是由于黄河河床经常变动等原因，黄河滩地的面积和方位不断发生变化，可种植面积也不稳定。许多滩地至今仍权属不明，经常引发滩地耕种纠纷。另外在黄河滩地种植农作物具有一定的风险性，种植的作物一旦遇到河水上涨被水淹没会造成收成大减甚至颗粒无收。
公路林带，在河南省辖区内，高速公路、国道、省道、干线铁路等主要交通用地两侧均栽种了宽度 30～50 m 不等的速生树种，在地类统计时，国土资源管理部门是按耕地计算，而林业部门则按照林地计算，为准确获取林带数据有必要单独统计，以解决在统计上口径不一、数出多门的问题。
6.1.6 遥感影像上光谱信息，纹理、色彩等特征相近的土地类型
高分辨率卫星遥感影像光谱信息丰富、色彩鲜艳，接近于自然地物的真实色彩。通过遥感影像所反映的纹理、颜色等影像特征和分布特征，大部分土地利用类型在影像上能够明显区分。但是按照全国土地分类，有些地类在影像上呈现相近或相同特征，对于室内判读难以分辨。
（1）水浇地与旱地（图 6-1、图 6-2）。
图 6-1 水浇地（113）
图 6-2 旱地（114）
（2）园地与林地（图 6-3、图 6-4）。
图 6-3 果园（121）
图 6-4 有林地（131）
（3）独立工矿与特殊用地（图 6-5、图 6-6）。
图 6-5 独立工矿（204）
图 6-6 特殊用地（206）
土地利用分类体系还要充分考虑未来遥感技术发展，适用于遥感自动化提取信息的需要，影像特征相近的土地利用类型无法利用自动分类技术进行区分。
G. 国内外遥感研究现状
地下煤层自燃遥感探测，大致经历了热红外遥感探测、基于GIS的遥感探测和现在的多平台、多传感器综合探测等三个主要阶段。
（一）国外遥感探测研究现状
1963年5月，HRB-Singer公司在美国宾夕法尼亚州的斯克兰顿用热感相机RECONOFAX红外侦察系统，进行探测和定位煤矸石煤火的可行性试验，这是科技人员首次利用热红外遥感技术研究和探测煤火。
20世纪80年代以来，由于煤层自燃引起的环境破坏问题突出，美国开始应用陆地卫星数据调查研究煤层自燃与煤矿环境；进入90年代，印度开始了应用遥感技术调查煤层自燃，帮助解决煤矿灭火和安全生产等问题。同时针对煤火的时空变化特点，相关研究人员（Anderson，1980；Chandra，1983；Mukherjee，1991；Mansor，1994；Saraf＆Prakash，1995；Genderen，1996；Prakash，1997，1999，2001）对地面亚像元温度信息提取、地表参数和热通量问题、地表温度异常与地面发射率的影响、煤自燃倾向性估计、卫星遥感地表热通量计算模型和点源燃烧体正演模型、地表高温异常局部双窗滑动方法、热红外遥感数据估计埋藏的热源深度等问题进行了研究，促进了煤火遥感信息的提取研究。
随着高分辨率遥感卫星的相继发射升空，能提供用于煤火探测的遥感数据也越来越多，其推动当今这个领域的研究迅速进入到一个多平台、多传感器综合探测阶段。
（二）国内遥感探测研究现状
我国遥感技术应用于煤火调查具有代表性的工作主要体现在以下三个阶段：
（1）1987年，原地质矿产部遥感中心在宁夏汝箕沟矿区开展的航空遥感调查煤层自燃工作，较系统地研究了煤层自燃机理，提出了灭火方法。
（2）20世纪80年代后期，煤炭地质总局航测遥感局（1988，1989）、北京市遥感公司（1999）等有关单位相继利用卫星遥感、航空热红外遥感及地面红外测温等手段开展了中国北方地区煤火调查和火区环境灾害动态监测工作，初步圈出了我国在北纬35°以北地区正在燃烧的火区56个，主要分布在新疆、宁夏、内蒙古、甘肃、青海、陕西、山西等7省区。以GIS为工具，集成煤火探测、环境影响评估、防灭火工程中所需要的专用工具，初步开发出适用于煤田火区监测与治理的信息管理与分析支持系统。
（3）随着高空间、高光谱遥感新型传感器（如SPOT、IRS、ASTER、IKONOS、QuickBird、AVIRIS、HyMap、Hyperion等）以及各种方法技术的不断发展，煤火遥感探测进入一个新的发展阶段。主要针对煤田环境和矿山安全生产两种需求，在深入开展地下煤层自燃机理、煤田火区地质环境、空间分布规律、治理方法、防灭火工程与材料等研究基础上，初步建立了动态监测物理模型和基于卫星、航空和地面遥感、地面地质、地球物理和地球化学测量方法同步探测方法体系。
（三）遥感探测存在的主要问题
目前，国内利用遥感技术开展煤火灾害调查和相关的应用研究，已积累了许多先进的技术方法与重要成果，为地下煤层自燃的探测和治理提供了重要依据和技术手段。但以往的煤火遥感工作仍然存在一些问题：①由于受卫星遥感空间和光谱分辨率的限制，还无法提取地面燃烧裂隙、燃烧系统等信息；②没有充分应用不同尺度遥感影像的空间和光谱信息，对煤层自燃的发生、发展和熄灭过程中的遥感主要监测指标及地质环境意义进行系统性研究；③对于较大规模的煤火调查，已经形成了航空、航天、地面遥感相结合的探测方法，但尚无形成基于高分辨率遥感与高精度航空地球物理探测方法相结合的探测方法。
H. 遥感图像分类方法研究现状
http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YGXX200605023.htm
I. 遥感方法应用研究和有效性评价
(一)遥感工作方法及工作层次概述
本次遥感地质研究工作区主要是凤-太矿集区。工作方法为:充分应用不同遥感数据源进行遥感数字图像处理、遥感地质解译、遥感蚀变信息提取、遥感信息的GIS技术分析等; 通过矿集区1:5万层次、矿区1:1万层次的研究工作,总结研究区域铅锌矿及金矿等典型矿床的的遥感标志特征,建立遥感找矿模型。
矿集区1:5万层次遥感工作采用了光谱分辨率较高的日本Aster数据,对凤-太矿集区进行了遥感图像处理、遥感地质解译及近矿围岩蚀变遥感信息提取等工作。技术重点是解决多光谱数据的彩色合成及融合问题,充分利用Aster多光谱数据的光谱特征准确提取与矿有关的弱矿化蚀变以及使用GIS对遥感信息进行分析。
1:1万层次遥感工作采用地面分辨率较高的美国IKONOS卫星数据,对包括八方山铅锌矿、八卦庙金矿等在内的100km2范围的遥感影像进行了处理,同时进行了地质解译分析,并在该层次上从遥感角度对该区的铅锌矿找矿、金矿找矿提出了建议。技术难点是高分辨率遥感数据的处理、数据融合及大比例尺遥感图像的制作,以及大比例尺遥感图像中微观地质因素的解译。
(二)凤-太矿集区1:5万层次遥感方法应用研究
1.数据概况
1:5万层次遥感工作采用日本Aster数据,该数据具有3个15m分辨率的可见光近红外波段、6个30m分辨率的短波红外波段及5个90m分辨率的热红外波段,单景面积60×60km2。与常用的TM/ETM数据相比,在地面分辨率和光谱分辨方面有很大的提高。特别是短波红外波段ETM的两个波段被分为6个波段,理论上对羟基蚀变矿物的识别程度有了很大的提高(表4-17)。
表4-17 Aster数据与ETM数据光谱分辨率及地面分辨率对比
2.图像处理
图像处理在PCI geomatic 10.0及ENVI 4.0两个专业遥感软件平台上进行。工作区使用的数据时相为2004年4月19日,该时相无雪无云,植被覆盖相当少,数据质量总体良好。工作区成图范围为:106°27′52″～107°04′05″E,33°45′40″～34°01′36″N。
图像处理过程经过图像校正、图像增强、彩色合成、数据融合等过程,其中,图像校正使用1:5万地形图进行校正; 图像增强主要进行了对比度扩展,使用适应性拉升对直方图进行了扩展; 彩色合成及数据融合方案经对数据各种统计参数的分析及不同方案的反复对比,最终选择了4(R)+8(G)+2(B)与2波段融合的方案,融合后图像分辨率提高为15m,并保留了假彩色合成的色彩(图4-36)。
图4-36 凤-太矿集区Aster遥感影像图
图4-37 银母寺铅锌矿床不同彩色合成方案效果对比
不同合成方案及融合效果对比见图4-37(以银母寺铅锌矿区为例)。由图4-37可以看出,4(R)+8(G)+2(B)与2波段融合的方案在色彩及信息量上是最佳的; 完全使用最高分辨率的123波段进行合成,图像分辨率最高但色彩信息量很差; 随着高分辨率波段在彩色合成中的减少,图像分辨率下降; 融合可以提高图像分辨率,同时保持较好的色彩信息。
3.地质解译
(1)线性构造解译
线性构造包括断裂构造和线性影像体,断裂构造在影像上具有明显的构造标志,如断层崖、连续直线状三角面、水系突然转折或分叉的连线、两侧影纹图案截然突变的界线等; 线性影像体指影像中直线状展布的线状要素,多数情况下为构造信息的反映。遥感构造的解译以图像目视解译为主,必要时辅以图像处理手段,如以定向滤波、比值分析等来突出地貌上的线性影像。
凤-太矿集区遥感线性构造比较发育,规模、性质不同,影像特征有所不同,根据构造规模及影像特点可以划分为4级。
1)一级遥感断裂:一级遥感断裂为区域性断裂,如北部的唐藏-板房子断裂(图4-38),该断裂构造控制着凤-太矿集区的北边界。遥感影像中断裂构造标志清楚,两侧岩石地层差异大,影像纹形、色调也有明显差别。
图4-38 唐藏-板房子断裂典型遥感影像
2)二级遥感断裂:二级遥感断裂主要为泥盆系地层中岩性软、硬接触面发育的走向断层,断裂大致平行,呈NWW向至近EW向展布,对泥盆系构造格架起着控制作用。这类遥感构造规模相对较大,两侧岩性差异比较清楚,如小南沟-磨房沟遥感断裂、碾子坪-石垭子遥感断裂(图4-39)。
3)三级遥感断裂:三级遥感断裂多为线性构造,数量比较多,规模比较小,主要有两组:一是斜切地层的NE向断裂,多具右行剪切性质; 二是层间断裂,与地层线一致图(4-40)。
图4-39 碾子坪-石垭子二级断裂遥感影像(局部)
图4-40 三级断裂遥感影像
4)NE向节理群带:凤-太矿集区不均匀地发育有一组NE向密集遥感线列影像群带(图4-41),实地验证为节理带,这组构造对金矿化富集起着积极作用。
(2)环形构造解译
环形构造指成因与地质构造有关的由弧形或环形影纹构成的环状影像体,区内共解译出环形构造与环形构造影像6个。综合地质、物探、化探资料分析,其中图幅内规模最大的环形构造即王家庄-坪坎环形构造,其可能为稳定基底型环形构造,地表东西长约38km,南北最宽22km,为长轴近东西向的椭圆状,环形体内外影像在影纹、水系格局等方面存在明显的差异,代表着泥盆系基底同生沉积构造; 图幅西部凤县环形影像解译为断裂交汇型环形构造,其环形体由弧状水系与山脊构成,内部呈正地形,纹形杂乱,色调深浅不均,环内有NE向和NW向两组断裂交汇。此外,还有一些环形构造,目前其性质不能判明。
(3)褶皱构造解译
凤-太矿集区总体呈现为一个由中泥盆统为翼,上泥盆统为核,走向NWW—近EW的复式向斜构造,在全区卫星图像及岩性解译图上可以看出。另外,以中泥盆统古道岭组灰岩为核、星红铺组千枚岩为两翼的地层又构成若干次级背斜以及短轴背斜。由于南北向构造挤压强烈,背斜构造多呈紧密线型,遥感影像十分明显(图4-42)。这类次级背斜构造的倾伏端或两翼往往是铅锌矿定位的有利构造部位。
图4-41 北东向节理群带遥感影像
图4-42 背斜构造遥感影像
(4)地层(岩性)解译
岩性、矿物组合的不同及岩石结构的差异都会在波谱特征上显示出变化,在地貌上反映为不同的影像结构及不同的色调和纹理特征。凤-太矿集区解译、划分出以下遥感岩石组合单元:
1)第四系松散堆积物:彩色图像上呈淡青色、细斑点状图案,人文活动形迹清楚,主要分布于嘉陵江、安河两侧。
2)下白垩统东河群灰绿色砂砾岩:遥感影像上分布在中低山或山前坡地,彩色合成图像上呈浅棕色间白色斑块。
3)侏罗系泥岩、粉砂岩、砂岩:彩色合成影像上为浅棕红色,地貌相对比较平坦。
4)下三叠统任家沟组粉砂岩、薄层灰岩:影像上为规模较大的山体,水系为对称枝状或弧状。
5)下三叠统西坡组薄层灰岩夹钙质粉砂岩:影像上为较大山体,水系对称,排列整齐,具较宽的V型谷。
6)中下二叠统十里墩组炭质砂质板岩、长石砂岩、砂砾岩:影像特征纹理比较细腻,冲沟多与地层走向一致。
7)中石炭统灰岩、泥灰岩、灰质板岩:影像显示深暗色带,高山地形,多为桌状山、条状山或条块山。
8)上泥盆统铁山组厚—薄层灰岩:影像上显示山体陡峻,水系多为Y状分岔,或水系与山脊组合成“搓板”状。
9)上泥盆统九里坪组上段砂质板岩、砂质灰岩:高山地貌,砂质灰岩在彩色合成图像上呈绿色条带。
10)上泥盆统九里坪组下段细砂岩夹千枚岩:影像上水系短小,似平行排列。
11)中泥盆统星红铺组钙质千枚岩夹薄层泥质灰岩、砂质灰岩:影像上水系发育,细而密集,呈线状影纹,较乱,无规则,可见近EW向层结构纹。
12)中泥盆统古道岭组上段灰岩:影像上地貌显示为陡立山峰、棱状山脊、直线状水系、V型谷,冲沟短而直。影纹呈栅状、梳状。
13)中泥盆统古道岭组下段粉砂岩、砂质钙质千枚岩:影像上地貌显示为高山、弯曲状棱形山脊,局部可见分支状,树枝状、直线状水系,沟谷相对开阔,冲沟不发育,影像上影纹为细线状。
14)花岗岩组:岩基呈粗大的树枝状纹形图案,色调较深,呈暗绿色,以太白岩基为特征; 小花岗岩体纹形较细,色调较浅。
15)花岗闪长岩:遥感影像上显示典型树枝状水系,宏观影像为块状。
4.遥感异常信息提取
(1)遥感异常信息提取过程
一种地物或岩石在两个波段上的波谱辐射量是有差别的,这就是波谱曲线的坡度,不同地物在同一段曲线上的坡度有大有小,有正有负,比值方法就是增强这种微小的差别,同时还会消除或减弱地形信息的差别。
工作区特征蚀变信息的提取主要是依据数据特征及工作区主要的蚀变特征而进行的。地质工作研究表明,工作区最主要的蚀变特征为“硅化、铁白云石化、碳酸盐化、褐铁矿化”等,硅化信息的提取对于该数据不能完成,因为SiO2在0.52～11.65nm范围内没有特征的吸收显示,因此信息提取主要为白云石化和碳酸盐化的提取。
由图4-43可以看出,白云岩在9波段具有一定的反射,而在8波段具有特征吸收。依据以上特征使用Aster数据B8、B9波段进行比值运算,提取白云岩的特征信息,理论上信息图像中主要集中了白云岩等碳酸盐岩信息。图4-44为遥感地质解译图(附蚀变信息)。
图4-43 凤-太矿集区白云岩PCI光谱曲线
(2)蚀变信息分析
应用MAPGIS中区空间分析功能对遥感蚀变信息的分布特征进行了分析,图4-45a为解译的各种地层在工作区中的面积,图4-45b为遥感蚀变信息在各地层中的分布比例,可以看出星红铺组(D2x)分布的面积最大,其次为古道岭组和九里坪组上段,这也与该地层的岩性一致,同时也表明了蚀变主要分布的地层。图4-45c为信息面积占分布地层面积的比例,可以看出古道岭组中信息比例最高,上、下两段中信息比例占有近40%,表明古道岭组蚀变最为发育,同时也是矿体赋存的主要层位。
图4-44 凤-太矿集区局部遥感地质解译图(附蚀变信息)
遥感蚀变信息与已知矿床(点)叠加的分析表明,凤-太矿集区铅锌矿大多与遥感提取的白云岩化信息有关。如银母寺铅锌矿床、二里河铅锌矿床、铅硐山铅锌矿床等周围都存在遥感蚀变信息。值得注意的是还有许多具有遥感异常的区域目前没有发现矿体,有待进一步工作。
5.遥感地质认识
凤-太矿集区中部地区的王家庄-坪坎环形构造,代表着泥盆系基底性质的同生沉积构造,航磁异常对应显示为均匀低磁特征。该基底型环形构造内泥盆系含矿地层岩相比较稳定,岩浆活动与构造变形相对较弱,控制了主要铅锌多金属矿产的分布,矿床具有热水沉积特征。铅锌多金属矿床的产出与古道岭组灰岩、星红铺组千枚岩岩性接触带关系密切,矿床定位主要受次级背斜构造控制。
总结凤-太矿集区铅锌多金属矿床(点)赋矿空间与遥感岩石地层及遥感构造的关系,得出找矿信息位于:①以灰岩为核的背斜倾伏影像部位; ②灰岩影像分支部位; ③以灰岩为核的背斜轴线转折部位; ④以灰岩为核的短轴背斜及隐伏背斜。
(三)凤-太矿集区1:1万层次遥感方法应用研究
1.数据概况
1:1万层次遥感工作采用美国IKONOS卫星数据,该数据具有4个4.0m分辨率的多光谱波段、1个1.0m分辨率的全色波段。由于地面分辨率大幅提高,该数据在制作大比例尺遥感图像与解译微细构造等方面具有很大的优势。
图4-45 凤-太矿集区遥感蚀变信息分布特征
2.图像处理
工作区使用的数据时相为2008年3月10日,该时相无雪无云,植被覆盖较少,数据质量总体良好。工作区成图范围为:106°49′55″～106°57′37″E,33°53′17″～33°58′02″N。
图像处理过程经过图像校正、图像增强、彩色合成和数据融合等过程。其中图像校正使用1:5万地形图进行校正,比较粗略。图像增强主要进行了对比度扩展,使用适应性拉升对直方图进行了扩展。彩色合成及数据融合方案经对数据各种统计参数的分析及不同方案的反复对比,最终选择了3(R)+2(G)+1(B)与全色波段融合的方案,融合后图像分辨率提高为1m,并保留了假彩色合成的色彩(图4-46,图4-47)。
图4-46 凤-太矿集区八方山及外围地区IKONOS遥感影像
图4-47 二里河铅锌矿床IKONOS遥感影像(局部)
3.地质解译
地质解译通过对八方山-八卦庙地区1:1万IKONOS卫星影像解译分析(图4-48),主要对工作区内的碳酸盐岩分布区及以碳酸盐岩为标志层的次级褶皱构造进行了圈定,同时对区内线形断裂构造及人类采矿形迹进行了解译,结合已有的地质资料初步得出以下认识:
图4-48 八方山-八卦庙地区1:1万遥感地质解译图
(1)遥感构造格局及分区特征
八方山-八卦庙地区遥感线性构造与褶皱构造分布特征显示,该区构造具有SN向分区特点。以黄泥峡沟脑-铜铃沟(银母寺-平坎)断裂为界线,形成两个NWW向展布遥感构造单元。边界断裂略呈弧形展布,走向NWW,断裂规模大、延伸长。影像显示,以该断裂为界,两侧地层褶皱变形特点完全不同。铜铃沟一带出露的酸性脉岩带基本沿分界断裂的北侧分布,研究区处于构造变形强烈的北部区。
北区构造变形十分强烈,以碳酸盐岩为标志的影像层呈分支复合、尖灭再现,形成一系列规模不等的褶皱。单元内部EW向与NWW向断裂比较发育,切割部分褶皱。上述褶皱与断裂构造控制着八方山-八卦庙地区绝大多数的多金属-贵金属矿产产出。南区古道岭组出露连续、稳定,代表碳酸盐岩的影纹规则、连续性好,褶皱构造与断裂构造影像极不发育。南部构造区至今未发现成型矿产。
(2)NNE向—近SN向二次叠加褶皱
凤-太矿集区经历了NWW向区域褶皱之后,受EW向应力作用,西河以西地区又叠加形成了轴向NNE向—近SN向的二次变形褶皱。该褶皱形态宽缓,褶皱轴在铜铃沟—八卦庙一带,遥感影像中可见及一系列同向弯曲、弧顶向南的弧形山脊与水系,同时伴有同向弧形展布的串珠状岩块出露,代表了褶皱的转折部位。根据八卦庙一带灰岩急剧变厚的现象判断,应属宽缓的背斜构造,该地区出现的NNE向密集线列影像应该代表了轴面辟理或者轴部张性断裂群。
(3)EW向断裂控制NW向雁列式背斜
八方山-严家坪-八卦庙EW向断裂切割了泥盆系,构造的局部抬升使断裂南侧古道岭组灰岩为核的次级小背斜沿EW向断裂清楚地显露出地表。背斜北西端被EW向断裂切割,核部灰岩在此出露最宽; 背斜轴向SE倾伏,核部灰岩逐渐尖灭。稍远于该断裂,影像亦显示有多个类似的次级褶皱存在,集中分布于二里河、打柴沟两侧以及手扒崖东侧。据影像特征分析,多属于半隐伏-隐伏的短轴褶皱,埋深不大。
(4)白杨沟-马家渠复式向斜构造
通过以古道岭组灰岩为典型标志层的岩性解译、追踪圈定了白杨沟-长沟-核桃沟复式向斜构造。该复式向斜走向NWW,出露全长约12km。由于NWW向断裂切错,褶皱在银洞沟-核桃沟段位移、破坏,显示不连续(该段褶皱挤压紧闭,两翼灰岩不易区分)。但是该褶皱构造在白杨沟向西的转折端和在西河马家渠向东的转折端显示比较清楚。向斜两翼以古道岭组灰岩为核的次级背斜发育。
(5)特殊影像块体
在南沟的偏沟、八卦庙北等地,古道岭组灰岩的旁侧,出现了几处影像色彩比较特殊的影像块体,比较容易与碳酸盐岩混淆。虽然目前尚不明确遥感波谱所反映的是何种岩石组合或者何种蚀变,值得注意的是,八卦庙北部的特殊影像块体与已知的金矿床空间关系密切,偏沟特殊影像块体附近也有丝毛岭矿化蚀变带出现。经对比同类方法处理的TM图像,与东部的双王金矿钠长角砾岩带影像具有十分相似的特征。
4.找矿预测
研究区铅锌矿的找矿预测工作应紧密围绕所解译确定的以古道岭组为核心的褶皱转折端以及短轴背斜开展,对于所圈定的性质不明的鼻状构造也应列入探查之列。
(1)二里河紧密褶皱群
沿二里河解译出5个连续出现的褶皱构造,由北而南分别为:
1)二-1次级向斜:以条带状灰岩影像为两翼,轴向NWW,可见影像约1000m,在二里河东侧转折。据影像中显示的二里河铅锌矿采矿活动位置,位于二-1向斜南北翼部。
2)二-2鼻状构造:灰岩影像呈锐角状在二里河东拐折,形成一倒Y字形。
3)二-3穿刺背斜:长轴呈NWW走向、等轴双层状显示,出露长约900m。中部为深色影像块体,推测为浅埋藏的灰岩,外侧环绕有浅色环带,可能为蚀变千枚岩。二-3穿刺背斜影像结构特征及规模都与八方山背斜十分相似,其背斜轴向与八方山背斜大致可以对应。
4)二-4次级背斜:轴向NWW,影像显示出露1.3km,背斜西侧转折端清晰,东侧转折部位影纹较杂乱,与二-3穿刺背斜具有相似的双层结构特点。该背斜与Pb异常吻合较好,南侧并有走向一致的TEM异常。
5)二-5短轴向斜:轴向近EW,影像出露约500m,与二-1次级向斜有相同的纹形与色彩特征。
根据影像特征与铅锌矿成矿规律分析认为,二里河紧密褶皱群具有良好的找矿前景,且埋藏较浅。尤其二-3穿刺背斜和二-4次级背斜是寻找八方山式铅锌矿床的良好构造。可在背斜转折端布置浅钻验证。
(2)苏家沟紧密褶皱群
苏家沟解译出4个次级褶皱和鼻状构造,根据不很典型的灰岩影像特征看,褶皱属于隐伏状态,埋藏深度较二里河大。由北向南依次为:
1)苏-1短轴向斜:轴向近EW,出露长度约1km,翼部碳酸盐岩影纹断续,东部转折端比较清楚,西部转折端隐约不明。
2)苏-2不完整次级向斜:轴向近EW,影像出露延伸大于1km,西部被横向断裂切截,东部转折端清楚,向斜翼部碳酸盐岩影纹比较连续。
3)苏-3鼻状构造:轴向近EW,东部发生转折,根据影纹判断,可能为一小背斜的倾伏端。
4)苏-4线状背斜:总体呈NWW向延展,向SE方向倾没,影像显示为比较清楚的灰岩条带。
苏家沟紧密褶皱群区具有面状Zn异常分布,同时苏-1、苏-2和苏-3褶皱出露部位有形态与褶皱相似的TEM异常和热释汞异常。
在该紧密褶皱群(区)同样具有较好的找矿前景,可以作为找矿靶区,建议通过地表工程验证褶皱的存在,并调查含矿性。
(3)打柴沟褶皱群
沿打柴沟两侧断续出露有碳酸盐岩影纹,圈出6个褶皱,根据影像显示,除打-1为一近EW向的鼻状构造(次级向斜)外,其余5条均为NW—NWW向平行、斜列展布的线状背斜,背斜核部灰岩影像断续、隐约,部分地段为推测。
该区具有找矿条件,可以作为找矿预测区。
(4)核桃沟复式向斜的次级背斜部位
遥感解译的核桃沟向斜是以古道岭组灰岩为翼部标志层构成的复式向斜,两翼由碳酸盐岩组成复杂的次级背斜。根据影像所显示的采矿活动形迹,10多个采矿点都与这些次级背斜空间关系密切。
(四)秦岭地区遥感方法应用与解译有效性评价
1)通过对凤-太矿集区1:5万和1:1万遥感影像数据处理和解译,认为在秦岭中高山强覆盖地区开展大比例尺遥感影像解译,Aster数据和IKONOS数据均能够满足分辨率方面的要求。采用彩色合成、数据融合等手段进行数据处理,能够有效地增强数据的可分辨程度。
2)利用Aster数据的多光谱特性在1:5万层次进行特征矿物蚀变信息的提取较ETM/TM数据具有较高的优越性。
3)采用Aster数据开展1:5万层次影像解译,遥感信息提取成果及地质解译与已知地质要素吻合程度较高。
4)利用IKONOS数据开展1:1万层次影像制作,在微观地质单元的解译方面具有明显优势。如对小面积的碳酸盐岩(及其褶皱构造)分布区域以及人类采矿形迹能够达到详细解译的程度,遥感解译与地质吻合程度较高。
总之,在秦岭中高山强覆盖地区使用Aster数据、IKONOS数据进行1:5万和1:1万层次的遥感地质勘查,方法得当,工作有效程度较高。
J. 遥感地质学的性质、研究对象、内容及方法
对遥感一词涵义有广义和狭义两种理解。地学遥感常用的是狭义的遥感,它是指从远距离、高空以至外层空间的平台上,利用可见光、红外、微波等探测仪器,通过摄影或扫描方式,对电磁波辐射能量的感应、传输和处理,从而识别地面物体的性质和运动状态的现代化技术系统。遥感按电磁辐射源的性质不同分为主动遥感和被动遥感两种基本方式,前者如雷达,使用人工电磁辐射源;后者如摄影,使用太阳等自然辐射源。
遥感地质学作为遥感技术与地球科学结合的一门新学科,其理论是建立在物理学的电磁辐射与地质体相互作用的机理基础之上的;而技术方法则是建立在“多”技术基础之上的。正是通过多波(光)谱、多平台、多时相、多向成像、多向极化、多级增强处理等技术手段来收集与分析遥感数据资料,才能获得比60年代以前单靠航空摄影所取得更多的波谱的、空间的、时间的地学信息。
遥感地质学作为一门边缘学科,其研究对象是地球表面和表层地质体(如岩石、断裂)、地质现象(如火山喷发)的电磁辐射的各种特性。研究的目的是为了有效识别地质体的物性与运动状态,在此基础上,为地质构造研究、矿产资源勘查、区域地质调查、环境和灾害地质监测等工作服务。
遥感地质学的研究内容主要有:①各类地质体的电磁辐射(反射、吸收、发射等)特性及其测试、分析与应用;②遥感数据资料的地学信息提取原理与方法;遥感图像的地质解译与编图;④遥感技术在地质各个领域的具体应用和实效评估。
遥感地质学使用的方法,涉及地物波谱测试方法、数理统计相关分析的方法、模拟试验的方法、模式识别与视觉效应的方法,以及地学(地质、地理、地貌、地图学)的有关研究分析方法等。