基于遥感的地层识别与提取技术的研究

第一章 绪论

1.1 选题的目的及意义
很多的生产矿山面临着保存储量减少，后备资源缺乏大局面。急需要寻找新的矿产资源。基于计算机和遥感信息技术发展而来的遥感地质找矿技术在新的找矿勘查中发挥了重要作用。新疆处于欧亚大陆腹地。横跨了五大板块，拥有多期次的，多类型的地质构造单元。在全球内三个巨大的成矿域中，中亚成矿域和特提斯成矿域穿过新疆。新疆具有非常好的成矿地质条件，但是，由于新疆地理位置的偏僻而遥远，地质现象复杂且“三山”海拔较高等原因，与中亚邻区和与我国别的成矿区相比，在矿产勘查和地质研究方面比较落后，而且还有很多区域还没有开始地质研究，分析和勘查工作，尚未覆盖的空白区。因此随着国家的西部大开发战略投资的增加，对地质勘查的投入也多元化，大幅度地增长了。
随着在新疆大规模矿产资源勘查时期的到来，在高效的勘查技术集成等方面需要取得突破。所以，遥感技术作为一种高效的勘查技术集成的非常重要组成部分，在矿产勘查和地质研究方面起着非常重要的作用。遥感是一种获取信息的手段。它是人们认识自然，改造自然过程中信息传递的一个环节。目前我国铁道，地质，测绘部门在工程地质，勘察设计等方面已经把遥感纳入生产规范，作为必要的手段之一。从 20 世纪 80 年代开始，遥感技术用于在地质研究和地质找矿以来，国内外致力于遥感图像处理技术和遥感地质找矿方法的研究，逐渐建立了一套成熟，完善的遥感石矿特征信息的增强提取方法和工作流程。地物的光谱特征测试和研究也积累了很多的成果，建立了地物波谱数据库。从地物波谱特征的研究到岩体蚀变信息的增强和提取，多光谱遥感技术的地质应用和研究似乎可以高一段落。但是，对成矿比较特殊的和比较特定的地层而来，岩性的定量提取和岩性解译还有待研究。
遥感地质的研究对象是地球的表面和表层的地质体。在一定的地质作用下，通过遥感卫星搭载的光谱传感器接受和传输地质体反射的太阳光谱，反映出遥感数字图像上的一系列光谱信息和光谱特征的综合。遥感数字图像的本质是影像背后的一系列二维矩阵，通过对这些二维矩阵的运算，处理，分析，可以识别各种岩性和地质构造类型。随着遥感技术的高速发展和各类高空间分辨率和多光谱分辨率的遥感数据的快速积累，高分辨率遥感地质找矿方法也在迅猛发展和不断完善，遥感技术成为一种有效的找矿方法，它主要用于找矿预测，找矿遥感地质评价等很多方面。其中 Aster 数据以其较大的单景地面覆盖范围 60km 的扫描宽度、合适的空间分辨率（15-30m）、较高的波谱分辨率（14 个波段），涵盖了可见光、红外及远红外等多个波段范围。它在地质找矿，地层研究和岩性解译等方面的应用越来越广泛。近年来，通过一定的遥感图像处理和遥感图像的分析技术已经能够较为准确地识别岩性。所以在遥感图像处理与分析技术方法的组合正在成为岩性快速识别的主要手段。在这种趋势下本次研究借助于 ASTER 数据的高光谱特性，以区域成矿理论作为本次研究的指导，通过对托克逊县彩花沟含铜黄铁矿区和达坂城区博格达南铜矿区的基础地质矿产资料对比分析为基础，以遥感图像处理和分析技术方法组合为手段，对研究区与成矿有关的典型岩石快速识别为目标，对岩性信息进行提取研究，为遥感岩性信息提取提供技术支持和找矿方法。

1.2 国内外研究现状
从20 世纪 90 年代开始，随着遥感技术迅速发展，遥感图像处理技术、地物识别和信息提取技术突飞猛进发展且日益完善，应用领域不停的扩展，应用水平不断加深，遥感数据获取经历了从多光谱到高光谱和超光谱，地物识别由间接发展到直接，信息提取由定性发展到定量，遥感技术在地质灾害监测、地质环境评价、基础地质研究、地质调查和矿产勘查等方面发挥着更重要的作用[1]。
遥感技术的应用与发展和地物光谱特征研究是不可分割的。从光谱遥感的岩石矿物识别基础和识别技术方法等方面阐述了光谱遥感的研究进展。在识别技术方法方面主要从多光谱和成像光谱技术，遥感与航空放射性信息集成方面等，充分利用岩石矿物光谱特征进行分析识别的研究进步及其潜力与可行性[2]。

   1.3 技术路线 .................11-13
第二章 研究区概况 .................13-23
    2.1 托克逊县彩花沟铜矿区域地质特征 .................13-16
        2.1.1 地层 .................13-15
        2.1.2 岩浆岩 .................15-16
        2.1.3 构造 .................16
    2.2 达坂城区博格达南铜矿区域地质特征 .................16-23
        2.2.1 地层 .................17-19
        2.2.2 岩浆岩 .................19-21
        2.2.3 构造 .................21-23
第三章 ASTER 数据的获取与预处理 .................23-36
    3.1 ASTER 数据的来源 .................23
    3.2 ASTER 数据的特点与应用 .................23-27
        3.2.1 ASTER 数据的特点 .................23-27
        3.2.2 ASTER 数据的应用 .................27
    3.3 ASTER 数据的预处理 .................27-36
        3.3.1 遥感数据处理软件 ENVI 简介 .................28-29
        3.3.2 几何精校正 .................29-33
        3.3.3 图像载剪 .................33-34
        3.3.4 降噪处理 .................34-35
        3.3.5 本章小结 .................35-36
第四章 地面光谱数据采集与图像光谱增强处理 .................36-43
    4.1 测试仪器 .................36-37
    4.2 光谱数据测试结果与 Aster 波段选择 .................37-39
    4.3 图像光谱增强处理 .................39-43
第五章 研究区遥感地质信息提取 .................43-53
    5.1 岩性信息解译 .................43-53
        5.1.1 ASTER 数据的岩性解译 .................44-51
        5.1.2 岩性解译结果 .................51-53

结论与不足

6.1 结论
（1）经过收集前人的地质资料，野外地质调查和室内资料分析，以 ASTER 数据为数据源，在 ArcGIS 平台下，建立空间栅格数据库，为下一步的遥感岩性工作提供了比较好的保障。
（2）利用主成分分析法，对研究区的遥感影像进行光谱增强处理，提高图像的目视效果。通过彩花沟绢云母石英片岩的光谱特征，选择第 1,5,7,9ASTER 波段进行光谱增强处理，根据各个主分量所包含的信息的含量，得到主成分图像在色调，纹理更清晰的，与成矿有关的，绢云母石英比较明显的彩色合成遥感影像图；通过达坂城地区辉绿岩光谱特征，选择第 1,4,5,8 ASTER 波段进行光谱增强处理，根据各个主分量所包含的信息的含量，得到主成分图像在色调，纹理更清晰的，辉绿岩和玄武岩较明显的彩色合成遥感影像图。
（3）通过对达坂城地区的 ASTER 数据和托克逊县彩花沟矿区的 ASTER 数据进行监督和非监督分类，在不同的类别中获取遥感图像中与实际地物的对应信息，在托克逊县彩花沟区解译出有关与成矿有关的绢云母石英片岩；在达坂城地区解译出提取出达坂城地区特定的辉绿岩和玄武岩。

6.2 不足与展望
虽然本次研究中得到了一些认识，达到了我所需要的岩性解译的目的，但工作中由于本次试验有两个研究区，而且高山路危险，交通不方便等原因，本人在野外地质调查和采样过程中遇到了不少的困难。由于本人的水平有限，难免存在一些问题和缺陷，愿在以后的学习和工作中不断地学习、研究，不断地充实和完善。