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遥感技术在鲁西南地区地热资源勘查的应用

更新时间:2016-07-05

0 引言

在煤田地质勘探中发现,据《地热地质勘查规范》,金乡县境内部分地区已符合评价热储的规定条件。遥感技术是地热资源调查的有效途径之一,可以发现常规野外调查中不能直接见到的与地热形成密切相关的隐伏断裂构造,同时通过遥感影像的热红外波段反演地表亮温初步获取地热异常区。在此利用遥感影像提取初级地热异常区,结合研究区区域地质资料进行关联分析,预测地热存在的有利区,为研究区地热资源的开发利用提供依据。

1 区域地质背景

研究区位于山东省金乡县县城的东部、北部及南部地区,西起歇马亭—张庄—桃园镇—苏庄一线,东至江庄—高河店—刘楼—周花楼一线,南起三杨—祭田庄—周花楼一线,北到任庄北—丘井—江庄一线,面积约145km2。研究区范围拐点地理坐标为:东经116°17′17″~116°23′33″,北纬35°00′00″~35°08′10″(图1)。

图1 工作区地质图 Fig.1 The workspace geological map

1.1 构造

研究区在大地构造上属于中朝准地台(Ⅰ级)—鲁西中台隆(Ⅱ级)—济宁—成武断束(Ⅲ),分别属于嘉祥凸起、济宁凹陷和金乡鱼台凹陷,构造格架为近SN向与近EW向断裂切割形成的似菱形块体。

区内断裂主控方向为NNE-SN向、NEE-EW向。近EW向展布的主要有菏泽断裂、菏泽支断裂、凫山断裂、凫山支断裂、城区断裂;近SN向展布的断裂主要有嘉祥断裂、金乡断裂。

1.2 地层

区域上研究区属华北地层区鲁西地层分区济宁地层小区,其地层发育较全。研究区地表均被第四系覆盖,隐伏地层主要为太古界泰山群(Art)、古生界奥陶系(O)、石炭系(C)、二叠系(P)、中生界的侏罗系(J)和新生界的古近系(E)。

1.3 岩浆岩

在常规野外调查中不能直接见到,而与地热的形成密切相关的隐伏断裂构造,通过利用遥感图像超出可见光范围的多波段信息“概括”作用,使这些个别的或分散的形迹与线性构造联系起来,从而有助于识别那些地面工作中不易发现或遗漏的断裂构造,有效弥补地面地质工作中的不足,从而提高地质工作程度(曹洪松等,2008)(图3)。

由区域地质背景可知,研究区主要控热构造为菏泽断裂,热储目的层为奥陶系灰岩。根据煤田勘探资料,菏泽断裂以北杨早庄—丘井一带、嘉祥断裂以西胡楼—周大庄一带奥陶系灰岩埋深在350~400 m,为第四系覆盖,其富水性较强。菏泽支断裂以南、嘉祥断裂以西、凫山断裂以北地区奥陶系灰岩埋深在400~900 m,其岩溶裂隙发育不均,整体富水性较弱。嘉祥断裂以东、凫山断裂以南地区埋深大于1200 m,富水性较弱。

由于ETM数据是以灰度值(DN值)组成的灰度矩阵,其值域在0~255之间取值,而不是实际的反射或辐射强度,因此,利用ETM的热红外波段计算亮度温度之前,必须对数据进行辐射定标:即通过DN值来计算辐射强度。

1.4 地热地质条件

结合地质资料,第四系、新近系、古近系、二叠系、石炭系平均地温梯度2.68℃/100m,可以推测,工作区1000m深度岩层的温度值一般应能达到40℃~47℃,1000~1500m之间按奥陶系灰岩的地温梯度均值(2.37℃/100m)推测,岩层温度应在52℃~57℃之间。因此确定奥陶系岩溶含水层为工作区的热储层。

2 遥感地热异常信息提取与分析

由此得到地表亮温图,用ENVI中的Quick stats模块分析,对其进行最优密度分割。由于太阳辐射造成的热异常通常呈孤立点存在,可以用3*3均值滤波对亮温图进行处理,突出由地热引起的热异常。

2.1 热红外波段遥感影像

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基于企业战略变革情境下的组织机构匹配性研究 …………………………………………………………………… 何永权(6/42)

ETM热红外波段所接收到的辐射强度与其DN值可以使用公式(1)计算:

(2)亮温计算

其中:Lmax =1.56为传感器可探测的最大辐射亮度;Lmin=0.1238为可探测最小辐射亮度。

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亮度温度简称为亮温,是描述一般地物的“等效”温度参数。当实际物体(非黑体)在某一指定波长下,其辐射亮度同黑体在同一波长下的辐射亮度相等,则该黑体的温度称为实际物体的亮度温度。即在一定的波段范围内,一般地物与绝对黑体相比,具有相等的辐射亮度时,以此时绝对黑体的温度等效地物的温度。亮温可直接用plank辐射函数计算,为方便计算,一般用如下近似式求算:

其中:T为像元亮度温度,K1和K2为发射前预设的常量;K1 =1260.56w·m-2·sr–1· -1;K2=60.776K

(1)辐射定标

地球表面温度的产生来自两个方面:一是太阳的辐射加温作用,二是地球深部热源。因此在用热红外波段探测地热时,要排除太阳辐射引起的热异常。本文在利用TM6波段提取地表热异常的同时,利用反射光谱图像探测到的地表植被在热异常区长势差异提取出初级地热异常区,结合研究区区域地质资料关联分析,预测地热存在的有利区,为研究区地热资源的开发利用提供依据(许军强等,2007)。

2.2 地热异常区地表植被效应遥感影像标志

由于植被、农作物对低温反应较敏感:初春时节,非地热异常区作物还处在越冬期,地热异常区作物则开始返青拔节生长;初冬时节,地热异常区的作物仍茂盛生长时,而非地热异常区作物已进入越冬期。初冬和初春时节,由地热引起植物物候期变化,从而造成地热区内外植被(作物)长势的差异,称为地热异常的植被效应。这种由地热异常植被效应产生的波谱响应差异,在初冬、初春季节的遥感图像上有明显反应,从而可以用于提取地热异常区(王飞跃等,1997)。

本次研究采用11月初的数据,根据当地农作物的生长规律已进入越冬期,在TM4图像上呈低亮度值背景,而热异常区作物则尚未进入越冬期。这里用TM437假彩色合成图像,地热异常区呈品红、棕红等以红色彩为主的色斑、色区(图2)。

图4所示为ESESO的红外谱图。1 050 cm-1处为Si—O—Si的特征吸收峰,1 370 cm-1及 2 970 cm-1归属为亚甲基上C—H的吸收峰。与图3(b)相比,1 633 cm-1处出现C—N的特征吸收峰,3 400 cm-1处出现OH基的特征吸收峰,说明环氧基发生反应[17]。

图2 TM437假彩色合成影像 Fig.2 False color composite image of TM437

2.3 构造遥感解译及影象特征

群岩浆岩集中发育在东南部张集一带,约6.11km2,称张集岩体,为第四系所覆盖;在县城南部据钻孔揭露呈零星分布。分析相关资料张集岩体形成于燕山晚期,产状以岩体、岩柱、岩床、岩脉为主;在区域性大断裂的附近,侵入体较发育。除第四系外,各沉积地层与岩浆岩均有接触。

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图3 工作区遥感解译图 Fig.3 Remote sensing interpretation map of workspace

由经验可知某些断裂构造及附近岩溶可能比较发育,特别是断裂交汇部位可能具有一定的导热作用,一些地热异常区的形成可能与这些断裂的导热作用有密切关系,同时依据ETM6热红外图像和ETM437多波段合成的影像上所显示的地热异常信息,可将研究区内圈划出孙庄-东马店异常区、李庄异常区、春秋庄-陈庄异常区共3处地热异常靶区。

孙庄-东马店异常区:位于研究区北部孙庄—张庄—东马庄—戴楼一带,在热红外波段影像图像,地热资源遥感异常大致与构造展布方向一致,热异常在ETM437合成影像上呈鲜亮于背景的红色,在密度分割的亮温图上热异常区呈明显热于背景的红色。

李庄异常区:位于研究区偏北部李庄附近,该区距县城较远,交通条件相对一般,热储温度较低,开发利用条件一般。

阿里糊涂间,似乎又记得有这么回事。他眨了半天眼,还是想不起。阿东便把他拖起来,逼着他穿好衣服。此时的天光,已然亮开。

春秋庄-陈庄异常区:位于研究区中部,东陈庄-南店子-春秋庄-高庄一带。该区分布在县城周围,交通相对较好,热储温度相对较高,开发利用条件较好,应当作为下一步的重点勘探开发地段。

3 结论

(1)在利用热红外波段提取地热异常时,注意排除太阳辐射能引起的热异常,不能单独的依赖一个热红外波段圈定地热靶区。

(2)应用多波段遥感探测地热异常时,时相选择很重要。一般选在初春和初冬时节,此时地热区内外植物长势差异较大。

张连长脸板得像块湿木头:“下雨只不过是下雨,下再大的雨也还是下雨,不是下刀子!你们不是那些插队知青!他们一插队,不想当农民那也是农民了!你们叫兵团战士!是战士就得有点战士的样子!没有口令擅自行动,不是好战士!跑到仓库去的,都要受处分!”

(3)地热异常区的形成和赋存与地质构造有密切关系,因此在圈定地热靶区时要综合的考虑到形成该处地热的构造成因。

参考文献

曹洪松,逯光明,石建,等,2008.济宁市城区遥感地热异常及其地热田地质特征[J].山东国土资源,24(4):29-34.

许军强,邢立新,王明常,等,2007.基于ETM 数据的佳木斯市地热预测研究[J].遥感应用,(2):55-58.

王飞跃,陈强华,1997.应用多波段合成图像圈定地热异常的初步探索[J].国土资源遥感,(1):52-58.

侯珂
《城市地质》 2018年第1期
《城市地质》2018年第1期文献

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