解析图,组合图,合成图之间的联系是什么?

高一物理力合成分解的图与解析

合成图片怎么合

塔里木盆地油气地质信息遥感探测研究

一、油气微渗漏理论及其遥感探测机制

（一）烃类微渗漏理论

1.烃类渗漏的两种表现形式

（1）显观油气苗：肉眼可观察到的油气苗。它的运移机制是油气藏受地质活动（诸如地层倾斜、埋深变化、裂缝、断层）的影响而产生的运移，早期油气勘探主要依据油气苗的发现。

（2）微观油气苗：肉眼观察不到的油气苗。微观油气苗的运移机制是“垂直运移理论”，是烃类透过上覆地层向上发生微渗漏，垂直渗漏的理论是遥感技术和化探技术直接找油的基础。

2.烃类的垂直迁移主要靠烃类分子向上渗透

石油聚集于圈闭后，烃类物质通过水、气等介质携带，辅以浮力、蒸发等作用，产生自然的向上渗透作用。研究表明，直径较大的复杂环烃，其分子直径为15～20

，而埋深在4000m深的泥页岩盖层相应的孔隙直径为20

。因此各种烃类分子都可穿过盖层到达地表。

（二）遥感探测微烃的理论机制和方法

1.烃类微渗漏的地面共生效应

烃类垂直迁移至地表，可能形成一种化学场罩，从而改变地表的氧化还原条件，使土壤、岩石、植被发生一系列的物理化学反应，并形成一系列相应的地面特征。这些现象称为烃类微渗漏的“蚀变效应”或“蚀变现象”，统称为地面共生效应。具体包括：

（1）烃类物质含量及其伴生元素，如△C、Hg含量的增加，形成顶端异常或边缘效应。

（2）土壤中Fe^3＋向Fe^2＋转化，造成红层的褪色现象。

（3）土壤中形成碳酸盐化蚀变（△C）。

（4）由于植被受土壤蚀变或烃类物质的直接影响，导致植物的变异现象。

（5）由于烃类物质的作用，促使放射性物质发生再分配，形成放射性异常。

（6）引起地面地球物理、地球化学场的变化。

（7）由于Eh/Ph值的改变，使长石类矿物蚀变，形成粘土化矿物。

2.遥感探测机理

遥感的物理基础是不同地物的不同电磁波特征。各种地物由于其成分和结构的不同，因此都具有自身特定的反射、散射、吸收和辐射电磁波的性质。遥感图像上色调和影纹结构的变化就反映了地物波谱特征之间的差异。

（1）烃类物质典型的波谱特征

通过对原油样品的实验室透射光谱测量，发现烃类物质在波长为1.725μm、2.270μm、2.348μm、3.30～3.53μm、6.23μm、7.246μm、11.363μm、12.195μm和13.699μm等处有一系列吸收峰存在（图1），其中有三个强吸收带：2.27～2.36μm吸收带；3.33～3.53μm吸收带；6.68～7.38μm吸收带（与大气吸收带重合，不便使用）。前两个波段为油气藏烃类微渗漏遥感探测的实用波段。显然，陆地卫星TM5、6、7三个波段包含有烃类吸收带。

图1　烃类物质的透射光谱特征

①—原油；②—油苗；③—沥青

（2）烃类微渗漏形成的地表蚀变矿物的典型波谱特征　烃类微渗漏引起地表物质的蚀变类型主要是“红层褪色”（Fe^3＋→Fe^2＋），矿物粘土化蚀变及碳酸盐化蚀变。通过对这些蚀变矿物的典型波谱特征进行研究表明，Fe^3＋在0.9μm附近有吸收峰，Fe^2＋在1.1μm处有吸收峰。粘土矿物吸收峰表现在2.2～2.3μm附近。碳酸盐矿物的吸收峰有几个，其中以2.35μm和2.5μm处最为明显。

（3）地植物光谱异常　油气田上方的植被健康状况及分布异常，引起石油遥感地质学家的极大关注。经研究发现，油气微渗漏引起土壤蚀变可使植物枯萎或病变。病变植物和正常植物的光谱曲线有明显的差异，主要特征为：病变植物的近红外（0.7～0.75μm）反射曲线发生“蓝移”，即由0.70μm的位置向短波方向移动，近红外反射率明显降低（图2）。

Rλ′＝Rλ－Ro/Rs-Ro标准化公式

A=A·Rλ′＋B红边回归曲线

（4）遥感图像的色调和结构异常色调和影纹结构是地物光谱特征的反映。烃类微渗漏所引起的岩石、土壤蚀变及植物生长变异反映在遥感图像上为色调和影纹结构的异常，主要特征呈浅色调。这些色调异常的形态受地下油藏或构造的制约。

图2　植物病害光谱变化示意图

λρ——蓝移指数　Rs——红外肩高　Ro——叶绿素吸收峰

（5）烃类微渗漏地面共生效应的化探信息和遥感信息是一种内容的两种表现形式地球化学勘探是一门较早的直接找油的勘探方法，它的理论基础也是建立在油气微渗漏的垂直迁移理论上的，与遥感探测有许多内在的联系。

化探资料是按一定测网布置而采样的，它以数据形式表征地物测点的地球化学指标，是直接监测油气微渗漏存在的证据。

遥感资料（星载、机载）是每一个地物按一定形式记录的波谱值，而这些波谱值直接反映油气微渗漏所引起的地面共生效应。因此，遥感、化探两种探测手段有着必然联系，两种资料的结合必能提高油气勘探的成效。我们以遥感信息为主，以其他与油气有关的信息为辅建立了油气微渗漏地面共生效应的识别模式。

二、探区的地质、地理背景

试验区位于库尔勒以西，沙雅以东，乌喀公路以南和塔里木河以北的广大第四系覆盖区，面积约2万平方千米。从地貌上看本区为西北高、东南低的微倾戈壁。由于塔里木盆地深居内陆中心，加之其北受天山的隔阻，雨量稀少，气候炎热干燥，因而植被稀落。

塔北地区从构造单元划分图上看，处于库车坳陷东部，塔北隆起和北部坳陷的北斜坡上。从9幅MSS组合处理图的宏观特征上看，塔里木盆地的中部，其区域构造特征具有明显的三分特点。即新和—轮台一线以北（相当于库车坳陷的东段）为北东东向线状构造或长轴状构造展布区；阿拉尔—塔里木乡—哈达墩一线以南（相当于塔中隆起和北部坳陷的大部分）为北北东或近南北向之巨型长轴状构造分布区。长轴状构造均有南端膨大的特点，且排列（左型斜列）有序。两者之间（相当于塔北隆起和北部坳陷的一部分）则为短轴状或块状构造分布区。其轴线走向，东部呈北东向，西部呈北西向。

遥感资料进一部表明，塔北隆起浅表地质构造是由众多不同时期、规模不一、形态各异的洪积或冲积扇体以不同形式叠合的产物。从扇体展布的特征分析，有伴随地史发展而向南天山退缩的趋势。据地质资料，塔北地区自元古宙末就具有隆起的雏形，古生代早期隆起幅度骤然加大。中生代该区虽然随着北部坳陷同时整体下陷，但塔北仍然是个相对隆起区。尽管新生代时由于北部坳陷的大幅度上升，以致塔北隆起逐渐消失。但就塔北隆起本身来说，除了区域背景造成的影响之外，其内部结构仍然具有相对稳定的布局特点。因此，即使那些显而易见的冲积扇体，在新生代以来构造运动所造成的起伏变化上存在一定的补偿作用，但依然没有完全割断深部地质构造与地表之间的联系，这是本区遥感资料应用中的重要地质背景条件。

三、不同遥感资料在反映地质信息上存在一致性

塔北地区共使用了两类6种不同的遥感资料，即MSS、TM、SPOT及机载多光谱扫描、彩红外摄影、热红外（夜航）等资料（见图版Ⅸ、Ⅹ）。这6种资料尽管在空间上并不完全重合，但通过不同资料的不同连接面，可以找出它们之间的对应关系。其主要特征如下：

（一）地下正向构造在各种图片上一般表现为浅色特征

从145—31TM453合成图片上分析（见图版Ⅸ－1），确定了33个环形影像，其中17个为浅色（图3）。在MSS组合方法处理的图像上，确定了23个环形影像，其中18个为浅色或浅色斑块状环形影像（图4）。据分析，各种图片上的浅色影像，绝大多数是通过水系和地面湿度而反映出来的微地貌隆起，而这些微地貌隆起与地下正向构造有密切的关系。

（1）二八台构造（168号、图3—Rt12）已获油流，该构造是受两条北东向断裂控制的正向断块，为重力、磁力正异常，系一古生代末就存在的继承性隆起。其影像特征为深色背景中的浅色椭圆形色调异常。

（2）兰尕大队东构造位于轮南潜山带西南侧。该构造（或潜山头）由奥陶系构成，在TM（图3—Rt14）、MSS（图4—RR51）、SPOT（图5—RS—2）图片上均表现为明显的浅色影像异常。该浅色影像异常的东北端便是轮南潜山构造带。从大范围来看，轮南潜山构造带就在浅色影像异常区内。该潜山带虽然被东西向断裂切割而复杂化，但总体为团块状构造，与浅色影像异常的形态基本一致。而轮南潜山构造带已是众所周知的出油构造之一。

（3）东河塘断块，是在巨型北东向断隆背景上的北西向次级断块，其西北段在中生界底构造图的高点上、Ⅱ—10地震层序（相当于石炭—二叠系）中异常地质体的北部边沿，目前东河1井已出油。其出油层位为石炭系砂岩体。该断块在MSS组合图（图4—RR45）及机载多光谱扫描图上均以浅色影像为特征。

（4）最近在吉拉克三叠系构造上获得了工业油流，而吉拉克构造在MSS组合图上（RR55），在SPOT（图5Rs14），及TM（图3RT14—2）上均为浅色环形影像，该浅色影像特征是由水系环绕而表现出来的微地貌隆起。因此，上述实例说明，本区地下正向构造与现今微地貌隆起有不可分割的关系。

图3　TM地质解译图

图4　MSS组合图像地质解译图

图5　SPOT地质解译图

（二）已知油田与化探之间有一定的相关性

塔北地区进行了8000km²化探的面积概查。从试验区30个指标的筛选中确定了12个有效指标，通过总体分析认为CH₄、C₂H₆、C₃H₈及iC₄、nC₄等指标与油气聚集有关，常常表现为油藏的边缘效应或顶盖效应；而Hg、△C、Uv等则表现为油田的边缘效应（图6）。

（1）雅克拉构造，北东向延伸，已获油流（∈—O），为CH₄、C₃H₈高异常区和Hg及△C低值区（边缘效应）。

（2）轮南潜山构造带，近东西向延伸，于奥陶系潜山上多口井出油，表现为CH₄、C₃H₈的高异常区。

（3）东河塘构造（RR45、Rt11）北西向延伸的上古生界断块，处于其北部边缘的东河1井已出油（石炭系砂岩），也系烃类的高异常区。

（4）兰尕大队东构造（Rt14、Rs—2）于1990年10月试油后为奥陶系低产油田，浅色影像特征不但与奥陶系顶构造圈闭一致，且也是烃类高异常区。

因此，从现有资料分析，已知油田区与化探异常之间有较好的相关性，也就是说油田上方存在着可以监测的地球化学场罩。

（三）已知油田在微磁场中表现为正异常特征

近年来的油气勘探实践表明，大多数油气藏的上方存在微弱的次生磁异常。这种微磁异常是由于碳氧化合物渗漏上逸而在油气藏上方造成一种还原环境，并引起岩石的物理化学变化逐渐导生了磁铁矿，进而形成正微磁异常（图7）。通常这种正微磁异常被淹没在区域磁场中而不被人们所重视。但目前使用视深度滤波法，可以从区域磁场中提取出来，并作为油气信息的证据之一。我们通过对库车—轮台地区的高精度航磁数据的滤波处理，结果其正微磁异常与已知油田及遥感油气信息解译有良好的一致性，特别是东河塘地区，如塔里乡以北的RT30、RT11及RT14与该区微磁异常评价一类区十分一致（图8）。

（四）已知油田为地面光谱高反射率区

塔北地区曾与化探Ⅰ（过轮南2井）、Ⅱ（过沙14井）测线同步作了两条地面光谱测量剖面（约150个光谱点）。从四个相邻测点的波谱曲线图上可以看出，其所测波谱段范围内的各波段其反射率有明显的相关性（图9）。则其在剖面上的变化基本趋于一致，相对关系为TM7＞TM5＞TM4＞TM2＞TM1。它们在已知油区，由于地物的直接影响而变化不稳定，但总的趋势表现为相对高值区。这与各种遥感资料之间有一定的对应关系。

（五）已知油田区表现为红外的正热异常

在TM6（145～31）图幅范围内的已知油田皆表现为不同程度的正热异常。二八台（168）为受地面植被与水系干扰的弱正热异常特征；轮南、桑塔木潜山带为明显的正热异常区；东河塘构造为被北西向水系分割的正热异常；去年底出油的兰尕大队构造也表现为弱正热异常的特点。因此，正热异常是油田地面的特征之一。

图6　雅克拉构造地表化探剖面图

图7　后生作用形成磁铁矿过程示意图

图8　塔北地区微磁异常评价图

1—油井；2—干井；3—地震断裂；4—推断侵入岩；5—推断二叠系玄武岩；6—推断一级含油有利区带；7—推断二级含油有利区带；8—推断沉积岩之磁性层；9—异常；10—志留系尖灭线；11—地面背斜

图9　轮南地区含油砂土的波谱反射特征曲线（96、97、98及100四个测点）

四、基本规律及初步结论

从上述实例及总体分析来看，塔北地区的已知油田与遥感信息、地化异常及地面波谱等因素有着密切的联系。这种联系可以归纳为下列模式，并以框图表示之：

叶和飞油气地质遥感论文集

初步结论：上述关系说明，航天遥感信息在地质和物探的支持下可以直接用于塔北地区的油气田预测。

五、几个有利油气区的预测

（1）塔里木乡以东的阿克库木地区：本区存在一系列由明显浅色环形影像反映出来的环（块）状构造。其中的Rk17（Rs13、Rs8;RR54）北端为已出油的桑塔木潜山构造带。而南端尚有Rk18、Rk19等环形构造，它们都有明显的环形特征，也是有利的含油构造。

（2）东河塘以南的哈拉哈塘地区：本区存在三排由浅色环形影像反映出来的中型环（块）状构造。其中Rk12构造的北缘已获工业油流（东河1井）。而南侧的Rk8、Rk9、Rk10、Rk11及Rk20都有极为类似的特征。因而认为这些都是有类似特征的含油气构造。

参考文献

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滕吉文主编.塔里木地球物理场与油气，北京：科学出版社，1991.

ETM⁺（TM）遥感数据地质蚀变异常信息提取的主要方法

金属矿化作用和油气微渗漏作用常伴随或引起上覆岩石、土壤以至植被中的矿物、化学成分、地球化学场和自然景观及它们相应的波谱特性发生变化，如伴随成岩成矿的热动力作用和地球化学过程的粘土岩化、碳酸盐化、黄铁矿化、硅化等矿化蚀变和地球化学晕；油气藏的烃类物质的微渗漏作用使地表物质发生的退色效应和油气微渗漏蚀变；植被的金属中毒效应等。在遥感图像上形成与周围物质或景观不同的色调特征，称之为“遥感色调异常”，应用图像处理方法，分析、识别和提取这些异常信息，是遥感找矿的重要途径之一。针对TM图像或以TM为主的多光谱图像，国内外发展了一系列增强、识别和提取异常的数据处理方法（王润生等，2002）。

图8-4 常见矿物的反射波谱曲线

图8-5 青磐岩化主要矿物的反射波谱曲线

图8-6 方解石和石膏的近红外光谱曲线

（一）波段比值

比值是增强和提取色调信息常用的有用方法。从TM图像中能提取的蚀变类型主要有：①铁的氧化物、氢氧化物和硫酸盐矿物，包括褐铁矿、赤铁矿、针铁矿和黄钾铁矾。由于紫外部分的强烈吸收，这些矿物的波谱在TM1，2，3区间上升梯度很陡，另外一个特征是TM4 波段范围内（0.8～0.9μm）有较强的近红外吸收带。黄钾铁矾在2.2μm左右（TM7）还存在有羟基矿物的强吸收谷；②羟基矿物，包括粘土矿物和云母；③水合硫酸盐矿物（石膏和明矾石）和碳酸盐矿物（方解石和白云石）。后两类矿物在TM7波段都有较强的吸收谷，吸收谷的具体光谱位置和强度各不相同，对矿物种类具有鉴定意义。由于TM波段的带宽太大而无法在图像上对逐个矿物加以区别。但是，不同类型矿物的波谱曲线的变化趋势很不相同，为用比值方法增强和提取这些蚀变信息奠定了物理基础。

识别热液蚀变常用的有效TM波段比值主要有：

TM3/1，用于识别褐铁矿（赤铁矿和针铁矿），在图像上，赤铁矿呈暗色调，针铁矿呈亮色调。

TM5/4，用于区分植被与无植被覆盖的土壤和岩石，植被呈暗色调。用以区分不同种类的特征矿物：云母和黄钾铁矾的TM5/4≫1.0，水合硫酸盐矿物（明矾石和石膏）的TM5/4≪1.0，而碳酸盐矿物和粘土矿物的 TM5/4≈1.0。由于铁氧化物和氢氧化物晶体场在4 波段（0.8～0.9μm）的吸收带，TM5/4还可以识别褐铁矿化，含铁矿物（特别是赤铁矿）含量越高，比值越大。

TM5/7，识别含羟基矿物、水合硫酸盐矿物和碳酸盐矿物。由于这些矿物在2.2μm附近的吸收谷，它们的TM5/7值很大，在图像上呈亮色调。但是，植被TM5/7的值也很大，需用其它方法加以区分。

TM7/4，可用于区分不同种类的特征矿物，云母的TM7/4≫1.0，水合硫酸盐矿物（石膏和明矾石）的TM7/4≪1.0。

TM3/4，植被TM3/4的值很小，是识别植被常用的波段，并可用来区分褐铁矿化岩石。

彩色合成图像可在一张图像上显示多种信息，有利于研究不同异常的空间分布与空间组合，而且，彩色图像较黑白图像更易于区分微小的差别。好的合成图像应该尽可能显示多种蚀变异常信息，并将其与植被明显地区分开来。最常用的比值合成图像有：

TM5/7（R），TM3/1（G），TM3/4（B）；

TM5/4（R），TM3/1（G），TM7/5（B）；

TM5/4（R），TM4/3（G），TM5/7（B）。

上面常用最佳比值合成都是比值5/7（或7/5），3/1，3/4（或4/3），5/4四个比值的不同组合，从上面列出的各个比值的作用明显可以看出这些比值合成方案的考虑。在这一合成图像上，赤铁矿和针铁矿为绿至青色；黄钾铁矾呈黄至白色；含羟基矿物、水合硫酸盐矿物和碳酸盐矿物呈品红色；植被呈红色。

在实际应用中，仿照归一化差值植被指数（NDVI）的做法，经常用两个波段的“和差比”构造一些复杂的比值，进一步扩大波段之间的差别，并对其归一化，仿照植被指数，称它们为“归一化差值矿物指数”。对于TM，常用复杂比值有：

TM（4-3）/（4+3），植被指数；

TM（3-1）/（3+1），褐铁矿化（氧化铁）指数；

TM（5-4）/（5+4），氧化亚铁矿物指数；

TM（5-7）/（5+7），含羟基矿物指数。

（二）主成分分析（KL变换）

主成分分析（PCA）是根据图像的统计特征确定变换矩阵对多维（多波段）图像进行正交线性变换，使变换后新的组分图像互不相关，并且，把多个波段中有用信息尽可能地集中到少数几个组分图像中。主成分分析是一种常用的图像特征选择和增强方法，被广泛应用于图像编码、数据压缩、图像增强和变化检测中。

几种有用的TM和ETM波段选择主成分分析：

TM1，4/3，TM5，TM7的主成分分析，以区分蚀变和未蚀变岩石。比值TM4/3的作用是利用植被发育状况信息（植被指数）区分植被和蚀变岩（马建文等，1994）；

TM1，TM3，TM4，TM5的主成分分析，增强铁氧化物信息；

TM1，TM4，TM5，TM7的主成分分析，提取含羟基矿物信息；

TM1，TM3，TM4，TM5，TM7的主成分分析，区分高岭石-伊利石、石膏等不同的粘土矿物。

TM3/1和TM4/3的定向主成分分析用以区分针铁矿、赤铁矿和植被。在TM3/1图像上，赤铁矿呈暗色调，针铁矿呈亮色，但受植被干扰严重；在TM4/3上植被呈亮色调，而褐铁矿色调较暗。在定向主成分分析的DPC1上，针铁矿较亮，赤铁矿较暗；植被在DPC2上取高值，可与无植被区较好地区分开来（Fraser，1991）。

TM4/5和TM5/7的定向主成分分析用以区分含羟基矿物和植被。在DPC1上，含羟基矿物和植被都为亮色调；但在DPC2上仅植被取高值，从而将两者予以区分（Ruiz-Armenta，1998）。

（三）色度空间分析

在由亮度、色调、饱和度定义的色度空间中，亮度表示颜色的明亮程度，它决定于物体反射辐射度；色度是光线平均波长所引起的人的视觉特征，取决于光线的光谱组成和物体反射辐射的主波长。饱和度是颜色的纯度，决定于物体反射辐射的光谱选择程度。亮度、色调和饱和度作为3个互不相关的物理量，可以准确地定量描述颜色的视觉物理特征，是地物分类识别有效的标识参量。对遥感图像而言，亮度I除了与地物的反射辐射特征有关外，受地形因素的影响很大（照度不同）。而色调和饱和度图像主要反映了地物的谱波信息，是与地物本身特性有关的物理量。因而，在IHS空间可更有效地提取和描述色调异常特征。色度空间分析在多光谱色调异常分析中的作用主要如下。

将亮度、色调、饱和度图像作为一种特征，直接用于提取色调异常信息。如秦小光（见王润生等，1992）和刘建国（Liu et al.，1990）等利用色调合成图像消除地形影响，增强地物的波谱特征，用于区分不同的岩性和蚀变带；

在亮度、色度和饱和度空间，对饱和度或色调图像作去相关扩展；

以亮度、色调和饱和度这3个互不相关且物理意义明确的物理量，对异常作定量描述，进行异常的划分、分级和分类。

用于多种方法提取结果的融合，或提取结果与背景图像的融合。

（四）引入高光谱或甚多谱段的数据处理方法

近年来，一些主要用于高光谱数据或甚多谱段的信息处理方法，如噪声调节主成分变换（NAPC：Noise-Adjusted Principal Components Transform）（Lee et al.，1990）或最大噪声组分变换（MNF：Maximum Noise Fraction Transformation）（Green et al.，1988）、光谱角制图（SAM：Spectral Angle Mapping）等方法也被引入到多光谱的异常提取中，并取得了一定的效果。

光谱角（Spectral Angle）是对地物光谱波形相似性程度的一种度量（Kruse et al.，1993），它将每条光谱都视为谱段空间的一个矢量，通过计算测量光谱和参考光谱矢量的夹角θ来确定两光谱间的相似性程度，其矢量夹角越小，则表明测量光谱与参考光谱相似程度越大，测量光谱所代表的物质与参考光谱物质的性质相同或相近。光谱角对于乘性干扰具有较好的抗干扰性，不受照度等变化的影响。

在多光谱光谱角遥感异常提取中，参考光谱可选用典型光谱、地面实测光谱或像元光谱。像元光谱曲线是指由图像像元各波段像元值构成的折线。由于多光谱的光谱分辨率一般较低，且一般不作辐射定标和大气校正，用典型光谱和地面实测光谱一般效果较差。用像元光谱作光谱角分析是计算图像中每个像元光谱与已知异常区域（已知的矿床、矿点或蚀变带）像元光谱之间的夹角，度量它们之间的相似程度，因此实质上是一种监督分类方法，只不过它仅考虑像元光谱曲线形状的相似程度，而基本不考虑其绝对值的大小，而且每次仅考虑与种子像元的相似程度，而不考虑是否还与其他像元相似。