1衛(wèi)星遙感勘查技術(shù)原理

用遙感技術(shù)來勘查地下資源已經(jīng)發(fā)展了近年。常用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)主要是Land-sat/(ETM) 數(shù)據(jù)，美國近年來發(fā)射的新一代地球觀測衛(wèi)星燈數(shù)據(jù)以及我國自行發(fā)射的資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

用紅外探測技術(shù)勘查地熱資源是在20世紀70年代才發(fā)展起來的高新技術(shù)，基本原理是利用光譜中紅外林(3-5μm)和遠紅外(8-14μm)對溫度反應(yīng)的敏感性來判知的。太陽輻射和地下熱能晝夜不斷地向上傳輸都使得地表面產(chǎn)生不同的溫度，若干地表溫度的平均值稱為該區(qū)地溫背景值。如果地下賦存有熱能，則由于傳導(dǎo)和生產(chǎn)不同的對流作用向地表傳遞，使得地表溫度大于正常地表溫度，形成凸出地表平均溫度的“熱島”即熱異常，而這種異常常可以被衛(wèi)星遙感探測到并記錄下來，經(jīng)計算機處理就可以成像。當然這種熱島也可以由許多因素造成，比如地表由熱力廠、發(fā)電廠、大型化工廠和金屬冶煉廠等等散發(fā)出來的熱量，也都可以形成局部熱島而與地熱熱島相混淆，造成真假熱島難分的局面。尤其在人口集中居住的城鎮(zhèn)和大中小城市也可以產(chǎn)生高于地溫背景值的“熱島”現(xiàn)象，因此，對熱島圖一定要進行真假識別。最初，種種識別需要人工地面進行調(diào)查，逐一核實確定。現(xiàn)在已有專用軟件能將城市熱島、工廠熱島和水污熱島等并非地熱引起的假熱島剔除而保留真熱島，也就大大減輕了人工的勞動和降低了成本。因此，最基本的衛(wèi)星遙感勘查原理可以簡述如下:

物理實驗表明，任何溫度在0 K以上的物體都向外發(fā)射輻射，地表物質(zhì)同樣如此。大陸地表表面溫度 全球性大約在300 K左右，其輻射主要是3μm以上的長波輻射，最大電磁輻射波長為8-11.3μm，即熱紅外波段。這一波段無論白天或者黑夜都能被衛(wèi)星上裝載的熱傳感器感應(yīng)到并能記錄下來。由于衛(wèi)星上裝載的熱傳感器的感應(yīng)能量與發(fā)射物體的溫度成正比，通過測量長波輻射的強度就可以判知地表冷熱分布的狀況，并且用灰度學(xué)深淺表示物體溫度的高低來成像。假如地表出露高于地表Y0背景值的地方，熱傳感器就可以捕捉到它并且把它反映出來，形成熱島或稱為熱異常。人們根據(jù)熱島就可以反過來判知其地下有熱源存在。因此，遙感圖上的熱島來源于地下的熱源，有沒有地下熱源，就成為遙感勘查成果的關(guān)鍵。

2 衛(wèi)星遙感勘查的技術(shù)集成

在地熱資源勘查過程中，為了達到方便快捷、準確經(jīng)濟的目的，光衛(wèi)星遙感單項技術(shù)不行，還要有輔助的勘查工具才行，我們這次江蘇泰州地熱資源系統(tǒng)勘查過程中使用的遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)三合為一成像技術(shù)是21世紀的高新技術(shù)，是當前世界發(fā)達國家在軍事偵察、資源調(diào)查等領(lǐng)域首先使用的高新技術(shù)。這種技術(shù)在從已知推未知過程中相當準確，但是從未知再推已知過程中尚未有先例。也就是說，利用這種方法，在有地熱產(chǎn)出或自然露頭地區(qū)應(yīng)用，準確率相當高，但用于未知地區(qū)來直接判斷有無則屬于盲人摸象階段。泰州地熱資源沒有地表自然露頭，地下已知的僅是石油鉆井探測到的，上面覆蓋較厚，屬于地熱隱伏區(qū)，使得找礦難度加大、風(fēng)險加大。利用3S技術(shù)如何在隱伏地區(qū)成功地找到地熱資源則是本項目實施的關(guān)鍵，也是本項目的創(chuàng)新之所在。3S復(fù)合成像技術(shù)不是簡單的3項技術(shù)的疊加，因為每項技術(shù)都有缺點，疊加的結(jié)果不僅會出現(xiàn)優(yōu)+優(yōu)，而且也會出現(xiàn)劣+劣。復(fù)合技術(shù)就是充分選取優(yōu)十優(yōu)而屏蔽劣+劣的出現(xiàn)。

因此，我們利用衛(wèi)星遙感勘查地熱資源，尤其是使用3S復(fù)合成像技術(shù)是一項難度較大且要求較高的科學(xué)與生產(chǎn)相結(jié)合的實踐活動。這項活動的成敗取決于兩個基本點 一個是泰州地下確實存在有地熱資源，另一個則是得用衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠把地熱異常位置、溫度和熱儲水平分布狀況及大小反映出來。

基本原理清楚，但要把它變成實用技術(shù)，最關(guān)鍵的一環(huán)是實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。而技術(shù)創(chuàng)新中往往不是單項技術(shù)所能成就，需要兩種或兩種以上的技術(shù)進行有效的合成才能奏效。本次衛(wèi)星遙感勘查地熱資源，就使用了RS+GIS+GPS的3S技術(shù)集成，大大提高了勘查的精度和速度，既節(jié)約了寶貴的時間和資金，又提高了工作效率。

本次衛(wèi)星遙感勘查長波波段MODIS(中分辨成像光譜儀Moderate-resolution Imaging Specerora-diameter)是美國TERRA衛(wèi)星上搭載的一個高光譜傳感器，具有36個波段，分辨率為1000 m，31波段的數(shù)據(jù)，中心波長為11μm。該波長可以較好地反映地表溫度，同時選取冬季數(shù)據(jù)來抑制其他熱源。底圖使用6景冬季數(shù)據(jù)鑲嵌而成，分辨率為30 m。將MODIS數(shù)據(jù)TM數(shù)據(jù)校正配準合成之后，MODIS數(shù)據(jù)作為紅波段，TM4、3波段作為綠、藍波段合成彩色圖像，然后按照已知的地熱點的輻射亮試驗值對MODIS數(shù)據(jù)進行密度分割，就得到地熱異常分布圖。泰州及其鄰區(qū)地熱資源的熱島就躍然紙上，一目了然。從以上可以看出，只要基本原理能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)換，就會把復(fù)雜的東西變得十分簡單，這就是高新技術(shù)發(fā)展給人們帶來的極大方便，使以前根本想象不到，或想做而做不到的事變成現(xiàn)實，使人們?nèi)缭敢詢敗?o:p>

為了把泰州地熱資源遙感異常反映得更加明顯，我們依據(jù)輻射亮度的強、中、差，又將異常劃分為高溫、中溫和低溫三個類型。為了避免相互混淆而一目了然，將高溫、中溫和低溫熱異常分別成圖。表1是本次應(yīng)用的輻射亮度與地熱異常溫度對應(yīng)關(guān)系表。

（表1 輻射亮度與地熱異常溫度對應(yīng)關(guān)系）

特別值得指出的是，這個對應(yīng)關(guān)系是我們依據(jù)泰州地熱實際而制定出來的，因為在地熱資源地質(zhì)勘查國家標準GB11615-89中規(guī)定，地熱資源按溫度分為高溫、中溫、低溫三級，并且標準規(guī)定如表2 。

為了更切合泰州地熱資源勘查的實際，我們制定了地方標準。表1即為地方標準的劃分，它更貼近于低溫地熱資源 國家標準 開發(fā)利用的實際。

(表2 地熱資源溫度分級）

3實際應(yīng)用的成果

  （1）繪出了衛(wèi)星遙感地熱異常分布圖（1:10萬），共發(fā)現(xiàn)高溫地熱異常76處，呈塊狀分布。

  （2）在地熱異常區(qū)內(nèi)，利用V5系統(tǒng)勘查地熱異常的垂向分布狀況，并在此基礎(chǔ)上確定了鉆井井位。

  （3）鉆井驗證。設(shè)計井位為1000 m，實際鉆井1006 m 。熱水分三層，井口出水水溫為42℃，水量為30 m3/h。

至此，衛(wèi)星遙感異常圖的準確性得到證實。