遙感技術在泰州市勘查地熱資源

1衛星遙感勘查技術原理

用遙感技術來勘查地下資源已經發展了近年。常用的衛星遙感數據主要是Land-sat/(ETM) 數據，美國近年來發射的新一代地球觀測衛星燈數據以及我國自行發射的資源衛星數據。

用紅外探測技術勘查地熱資源是在20世紀70年代才發展起來的高新技術，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生不同的溫度，若干地表溫度的平均值稱為該區地溫背景值。如果地下賦存有熱能，則由于傳導和生產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星遙感探測到并記錄下來，經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、發電廠、大型化工廠和金屬冶煉廠等等散發出來的熱量，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和大中小城市也可以產生高于地溫背景值的“熱島”現象，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查，逐一核實確定。現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射輻射，地表物質同樣如此。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星上裝載的熱傳感器感應到并能記錄下來。由于衛星上裝載的熱傳感器的感應能量與發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鍵。

2 衛星遙感勘查的技術集成

在地熱資源勘查過程中，為了達到方便快捷、準確經濟的目的，光衛星遙感單項技術不行，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勘查過程中使用的遙感(RS)、地理信息系統(GIS)和全球定位系統(GPS)三合為一成像技術是21世紀的高新技術，是當前世界發達國家在軍事偵察、資源調查等領域首先使用的高新技術。這種技術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，在有地熱產出或自然露頭地區應用，準確率相當高，但用于未知地區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，使得找礦難度加大、風險加大。利用3S技術如何在隱伏地區成功地找到地熱資源則是本項目實施的關鍵，也是本項目的創新之所在。3S復合成像技術不是簡單的3項技術的疊加，因為每項技術都有缺點，疊加的結果不僅會出現優+優，而且也會出現劣+劣。復合技術就是充分選取優十優而屏蔽劣+劣的出現。

因此，我們利用衛星遙感勘查地熱資源，尤其是使用3S復合成像技術是一項難度較大且要求較高的科學與生產相結合的實踐活動。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，另一個則是得用衛星遙感技術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，最關鍵的一環是實現技術創新。而技術創新中往往不是單項技術所能成就，需要兩種或兩種以上的技術進行有效的合成才能奏效。本次衛星遙感勘查地熱資源，就使用了RS+GIS+GPS的3S技術集成，大大提高了勘查的精度和速度，既節約了寶貴的時間和資金，又提高了工作效率。

本次衛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波段的數據，中心波長為11μm。該波長可以較好地反映地表溫度，同時選取冬季數據來抑制其他熱源。底圖使用6景冬季數據鑲嵌而成，分辨率為30 m。將MODIS數據TM數據校正配準合成之后，MODIS數據作為紅波段，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數據進行密度分割，就得到地熱異常分布圖。泰州及其鄰區地熱資源的熱島就躍然紙上，一目了然。從以上可以看出，只要基本原理能夠實現技術轉換，就會把復雜的東西變得十分簡單，這就是高新技術發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實，使人們如愿以償。

為了把泰州地熱資源遙感異常反映得更加明顯，我們依據輻射亮度的強、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是本次應用的輻射亮度與地熱異常溫度對應關系表。

（表1 輻射亮度與地熱異常溫度對應關系）

特別值得指出的是，這個對應關系是我們依據泰州地熱實際而制定出來的，因為在地熱資源地質勘查國家標準GB11615-89中規定，地熱資源按溫度分為高溫、中溫、低溫三級，并且標準規定如表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 開發利用的實際。

(表2 地熱資源溫度分級）

3實際應用的成果

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

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

  （3）鉆井驗證。設計井位為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，衛星遙感異常圖的準確性得到證實。