遥感技术在泰州市勘查地热资源

1卫星遥感勘查技术原理

用遥感技术来勘查地下资源已经发展了近年。常用的卫星遥感数据主要是Land-sat/(ETM) 数据，美国近年来发射的新一代地球观测卫星灯数据以及我国自行发射的资源卫星数据。

用红外探测技术勘查地热资源是在20世纪70年代才发展起来的高新技术，基本原理是利用光谱中红外林(3-5μm)和远红外(8-14μm)对温度反应的敏感性来判知的。太阳辐射和地下热能昼夜不断地向上传输都使得地表面产生不同的温度，若干地表温度的平均值称为该区地温背景值。如果地下赋存有热能，则由于传导和生产不同的对流作用向地表传递，使得地表温度大于正常地表温度，形成凸出地表平均温度的“热岛”即热异常，而这种异常常可以被卫星遥感探测到并记录下来，经计算机处理就可以成像。当然这种热岛也可以由许多因素造成，比如地表由热力厂、发电厂、大型化工厂和金属冶炼厂等等散发出来的热量，也都可以形成局部热岛而与地热热岛相混淆，造成真假热岛难分的局面。尤其在人口集中居住的城镇和大中小城市也可以产生高于地温背景值的“热岛”现象，因此，对热岛图一定要进行真假识别。最初，种种识别需要人工地面进行调查，逐一核实确定。现在已有专用软件能将城市热岛、工厂热岛和水污热岛等并非地热引起的假热岛剔除而保留真热岛，也就大大减轻了人工的劳动和降低了成本。因此，最基本的卫星遥感勘查原理可以简述如下:

物理实验表明，任何温度在0 K以上的物体都向外发射辐射，地表物质同样如此。大陆地表表面温度 全球性大约在300 K左右，其辐射主要是3μm以上的长波辐射，最大电磁辐射波长为8-11.3μm，即热红外波段。这一波段无论白天或者黑夜都能被卫星上装载的热传感器感应到并能记录下来。由于卫星上装载的热传感器的感应能量与发射物体的温度成正比，通过测量长波辐射的强度就可以判知地表冷热分布的状况，并且用灰度学深浅表示物体温度的高低来成像。假如地表出露高于地表Y0背景值的地方，热传感器就可以捕捉到它并且把它反映出来，形成热岛或称为热异常。人们根据热岛就可以反过来判知其地下有热源存在。因此，遥感图上的热岛来源于地下的热源，有没有地下热源，就成为遥感勘查成果的关键。

2 卫星遥感勘查的技术集成

在地热资源勘查过程中，为了达到方便快捷、准确经济的目的，光卫星遥感单项技术不行，还要有辅助的勘查工具才行，我们这次江苏泰州地热资源系统勘查过程中使用的遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)三合为一成像技术是21世纪的高新技术，是当前世界发达国家在军事侦察、资源调查等领域首先使用的高新技术。这种技术在从已知推未知过程中相当准确，但是从未知再推已知过程中尚未有先例。也就是说，利用这种方法，在有地热产出或自然露头地区应用，准确率相当高，但用于未知地区来直接判断有无则属于盲人摸象阶段。泰州地热资源没有地表自然露头，地下已知的仅是石油钻井探测到的，上面覆盖较厚，属于地热隐伏区，使得找矿难度加大、风险加大。利用3S技术如何在隐伏地区成功地找到地热资源则是本项目实施的关键，也是本项目的创新之所在。3S复合成像技术不是简单的3项技术的叠加，因为每项技术都有缺点，叠加的结果不仅会出现优+优，而且也会出现劣+劣。复合技术就是充分选取优十优而屏蔽劣+劣的出现。

因此，我们利用卫星遥感勘查地热资源，尤其是使用3S复合成像技术是一项难度较大且要求较高的科学与生产相结合的实践活动。这项活动的成败取决于两个基本点 一个是泰州地下确实存在有地热资源，另一个则是得用卫星遥感技术能够把地热异常位置、温度和热储水平分布状况及大小反映出来。

基本原理清楚，但要把它变成实用技术，最关键的一环是实现技术创新。而技术创新中往往不是单项技术所能成就，需要两种或两种以上的技术进行有效的合成才能奏效。本次卫星遥感勘查地热资源，就使用了RS+GIS+GPS的3S技术集成，大大提高了勘查的精度和速度，既节约了宝贵的时间和资金，又提高了工作效率。

本次卫星遥感勘查长波波段MODIS(中分辨成像光谱仪Moderate-resolution Imaging Specerora-diameter)是美国TERRA卫星上搭载的一个高光谱传感器，具有36个波段，分辨率为1000 m，31波段的数据，中心波长为11μm。该波长可以较好地反映地表温度，同时选取冬季数据来抑制其他热源。底图使用6景冬季数据镶嵌而成，分辨率为30 m。将MODIS数据TM数据校正配准合成之后，MODIS数据作为红波段，TM4、3波段作为绿、蓝波段合成彩色图像，然后按照已知的地热点的辐射亮试验值对MODIS数据进行密度分割，就得到地热异常分布图。泰州及其邻区地热资源的热岛就跃然纸上，一目了然。从以上可以看出，只要基本原理能够实现技术转换，就会把复杂的东西变得十分简单，这就是高新技术发展给人们带来的极大方便，使以前根本想象不到，或想做而做不到的事变成现实，使人们如愿以偿。

为了把泰州地热资源遥感异常反映得更加明显，我们依据辐射亮度的强、中、差，又将异常划分为高温、中温和低温三个类型。为了避免相互混淆而一目了然，将高温、中温和低温热异常分别成图。表1是本次应用的辐射亮度与地热异常温度对应关系表。

（表1 辐射亮度与地热异常温度对应关系）

特别值得指出的是，这个对应关系是我们依据泰州地热实际而制定出来的，因为在地热资源地质勘查国家标准GB11615-89中规定，地热资源按温度分为高温、中温、低温三级，并且标准规定如表2 。

为了更切合泰州地热资源勘查的实际，我们制定了地方标准。表1即为地方标准的划分，它更贴近于低温地热资源 国家标准 开发利用的实际。

(表2 地热资源温度分级）

3实际应用的成果

  （1）绘出了卫星遥感地热异常分布图（1:10万），共发现高温地热异常76处，呈块状分布。

  （2）在地热异常区内，利用V5系统勘查地热异常的垂向分布状况，并在此基础上确定了钻井井位。

  （3）钻井验证。设计井位为1000 m，实际钻井1006 m 。热水分三层，井口出水水温为42℃，水量为30 m3/h。

至此，卫星遥感异常图的准确性得到证实。