遙感技術在新疆東部主要含煤區地質解譯中的應用

李新萍，郝多虎，段 朋，于學政，盛佳良，何 泉，呂鐵硬

（1.中國礦業大學（北京），北京100083；2.中國國土資源航空物探遙感中心，北京100083）

新疆東部地區是我國西部礦產資源較為豐富的地區，蘊含著大量重要的礦產，其中煤炭資源極其豐富，大部分的低灰、低硫、低磷等優質煤都來自新疆東部地區。近年來，不少專家學者都對新疆東部主要含煤區做了大量的相關研究。李小彥等提出了西部煤炭“優質煤”的概念[1]，張泓、吳傳榮等對西北地區侏羅紀煤的成煤地質條件進行了研究[2－3]，陳克明、趙長毅等對吐哈盆地煤的生烴潛力做了深入研究和探討[4－6]。這些研究對地質調查與礦產勘查提供了思路和方法，但尚未對主要含煤盆地及含煤地層等地質條件等進行宏觀系統解譯劃分與研究，未能構建含煤區的區域宏觀構造格架。隨著遙感技術的廣泛應用，利用衛星影像探測成礦的研究越來越系統。本文利用衛星遙感數據，通過遙感影像增強處理，結合已有的地質礦產資料，對新疆東部主要含煤區進行地層、線性、環形構造等地質解譯研究，分析主要含煤區的地質特征及煤炭的賦存規律，旨在為本區開展地質調查與礦產勘查工作提供科學依據。

1 研究區概況

研究區位于北天山褶皺系東段的山間坳陷中，隸屬于吐魯番和哈密兩個行政區，包括三塘湖和吐哈兩個含煤盆地，其地理坐標為東經87°00′—96°00′，北緯42°00′—45°00′，東西長約725km，南北寬約325 km，總面積約16.8萬km2。三塘湖煤田位于新疆東北部與蒙古國接壤的近邊境線一帶東準噶爾界山所轄的山間坳陷盆地中，吐哈煤田位于新疆東部，為東西走向的大型山間盆地，是新疆僅次于準噶爾盆地的巨型含煤盆地。

研究區尤其是含煤地層多被植被和第四系淺層覆蓋，利用常規地質工作手段開展煤炭資源調查的難度大。但該區各地質歷史時期沉積穩定，地層和巖石類型發育較齊全，不同巖石地層和地質構造所呈現的微地貌、水系、土壤和植被類型等具有明顯的獨特性和規律性。在遙感影像上所反映的特征較明顯，遙感技術的應用條件優越，為遙感技術結合常規地質工作手段進行煤炭資源調查評價創造了條件[7]。本文利用遙感數據對全區進行遙感地質解譯，對兩個主要含煤盆地選擇重點地區進行詳細遙感地質解譯，工作區影像圖見圖1。

2 數據來源與地質解譯

2.1 數據來源與影像處理

遙感數據源選用ETM數據，該數據具有較高的光譜分辨率和空間分辨率，全色波段（8波段）分辨率為15m，1—7波段空間分辨率為30m。應用ENVI遙感圖像處理軟件，對ETM圖像進行校正、配準、鑲嵌及融合處理，選取可有效突出巖石地層及構造信息的743波段組合，對重點區域波段組合后再與8波段進行融合處理，并輔以色彩均衡、數字圖像增強處理和地理要素的復合處理，制作出滿足工作要求的衛星遙感影像圖。

圖1 研究區遙感影像

2.2 影像特征與地質解譯

根據各地層遙感解譯標志和各類巖石典型波譜曲線特征分別進行地層目視遙感解譯和巖石類型計算機自動信息識別，對區內地層單元進行了綜合遙感解譯，尤其對各含煤地層特征進行了詳細解譯。該區含煤地層的沉積和分布均較穩定，巖石組合含煤地層是一種比較穩定的沉積地層，由特定的巖性組合而成，不僅有地表出露厚度和長度，而且具有一定的影像特征。地層中不同巖性的組合及軟硬巖層的差異分化，在影像上形成特殊的條帶狀影紋。因含煤地層多呈深灰色，其影像色調相應較暗。因此，利用這些特殊的影像標志容易將含煤地層識別[8]。區內主要地層巖性特征及遙感影像標志見表1。

表1 主要地層巖性特征及遙感影像標志

3 結果與分析

3.1 研究區地質構造分析

3.1.1 線性構造 線性構造是指在遙感圖像上與地質作用有關或受地質構造控制的線狀影像，它主要體現的是斷層、隱伏斷裂、破碎帶、裂隙或巖體邊界等。因此在進行詳細的線性構造解譯時，只確定那些具有地質意義的線性特性，要重點進行中、小型線性構造的解譯[9]。含煤區人工建筑物較少，遙感圖像上的線性構造經篩除交通線、山脊、河流等要素后，絕大多數是斷裂構造的表現，可以反映區內基本構造格局[10]。

圖2 泥盆系標志特征

圖4 侏羅系標志特征

圖5 第四系標志特征

在遙感圖像上，三塘湖盆地呈北西向似走廊狀分布，兩側基本受區域性大斷裂（F2，F4）控制，煤盆地存在的含煤地層中下侏羅統宏觀分布受北西向大斷裂控制，而近南北向或北西向次級斷裂在局部地段則主要起到控制含煤地層分布范圍及分布形態的作用。三塘湖盆地區域構造解譯見圖6。

吐哈盆地內兩側基巖隆起區與盆地內的山前地段東西，北東向、北西向兩組大斷裂（F5，F6）線性構造以及覆蓋區內隱伏線性構造形跡均顯示非常醒目，總體呈菱形。在盆地內中侏羅統含煤地層大致沿吐魯番—鄯善—三道嶺東呈向北凸出近似東西向弧形斷續分布，并經五堡向哈密南側的大南湖地區延伸。由于受后期近南北或北西或北東向次級斷裂構造活動的影響，導致該套含煤地層在個別地段出現不連續分布現象，致使地表形成微凸起山體或隱伏下陷形成平坦戈壁荒灘。吐哈盆地區域構造解譯圖見圖7。

圖6 三塘湖盆地區域構造解譯圖

圖7 吐哈盆地區域構造解譯圖

3.1.2 環形構造 環形構造是指與地質構造有密切聯系的環狀影像，包括與巖株、斑巖體等淺成、超淺成巖漿巖侵入體相關的環要素；與花崗巖侵入體或侵入作用相關的環要素；與火山機構或火山作用相關的環要素；與圍巖蝕變相關的環形封閉狀影像；與構造活動相關的環形或類環形影像；與沉積巖層，環狀褶皺相關的穹隆構造[11]等，環形構造可以促使裂隙的發育。基巖區顯示存在有環形影像，分析認為一般為侵入體所致，而盆地內有零星分布的不規則狀環形影像，初步分析認為與隱伏的地層褶皺或彎曲有關，依據環形構造標志特征，并結合含煤地層分布特點對區內隱伏褶皺類型、形態、規模褶皺軸位置進行解譯劃分，對盆地內含煤地層的控制及分布狀況等有所了解，詳見圖8。

圖8 環形構造標志特征

3.2 聚煤規律分析

煤的聚集規律受古氣候、古植物、古地理和古構造等多種因素的控制，這些因素既相互獨立，又相互制約，構成一個復雜的聚煤作用系統[12]。其中區域構造格局對聚煤作用、煤形成后的改造作用以及賦煤狀態都起著重要的主導作用[13]。三塘湖煤田與吐哈煤田煤層多集中于八道灣組以及西山窯組。

3.2.1 三塘湖煤田 三塘湖煤田位于準噶爾盆地東部，為湖灣環境、三臺等隆起減弱了該區與準格爾盆地腹部的水力聯系，使之處于半封閉狀態，沉積物以泥質巖、細碎屑巖為主夾砂巖，并發育多層厚—巨厚煤層。同時也說明克拉麥里低山—博格達低山丘陵更加低緩。在構造活動微弱的條件下，碎屑供應減少。成煤期除在山前地帶有少量河流及濱湖三角洲沉積外，東部廣大地區均為湖灣沉積。三塘湖煤田聚煤規律見表2。

表2 三塘湖煤田含煤地層聚煤規律表

3.2.2 吐哈煤田 吐魯番—哈密盆地南部為依連哈比爾尕山和覺羅塔格山，北部為博格達山和巴里坤中低山。盆緣斷裂控制含煤盆地的范圍和幾何形態，南緣為南東東—東西—北西西向弧形展布的博羅科努—康吉爾—星星峽深斷裂，北緣和西北緣為北東東向展布的博格達斷裂和東西展布的喀拉烏成斷裂，各斷裂展布方向聯合構成東西向狹長的菱形構造向斜盆地。吐哈盆地早、中侏羅世煤系地層沉積歷史與準噶爾盆地有一定的相似性，完全是陸相沉積。盆地中央長期存在一條由大南湖北側至鄯善呈近東西向展布的次一級隆起帶，隆起帶及其古地理環境對聚煤作用起到了重要作用。吐哈煤田聚煤規律見表3。

表3 吐哈煤田含煤地層聚煤規律

4 結論

在遙感技術的應用與野外調查驗證的基礎上，結合地質資料對研究區進行了地層、線性、環形構造等遙感地質解譯，研究區內解譯的地層主要有：泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系—新近系、第四系，主要含煤地層為侏羅系八道灣組與西山窯組。

通過遙感地質解譯圖可以清晰地辨別出吐哈盆地主要由北東向、北西向兩組大斷裂控制，三塘湖盆地主要由近東西向、北西向兩組大斷裂控制。環形構造主要由侵入體所致，或與隱伏的地層褶皺或彎曲有關，環形構造可以為預測成礦區提高較好的解譯依據。線性、環形構造的解譯研究可以重新或深入地認識研究區構造發育和分布規律，充分體現出遙感技術在地質調查中的宏觀應用，很大程度上降低了野外調查的難度，并提高了調查的準確度；綜合分析了該區的兩個主要含煤區的成煤條件與聚煤規律，為該區的煤炭資源調查提供了依據；編制了工作區區域構造解譯圖，遙感地質解譯圖，為今后的區域調查做了鋪墊；隨著衛星遙感信息獲取技術的進步，對于解決煤礦地質中的構造規律，巖溶發育、地下水活動、煤層瓦斯分布具有重要的作用。

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