高分數據在造山帶復理石巖性及構造中的應用

2016-12-27 07:01:16李得林李宗仁李曉民莊永成

地理空間信息 2016年6期

李得林，李宗仁，張興，李曉民，莊永成

（1.青海省青藏高原北部地質過程與礦產資源重點實驗室，青海西寧 810012；2.青海省地質調查院，青海西寧 810012）

李得林1,2，李宗仁1,2，張興1,2，李曉民1,2，莊永成1,2

（1.青海省青藏高原北部地質過程與礦產資源重點實驗室，青海西寧 810012；2.青海省地質調查院，青海西寧 810012）

運用WorldView-2全像素融合圖像，在三疊紀巴顏喀拉山群復理石地層分布的新疆西昆侖地區，進行巖層及細微構造的判讀，可區分出大量巖性單元。在南北向應力擠壓作用下，巴顏喀拉山巖群的中上部構造層發生了彈塑性縱彎曲變形，并以復式緊閉傾豎褶皺的形式表現出來，形成大量平行軸線、軸面，這一地質現象在高分遙感影像上清晰顯示。不通過影像的俯視觀察，很難在地面調查中掌握其地層真實厚度，一般會使地層剖面測量厚度呈幾何級尺度放大，并通過實驗佐證了高分遙感地質調查結果。可以看出，復理石巖層的厚度受各種構造樣式控制，可通過高分數據進行詳細調查。

高分數據;復理石;巴顏喀拉山群;遙感調查

復理石是一種特殊的海相沉積巖套[1,2]。巴顏喀拉山群出露于新疆西昆侖甜水海北泉水溝、瓊冰水河、郭扎錯一帶，呈北西西－南東東向，橫貫研究區大紅柳灘地層分區南緣。本次工作應用高分辨率遙感數據WorldView-2進行了巴顏喀拉山群復理石中巖性、構造的高分辨率遙感解譯及分析，結合野外調查，充分發揮遙感優勢，為區域地質調查提供了基礎數據。

1 遙感數據

1.1 遙感數據源的選擇

遙感數據選擇WorldView-2衛星數據，時相為2011-12-06。WorldView-2由Digitalglobe公司于2009-10-06發射升空，運行在770 km高的太陽同步軌道上，能夠提供0．5 m全色圖像和1．8 m分辨率的多光譜圖像。星載多光譜遙感器不僅具有4個業內標準譜段（紅、綠、藍、近紅外），還包括4個額外譜段（海岸、黃、紅邊和近紅外），多樣性的譜段可提供進行精確變化檢測和制圖的能力。WorldView-2具較高的地面分辨率，空間解析力的大幅度躍進奠定了WorldView-2數據在高精度、大比例尺地物地質解釋方面應用的基礎[3]。理論上，WorldView-2基本能滿足地質剖面實測時巖性分層需要，對斷裂、節理、層理、不整合面等線狀地質體的最小可解長度縮小到了不足3 m。

1.2 遙感影像處理與制作

首先收集了研究區1∶50 000地形圖以及數字高程模型（DEM），用于遙感影像正射糾正。彩色合成處理根據遙感圖像各波段的特征與應用范圍及研究區實際特點，選擇均值相近、方差最大、相關系數最小的3個波段進行彩色合成處理與直方圖拉伸，以保證影像圖上信息的豐富程度。通過最小相關系數求取、主要巖石實測波譜的高方差值映射等實驗驗證，WorldView-2衛星數據的最佳彩色合成波段組合為8、6、2波段。

幾何畸變和投影差使形成的遙感圖像失真，影響了圖像的質量和后期應用效果，使用前應消除。消除的方法是通過對遙感圖像進行正射校正，制作高精度的正射遙感影像及影像地圖，即在ERDAS或PCI軟件下利用有理函數模型+高精度高程數據DEM+地面控制點GCP來進行正射校正并提高最終的定位精度。

遙感圖像增強處理主要選擇波段組合法、比值組合法、主成分分析法、HIS彩色空間變換法和融合技術等，使需要的專題因子信息得到突出，擴大不同影像特征之間的差別。這是對解譯目標信息實施針對性增強處理的一種方法，以便提高對圖像的解譯和分析能力。

2 巴顏喀拉山群復理石解譯

2.1 地質解譯

巴顏喀拉山群屬巴顏喀拉山地層區，南北貫通，與下伏甜水海微陸塊的甜水海巖群、肖爾谷地巖組、恰提爾群均為脆韌性斷層接觸，與上覆黃羊嶺群也為脆韌性斷層接觸，總體為一套復理石建造[4]。遙感影像上呈灰褐色、粉紅色、桔紅色紋線，光滑紋，條帶形，平行線狀，圓滑狀山脊。根據其巖石組合可進一步劃分為下組（TB1）、中組（TB2）、上組（TB3）3個組（圖1）。下組主要為深灰色中－厚層鈣質石英細砂巖、灰色中層狀中-厚層狀長石巖屑細砂巖夾深灰色粉砂質板巖、泥質板巖，總體以砂巖為主；中組主要為深灰色石英細砂巖、深灰色中-厚層狀巖屑長石細砂巖、灰色鈣質長石細砂巖夾（互）灰色粉砂質板巖、灰色灰綠色泥質板巖；上組為灰色、深灰色、灰綠色薄-中層狀、中-厚層細粒巖屑長石雜砂巖夾灰色粉砂質板巖、粉砂質泥巖，局部夾灰巖透鏡體。

圖1 研究區巴顏喀拉山群地質簡圖

本次工作在巴顏喀拉山群地層中劃分了大量非正式地層填圖單元，高分影像上可見石英砂巖、板巖、砂巖、石英細砂巖等。巖性影像特征如圖2。

圖2 巴顏喀拉山群巖性遙感影像特征

石英砂巖（qu）在WordView-2數據影像上呈黃褐色、紫紅色，巖石單元平行層理發育，局部形成褶皺。

板巖（sl）在WordView-2數據影像上呈藍色，羽狀紋理發育，可見緊閉褶皺、直立褶皺等小型褶皺。

砂巖（ss）在WordView-2數據影像上呈黃褐色、黃色，平行紋理，發育形成正地形。

深灰色石英細砂巖（gss）在WordView-2數據影像上呈灰黃色，平行紋理發育，走向北西。

2.2 構造解譯

巴顏喀拉山群位于青藏高原北緣印度板塊與歐亞板塊結合部位的中央造山帶西部，主體為西昆侖新生代板內再生造山帶。經歷多期、多旋回的洋陸轉化演變歷史及“開、合”構造演化，鑄就了區內較為復雜的地質構造格局[5]。

本區構造帶主構造線方向為北西-南東向，帶內斷裂構造仍以北西-南東向為主，局部發育北東向平移斷裂。

泉水溝褶皺構造帶北西向分布，卷入地層主要為三疊紀巴顏喀拉山巖群。褶皺構造樣式多種多樣，高分遙感影像上可見中等緊閉等厚褶皺、傾豎褶皺、不對稱褶皺等褶皺樣式[6]（圖3），軸面陡傾或近直立，發育扇形板劈理，軸跡走向近北西向，伴隨褶皺形變，局部巖石發生縱向構造置換作用。

圖3 巴顏喀拉山群中褶皺構造現象

由高分遙感影像上可見，巴顏喀拉山群巖石產狀均近于直立，褶皺多為傾豎褶皺，在基巖裸露好的區域可見復式緊閉傾豎褶皺如圖4，褶皺走向與區域構造線方向大致相同，均為北西向，地層傾角大，近于直立，發育扇形板劈理，A、B兩點為同一層位。

圖4 巴顏喀拉山群中復式緊閉傾豎褶皺（圖中A、B 兩點實為同一層位）

從三疊紀巴顏喀拉山巖群褶皺變形及構造面理的發育特征、變質程度來看，反映的是南北向擠壓機制下中上部構造層次彈塑性縱彎曲變形。這種變形在許多地方以復式緊閉傾豎褶皺表現出來，形成大量平行軸線、軸面，在山體垂坡面看不到褶皺現象，不通過影像的俯視觀察，很難在地面調查中掌握其地層真實厚度，一般會使地層剖面測量厚度呈幾何級尺度放大，如圖5所示。

圖5 巴顏喀拉山群發育的傾豎緊閉褶皺

2.3 野外調查

野外地質調查過程中對甜水海區內巴顏喀拉山群采集了系統的沉積巖石樣品，并進行了常量、微量等地球化學特征分析，從不同角度探討了物源區的地球化學特點及源區構造背景，并對沉積時盆地所處的大地構造位置進行了分析[7,8]，為確定盆地性質和盆山演化的研究提供了重要證據，也從實驗室的角度佐證了高分遙感地質調查結果（野外調查及巖石樣品測試工作由長安大學裴先治老師、劉成軍博士、李瑞保博士等參與調查并提供測試分析數據）。

在巴顏喀拉山群11件樣品中，石英含量為52%～81%，平均68%，其中多晶石英含量相對較少，占石英總量6%；巖屑含量為5%～22%，平均11%，其中火山巖巖屑、沉積巖巖屑、變質巖巖屑含量占巖屑總量分別為18%、52%、30%；長石含量為7%～36%，平均18%，長石碎屑以斜長石為主，K/P比值為0．58。巴顏喀拉山群主要巖石類型為次巖屑長石砂巖，石英、長石、巖屑的平均含量分別為70%、19%、11%。如圖6，巴顏喀拉山群的樣品在Qt-F-L三角圖中，主要落入再造山旋回帶的源區，個別落入過渡大陸源區。在Qm-F-Lt三角圖中，巴彥喀拉山群主要落入石英再旋回源區，相當一部分落入過渡大陸源區，個別落入靠近過渡大陸的混合區。