高分数据在造山带复理石岩性及构造中的应用

2016-12-27李得林李宗仁李晓民庄永成

地理空间信息 2016年6期

关键词：岩屑褶皱砂岩

李得林，李宗仁，张兴，李晓民，庄永成

（1.青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室，青海西宁 810012；2.青海省地质调查院，青海西宁 810012）

高分数据在造山带复理石岩性及构造中的应用

李得林1,2，李宗仁1,2，张兴1,2，李晓民1,2，庄永成1,2

（1.青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室，青海西宁 810012；2.青海省地质调查院，青海西宁 810012）

运用WorldView-2全像素融合图像，在三叠纪巴颜喀拉山群复理石地层分布的新疆西昆仑地区，进行岩层及细微构造的判读，可区分出大量岩性单元。在南北向应力挤压作用下，巴颜喀拉山岩群的中上部构造层发生了弹塑性纵弯曲变形，并以复式紧闭倾竖褶皱的形式表现出来，形成大量平行轴线、轴面，这一地质现象在高分遥感影像上清晰显示。不通过影像的俯视观察，很难在地面调查中掌握其地层真实厚度，一般会使地层剖面测量厚度呈几何级尺度放大，并通过实验佐证了高分遥感地质调查结果。可以看出，复理石岩层的厚度受各种构造样式控制，可通过高分数据进行详细调查。

高分数据;复理石;巴颜喀拉山群;遥感调查

复理石是一种特殊的海相沉积岩套[1,2]。巴颜喀拉山群出露于新疆西昆仑甜水海北泉水沟、琼冰水河、郭扎错一带，呈北西西－南东东向，横贯研究区大红柳滩地层分区南缘。本次工作应用高分辨率遥感数据WorldView-2进行了巴颜喀拉山群复理石中岩性、构造的高分辨率遥感解译及分析，结合野外调查，充分发挥遥感优势，为区域地质调查提供了基础数据。

1 遥感数据

1.1 遥感数据源的选择

遥感数据选择WorldView-2卫星数据，时相为2011-12-06。WorldView-2由Digitalglobe公司于2009-10-06发射升空，运行在770 km高的太阳同步轨道上，能够提供0．5 m全色图像和1．8 m分辨率的多光谱图像。星载多光谱遥感器不仅具有4个业内标准谱段（红、绿、蓝、近红外），还包括4个额外谱段（海岸、黄、红边和近红外），多样性的谱段可提供进行精确变化检测和制图的能力。WorldView-2具较高的地面分辨率，空间解析力的大幅度跃进奠定了WorldView-2数据在高精度、大比例尺地物地质解释方面应用的基础[3]。理论上，WorldView-2基本能满足地质剖面实测时岩性分层需要，对断裂、节理、层理、不整合面等线状地质体的最小可解长度缩小到了不足3 m。

1.2 遥感影像处理与制作

首先收集了研究区1∶50 000地形图以及数字高程模型（DEM），用于遥感影像正射纠正。彩色合成处理根据遥感图像各波段的特征与应用范围及研究区实际特点，选择均值相近、方差最大、相关系数最小的3个波段进行彩色合成处理与直方图拉伸，以保证影像图上信息的丰富程度。通过最小相关系数求取、主要岩石实测波谱的高方差值映射等实验验证，WorldView-2卫星数据的最佳彩色合成波段组合为8、6、2波段。

几何畸变和投影差使形成的遥感图像失真，影响了图像的质量和后期应用效果，使用前应消除。消除的方法是通过对遥感图像进行正射校正，制作高精度的正射遥感影像及影像地图，即在ERDAS或PCI软件下利用有理函数模型+高精度高程数据DEM+地面控制点GCP来进行正射校正并提高最终的定位精度。

遥感图像增强处理主要选择波段组合法、比值组合法、主成分分析法、HIS彩色空间变换法和融合技术等，使需要的专题因子信息得到突出，扩大不同影像特征之间的差别。这是对解译目标信息实施针对性增强处理的一种方法，以便提高对图像的解译和分析能力。

2 巴颜喀拉山群复理石解译

2.1 地质解译

巴颜喀拉山群属巴颜喀拉山地层区，南北贯通，与下伏甜水海微陆块的甜水海岩群、肖尔谷地岩组、恰提尔群均为脆韧性断层接触，与上覆黄羊岭群也为脆韧性断层接触，总体为一套复理石建造[4]。遥感影像上呈灰褐色、粉红色、桔红色纹线，光滑纹，条带形，平行线状，圆滑状山脊。根据其岩石组合可进一步划分为下组（TB1）、中组（TB2）、上组（TB3）3个组（图1）。下组主要为深灰色中－厚层钙质石英细砂岩、灰色中层状中-厚层状长石岩屑细砂岩夹深灰色粉砂质板岩、泥质板岩，总体以砂岩为主；中组主要为深灰色石英细砂岩、深灰色中-厚层状岩屑长石细砂岩、灰色钙质长石细砂岩夹（互）灰色粉砂质板岩、灰色灰绿色泥质板岩；上组为灰色、深灰色、灰绿色薄-中层状、中-厚层细粒岩屑长石杂砂岩夹灰色粉砂质板岩、粉砂质泥岩，局部夹灰岩透镜体。

图1 研究区巴颜喀拉山群地质简图

本次工作在巴颜喀拉山群地层中划分了大量非正式地层填图单元，高分影像上可见石英砂岩、板岩、砂岩、石英细砂岩等。岩性影像特征如图2。

图2 巴颜喀拉山群岩性遥感影像特征

石英砂岩（qu）在WordView-2数据影像上呈黄褐色、紫红色，岩石单元平行层理发育，局部形成褶皱。

板岩（sl）在WordView-2数据影像上呈蓝色，羽状纹理发育，可见紧闭褶皱、直立褶皱等小型褶皱。

砂岩（ss）在WordView-2数据影像上呈黄褐色、黄色，平行纹理，发育形成正地形。

深灰色石英细砂岩（gss）在WordView-2数据影像上呈灰黄色，平行纹理发育，走向北西。

2.2 构造解译

巴颜喀拉山群位于青藏高原北缘印度板块与欧亚板块结合部位的中央造山带西部，主体为西昆仑新生代板内再生造山带。经历多期、多旋回的洋陆转化演变历史及“开、合”构造演化，铸就了区内较为复杂的地质构造格局[5]。

本区构造带主构造线方向为北西-南东向，带内断裂构造仍以北西-南东向为主，局部发育北东向平移断裂。

泉水沟褶皱构造带北西向分布，卷入地层主要为三叠纪巴颜喀拉山岩群。褶皱构造样式多种多样，高分遥感影像上可见中等紧闭等厚褶皱、倾竖褶皱、不对称褶皱等褶皱样式[6]（图3），轴面陡倾或近直立，发育扇形板劈理，轴迹走向近北西向，伴随褶皱形变，局部岩石发生纵向构造置换作用。

图3 巴颜喀拉山群中褶皱构造现象

由高分遥感影像上可见，巴颜喀拉山群岩石产状均近于直立，褶皱多为倾竖褶皱，在基岩裸露好的区域可见复式紧闭倾竖褶皱如图4，褶皱走向与区域构造线方向大致相同，均为北西向，地层倾角大，近于直立，发育扇形板劈理，A、B两点为同一层位。

图4 巴颜喀拉山群中复式紧闭倾竖褶皱（图中A、B 两点实为同一层位）

从三叠纪巴颜喀拉山岩群褶皱变形及构造面理的发育特征、变质程度来看，反映的是南北向挤压机制下中上部构造层次弹塑性纵弯曲变形。这种变形在许多地方以复式紧闭倾竖褶皱表现出来，形成大量平行轴线、轴面，在山体垂坡面看不到褶皱现象，不通过影像的俯视观察，很难在地面调查中掌握其地层真实厚度，一般会使地层剖面测量厚度呈几何级尺度放大，如图5所示。

图5 巴颜喀拉山群发育的倾竖紧闭褶皱

2.3 野外调查

野外地质调查过程中对甜水海区内巴颜喀拉山群采集了系统的沉积岩石样品，并进行了常量、微量等地球化学特征分析，从不同角度探讨了物源区的地球化学特点及源区构造背景，并对沉积时盆地所处的大地构造位置进行了分析[7,8]，为确定盆地性质和盆山演化的研究提供了重要证据，也从实验室的角度佐证了高分遥感地质调查结果（野外调查及岩石样品测试工作由长安大学裴先治老师、刘成军博士、李瑞保博士等参与调查并提供测试分析数据）。

在巴颜喀拉山群11件样品中，石英含量为52%～81%，平均68%，其中多晶石英含量相对较少，占石英总量6%；岩屑含量为5%～22%，平均11%，其中火山岩岩屑、沉积岩岩屑、变质岩岩屑含量占岩屑总量分别为18%、52%、30%；长石含量为7%～36%，平均18%，长石碎屑以斜长石为主，K/P比值为0．58。巴颜喀拉山群主要岩石类型为次岩屑长石砂岩，石英、长石、岩屑的平均含量分别为70%、19%、11%。如图6，巴颜喀拉山群的样品在Qt-F-L三角图中，主要落入再造山旋回带的源区，个别落入过渡大陆源区。在Qm-F-Lt三角图中，巴彦喀拉山群主要落入石英再旋回源区，相当一部分落入过渡大陆源区，个别落入靠近过渡大陆的混合区。