青海省祁連山西北部煤田構(gòu)造遙感解譯

楊承偉，曹代勇，蔣艾林

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083）

青海省祁連山西北部煤田構(gòu)造遙感解譯

楊承偉，曹代勇，蔣艾林

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083）

西北祁連山地區(qū)自然地理?xiàng)l件惡劣、工作程度低。通過(guò)選取優(yōu)質(zhì)ETM影像數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、鑲嵌、裁剪等預(yù)處理，在解譯標(biāo)志信息和復(fù)合處理后制作該區(qū)的影像圖。影像圖表明祁連山西北部構(gòu)造復(fù)雜，特征明顯，北西向大斷裂發(fā)育，是控制區(qū)域構(gòu)造和煤田構(gòu)造格局的主要構(gòu)造要素。依據(jù)線性構(gòu)造走向玫瑰花圖和密度等值線圖可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)呈現(xiàn)明顯的分區(qū)性：西部分區(qū)線性構(gòu)造展布以北東東、北東向?yàn)橹?，密度為全區(qū)最大；中區(qū)線性構(gòu)造以北西向展布，與區(qū)域主要構(gòu)造線方向一致，且密度最?。粬|部線性構(gòu)造以北西西向?yàn)橹?，延伸較長(zhǎng)且較為密集。

煤田構(gòu)造；ETM影像；線性構(gòu)造；構(gòu)造分區(qū)

0 引言

煤炭資源是我國(guó)基礎(chǔ)能源，在我國(guó)能源保障體系中具有不可替代的地位，西部地區(qū)煤炭資源豐富，積極開(kāi)展西部煤炭資源調(diào)查和地質(zhì)勘查，是實(shí)施我國(guó)煤炭工業(yè)重點(diǎn)西移的前提條件和基礎(chǔ)性工作。但是，西部地區(qū)自然地理?xiàng)l件惡劣、煤田地質(zhì)工作程度低，是開(kāi)展煤炭資源調(diào)查和地質(zhì)勘查面臨的難題與挑戰(zhàn)。遙感技術(shù)具有視域廣、效率高、成本低、綜合性強(qiáng)以及多層次性、多時(shí)相性等特點(diǎn)，在地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)中，既能發(fā)揮宏觀、高效的優(yōu)勢(shì)，又能反映微觀構(gòu)造、地層、礦產(chǎn)等信息，為西部地區(qū)地質(zhì)調(diào)查工作提供了有效技術(shù)手段[1-2]。

我國(guó)早在20世紀(jì)50年代中期就在煤炭地質(zhì)領(lǐng)域利用遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)填圖的地形制圖工作。20世紀(jì)60年代中期到80年代初，是我國(guó)煤炭資源遙感技術(shù)應(yīng)用的初始階段，以航空遙感技術(shù)應(yīng)用為主。80年代中期至90年代初，大比例尺遙感地質(zhì)填圖得到發(fā)展，且應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬，精度不斷提高，故該階段為我國(guó)煤炭資源遙感技術(shù)初熟階段。90年代至今，我國(guó)煤炭資源遙感技術(shù)處于深入發(fā)展階段。航天遙感信息獲取技術(shù)飛速發(fā)展，空間分辨率顯著提高[3]。

影響煤炭資源遙感技術(shù)應(yīng)用效果的因素有地質(zhì)、地理?xiàng)l件及其研究程度，如煤系出露情況、地形地貌、植被覆蓋率等。青海祁連山西北部位于西北賦煤區(qū)，地勢(shì)較高，物理風(fēng)化作用強(qiáng)烈，且盆地主體多為戈壁，山區(qū)基巖出露或淺覆蓋。盆地受后期改造強(qiáng)烈，全區(qū)斷裂發(fā)育，褶皺構(gòu)造復(fù)雜，故而祁連山西北部遙感應(yīng)用效果類(lèi)型為Ⅱ類(lèi)（中等）；又因新生界和植被覆蓋率小，按地理?xiàng)l件分級(jí)，應(yīng)用效果類(lèi)型為B類(lèi)（中等）；綜合各類(lèi)因素，研究區(qū)遙感技術(shù)應(yīng)用評(píng)級(jí)為良類(lèi)，故而在研究區(qū)進(jìn)行遙感技術(shù)應(yīng)用有較好的優(yōu)勢(shì)也具有必要性[1]。

1 煤田地質(zhì)概況

1.1 構(gòu)造特征

研究區(qū)位于青海省祁連山西北部，屬祁連山褶皺帶Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元，經(jīng)歷了呂梁—晉寧旋回、加里東旋回、海西—印支旋回和燕山—喜馬拉雅旋回四個(gè)構(gòu)造發(fā)展期[4]，形成現(xiàn)今地質(zhì)面貌。研究區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，區(qū)域性大斷裂發(fā)育，是控制區(qū)域構(gòu)造和煤田構(gòu)造格局的主要構(gòu)造要素，自北向南分布有：北祁連北緣斷裂、黑河斷裂、中祁連北緣斷裂、疏勒南山一拉雞山斷裂等。受區(qū)域斷裂帶的控制及煤系基底構(gòu)造的影響，煤田構(gòu)造格局、尤其是斷裂展布方位及其發(fā)育程度的差異性顯著，從而導(dǎo)致煤系賦存狀況具有明顯分區(qū)特點(diǎn)。

1.2 煤系發(fā)育情況

研究區(qū)成煤時(shí)代以早、中侏羅世和石炭紀(jì)為主。石炭系包括臭牛溝組（C1c）、靖遠(yuǎn)組（C1j），上統(tǒng)紅土洼組（C2ht）、羊虎溝組（C2y）及太原組下部（C2t）。侏羅紀(jì)含煤地層自下而上可分為兩個(gè)含煤巖性組木里組（J2m）和江倉(cāng)組（J2j），其下部煤組木里組（J2m）含主要可采煤層。含煤地層一般出露于凹陷帶與隆起帶過(guò)渡部位，在向斜內(nèi)保存相對(duì)較好[5]。

2 遙感數(shù)據(jù)來(lái)源與圖像預(yù)處理

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

ETM是美國(guó)陸地衛(wèi)星Landsat-7（1999年發(fā)射）專(zhuān)題制圖儀所獲取的多波段遙感數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m，因其具有較高空間分辨率、極為豐富的信息量和較高定位精度，成為常用的地球資源與環(huán)境遙感數(shù)據(jù)源[6]。為減少近年來(lái)研究區(qū)采礦、交通和建筑等人為因素和積雪云層等自然因素的干擾，本文選用1999年9月23日、2000年8月10日和2001年7月3日夏季三時(shí)相五景Landsat-ETM遙感影像進(jìn)行融合、裁剪和鑲嵌，獲得研究區(qū)高品質(zhì)的遙感影像（圖1）。

圖1 研究區(qū)遙感影像圖Figure 1 Study area remote sensing image

2.2 圖像預(yù)處理

遙感解譯就是利用多光譜帶所記錄的地質(zhì)表象特征所反映出的光譜特征的作用和紋理來(lái)區(qū)分不同對(duì)象，通過(guò)預(yù)處理來(lái)強(qiáng)調(diào)某些所需特征。本文采用ENVI遙感圖像處理軟件，對(duì)ETM圖像進(jìn)行校正、配準(zhǔn)、鑲嵌及融合處理，選取可有效突出構(gòu)造信息尤其是線性構(gòu)造的741波段組合，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域波段組合后再與8波段進(jìn)行融合處理，并輔以色彩均衡、數(shù)字圖像增強(qiáng)處理和地理要素的復(fù)合處理，處理出滿足研究要求的衛(wèi)星遙感影像圖（圖2）。

3 遙感地質(zhì)解譯

遙感圖像真實(shí)完整的表現(xiàn)了區(qū)域性構(gòu)造、煤田構(gòu)造的特征及其相互關(guān)系，這是遙感對(duì)構(gòu)造地質(zhì)研究最有成效的技術(shù)手段。其“全景觀測(cè)”的特質(zhì)對(duì)于客觀的顯示研究構(gòu)造是有利的[7]。特別是在北方植被稀少、露頭較發(fā)育的地區(qū)，尋找線性構(gòu)造是最直觀的。故而對(duì)于線性構(gòu)造的解譯是分析研究區(qū)構(gòu)造格局的重要技術(shù)手段。

在遙感影像中對(duì)于線性構(gòu)造的識(shí)別，總體上是以其空間結(jié)構(gòu)為主，并結(jié)合光譜特征及相關(guān)地質(zhì)知識(shí)進(jìn)行推理和辨析。線性構(gòu)造的空間結(jié)構(gòu)特性通過(guò)形態(tài)、紋理、規(guī)模、地形地貌及水系等表現(xiàn)。解譯標(biāo)志共分五種：色調(diào)影紋標(biāo)志、巖性地層標(biāo)志、構(gòu)造標(biāo)志、地貌標(biāo)志和水文標(biāo)志。在色調(diào)不明顯但規(guī)模較為可觀的區(qū)域性斷裂中，可通過(guò)線性構(gòu)造直接和間接標(biāo)志、影像主次色調(diào)、地質(zhì)和地貌綜合分析及地表水系結(jié)構(gòu)異常等方式對(duì)其識(shí)別，而后進(jìn)行信息提取?；顒?dòng)斷裂會(huì)有明顯的斷層崖、斷層三角面等[6]。在識(shí)別深大斷裂帶方面，多表現(xiàn)差異性地質(zhì)構(gòu)造單元或區(qū)域分界線，地理特征有明顯差別，尤其是斷裂帶兩側(cè)的地質(zhì)、地形地貌及水系等表現(xiàn)出明顯不同。而在對(duì)隱伏線性構(gòu)造進(jìn)行遙感解譯時(shí)要綜合其他相關(guān)因素[8]?？傊?，斷裂構(gòu)造表現(xiàn)出明顯的影像特征呈線性（圖3）。

圖2 遙感地質(zhì)解譯路線編制流程圖Figure 2 Remote sensing geological interpretation route planning flow chart

4 構(gòu)造格局分析

4.1 線性構(gòu)造的地質(zhì)意義

遙感影像上的線性構(gòu)造是指那些與地質(zhì)作用有關(guān)或受地質(zhì)構(gòu)造控制的線性影像和人工構(gòu)建物鐵路、公路等線性影像。由于本區(qū)交通網(wǎng)線很不發(fā)達(dá)且人工線性構(gòu)建物較少，遙感圖像上的線性構(gòu)造經(jīng)篩除交通線、河流等要素后，絕大多數(shù)是斷裂構(gòu)造的表現(xiàn)。在高品質(zhì)的遙感影像上，不僅大型斷裂標(biāo)志明顯、表現(xiàn)清晰，而且還可以判讀解譯眾多中、小型斷裂構(gòu)造，獲得豐富的基礎(chǔ)地質(zhì)構(gòu)造信息。通過(guò)對(duì)線性構(gòu)造的方位、數(shù)量、密度等要素的統(tǒng)計(jì)分析，可以從宏觀上深化對(duì)煤田構(gòu)造格局的認(rèn)識(shí)[9]。

4.2 線性構(gòu)造定量處理及分析

將研究區(qū)遙感圖像進(jìn)行線性構(gòu)造解譯，分別編制線性構(gòu)造走向玫瑰花圖和線性構(gòu)造密度等值線圖。區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造以北西-北西西向展布為主，走向一般較穩(wěn)定，但在平面分布存在較明顯差異，被北東、北東東向及南北向線性構(gòu)造穿插、交切。根據(jù)線性構(gòu)造方位和密度特征，全區(qū)可劃分為三個(gè)子區(qū)（圖4）。

圖3 線性構(gòu)造ETM影像特征Figure 3 Lineament ETM image features

線性構(gòu)造走向玫瑰花圖有兩類(lèi)基本樣式，其一為多峰型，1區(qū)玫瑰花圖呈現(xiàn)多峰樣式，發(fā)育多組線性構(gòu)造，方位較分散、多數(shù)延伸不遠(yuǎn)，反映中、小型斷裂的特征。第二類(lèi)樣式為單峰型，玫瑰花圖中單一主頻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，發(fā)育一組走向比較集中的線性構(gòu)造，2區(qū)玫瑰花圖的主頻方位為300°～330°，3區(qū)玫瑰花圖的主頻方位為300°～270°；大多數(shù)線性構(gòu)造方位較穩(wěn)定，延伸較遠(yuǎn)，是大、中型斷裂構(gòu)造的反映。

線性構(gòu)造密度圖上同樣存在三個(gè)明顯的高值區(qū)（圖5），其中西部1子區(qū)的線性構(gòu)造達(dá)36條/km2，中部2子區(qū)是線性構(gòu)造密度低值區(qū)，3子區(qū)為密度中值區(qū)。

圖4 研究區(qū)線性構(gòu)造走向玫瑰花圖Figure 4 Study area lineament strike rose diagram

圖5 研究區(qū)主要斷裂密度等值線圖Figure 5 Study area main faulting density isogram

4.3 煤田構(gòu)造格局分區(qū)特征

依據(jù)遙感影像解譯線性構(gòu)造的方位展布（圖4、圖5）和線性構(gòu)造密度分布，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征分析，可簡(jiǎn)要?dú)w納三個(gè)分區(qū)的煤田構(gòu)造基本特征。

4.3.1 祁連山西部構(gòu)造分區(qū)（1子區(qū)）

本分區(qū)以托萊南山復(fù)背斜為北界，南界為托萊南山南側(cè)凹陷，昆隆河為其東界。分區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造走向差異顯著，中段和北西段線性構(gòu)造方位縱橫交錯(cuò)，北東段與南西段北西向展布的線性構(gòu)造方位較為一致。區(qū)內(nèi)小型線性構(gòu)造較為發(fā)育，線性構(gòu)造密度總體上呈現(xiàn)出中心密集向四周遞減之勢(shì)。綜合分析，祁連山西部子區(qū)發(fā)育多組小型斷裂區(qū)，造成局部構(gòu)造格局的復(fù)雜化，含煤塊段支離破碎，煤系賦存狀況較差。

4.3.2 祁連山中部構(gòu)造分區(qū)（2子區(qū)）

以馬宗山—龍首山為北界，南達(dá)研究區(qū)南界，北祁連北緣斷裂和中祁連北緣斷裂呈NW向穿越本分區(qū)，控制煤田構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造分布均勻，基本為NW向展布，反映斷裂發(fā)育的單一性；線性構(gòu)造密度為研究區(qū)的低值區(qū)。本分區(qū)斷裂走向較穩(wěn)定、間距較大，賦煤塊段相對(duì)較連續(xù)，對(duì)煤系和煤層保存有利，自北向南包括兩個(gè)構(gòu)造隆起帶和一個(gè)構(gòu)造凹陷帶，其間分布有木里煤田的弧山、聚乎更、江倉(cāng)、熱水等大小礦區(qū)。

4.3.3 祁連山東部構(gòu)造分區(qū)（3子區(qū)）

中祁連北緣斷裂和黑河斷裂等區(qū)域性斷裂由2子區(qū)延伸至該子區(qū)，線性構(gòu)造方向以北西向?yàn)橹?，線性構(gòu)造密度介于1、2子區(qū)之間。線性構(gòu)造的方向性特征則是中段規(guī)則，向南北兩邊線性構(gòu)造展布方向差異性增加，表明斷裂構(gòu)造展布的復(fù)雜性增加。地表調(diào)查表明，本子區(qū)發(fā)育大型斷裂構(gòu)造并伴生多條小型斷裂，故該區(qū)煤田斷裂比較發(fā)育，煤層賦存狀況介于前述兩個(gè)分區(qū)之間，發(fā)育規(guī)模較小的含煤盆地—西寧煤田。

5 結(jié)論

1、祁連西北部遙感地質(zhì)解譯條件較好，線性構(gòu)造主要是斷裂的表現(xiàn)，遙感線性構(gòu)造解譯為煤田構(gòu)造特征研究提供了良好的手段，根據(jù)解譯原則及方法，解譯出線性構(gòu)造100余條。

2、區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造以北西-北西西向展布為主，走向一般較穩(wěn)定，但在平面分布存在較明顯差異，根據(jù)線性構(gòu)造方位和密度特征，全區(qū)可劃分為三子區(qū)。

3、線性構(gòu)造走向玫瑰花圖具有多峰型和單峰型等兩類(lèi)基本樣式，西北段1區(qū)玫瑰花圖為多峰樣式，反映多組斷裂發(fā)育，2區(qū)和3區(qū)為單峰型，主要發(fā)育北西-北西西大、中型斷裂構(gòu)造；線性構(gòu)造密度等值線反映1子區(qū)為高值區(qū)，2子區(qū)為低值區(qū)，3子區(qū)為中值區(qū)。

4、遙感解釋線性構(gòu)造定量分析結(jié)果深化了對(duì)研究區(qū)煤田構(gòu)造格局的認(rèn)識(shí)，祁連西部構(gòu)造分區(qū)（1子區(qū)）發(fā)育多組中、小型斷裂區(qū)，造成局部構(gòu)造格局的復(fù)雜化，含煤塊段較支離破碎；祁連中部構(gòu)造分區(qū)（2子區(qū)）受大、中型斷裂構(gòu)造控制，斷裂走向較穩(wěn)定、間距較大，賦煤塊段相對(duì)較連續(xù)，對(duì)煤系和煤層保存有利；祁連東部構(gòu)造分區(qū)（3子區(qū)）發(fā)育大型斷裂構(gòu)造并伴生多條小型斷裂，煤層賦存狀況介于前述兩個(gè)分區(qū)之間。

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Coalfield Structure Remote Sensing Interpretation in Northwestern Qilian Mts.,Qinghai

Yang Chengwei,Cao Daiyong and Jiang Ailin
(School of Geosciences and Surveying Engineering,CUMTB,Beijing 100083)

The physiographical condition in the northwestern Qilian Mts.area is abominable with low level of geological works.Through selected high quality ETM image data carried out pretreatment of merging,mosaic and tailoring etc.,to make image-maps of the area after designated information interpretation and composite treatment.The image-maps have shown that structures in the northwestern Qilian Mts.area are complex with obvious characteristics.NW major faults are well developed,thus the main structural factor to control regional tectonics and coalfield tectonic framework.From lineament strike rose diagram and density isogram the obvious zoning in the study area can be found:lineament extension direction in western subarea is mainly NEE,NE with maximum density in the area;in middle subarea mainly NW,consistent with regional main tectonic line,regularly distributed with minimum density;in eastern subarea mainly NWW,longer extended and densely distributed.

coalfield structure;ETM image;lineament;structural subarea

P627

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.02.06

1674-1803(2017)02-0024-05

國(guó)家自然科學(xué)基金（41572141），中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金（2010YD11）

楊承偉（1993—），男，青海人，碩士研究生，主要從事煤田構(gòu)造研究。

曹代勇（1955—），男，重慶人，教授，主要從事煤田構(gòu)造和非常規(guī)氣地質(zhì)研究。

2016-12-26

責(zé)任編輯：孫常長(zhǎng)