山東省旅游地質(zhì)資源遙感調(diào)查成果及潛力展望

王緒龍， 王世進(jìn)， 劉奇志， 張智安， 趙玉梅， 薛衛(wèi)寧

(1.山東省遙感技術(shù)應(yīng)用中心，濟(jì)南 250013； 2.山東省地質(zhì)調(diào)查院，濟(jì)南 250013)

0 引言

山東省旅游地質(zhì)資源類型多樣，具有很高的觀賞性、科學(xué)研究與普及教育價值，需要保護(hù)和合理地開發(fā)利用[1-2]。隨著遙感、GIS、衛(wèi)星定位等技術(shù)的快速發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，遙感技術(shù)在我國基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、礦床勘查、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等地質(zhì)工作中發(fā)揮了重要作用，取得了顯著成果[3-7]。為進(jìn)一步利用三維可視化遙感技術(shù)視野廣、清晰度高、信息豐富、形象直觀等優(yōu)勢[8]，全面查清山東省旅游地質(zhì)資源分布狀況，山東省國土資源廳于2012—2017年開展了“山東省旅游地質(zhì)資源遙感調(diào)查與評價”項目，完成了多尺度旅游地質(zhì)資源遙感解譯，篩選和評價了一批具有開發(fā)潛力的旅游地質(zhì)資源。該項目不僅進(jìn)一步拓寬了遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍，也為各級政府全面掌握旅游地質(zhì)資源分布情況和現(xiàn)狀、提升現(xiàn)有地質(zhì)公園級別、尋找開發(fā)新的地質(zhì)公園并制定保護(hù)與發(fā)展規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。本文主要對項目成果中具有開發(fā)遠(yuǎn)景的旅游地質(zhì)資源進(jìn)行概述和展望。

1 研究區(qū)概況

山東省位于亞歐板塊的東部活動大陸邊緣，自中太古代至新生代的30億a左右的地質(zhì)歷史時期中，受內(nèi)外營力的地質(zhì)作用而保存于巖層中的構(gòu)造形跡、巖體、化石、地貌景觀、礦床等旅游地質(zhì)資源比較豐富。區(qū)域性斷裂、小型斷層、褶皺等構(gòu)造形跡分布復(fù)雜； 巖漿活動十分頻繁，前寒武紀(jì)侵入巖和中生代燕山期巖漿活動強烈，巖漿巖出露面積約占全省陸地面積的20%，主要分布在泰山、沂蒙山等地區(qū)； 各斷代地層發(fā)育比較齊全，地層剖面包括長清張夏—崮山地區(qū)華北寒武系地層剖面，蒙陰、萊陽等地的寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系等地層剖面[9]； 地貌形態(tài)綺麗多樣，包括花崗巖地貌、崮形地貌、巖溶地貌、火山地貌及海蝕地貌等； 地下水資源豐富，溫泉及冷泉出露眾多，包括著名的濟(jì)南泉群、章丘百脈泉、聊城、膠東、沂水等地的溫泉等； 災(zāi)害地質(zhì)遺跡包括沂水及郯城地震遺跡(地裂縫、斷層面)等。可見山東全省旅游地質(zhì)資源豐富且分布廣泛。

2 數(shù)據(jù)源和技術(shù)方法

2.1 數(shù)據(jù)源

收集的矢量數(shù)據(jù)主要包括全省1∶5萬比例尺的基礎(chǔ)地理信息框架數(shù)據(jù)和全省1∶50萬比例尺地質(zhì)礦產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。收集的遙感影像數(shù)據(jù)包括2015年和2004年2個年度全省TM衛(wèi)星影像。收集了9個年度的三維地形遙感數(shù)據(jù)，由2008—2016年歷年土地變更調(diào)查遙感影像生成， 數(shù)字高程模型(digital elevation model,DEM)格網(wǎng)間距為5 m。針對地表變化較大的地質(zhì)公園及選定的旅游地質(zhì)資源遠(yuǎn)景區(qū)的研究，購置最新的Pleiades衛(wèi)星0.5 m分辨率影像，覆蓋范圍共計約1 700 km2。遙感影像數(shù)據(jù)情況見表1。

表1 遙感影像一覽表

2.2 技術(shù)方法

2.2.1 數(shù)據(jù)處理

對2個年度的22景TM衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、新購置的1 700 km2高分辨率衛(wèi)星影像進(jìn)行幾何糾正、融合、增強等圖像處理。根據(jù)經(jīng)驗，對于TM影像，以4,5,3波段組合影像為主要解譯影像，以7,4,1波段組合影像為輔助解譯影像。高分辨率影像選用RGB真彩色波段組合。利用SkylineTerraBuilder軟件，將TM影像、Pleiades衛(wèi)星影像、2008年三維地形數(shù)據(jù)與5 m格網(wǎng)間距DEM融合，建立全省三維地形數(shù)據(jù)(MPT格式)并發(fā)布為流模式； 利用Skyline SFS軟件對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行切片并發(fā)布為Web要素服務(wù)(Web feature service,WFS)，制作三維場景，以此作為遙感解譯三維本底數(shù)據(jù)庫。將新生成的地形數(shù)據(jù)MPT文件發(fā)布為Web地圖服務(wù)(Web map service,WMS)，在ArcGIS軟件中與TM影像、矢量數(shù)據(jù)疊加，作為遙感解譯二維本底數(shù)據(jù)庫。

2.2.2 遙感解譯

依據(jù)地質(zhì)遺跡的三維立體形態(tài)、色調(diào)、陰影及紋理等影像特征，結(jié)合已有地質(zhì)遺跡資料和野外調(diào)查信息，建立遙感解譯標(biāo)志。某些地質(zhì)遺跡遙感影像特征在平面影像上表現(xiàn)不明顯，在三維可視化遙感影像上其立體形狀特征比較突出，易于解譯，可以有效提高解譯精度。例如，瀑布因為發(fā)育于懸崖峭壁上，在平面影像上信息較難提取，而在三維立體影像上卻很容易識別。以圖1岠嵎瀑布為例，其上游為一條河流，流水常年不斷，流經(jīng)岠嵎山北峰懸崖處，陡然下落，形成瀑布，在影像上色調(diào)呈亮黑或亮青色。依據(jù)解譯標(biāo)志，通過采用二維、三維結(jié)合方式進(jìn)行目視解譯。先利用TM影像對地層和斷裂帶等大的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行遙感解譯，再在選定的旅游地質(zhì)資源遠(yuǎn)景區(qū)利用高分遙感影像，在三維場景中從不同角度、尺度對地質(zhì)遺跡進(jìn)行目視解譯。

圖1 岠嵎瀑布

2.2.3 野外調(diào)查驗證

在旅游地質(zhì)資源遙感解譯圖及綜合分析整理的基礎(chǔ)上，認(rèn)真研究布置野外驗證路線和工作方案。利用GPS設(shè)備導(dǎo)航至野外調(diào)查點，主要采用地質(zhì)調(diào)查、露頭觀測、剖面測量、攝像拍照等方法對區(qū)內(nèi)典型和有代表性的旅游地質(zhì)資源進(jìn)行野外調(diào)查，對地質(zhì)遺跡點進(jìn)行定性定量描述，采集坐標(biāo)信息，拍攝照片、錄像等實地信息，為旅游地質(zhì)資源分類和對比研究提供實際資料。

2.2.4 地質(zhì)遺跡評價

地質(zhì)遺跡評價以科學(xué)價值、美學(xué)價值、科普教育價值及地學(xué)旅游價值為主，參考有關(guān)因素對地質(zhì)遺跡進(jìn)行綜合評價。依照《國家地質(zhì)公園規(guī)劃編制技術(shù)要求》，評價等級有世界級、國家級、省級及省以下級4個等級。評價方法主要采用專家鑒評法，聘請主持參與過省內(nèi)大部分地質(zhì)公園申報與評審工作的權(quán)威專家作為項目技術(shù)顧問，根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合其豐富的工作經(jīng)驗，評價地質(zhì)遺跡的級別。其中，地學(xué)旅游價值部分同時參考外業(yè)調(diào)查人員意見，占50%權(quán)重。

2.2.5 數(shù)據(jù)建庫及系統(tǒng)開發(fā)

將解譯成果等矢量數(shù)據(jù)、遙感影像、三維地形文件及地質(zhì)遺跡點實地照片、錄像與文字資料等按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)建立數(shù)據(jù)庫?；谏綎|省“數(shù)字國土”三維信息共享平臺框架[10]和Skyline軟件平臺，采用B/S架構(gòu)，應(yīng)用Internet License組件+TerraExplorer API模式開發(fā)構(gòu)建山東省旅游地質(zhì)資源三維地理信息系統(tǒng)。

3 主要成果

通過遙感解譯和野外調(diào)查工作，獲取了山東省旅游地質(zhì)資源的分布范圍以及地質(zhì)遺跡點的信息，包括全省64個地質(zhì)公園和127處地質(zhì)遺跡群。通過綜合評價比較，確定十幾個具有開發(fā)潛力的旅游地質(zhì)資源。采集了917個地質(zhì)遺跡點的位置、屬性、照片和錄像等信息。將成果資料按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)建立數(shù)據(jù)庫，基于Skyline軟件開發(fā)建立了旅游地質(zhì)資源三維地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了三維多功能一體化管理與應(yīng)用，系統(tǒng)界面見圖2。

圖2 山東旅游地質(zhì)資源三維地理信息系統(tǒng)

4 開發(fā)潛力展望

通過對地質(zhì)遺跡進(jìn)行綜合評價，評選出了3個具有升級潛力的省級地質(zhì)公園，即五蓮縣五蓮山—九仙山省級地質(zhì)公園、鄒城市嶧山省級地質(zhì)公園和臨朐縣沂山省級地質(zhì)公園，篩選出了多處具有開發(fā)潛力的地質(zhì)遺跡。具有開發(fā)潛力的主要地質(zhì)遺跡見表2。

表2 山東省旅游地質(zhì)資源及其發(fā)展?jié)摿φ雇?/p>

受篇幅所限，只介紹五蓮縣五蓮山—九仙山省級地質(zhì)公園、鄒城市嶧山省級地質(zhì)公園、青島市嶗山景區(qū)、黃島區(qū)大珠山—靈山島公園、萊蕪市九龍山景區(qū)和濟(jì)南市七星臺景區(qū)的概況。

4.1 五蓮縣五蓮山—九仙山省級地質(zhì)公園

五蓮山—九仙山是國家AAAA級景區(qū)，自然景觀以奇、秀、險、怪、幽、曠、奧7大特色著稱，皇家寺院萬壽光明寺、依托大悲峰山體雕刻而成的我國北方最大的釋迦牟尼佛像、萬畝野生杜鵑花園等人文景觀著名，經(jīng)濟(jì)價值較高。五蓮山—九仙山是新元古代與中生代地質(zhì)遺跡的精美結(jié)合。距今8億～7億a，地殼演化進(jìn)入新元古代南華紀(jì)，揚子板塊北緣膠南—威海一帶，巖漿活動強烈，形成了榮成序列、月季山序列和鐵山序列花崗巖。繼后經(jīng)歷了長期的隆起、剝蝕作用； 三疊紀(jì)末期發(fā)生揚子板塊向華北板塊深俯沖的大陸碰撞和超高壓變質(zhì)作用，南華紀(jì)形成的花崗巖在距今2.40億～2.25億a前又遭受了強烈變質(zhì)變形作用。地質(zhì)遺跡包括花崗巖地貌(天竺峰、情侶峰、觀星臺等)、地質(zhì)剖面、罕見的斷裂構(gòu)造(水簾洞、水洞天等斷裂洞穴)、象形石(龜石、靴石、元寶石等)、水體景觀(龍?zhí)洞髰{谷、洗耳泉、天泉等)、海蝕洞、地質(zhì)災(zāi)害遺跡等[11]。該地質(zhì)公園地質(zhì)遺跡資源具有蘇魯造山帶新元古代榮成巖套變質(zhì)變形花崗巖剖面、中生代早白堊世晶洞花崗巖剖面、中國北方罕見的花崗巖峰林地貌(其在影像上表現(xiàn)為比較密集的巨石凸起，出露的花崗巖呈淺黃或亮白色調(diào)，刀砍狀節(jié)理比較清晰，見圖3)等典型特點，是開展蘇魯造山帶地質(zhì)研究，探索板塊碰撞、花崗巖類形成演化機(jī)制的絕佳場所，具有較高的科學(xué)研究價值。

圖3 五蓮山—九仙山峰林地貌

4.2 鄒城市嶧山省級地質(zhì)公園

嶧山位于孟子故里，為國家AAAA級旅游景區(qū)，自孔子“登東山而小魯”及秦始皇登上嶧山“一步登天石”封禪之后，歷代帝王將相、文人墨客絡(luò)繹來此，歷史人文景觀極其豐富，成為我國古代的9大歷史文化名山之一。地質(zhì)遺跡以奇石、險峰、幽洞、靈泉及崩塌地貌等為特征。根據(jù)新測的鋯石SHRIMP U-Pb年齡結(jié)果，嶧山已有25.3億a的歷史，推算其形成時代為新太古代晚期[12]。多期次構(gòu)造應(yīng)力作用(尤其是喜馬拉雅期構(gòu)造應(yīng)力作用)讓其山體節(jié)理極其發(fā)育，裂隙密集，風(fēng)化強烈。因重力、地震等因素引起地質(zhì)崩塌，形成壯觀的花崗巖石海及眾多的滾石堆巖洞(圖4),其中有名稱的巖洞就有近200個。巖石崩落后留下陡峭山峰和石柱，形成五華峰、丹丸峰、冠子峰等典型的花崗巖奇峰。強烈的球狀風(fēng)化形成了獨特壯觀的石蛋地貌群。差異風(fēng)化造成巖石出現(xiàn)各種凹坑，形成了國內(nèi)外罕見的象形石景觀，“子孫石”“元寶石”等有冠名的奇石多達(dá)300多塊。泉水多分布于洞穴中，構(gòu)成近百處洞泉相依的地貌景觀[13]。地質(zhì)遺跡還包括嶧山超單元寧子洞和望子山2個巖石單元建立的典型剖面。

圖4 嶧山石海

4.3 青島市嶗山景區(qū)

嶗山是國務(wù)院首批審定公布的國家重點風(fēng)景名勝區(qū)之一，國家AAAAA級旅游景區(qū)，歷史上曾有“九宮八觀七十二庵”，是我國著名的道教名山[14]。地質(zhì)遺跡資源豐富、獨特。嶗山花崗巖是蘇魯?shù)貐^(qū)燕山期花崗巖帶中的重要組成部分，嶗山花崗巖和周邊同期高鉀鈣堿系列侵入體在巖石地球化學(xué)上具有A型或I-A復(fù)合型花崗巖的組成特征。嶗山是嶗山序列的命名地，花崗巖由浮山、石門山和嶗頂3個亞序列組成，代表了3次大規(guī)模的巖漿活動。嶗山裂隙和節(jié)理廣泛發(fā)育，球狀風(fēng)化明顯，花崗巖地貌類型主要有峰林、峰墻、崮、洞、象形石、巖臼等以及礫石堤、巨礫扇、礫石海岸、礫石灘、堆積洞等獨特的花崗巖堆積地貌[15]。峰林地貌主要分布在海拔500 m以上山體，以嶗頂周圍最為典型，比高崮、將軍崮等崮形地貌廣泛發(fā)育?！扒閭H石”“相公石”等象形石千姿百態(tài)，比比皆是。地質(zhì)崩塌較多，山上巨石墜落堆滿了山谷，形成石瀑石河，遙感影像上顯示有數(shù)十條之多(圖5)。水體景觀有九水十八潭、龍?zhí)镀俨?、潮音瀑布等。在山海結(jié)合部海蝕地貌發(fā)育，岬角、海蝕崖、巖礁、灘灣交錯分布，形成瑰麗的山海奇觀。嶗山的洞穴非常發(fā)育，那羅延窟、猷龍洞等比較著名的洞穴有44處。在嶗山山峰頂部、山脊、丘頂和巨大礫石上發(fā)育有上千個巖臼，比較典型的有天波池、瑤池和石盆石碗等。在嶗山周圍，特別是嶗山的東側(cè)，發(fā)育有多條由礫石堆積形成的泥礫堤。目前地質(zhì)界對嶗山的巖臼、泥礫堤等微地貌的成因仍有爭論[16]，更增添了嶗山的科研和科普價值。

圖5 嶗山石瀑

4.4 黃島區(qū)大珠山—靈山島公園

大珠山—靈山島旅游風(fēng)景區(qū)由隔海并峙的大珠山、靈山島組成，為國家AAAA級旅游景區(qū)。這里人文薈萃，風(fēng)景優(yōu)美，有豐富的地質(zhì)地貌遺跡和旅游資源。大珠山地區(qū)斷裂與花崗巖節(jié)理方向接近垂直，將花崗巖切割得比較破碎(圖6)[17]，主要為受斷裂切割、重力作用和新構(gòu)造運動影響及風(fēng)化剝蝕作用形成的花崗巖地貌景觀地質(zhì)遺跡，主要包括“和尚拜佛”“神龜望月”“仙人橋”等有代表性的花崗巖地貌遺跡，典型的斷裂洞穴遺跡，中生代早白堊世花崗巖地質(zhì)特征、侵入巖剖面，斷裂地質(zhì)構(gòu)造形跡遺跡等。靈山島園區(qū)主要是陸相碎屑沉積和火山噴發(fā)沉積形成的地貌景觀遺跡，主要有霏細(xì)巖侵入萊陽群上部地層形成的老虎嘴、萊陽群曲格莊組砂巖夾頁巖地貌遺跡，象鼻山、恐龍石、望海樓等代表性的青山群火山巖地貌遺跡，靈山島中生代地層剖面，中生界下白堊統(tǒng)碎屑巖中發(fā)育很好的風(fēng)暴巖與風(fēng)暴沉積[18]，斷裂地質(zhì)構(gòu)造形跡遺跡，典型的海蝕洞穴遺跡等。近幾年對靈山島的地質(zhì)研究呈現(xiàn)熱潮，新的研究成果不斷出現(xiàn)[19-25]，在靈山島下白堊統(tǒng)沉積巖地層中首次發(fā)現(xiàn)了魚類和葉肢介化石，新發(fā)現(xiàn)靈山島紋層控制的砂級顆粒支撐疊瓦構(gòu)造等，都說明該地區(qū)地質(zhì)遺跡科研價值巨大，需要很好的保護(hù)與開發(fā)。

圖6 大珠山遙感影像

4.5 萊蕪市九龍山景區(qū)

九龍山景區(qū)寒武紀(jì)地質(zhì)剖面地層出露齊全，古生物化石豐富，地質(zhì)遺跡較多。剖面下部為長清群，屬陸表海碎屑巖-碳酸鹽巖建造，出露朱砂洞組及饅頭組地層，下伏新太古代晚期傲徠山巖套二長花崗巖； 上部為九龍群，主要由碳酸鹽巖組成，與上覆奧陶紀(jì)馬家溝組平行不整合接觸(懷遠(yuǎn)間斷)，與下伏長清群整合接觸，地層厚度超過1 000 m，自下而上劃分為張夏組、崮山組、炒米店組和三山子組。九龍山寒武紀(jì)崮山組泥質(zhì)頁巖夾薄層鏈條狀灰?guī)r，富含三葉蟲化石； 九龍山剖面張夏組下灰?guī)r段中發(fā)育有大量微生物巖,包括樹形石和凝塊石等?？疾扉L清張夏—崮山省級地質(zhì)公園需要徒步翻越饅頭山和唐王寨才能夠看到寒武紀(jì)地質(zhì)剖面全貌，而九龍山寒武紀(jì)地質(zhì)剖面可以沿水泥公路進(jìn)行連續(xù)觀測，交通更加便利，非常適合開展野外地質(zhì)實習(xí)、教學(xué)等科學(xué)普及活動。

4.6 濟(jì)南市七星臺景區(qū)

七星臺因“七峰競秀,勢若北斗”而得名，平均海拔780 m,森林覆蓋率90%以上,是濟(jì)南市重點旅游景區(qū)。有齊長城、兵圣孫武的武勝門和演兵場、曹操修建的品官閣等眾多古跡。有中國首個星光公園和星光保護(hù)區(qū)，曾被《中國國家地理》雜志評為“全球最美的星空之一”，成為天文愛好者和星空攝影愛好者的圣地。地質(zhì)遺跡資源豐富，北部有長清群張夏組灰?guī)r崮形地貌發(fā)育，南部有泰山巖群和新太古代早期花崗巖出露，是研究魯西花崗-綠巖帶形成演化的最理想地區(qū)之一。棗林—團(tuán)圓溝一帶有最古老的雁翎關(guān)組火山巖地質(zhì)遺跡，主要為變質(zhì)塊狀和枕狀玄武巖以及層間片狀變質(zhì)泥質(zhì)—粉砂質(zhì)沉積巖，厚度約1 600 m，往東南延伸到七星臺—火貫減小到約800 m。在棗林—團(tuán)圓溝變質(zhì)塊狀玄武巖內(nèi)還存在小規(guī)模變質(zhì)輝長巖和 TTG 脈體，變質(zhì)輝長巖與變質(zhì)玄武巖為侵入關(guān)系，寬度通常為 1～4 m。TTG 巖脈和英云閃長片麻巖的年齡分別為(2 706±9) Ma和(2 707±9) Ma。雁翎關(guān)組的形成時代應(yīng)在2.71～2.75 Ga之間。其原巖為拉斑玄武巖，來自虧損地幔源區(qū)，推測其形成環(huán)境與洋底高原更加類似。

5 討論與建議

(1)山東省五蓮縣五蓮山—九仙山省級地質(zhì)公園、鄒城市嶧山省級地質(zhì)公園和臨朐縣沂山省級地質(zhì)公園具有升級為國家級地質(zhì)公園的潛力。

(2)青島市嶗山景區(qū)具有成為國家級地質(zhì)公園的潛力，黃島區(qū)大珠山—靈山島景區(qū)近年研究成果不斷涌現(xiàn)，也具有成為國家級地質(zhì)公園的潛力，建議這2處景區(qū)先申報省級地質(zhì)公園，待滿足年限規(guī)定后再申報國家級地質(zhì)公園。

(3)濟(jì)南市七星臺景區(qū)適合建立以天(星空公園)、地(地質(zhì)遺跡)、人(人文景觀)三才融合為特色的省級地質(zhì)公園。

(4)萊蕪市九龍山、鄒平市印臺山、黃島區(qū)鐵橛山和平度市大澤山等公園，交通便捷，自然風(fēng)光秀麗，歷史文化底蘊厚重，旅游地質(zhì)資源豐富，具有較好的開發(fā)遠(yuǎn)景，建議建立省級地質(zhì)公園或地質(zhì)科普基地。

(5)新泰市谷里鎮(zhèn)東浦寒武紀(jì)張夏組疊層石灰?guī)r、泰安市雁翎關(guān)村雁翎關(guān)組枕狀玄武巖等地質(zhì)遺跡發(fā)育完好且稀有珍貴，建議建立地質(zhì)遺跡保護(hù)點。

受筆者學(xué)養(yǎng)所限，本文暫不對國家級地質(zhì)公園升級問題進(jìn)行深入討論，希望能拋磚引玉，為當(dāng)?shù)卣峁Q策參考。