遥感影像是地物电磁波谱特征的真实记录, 因而可根据记录在影像中的特征来推断地物性质^[1]。不同的地物, 其电磁特征不同, 在影像上的表现也不同。任何目的的遥感解译都是通过基本的影像解译标志和典型地物遥感影像特征来共同完成的^[2]。影像特征包括色、形2个方面。前者指的是影像的色调、颜色等, 反映地物影像的物理性质; 后者指影像的图形结构特征(如大小、形状、阴影和纹理等), 是色调、颜色的空间排列状况, 反映了地物影像的几何性质和空间关系^[3]。

遥感技术作为快速直观的地质调查手段, 在区域地质调查中受到越来越多的重视^{[4, 5]}。但在以往的遥感地质解译中^{[6, 7, 8]}, 解译标志的建立过程比较简单、模糊^[9]; 而北巴颜喀拉山地区岩性单一、差别较小, 给遥感解译增加了较大的难度。因此, 笔者试图从遥感的宏观角度入手, 着力于岩性解译标志的建立和岩性组合的划分, 寻找适合该研究区的最优岩性解译标志和岩性组合划分依据; 并在此基础上对研究区内的地层岩性进行重新厘定, 以期为该研究区的地层划分与对比提供新资料。

研究区位于阿尼玛卿山脉南坡, 隶属青海省果洛州玛沁县管辖, 距西宁— 玉树G214国道100 km, 花石峡— 达日县S205省道从研究区东侧沿南北方向穿过; 属高山深切割地貌, 总体地势北高南低, 平均海拔在4 500~5 300 m。

研究区的大地构造位置处于青藏高原东北部华南板块, 由北向南纵跨昆仑山口— 昌马河俯冲增生楔和巴颜喀拉山边缘前缘前陆盆地2个构造单元。区内地层属巴颜喀拉— 羌北地层区的巴颜喀拉山分区^{[10, 11, 12]}, 该地层分区又划分为巴颜喀拉小区和昆仑山口— 昌马河小区^[13], 巴颜喀拉山群自下而上划分为昌马河组、甘德组和清水河组。该套地层^{[14, 15]}主要为砂泥质类复理石沉积, 钙质及火山物质很少, 厚度巨大, 浅变质, 具活动性沉积特点, 多为半深海-深海相浊流沉积。由于断裂发育、变形复杂、化石稀少、岩性单调、缺少标志层、岩石裸露程度差、剖面不完整, 致使地层划分和对比相当困难。

研究区内岩浆活动发育, 以燕山期中酸性侵入岩为主, 具有多期活动性和连续演化的特点。主要包括吾和玛黑云母花岗岩岩体、南木它黑云母花岗岩岩体和下仓界黑云母石英二长岩岩体, 这3处岩体均呈岩株状产出, 呈NWW向排列分布, 与区域构造线走向一致(图1)。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 研究区岩石地层划分位置[10]Fig.1 Division position of rock and stratum in study area[10]

根据1:5万区域地质调查技术要求, 考虑到研究区基岩裸露差, 积雪、植被和碎石覆盖严重, 总体可解译程度较低等问题, 经多平台、多时相数据对比, 最终选定的遥感数据源主要为SPOT5数据与ETM数据。SPOT5数据的空间分辨率为2.5 m, 能够满足1:5万遥感制图的要求。ETM数据主要用于区域性地质分析和蚀变信息提取, 空间分辨率为15 m。研究区涉及的SPOT5影像获取时间为2008年5月4日, 有少量云覆盖, 影像清晰; ETM影像获取时间为2002年9月23日。除了SPOT5和ETM影像外, 还采用Google Earth平台提供的遥感数据做补充。SPOT5数据采用B4(R), B3(G), B1(B)波段组合, ETM采用B7(R), B4(G), B1(B)波段组合进行假彩色合成。研究区局部地段SPOT5数据优化增强处理结果如图2所示, 基本降低了因其他地物覆盖带来的不利影响, 提升了全区的可解译程度。

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 SPOT5数据优化增强处理结果Fig.2 Results of optimizing and enhancement processing for SPOT5 data

由于岩石能干性、矿物组成、结构构造、变质程度、层理发育程度和空间排布形式等差异^[2], 研究区面状地质体在影像上反映为不同色调、几何形态和纹理结构的块(带)状影像单元(或影像体)。以尽可能细化、分解地质体为原则, 按照岩性推断的解译方法, 依据影像的地质表现力, 将已有地质资料^{[12, 13, 14, 15, 16, 17]}所述的各地层群组及侵入体进行了划分。在遥感解译图中, 根据SPOT5和ETM影像可辨识的各影像单元(或影像体)的典型影像特征建立了可视化解译标志对比参照系统。本次遥感地质解译已达到m级空间分辨率, 主要依据图像解析力、解译者的地质洞察力以及对地质资料的掌握程度, 便可达到相当于在实地稍远处判断露头地质特征的效果。可视化解译标志对比参照系统包括:

1)研究区出露的主体地层— — 三叠纪巴颜喀拉山群的清水河组、甘德组和昌马河组共被划分为20类岩性组合, 它们具备各自的遥感影像特征和空间分布特征(图6)。

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 研究区20类岩性组合可视化解译标志对比参照系统Fig.6 Comparative reference system of visual interpretation keys for twenty lithological associations in study area

清水河组(T₃q)共划分为4类: ①上部变砂岩、粉砂质板岩互层岩性组合(mss-stl); ②上部局部见页片状粉砂质板岩(stl)为主的岩性组合; ③下部变砂岩夹粉砂质板岩岩性组合(mss> stl); ④下部局部见变砂岩(mss)为主的岩层, 据已有资料描述为变质岩屑石英砂岩。

甘德组(T_1-2gd)共划分为10类: ①上部石英砂岩、粉砂质板岩互层岩性组合(qss-stl); ②上部局部见灰色厚层状粉砂质板岩(stl)为主的岩性组合; ③上部局部还见灰色块层状岩屑石英砂岩(qss)为主的岩性组合; ④上部石英砂岩夹粉砂质板岩岩性组合(qss> stl); ⑤下部石英砂岩夹板岩岩性组合(qss> sl); ⑥下部局部见强蚀变石英砂岩(mqss)为主的岩性组合, 局限于侵入体的围岩及顶盖; ⑦下部局部见青灰色块状变质岩屑石英砂岩(qss)为主的岩性组合; ⑧下部局部还见深灰色薄层状板岩(sl)为主的岩性组合; ⑨下部石英砂岩、板岩互层岩性组合(qss-sl); ⑩下部局部还见灰色厚层状板岩(sl)为主的岩性组合。

昌马河组(T_1-2c)共划分为6类: 上部岩段(T_1-2c²)包括①岩屑砂岩、粉砂质板岩互层夹灰岩块体岩性组合(ds-stl> ls); ②局部可见砂质灰岩块体(ls); ③岩屑砂岩、粉砂质板岩互层岩性组合(ds-stl); ④岩屑砂岩夹粉砂质板岩岩性组合(ds> stl)。下部岩段(T_1-2c¹)包括①岩屑砂岩夹板岩岩性组合(ds> sl); ②岩屑砂岩夹板岩夹砾岩岩性组合(ds> sl> cg)。

2)研究区中二叠世布青山群马尔争组(P₂m¹)出露于东北一隅, 根据遥感影像特征(图7(a))划分为相对上部砂岩与板岩互层夹灰岩岩性组合(ss-sl> ls)和相对下部砂岩夹板岩、灰岩互层岩性组合(ss> sl-ls)。

图7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 中二叠世、侏罗纪、新近纪、第四纪地层及侵入体可视化解译标志对比参照系统Fig.7 Comparative reference system of visual interpretation keys for formation and intrusive rocks in Permian, Jurassic, Neogene and Quaternary

3)研究区小块分布新近纪曲果组(N_q), 该地层抬升剥蚀, 在遥感影像上依稀可辨(图7(b)), 推测为砂岩夹泥岩岩性组合(ss> ms)。

4)研究区出露的侵入体主要为侏罗纪中酸性侵入体^[21]。参考“ 2010年青海省矿产资源潜力评价(1:25万)” 编图, 根据ETM影像(图7(c))可粗略识别出吾和玛岩体内部与边缘地带以及外围小岩株的不同岩性, 解译划分为: ①侏罗纪似斑状二长花岗岩(π η γ J), 基本居于岩体中部; ②侏罗纪二长花岗岩(η γ J), 位于岩体边部; ③侏罗纪花岗闪长岩(γ δ J), 大多处于岩体外围或边部。

依据野外调查结果, 结合遥感影像特征, 在局部地区可解译出呈零星分布的基性岩脉、岩墙(ν )。

5)研究区第四纪松散堆积按成因类型共解译出6类(图7(d)): ①全新世冲洪积(Qh^pal); ②全新世洪积(Qh^pl); ③全新世沼泽堆积(Qh^f); ④全新世冰碛(Qh^gl); ⑤晚更新世冲洪积(Q p3pal); ⑥晚更新世冰碛(Q p3gl)。

遥感影像中反映的空间信息、波谱信息(纹理、色调等)对不同岩性组合、结构构造的地质体具有明显不同的影像特征组合: ①三叠纪大量碎屑砂岩出露区色调较深, 纹形细而均一^[23], 其中岩石能干性较强的石英砂岩、杂砂岩构成基岩山地的主体, 能干性较弱的板岩类则形成一些相对软弱的岩层, 纹理及山脊线平直, 地势相对低洼; ②中酸性侵入体呈团块状, 分布于研究区东北部高山地带及中东部局部地段, 具有明显的环形轮廓或伴生有环形构造, 色调鲜明, 山体巍峨, 树枝状、放射状水系发育, 弧状山脊、凹形坡面明显, 并可见冰川槽谷、冰碛垄等冰川地貌; ③新近纪陆相沉积受断陷地形控制明显, 部分抬升呈台地或丘陵^[19]; ④第四纪地层为山麓相砂、砾石建造及河湖沼泽堆积、冰碛物组成。

基于已有知识经验, 结合地质资料^{[12, 13, 14, 15, 16, 17]}与野外调查取得对岩性及其组合的认识, 通过对各地段遥感影像特征的综合分析, 总结了研究区区域岩石及其组合的分布规律, 并进行了岩性-构造详细解译(图8)。

图8

Fig.8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 研究区岩性-构造解译图Fig.8 Structural-lithologic interpretation maps in study area

通过对研究区的岩性解译取得如下认识:

1)甘德组(T_1-2gd)的主要岩性为灰色块层岩屑变石英砂岩、深灰色中— 厚层状板岩和灰色厚层状粉砂质板岩; 岩性组合下部以石英砂岩夹板岩或互层为主, 上部以石英砂岩夹粉砂质板岩或互层为主, 岩体接触带及顶盖部位出现强蚀变石英砂岩(图8(a))。如图8(c)所示, 昌马河组与甘德组呈断层接触(甘德— 玛多深断裂)。根据解译标志, 识别出较多的单一岩性或以单一岩性为主的岩段, 如甘德组下部含多层厚度较大、以板岩为主的岩性层。

2)在甘德— 玛多深断裂附近以北, 存在一条破碎蚀变带, 在SPOT5影像中呈现为色调异常带(红褐色、亮度高), 与灰岩透镜体相邻出现, 经验证为具有褐铁矿化、黄铁矿化(浸染状、星点状)的酸性岩脉(图8(b))。

3)昌马河组(T_1-2c)的主要岩性为灰黄色、灰褐色岩屑砂岩、板岩、粉砂质板岩、砾岩和砂质灰岩; 岩性组合下部以岩屑砂岩夹板岩为主, 局部夹砾岩; 上部出现粉砂质板岩, 岩性组合以岩屑砂岩夹粉砂质板岩或互层为主; 在甘德— 玛多深断裂附近以北, 有较多的灰岩块体(断块)沿构造线呈透镜状断续产出(图8(c))。

4)清水河组(T₃q)出露标志之一是变质砂岩大量增多、出现页片状粉砂质板岩, 以此在研究区南部划出断块状楔入甘德组地层的清水河组地层, 其岩性组合下部以变砂岩夹粉砂质板岩为主, 局部变砂岩以较宽的条带展布; 上部以砂岩、板岩互层为主, 局部粉砂质板岩出露宽度达数百m。

5)马尔争组碎屑岩-火山岩段(P₂m¹)的出露局限于研究区东北角NWW深断裂以北, 岩性组合暂划为北段砂岩与板岩互层夹灰岩, 南段砂岩夹板岩、灰岩(图4)。

另外, 本次解译将吾和玛岩体解体为: ①侏罗纪似斑状二长花岗岩(π η γ J); ②侏罗纪二长花岗岩(η γ J); ③侏罗纪花岗闪长岩(γ δ J)。其中似斑状二长花岗岩居于岩体中部, 二长花岗岩位于岩体边部, 花岗闪长岩大多处于岩体外围或边部(图9)。岩体中部快速结晶, 粒度较大; 向外因温度变低, 结晶速率变慢, 粒度较小; 岩体边部有后期的偏中性侵入体侵位。

图9

Fig.9

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图9 基于遥感影像对吾和玛侏罗纪中酸性侵入体的解体Fig.9 Disintegration of Jurassic intermediate-acid intrusions in Wuhema area based on remote sensing image

1)本文从4个方面总结归纳了北巴颜喀拉山地区岩性遥感解译与岩性组合划分依据: ①区域地质资料揭示的岩性及其组合特征; ②野外调查结果显示的岩性及其组合特征; ③根据已有地质资料与野外调查获取的岩性及其组合类型, 通过对不同地段影像特征的综合分析, 初步建立了基于遥感影像的研究区区域岩性组合的分布规律; ④基于经验知识的岩性及其组合类型的推断识别。

2)基于不同空间分辨率、不同波谱范围的遥感影像, 笔者系统地建立了区域岩性的可视化解译标志系统。借鉴已有区域地质资料与野外踏勘成果, 确立了遥感影像与地面实况的对应关系, 并依据各类解译标志的区域对比, 重新厘定了地层岩性, 并分解了中酸性侵入体, 划分了大量非正式填图单位的地质体。这些都为北巴颜喀拉山群地层对比研究提供了新资料。

3)本次高空间分辨率遥感数据和常规多光谱遥感数据的综合解译将多源遥感数据应用到遥感地质调查中, 能够借助不同类型遥感数据的互补优势, 较为清晰地解译出各类岩性及构造, 细分了侵入体的岩相岩带, 宏观与微观表达兼备, 使遥感解译成果更接近于实际情况, 更能反映地质体的自然状态。