侯德華， 張立國(guó)， 王碩， 王金貴， 程州

(河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，廊坊 065000)

0 引言

遙感技術(shù)以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在地質(zhì)工作中發(fā)揮著舉足輕重的作用。“遙感先行”已成為區(qū)域地質(zhì)調(diào)查填圖等地質(zhì)調(diào)查工作的基本原則，尤其是在青藏高原等艱險(xiǎn)地區(qū)，遙感技術(shù)已貫穿到整個(gè)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的始終[1]。隨著遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)空間分辨率的提高，高空間分辨率遙感影像在遙感地質(zhì)研究中，既能發(fā)揮宏觀高效的優(yōu)勢(shì)，又能揭示微觀構(gòu)造、地層、巖漿巖和礦化蝕變等信息，使地質(zhì)工作者能夠從全新的角度去認(rèn)識(shí)地質(zhì)構(gòu)造和成礦作用[2]。

目前，可用于1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的國(guó)外遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)有法國(guó)的SPOT數(shù)據(jù)、德國(guó)的RapidEye數(shù)據(jù)以及美國(guó)的IKONOS、QuickBird、GeoEye和WorldView等，利用這些高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)的地質(zhì)工作曾取得了許多優(yōu)異成果[3-6]。隨著我國(guó)遙感技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)高空間分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，例如資源一號(hào)02C、資源三號(hào)和高分一號(hào)、高分二號(hào)(GF-2)等也在地質(zhì)工作等領(lǐng)域的應(yīng)用中獲得了一席之地[7-16]。本文采用GF-2數(shù)據(jù)，對(duì)西藏桑耶地區(qū)了進(jìn)行巖性-構(gòu)造遙感解譯，為區(qū)域地質(zhì)調(diào)查填圖提供重要參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青藏高原中南部，隸屬西藏自治區(qū)山南市貢嘎縣和扎囊縣管轄，面積約1 700 km2。該區(qū)地處雅魯藏布江流域，水系發(fā)育，河流和山脈的伸展方向與主要構(gòu)造方向基本一致，總體地勢(shì)北高南低，屬于高山地貌區(qū)，地勢(shì)陡峻，切割強(qiáng)烈，高差較大，山脈走勢(shì)呈近EW向南突的彎曲弧狀。

研究區(qū)位于岡底斯—喜馬拉雅地層大區(qū)中，為岡底斯—念青唐古拉陸塊和喜馬拉雅陸塊銜接部位，以雅魯藏布江斷裂為界，雅魯藏布江以北為岡底斯—念青唐古拉陸塊中段的南緣地帶(岡底斯—騰沖地層區(qū))，以南為雅魯藏布江構(gòu)造地層區(qū)(圖1(a))。區(qū)內(nèi)出露的地層單元有下奧陶統(tǒng)桑曲組，上二疊統(tǒng)蒙拉組，上三疊統(tǒng)謝巴組、姐德秀組、江雄組，下侏羅統(tǒng)葉巴組，古新統(tǒng)—始新統(tǒng)典中組以及第四系等(圖1(b))。

1.第四系(未分)； 2.古新統(tǒng)—始新統(tǒng)典中組； 3.早中侏羅世超基性混雜巖； 4.下侏羅統(tǒng)葉巴組； 5.上三疊統(tǒng)江雄組； 6.上三疊統(tǒng)姐德秀組； 7.上三疊統(tǒng)謝巴組； 8.上二疊統(tǒng)蒙拉組； 9.下奧陶統(tǒng)桑曲組； 10.始新世晚期二長(zhǎng)花崗巖； 11.始新世晚期石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖； 12.始新世早期二長(zhǎng)花崗巖； 13.晚白堊世晚期二長(zhǎng)花崗巖； 14.晚白堊世晚期花崗閃長(zhǎng)巖； 15.晚白堊世晚期石英閃長(zhǎng)巖； 16.晚白堊世早期石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖； 17.晚白堊世早期斑狀二長(zhǎng)花崗巖； 18.晚白堊世早期花崗閃長(zhǎng)巖； 19.晚白堊世早期花崗閃長(zhǎng)巖； 20.中侏羅世閃長(zhǎng)巖； 21.中侏羅世角閃輝長(zhǎng)巖； 22.地質(zhì)界線； 23.角度不整合； 24.斷裂； 25.韌性剪切帶； 26.火山口

圖1研究區(qū)大地構(gòu)造位置(a)及地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)

Fig.1Geotectoniclocation(a)andgeologicalmap(b)ofthestudyarea

2 遙感數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

2.1 GF-2數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介

GF-2數(shù)據(jù)是我國(guó)自主研發(fā)的首顆空間分辨率優(yōu)于1 m的光學(xué)遙感衛(wèi)星，是我國(guó)目前空間分辨率最高的民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星，搭載有2臺(tái)空間分辨率1 m全色、4 m多光譜相機(jī)，星下點(diǎn)空間分辨率全色為0.81 m，多光譜為3.24 m，成像幅寬為45 km。其波段范圍為： 全色波段0.45～0.90 μm，藍(lán)光波段0.45～0.52 μm，綠光波段0.52～0.59 μm，紅光波段0.63～0.69 μm，近紅外波段0.77～0.89 μm[17]。

由于研究區(qū)內(nèi)植被較為發(fā)育，且冬季高海拔區(qū)域易積雪。本次使用3景GF-2衛(wèi)星L1A數(shù)據(jù)，獲取時(shí)相分別為2015年12月29日、2016年3月12日和2017年2月10 日，所獲取的遙感數(shù)據(jù)雖為冬季影像，但無(wú)云、雪覆蓋或僅有少量覆蓋，能滿足本次研究要求。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理流程為： ①正射校正，使用有理多項(xiàng)式系數(shù)(rational polynomial coefficient，RPC)模型，其中RPC文件為影像自帶，數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)為ASTER GDEM V2，空間分辨率為30 m； ②圖像融合，采用GS(Gram-Schmidt spectral sharpening)高保真融合算法，信息失真??； ③波段組合，采用最佳指數(shù)法(optimal index factor,OIF)結(jié)合目視解譯效果，最終采用B4(R)B3(G)B1(B)波段組合； ④幾何糾正，利用已獲取的1∶5萬(wàn)地形數(shù)據(jù)對(duì)影像進(jìn)行平面幾何糾正和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。

3 遙感地質(zhì)解譯

為更好地進(jìn)行遙感地質(zhì)解譯，針對(duì)影像對(duì)比度不強(qiáng)、影像模糊以及邊緣信息或線狀地物不夠突出等問(wèn)題，對(duì)影像進(jìn)行了增強(qiáng)處理。通過(guò)巖性信息和線性構(gòu)造增強(qiáng)，改善了影像整體質(zhì)量，提高了影像目視效果，突出了重要的微觀地質(zhì)信息。在充分收集已有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，將影像增強(qiáng)技術(shù)與研究區(qū)地質(zhì)背景相結(jié)合，建立了較系統(tǒng)的遙感解譯標(biāo)志，采用人機(jī)交互解譯方法完成了遙感地質(zhì)解譯。

3.1 沉積巖和淺變質(zhì)巖

研究區(qū)經(jīng)歷多期次構(gòu)造活動(dòng)，除典中組外，其他地層均發(fā)育不同程度的變質(zhì)變形，巖性以變質(zhì)巖為主，部分地層巖性組合為： 桑曲組(O1s)主要為大理巖、變質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)板巖和千枚巖等； 蒙拉組(P3m)主要為變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖夾大理巖和少量變質(zhì)火山巖； 謝巴組(T3xb)主要為中性變質(zhì)火山巖夾大理巖、變質(zhì)砂巖； 江雄組(T3jx)主要為變質(zhì)砂巖、板巖和千枚巖； 葉巴組(J1y)主要為變質(zhì)粉砂巖、巖屑砂巖和大理巖夾中基性變質(zhì)火山巖； 典中組(E1-2d)主要為中酸性火山巖； 第四系(Q)主要為冰磧物、風(fēng)積物和沖洪積物。

通常情況下大理巖抗風(fēng)化能力強(qiáng)，以正地形產(chǎn)出，在B4(R)B3(G)B1(B)假彩色合成影像上色調(diào)以白色、淺灰白色和黃白色等淺色調(diào)為主。研究區(qū)內(nèi)含大理巖的地層有桑曲組、謝巴組和葉巴組，不同組內(nèi)不同的大理巖結(jié)構(gòu)和構(gòu)造形成不同的遙感解譯標(biāo)志。桑曲組與謝巴組內(nèi)大理巖均為純凈的大理巖，影像上色調(diào)較淺，呈白色、灰白色。桑曲組內(nèi)有大片厚層狀大理巖出露，色調(diào)淺且均勻，影紋結(jié)構(gòu)粗糙，沖溝少，植被稀疏，層理微弱發(fā)育，形成帶狀影紋，受后期構(gòu)造影響局部影紋雜亂，以正地形產(chǎn)出，形成陡峻的山峰(圖2(a))； 謝巴組大理巖多以?shī)A層狀產(chǎn)出，呈白色、亮白色，近平行排列，具有明顯的帶狀影紋，延伸較遠(yuǎn)(圖2(b))； 葉巴組含大量中薄層狀燧石條帶大理巖，影像上呈肉紅色、灰粉色和棕色，層理明顯，具有顯著的線性影紋，與兩側(cè)巖層差異風(fēng)化形成條帶狀突起，影紋結(jié)構(gòu)中等，沖溝、植被均不發(fā)育(圖2(c))。

(a) 桑曲組 (b) 謝巴組(c) 葉巴組

圖2大理巖GF-2B4(R)B3(G)B1(B)影像特征

Fig.2GF-2B4(R)B3(G)B1(B)imagefeaturesofmarble

淺變質(zhì)碎屑巖由于其變質(zhì)程度不深，原巖組構(gòu)造特征明顯，因此其影像特征與原巖幾乎一致。砂巖由于碎屑成分、膠結(jié)程度和膠結(jié)方式的差異，形成了不同的地貌特征。一般硅質(zhì)膠結(jié)比鈣質(zhì)膠結(jié)抗風(fēng)化能力強(qiáng)，鈣質(zhì)膠結(jié)比黏土質(zhì)膠結(jié)抗風(fēng)化能力強(qiáng)，在不同類型砂巖集中發(fā)育區(qū)域容易形成“抗風(fēng)化脊”。蒙拉組(P3m)主要巖性為變質(zhì)砂巖和變質(zhì)粉砂巖，巖石中石英含量較高，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，野外產(chǎn)狀較陡，從而形成陡崖等地貌(圖3(a))。在假彩色合成影像上，基巖呈灰色、藍(lán)灰色，強(qiáng)硬層形成平直的山脊或壟崗狀地形，軟弱層形成平直的槽溝洼地，兩者相間產(chǎn)出，形成“肋狀”地形，局部可見(jiàn)巖層三角面發(fā)育。影紋結(jié)構(gòu)粗糙，沖溝稀疏(圖3(b))。

(a) 野外特征(b) GF-2 B4(R)B3(G)B1(B)影像特征

圖3蒙拉組變質(zhì)砂巖特征

Fig.3CharacteristicsofmetamorphosedsandstoneinMenglaFormation

江雄組(T3jx)巖性為變質(zhì)砂巖、板巖和千枚巖的韻律組合，基巖風(fēng)化破碎嚴(yán)重。砂巖多為雜砂巖和巖屑砂巖，抗風(fēng)化能力一般，形成微弱突起； 板巖、千枚巖由于板理、千枚理發(fā)育，基巖易碎和風(fēng)化，形成槽溝地形，地表巖石碎塊較多(圖4(a))。在假彩色合成影像上可見(jiàn)千枚巖與板巖呈現(xiàn)均勻的色調(diào)和紋理，變質(zhì)砂巖表現(xiàn)為相對(duì)平緩地勢(shì)上的條帶狀突起，形成單面山等地貌(圖4(b))。

(a) 野外特征(b) GF-2 B4(R)B3(G)B1(B)影像特征

圖4江雄組變質(zhì)砂巖特征

Fig.4CharacteristicsofmetamorphosedsandstoneinJiangxiongFormation

研究區(qū)內(nèi)謝巴組、葉巴組和典中組含大量火山巖，由于巖石類型和巖性復(fù)雜多變，又經(jīng)歷后期多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，可解譯程度不高，解譯效果一般。玄武巖與安山巖具有一定的成層性特征，玄武巖色調(diào)均勻，呈灰色、深灰色，色調(diào)偏暗，層理不發(fā)育； 安山巖呈灰色、灰綠色，與大理巖互層，安山巖風(fēng)化破碎嚴(yán)重，影紋相對(duì)細(xì)膩(圖5(a))。粒度較細(xì)的凝灰?guī)r成層性良好，與砂巖具有相似的影像特征，凝灰?guī)r呈灰色、深灰色，地形稍微和緩，層理明顯，植被、沖溝幾乎不發(fā)育(圖5(b))。

(a) 玄武巖和安山巖(b) 凝灰?guī)r

圖5玄武巖、安山巖和凝灰?guī)r影像特征

Fig.5Imagefeaturesofbasalt,andesiteandtuff

3.2 侵入巖

研究區(qū)北側(cè)侵入活動(dòng)頻繁，出露大面積的中酸性侵入巖，巖體大多呈近EW向帶狀展布，與圍巖接觸界線明顯，以晚白堊世和始新世侵入巖分布最為廣泛。侵入巖后期均受風(fēng)化破碎和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造的影響。同種類型侵入巖的影像特征相似，不易區(qū)分； 而不同類型侵入巖的差異較大，解譯標(biāo)志明顯(圖6)[18]。

(a) 閃長(zhǎng)巖(b) 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(c) 二長(zhǎng)花崗巖

q.石英脈； mb+mas.大理巖、變質(zhì)安山巖；δηο.石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；ηγ.二長(zhǎng)花崗巖

圖6侵入巖影像特征

Fig.6Imagefeaturesofintrusiverocks

閃長(zhǎng)巖內(nèi)發(fā)育不同程度的韌性變形，沿面理可見(jiàn)白色酸性細(xì)脈侵入。在假彩色合成影像上閃長(zhǎng)巖呈灰色、青灰色，粗斑狀影紋，同時(shí)具有線性影紋特征； 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖呈灰色、藍(lán)灰色，發(fā)育典型的樹(shù)枝狀水系，密集的斑點(diǎn)狀影紋，影紋結(jié)構(gòu)中等(圖6(a)、(b))； 二長(zhǎng)花崗巖呈黃白色、亮黃色，色調(diào)偏亮，形成姜塊狀等粗糙影紋結(jié)構(gòu)，節(jié)理發(fā)育，可見(jiàn)NW—SE向線性影紋(圖6(c))。

靠近雅魯藏布江北岸的葉巴組內(nèi)可見(jiàn)大量酸性巖脈發(fā)育，影像上呈NW—SE向的條帶狀展布，平行排列，抗風(fēng)化能力強(qiáng)與圍巖差異風(fēng)化，形成線性壟崗和陡壁等地貌(圖7)。

圖7 酸性巖脈影像特征

3.3 第四系

研究區(qū)內(nèi)第四系十分發(fā)育，其中以發(fā)育在沖溝內(nèi)的沖洪積物、高海拔地區(qū)的冰磧物以及雅魯藏布江北岸的風(fēng)積物為主，不同成因類型的第四系松散堆積物在GF-2影像上解譯標(biāo)志明顯。其中第四系冰磧物為本次遙感解譯新解譯填圖單位，前人將其劃分為正?；鶐r。遙感影像上顯示其與正?；鶐r相比具有截然不同的影像特征，經(jīng)驗(yàn)證本次研究將其定為冰磧物(圖8)。

冰磧物發(fā)育在高海拔地區(qū)，形成近EW向的終磧壟，其主體由冰川漂礫混雜堆積而成，在假彩色合成影像上色調(diào)均勻，呈灰色、藍(lán)灰色，具有密集的斑點(diǎn)狀影紋結(jié)構(gòu)，其上植被不發(fā)育，未形成尖棱狀山脊和陡坎等地貌，圖8(a)中A處海拔5 472 m； 風(fēng)積物主要集中在雅魯藏布江河岸及其附近的山坡上，大多由粉細(xì)砂組成，形成新月型沙丘，影像上呈黃色、淡黃色，發(fā)育鏈狀影紋結(jié)構(gòu)，其上植被不發(fā)育(圖8(b))； 沖洪積物多分布在河床、河漫灘及干谷內(nèi)，河流上游呈較窄的條帶狀展布，河流下游地形開(kāi)闊，影像上可見(jiàn)后期人為改造作用強(qiáng)烈，現(xiàn)大多已被改造成了農(nóng)田，并可見(jiàn)村落、道路和蓄水池等地物，植被不均衡發(fā)育(圖8(c))。

(a) 冰磧物(b) 風(fēng)積物(c) 沖洪積物

圖8第四系松散堆積物影像特征

Fig.8ImagefeaturesoflooseaccumulationofQuaternary

3.4 構(gòu)造

研究區(qū)長(zhǎng)期處于SN向的擠壓構(gòu)造環(huán)境，主構(gòu)造線方向?yàn)榻麰W向，構(gòu)造形跡主要為斷裂和褶皺。EW向、NW向和NE向斷裂均有發(fā)育，局部可見(jiàn)SN向斷裂和環(huán)形構(gòu)造發(fā)育； EW向褶皺多為緊閉的同斜褶皺，SN向褶皺多為寬緩褶皺。GF-2數(shù)據(jù)空間分辨率較高，各種構(gòu)造形跡在影像上形成特殊的色調(diào)、地貌和紋理等特征。

高角度逆斷層在影像上呈現(xiàn)微彎的弧線狀延伸，地貌上表現(xiàn)為線狀分布的壟崗地形，斷裂兩側(cè)的影紋差異反映了2種不同的地貌特征。斷層上盤(pán)影紋粗糙，斷層三角面發(fā)育； 下盤(pán)影紋相對(duì)光滑(圖9(a))。正斷層在影像上具有筆直的線性形跡，斷裂面為2種微地貌的分界面，斷裂兩側(cè)色調(diào)存在明顯異常，斷層上盤(pán)呈灰色，影紋相對(duì)光滑； 下盤(pán)呈白色、灰白色，影紋粗糙，并發(fā)育NE向的線性影紋，沿?cái)嗝姘l(fā)育線性延伸的陡崖與陡坎(圖9(b))。平移斷層在影像上具有良好的解譯標(biāo)志(圖9(c))，桑曲組厚層狀大理巖呈近EW向延伸，被NW向斷層明顯錯(cuò)開(kāi)，斷距在350 m左右，該斷層屬于左旋平移斷層。同時(shí)在研究區(qū)內(nèi)可見(jiàn)環(huán)形構(gòu)造發(fā)育，影像上具有明顯的環(huán)形形跡，呈負(fù)地形產(chǎn)出(圖9(d))。

(a) 逆斷層 (b) 正斷層

(c) 平移斷層(d) 環(huán)形構(gòu)造

圖9研究區(qū)斷裂構(gòu)造影像特征

Fig.9Imagefeaturesofthefaultsinthestudyarea

研究區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造的影像特征如圖10所示。其中，圖10(a)為發(fā)育在蒙拉組變質(zhì)砂巖的緊閉同斜背斜，北翼產(chǎn)狀傾向NE，南翼產(chǎn)狀傾向N，轉(zhuǎn)折端破碎； 圖10(b)為桑曲組厚層狀大理巖內(nèi)發(fā)育的寬緩背斜，反映研究區(qū)早期處于EW向擠壓應(yīng)力場(chǎng)。

(a) 緊閉褶皺(b) 寬緩褶皺

圖10研究區(qū)褶皺構(gòu)造影像特征

Fig.10Imagefeaturesofthefoldsinthestudyarea

4 結(jié)論

(1)本次研究將GF-2衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)與全色數(shù)據(jù)融合后，得到高空間分辨率的遙感影像，其上各地質(zhì)體紋理清晰，色彩均勻，能夠突出更多的巖性和構(gòu)造等細(xì)節(jié)。利用該影像對(duì)西藏桑耶地區(qū)進(jìn)行巖性、斷裂和褶皺等地質(zhì)要素提取，各地質(zhì)要素在遙感影像上均有較好的反映，解譯標(biāo)志明顯。

(2)第四系冰磧物為本次遙感解譯新解譯填圖單位，分布在研究區(qū)北側(cè)高海拔區(qū)域，形成近EW向的冰磧壟，主要由冰川漂礫組成。在假彩色合成影像上色調(diào)均勻，呈灰色、深灰色、藍(lán)灰色等冷色調(diào)，發(fā)育密集的斑點(diǎn)狀影紋結(jié)構(gòu)，其上植被不發(fā)育。

(3)研究區(qū)內(nèi)雅魯藏布江兩岸風(fēng)積物的精確圈定，更新了前人劃分的風(fēng)積物區(qū)域范圍，為該地區(qū)防風(fēng)固沙等環(huán)境治理工作提供了一定參考。

(4)經(jīng)野外驗(yàn)證，解譯地質(zhì)界線與構(gòu)造等信息與野外實(shí)際情況吻合度較高，為研究區(qū)進(jìn)一步開(kāi)展地層劃分提供了參考，尤其是對(duì)第四系冰磧物的準(zhǔn)確圈定，大大提高了野外工作效率。本次研究充分表明GF-2數(shù)據(jù)適用于1∶5萬(wàn)尺度，甚至更大比例尺的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查等工作，在今后的地質(zhì)工作中具有良好的應(yīng)用前景。

(5)由于研究區(qū)內(nèi)植被和第四系松散堆積物等的影響，本次研究在遙感影像上未見(jiàn)明顯的礦化異常線索，野外驗(yàn)證中需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)礦化蝕變信息的追索。