遙感在長白山玄武巖覆蓋區基巖填圖中的應用

白 卉，牛軍平，張紅紅，李任時，王曉志

1.吉林省地質調查院，吉林 長春 130102；2.吉林省地質勘查基金管理中心，吉林長春 130061

0 引言

研究區位于吉林省南部，其東南部、南部與朝鮮民主主義人民共和國接壤，地理坐標在東經127°00′00″～129°00′00″，北緯41°20′00″～42°50′00″之間。長白山天池從上新世至全新世多期大規模噴發形成了廣布的火山產物，從而形成了以天池為中心的中間厚四周薄的長白山玄武巖覆蓋區，天池火山噴發主要可以劃分為三個階段：早期的造盾階段，形成玄武巖平臺；中期的造錐階段形成天池火山錐和區內眾多子火山錐；晚期的造火山碎屑席階段形成火山錐附近蓋在玄武巖平臺之上的火山碎屑物。

長白山玄武巖覆蓋區因受扇形水系的切割，以長白山天池為中心整體形成中間高四周低的地貌形式，切割較深的溝谷可見前新生代的基巖出露。長白山第四系玄武巖噴發以裂隙式溢流為主，晚期兼有中心式噴發形成小型火山錐。熔巖流流入龍崗隆起—琿春至馬鞍山村盆嶺群下的三、四級盆嶺群，這種類似“自流平”的方式形成了主體的玄武巖臺地。而在第四系玄武巖覆蓋區內明顯突出于玄武巖平臺之上的地質體有兩種(如圖1)：一是第四紀噴發形成的火山錐，這些噴發形成的火山錐是我們推斷下部斷裂構造的主要依據。二是玄武巖噴發時由于原始地勢較高而沒有被蓋住的基巖，或是經沖蝕剝露出來的基巖，這些基巖露頭傳統地質工作難以發現，且大多為地質空白區，結合野外工作可以作為我們了解下部基巖的窗口，為玄武巖蓋下基巖填圖提供新資料。

圖1 長白山玄武巖覆蓋區地貌示意圖Fig.1 Geomorphic sketch map of basalt covered area in Changbai Mountain1.玄武巖；2.玄武質含角礫火山碎屑巖(未分)；3.玄武質火山碎屑巖

1 區域地質概況

吉林省長白山覆蓋區位于吉林省東南部，位于華北陸塊與華北陸塊北部陸緣造山帶兩大二級構造單元交接部位，工作區北部為白山地塊、夾皮溝地塊、和龍地塊及華北陸塊北部陸緣活動帶(構造巖片)，南部為集安—長白陸表海沉積盆地，部分屬狼林地塊北緣。區內地層較為發育，自太古代、元古代、古生代、中生代、新生代均有出露。二疊紀和侏羅紀巖漿活動明顯，大面積分布于工作區中。區內火山活動頻繁，共可劃分為5個噴發旋回，中生代三疊紀、侏羅紀、白堊紀均有火山巖出露，新生帶以來多期次火山作用造就了中國最大的第四紀火山錐——長白山，同時于早更新世形成大面積覆蓋的玄武巖臺地。

區內地質構造較復雜，走向以北東向及北西向為主，次為近東西向斷裂及近南北向斷裂，局部發育北北東向及北西西向斷裂；區域性脆韌性變形構造，為華北地臺北緣斷裂帶的一部分。

礦產方面，區域總體上屬長白山—遼河太古宙、元古宙、燕山期鐵、鈷、金、銅、鉛、鋅、銀成礦帶的東部(隱伏區)。北部隱伏區屬夾皮溝—板廟子和棒子溝—金城洞金、鐵成礦帶的一部分。

2 遙感數據及預處理

長白山玄武巖覆蓋區面積近19 000 km2，密林覆蓋，而玄武巖覆蓋區內基巖出露面積一般較小，傳統的地質方法難于尋找，而遙感數據具有覆蓋范圍廣、時效性強、獲取信息量大、獲取信息受地面條件限制少、多數據源綜合性強、節能高效等特點。因此遙感解譯玄武巖覆蓋區內基巖具有得天獨厚的優勢?？梢宰R別不同尺度下的基巖出露區，同時不受交通、森林覆蓋等地面因素限制。結合當地的季節、氣候等特點、解譯地質內容、解譯比例尺及經驗等綜合考慮，選用Landsat-8 OLI數據、高分1號數據作為解譯數據源(表1)。

表1 解譯所用遙感數據源Table 1 Remote sensing data for interpretation in this paper

對高分1號數據經計算錄入、正射校正、融合、無縫鑲嵌等數據預處理，采用B4(R)、B3(G)、B2(B)波段組合，應用線性拉伸及適應性拉伸等方法對校正后的圖像進行增強處理，來增強不同地質體之間的影像差異，提高圖像的視覺效果及可解譯程度。形成地面分辨率為2 m的彩色圖像，可滿足1∶1萬至1∶5萬比例尺遙感解譯工作，可有效識別玄武巖覆蓋區出露的基巖。

斷裂構造等進行中小尺度的遙感地質宏觀解譯工作主要利用Landsat-8 OLI數據，由于長白山地區植被覆蓋率高，為了消除植被色彩干擾，利用數字高程模型(DEM)數據對高程的敏感度，制作三維高程渲染圖輔助解譯。

3 解譯標志建立

在遙感影像上，不同地物的特征存在差異，玄武巖覆蓋區影像特征與區域的地質、地貌、水文、植被和土壤等因素相關。基于區內不同地質體的特征差異，可分為玄武巖平臺、火山錐與基巖，三者影像差異較大。另外還可根據未覆蓋區已知斷裂的延伸和覆蓋區內火山口的線性排列來進行推測隱伏斷裂。

3.1 玄武巖平臺影像特征

以天池為中心15～60 km之間范圍為玄武巖平臺，主要形成于造盾階段，從上新世末到早更新世，天池火山口及周圍火山口噴出玄武質巖漿呈放射狀向周圍溢流，形成火山盾，因此軍艦山期玄武巖構成了天池火山的主體部分，遙感影像上，整體地貌較為平坦，表面似平行狀樹枝狀水系較發育，主溝切割較深，順坡向發育粗大、平行的沖溝，呈暗黃綠色條帶，并常構成地勢相對高點，局部可見下伏基巖，因差異風化玄武巖蓋與下伏基巖之間多形成陡坎，支溝一般切割較淺，長且彎曲，分布較均勻。

3.2 火山錐影像特征

天池火山錐體子火山主要形成于晚更新世，主要由玄武巖質熔渣構成，由于形成時間較晚，一般很少受到后期破壞，遙感影像上可見明顯的環狀火山口，部分火山口內壁受到風化侵蝕或被后期的噴發沖破一個缺口呈馬蹄形，長白山玄武巖覆蓋區內小型火山錐直徑一般為200～500 m之間，小的約為100 m左右，大的可達600 m左右。子火山錐主要集中分布于天池玄武巖平臺的西北部，南部零星分布。

3.3 基巖影像特征

玄武巖覆蓋區內出露的基巖多保留了其原始山體形態，一般具有主山脊，多呈雞爪狀或新月狀，由于巖性不同，其地貌、植被覆蓋程度、水系特征等均存在一定差異，但與火山錐影像差異巨大，因此易于區分。而以天池為中心15 km范圍內地區則少有基巖出露，一方面是因為其原始地貌較低，玄武巖覆蓋較厚，未覆蓋可能性較?。涣硪环矫嬗捎陂L白山天池噴發晚期以全新世冰場期爆炸式噴發的粗面質火山碎屑物為主，形成了空降堆積和浮巖流堆積，因此一般基巖均被覆蓋。

經總結，上述三者影像特征如表2。

表2 研究區地物影像特征Table 2 Image characteristics of objects in the study area

3.4 隱伏斷裂影像特征

玄武巖覆蓋區的隱伏斷裂的解譯主要依據覆蓋區周邊遙感解譯斷裂構造沿走向覆蓋區內的延伸，覆蓋區內的解譯標志主要有火山錐的線性排列(圖2d)、玄武巖平臺之上局部明顯線性延伸的沖溝、與周圍相對的局部負地貌和其它微地貌特征。

圖2 研究區遙感解譯標志特征影像Fig.2 Imaging features of remote sensing interpretation signs in the study areaa.玄武巖平臺;b.火山錐;c.基巖;d.隱伏斷裂

4 遙感解譯成果

根據上述各地質體的解譯標志，對玄武巖覆蓋區進行了詳細的遙感解譯，結合野外驗證情況，取得了較好的效果。主要成果如下:

4.1 玄武巖平臺

根據玄武巖平臺影像特征和基巖影像特征差異，重新圈定了玄武巖覆蓋區邊界，彌補了1∶20萬地質調查中玄武巖覆蓋區邊界粗糙的問題，為玄武巖等厚度圖編制提供了較為確切的邊界。另外通過解譯，在原地質圖基礎上有11處將原基巖界線向玄武巖覆蓋區內推進超過300 m，結合野外驗證為玄武巖覆蓋區基巖地質圖的編制提供了新資料。

4.2 火山錐

在玄武巖覆蓋區解譯出89 處火山錐，火山錐主要分布在天池火山錐附近及西北部，其它部位零星出露，大部分火山錐的火山口顯示為馬蹄形或半圓形，熔巖溢出口多為北西向，火山錐直徑多在200 m以內，形成的環形山脊直徑100～300 m。部分火山錐呈線性排列，反應其下部的基底構造。

4.3 基巖

根據已建立的解譯標志，對覆蓋區進行逐網格式人機交互解譯，在長白山玄武巖覆蓋區內共解譯出59處基巖出露區，其中面積最大的約4.75 km2，最小約0.013 km2。主要分布于覆蓋區北部，顯示出玄武巖蓋層南厚北薄的特點，并零星沿北東向帶狀分布，與推斷的隱伏構造相一致，一定程度的反應出了基底構造的特征。經野外驗證，59處基巖出露區中，涉及不同時代地層8種，其中侏羅系地層3種，寒武、奧陶系地層各1種，元古界地層3種，不同時代侵入體8種。

結合玄武巖覆蓋區外圍地質界線和搜集的地質資料，從遙感影像特征角度出發，試著對玄武巖覆蓋區基巖地質特征進行分析，對覆蓋區下基巖認識如下：覆蓋區東北部有礫巖、含礫砂巖與砂巖互層出露，屬上侏羅統鷹嘴砬子組地層，證明中侏羅紀沉積盆地的存在，并可能屬盆地東側邊緣；推斷本區的太古代地質體以及北側的寒武系、奧陶系地層，在玄武巖覆蓋區下至少向北東延伸20 km，兩側被侏羅系地層覆蓋；覆蓋區西南部發現的基巖出露區巖性為白云質大理巖為珍珠門組地層，其西南部臨江銅礦及錯草村附近均有珍珠門組大理巖出露，推測珍珠門組向玄武巖覆蓋區內延伸超過10 km。

4.4 隱伏斷裂

根據玄武巖覆蓋區周邊斷裂構造解譯，研究其延伸規律，結合玄武巖覆蓋區火山錐分布特征及一些沖溝等微地貌景觀，推測出隱伏斷裂20條。將解譯的隱伏斷裂與區域布格重力異常套合，多分布在梯度帶上，解譯效果較好。覆蓋區斷裂構造與區域構造特征相一致，以北東向斷裂為主，北西向次之，局部存在近東西向斷裂。

5 結論

遙感技術在地質領域應用的最大技術優勢是它能夠快速發現常規地質方法不易發現或難以發現的地質體和地質現象。本次工作中遙感地質解譯主要在兩方面起到了重要作用：

第一利用遙感的宏觀性和全局性對覆蓋區內隱伏斷裂進行解譯，一定程度上反應了基底構造，對該區的構造格架有了進一步的認識。

第二利用遙感數據覆蓋廣、信息量大等特點，在玄武巖覆蓋區內識別發現了前人未填繪出的基巖，打開了了解玄武巖蓋下地質體的窗口，結合野外工作，豐富了該區域地質資料，為編制玄武巖覆蓋區基巖地質圖提供了依據。

因此，應用遙感技術在玄武巖覆蓋區進行基巖填圖具有重要的應用意義。