基于GF-2影像西藏桑耶地区岩性-构造遥感解译

侯德华， 张立国， 王硕， 王金贵， 程州

(河北省区域地质调查院，廊坊 065000)

0 引言

遥感技术以独特的优势在地质工作中发挥着举足轻重的作用。“遥感先行”已成为区域地质调查填图等地质调查工作的基本原则，尤其是在青藏高原等艰险地区，遥感技术已贯穿到整个区域地质调查工作的始终[1]。随着遥感卫星数据空间分辨率的提高，高空间分辨率遥感影像在遥感地质研究中，既能发挥宏观高效的优势，又能揭示微观构造、地层、岩浆岩和矿化蚀变等信息，使地质工作者能够从全新的角度去认识地质构造和成矿作用[2]。

目前，可用于1∶5万区域地质调查工作的国外遥感卫星数据有法国的SPOT数据、德国的RapidEye数据以及美国的IKONOS、QuickBird、GeoEye和WorldView等，利用这些高空间分辨率遥感数据的地质工作曾取得了许多优异成果[3-6]。随着我国遥感技术的快速发展，国产高空间分辨率卫星数据，例如资源一号02C、资源三号和高分一号、高分二号(GF-2)等也在地质工作等领域的应用中获得了一席之地[7-16]。本文采用GF-2数据，对西藏桑耶地区了进行岩性-构造遥感解译，为区域地质调查填图提供重要参考。

1 研究区概况

研究区位于青藏高原中南部，隶属西藏自治区山南市贡嘎县和扎囊县管辖，面积约1 700 km2。该区地处雅鲁藏布江流域，水系发育，河流和山脉的伸展方向与主要构造方向基本一致，总体地势北高南低，属于高山地貌区，地势陡峻，切割强烈，高差较大，山脉走势呈近EW向南突的弯曲弧状。

研究区位于冈底斯—喜马拉雅地层大区中，为冈底斯—念青唐古拉陆块和喜马拉雅陆块衔接部位，以雅鲁藏布江断裂为界，雅鲁藏布江以北为冈底斯—念青唐古拉陆块中段的南缘地带(冈底斯—腾冲地层区)，以南为雅鲁藏布江构造地层区(图1(a))。区内出露的地层单元有下奥陶统桑曲组，上二叠统蒙拉组，上三叠统谢巴组、姐德秀组、江雄组，下侏罗统叶巴组，古新统—始新统典中组以及第四系等(图1(b))。

1.第四系(未分)； 2.古新统—始新统典中组； 3.早中侏罗世超基性混杂岩； 4.下侏罗统叶巴组； 5.上三叠统江雄组； 6.上三叠统姐德秀组； 7.上三叠统谢巴组； 8.上二叠统蒙拉组； 9.下奥陶统桑曲组； 10.始新世晚期二长花岗岩； 11.始新世晚期石英二长闪长岩； 12.始新世早期二长花岗岩； 13.晚白垩世晚期二长花岗岩； 14.晚白垩世晚期花岗闪长岩； 15.晚白垩世晚期石英闪长岩； 16.晚白垩世早期石英二长闪长岩； 17.晚白垩世早期斑状二长花岗岩； 18.晚白垩世早期花岗闪长岩； 19.晚白垩世早期花岗闪长岩； 20.中侏罗世闪长岩； 21.中侏罗世角闪辉长岩； 22.地质界线； 23.角度不整合； 24.断裂； 25.韧性剪切带； 26.火山口

图1研究区大地构造位置(a)及地质简图(b)

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

2 遥感数据源及预处理

2.1 GF-2数据简介

GF-2数据是我国自主研发的首颗空间分辨率优于1 m的光学遥感卫星，是我国目前空间分辨率最高的民用陆地观测卫星，搭载有2台空间分辨率1 m全色、4 m多光谱相机，星下点空间分辨率全色为0.81 m，多光谱为3.24 m，成像幅宽为45 km。其波段范围为： 全色波段0.45～0.90 μm，蓝光波段0.45～0.52 μm，绿光波段0.52～0.59 μm，红光波段0.63～0.69 μm，近红外波段0.77～0.89 μm[17]。

由于研究区内植被较为发育，且冬季高海拔区域易积雪。本次使用3景GF-2卫星L1A数据，获取时相分别为2015年12月29日、2016年3月12日和2017年2月10 日，所获取的遥感数据虽为冬季影像，但无云、雪覆盖或仅有少量覆盖，能满足本次研究要求。

2.2 数据预处理

数据预处理流程为： ①正射校正，使用有理多项式系数(rational polynomial coefficient，RPC)模型，其中RPC文件为影像自带，数字高程模型数据为ASTER GDEM V2，空间分辨率为30 m； ②图像融合，采用GS(Gram-Schmidt spectral sharpening)高保真融合算法，信息失真小； ③波段组合，采用最佳指数法(optimal index factor,OIF)结合目视解译效果，最终采用B4(R)B3(G)B1(B)波段组合； ④几何纠正，利用已获取的1∶5万地形数据对影像进行平面几何纠正和坐标系转换。

3 遥感地质解译

为更好地进行遥感地质解译，针对影像对比度不强、影像模糊以及边缘信息或线状地物不够突出等问题，对影像进行了增强处理。通过岩性信息和线性构造增强，改善了影像整体质量，提高了影像目视效果，突出了重要的微观地质信息。在充分收集已有地质资料的基础上，将影像增强技术与研究区地质背景相结合，建立了较系统的遥感解译标志，采用人机交互解译方法完成了遥感地质解译。

3.1 沉积岩和浅变质岩

研究区经历多期次构造活动，除典中组外，其他地层均发育不同程度的变质变形，岩性以变质岩为主，部分地层岩性组合为： 桑曲组(O1s)主要为大理岩、变质粉砂岩、砂质板岩和千枚岩等； 蒙拉组(P3m)主要为变质砂岩、变质粉砂岩夹大理岩和少量变质火山岩； 谢巴组(T3xb)主要为中性变质火山岩夹大理岩、变质砂岩； 江雄组(T3jx)主要为变质砂岩、板岩和千枚岩； 叶巴组(J1y)主要为变质粉砂岩、岩屑砂岩和大理岩夹中基性变质火山岩； 典中组(E1-2d)主要为中酸性火山岩； 第四系(Q)主要为冰碛物、风积物和冲洪积物。

通常情况下大理岩抗风化能力强，以正地形产出，在B4(R)B3(G)B1(B)假彩色合成影像上色调以白色、浅灰白色和黄白色等浅色调为主。研究区内含大理岩的地层有桑曲组、谢巴组和叶巴组，不同组内不同的大理岩结构和构造形成不同的遥感解译标志。桑曲组与谢巴组内大理岩均为纯净的大理岩，影像上色调较浅，呈白色、灰白色。桑曲组内有大片厚层状大理岩出露，色调浅且均匀，影纹结构粗糙，冲沟少，植被稀疏，层理微弱发育，形成带状影纹，受后期构造影响局部影纹杂乱，以正地形产出，形成陡峻的山峰(图2(a))； 谢巴组大理岩多以夹层状产出，呈白色、亮白色，近平行排列，具有明显的带状影纹，延伸较远(图2(b))； 叶巴组含大量中薄层状燧石条带大理岩，影像上呈肉红色、灰粉色和棕色，层理明显，具有显著的线性影纹，与两侧岩层差异风化形成条带状突起，影纹结构中等，冲沟、植被均不发育(图2(c))。

(a) 桑曲组 (b) 谢巴组(c) 叶巴组

图2大理岩GF-2B4(R)B3(G)B1(B)影像特征

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

浅变质碎屑岩由于其变质程度不深，原岩组构造特征明显，因此其影像特征与原岩几乎一致。砂岩由于碎屑成分、胶结程度和胶结方式的差异，形成了不同的地貌特征。一般硅质胶结比钙质胶结抗风化能力强，钙质胶结比黏土质胶结抗风化能力强，在不同类型砂岩集中发育区域容易形成“抗风化脊”。蒙拉组(P3m)主要岩性为变质砂岩和变质粉砂岩，岩石中石英含量较高，抗风化能力较强，野外产状较陡，从而形成陡崖等地貌(图3(a))。在假彩色合成影像上，基岩呈灰色、蓝灰色，强硬层形成平直的山脊或垄岗状地形，软弱层形成平直的槽沟洼地，两者相间产出，形成“肋状”地形，局部可见岩层三角面发育。影纹结构粗糙，冲沟稀疏(图3(b))。

(a) 野外特征(b) GF-2 B4(R)B3(G)B1(B)影像特征

图3蒙拉组变质砂岩特征

Fig.3CharacteristicsofmetamorphosedsandstoneinMenglaFormation

江雄组(T3jx)岩性为变质砂岩、板岩和千枚岩的韵律组合，基岩风化破碎严重。砂岩多为杂砂岩和岩屑砂岩，抗风化能力一般，形成微弱突起； 板岩、千枚岩由于板理、千枚理发育，基岩易碎和风化，形成槽沟地形，地表岩石碎块较多(图4(a))。在假彩色合成影像上可见千枚岩与板岩呈现均匀的色调和纹理，变质砂岩表现为相对平缓地势上的条带状突起，形成单面山等地貌(图4(b))。

(a) 野外特征(b) GF-2 B4(R)B3(G)B1(B)影像特征

图4江雄组变质砂岩特征

Fig.4CharacteristicsofmetamorphosedsandstoneinJiangxiongFormation

研究区内谢巴组、叶巴组和典中组含大量火山岩，由于岩石类型和岩性复杂多变，又经历后期多期次构造运动，可解译程度不高，解译效果一般。玄武岩与安山岩具有一定的成层性特征，玄武岩色调均匀，呈灰色、深灰色，色调偏暗，层理不发育； 安山岩呈灰色、灰绿色，与大理岩互层，安山岩风化破碎严重，影纹相对细腻(图5(a))。粒度较细的凝灰岩成层性良好，与砂岩具有相似的影像特征，凝灰岩呈灰色、深灰色，地形稍微和缓，层理明显，植被、冲沟几乎不发育(图5(b))。

(a) 玄武岩和安山岩(b) 凝灰岩

图5玄武岩、安山岩和凝灰岩影像特征

Fig.5Imagefeaturesofbasalt,andesiteandtuff

3.2 侵入岩

研究区北侧侵入活动频繁，出露大面积的中酸性侵入岩，岩体大多呈近EW向带状展布，与围岩接触界线明显，以晚白垩世和始新世侵入岩分布最为广泛。侵入岩后期均受风化破碎和构造运动改造的影响。同种类型侵入岩的影像特征相似，不易区分； 而不同类型侵入岩的差异较大，解译标志明显(图6)[18]。

(a) 闪长岩(b) 石英二长闪长岩(c) 二长花岗岩

q.石英脉； mb+mas.大理岩、变质安山岩；δηο.石英二长闪长岩；ηγ.二长花岗岩

图6侵入岩影像特征

Fig.6Imagefeaturesofintrusiverocks

闪长岩内发育不同程度的韧性变形，沿面理可见白色酸性细脉侵入。在假彩色合成影像上闪长岩呈灰色、青灰色，粗斑状影纹，同时具有线性影纹特征； 石英二长闪长岩呈灰色、蓝灰色，发育典型的树枝状水系，密集的斑点状影纹，影纹结构中等(图6(a)、(b))； 二长花岗岩呈黄白色、亮黄色，色调偏亮，形成姜块状等粗糙影纹结构，节理发育，可见NW—SE向线性影纹(图6(c))。

靠近雅鲁藏布江北岸的叶巴组内可见大量酸性岩脉发育，影像上呈NW—SE向的条带状展布，平行排列，抗风化能力强与围岩差异风化，形成线性垄岗和陡壁等地貌(图7)。

图7 酸性岩脉影像特征

3.3 第四系

研究区内第四系十分发育，其中以发育在冲沟内的冲洪积物、高海拔地区的冰碛物以及雅鲁藏布江北岸的风积物为主，不同成因类型的第四系松散堆积物在GF-2影像上解译标志明显。其中第四系冰碛物为本次遥感解译新解译填图单位，前人将其划分为正常基岩。遥感影像上显示其与正常基岩相比具有截然不同的影像特征，经验证本次研究将其定为冰碛物(图8)。

冰碛物发育在高海拔地区，形成近EW向的终碛垄，其主体由冰川漂砾混杂堆积而成，在假彩色合成影像上色调均匀，呈灰色、蓝灰色，具有密集的斑点状影纹结构，其上植被不发育，未形成尖棱状山脊和陡坎等地貌，图8(a)中A处海拔5 472 m； 风积物主要集中在雅鲁藏布江河岸及其附近的山坡上，大多由粉细砂组成，形成新月型沙丘，影像上呈黄色、淡黄色，发育链状影纹结构，其上植被不发育(图8(b))； 冲洪积物多分布在河床、河漫滩及干谷内，河流上游呈较窄的条带状展布，河流下游地形开阔，影像上可见后期人为改造作用强烈，现大多已被改造成了农田，并可见村落、道路和蓄水池等地物，植被不均衡发育(图8(c))。

(a) 冰碛物(b) 风积物(c) 冲洪积物

图8第四系松散堆积物影像特征

Fig.8ImagefeaturesoflooseaccumulationofQuaternary

3.4 构造

研究区长期处于SN向的挤压构造环境，主构造线方向为近EW向，构造形迹主要为断裂和褶皱。EW向、NW向和NE向断裂均有发育，局部可见SN向断裂和环形构造发育； EW向褶皱多为紧闭的同斜褶皱，SN向褶皱多为宽缓褶皱。GF-2数据空间分辨率较高，各种构造形迹在影像上形成特殊的色调、地貌和纹理等特征。

高角度逆断层在影像上呈现微弯的弧线状延伸，地貌上表现为线状分布的垄岗地形，断裂两侧的影纹差异反映了2种不同的地貌特征。断层上盘影纹粗糙，断层三角面发育； 下盘影纹相对光滑(图9(a))。正断层在影像上具有笔直的线性形迹，断裂面为2种微地貌的分界面，断裂两侧色调存在明显异常，断层上盘呈灰色，影纹相对光滑； 下盘呈白色、灰白色，影纹粗糙，并发育NE向的线性影纹，沿断面发育线性延伸的陡崖与陡坎(图9(b))。平移断层在影像上具有良好的解译标志(图9(c))，桑曲组厚层状大理岩呈近EW向延伸，被NW向断层明显错开，断距在350 m左右，该断层属于左旋平移断层。同时在研究区内可见环形构造发育，影像上具有明显的环形形迹，呈负地形产出(图9(d))。

(a) 逆断层 (b) 正断层

(c) 平移断层(d) 环形构造

图9研究区断裂构造影像特征

Fig.9Imagefeaturesofthefaultsinthestudyarea

研究区内褶皱构造的影像特征如图10所示。其中，图10(a)为发育在蒙拉组变质砂岩的紧闭同斜背斜，北翼产状倾向NE，南翼产状倾向N，转折端破碎； 图10(b)为桑曲组厚层状大理岩内发育的宽缓背斜，反映研究区早期处于EW向挤压应力场。

(a) 紧闭褶皱(b) 宽缓褶皱

图10研究区褶皱构造影像特征

Fig.10Imagefeaturesofthefoldsinthestudyarea

4 结论

(1)本次研究将GF-2卫星多光谱数据与全色数据融合后，得到高空间分辨率的遥感影像，其上各地质体纹理清晰，色彩均匀，能够突出更多的岩性和构造等细节。利用该影像对西藏桑耶地区进行岩性、断裂和褶皱等地质要素提取，各地质要素在遥感影像上均有较好的反映，解译标志明显。

(2)第四系冰碛物为本次遥感解译新解译填图单位，分布在研究区北侧高海拔区域，形成近EW向的冰碛垄，主要由冰川漂砾组成。在假彩色合成影像上色调均匀，呈灰色、深灰色、蓝灰色等冷色调，发育密集的斑点状影纹结构，其上植被不发育。

(3)研究区内雅鲁藏布江两岸风积物的精确圈定，更新了前人划分的风积物区域范围，为该地区防风固沙等环境治理工作提供了一定参考。

(4)经野外验证，解译地质界线与构造等信息与野外实际情况吻合度较高，为研究区进一步开展地层划分提供了参考，尤其是对第四系冰碛物的准确圈定，大大提高了野外工作效率。本次研究充分表明GF-2数据适用于1∶5万尺度，甚至更大比例尺的区域地质调查等工作，在今后的地质工作中具有良好的应用前景。

(5)由于研究区内植被和第四系松散堆积物等的影响，本次研究在遥感影像上未见明显的矿化异常线索，野外验证中需进一步加强对矿化蚀变信息的追索。