劉智，黃潔，孫小飛，范敏，韓磊

（1.四川省地質(zhì)調(diào)查院，成都 610081；2.成都理工大學地學空間信息技術國土資源部重點實驗室，成都 610059）

基于GF－1影像的西藏亞東地區(qū)構造解譯研究

劉智1，黃潔1，孫小飛2，范敏1，韓磊1

（1.四川省地質(zhì)調(diào)查院，成都 610081；2.成都理工大學地學空間信息技術國土資源部重點實驗室，成都 610059）

隨著地質(zhì)調(diào)查工作精度的提高，中低分辨率的遙感影像已難以滿足地質(zhì)構造深入解譯的需求。高分一號（GF－1）影像的應用為提高地質(zhì)構造解譯尺度提供了數(shù)據(jù)基礎，特別是在人車通達性較差的地區(qū)，可大大減少野外工作量。為此，以地質(zhì)構造發(fā)育的西藏亞東地區(qū)為研究區(qū)，利用GF－1影像，在分析已有地質(zhì)資料基礎上，構建了研究區(qū)的斷裂形成機制模型，并結合地形地貌特征，對研究區(qū)的地質(zhì)構造進行遙感解譯。結果顯示：①研究區(qū)內(nèi)解譯新增斷裂418條；②受SN向應力擠壓機制影響，形成于中新世晚期的EW走向斷裂為主要斷裂，其性質(zhì)為逆沖斷層，EW向應力的引張作用，形成了研究區(qū)SN向、NE向斷裂，并具有多期活動特點；③河流和湖泊受斷裂控制明顯，河流多成SN向，位于逆沖斷層上盤的隆升造成了區(qū)內(nèi)河流和湖泊的水位降低。

GF－1影像；遙感；構造

0 引言

遙感技術的快速發(fā)展，使得遙感地質(zhì)調(diào)查在地質(zhì)工作中扮演著越來越重要的角色［1］。目前，多源遙感數(shù)據(jù)已廣泛應用于地質(zhì)工作中，例如構造地質(zhì)研究［2］、地質(zhì)制圖［3］、地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查及環(huán)境監(jiān)測［4－8］、地質(zhì)工程［9］與災害地質(zhì)調(diào)查［10］等。在地質(zhì)工作條件艱苦的高海拔或地形起伏較大的地區(qū)，利用遙感技術具有高時效性、經(jīng)濟性及廣泛性等特點，可提高該地區(qū)的地質(zhì)調(diào)查工作效率。在高空間分辨率遙感影像中，區(qū)域地形地貌和不同巖石的色調(diào)、紋理等特征在影像上能直觀顯示，特別是地質(zhì)構造的線性特征，在遙感影像中顯示尤為明顯。目前許多地質(zhì)工作者利用遙感影像所顯示的地形地貌和構造的線性特征進行活動構造的遙感解譯，取得了豐富的成果［11－13］，而地質(zhì)構造的解譯成果可以充分說明區(qū)域地形地貌的形成機制。

目前，遙感地質(zhì)調(diào)查工作應用的高分辨率影像以國外數(shù)據(jù)為主，價格高昂，不利于大范圍的遙感地質(zhì)工作。我國于2013年發(fā)射的首顆高分辨率對地觀測衛(wèi)星“高分一號”（GF－1），共配置兩型光學觀測相機，分別是2臺全色（2 m）／多光譜（8 m）的高分辨率相機和4臺多光譜（16 m）的中分辨率寬幅相機［14］。GF－1數(shù)據(jù)為自然條件惡劣、人車通達性差的高海拔或地形起伏較大地區(qū)的遙感地質(zhì)工作提供了更為經(jīng)濟的數(shù)據(jù)支撐。本文利用GF－1數(shù)據(jù)對西藏亞東地區(qū)斷裂構造進行解譯研究，并據(jù)此客觀地分析研究區(qū)的水系和第四紀沉積的形成機制和變化原因，旨在深化該地區(qū)新生代構造演化的研究。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)分屬喜馬拉雅地層區(qū)的北喜馬拉雅和拉軌崗日2個次級地層分區(qū)（圖1）。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖［15］Fig.1 Geologicalmap of the study area［15］

出露地層有新元古界—寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、泥盆系—石炭系、石炭系、石炭系—二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系及第四系。本區(qū)大地構造位于喜馬拉雅板片的拉軌崗日陸隆殼片、北喜馬拉雅蓋層滑脫殼片和高喜馬拉雅基底集成殼片3個次級殼片中東部，次級殼片分界斷裂（由南向北）為主中央斷裂和吉隆—定日—崗巴2條區(qū)域性大斷裂。這些殼片主變形期在晚白堊世—第三紀，以中新世的構造變動最強烈，表現(xiàn)為發(fā)育大規(guī)模滑脫推覆構造及滑脫伸展構造，主要為EW向和SN向斷裂構造帶，均具有活動性特征。

圖2 亞東地區(qū)GF－1影像鑲嵌圖（B3（R）B2（G）B1（B）真彩色合成）Fig.2 GF－1 satellitemosaic images of Yadong region

2 遙感數(shù)據(jù)與處理

2.1 數(shù)據(jù)源

GF－1是我國首顆高分辨率對地觀測衛(wèi)星，載有2 m全色／8 m多光譜分辨率相機，幅寬60 km，以及16 m多光譜分辨率寬覆蓋相機，幅寬800 km。太陽同步軌道，重訪周期5 d，壽命5～8 a。共設置5個波段，波段范圍分別為：全色波段（0.45～0.90μm）、藍光波段（0.45～0.52μm）、綠光波段（0.52～0.59μm）、紅光波段（0.63～0.69μm）和近紅外段（0.77～0.89μm）。

2.2 數(shù)據(jù)處理

在對研究區(qū)進行地質(zhì)構造解譯之前，對遙感影像進行了幾何糾正、波段組合、影像融合和圖像增強等處理，以確保遙感影像能夠清晰準確地反映研究區(qū)的地質(zhì)構造信息。GF－1影像為L1A級產(chǎn)品，圖像處理在ENVI5.1中完成。GF－1影像糾正利用1∶5萬比例尺地形圖和影像自帶的RPC文件完成；GF－1波段組合主要采用B3（R）B2（G）B1（B）模擬真彩色合成；采用Gram－Schmidt融合方法對GF－1號影像進行融合；利用HSV色彩變換系統(tǒng)對GF－1影像進行增強處理。圖像處理中的重采樣方法為三次卷積法。遙感影像的數(shù)學基礎均為高斯－克呂格投影，1980西安坐標系（圖2）。

2.3 圖像精度評價

以全國土地監(jiān)測所用影像數(shù)據(jù)為參照，對1∶5萬比例尺的研究區(qū)影像數(shù)據(jù)進行了精度檢查。單景GF－1影像校正后中誤差為2～4 m，同一軌道影像的景與景之間中誤差小于3個像元，不同軌道間影像糾正后中誤差小于4個像元。利用鑲嵌后的影像，在研究區(qū)內(nèi)均勻選取了26個控制點，得到1∶5萬比例尺GF－1正射鑲嵌影像的中誤差為5.61 m，小于3個像元，符合大起伏、深切割地區(qū)的影像糾正精度要求。

3 斷裂構造解譯方法

3.1 斷裂形成機制模型

研究區(qū)的斷裂活動開始發(fā)生在晚中生代，而廣泛發(fā)育則集中在新生代。擠壓機制往往形成逆沖、平移和共軛平移斷裂系統(tǒng)；引張作用往往形成正斷層及平移正斷層（圖3）。在區(qū)域板塊SN向的擠壓下，喜馬拉雅山脈在區(qū)域上形成系列近EW向的主要斷裂帶（壓扭性），地殼產(chǎn)生EW向的引張，形成次級SN向（張扭性）斷裂和配套的NE（東段）、NW（西段）向斷裂。

3.2 解譯標志

應用不同空間分辨率的影像開展斷裂構造解譯。先利用低分辨率的影像對研究區(qū)的大地構造背景進行了解和分析，搭建構造格架；再以構造格架為基礎，結合中高分辨率影像對斷裂構造進行進一步解譯。根據(jù)GF－1影像建立研究區(qū)的斷裂構造解譯標志，包括平移斷層、正斷層和逆沖斷層（表1）；并根據(jù)解譯標志對研究區(qū)的斷裂構造進行遙感解譯。

圖3 亞東地區(qū)新構造活動下斷裂形成機制模型Fig.3 Model of fracture formation mechanism under new structure in Yadong region

表1 GF－1影像斷裂構造解譯標志Tab.1 Interpretation keys of fault structures in GF－1 satellite images

4 結果與分析

根據(jù)區(qū)內(nèi)已知地質(zhì)資料，區(qū)內(nèi)褶皺構造和線性斷裂構造均發(fā)育（圖4），共發(fā)育近20條褶皺構造，規(guī)模較大的褶皺有6條，其中近SN向1條，近EW向5條。通過遙感解譯表明，區(qū)內(nèi)共發(fā)育1條深大斷裂帶、6條區(qū)域性斷裂帶，其中解譯新增斷裂帶3條。各斷裂帶內(nèi)近EW向斷裂帶4條、近SN向斷裂帶2條、NW向斷裂帶1條。遙感解譯的一般斷裂597條，其中已知一般斷裂182條，解譯新增一般斷裂415條。圖4中僅示出部分主干斷裂，規(guī)模小、延伸短的斷裂未表示。

區(qū)內(nèi)主要為EW向和近SN向斷裂構造帶。它們均具有活動性特征，尤以控制區(qū)內(nèi)現(xiàn)代河、曲的展布方向特征更為明顯。

4.1 EW向斷裂

主要由崗巴—多慶錯（F1）深大斷裂帶及阿汝—田巴（f1東段）、拉力山—嘎拉錯（f2東段）、崗巴—南木窮（f3）等區(qū)域性斷裂組成，如圖5所示。

這些斷裂規(guī)模較大，一般延伸較遠，數(shù)千米至數(shù)百千米。在第三紀以來繼承性活動，表現(xiàn)為局部顯示具走滑特征的逆沖斷裂帶和線狀斷裂谷地、斷陷盆地。區(qū)內(nèi)主要EW向活動構造帶為喜馬拉雅北坡斷陷盆地帶，形成于中新世晚期，早期以沖斷作用為主，第四紀以來逐漸以垂直斷陷作用為主。沿斷裂帶有湖泊、沼澤及溫泉分布，表明其為1條活動斷裂帶。

崗巴—多慶錯（F1）深大斷裂屬于北喜馬拉雅特提斯沉積褶沖帶南、北亞帶的分界主斷裂，向東至多慶錯后被第四系掩蓋，但利用GF－1影像，結合Landsa－8影像解譯表明，多慶錯東側有隱伏斷裂通過，其線性特征明顯。該斷裂為區(qū)內(nèi)最大的逆沖斷裂，主斷面傾向北，呈近EW走向，向南弧形突出。斷裂以北遙感影像為灰黃色、灰褐色調(diào)，以南為灰紅色調(diào)，線性界面標志清楚，具很好的可對比性。

圖4 亞東地區(qū)地質(zhì)構造遙感解譯簡圖Fig.4 Remote sensing interpretation of geological structure in Yadong region

圖5 研究區(qū)主要斷裂遙感影像圖Fig.5 Remote sensing images of themain fractures in the study area

4.2 SN向與NE向斷裂

帕里—綽莫拉日—多慶錯斷裂帶（f6）：系亞東—康馬—羊八井—那曲大斷裂之南段，該斷裂為區(qū)域性SN向、NE向大規(guī)?；顒訕嬙鞄?，其南段為亞東至雅魯藏布江間段，沿卓莫拉利山和寧金抗沙峰西側延伸，由區(qū)內(nèi)的帕里、多慶錯及研究區(qū)外的涅如、龍馬等半地塹式構造盆地組成，長約100 km，寬5～10 km；具多期活動特點，表現(xiàn)為正斷層，具有張扭性質(zhì)，西傾、傾角60°，最大斷距可達1 200 m以上。研究區(qū)內(nèi)，該斷裂多被第四系掩蓋，但部分地段地貌變化、斷層三角面發(fā)育等特征仍顯示該斷裂的存在。

江孜—康馬—孟扎斷裂（f5）：本區(qū)由卓嘎起，沿南北向年楚河（嘎達曲）延伸，至孟扎以遠，總體走向325°。北段為康馬SN向背斜核部縱張性正斷層。該斷裂具有多期活動特點，在康馬北側和孟扎附近，沿斷裂帶分布大面積泉華和多處熱溫泉。

雄?！聛問|斷裂帶（f4）：由亞東向北，大致沿麻曲河，SN向延伸，呈直線型河谷地貌，山峰突兀，其間溝谷深切，影像近SN向線性構造突出，且使地層和先期構造發(fā)生錯動。斷裂帶內(nèi)頂嘎附近分布有西藏著名的治療性溫泉——康布溫泉。

4.3 一般性斷裂

一是分布于康馬北短軸背斜，二是分布于南部亞東地區(qū)古生代地層，作為斷塊或地層邊界斷裂。一般延伸短，方向不定。

4.4 斷裂構造與水系分布關系分析

對斷裂構造與區(qū)內(nèi)水系及湖泊分布特征之間的關系分析表明，區(qū)內(nèi)主要水系及湖泊受斷裂控制作用明顯。如康如普曲及其支流江日曲受SN向的江孜—康馬—孟扎斷裂控制，河流走向為近SN向。

區(qū)內(nèi)的多慶錯和嘎拉錯，其形成及演變也均受斷裂構造控制。多慶錯—嘎拉錯盆地位于亞東—康馬—羊八井—那曲活動構造帶上，是亞東—羊八井—那曲裂谷系的重要組成部分，在第四紀具有強烈的活動性，主要活動時期為中、晚更新世至全新世。盆地東側為喜馬拉雅山，地表出露前寒武紀變質(zhì)巖及花崗巖，山前地帶有大量更新統(tǒng)冰磧及冰水砂礫石堆積，呈條帶狀分布；盆地西側為冰蝕丘陵區(qū)，地表出露中、新生界砂板巖、灰?guī)r；盆地內(nèi)部則發(fā)育更新統(tǒng)湖相沉積和全新統(tǒng)湖沼堆積、沖洪積等。

根據(jù)已有資料和遙感解譯發(fā)現(xiàn)，多慶錯—嘎拉錯盆地受EW向崗巴—多慶錯深大斷裂帶（F1）和帕里—綽莫拉日—多慶錯斷裂帶（f6）控制，多慶錯和嘎拉錯盆地位于兩組斷裂帶交匯處，斷裂控制了盆地的邊界和走向。如圖4所示，多慶錯主要受EW向和NNE向兩組斷裂控制，湖泊邊界呈不連續(xù)的線狀，湖泊形狀為近似菱形。

由于喜馬拉雅山脈的強烈抬升，致使區(qū)內(nèi)南側山地的抬升幅度大于北側的抬升幅度，差異隆升是其主要表現(xiàn)形式，形成了一系列的斷隆山地和斷陷盆地。區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了明顯的沉積響應，如構造階地的形成、沉積特征的突變等。該區(qū)第四紀強烈上升中的差異運動，使原來的外流水系解體，分別以各沉陷盆地為中心進行了重新組合。

嘎拉錯的急劇干涸和多慶錯的水位降低應與青藏高原隆升有直接關系。尤其是在嘎拉錯東北部的瑪不錯一線形成的近EW向斷隆成為嘎拉錯盆地新的分水嶺之后，伴隨氣候條件的變化，造成嘎拉錯因入湖河流的斷流而干涸。

5 結論

綜合已有地質(zhì)資料和野外調(diào)查工作，根據(jù)GF－1影像和研究區(qū)斷裂的形成機制，在研究區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)斷裂604條，其中遙感解譯新增斷裂418條。對研究區(qū)的斷裂活動進行全面分析研究后，得到以下結論：

（1）GF－1影像的應用為遙感地質(zhì)工作提供了更為經(jīng)濟的數(shù)據(jù)支撐，同時提高了地質(zhì)工作的精度和效率。

（2）根據(jù)已有地質(zhì)資料和遙感解譯結果，區(qū)內(nèi)活動構造帶為喜馬拉雅北坡斷陷盆地帶。以EW走向為主斷裂，其斷裂性質(zhì)為逆沖斷裂，形成于中新世晚期，第四紀以垂直斷陷作用為主，沿斷裂帶有湖泊、沼澤及溫泉分部，表明其為活動斷裂帶；以SN向、NE向為主的斷裂，其斷裂性質(zhì)為縱張性正斷層，具多期活動特點。

（3）區(qū)內(nèi)水系和湖泊受斷裂控制作用明顯，河流多成SN向，位于逆沖斷層上盤的隆升造成了區(qū)內(nèi)河流和湖泊的水位降低，研究區(qū)內(nèi)水系的水位降低與青藏高原隆升有直接關系。

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Study on interpretation of geological structure in Tibetan Yadong region using GF－1 satellite images

LIU Zhi1，HUANG Jie1，SUN Xiaofei2，F(xiàn)AN Min1，HAN Lei1
（1.Sichuan Geologic Survey，Chengdu 610081，China；2.Key Laboratory of Geoscience Spatial Information Technology（Ministry of Land and Resources），Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

With the precision improvement of geological survey work，moderate and low resolution remote sensing images can no longermeet the scale requirement of geological structure interpretation.The application of GF－1 satellite images provides data foundation for improving geological structure interpretation scale，especially in the remote and inaccessible areas，and significantly reduces the amount of field work.Therefore，the authors chose Tibetan Yadong region as the study areawhere geological structures arewell developed.Using GF－1 satellite images，the authors established the model of fault formation mechanism in the study area based on the analysis of previous geologicalmaterials.Considering the features of regional topographic and geomorphic conditions，the authors conducted remote sensing interpretation for geological structure in the study area.The results showed that：①Within the study area，418 faults were interpreted.②Under the impact of south－north tectonic compress stress，themajor east－west fault was formed during Late Miocene，which was a thrust fault.Under the stretch effect of east－west compress stress，the south－north and north－east faults were formed within the study area，with multistage structural activities.③Rivers and lakes were significantly controlled by faults，among which the riversweremost likely originated in south－north direction.In addition，the upliftof the hangingwall of the thrust fault causes the decline of water table within the study area.

GF－1 satellite images；remote sensing；geological structure

TP79；P542

A

2095－8706（2017）03－0017－07

（責任編輯：劉永權）

10.19388／j.zgdzdc.2017.03.03

劉智，黃潔，孫小飛，等.基于GF－1影像的西藏亞東地區(qū)構造解譯研究［J］.中國地質(zhì)調(diào)查，2017，4（3）：17－23.

2017－03－28；

2017－04－10。

中國地質(zhì)調(diào)查局“全國邊海防地區(qū)基礎地質(zhì)遙感調(diào)查（編號：DD20160076）”項目資助。

劉智（1972—），男，高級工程師，主要從事遙感應用研究。Email：149275949＠qq.com。