青海省祁连山西北部煤田构造遥感解译

杨承伟，曹代勇，蒋艾林

（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083）

青海省祁连山西北部煤田构造遥感解译

杨承伟，曹代勇，蒋艾林

（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083）

西北祁连山地区自然地理条件恶劣、工作程度低。通过选取优质ETM影像数据进行融合、镶嵌、裁剪等预处理，在解译标志信息和复合处理后制作该区的影像图。影像图表明祁连山西北部构造复杂，特征明显，北西向大断裂发育，是控制区域构造和煤田构造格局的主要构造要素。依据线性构造走向玫瑰花图和密度等值线图可以发现，研究区呈现明显的分区性：西部分区线性构造展布以北东东、北东向为主，密度为全区最大；中区线性构造以北西向展布，与区域主要构造线方向一致，且密度最小；东部线性构造以北西西向为主，延伸较长且较为密集。

煤田构造；ETM影像；线性构造；构造分区

0 引言

煤炭资源是我国基础能源，在我国能源保障体系中具有不可替代的地位，西部地区煤炭资源丰富，积极开展西部煤炭资源调查和地质勘查，是实施我国煤炭工业重点西移的前提条件和基础性工作。但是，西部地区自然地理条件恶劣、煤田地质工作程度低，是开展煤炭资源调查和地质勘查面临的难题与挑战。遥感技术具有视域广、效率高、成本低、综合性强以及多层次性、多时相性等特点，在地质矿产调查评价中，既能发挥宏观、高效的优势，又能反映微观构造、地层、矿产等信息，为西部地区地质调查工作提供了有效技术手段[1-2]。

我国早在20世纪50年代中期就在煤炭地质领域利用遥感技术进行地质填图的地形制图工作。20世纪60年代中期到80年代初，是我国煤炭资源遥感技术应用的初始阶段，以航空遥感技术应用为主。80年代中期至90年代初，大比例尺遥感地质填图得到发展，且应用领域逐渐拓宽，精度不断提高，故该阶段为我国煤炭资源遥感技术初熟阶段。90年代至今，我国煤炭资源遥感技术处于深入发展阶段。航天遥感信息获取技术飞速发展，空间分辨率显著提高[3]。

影响煤炭资源遥感技术应用效果的因素有地质、地理条件及其研究程度，如煤系出露情况、地形地貌、植被覆盖率等。青海祁连山西北部位于西北赋煤区，地势较高，物理风化作用强烈，且盆地主体多为戈壁，山区基岩出露或浅覆盖。盆地受后期改造强烈，全区断裂发育，褶皱构造复杂，故而祁连山西北部遥感应用效果类型为Ⅱ类（中等）；又因新生界和植被覆盖率小，按地理条件分级，应用效果类型为B类（中等）；综合各类因素，研究区遥感技术应用评级为良类，故而在研究区进行遥感技术应用有较好的优势也具有必要性[1]。

1 煤田地质概况

1.1 构造特征

研究区位于青海省祁连山西北部，属祁连山褶皱带Ⅱ级构造单元，经历了吕梁—晋宁旋回、加里东旋回、海西—印支旋回和燕山—喜马拉雅旋回四个构造发展期[4]，形成现今地质面貌。研究区构造复杂，区域性大断裂发育，是控制区域构造和煤田构造格局的主要构造要素，自北向南分布有：北祁连北缘断裂、黑河断裂、中祁连北缘断裂、疏勒南山一拉鸡山断裂等。受区域断裂带的控制及煤系基底构造的影响，煤田构造格局、尤其是断裂展布方位及其发育程度的差异性显著，从而导致煤系赋存状况具有明显分区特点。

1.2 煤系发育情况

研究区成煤时代以早、中侏罗世和石炭纪为主。石炭系包括臭牛沟组（C1c）、靖远组（C1j），上统红土洼组（C2ht）、羊虎沟组（C2y）及太原组下部（C2t）。侏罗纪含煤地层自下而上可分为两个含煤岩性组木里组（J2m）和江仓组（J2j），其下部煤组木里组（J2m）含主要可采煤层。含煤地层一般出露于凹陷带与隆起带过渡部位，在向斜内保存相对较好[5]。

2 遥感数据来源与图像预处理

2.1 数据来源

ETM是美国陆地卫星Landsat-7（1999年发射）专题制图仪所获取的多波段遥感数据，空间分辨率为30 m，因其具有较高空间分辨率、极为丰富的信息量和较高定位精度，成为常用的地球资源与环境遥感数据源[6]。为减少近年来研究区采矿、交通和建筑等人为因素和积雪云层等自然因素的干扰，本文选用1999年9月23日、2000年8月10日和2001年7月3日夏季三时相五景Landsat-ETM遥感影像进行融合、裁剪和镶嵌，获得研究区高品质的遥感影像（图1）。

图1 研究区遥感影像图Figure 1 Study area remote sensing image

2.2 图像预处理

遥感解译就是利用多光谱带所记录的地质表象特征所反映出的光谱特征的作用和纹理来区分不同对象，通过预处理来强调某些所需特征。本文采用ENVI遥感图像处理软件，对ETM图像进行校正、配准、镶嵌及融合处理，选取可有效突出构造信息尤其是线性构造的741波段组合，对重点区域波段组合后再与8波段进行融合处理，并辅以色彩均衡、数字图像增强处理和地理要素的复合处理，处理出满足研究要求的卫星遥感影像图（图2）。

3 遥感地质解译

遥感图像真实完整的表现了区域性构造、煤田构造的特征及其相互关系，这是遥感对构造地质研究最有成效的技术手段。其“全景观测”的特质对于客观的显示研究构造是有利的[7]。特别是在北方植被稀少、露头较发育的地区，寻找线性构造是最直观的。故而对于线性构造的解译是分析研究区构造格局的重要技术手段。

在遥感影像中对于线性构造的识别，总体上是以其空间结构为主，并结合光谱特征及相关地质知识进行推理和辨析。线性构造的空间结构特性通过形态、纹理、规模、地形地貌及水系等表现。解译标志共分五种：色调影纹标志、岩性地层标志、构造标志、地貌标志和水文标志。在色调不明显但规模较为可观的区域性断裂中，可通过线性构造直接和间接标志、影像主次色调、地质和地貌综合分析及地表水系结构异常等方式对其识别，而后进行信息提取。活动断裂会有明显的断层崖、断层三角面等[6]。在识别深大断裂带方面，多表现差异性地质构造单元或区域分界线，地理特征有明显差别，尤其是断裂带两侧的地质、地形地貌及水系等表现出明显不同。而在对隐伏线性构造进行遥感解译时要综合其他相关因素[8]。总之，断裂构造表现出明显的影像特征呈线性（图3）。

图2 遥感地质解译路线编制流程图Figure 2 Remote sensing geological interpretation route planning flow chart

4 构造格局分析

4.1 线性构造的地质意义

遥感影像上的线性构造是指那些与地质作用有关或受地质构造控制的线性影像和人工构建物铁路、公路等线性影像。由于本区交通网线很不发达且人工线性构建物较少，遥感图像上的线性构造经筛除交通线、河流等要素后，绝大多数是断裂构造的表现。在高品质的遥感影像上，不仅大型断裂标志明显、表现清晰，而且还可以判读解译众多中、小型断裂构造，获得丰富的基础地质构造信息。通过对线性构造的方位、数量、密度等要素的统计分析，可以从宏观上深化对煤田构造格局的认识[9]。

4.2 线性构造定量处理及分析

将研究区遥感图像进行线性构造解译，分别编制线性构造走向玫瑰花图和线性构造密度等值线图。区内线性构造以北西-北西西向展布为主，走向一般较稳定，但在平面分布存在较明显差异，被北东、北东东向及南北向线性构造穿插、交切。根据线性构造方位和密度特征，全区可划分为三个子区（图4）。

图3 线性构造ETM影像特征Figure 3 Lineament ETM image features

线性构造走向玫瑰花图有两类基本样式，其一为多峰型，1区玫瑰花图呈现多峰样式，发育多组线性构造，方位较分散、多数延伸不远，反映中、小型断裂的特征。第二类样式为单峰型，玫瑰花图中单一主频占绝对优势，发育一组走向比较集中的线性构造，2区玫瑰花图的主频方位为300°～330°，3区玫瑰花图的主频方位为300°～270°；大多数线性构造方位较稳定，延伸较远，是大、中型断裂构造的反映。

线性构造密度图上同样存在三个明显的高值区（图5），其中西部1子区的线性构造达36条/km2，中部2子区是线性构造密度低值区，3子区为密度中值区。

图4 研究区线性构造走向玫瑰花图Figure 4 Study area lineament strike rose diagram

图5 研究区主要断裂密度等值线图Figure 5 Study area main faulting density isogram

4.3 煤田构造格局分区特征

依据遥感影像解译线性构造的方位展布（图4、图5）和线性构造密度分布，结合区域地质特征分析，可简要归纳三个分区的煤田构造基本特征。

4.3.1 祁连山西部构造分区（1子区）

本分区以托莱南山复背斜为北界，南界为托莱南山南侧凹陷，昆隆河为其东界。分区内线性构造走向差异显著，中段和北西段线性构造方位纵横交错，北东段与南西段北西向展布的线性构造方位较为一致。区内小型线性构造较为发育，线性构造密度总体上呈现出中心密集向四周递减之势。综合分析，祁连山西部子区发育多组小型断裂区，造成局部构造格局的复杂化，含煤块段支离破碎，煤系赋存状况较差。

4.3.2 祁连山中部构造分区（2子区）

以马宗山—龙首山为北界，南达研究区南界，北祁连北缘断裂和中祁连北缘断裂呈NW向穿越本分区，控制煤田构造格局。区内线性构造分布均匀，基本为NW向展布，反映断裂发育的单一性；线性构造密度为研究区的低值区。本分区断裂走向较稳定、间距较大，赋煤块段相对较连续，对煤系和煤层保存有利，自北向南包括两个构造隆起带和一个构造凹陷带，其间分布有木里煤田的弧山、聚乎更、江仓、热水等大小矿区。

4.3.3 祁连山东部构造分区（3子区）

中祁连北缘断裂和黑河断裂等区域性断裂由2子区延伸至该子区，线性构造方向以北西向为主，线性构造密度介于1、2子区之间。线性构造的方向性特征则是中段规则，向南北两边线性构造展布方向差异性增加，表明断裂构造展布的复杂性增加。地表调查表明，本子区发育大型断裂构造并伴生多条小型断裂，故该区煤田断裂比较发育，煤层赋存状况介于前述两个分区之间，发育规模较小的含煤盆地—西宁煤田。

5 结论

1、祁连西北部遥感地质解译条件较好，线性构造主要是断裂的表现，遥感线性构造解译为煤田构造特征研究提供了良好的手段，根据解译原则及方法，解译出线性构造100余条。

2、区内线性构造以北西-北西西向展布为主，走向一般较稳定，但在平面分布存在较明显差异，根据线性构造方位和密度特征，全区可划分为三子区。

3、线性构造走向玫瑰花图具有多峰型和单峰型等两类基本样式，西北段1区玫瑰花图为多峰样式，反映多组断裂发育，2区和3区为单峰型，主要发育北西-北西西大、中型断裂构造；线性构造密度等值线反映1子区为高值区，2子区为低值区，3子区为中值区。

4、遥感解释线性构造定量分析结果深化了对研究区煤田构造格局的认识，祁连西部构造分区（1子区）发育多组中、小型断裂区，造成局部构造格局的复杂化，含煤块段较支离破碎；祁连中部构造分区（2子区）受大、中型断裂构造控制，断裂走向较稳定、间距较大，赋煤块段相对较连续，对煤系和煤层保存有利；祁连东部构造分区（3子区）发育大型断裂构造并伴生多条小型断裂，煤层赋存状况介于前述两个分区之间。

[1]徐水师，谭克龙，曹代勇，等.中国煤炭资源遥感调查评价理论与技术[M].北京：科学出版社，2008.

[2]王润生，熊盛青，聂洪峰，等.遥感地质勘查技术与应用研究[J].地质学报，2011，11:1699-1743.

[3]晁吉祥，夏炎，张弼斌.煤田遥感地质学[M].北京:煤炭工业出版社，1994.

[4]魏春海.中国祁连山地质构造的基本特征[J].地质学报，1978，02: 95-105.

[5]王佟.中国西北赋煤区构造发育规律及构造控煤研究[D].中国矿业大学(北京)，2012.

[6]方德庆.遥感地质学[M].北京：石油工业出版社，2013.

[7]韩文清.遥感地质进展及其应用[J].新疆工学院学报，1998，04: 286-291.

[8]隋志龙，李德威，黄春霞.断裂构造的遥感研究方法综述[J].地理学与国土研究，2002，03:34-37+44.

[9]林亮，曹代勇，占文锋，等.柴达木盆地北缘煤田构造特征的遥感解译[J].中国煤炭地质，2008，01:7-9.

Coalfield Structure Remote Sensing Interpretation in Northwestern Qilian Mts.,Qinghai

Yang Chengwei,Cao Daiyong and Jiang Ailin
(School of Geosciences and Surveying Engineering,CUMTB,Beijing 100083)

The physiographical condition in the northwestern Qilian Mts.area is abominable with low level of geological works.Through selected high quality ETM image data carried out pretreatment of merging,mosaic and tailoring etc.,to make image-maps of the area after designated information interpretation and composite treatment.The image-maps have shown that structures in the northwestern Qilian Mts.area are complex with obvious characteristics.NW major faults are well developed,thus the main structural factor to control regional tectonics and coalfield tectonic framework.From lineament strike rose diagram and density isogram the obvious zoning in the study area can be found:lineament extension direction in western subarea is mainly NEE,NE with maximum density in the area;in middle subarea mainly NW,consistent with regional main tectonic line,regularly distributed with minimum density;in eastern subarea mainly NWW,longer extended and densely distributed.

coalfield structure;ETM image;lineament;structural subarea

P627

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.02.06

1674-1803(2017)02-0024-05

国家自然科学基金（41572141），中央高校基本科研业务费专项资金（2010YD11）

杨承伟（1993—），男，青海人，硕士研究生，主要从事煤田构造研究。

曹代勇（1955—），男，重庆人，教授，主要从事煤田构造和非常规气地质研究。

2016-12-26

责任编辑：孙常长