白 卉，牛軍平，張紅紅，李任時(shí)，王曉志

1.吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長春 130102；2.吉林省地質(zhì)勘查基金管理中心，吉林長春 130061

0 引言

研究區(qū)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(biāo)在東經(jīng)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(guī)模噴發(fā)形成了廣布的火山產(chǎn)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(qū)，天池火山噴發(fā)主要可以劃分為三個(gè)階段：早期的造盾階段，形成玄武巖平臺(tái)；中期的造錐階段形成天池火山錐和區(qū)內(nèi)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(tái)之上的火山碎屑物。

長白山玄武巖覆蓋區(qū)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(fā)以裂隙式溢流為主，晚期兼有中心式噴發(fā)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(tái)地。而在第四系玄武巖覆蓋區(qū)內(nèi)明顯突出于玄武巖平臺(tái)之上的地質(zhì)體有兩種(如圖1)：一是第四紀(jì)噴發(fā)形成的火山錐，這些噴發(fā)形成的火山錐是我們推斷下部斷裂構(gòu)造的主要依據(jù)。二是玄武巖噴發(fā)時(shí)由于原始地勢較高而沒有被蓋住的基巖，或是經(jīng)沖蝕剝露出來的基巖，這些基巖露頭傳統(tǒng)地質(zhì)工作難以發(fā)現(xiàn)，且大多為地質(zhì)空白區(qū)，結(jié)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(qū)地貌示意圖Fig.1 Geomorphic sketch map of basalt covered area in Changbai Mountain1.玄武巖；2.玄武質(zhì)含角礫火山碎屑巖(未分)；3.玄武質(zhì)火山碎屑巖

1 區(qū)域地質(zhì)概況

吉林省長白山覆蓋區(qū)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(gòu)造單元交接部位，工作區(qū)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(dòng)帶(構(gòu)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(qū)內(nèi)地層較為發(fā)育，自太古代、元古代、古生代、中生代、新生代均有出露。二疊紀(jì)和侏羅紀(jì)巖漿活動(dòng)明顯，大面積分布于工作區(qū)中。區(qū)內(nèi)火山活動(dòng)頻繁，共可劃分為5個(gè)噴發(fā)旋回，中生代三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)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(jì)火山錐——長白山，同時(shí)于早更新世形成大面積覆蓋的玄武巖臺(tái)地。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，走向以北東向及北西向?yàn)橹?，次為近東西向斷裂及近南北向斷裂，局部發(fā)育北北東向及北西西向斷裂；區(qū)域性脆韌性變形構(gòu)造，為華北地臺(tái)北緣斷裂帶的一部分。

礦產(chǎn)方面，區(qū)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(qū))。北部隱伏區(qū)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(shù)據(jù)及預(yù)處理

長白山玄武巖覆蓋區(qū)面積近19 000 km2，密林覆蓋，而玄武巖覆蓋區(qū)內(nèi)基巖出露面積一般較小，傳統(tǒng)的地質(zhì)方法難于尋找，而遙感數(shù)據(jù)具有覆蓋范圍廣、時(shí)效性強(qiáng)、獲取信息量大、獲取信息受地面條件限制少、多數(shù)據(jù)源綜合性強(qiáng)、節(jié)能高效等特點(diǎn)。因此遙感解譯玄武巖覆蓋區(qū)內(nèi)基巖具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢?？梢宰R(shí)別不同尺度下的基巖出露區(qū)，同時(shí)不受交通、森林覆蓋等地面因素限制。結(jié)合當(dāng)?shù)氐募竟?jié)、氣候等特點(diǎn)、解譯地質(zhì)內(nèi)容、解譯比例尺及經(jīng)驗(yàn)等綜合考慮，選用Landsat-8 OLI數(shù)據(jù)、高分1號(hào)數(shù)據(jù)作為解譯數(shù)據(jù)源(表1)。

表1 解譯所用遙感數(shù)據(jù)源Table 1 Remote sensing data for interpretation in this paper

對高分1號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算錄入、正射校正、融合、無縫鑲嵌等數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用B4(R)、B3(G)、B2(B)波段組合，應(yīng)用線性拉伸及適應(yīng)性拉伸等方法對校正后的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，來增強(qiáng)不同地質(zhì)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(shí)別玄武巖覆蓋區(qū)出露的基巖。

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

3 解譯標(biāo)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(qū)影像特征與區(qū)域的地質(zhì)、地貌、水文、植被和土壤等因素相關(guān)?；趨^(qū)內(nèi)不同地質(zhì)體的特征差異，可分為玄武巖平臺(tái)、火山錐與基巖，三者影像差異較大。另外還可根據(jù)未覆蓋區(qū)已知斷裂的延伸和覆蓋區(qū)內(nèi)火山口的線性排列來進(jìn)行推測隱伏斷裂。

3.1 玄武巖平臺(tái)影像特征

以天池為中心15～60 km之間范圍為玄武巖平臺(tái)，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(zhì)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(gòu)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(fā)育，主溝切割較深，順坡向發(fā)育粗大、平行的沖溝，呈暗黃綠色條帶，并常構(gòu)成地勢相對高點(diǎn)，局部可見下伏基巖，因差異風(fēng)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(zhì)熔渣構(gòu)成，由于形成時(shí)間較晚，一般很少受到后期破壞，遙感影像上可見明顯的環(huán)狀火山口，部分火山口內(nèi)壁受到風(fēng)化侵蝕或被后期的噴發(fā)沖破一個(gè)缺口呈馬蹄形，長白山玄武巖覆蓋區(qū)內(nèi)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(dá)600 m左右。子火山錐主要集中分布于天池玄武巖平臺(tái)的西北部，南部零星分布。

3.3 基巖影像特征

玄武巖覆蓋區(qū)內(nèi)出露的基巖多保留了其原始山體形態(tài)，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(qū)分。而以天池為中心15 km范圍內(nèi)地區(qū)則少有基巖出露，一方面是因?yàn)槠湓嫉孛草^低，玄武巖覆蓋較厚，未覆蓋可能性較??；另一方面由于長白山天池噴發(fā)晚期以全新世冰場期爆炸式噴發(fā)的粗面質(zhì)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(jīng)總結(jié)，上述三者影像特征如表2。

表2 研究區(qū)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(qū)的隱伏斷裂的解譯主要依據(jù)覆蓋區(qū)周邊遙感解譯斷裂構(gòu)造沿走向覆蓋區(qū)內(nèi)的延伸，覆蓋區(qū)內(nèi)的解譯標(biāo)志主要有火山錐的線性排列(圖2d)、玄武巖平臺(tái)之上局部明顯線性延伸的沖溝、與周圍相對的局部負(fù)地貌和其它微地貌特征。

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

4 遙感解譯成果

根據(jù)上述各地質(zhì)體的解譯標(biāo)志，對玄武巖覆蓋區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的遙感解譯，結(jié)合野外驗(yàn)證情況，取得了較好的效果。主要成果如下:

4.1 玄武巖平臺(tái)

根據(jù)玄武巖平臺(tái)影像特征和基巖影像特征差異，重新圈定了玄武巖覆蓋區(qū)邊界，彌補(bǔ)了1∶20萬地質(zhì)調(diào)查中玄武巖覆蓋區(qū)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(zhì)圖基礎(chǔ)上有11處將原基巖界線向玄武巖覆蓋區(qū)內(nèi)推進(jìn)超過300 m，結(jié)合野外驗(yàn)證為玄武巖覆蓋區(qū)基巖地質(zhì)圖的編制提供了新資料。

4.2 火山錐

在玄武巖覆蓋區(qū)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(nèi)，形成的環(huán)形山脊直徑100～300 m。部分火山錐呈線性排列，反應(yīng)其下部的基底構(gòu)造。

4.3 基巖

根據(jù)已建立的解譯標(biāo)志，對覆蓋區(qū)進(jìn)行逐網(wǎng)格式人機(jī)交互解譯，在長白山玄武巖覆蓋區(qū)內(nèi)共解譯出59處基巖出露區(qū)，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(qū)北部，顯示出玄武巖蓋層南厚北薄的特點(diǎn)，并零星沿北東向帶狀分布，與推斷的隱伏構(gòu)造相一致，一定程度的反應(yīng)出了基底構(gòu)造的特征。經(jīng)野外驗(yàn)證，59處基巖出露區(qū)中，涉及不同時(shí)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(shí)代侵入體8種。

結(jié)合玄武巖覆蓋區(qū)外圍地質(zhì)界線和搜集的地質(zhì)資料，從遙感影像特征角度出發(fā)，試著對玄武巖覆蓋區(qū)基巖地質(zhì)特征進(jìn)行分析，對覆蓋區(qū)下基巖認(rèn)識(shí)如下：覆蓋區(qū)東北部有礫巖、含礫砂巖與砂巖互層出露，屬上侏羅統(tǒng)鷹嘴砬子組地層，證明中侏羅紀(jì)沉積盆地的存在，并可能屬盆地東側(cè)邊緣；推斷本區(qū)的太古代地質(zhì)體以及北側(cè)的寒武系、奧陶系地層，在玄武巖覆蓋區(qū)下至少向北東延伸20 km，兩側(cè)被侏羅系地層覆蓋；覆蓋區(qū)西南部發(fā)現(xiàn)的基巖出露區(qū)巖性為白云質(zhì)大理巖為珍珠門組地層，其西南部臨江銅礦及錯(cuò)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(qū)內(nèi)延伸超過10 km。

4.4 隱伏斷裂

根據(jù)玄武巖覆蓋區(qū)周邊斷裂構(gòu)造解譯，研究其延伸規(guī)律，結(jié)合玄武巖覆蓋區(qū)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(qū)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(qū)斷裂構(gòu)造與區(qū)域構(gòu)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(jié)論

遙感技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域應(yīng)用的最大技術(shù)優(yōu)勢是它能夠快速發(fā)現(xiàn)常規(guī)地質(zhì)方法不易發(fā)現(xiàn)或難以發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象。本次工作中遙感地質(zhì)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(qū)內(nèi)隱伏斷裂進(jìn)行解譯，一定程度上反應(yīng)了基底構(gòu)造，對該區(qū)的構(gòu)造格架有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

第二利用遙感數(shù)據(jù)覆蓋廣、信息量大等特點(diǎn)，在玄武巖覆蓋區(qū)內(nèi)識(shí)別發(fā)現(xiàn)了前人未填繪出的基巖，打開了了解玄武巖蓋下地質(zhì)體的窗口，結(jié)合野外工作，豐富了該區(qū)域地質(zhì)資料，為編制玄武巖覆蓋區(qū)基巖地質(zhì)圖提供了依據(jù)。

因此，應(yīng)用遙感技術(shù)在玄武巖覆蓋區(qū)進(jìn)行基巖填圖具有重要的應(yīng)用意義。