仙麥龍

(中國煤炭地質(zhì)總局航測遙感局,陜西 西安 710054)

0 引言

中巴經(jīng)濟走廊帶是加強中國與巴基斯坦兩國交流與合作的重要紐帶,對于加強兩國互聯(lián)互通,促進兩國共同發(fā)展具有重要意義,同時也是推動“一帶一路”建設的重要旗艦項目,主要涉及港口、基建、能源等領域,其中能源是各類工程的保障。近年來,鑒于國際能源形勢的變化,巴基斯坦政府意識到開發(fā)國內(nèi)煤炭資源補充國內(nèi)能源供給的重要性,加強了對國內(nèi)煤炭資源的勘查開發(fā)力度。根據(jù)巴基斯坦地質(zhì)勘測中心(Geological Survey of Pakistan,GSP)的估算,巴基斯坦全國煤炭儲量在1 850億t左右,主要集中在南部的信德省,為1 840多億t,北中部煤炭資源貧乏,主要集中在旁遮普省,約2.35億t。且煤炭地質(zhì)工作程度低,嚴重影響了當?shù)貒窠?jīng)濟的發(fā)展,為滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要,對當?shù)孛禾抠Y源潛力進行系統(tǒng)調(diào)查評價具有重要的現(xiàn)實意義。

巴基斯坦旁遮普省煤炭資源主要分布在交通不便的偏遠地區(qū),隨著遙感技術的發(fā)展,遙感技術與煤田地質(zhì)勘查技術相結合解決煤炭資源評價問題已漸趨成熟,遙感技術以數(shù)據(jù)源豐富、成本低、解譯效率高、視域廣且不受地貌條件的限制等優(yōu)勢[1-2],在邊遠地區(qū)找煤[3-6]、煤田地質(zhì)填圖[7]、煤田構造分析[8-10]等方面被普遍應用。鑒于巴基斯坦旁遮普省煤田地質(zhì)工作程度低、構造活動強烈和交通不便的特點,非常適合運用遙感技術開展煤炭資源調(diào)查評價。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

Dalwal-Padhar研究區(qū)隸屬巴基斯坦旁遮普省(Punjab),位于首府拉合爾(lahore)市NE方向,直距約200 km,距首都伊斯蘭堡(Islamabad)120 km。研究區(qū)位于鹽嶺山地與印度河沖積平原的轉換部位,海拔高度200～800 m,屬南亞次大陸低山、丘陵地貌,侵蝕、剝蝕作用強烈,山體延伸方向與地層走向平行。山脈展布于杰赫勒姆河與印度河之間,陡峭的灰?guī)r山嶺和峭壁多見,河流切割作用強烈。高原上覆蓋的土壤層較薄,沖積平原上所覆蓋的土壤層則相對較厚。水系受地質(zhì)構造和巖性影響,多以南北向為主的樹枝狀水系為主。

1.2 地質(zhì)背景

巴基斯坦Dalwal-Padhar地區(qū)位于波特瓦爾高原南部,鹽山逆沖斷裂帶北部,處于波特瓦爾-鹽山褶皺沖斷帶的前緣,屬巴基斯坦北部褶皺-逆沖斷裂帶[11-13]。鹽山斷層是活動的逆沖前緣斷層,其南部正在形成新的構造前緣。研究區(qū)東部為左旋的杰赫勒姆斷裂,西部為右旋的卡拉巴夫斷裂,整體上構造形態(tài)比較復雜,褶皺和斷裂構造均較發(fā)育。北波特瓦爾高原的特征是強烈的褶皺和逆沖斷裂。整體屬于科哈特-波特瓦爾(Kohat-Potwar)地質(zhì)分區(qū),受板塊構造活動的影響,缺失二疊系上統(tǒng)、白堊系、侏羅系及三疊系。區(qū)內(nèi)含煤地層為古新統(tǒng)Makerwal群,由老到新進一步劃分為Hangu組、Lockhart組以及上覆Patala組,其中Patala組為重點含煤地層。

研究區(qū)巖石類型發(fā)育較齊全,不同巖性組合形成的地層間的遙感影紋特征差異顯著,各種巖石類型和地質(zhì)構造在遙感影像上所呈現(xiàn)的特征具有明顯的差異,可以快速高效區(qū)分,同時因地層巖性差異和構造變化形成的地形地貌、水系和植被發(fā)育特征具有明顯的規(guī)律性。大型的賦煤褶皺和控煤斷裂形成的構造輪廓清晰。且淺部沿煤層露頭生產(chǎn)小窯較多,為含煤地層及煤層的調(diào)查提供了便利。綜合而言,研究區(qū)地形、地貌、地質(zhì)構造等遙感影像特征明顯,宜采用傳統(tǒng)煤田地質(zhì)調(diào)查與遙感技術相結合的方法,開展煤炭資源綜合調(diào)查評價。

2 遙感信息源選取及處理

針對研究區(qū)地形切割強烈,多期構造活動和煤層淺層發(fā)育的特征,適合選取不同空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)按照由區(qū)域掃面到局部突破的思路開展遙感煤炭資源調(diào)查。

SPOT圖像不僅具有4個多光譜波段和1個全色波段,空間分辨率可達1.5 m,而且還具有覆蓋面積大、數(shù)據(jù)易獲取等優(yōu)點,廣泛應用于不同類型的遙感地質(zhì)調(diào)查工作中。ETM具有8個波段和15 m的空間分辨率,波段組合豐富,蘊含的光譜信息對地層巖性分辨和構造識別具有良好的解譯能力。在分析研究區(qū)地形地貌特征和地質(zhì)構造的基礎上,劃分遙感地質(zhì)可解譯程度,選取SPOT遙感影像數(shù)據(jù)作為主要信息源,ETM遙感影像數(shù)據(jù)作為輔助信息源。

根據(jù)研究內(nèi)本次煤炭資源調(diào)查評價的工作精度要求,對收集的研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)采用基礎地形圖控制點,應用ENVI圖像處理軟件進行幾何精校正和數(shù)字鑲嵌處理。選取最能表現(xiàn)地貌特征、地層和控煤構造信息的ETM743波段組合,并將ETM743合成圖像與ETM8波段進行融合處理,利用遙感增強處理技術提取構造、地層(特別是含煤地層)等信息,疊加較高分辨率的SPOT圖像解譯的高精度的地層構造信息,最后增加基礎地理要素內(nèi)容,最終形成適合遙感煤炭資源調(diào)查的影像底圖。

3 遙感地質(zhì)解譯

以遙感影像底圖為參考,通過基礎地質(zhì)資料分析和野外路線踏勘,建立研究區(qū)內(nèi)各種類型的地層和地質(zhì)構造的遙感解譯標志。并按照不同目標的解譯標志開展詳細解譯,重點對含煤地層分布、構造發(fā)育特征和聚煤規(guī)律等進行綜合研究,遙感解譯內(nèi)容主要包括地層解譯和構造解譯。

3.1 地層單元解譯

根據(jù)研究區(qū)不同地層的巖性呈現(xiàn)的光譜和紋理特征,建立地層遙感解譯標志,對研究區(qū)內(nèi)分布的地層單元開展遙感解譯,尤其對Patala組含煤地層及上覆重點層段Nammal組開展了詳細解譯。含煤地層由穩(wěn)定的沉積巖性組合形成,整體以質(zhì)地松軟的砂、泥巖為主,在微地貌上呈負地形。各種類型的巖性組合及軟硬巖層形成的微地貌及植被水系的區(qū)別明顯,在影像上形成特殊的色調(diào)和影紋。利用這些特殊的遙感影像標志很容易識別含煤地層特征。區(qū)內(nèi)含煤地層及主要層段巖性特征及遙感影像標志詳見表1。

表1 含煤地層及主要層段巖性及遙感影像特征

Patala組為研究區(qū)煤層的賦存層位,下部巖性以白色-淺褐色薄層狀細砂巖,下部巖石致密、質(zhì)地堅硬,上部巖石松散易碎,該組上部為淺灰綠色泥巖、灰黑色碳質(zhì)泥巖、煤層(線)及粉砂巖,夾薄層狀含黃鐵礦瘤灰?guī)r,頂部為一套灰黑色薄層泥巖作為與上覆Nammal組的分層標志。含煤1層,局部因沉積分叉成2層,地層厚度一般為5～26 m,平均厚度為11 m,整體上具有東部厚西部薄的趨勢。沿煤層露頭,一般都有人工挖掘的小煤窯,地表多堆積灰黑色泥巖與煤層風化物,在遙感影像上呈現(xiàn)黑色條帶,如圖1所示。

圖1 煤層露頭遙感影像特征

3.2 構造解譯

Dalwal-Padhar研究區(qū)所在的南波特瓦爾高原古生代之前的褶皺比較復雜,褶皺軸由西向東主要從東西向變?yōu)楸睎|向,新生代在北部表現(xiàn)為地層北傾、局部發(fā)育變形程度低、與鹽嶺展布方向大致平行的寬緩褶皺,南部隨古生代基底褶皺起伏而變化,斷裂多為壓扭性質(zhì)斷裂,且多期活動特征明顯。區(qū)內(nèi)褶皺構造以成層的地層條帶或條紋的褶曲形態(tài)為主,形成不同色彩和影紋的交替分布,影紋條帶呈圈閉或半圈閉的弧形條帶,總體呈近南北向和近東西向展布,本次解譯褶皺構造9條,其中向斜3條,背斜6條。

區(qū)內(nèi)斷裂構造呈線狀分布,斷層兩側地層巖性、水系、植被的變化,在遙感影像上形成明顯的色調(diào)、形狀和影紋分界,造成線狀色彩異?；蛏史纸缑?大型線性影像體交接現(xiàn)象明顯,研究區(qū)控煤構造以北西向、近東西向為主。本次共解譯和驗證斷裂構造64條,其中主要控煤斷裂在遙感影像上線性特征明顯,斷層經(jīng)過處為北西向溝谷,南段東側呈灰綠色,影紋光滑呈不規(guī)則塊體,西側呈灰紅色,影紋粗糙,呈較紊亂的條紋狀,如圖2所示。

圖2 研究區(qū)主要構造遙感影像特征

研究區(qū)在區(qū)域應力的作用下,形成了以寬緩向背斜為特征的褶皺構造,局部地區(qū)形成了縱向斷裂構造。即在寬緩褶皺形成過程中,在南北向擠壓應力的持續(xù)作用下,背斜軸部形成張性斷裂,組成了“地塹”式的構造樣式,在地貌上背斜軸部形成的張性斷裂破碎帶易風化剝蝕,形成了寬緩的U型谷負地貌單元。

4 聚煤規(guī)律與資源前景評價

基于以往煤田地質(zhì)資料的分析,結合遙感煤炭地質(zhì)調(diào)查對地層和構造的初步認識,開展含煤地層沉積演化、控煤構造和煤炭資源分布等綜合研究,系統(tǒng)分析研究區(qū)聚煤規(guī)律,評價煤炭資源開發(fā)前景。Dalwal-Padhar研究區(qū)內(nèi)古近系Patala組是主要的含煤地層,同時也是相鄰的波特瓦爾盆地內(nèi)主要的烴源巖層系之一,總體為一套潟湖-潮坪相的含煤細碎屑巖沉積[11],煤層厚度0.3～1.2 m。富煤區(qū)主要分布在Bhal、Dhariala等地區(qū),向北煤層變薄,在整個研究區(qū)新近系盆地之下均覆蓋有Patala組含煤地層,受基地起伏與后期構造改造的影響,褶皺核部煤層變厚,局部地段煤層頂板的砂巖對煤層存在沖刷,影響了煤層的穩(wěn)定性。

總體來看,巴基斯坦Dalwal-Padhar研究區(qū)構造活動強烈,含煤地層沉積環(huán)境穩(wěn)定性較差,且受后期構造改造的作用明顯,整體的含煤性較差。鑒于當?shù)貙儆跇O度缺煤地區(qū),結合當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展對煤炭資源的強烈需求,煤炭資源開發(fā)利用方面以適合小煤窯開采為主。

5 結語

采用SPOT與ETM遙感多源衛(wèi)星數(shù)據(jù),通過遙感煤田地質(zhì)解譯與野外調(diào)查驗證,結合以往煤田地質(zhì)資料的分析,對巴基斯坦Dalwal-Padhar地區(qū)的地層、構造及聚煤規(guī)律進行了研究,初步評價了該地區(qū)的煤炭資源前景,為進一步在該區(qū)進行煤田地質(zhì)工作提供了地質(zhì)依據(jù)。實踐證明,在巴基斯坦等南亞次大陸低山、丘陵淺覆蓋地區(qū),基巖裸露程度高,構造輪廓清晰,巖石地層光譜反射特征差異大,地質(zhì)體的可解譯程度高,多源遙感技術可快速高效識別含煤地層和控煤構造,為煤炭資源調(diào)查評價提供依據(jù),是非常適合的煤田地質(zhì)調(diào)查手段之一,建議在“一帶一路”能源礦產(chǎn)地質(zhì)工作中推廣使用。