多源遙感技術(shù)在巴基斯坦Dalwal-Padhar地區(qū)煤炭資源調(diào)查中的應(yīng)用*

仙麥龍

(中國(guó)煤炭地質(zhì)總局航測(cè)遙感局,陜西 西安 710054)

0 引言

中巴經(jīng)濟(jì)走廊帶是加強(qiáng)中國(guó)與巴基斯坦兩國(guó)交流與合作的重要紐帶,對(duì)于加強(qiáng)兩國(guó)互聯(lián)互通,促進(jìn)兩國(guó)共同發(fā)展具有重要意義,同時(shí)也是推動(dòng)“一帶一路”建設(shè)的重要旗艦項(xiàng)目,主要涉及港口、基建、能源等領(lǐng)域,其中能源是各類工程的保障。近年來(lái),鑒于國(guó)際能源形勢(shì)的變化,巴基斯坦政府意識(shí)到開發(fā)國(guó)內(nèi)煤炭資源補(bǔ)充國(guó)內(nèi)能源供給的重要性,加強(qiáng)了對(duì)國(guó)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(cè)中心(Geological Survey of Pakistan,GSP)的估算,巴基斯坦全國(guó)煤炭?jī)?chǔ)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(yán)重影響了當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,為滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,對(duì)當(dāng)?shù)孛禾抠Y源潛力進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查評(píng)價(jià)具有重要的現(xiàn)實(shí)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(yuǎn)地區(qū),隨著遙感技術(shù)的發(fā)展,遙感技術(shù)與煤田地質(zhì)勘查技術(shù)相結(jié)合解決煤炭資源評(píng)價(jià)問題已漸趨成熟,遙感技術(shù)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(shì)[1-2],在邊遠(yuǎn)地區(qū)找煤[3-6]、煤田地質(zhì)填圖[7]、煤田構(gòu)造分析[8-10]等方面被普遍應(yīng)用。鑒于巴基斯坦旁遮普省煤田地質(zhì)工作程度低、構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈和交通不便的特點(diǎn),非常適合運(yùn)用遙感技術(shù)開展煤炭資源調(diào)查評(píng)價(jià)。

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(zhuǎn)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(qiáng)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(qiáng)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(duì)較厚。水系受地質(zhì)構(gòu)造和巖性影響,多以南北向?yàn)橹鞯臉渲钏禐橹鳌?/p>

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(dòng)的逆沖前緣斷層,其南部正在形成新的構(gòu)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(gòu)造形態(tài)比較復(fù)雜,褶皺和斷裂構(gòu)造均較發(fā)育。北波特瓦爾高原的特征是強(qiáng)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(gòu)造活動(dòng)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(jìn)一步劃分為Hangu組、Lockhart組以及上覆Patala組,其中Patala組為重點(diǎn)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(gòu)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(shí)因地層巖性差異和構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(shù)相結(jié)合的方法,開展煤炭資源綜合調(diào)查評(píng)價(jià)。

2 遙感信息源選取及處理

針對(duì)研究區(qū)地形切割強(qiáng)烈,多期構(gòu)造活動(dòng)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(gè)多光譜波段和1個(gè)全色波段,空間分辨率可達(dá)1.5 m,而且還具有覆蓋面積大、數(shù)據(jù)易獲取等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于不同類型的遙感地質(zhì)調(diào)查工作中。ETM具有8個(gè)波段和15 m的空間分辨率,波段組合豐富,蘊(yùn)含的光譜信息對(duì)地層巖性分辨和構(gòu)造識(shí)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(gòu)造的基礎(chǔ)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?jī)?nèi)本次煤炭資源調(diào)查評(píng)價(jià)的工作精度要求,對(duì)收集的研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)采用基礎(chǔ)地形圖控制點(diǎn),應(yīng)用ENVI圖像處理軟件進(jìn)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(gòu)造信息的ETM743波段組合,并將ETM743合成圖像與ETM8波段進(jìn)行融合處理,利用遙感增強(qiáng)處理技術(shù)提取構(gòu)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(gòu)造信息,最后增加基礎(chǔ)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(chǔ)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(gòu)造的遙感解譯標(biāo)志。并按照不同目標(biāo)的解譯標(biāo)志開展詳細(xì)解譯,重點(diǎn)對(duì)含煤地層分布、構(gòu)造發(fā)育特征和聚煤規(guī)律等進(jìn)行綜合研究,遙感解譯內(nèi)容主要包括地層解譯和構(gòu)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(biāo)志,對(duì)研究區(qū)內(nèi)分布的地層單元開展遙感解譯,尤其對(duì)Patala組含煤地層及上覆重點(diǎn)層段Nammal組開展了詳細(xì)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(fù)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(biāo)志很容易識(shí)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(biāo)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(xì)砂巖,下部巖石致密、質(zhì)地堅(jiān)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(biāo)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(shì)。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(fēng)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(gòu)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(fù)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(dòng)特征明顯。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)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(gòu)造9條,其中向斜3條,背斜6條。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造呈線狀分布,斷層兩側(cè)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(gòu)造以北西向、近東西向?yàn)橹鳌１敬喂步庾g和驗(yàn)證斷裂構(gòu)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(cè)呈灰綠色,影紋光滑呈不規(guī)則塊體,西側(cè)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(gòu)造遙感影像特征

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

4 聚煤規(guī)律與資源前景評(píng)價(jià)

基于以往煤田地質(zhì)資料的分析,結(jié)合遙感煤炭地質(zhì)調(diào)查對(duì)地層和構(gòu)造的初步認(rèn)識(shí),開展含煤地層沉積演化、控煤構(gòu)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(píng)價(jià)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(shí)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(xì)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(gè)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(gòu)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(duì)煤層存在沖刷,影響了煤層的穩(wěn)定性。

總體來(lái)看,巴基斯坦Dalwal-Padhar研究區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,含煤地層沉積環(huán)境穩(wěn)定性較差,且受后期構(gòu)造改造的作用明顯,整體的含煤性較差。鑒于當(dāng)?shù)貙儆跇O度缺煤地區(qū),結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)煤炭資源的強(qiáng)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(jié)語(yǔ)

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(yàn)證,結(jié)合以往煤田地質(zhì)資料的分析,對(duì)巴基斯坦Dalwal-Padhar地區(qū)的地層、構(gòu)造及聚煤規(guī)律進(jìn)行了研究,初步評(píng)價(jià)了該地區(qū)的煤炭資源前景,為進(jìn)一步在該區(qū)進(jìn)行煤田地質(zhì)工作提供了地質(zhì)依據(jù)。實(shí)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(gòu)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(shù)可快速高效識(shí)別含煤地層和控煤構(gòu)造,為煤炭資源調(diào)查評(píng)價(jià)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。