工程地質

利用地質遙感技術識別地質構造

  遙感技術在許多地質工作中已經(jīng)成為不可缺少的手段,并使地質調查工作發(fā)生著革命性的變比。應用遙感技術可以迅速獲得大量豐富的大面積的地表(包括大氣層)信息,為地質制圖、礦產資源勘探工程地質水文地質調查等服務。其中巖性和地質構造的識別是遙感地質解譯的基礎,其他地質解譯都是在這兩者的基礎上進行的。
 
  地質體和地質現(xiàn)象的產生和發(fā)展是錯綜復雜的。然而任何地質體或地質現(xiàn)象,都具有其本身的電磁波特性,即不同性質的地質體和地質現(xiàn)象的電磁波特性是不一樣的,這樣我們就可以根據(jù)這些電磁波特性的差異來識別地質體和地質現(xiàn)象的屬性。遙感圖像就是對地表及地表以下一定深度地質體和地質現(xiàn)象電磁波諾特性的記錄,而它們的差異在圖像上就構成各種影像信息(色調和圖形)。因此,可以根據(jù)遙感圖像上色調和圖形信息的差異來識別地質體和地質現(xiàn)象的屬性,這就是遙感圖像的地質解譯原理。
 
  地質體和地質現(xiàn)象均經(jīng)歷了千百萬年內外應力的塑造,才呈現(xiàn)為現(xiàn)今的地貌形態(tài)和水系型式,使我們可以由它們和地質體相互依存的關系推證巖性和構造,尤其是活動構造,以及某些被掩蓋的地質特征。遙感圖像在解譯巖性、識別構造和監(jiān)測地質災害等方面能發(fā)揮很大作用。航空像片可以區(qū)分巖性,劃分地層,解譯構造細部效果好,衛(wèi)星圖像則長于解譯巨型構造。 在區(qū)域地質調查中,用遙感方法可以快速而準確地獲得大面積區(qū)域內大量地質信息,因而使工作效率和精度大大提高。由于遙感圖像從宏觀上細致地反映了地質構造、地貌、水文、植被和人類經(jīng)濟活動等各種信息,所以在找礦、水文地質調查、石油普企、地震地質調查,以及水利、道路、港口等工程地質勘測和環(huán)境地質調查等等許多地質工作中,應用遙感技術都取得了很好的效果。
 
  遙感對地質構造的識別有特殊的意義,大型區(qū)域性地質構造在地面調查中,測點不可能過密,因而不能窺其全貌。而遙感影像從幾百米、幾千米的空中或幾百千米的空間獲取的信息,利于從客觀上把握區(qū)域構造總體特征。當巖石出露條件好時,還可從高分辨遙感影像上量測其產狀要素,特別是人跡罕至的地區(qū),更顯得重要。從遙感影像上識別地質構造,主要內容包括:識別構造類型,有條件時測量其產狀要素;判斷構造運動的性質。
 
  1.水平巖層的識別 在低分辨率的遙感影像上不容易發(fā)現(xiàn)水平巖層的產狀,這是由于水平巖遭受侵蝕后,往往由較硬的巖層形成保護層,且形成陡坡,保護了下部較軟的巖層。在高分辨率遙感影像上可發(fā)現(xiàn)水平巖層經(jīng)切割形成的地貌,并可見硬巖的陡坡與軟巖形成的緩坡呈同心圓狀分布,硬巖的陡坡具有較深的陰影,而軟巖的色調較淺。
 
  2.傾斜巖層的識別 在低分辨率遙感影像上,可以根據(jù)順向坡(與巖層傾斜方向一致的場面)有較長坡面,逆向坡坡長較短的特性巖層的傾向。當順向坡和逆向坡幾乎相等時,可以確定巖層傾角在45°左右,傾向則不易確定。傾斜巖層經(jīng)過溝谷的切割,在高分辨率遙感影像上常出現(xiàn)巖層三角面(包括弧形面、梯形面),這時,根據(jù)巖層出露的形態(tài)及其與地形的關系,可確定巖層的產狀。
 
  3.褶皺及其類型的識別 在遙感影像止,褶皺的發(fā)現(xiàn)及其類型的確定是建立在對斯性和巖層產狀要素識別的基礎上的。在進行影像分析時應注意不同分辨率遙感影像的綜合應用,即光在分辨率較低的影像上進行總體識別,確定褶皺的存在,特別是一些規(guī)模較大的褶皺的確定,然后對其關鍵部位采用高分辨率影像進行詳細的識別,確定褶皺的類型。
 
  褶皺構造由一系列的巖層構成,這些巖層的軟硬程度有差別,硬巖成正地形,軟巖成谷地,因此在遙感影像上會形成不同的色帶。為發(fā)現(xiàn)褶皺構造,首先就要確定這些不向色調的平行色帶,選擇其中在影像上顯示最穩(wěn)定、延續(xù)性最好者作為標志層,標志層的色帶呈圈閉的圓形、橢圓形、橄欖形、長條形或馬蹄形等,是確定褶皺的重要標志。在中低分辨率影像上能反映出大的褶皺,而在高分辨率遙感影像上,不僅能發(fā)現(xiàn)較小規(guī)模的褶皺,而且還可以確定其巖體層的分布層序是否對稱重復,具體產狀要素,這是確定褶皺存在的重要認識,特別是在高分辨率遙感影像上觀察標志層在轉折端的形態(tài),有助于識別褶皺的存在及褶皺的類別。
 
  4.斷層及其類型的識別 在影像上不能直接確定地層的新老,但可以觀察到巖層的傾向。當逆向坡(陡坡)向外、順向坡(緩坡)向內(向軸線傾斜)時是向斜構造;逆向坡(陡坡)朝內(面向褶皺軸),順向坡(緩坡)朝外時(遠離褶皺軸),是背斜構造。當巖層的走向不是很連續(xù)時,逆向坡往往形成地形三角面,這在遙感影像卜是比較直觀的。通常,斷層在沒有疏松沉積物覆蓋的情況,在遙感影像上都有明顯的特征。
 
  斷層是一種線形構造,在遙感影像上表現(xiàn)為線性影像。它基本上有兩種表現(xiàn)形式:一是線性的色調異常,即線性的色調與兩側的巖層色調都明顯不同;二是兩種不同色調的分界面呈線狀延伸。當然,具備這兩個影像持征的地物不一定都是斷層,如山脊、較小的河流、道路、渠道、堤壩、巖層的走向、巖層的界面,等等,因此,除了這兩個基本影像特征之外,還必須對斷層兩側的巖性、水系和整體地質構造進行研究,才能確定是否是斷層,特別是在高分辨率的遙感影像上,可以通過對地層的鑒別確定斷層,如地層的缺失和重復,走向不連續(xù)使兩套巖層走向錯斷、斜交等,這對于判斷與巖層走向一致或角度相近的斷層是重要的標志。在具體確定是否存在斷層時,必須把影像的基本特征與巖性及整個構造結合起來考慮。
 
  在遙感影像上,還可對斷層的力學性質進行分析。壓性斷層,最常見的影像特征是呈波狀的線形展布,規(guī)模較大,有較寬的擠壓破碎帶,斷層線常成為色調分界面,并且伴隨出現(xiàn)與之平行的一系列斷裂,形成構造透鏡體。壓扭性、張扭性斷裂,兩者平面形態(tài)相似。常呈微弱的舒緩波狀的線形影像,兩側伴有“人”字形分支斷裂。區(qū)分這兩種斷裂,需進行區(qū)域地質構造較全面分析和一定的地面工作。扭性斷裂,表現(xiàn)為比較平直、光滑的線形影像,延伸較遠,兩側巖層錯位,伴有牽引現(xiàn)象。張性斷裂,一般延伸不遠,寬窄變化較大,平面上常呈鋸齒狀或“之”字形的河谷。
 
  5.活動斷裂的確定 在斷裂性質的研究中,尤其應注意活動斷裂的確定,因為它與人們的生活建設最為密切。
 
  活動斷裂除了具備上述斷裂構造的影像特征以外,還具備以下幾方面特征:山形、溝谷的明顯錯位和變形;山形走向突然中斷;山前現(xiàn)代或近代洪積扇錯開;震中呈線形排列,活動頻繁。
 
  必須指出的是活動斷裂往往具有繼承性,它是在老斷裂的基礎上發(fā)展起來的,但同時又有新生的斷裂。應注意線性影像的清晰程度及相互的切割關系。在遙感影像上確定兩條(兩組或兩組以上)斷裂的新老關系時,名斷裂總是被新斷裂切斷。