遥感图像岩性解译及地层分析

第九章遥感图像岩性解译及地层分析自然界一切地质现象都是通过岩石、地层表现出来，要查明各种地质现象的分布特点以及它们的演化历史，首先必须进行岩石、地层的研究，遥感地质解译首先对岩性解译。岩性解译的内容包括：(1)识别区分不同岩石、地层、产状、相变及其接触关系。(2)建立各类岩石、地层解译标志。(3)圈定每类岩石的分布范围，编制岩性解译图。自然界的岩石类型多而复杂，它们的波谱特征和空间特征不仅取决于它们本身的成分、颜色、结构构造及其性质，而且受到多种因素的影响，如风化程度、湿度、植被发育程度以及所处的构造部位、自然地理环境等因素影响，使得岩石解译标志既有普遍性，又有不稳定性、可变性、多解性以及模糊性。因此岩性解译难度比较大，需要利用各种解译标志仔细对比，找出差异性综合分析其影像特征加以识别。对于初学者来说，要注意掌握各种岩性典型解译标志及正确的解译与分析方法。岩性解译主要从色调、形态、地貌、水系、影纹、植被、人类活动痕迹七个标志去识别。第一节岩浆岩解译一岩浆岩光谱特征(一)岩浆岩反射光谱特征岩浆岩石在0.4－2.5μm波谱范围内的反射率主要取决于岩石成分、颜色及其结构构造。岩浆岩类岩石的颜色(色率)与SiO2含量有关，其成分和色率(表6—1)。由酸性－中性－基性－超基性Si02含量逐渐减少，即浅色矿物长石、石英含量逐渐减少，铁镁质矿物即暗色矿物含量则逐渐增高，色率逐渐增大，岩石的反射率整体由高变低，规律十分明显。酸、中性岩石在可见光波段反射率由低逐渐上升，而后缓慢上升，到2.2μm以后有下降趋势。酸性岩由于长石、石英液态包体中水分所引起在1.4μm、1.9μm、2.5μm附近有较强的吸收峰。酸性喷出岩(除火山玻璃外)除上述特征外，由于粘土矿物和含羟基OH—蚀变矿物所引起在2.2μm处有一吸收峰带。中性、碱性岩石除了由水和OH-引起的吸收峰带外，铁镁质矿物相对增多，在0.4～0.5μm有一吸收峰带，在0.81μm和1.0μm附近有Fe2+、Fe3+离子的吸收峰，当含有一定量磁铁矿时使整个反射率降低，而趋于平直。表9－1岩浆岩类岩石色率及反射率岩类花岗岩花岗闪长岩石英闪长岩闪长岩辉长岩辉绿岩橄榄岩色率9161835353898反射率30－5015－3015－3015－3010－15＜10由酸性－中性－基性－超基性Si02含量逐渐减少，即浅色矿物长石、石英含量逐渐减少，铁镁质矿物即暗色矿物含量则逐渐增高，色率逐渐增大，岩石的反射率整体由高变低，规律十分明显。酸性岩由于长石、石英液态包体中水分所引起在1.4、1.9、2.5μm附近有较强的吸收峰。粘土矿物和含羟基OH—蚀变矿物所引起在2.2μm处有一吸收峰带。基性岩、超基性岩在反射波谱曲线的斜率较酸性、中性岩体的斜率大，普遍在1.0μm处有吸收峰带基性岩、超基性岩(除辉长岩外)含有大量的铁镁质矿物成分，在可见光波谱段，反射波谱曲线的斜率较酸性、中性岩体的斜率大，而后反射率趋于平稳，普遍在1.0μm处有吸收峰带，超基性岩这一吸收峰带更为明显。当含有磁铁矿反射率整个降低，特征吸收峰减弱。超基性岩反射波谱特征变化相对较大一些。不同成因类型的岩浆岩，由于成分、结构构造不同，其反射波谱特征也有所不同，图6一3是杨柏林等1987把云南前寒武纪昆阳群内花岗岩分为壳型、幔型两类，各测得6条反射波谱曲线，同类成因的花岗岩反射波谱特征相似，不同成因花岗岩反射波谱曲线有明显差别。(二)岩浆岩发射光谱特征岩浆岩发射光谱特征及其特点取决于岩石成分、结构构造，岩浆岩在8—14μm波谱范围发射光谱特征与SiO2含量有明显的规律性。前已在热红外一节详细论述。二、侵入岩解译侵入岩解译较为容易，解译效果也比较好。主要从以下几个方面进行解译：(1)首先是形态特征，尽管侵入岩岩石类型多，具有不同成因、不同时代的侵入岩，但它们都有一个共同的形态特征，在遥感图像上呈圆形、椭圆形、透镜状或不规则的团块状，规模大小不一。(2)与围岩呈侵入接触关系，在遥感图像上反映比较清楚，可看到岩体切割了围岩的层理、片麻理或片理(3)在大比例尺图像上可看到岩体的原生构造环状节理、放射状节理以及悬垂体、析离体。(4)有些岩体与围岩接触带形成接触式矿体，常用采场、采坑，它们可作为识别和圈定岩体边界的标志。1.酸、中性岩体酸性岩体在岩浆岩类岩石中反射率最高（ρ=30~50%）在图像上以灰白一浅灰色色调显示；中性岩体反射率中等（p=15~30%）在图像上为中等灰度，因此可根据色调深浅区别酸、中性岩体。它们的地貌特征与其所处的自然地理环境有关。在我国北方地区气候干旱，以物理风化为主，常形成低缓的丘陵地貌，在河南、安徽一带山区，由于流水、冰劈作用反复交替常形成陡峻的山峰和山岭，如黄山、华山等，在我国东南福建、广东一带，岩石裂隙发育，风化、流水共同作用形成低缓的穹窿状丘岗，称为蛋丘地形。酸、中性岩体透水能力较强，在其分布区常形成密度小一中等的树枝状水系，如果风化程度强烈，风化后有残积的黄土发育形成密度较大的水系。风化后的黄土有利于植物的生长2.基性、超基性岩体基性、超基性岩体反射率最低（ρ=10~15%）,在图像上呈深灰色，灰黑色调，由于含有大量的暗色矿物，易风化常形成负地形。基性、超基性岩体常含有稀有元素导致植被很不发育。此外，岩体受区域深大断裂的控制，多个基性、超基性岩体呈线状展布，如在西藏萨茄幅图像上，沿雅鲁藏布江断裂带分布有几个超基性岩体，呈圆形，灰黑色色调，具有放射状水系，影纹结构较细。野外地质调查表明，一个岩体往往是一个多期次侵入的复式岩体。不同期次侵入的岩体在成分、结构构造上有所差异，结构构造差异的岩石反映在地貌形态特征上，细粒结构的岩石多构成峰岭地貌，中粒结构的岩石形成块状地貌，粗粒似斑状岩石多呈现山间盆地地貌特征。因此利用大比例尺航空像片以色调〈或色彩〉、影纹、地貌可区分复式岩体中的多期次侵入体。不同期次侵入的岩体,因它们的成分、结构构造的差异，造成地貌、水系、影纹特征的不同，如图6-6中，A为海西期晚期黑云母花岗岩体，呈浅色词,具有放射状水系；B为加里东期的花岗岩岩体，地形较A起伏，两者从色调、地貌上可以区分。它们为侵入接触。又如图6-7中为海西中期花岗闪长岩沿背斜核部侵入到地层C中，晚期花岗岩体B又沿两者的接触面侵入，A与B两者的水系A发育有不同的影纹特征在图像上可以区分。3．隐伏岩体隐伏岩体的侵入必然以各种方式影响或控制着上覆岩层的裂隙发育以及地表山脊形态、色调、水系、沟谷的发育等，在图像上表现出环形影像特征(见第九章环形构造一节)，通过解译环形构造及其它资料分析；推断隐伏岩体。4．脉岩脉岩最突出的特点是形态特征，其形态为长条状或线状，成群出现，呈平行状、雁列状、环状、放射状产出。在大比例尺图像上其影像特征十分醒目。按其色调深浅可区分酸、中、基性岩脉。酸性岩脉较坚硬，抗风化侵蚀能力强往往形成正地形，暗色的辉绿岩脉、煌斑岩脉常形成负地形。此外根据脉岩之间的切割关系可判别脉岩侵入的先后次序。三、火山岩解译不同时代的火山岩解译效果差异很大，时代越新解译效果越好，特别是第四纪以来的火山岩在图像上易于识别。其解译标志主要有：(1)具有火山机构、火山锥，火山口或者环形岩墙、岩脉、放射状岩墙、岩脉。(2)熔岩形态特征明显，以色调、地貌、水系所表现出来的近圆形或不规则形态，在大比例尺图像上可见到火山岩的流动构造，其影像呈皱纹状、绳状影纹图案。(3)具有放射状水系。如吉林白头山玄武岩、望天鹅玄武岩(图6—8)，具有明显的锥状地形，在锥顶有火山口，白头山火山口已形成了火山口湖——天池，望天鹅玄武岩火山口因河流的溯源侵蚀已到火山口未形成湖泊。两者均以深色色调表现出近圆形形态特征，具有放射状水系。白头山火山岩根据色调可识别出两期，早期为玄武岩，晚期是浅色调显示的粗面岩。内蒙古达里诺尔湖火山群瘤状火山锥地形保存完整，瘤状中心凹下去是火山口，有的火山口呈裂隙状，在图像上很醒目，由近百座火山构成广阔的熔岩流台地。又如海南岛北部及雷州半岛，广泛分布有第四纪玄武岩，以深色调表现出近圆形特征，火山锥众多，火山口湖星罗棋布，在MSS4、5、6合成的彩色图像上，根据色彩将玄武岩分图6--8吉林白头山、望天鹅火山岩为三期。最早一期(β1)在图像上呈暗红色至褐红色斑点状影像，第二期(β2)喷发的玄武岩在图像上色调呈棕红色的斑点影像，第三期(β3)喷发的玄武岩呈黄棕色至深红色。时代较老的火山岩经过后期地质作用的改造，难以找到它的原始形态特征，只能根据它的色调、影纹、水系、地貌特征与其它岩性相区别，结合地质资料、物探、化探资料综合分析推断，或根据地质资料或野外调查确定火山岩岩性。第二节沉积岩及松散沉积物解译一沉积岩光谱特征(一)沉积岩反射光谱特征沉积岩反射光谱特征取决于岩石成分、颜色、结构构造，沉积岩主要成分及反射率见表6—2。岩石中的金属杂质(铁质、钙质)及有机物对岩石的颜色影响较大，并且对其反射波谱特征有明显影响，即使是微量也往往增强或削弱甚至掩盖主要矿物的反射光谱特征。碳酸盐岩类岩石在0.4～1.1μm波段反射率缓慢上升，在1.1～2.0μm比较稳定平直，在2.0～2.5μm反射率有下降趋势，在2.33μm附近由C03基团内部振动和晶格振动有明显的吸收特征。灰岩的强吸收峰中心波长位置在2.33μm，而白云岩强吸收峰中心波长位置在2.30μm。随着岩石颜色的变深其反射率整体降低，并且吸收谱带特征被掩盖表现不明显(图6—9)。碳酸盐岩类岩石在0.4～1.1μm波段反射率缓慢上升，在1.1～2.0μm比较稳定平直，在2.0～2.5μm反射率有下降趋势灰岩强吸收峰中心波长位置2.33μm白云岩强吸收峰中心波长位置2.30μm泥质类岩石含有粘土矿物和有机质反射率总体比较低，由于粘土矿物中羟基(OH-)和H2O基团的不对称伸缩振动在2.2μm处有明显的吸收峰(图6—10）。含有钙质胶结在2.33μm有吸收峰，由于泥质岩常含有有机物使其颜色变黑，压抑了整个光谱形态及特征，使吸收峰表现的不明显。碎屑岩类岩石由碎屑和胶结物组成，碎屑多为石英、长石、云母等矿屑和硅质、燧石等岩屑，它们没有特征的谱带，胶结物为泥质、硅质、钙质等。胶结物的成分直接影响着碎屑岩的颜色及反射光谱特征，粘土质、钙质、铁质胶结的碎屑岩的光谱特征，分别出现OH-、CO3、Fe2＋、Fe3+离子相应的吸收峰带，随着岩石颜色的加深特征谱带被压抑而变得不明显(图6—11)。泥质类岩石由于粘土矿物中羟基(OH-)和H2O基团的不对称伸缩振动在2.2μm处有明显的吸收峰含有钙质胶结在2.33μm有吸收峰，由于泥质岩常含有有机物使其颜色变黑，压抑了整个光谱形态及特征，使吸收峰表现的不明显碎屑岩类岩石由碎屑和胶结物组成，碎屑多为石英、长石、云母等矿屑和硅质、燧石等岩屑胶结物为泥质、硅质、钙质等。胶结物的成分直接影响着碎屑岩的颜色及反射光谱特征，碎屑岩类岩石分别出现OH-、CO3、Fe2＋、Fe3+离子相应的吸收峰带，随着岩石颜色的加深特征谱带被压抑而变得不明显岩石的结构对岩石的光谱反射率有一定的影响，碎屑颗粒越细光谱反射率越高。此外，岩石的风化程度对岩石的光谱反射率也有影响，在我国北方地区，碳酸盐类岩石、泥质岩石，由于风化岩石中有机质被运移流失，浅色矿物相对集中导致岩石面的反射率较新鲜面普遍升高；碎屑岩中的透明矿物由于风化后有一层深色铁质膜粘附，使得碎屑岩风化面颜色加深导致风化面反射率较新鲜面反射率相对降低。在潮湿炎热的南方地区化学风化作用强烈，岩石风化后形成含有多价铁的氧化物、红色粘土、黄棕色粘土，或者在岩石露头上生长有褐绿色、灰紫色等不同颜色的地衣和台藓，使岩石的反射率较新鲜面要低。(二)沉积岩的发射光谱特征沉积岩的发射光谱特征在8～14μm范围的波谱段具有明显的谱带特征(见图3—42)。碳酸盐岩类岩石在11.3μm有低的发射率，碎屑岩成分主要为石英、长石，在8.1μm、9．2μm附近具有低的发射率谱带，粘土类岩石成分主要为粘土矿物，高岭石在9.0、9.8、11μrn有低发射率，蒙脱石在10.2μm有低发射率，伊利石在9.9和