山东省旅游地质资源遥感调查成果及潜力展望

2018-12-21王绪龙王世进刘奇志张智安赵玉梅薛卫宁

中国地质调查 2018年6期

王绪龙，王世进，刘奇志，张智安，赵玉梅，薛卫宁

(1.山东省遥感技术应用中心，济南 250013； 2.山东省地质调查院，济南 250013)

0 引言

山东省旅游地质资源类型多样，具有很高的观赏性、科学研究与普及教育价值，需要保护和合理地开发利用[1-2]。随着遥感、GIS、卫星定位等技术的快速发展及其应用领域的不断拓宽，遥感技术在我国基础地质调查、矿床勘查、地质灾害监测等地质工作中发挥了重要作用，取得了显著成果[3-7]。为进一步利用三维可视化遥感技术视野广、清晰度高、信息丰富、形象直观等优势[8]，全面查清山东省旅游地质资源分布状况，山东省国土资源厅于2012—2017年开展了“山东省旅游地质资源遥感调查与评价”项目，完成了多尺度旅游地质资源遥感解译，筛选和评价了一批具有开发潜力的旅游地质资源。该项目不仅进一步拓宽了遥感技术的应用范围，也为各级政府全面掌握旅游地质资源分布情况和现状、提升现有地质公园级别、寻找开发新的地质公园并制定保护与发展规划提供了科学依据。本文主要对项目成果中具有开发远景的旅游地质资源进行概述和展望。

1 研究区概况

山东省位于亚欧板块的东部活动大陆边缘，自中太古代至新生代的30亿a左右的地质历史时期中，受内外营力的地质作用而保存于岩层中的构造形迹、岩体、化石、地貌景观、矿床等旅游地质资源比较丰富。区域性断裂、小型断层、褶皱等构造形迹分布复杂；岩浆活动十分频繁，前寒武纪侵入岩和中生代燕山期岩浆活动强烈，岩浆岩出露面积约占全省陆地面积的20%，主要分布在泰山、沂蒙山等地区；各断代地层发育比较齐全，地层剖面包括长清张夏—崮山地区华北寒武系地层剖面，蒙阴、莱阳等地的寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系等地层剖面[9]；地貌形态绮丽多样，包括花岗岩地貌、崮形地貌、岩溶地貌、火山地貌及海蚀地貌等；地下水资源丰富，温泉及冷泉出露众多，包括著名的济南泉群、章丘百脉泉、聊城、胶东、沂水等地的温泉等；灾害地质遗迹包括沂水及郯城地震遗迹(地裂缝、断层面)等。可见山东全省旅游地质资源丰富且分布广泛。

2 数据源和技术方法

2.1 数据源

收集的矢量数据主要包括全省1∶5万比例尺的基础地理信息框架数据和全省1∶50万比例尺地质矿产基础数据。收集的遥感影像数据包括2015年和2004年2个年度全省TM卫星影像。收集了9个年度的三维地形遥感数据，由2008—2016年历年土地变更调查遥感影像生成，数字高程模型(digital elevation model,DEM)格网间距为5 m。针对地表变化较大的地质公园及选定的旅游地质资源远景区的研究，购置最新的Pleiades卫星0.5 m分辨率影像，覆盖范围共计约1 700 km2。遥感影像数据情况见表1。

表1 遥感影像一览表

2.2 技术方法

2.2.1 数据处理

对2个年度的22景TM卫星遥感数据、新购置的1 700 km2高分辨率卫星影像进行几何纠正、融合、增强等图像处理。根据经验，对于TM影像，以4,5,3波段组合影像为主要解译影像，以7,4,1波段组合影像为辅助解译影像。高分辨率影像选用RGB真彩色波段组合。利用SkylineTerraBuilder软件，将TM影像、Pleiades卫星影像、2008年三维地形数据与5 m格网间距DEM融合，建立全省三维地形数据(MPT格式)并发布为流模式；利用Skyline SFS软件对矢量数据进行切片并发布为Web要素服务(Web feature service,WFS)，制作三维场景，以此作为遥感解译三维本底数据库。将新生成的地形数据MPT文件发布为Web地图服务(Web map service,WMS)，在ArcGIS软件中与TM影像、矢量数据叠加，作为遥感解译二维本底数据库。

2.2.2 遥感解译

依据地质遗迹的三维立体形态、色调、阴影及纹理等影像特征，结合已有地质遗迹资料和野外调查信息，建立遥感解译标志。某些地质遗迹遥感影像特征在平面影像上表现不明显，在三维可视化遥感影像上其立体形状特征比较突出，易于解译，可以有效提高解译精度。例如，瀑布因为发育于悬崖峭壁上，在平面影像上信息较难提取，而在三维立体影像上却很容易识别。以图1岠嵎瀑布为例，其上游为一条河流，流水常年不断，流经岠嵎山北峰悬崖处，陡然下落，形成瀑布，在影像上色调呈亮黑或亮青色。依据解译标志，通过采用二维、三维结合方式进行目视解译。先利用TM影像对地层和断裂带等大的地质构造进行遥感解译，再在选定的旅游地质资源远景区利用高分遥感影像，在三维场景中从不同角度、尺度对地质遗迹进行目视解译。

图1 岠嵎瀑布

2.2.3 野外调查验证

在旅游地质资源遥感解译图及综合分析整理的基础上，认真研究布置野外验证路线和工作方案。利用GPS设备导航至野外调查点，主要采用地质调查、露头观测、剖面测量、摄像拍照等方法对区内典型和有代表性的旅游地质资源进行野外调查，对地质遗迹点进行定性定量描述，采集坐标信息，拍摄照片、录像等实地信息，为旅游地质资源分类和对比研究提供实际资料。

2.2.4 地质遗迹评价

地质遗迹评价以科学价值、美学价值、科普教育价值及地学旅游价值为主，参考有关因素对地质遗迹进行综合评价。依照《国家地质公园规划编制技术要求》，评价等级有世界级、国家级、省级及省以下级4个等级。评价方法主要采用专家鉴评法，聘请主持参与过省内大部分地质公园申报与评审工作的权威专家作为项目技术顾问，根据评价标准并结合其丰富的工作经验，评价地质遗迹的级别。其中，地学旅游价值部分同时参考外业调查人员意见，占50%权重。

2.2.5 数据建库及系统开发

将解译成果等矢量数据、遥感影像、三维地形文件及地质遗迹点实地照片、录像与文字资料等按照统一的标准建立数据库。基于山东省“数字国土”三维信息共享平台框架[10]和Skyline软件平台，采用B/S架构，应用Internet License组件+TerraExplorer API模式开发构建山东省旅游地质资源三维地理信息系统。

3 主要成果

通过遥感解译和野外调查工作，获取了山东省旅游地质资源的分布范围以及地质遗迹点的信息，包括全省64个地质公园和127处地质遗迹群。通过综合评价比较，确定十几个具有开发潜力的旅游地质资源。采集了917个地质遗迹点的位置、属性、照片和录像等信息。将成果资料按照统一的标准建立数据库，基于Skyline软件开发建立了旅游地质资源三维地理信息系统，实现了三维多功能一体化管理与应用，系统界面见图2。

图2 山东旅游地质资源三维地理信息系统

4 开发潜力展望

通过对地质遗迹进行综合评价，评选出了3个具有升级潜力的省级地质公园，即五莲县五莲山—九仙山省级地质公园、邹城市峄山省级地质公园和临朐县沂山省级地质公园，筛选出了多处具有开发潜力的地质遗迹。具有开发潜力的主要地质遗迹见表2。

表2 山东省旅游地质资源及其发展潜力展望

受篇幅所限，只介绍五莲县五莲山—九仙山省级地质公园、邹城市峄山省级地质公园、青岛市崂山景区、黄岛区大珠山—灵山岛公园、莱芜市九龙山景区和济南市七星台景区的概况。

4.1 五莲县五莲山—九仙山省级地质公园

五莲山—九仙山是国家AAAA级景区，自然景观以奇、秀、险、怪、幽、旷、奥7大特色著称，皇家寺院万寿光明寺、依托大悲峰山体雕刻而成的我国北方最大的释迦牟尼佛像、万亩野生杜鹃花园等人文景观著名，经济价值较高。五莲山—九仙山是新元古代与中生代地质遗迹的精美结合。距今8亿～7亿a，地壳演化进入新元古代南华纪，扬子板块北缘胶南—威海一带，岩浆活动强烈，形成了荣成序列、月季山序列和铁山序列花岗岩。继后经历了长期的隆起、剥蚀作用；三叠纪末期发生扬子板块向华北板块深俯冲的大陆碰撞和超高压变质作用，南华纪形成的花岗岩在距今2.40亿～2.25亿a前又遭受了强烈变质变形作用。地质遗迹包括花岗岩地貌(天竺峰、情侣峰、观星台等)、地质剖面、罕见的断裂构造(水帘洞、水洞天等断裂洞穴)、象形石(龟石、靴石、元宝石等)、水体景观(龙潭大峡谷、洗耳泉、天泉等)、海蚀洞、地质灾害遗迹等[11]。该地质公园地质遗迹资源具有苏鲁造山带新元古代荣成岩套变质变形花岗岩剖面、中生代早白垩世晶洞花岗岩剖面、中国北方罕见的花岗岩峰林地貌(其在影像上表现为比较密集的巨石凸起，出露的花岗岩呈浅黄或亮白色调，刀砍状节理比较清晰，见图3)等典型特点，是开展苏鲁造山带地质研究，探索板块碰撞、花岗岩类形成演化机制的绝佳场所，具有较高的科学研究价值。

图3 五莲山—九仙山峰林地貌

4.2 邹城市峄山省级地质公园

峄山位于孟子故里，为国家AAAA级旅游景区，自孔子“登东山而小鲁”及秦始皇登上峄山“一步登天石”封禅之后，历代帝王将相、文人墨客络绎来此，历史人文景观极其丰富，成为我国古代的9大历史文化名山之一。地质遗迹以奇石、险峰、幽洞、灵泉及崩塌地貌等为特征。根据新测的锆石SHRIMP U-Pb年龄结果，峄山已有25.3亿a的历史，推算其形成时代为新太古代晚期[12]。多期次构造应力作用(尤其是喜马拉雅期构造应力作用)让其山体节理极其发育，裂隙密集，风化强烈。因重力、地震等因素引起地质崩塌，形成壮观的花岗岩石海及众多的滚石堆岩洞(图4),其中有名称的岩洞就有近200个。岩石崩落后留下陡峭山峰和石柱，形成五华峰、丹丸峰、冠子峰等典型的花岗岩奇峰。强烈的球状风化形成了独特壮观的石蛋地貌群。差异风化造成岩石出现各种凹坑，形成了国内外罕见的象形石景观，“子孙石”“元宝石”等有冠名的奇石多达300多块。泉水多分布于洞穴中，构成近百处洞泉相依的地貌景观[13]。地质遗迹还包括峄山超单元宁子洞和望子山2个岩石单元建立的典型剖面。

图4 峄山石海

4.3 青岛市崂山景区

崂山是国务院首批审定公布的国家重点风景名胜区之一，国家AAAAA级旅游景区，历史上曾有“九宫八观七十二庵”，是我国著名的道教名山[14]。地质遗迹资源丰富、独特。崂山花岗岩是苏鲁地区燕山期花岗岩带中的重要组成部分，崂山花岗岩和周边同期高钾钙碱系列侵入体在岩石地球化学上具有A型或I-A复合型花岗岩的组成特征。崂山是崂山序列的命名地，花岗岩由浮山、石门山和崂顶3个亚序列组成，代表了3次大规模的岩浆活动。崂山裂隙和节理广泛发育，球状风化明显，花岗岩地貌类型主要有峰林、峰墙、崮、洞、象形石、岩臼等以及砾石堤、巨砾扇、砾石海岸、砾石滩、堆积洞等独特的花岗岩堆积地貌[15]。峰林地貌主要分布在海拔500 m以上山体，以崂顶周围最为典型，比高崮、将军崮等崮形地貌广泛发育。“情侣石”“相公石”等象形石千姿百态，比比皆是。地质崩塌较多，山上巨石坠落堆满了山谷，形成石瀑石河，遥感影像上显示有数十条之多(图5)。水体景观有九水十八潭、龙潭瀑布、潮音瀑布等。在山海结合部海蚀地貌发育，岬角、海蚀崖、岩礁、滩湾交错分布，形成瑰丽的山海奇观。崂山的洞穴非常发育，那罗延窟、猷龙洞等比较著名的洞穴有44处。在崂山山峰顶部、山脊、丘顶和巨大砾石上发育有上千个岩臼，比较典型的有天波池、瑶池和石盆石碗等。在崂山周围，特别是崂山的东侧，发育有多条由砾石堆积形成的泥砾堤。目前地质界对崂山的岩臼、泥砾堤等微地貌的成因仍有争论[16]，更增添了崂山的科研和科普价值。

图5 崂山石瀑

4.4 黄岛区大珠山—灵山岛公园

大珠山—灵山岛旅游风景区由隔海并峙的大珠山、灵山岛组成，为国家AAAA级旅游景区。这里人文荟萃，风景优美，有丰富的地质地貌遗迹和旅游资源。大珠山地区断裂与花岗岩节理方向接近垂直，将花岗岩切割得比较破碎(图6)[17]，主要为受断裂切割、重力作用和新构造运动影响及风化剥蚀作用形成的花岗岩地貌景观地质遗迹，主要包括“和尚拜佛”“神龟望月”“仙人桥”等有代表性的花岗岩地貌遗迹，典型的断裂洞穴遗迹，中生代早白垩世花岗岩地质特征、侵入岩剖面，断裂地质构造形迹遗迹等。灵山岛园区主要是陆相碎屑沉积和火山喷发沉积形成的地貌景观遗迹，主要有霏细岩侵入莱阳群上部地层形成的老虎嘴、莱阳群曲格庄组砂岩夹页岩地貌遗迹，象鼻山、恐龙石、望海楼等代表性的青山群火山岩地貌遗迹，灵山岛中生代地层剖面，中生界下白垩统碎屑岩中发育很好的风暴岩与风暴沉积[18]，断裂地质构造形迹遗迹，典型的海蚀洞穴遗迹等。近几年对灵山岛的地质研究呈现热潮，新的研究成果不断出现[19-25]，在灵山岛下白垩统沉积岩地层中首次发现了鱼类和叶肢介化石，新发现灵山岛纹层控制的砂级颗粒支撑叠瓦构造等，都说明该地区地质遗迹科研价值巨大，需要很好的保护与开发。

图6 大珠山遥感影像

4.5 莱芜市九龙山景区

九龙山景区寒武纪地质剖面地层出露齐全，古生物化石丰富，地质遗迹较多。剖面下部为长清群，属陆表海碎屑岩-碳酸盐岩建造，出露朱砂洞组及馒头组地层，下伏新太古代晚期傲徕山岩套二长花岗岩；上部为九龙群，主要由碳酸盐岩组成，与上覆奥陶纪马家沟组平行不整合接触(怀远间断)，与下伏长清群整合接触，地层厚度超过1 000 m，自下而上划分为张夏组、崮山组、炒米店组和三山子组。九龙山寒武纪崮山组泥质页岩夹薄层链条状灰岩，富含三叶虫化石；九龙山剖面张夏组下灰岩段中发育有大量微生物岩,包括树形石和凝块石等。考察长清张夏—崮山省级地质公园需要徒步翻越馒头山和唐王寨才能够看到寒武纪地质剖面全貌，而九龙山寒武纪地质剖面可以沿水泥公路进行连续观测，交通更加便利，非常适合开展野外地质实习、教学等科学普及活动。

4.6 济南市七星台景区

七星台因“七峰竞秀,势若北斗”而得名，平均海拔780 m,森林覆盖率90%以上,是济南市重点旅游景区。有齐长城、兵圣孙武的武胜门和演兵场、曹操修建的品官阁等众多古迹。有中国首个星光公园和星光保护区，曾被《中国国家地理》杂志评为“全球最美的星空之一”，成为天文爱好者和星空摄影爱好者的圣地。地质遗迹资源丰富，北部有长清群张夏组灰岩崮形地貌发育，南部有泰山岩群和新太古代早期花岗岩出露，是研究鲁西花岗-绿岩带形成演化的最理想地区之一。枣林—团圆沟一带有最古老的雁翎关组火山岩地质遗迹，主要为变质块状和枕状玄武岩以及层间片状变质泥质—粉砂质沉积岩，厚度约1 600 m，往东南延伸到七星台—火贯减小到约800 m。在枣林—团圆沟变质块状玄武岩内还存在小规模变质辉长岩和 TTG 脉体，变质辉长岩与变质玄武岩为侵入关系，宽度通常为 1～4 m。TTG 岩脉和英云闪长片麻岩的年龄分别为(2 706±9) Ma和(2 707±9) Ma。雁翎关组的形成时代应在2.71～2.75 Ga之间。其原岩为拉斑玄武岩，来自亏损地幔源区，推测其形成环境与洋底高原更加类似。