多源遥感技术在巴基斯坦Dalwal-Padhar地区煤炭资源调查中的应用*

仙麦龙

(中国煤炭地质总局航测遥感局,陕西 西安 710054)

0 引言

中巴经济走廊带是加强中国与巴基斯坦两国交流与合作的重要纽带,对于加强两国互联互通,促进两国共同发展具有重要意义,同时也是推动“一带一路”建设的重要旗舰项目,主要涉及港口、基建、能源等领域,其中能源是各类工程的保障。近年来,鉴于国际能源形势的变化,巴基斯坦政府意识到开发国内煤炭资源补充国内能源供给的重要性,加强了对国内煤炭资源的勘查开发力度。根据巴基斯坦地质勘测中心(Geological Survey of Pakistan,GSP)的估算,巴基斯坦全国煤炭储量在1 850亿t左右,主要集中在南部的信德省,为1 840多亿t,北中部煤炭资源贫乏,主要集中在旁遮普省,约2.35亿t。且煤炭地质工作程度低,严重影响了当地国民经济的发展,为满足经济发展的需要,对当地煤炭资源潜力进行系统调查评价具有重要的现实意义。

巴基斯坦旁遮普省煤炭资源主要分布在交通不便的偏远地区,随着遥感技术的发展,遥感技术与煤田地质勘查技术相结合解决煤炭资源评价问题已渐趋成熟,遥感技术以数据源丰富、成本低、解译效率高、视域广且不受地貌条件的限制等优势[1-2],在边远地区找煤[3-6]、煤田地质填图[7]、煤田构造分析[8-10]等方面被普遍应用。鉴于巴基斯坦旁遮普省煤田地质工作程度低、构造活动强烈和交通不便的特点,非常适合运用遥感技术开展煤炭资源调查评价。

1 研究区概况

1.1 地理位置

Dalwal-Padhar研究区隶属巴基斯坦旁遮普省(Punjab),位于首府拉合尔(lahore)市NE方向,直距约200 km,距首都伊斯兰堡(Islamabad)120 km。研究区位于盐岭山地与印度河冲积平原的转换部位,海拔高度200～800 m,属南亚次大陆低山、丘陵地貌,侵蚀、剥蚀作用强烈,山体延伸方向与地层走向平行。山脉展布于杰赫勒姆河与印度河之间,陡峭的灰岩山岭和峭壁多见,河流切割作用强烈。高原上覆盖的土壤层较薄,冲积平原上所覆盖的土壤层则相对较厚。水系受地质构造和岩性影响,多以南北向为主的树枝状水系为主。

1.2 地质背景

巴基斯坦Dalwal-Padhar地区位于波特瓦尔高原南部,盐山逆冲断裂带北部,处于波特瓦尔-盐山褶皱冲断带的前缘,属巴基斯坦北部褶皱-逆冲断裂带[11-13]。盐山断层是活动的逆冲前缘断层,其南部正在形成新的构造前缘。研究区东部为左旋的杰赫勒姆断裂,西部为右旋的卡拉巴夫断裂,整体上构造形态比较复杂,褶皱和断裂构造均较发育。北波特瓦尔高原的特征是强烈的褶皱和逆冲断裂。整体属于科哈特-波特瓦尔(Kohat-Potwar)地质分区,受板块构造活动的影响,缺失二叠系上统、白垩系、侏罗系及三叠系。区内含煤地层为古新统Makerwal群,由老到新进一步划分为Hangu组、Lockhart组以及上覆Patala组,其中Patala组为重点含煤地层。

研究区岩石类型发育较齐全,不同岩性组合形成的地层间的遥感影纹特征差异显著,各种岩石类型和地质构造在遥感影像上所呈现的特征具有明显的差异,可以快速高效区分,同时因地层岩性差异和构造变化形成的地形地貌、水系和植被发育特征具有明显的规律性。大型的赋煤褶皱和控煤断裂形成的构造轮廓清晰。且浅部沿煤层露头生产小窑较多,为含煤地层及煤层的调查提供了便利。综合而言,研究区地形、地貌、地质构造等遥感影像特征明显,宜采用传统煤田地质调查与遥感技术相结合的方法,开展煤炭资源综合调查评价。

2 遥感信息源选取及处理

针对研究区地形切割强烈,多期构造活动和煤层浅层发育的特征,适合选取不同空间分辨率的遥感数据按照由区域扫面到局部突破的思路开展遥感煤炭资源调查。

SPOT图像不仅具有4个多光谱波段和1个全色波段,空间分辨率可达1.5 m,而且还具有覆盖面积大、数据易获取等优点,广泛应用于不同类型的遥感地质调查工作中。ETM具有8个波段和15 m的空间分辨率,波段组合丰富,蕴含的光谱信息对地层岩性分辨和构造识别具有良好的解译能力。在分析研究区地形地貌特征和地质构造的基础上,划分遥感地质可解译程度,选取SPOT遥感影像数据作为主要信息源,ETM遥感影像数据作为辅助信息源。

根据研究内本次煤炭资源调查评价的工作精度要求,对收集的研究区遥感影像数据采用基础地形图控制点,应用ENVI图像处理软件进行几何精校正和数字镶嵌处理。选取最能表现地貌特征、地层和控煤构造信息的ETM743波段组合,并将ETM743合成图像与ETM8波段进行融合处理,利用遥感增强处理技术提取构造、地层(特别是含煤地层)等信息,叠加较高分辨率的SPOT图像解译的高精度的地层构造信息,最后增加基础地理要素内容,最终形成适合遥感煤炭资源调查的影像底图。

3 遥感地质解译

以遥感影像底图为参考,通过基础地质资料分析和野外路线踏勘,建立研究区内各种类型的地层和地质构造的遥感解译标志。并按照不同目标的解译标志开展详细解译,重点对含煤地层分布、构造发育特征和聚煤规律等进行综合研究,遥感解译内容主要包括地层解译和构造解译。

3.1 地层单元解译

根据研究区不同地层的岩性呈现的光谱和纹理特征,建立地层遥感解译标志,对研究区内分布的地层单元开展遥感解译,尤其对Patala组含煤地层及上覆重点层段Nammal组开展了详细解译。含煤地层由稳定的沉积岩性组合形成,整体以质地松软的砂、泥岩为主,在微地貌上呈负地形。各种类型的岩性组合及软硬岩层形成的微地貌及植被水系的区别明显,在影像上形成特殊的色调和影纹。利用这些特殊的遥感影像标志很容易识别含煤地层特征。区内含煤地层及主要层段岩性特征及遥感影像标志详见表1。

表1 含煤地层及主要层段岩性及遥感影像特征

Patala组为研究区煤层的赋存层位,下部岩性以白色-浅褐色薄层状细砂岩,下部岩石致密、质地坚硬,上部岩石松散易碎,该组上部为浅灰绿色泥岩、灰黑色碳质泥岩、煤层(线)及粉砂岩,夹薄层状含黄铁矿瘤灰岩,顶部为一套灰黑色薄层泥岩作为与上覆Nammal组的分层标志。含煤1层,局部因沉积分叉成2层,地层厚度一般为5～26 m,平均厚度为11 m,整体上具有东部厚西部薄的趋势。沿煤层露头,一般都有人工挖掘的小煤窑,地表多堆积灰黑色泥岩与煤层风化物,在遥感影像上呈现黑色条带,如图1所示。

图1 煤层露头遥感影像特征

3.2 构造解译

Dalwal-Padhar研究区所在的南波特瓦尔高原古生代之前的褶皱比较复杂,褶皱轴由西向东主要从东西向变为北东向,新生代在北部表现为地层北倾、局部发育变形程度低、与盐岭展布方向大致平行的宽缓褶皱,南部随古生代基底褶皱起伏而变化,断裂多为压扭性质断裂,且多期活动特征明显。区内褶皱构造以成层的地层条带或条纹的褶曲形态为主,形成不同色彩和影纹的交替分布,影纹条带呈圈闭或半圈闭的弧形条带,总体呈近南北向和近东西向展布,本次解译褶皱构造9条,其中向斜3条,背斜6条。

区内断裂构造呈线状分布,断层两侧地层岩性、水系、植被的变化,在遥感影像上形成明显的色调、形状和影纹分界,造成线状色彩异常或色彩分界面,大型线性影像体交接现象明显,研究区控煤构造以北西向、近东西向为主。本次共解译和验证断裂构造64条,其中主要控煤断裂在遥感影像上线性特征明显,断层经过处为北西向沟谷,南段东侧呈灰绿色,影纹光滑呈不规则块体,西侧呈灰红色,影纹粗糙,呈较紊乱的条纹状,如图2所示。

图2 研究区主要构造遥感影像特征

研究区在区域应力的作用下,形成了以宽缓向背斜为特征的褶皱构造,局部地区形成了纵向断裂构造。即在宽缓褶皱形成过程中,在南北向挤压应力的持续作用下,背斜轴部形成张性断裂,组成了“地堑”式的构造样式,在地貌上背斜轴部形成的张性断裂破碎带易风化剥蚀,形成了宽缓的U型谷负地貌单元。

4 聚煤规律与资源前景评价

基于以往煤田地质资料的分析,结合遥感煤炭地质调查对地层和构造的初步认识,开展含煤地层沉积演化、控煤构造和煤炭资源分布等综合研究,系统分析研究区聚煤规律,评价煤炭资源开发前景。Dalwal-Padhar研究区内古近系Patala组是主要的含煤地层,同时也是相邻的波特瓦尔盆地内主要的烃源岩层系之一,总体为一套潟湖-潮坪相的含煤细碎屑岩沉积[11],煤层厚度0.3～1.2 m。富煤区主要分布在Bhal、Dhariala等地区,向北煤层变薄,在整个研究区新近系盆地之下均覆盖有Patala组含煤地层,受基地起伏与后期构造改造的影响,褶皱核部煤层变厚,局部地段煤层顶板的砂岩对煤层存在冲刷,影响了煤层的稳定性。

总体来看,巴基斯坦Dalwal-Padhar研究区构造活动强烈,含煤地层沉积环境稳定性较差,且受后期构造改造的作用明显,整体的含煤性较差。鉴于当地属于极度缺煤地区,结合当地经济发展对煤炭资源的强烈需求,煤炭资源开发利用方面以适合小煤窑开采为主。

5 结语

采用SPOT与ETM遥感多源卫星数据,通过遥感煤田地质解译与野外调查验证,结合以往煤田地质资料的分析,对巴基斯坦Dalwal-Padhar地区的地层、构造及聚煤规律进行了研究,初步评价了该地区的煤炭资源前景,为进一步在该区进行煤田地质工作提供了地质依据。实践证明,在巴基斯坦等南亚次大陆低山、丘陵浅覆盖地区,基岩裸露程度高,构造轮廓清晰,岩石地层光谱反射特征差异大,地质体的可解译程度高,多源遥感技术可快速高效识别含煤地层和控煤构造,为煤炭资源调查评价提供依据,是非常适合的煤田地质调查手段之一,建议在“一带一路”能源矿产地质工作中推广使用。