中美合作地质填图方法
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发布时间：2022-06-09 05:11
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时间：2022-07-08 02:55
根据东昆仑地质填图实践经验，对中美合作地质填图方法简要总结如下。
1.填图前的准备工作
在进行东昆仑地质填图前，首先收集与阅读前人地质资料、进行遥感地质解译。前人地质资料分析由中方人员辅助完成，主要包括已有填图单位的划分和填图单位名称、主要岩性及组合变化规律、各填图单位的时代及依据、接触关系及可靠性分析。在此基础上分析前人地质图中存在的问题，结合遥感图像进一步确定野外重点填图区域和填图路线，以尽可能观察到需要检验的构造、地层和地貌特征为原则。
由于ASTER和Hyperion遥感数据以提取矿化蚀变信息为主要目的，野外主要应用IRS-P6图像和ETM高空间分辨率图像进行地质解译，解译对象以线性构造为主，只有当存在特别明显影像特征情况下才解译岩石和地层。
2.填图比例尺的选择
野外填图的详细程度由填图比例尺决定，而地质复杂程度、露头出露情况、可用的地质知识以及填图目的又*了填图比例尺的选择。同时，选择填图比例尺要考虑野外数据采集量应与地质图上的有效填图空间相平衡。在构造与地层简单地区，有限的数据就可以对地质体进行控制，填图比例尺为1∶50000～1∶250000的中-大比例尺；而在构造和地层复杂地区，需要更多的细节来描述岩石和构造特征时，需要采用1∶50000～1∶25000的大比例尺。在水泥厂和东大滩温泉水库地区，断裂构造复杂，地层多呈构造岩片形式出现，故野外采用1∶25000比例尺进行地质填图，尽管填图速度比较缓慢，但可以很好地揭示岩石地层特征和构造细节。
3.遥感图像的应用
根据东昆仑断裂构造发育的地质特点，野外重点利用IRS-P6和ETM等遥感图像对线性构造进行解译。具体做法是，在开展野外填图前，将遥感图像上解译出来的地质信息用虚线标绘在野外手图上，待野外验证核实后再改为实线。如水泥厂填图区，填图前先将遥感图像上非常明显的近东西向、北东向和北西向线性构造转绘到野外手图上。野外填图结果表明，东西向线性构造形成时代较早，多表现为不同地质边界断裂或韧-脆性剪切带，而北东向和北西向断裂形成时代要晚，并控制现代河流、冲沟等微地貌（图8-2），属于新生代破裂系统。后者是我们以前填图往往忽略而对环境和灾害评价具有重要意义的内容。
图8-2 大干沟南新生代断裂控制现代地貌特征
4.野外地质填图路线
野外采用USGS惯用的“地质现象决定地质路线”的填图方法。该方法能有效控制岩石地层单位和构造要素。
野外地质路线通常需要提前设计，以便最有效地利用野外时间和防止野外数据的遗漏。填图路线没有框框*，具体填图路线通常在前一天确定。在确定第二天工作区域、填图路线和重点观察内容时，需要考虑以下五方面的情况：一是前人地质填图结果，其地质界线是否需要重新验证，前人遗留的问题有无解决的可能性；二是当天的工作情况，主要考虑当天填图是否达到了预期目标。如没有，需要结合前人地质图和遥感图确定第二天需要补充的观察点或地区；三是遥感图像解译出来而原来没有填出的地质要素，如前述的线性构造等；四是前人地质图中有无需要进一步划分和填绘的岩性段；五是填图区构造格架是否完善。在野外填图工作中，除解决计划内的地质问题外，还需要根据地质现象的变化和新发现不断调整填图路线走向，对重要地质现象进行追索和观察，如对牦牛山组和纳赤台群角度不整合接触关系的追索（图8-3）。
图8-3 野外追踪牦牛山组与纳赤台群的不整合接触关系
图8-4 东大滩北缘断裂结构图
“地质现象决定地质路线”填图方法在温泉水库地区地质填图中也取得了良好的效果。温泉水库地区地势陡峻，构造复杂，形成印支-燕山期构造与新生代走滑-逆冲构造的叠加变形。2005年7月和2007年6～7月，中美联合填图组对温泉水库一带的东大滩北缘断裂带进行了比例尺为1∶25000的地质填图，通过追索填图，详细填绘了东大滩走滑-逆冲断裂的细结构（图8-4），为东昆仑山脉隆升机制研究提供了重要的构造证据。东大滩断裂带细结构可与Kellogg等（2008）填绘的美国加利福尼亚Cuyama地区的圣安德烈斯断裂结构相媲美。
5.野外记录方法
图8-5 Barosh教授的野外记录
野外现象记录在USGS专用的野外记录本上，记录方法也与USGS长期采用的记录方法相同，记录格式及记录方法如图8-5所示。野外记录本的首页详细列出观察点号。野外记录主要有两部分内容：一是地质点号，在记录本的最左侧；二是地质内容，主要包括岩石宏观特征、岩层和构造产状、接触关系、变形特征、矿化蚀变、样品和照片位置等。除对岩石进行详细描述外，还需要对构造较复杂地区观察点及周围一定区域范围内的地质体分布和构造现象进行素描，对岩石地层和构造现象进行详细的解释或说明，并标明每一个样品和照片位置，方便其他人查阅（图8-5）。所有地质现象的描述和素描均在野外现场完成。东昆仑野外填图的野外记录方法与英国地质调查局及加拿大地质调查局野外记录方法完全相同（图5-2，图5-3）。
6.野外手图的标绘
野外手图上标绘的地质要素包括观察点号、地质界线、产状、用符号和英文缩写字母表示的颜色、岩性和断层（实测和推测）等（图8-6）。手图上的产状和其他野外观测数据尽可能标在与实际位置接近的地方，即使较拥挤，也不要远离它们的实际位置。
图8-6 2008年5月22日完成的地质填图
m—大理岩；mc—大理岩质砾岩；v—火山岩；ss—砂岩；ss+g—砂岩夹砾岩；ls—灰岩；sh—板岩；
⑧—岩性层编号；36—观察点号；虚线—遥感解译断层；实线—地质界线或已验证的断层；
？—需要验证的断层和岩性层
野外按不规则路线进行观察和填图，每天都可以完成面积不等的填图工作，野外地质手图上实际上已经勾绘出当天填图所在区域的地质图。野外勾绘地质图时通常参考高分辨率卫星图像，以便对野外观察数据做出最好的地质解释。由于所有地质要素的标绘均在野外现场完成，这样可以很快发现填图区存在的问题，以便在当天或第二天填图过程中优先解决。重要的是，野外实地勾绘地质界线和确定地质关系可以防止地质现象的简单化。
7.填图内容
野外填图内容主要包括岩石组成与产状、填图单元之间的接触关系、断层产状和运动特征、矿化蚀变等。同时采用USGS填图方法，在填制组（Formation）图的基础上，对段（Member）和层（Bed）等岩石地层单位及特殊岩性层、均一岩性夹层等非正式地层单位进行了详细划分与填图。水泥厂地区分布的泥盆系牦牛山组磨拉石建造的岩性填图就是典型例证。尽管前人已经建立了以组为单位的地层格架，但填图时对不同岩性段进行了对比和填图（图8-6）。牦牛山组在1∶20万纳赤台幅中划入下二叠统，1∶5万水泥厂幅将其解体为纳赤台群石灰厂组火山岩段、哈拉巴依沟组钙质千枚岩段和泥盆纪碎屑岩组。2008～2009年中美联合在该地区进行地质填图时，将该地区岩石地层单位进行了解体与详细划分，新发现志留系赛什腾组和中-下泥盆统牦牛山组。其中牦牛山组磨拉石建造中夹有多层流纹岩和流纹质凝灰岩，呈角度不整合覆盖在奥陶系纳赤台群石灰厂组火山岩段和志留系赛什腾组之上（图8-7）。锆石U-Pb测年结果表明（张耀玲等，2010；陆露等，2010），纳赤台群和牦牛山组火山岩分别形成于晚奥陶世和早-中泥盆世，从而解决了长期争论的地层时代和构造属性等问题。
图8-7 水泥厂东牦牛山组角度不整合覆盖在纳赤台群石灰厂组之上
除地质界线、岩层产状、断层等地质要素外，其他可识别的地质要素均为填图对象，如控制现代地貌的新生代断裂等（图8-2）。
根据地表地质现象推测的隐伏地质信息或遥感解译的隐伏断裂也是地质填图的重要内容，如根据断裂两侧地质体发生位移推测的沿格尔木河展布的北东向左旋走滑断裂，虽然被新生代地层所覆盖而无法观察和验证，但同样可用相应图式直接标绘于地质手图上。Kellogg等（2008）在加利福尼亚地区填图时也根据断裂的几何结构推测被新生代地层覆盖的不同性质的断裂。总体来看，东昆仑中美地质填图时所采用的填图方法与USGS野外填图方法相同，对所有可识别的地质要素进行了填绘。
8.当天资料的整理
每天晚上的资料整理包括以下几个方面的工作。
（1）将白天在野外手图上标绘的内容转绘到包括整个工作区的底图上。这不仅可以反映总体工作进度和显示填图遗漏的地区，展示最新的地质图结构，而且可以显示出隐蔽的构造，从而确定需要增加工作的地区。重要的是，野外发现的地质接触关系、产状、构造要素和采样点要在每天工作的结尾时及时转绘到留在营地的野外清图上。一般将数据绘制在同一张图上，这样可以显示所有填图组采集数据，这对保持地质图的连续性具有重要意义。这些工作对避免填图人员结束野外工作后才发现问题特别重要。
（2）将新发现的接触关系、接触类型和厚度等资料添加到地层柱状图上，逐步完善填图区地层柱状图。
（3）当天野外记录和野外手图的检查和完善，并根据野外观察到的地质现象勾画填图区地质构造模型，以反映地层关系和构造运动特征等。当完成一定区域填图后，当天的整理工作还包括对地质构造模型的不断修正和完善。
（4）总结当天的填图情况和分析存在的问题，仔细判读地质图和航卫片，找出出现问题的准确位置，制定第二天的填图计划。通常，重要现象会重复观察，直到问题得到解决。当填图过程中发现能够提供解决问题的最佳地区时，野外填图路线要随之修改与调整。
（5）完善地质构造模型。野外填图时首先建立填图区地质构造模型，然后在地质填图过程中根据观察资料不断修正模型。每天资料整理完成后都需要对模型进行修改，在此基础上提出下一步工作设想，然后安排第二天的野外工作路线，以解决地质构造模型中存在的问题，最终得到一个经得起检验的地质构造模型。
9.野外地质样品的采集
美国地质填图重在野外，对岩石和地质现象的观察应主要在野外完成，可采用放大镜观察或者肉眼观察，只有在肉眼和放大镜难以鉴定时才采集薄片样品，而对其他测试分析主要以高精度测年为主，以解决岩石地层形成时代。从美国国家地质合作填图计划执行情况也可以看出，美国地质填图过程中所进行的室内分析主要目的是为了解决地质填图中存在的地层时代和岩石热演化历史问题。
在2007～2009年填图中，在不同时代火山岩中采集了12个锆石U-Pb测年样品。测年结果表明，前人1∶20万和1∶5万所填绘的水泥厂东下二叠统流纹岩与锯齿山一带的晚泥盆世酸性-基性火山岩系属同一火山-沉积系列，形成时代均为早泥盆世，锆石U-Pb年龄分别为（408.2±2.4）Ma（陆露等，2010）和（407.9±3.2）Ma（张耀玲等，2010）（图8-8）。详细岩性填图和高精度年龄测定，解决了长期争论的地层时代和构造属性问题，也为东昆仑造山带早古生代造山事件提供了年龄约束。
图8-8 锯齿山西牦牛山组火山岩CL图像与SHRIMP锆石U-Pb年龄
10.地质报告的编写
野外填图工作结束后，Barosh教授完成了水泥厂地区约50km2填图区的图件整理、地质构造模型的完善和报告编写。报告内容包括五方面：一是摘要；二是填图区前人工作情况和本次填图情况；三是岩石地层单位演变历史；四是各岩石地层单位的描述，重点描述岩石特征、接触关系、形成时代和空间分布，并根据地质填图过程中形成的地质构造模型进行地质解释；五是构造演化。报告内容与报告编写风格和美国地质调查局地质报告一样。
