太原盆地卫星影像活动构造解译及其找水意义

太原盆地卫星影像活动构造解译及其找水意义

梅安新

太原盆地为山西省六大盆地之一，位于山西高原的中部，盆地呈“NE—SW”方向延伸，长约200km，宽度12～14km，面积约5 050km²。盆地周围的高原面海拔在1 000m以上，盆地中心海拔在700～800m之间，汾河自北向南从盆地中间穿过，汾河干流以西有磁窑河、瓦窑河、文峪河等支流流入，干流以东有潇河、乌马河、昌源河、惠济河、龙凤河等相继汇入。太原盆地是山西高原中灌溉农业比较发达的地区，但是，大部分河流在枯水季节流量很小，甚至断流，工农业用水都需要地下水。

关于盆地冲积平原疏松覆盖层以下的隐伏断裂，已有人作过解译，我们主要根据卫星影像的影像特征和地面解译标志，仅对活动构造进行初步的解译。

一、活动构造的影像特征

太原盆地为山西高原上的陷落盆地，盆地的边界与周围山地一般以活动断裂分开。从ERTS₂1975.3.15成像的MSS₅影像来看，其影像特征表现为：

1.盆地与周围山地在色调上有较大的差别，周围山地一般表现为黑色－深灰为主的较深色调，而盆地底部表现为较浅的色调（灰－灰白），两者界面清晰，分界面的界线明显。但盆地东西两侧分界面的色调不同，盆地西部界面由于迎着日光（成像时间：北京时间上午10时31分10秒，太原地方时约10时，太阳方位角为135°），清徐－交城－汾阳断裂带（西边山断裂带）断层线崖反射太阳光较强，表现为线状白色调，而盆地东侧的太谷－介休断裂带（东边山断裂带）断层线崖由于背向太阳光，则表现为阴影，具有较深的色调，整个盆地边界呈折线形。

2.盆地底部为深厚的疏松沉积层所覆盖，地面平坦，形态比较单调。盆地周围的高原和山地，地面切割比较破碎，起伏较大，形态复杂多样。

3.盆地内部各种地貌类型，由于其形态和组成物质不同，影像特征也有差别。

黄土丘陵表现为灰—浅灰色调，由于黄土疏松，地面切割得较为破碎，有众多的细树枝状沟谷系统，卫星影像图形为细浮雕状结构。

山前冲积－洪积扇，组成物质较粗（砂、砾石为主），地表向盆地中心倾斜，顶部地下水埋深较大，色调较浅，主要为浅灰－灰白，其中文峪河冲积扇，物质主要来源于上游花岗岩区，带来较多石英砂，色调比周围冲积平原要浅得多。在可见光航空影像上不能把它从周围背景上区别出来，但在卫星影像MSS₅以及MSS₇上都很容易地把两者分开。汾河以东的盆地东部，冲积－洪积扇连绵成裙，大片色调都较浅，平面呈扇形和扫帚形展开。

盆地中心冲积平原，由于地面微起伏，较低处地下水位较高，具有较深色调，汾河及其支流还在平原上留下了为数众多的古河道。从影像上看，古河道有两类：一类是呈暗色调的，低河床古河道，它低于周围地面，物质较细，湿度较大，影像上为暗色调的弯曲细线形；一类是浅色调的高河床古河道，略高于周围地面，物质较粗，地面干燥，影像上为浅色曲线形。

二、活动构造性质解译

太原盆地的边界和长轴延伸方向主要受NE向边山断裂带控制，盆地中间沉降，周围山地隆起，为明显的差异质运动。这些边山断裂主要是由NE、NEE两组交汇成折线，另有一组NW向断裂带与以上两组交汇，使盆地构成多角形。这些断裂大都在中生代末——新生代形成，而近期仍在继续活动（见图1）。

图1　晋中盆地卫星影像构造解译简图

盆地和周围高原山地在差异性相对运动中，总体上说表现为山地的隆起和盆地的相对沉降，但在山地总体隆起中，各处的隆起、抬升幅度不一，盆地的沉降幅度各处也不一致。这一特征在影像上看得很清楚。盆地西侧与西边山交接处，除文峪河现代冲积扇外，其余冲积－洪积扇的规模都比较小，而且呈“上迭”形，即新扇覆盖于老扇之上。盆地东侧有宽广的冲积－洪积扇带规模较大，向盆地中心伸得较远，老扇抬升得较高，新扇切开老扇在老扇的前方发育新扇，成“内迭”形。可以推测，第四纪以来东部沉降幅度较小，西部沉降较深，沉降中心偏于西侧。

汾河的几条主要支流山前冲积－洪积扇都发生了不同程度的变形。汾河以西支流的冲积－洪积扇向南偏转，河流出山口后也偏于冲积扇的南侧。这些支流不是以最短的路径注入汾河，而是兜了一个大圈子，最后在盆地西南端附近汇入主流，最明显的是文峪河和磁窑河。相反，汾河以东、潇河以南的各条支流，自出山口进入盆地后，向北绕了一个大弯，然后再注入汾河，河流偏于冲积－洪积扇的北侧（图2），如乌马河、昌源河、惠济河、龙凤河等都是。总之，汾河两侧支流的汇入，其流路都很不自然。此外，汾河上游古交至上蓝村一段，绕石千峰一圈，也很不自然。

图2　太原盆地第四纪自流水盆地水文地质简图

由此可见，太原盆地西北面的石千峰在近期是一个隆起中心，上升幅度最大，向南上升幅度逐渐减小。由于石千峰的抬升，把文峪河、磁窑河逼向南，盆地南面的绵山为另一隆起中心，上升幅度最大，愈向东北上升幅度愈小，过了潇河，盆地北部太原东山各小支流，受石千峰抬升影响，冲积－洪积扇的发育类似于盆地西部，有向南发展的趋向。盆地与山地在差异性升降过程中，夹杂着不均匀的翘起和掀斜运动，抬升幅度最大在石千峰和绵山两处，沉降幅度最大处相应地在北部的潇河与汾河汇合处附近和南部汾阳的冀村附近。

三、解译效果验证及其找水意义

在进行上述卫星影像初步解译以后，山西省水利局、地质局交城水文队、晋中地区水利局等单位一些长期在太原盆地找水的同志提供了一些情况和部分资料，并进行了少量的现场观测，使解译效果得到了初步验证。

汾河上游在古交一带奥陶系岩的地下水通过石千峰向斜，在太原盆地沿西边山断裂进入盆地，由于受冲积层不透水的亚黏土阻挡，形成泉水，如晋祠泉、清徐平泉等。根据这些情况，由于差异性运动在西边山前表现得最为强烈，因而山地与盆地的地下水水力坡度也大。沿西边山断裂，在交城境内也可能找到丰富的奥陶系灰岩地下水。

现代文峪河偏向冲积扇的南侧，但埋藏于地表以下的古文峪河冲积扇，其范围远较现代冲积扇靠北，从文峪河上游带来的花岗岩风化石英砂，在钻孔剖面上发现一直可伸到交城附近，与卫星影像上所显示的冲积扇范围基本一致，是一个良好的潜水含水层，下层砂质含水层具有承压性。这对交城县工农业用水有很大意义，但必须注意废水应向东排，以免渗入含水层，污染地下水。

晋中水利局在榆次、太谷、祁县、平遥一带普查地下水时，经钻探和物探结果表明，乌马河、昌源河、龙凤河等山前冲积－洪积扇沉积厚度可达300m以上，其古代河床沉积，在地面以下200～300m处，位置最靠南，100～200m埋深的古河道居中，0～100m埋深的河床冲积层分布与今日河流相近。这就表明第四纪以来，冲积－洪积扇逐渐向北发展，古河道也自南向北迁移，在古河道区打井，地下水量丰富。昌源河共有6条古河道，埋深30～300m，其向北迁移如图3所示。昌源河古冲积扇面积116km²，埋深50～300m，含水层为中砂、细砂，单位出水量25～90t/h，古河道含水层单位出水量为40～90t/h。惠济河古冲积扇、古河道含水层埋深20～300m物质以砂卵石、中细砂为主，水源丰富，水质良好（图3）。

图3　昌源河古河道迁移示意图

盆地内第四纪沉积物等厚度如图4所表示的最厚处，都在盆地西侧，一在清徐至西谷一带，一在交城以南与大象之间，一在杏花村以东。这三处有两处与卫片解译结果相符合（图4）。石油钻探表明盆地边缘向中心呈阶梯状断陷下降（图5）。第三系沉积最厚处与第四系大体一致，总厚度在3 000m以上。

（本文根据1978年9月在山西省水利局举办的遥感学习班上讲课提纲整理而成。摘要曾刊于1979年5月“中国第四纪研究委员会第三届学术会议论文摘要汇编”。）

图4　太原盆地第四系等厚度图（据山西省地质局）

图5　平遥至汾阳一带第四纪地质剖面图（据山西省地质局）

1—砂卵石；2—砂；3—亚砂土、亚黏土及黏土层；4—黄土类土；5—泥灰岩及淡水灰岩

注：这篇文章较成功地运用地学规律与遥感影像的空间影像特征相结合方法，解决遥感影像解译中空间分辨率不足的问题，其中，“地貌模型”就是在根据山西省实地调查中得到的客观规律的总结。在《太原盆地卫片活动构造解译及其找水意义》《内蒙古草场资源调查中遥感信息与地学信息综合分析》和《内蒙古草原牧场防护林区遥感调查技术方法》等文章都秉承这一思想，体现出深厚的地学基础对遥感解译重要性。