陳婉佳，高孝杰

（1. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都610059；

2 . 國土資源部 國土資源信息技術(shù)與應(yīng)用重點實驗室,四川 成都 610059）

基于RS和GIS的龍門山南段活動構(gòu)造信息提取

陳婉佳1,2，高孝杰1

（1. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都610059；

2 . 國土資源部 國土資源信息技術(shù)與應(yīng)用重點實驗室,四川 成都 610059）

以龍門山南段為研究區(qū)，基于ETM和DEM數(shù)據(jù)，應(yīng)用主成分分析顯示斷裂相關(guān)地層、水系信息差異,定向濾波分析斷裂位置及活動性。通過山體陰影分析、坡度分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域地勢及地表坡度變化強烈的地區(qū)是斷裂構(gòu)造較發(fā)育或活動的區(qū)域，為活動構(gòu)造的解譯提供依據(jù)。初步建立研究區(qū)活動構(gòu)造解譯標(biāo)志，對區(qū)內(nèi)的線性構(gòu)造進(jìn)行解譯，分析研究區(qū)主要活動構(gòu)造分布特征和地質(zhì)地貌特征。

活動構(gòu)造；ETM；DEM；龍門山南段

研究區(qū)域位于龍門山斷裂帶南段,地理坐標(biāo)為北緯30°02'43"～30°38'47"，東經(jīng)102°41'53"～103°35'23"。該區(qū)是龍門山推覆構(gòu)造帶、康滇南北帶和北西向甘孜地槽褶皺帶交接地區(qū)，構(gòu)造活動明顯。

1 數(shù)據(jù)處理與活動斷裂解譯標(biāo)志

1.1 數(shù)據(jù)源及圖像預(yù)處理

數(shù)據(jù)源為Landsat-7/ETM和ASTER GDEM數(shù)據(jù)。本文應(yīng)用ASTGTM_N29E102T、ASTGTM_N29E103Y兩幅DEM數(shù)據(jù)和L71130039_03920020405景遙感影像，覆蓋工作區(qū)。影像紋理清晰、色調(diào)柔和、層次感好、無掃描壞線、云量少、整體效果較好。首先通過幾何校正、741波段假彩色合成、圖像融合、圖像裁剪等處理得到研究區(qū)的遙感影像。

1.2 遙感圖像處理方法

斷裂活動在地質(zhì)地貌上有明顯表現(xiàn)，通過對元數(shù)據(jù)進(jìn)行增強處理，提取相關(guān)信息，從而達(dá)到識別斷裂的目的。

1.2.1 主成分分析

在遙感圖像中，各波段之間常常高度相關(guān)。經(jīng)過主成分分析，除去波段之間的冗余信息，將多波段的圖像信息壓縮到少數(shù)幾個互不相關(guān)的波段，對斷裂相關(guān)信息進(jìn)行增強。主成分分析后1、2、3波段合成圖上能夠清晰地看到受活動斷裂控制、淺色調(diào)的第4系地層呈串珠狀分布。水系彎曲的方向和第4系地層的長軸方向，都指示著斷裂的運動方向。

1.2.2 纓帽變換

纓帽變換是根據(jù)多光譜遙感中土壤、植被等信息在多光譜空間中的信息分布結(jié)構(gòu)，對圖像所作的經(jīng)驗性線性正交變換。由于不同巖性的含水性不同以及植被不一樣，經(jīng)纓帽變化的1、2、3成分組合圖像上，突出了水系特征[1-3]。圖1為中里斷層纓帽變化后的圖像，可以明顯看到上盤受斷層控制而成梳狀的水系，以及下盤不規(guī)則的紋理特征。且在中里附近，斷層切割丘陵，丘陵兩側(cè)被錯切。

圖1 中里斷層纓帽變換后123波段組合圖

1.2.3 定向濾波

定向濾波是有選擇性地增強特定方向的圖像特征。通過設(shè)置，使得特定方向的線性影像和細(xì)微紋理得到突出，其他灰度變化信息被抑制，從而有利于線性構(gòu)造的解譯[4]。

本文通過對ETM全色波段進(jìn)3×3模板、 0°～90°之間每隔30°的定向濾波，得到如圖2的0°（正北）、N 30°E、N60°E定向濾波結(jié)果。可以看到，在 N60°W 向，沿著斷裂的山脊錯斷以及沿線的溝谷、河流被明顯增強，明暗交替的線性紋理的扭動方向指示了斷裂的運動方向，而對 0°、30°突出效果相對不明顯，表明與斷裂展布方向一致的定向濾波可以突出相關(guān)的地形和解譯標(biāo)志信息。

圖2 3個方向的定向濾波圖

1.3 DEM增強方法

活動構(gòu)造與現(xiàn)代地貌密切相關(guān)，其發(fā)展在一定程度上塑造了目前的地形地貌格局。因此，利用DEM進(jìn)行區(qū)域地形地貌分析，能夠突出活動構(gòu)造方面的特征，提高識別能力，同時驗證了其他增強方法的正確性，提高了可信度[5]。

1.3.1 山體陰影分析

研究區(qū)北西部分屬于山區(qū)，在斷裂發(fā)育處往往有許多微地貌呈線狀排列的負(fù)地形，如深切溝谷、陡坎等，直接觀察遙感圖像則難以分辨。利用DEM數(shù)據(jù)提取不同方向的山體陰影圖，可增加山體的立體感，對于該方向垂直的負(fù)地形也有突出顯示作用，有助于相應(yīng)斷裂的解譯[3]。

以北北東向斷裂為例，如圖3所示。較之圖b，a即當(dāng)太陽方位角為50°（約垂直于斷裂的展布方向）時，斷裂的線狀影紋被尖銳突顯。在圖上可以十分清晰地看到線性排列的陡坎，表明太陽方位角與斷裂延伸方向垂直的山體陰影分析，能突出相關(guān)斷裂解譯標(biāo)志信息。

圖3 不同太陽方位角山體陰影圖

1.3.2 坡度分析

基于ASTER GDEM數(shù)據(jù)生成坡度圖對研究區(qū)進(jìn)行坡度分析。研究區(qū)坡度值為0°～85.300 9°，從紅到藍(lán)坡度值逐漸增大。結(jié)合遙感圖像，并對呈線狀分布的坡度突變帶及坡度較大地區(qū)的分析研究，再來提取斷裂信息。以五龍斷層為例，構(gòu)成了明顯的坡度分界線。圖4中，北西側(cè)主體為藍(lán)色，為切割破碎帶的陡坡；南西側(cè)主要為黃色和紅色，為相對平坦的夷平面。

五龍斷裂構(gòu)造活動強烈而且形成較早，斷裂活動控制的兩盤區(qū)域的地形差異反差大，表現(xiàn)在坡度上為一盤坡度較大，另一盤坡度相對較小，沿斷裂呈線狀延伸，2盤之間坡度變化率較高。通過受控斷裂地形坡度的突然變化以及線性延伸可以有效識別活動斷裂的位置走向，并對其他增強方法顯示的斷裂進(jìn)行驗證。

圖4 五龍斷裂的坡度分析圖

1.4 斷裂解譯標(biāo)志

活動斷裂的解譯標(biāo)志是基于遙感圖像提取活動構(gòu)造信息的依據(jù)。受斷裂控制的地質(zhì)體、水體等地物，其反射來自太陽電磁波輻射的能力具有差異性，在遙感影像上表現(xiàn)為不同色調(diào)和不同形態(tài)特征[6]?；顒訑嗔呀庾g標(biāo)志主要有斷層三角面、斷層陡坎、地層標(biāo)志、水系展布特征變化、山脊溝谷的錯動。

2 研究區(qū)活動斷裂遙感信息特征

龍門山斷裂帶南段由北西向南東依次為五龍斷裂帶（F1）；小關(guān)子-下井溪斷裂帶（F2）；中林-雙石斷裂帶（F3）；蒙頂山斷層（F4）；白云斷層（F5）。這5條主干斷裂現(xiàn)在仍具有一定的活動性，有著地震活動、線性地貌、地形陡坎等表現(xiàn)，如圖5所示。

2.1 五龍斷裂帶

五龍斷裂的遙感影像圖上可以看到溝谷錯斷和山脊錯斷的現(xiàn)象。同時，其山體陰影圖上，白色為水系，紅色則是斷裂，整體上可以看到斷裂旁的水系發(fā)生扭曲，圖上明暗交替的紋理指示了斷裂的活動性。因此，初判斷五龍斷裂屬于右旋走滑，這條斷裂向北東延伸，與龍門山中段的茂汶斷裂或映秀斷裂相接，向南西終止在鮮水河斷裂帶上[7]。

2.2 小關(guān)子-下井溪斷裂帶

在主成分分析后，1、2、3波段合成圖中，可以清晰地看到水系的扭轉(zhuǎn)。水系由于受到斷裂的控制顯示出一致性彎曲，這指示出斷裂的活動。在斷裂的南東側(cè)，也可以看到線性異?，F(xiàn)象，也顯示出了斷裂的活動性。

2.3 雙石-西嶺斷裂帶

該斷裂由3部分組成，并相互錯疊在平面上呈兩端散開、中間收斂的束狀，反映出以逆沖推覆為主兼具右行走滑的性質(zhì)。它的遙感信息特征分為3段來描述:第1段主要位于斷裂西南段，從天全縣的白果樹經(jīng)沙坪村向東北延伸至蘆山縣羅家壩與第2段匯合。該段的遙感影像圖上，可以清晰地看到線性陡坎，將斷裂帶痕跡突顯出來，且斷裂上、下盤地層特征有明顯差異。斷裂下盤紋理規(guī)則，而上盤顯示為不規(guī)則運動，初步判斷該段主要為活動性逆斷層。第2段主要位于斷裂中段，從蘆山縣的羅家壩向東北經(jīng)雙石鎮(zhèn)一直延伸到圍塔地區(qū)。從山體陰影圖上，雙石鎮(zhèn)和寶勝鄉(xiāng)中間位置可以明顯看到斷裂錯移。在雙石-大川鎮(zhèn)部分，斷裂帶經(jīng)過丘陵，表現(xiàn)出山脊錯斷現(xiàn)象。同時在該段上部可見明顯的陡坎，且兩側(cè)巖層存在顯著差異，斷層三角面和山脊錯斷等顯示出該段的走滑特征。第3段則位于斷裂東北段。由于構(gòu)造作用，衍生出樹枝狀的次生斷層，發(fā)育于須家河組。在纓帽變化后1、2、3波段組合圖上，可以看到呈線狀排列的一系列陡坎。亮綠色為河流，受斷裂控制，河流呈肘狀變化。而殘存地層多表現(xiàn)為規(guī)模大小不一的短片或構(gòu)造透鏡體，在西嶺鎮(zhèn)左側(cè)部分，大的斷片在平面上可長達(dá)5 km[8]。

2.4 蒙頂山斷層

在研究區(qū)內(nèi)，斷層南起雅安隴西鄉(xiāng)的騎山廟，往北東延至名山縣官田壩，至觀音場附近，再往北東斷層被第4系掩蓋，在地表已不明顯，表現(xiàn)為陡立帶。在研究區(qū)內(nèi)，斷層長約10 km，在地貌上表現(xiàn)為小陡坎或鞍狀，如圖6。

圖5 龍門山南段主要活動斷裂分布圖

圖6 蒙頂山斷層的330°山體陰影圖

由于構(gòu)造運動性質(zhì)的差異，在名山縣的蒙頂山地區(qū)造成河流襲奪及深切河曲現(xiàn)象，留下了清楚的地貌現(xiàn)象。如圖7所示。由于蒙頂山背斜及蒙頂山斷層受第四紀(jì)強烈褶皺作用和蒙頂山斷層的逆沖推覆作用，使蒙頂山地區(qū)快速隆升，造成蒙頂山西側(cè)的青衣江支流中里河襲奪了名山河[9]。

圖7 名山縣蒙頂山地區(qū)ETM影像圖(實線為現(xiàn)今河流；虛線為被襲奪河流)

2.5 白云斷層

斷層南起名山縣中峰寺，往東延伸至浦江縣白云鄉(xiāng)。斷層地表出露較好，在遙感圖像上呈現(xiàn)清楚的線性構(gòu)造。在地貌上該斷層帶表現(xiàn)十分明顯，沿斷層的上升盤形成數(shù)km的斷層陡坎。斷層活動性表現(xiàn)為切錯朝陽鄉(xiāng)東側(cè)砂子硬山體，并在馬鞍石-余山一代形成線狀斷層陡崖，沿斷層多有崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害活動。遙感影像顯示為向西斜沖，水平方向向右行錯動。第四紀(jì)活動性較強，曾有中小地震發(fā)生，通過研究該斷裂帶的地震地質(zhì)條件，有助于闡明該斷裂帶發(fā)生中小地震的原因及強度。

3 結(jié) 語

遙感技術(shù)以其客觀性、真實性等特點，在龍門山南段活動構(gòu)造信息提取過程中通過多種圖像處理方法，增強了活動斷裂特征，建立了解譯標(biāo)志，是一種快速、經(jīng)濟(jì)、實用的手段。地理信息系統(tǒng)技術(shù)以其強大的空間分析功能，實現(xiàn)了基于DEM數(shù)據(jù)的活動構(gòu)造信息提取，如山體陰影分析、坡度分析等，成為斷裂活動性研究的依據(jù)，減少了野外勘察的工作量。

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B

1672-4623（2015）01-0119-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.039

陳婉佳,碩士，主要從事測繪、遙感地質(zhì)與地理信息系統(tǒng)研究。

2014-01-03。

項目來源：教育部博士點基金資助項目（20095122110003）。