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龙门山断裂带北东段活动断裂的遥感影像解译及构造活动性分析

2019-03-29谢小平白毛伟陈芝聪柳伟波席书娜

自然资源遥感 2019年1期
关键词:龙门山映秀错动

谢小平, 白毛伟, 陈芝聪, 柳伟波, 席书娜

(1.曲阜师范大学地理与旅游学院,日照 276826; 2.四川省地质矿产勘查开发局化探队,德阳 618000; 3.四川省煤田地质局一三七队地质遗迹研究院,成都 610000)

0 引言

据《中国地震信息网》统计数据显示,仅2016年上半年全球7级以上(包括7级)的强震就有7起,对地震所在国造成了巨大的生命、财产损失。因此,对地震进行监测、地震的安全性进行评估、地壳的稳定性进行评定具有重大的现实意义。关于活动断裂与地震之间的关系主要是通过活动断裂的空间展布、活动断裂的几何学特征、活动断裂的运动学特征、活动断裂的分段、活动断裂的活动性、强震的复发间隔、距最近一次强震的离逝时间和特征地震的同震位移量等方面进行研究[1]。活动断裂在中国西部的青藏高原广泛分布,新构造运动特别是活动断裂控制着地震的活动,且活动断裂的展布与地震的带状分布有一致相关性,活动断裂的活动特征与沿断裂产生的地震裂缝也有同一性[2-3]。中国大陆的地震具有活跃期与平静期交替、呈一定的带状分布、震级西强东弱、分布广泛的特征,表现出一定的时空分布规律。青藏高原内部发育正断层和走滑断层型地震,而在青藏高原周缘低海拔地区(喜马拉雅逆冲推覆带、龙门山断裂带和祁连山断裂)则发育逆冲断裂及逆冲型地震[4]。青藏高原内部及周缘发育有走滑断裂,北部以左旋走滑运动为主,南部以右旋走滑运动为主[5-6]。因此,龙门山断裂带具有逆冲推覆兼右旋走滑的性质[7-8]。

遥感影像的宏观性和直观性为构造地貌的研究提供了宏观的影像资料,而高空间分辨率的卫星遥感影像可以通过遥感解译微构造地貌研究活动断裂的空间展布特征和运动特征。付碧宏等[9]利用遥感影像解析了汶川大地震后地表破裂带的几何学特征及变形特征,得出沿北川—映秀断裂带北东段分布的破裂带最大垂直位移量为6.0 km,最大右旋水平位移量达5.8 km; 路静等[10]利用ETM光学影像和遥感1号雷达影像建立了研究区的解译标志,得出了平武—青川断裂活动性最强,对研究区地震的发生起着重要控制作用的结论。近年,遥感技术应用在地区断裂研究中具有突出表现,尤其以高空间分辨率影像或高精度数据为基础,在地震滑坡及地表破裂方面已经有了较成熟的方法[9-10]。但是,利用高空间分辨率影像对龙门山北东段地区主要断裂分段活动性的探讨相当缺乏,尤其是对主要活动断裂错动地貌现象的厘定还基本处于空白。

利用Google Earth遥感影像、ASTER DEM数据及野外调查资料所建立的解译标志,对龙门山北东段地区断裂进行分段性解译; 然后,结合三维解译软件对各段断层错动地貌进行量测; 最后,对龙门山断裂带北东段活动断裂的空间展布和第四纪活动性进行了初步探讨。

1 研究区概况

龙门山是青藏高原和四川盆地的分界线; 龙门山造山带是扬子地块和松潘—甘孜地块的分界线; 龙门山地区是中国中西部地质、地貌、气候的陡变带[11-12]。青藏高原东缘的龙门山造山带作为环青藏高原造山带之一,享有“打开全球造山带机制的金钥匙”和“大陆动力学理论形成的天然实验室”的美誉[13-14]。与其他环青藏高原造山带相比,龙门山造山带构造活动复杂,形成年代较晚,构造地貌保存最为完整、年龄分辨率高[15-16]。因此,龙门山造山带不仅是研究现今青藏高原构造活动规律的有利场所,而且也是验证歹字型构造体系、川滇菱形块体挤出模式或旋转模式、大陆逃逸模式、断块旋转运动模式和下地壳流模式等的有利场所,未来也有可能提出其他新的模式[2,17]。

龙门山造山带在平面展布上呈NE—SW向,区内断裂带具分带性和分段性(图1),自西向东分别为龙门山后山断裂带、龙门山中央断裂带及龙门山山前断裂带; 自北向南分别为北段、中段及南段[18-20]。研究区选择在龙门山造山带北段,即四川省绵阳市北川县以北,陕西省汉中市勉县以南地段。区内断裂带具有分带性,分别为龙门山断裂带北东段后山主干断裂带(平武—青川断裂带)、中央主干断裂带(茶坝—林庵寺断裂带)、前山主干断裂带(广元—江油断裂带)[21-23]。

图1 龙门山北东段Google Earth遥感影像Fig.1 Google Earth remote sensing image of the northeastern segment of the Longmenshan

2 活动断裂解译标志

活动断裂遥感影像解译标志主要分为线性解译标志、垂直错动解译标志和水平错动解译标志3大类。结合Landsat,Google Earth和DEM等多种数据,建立了活动断裂的遥感影像解译标志。

2.1 线性解译标志

活动断裂在卫星遥感影像上一般呈浅色或深色线条,其与两侧的色调有较大的差异。识别标志在宏观上对活动断裂的遥感影像解译具有明显的效果,主要表现为构造地貌在空间上有规律的线性展布,如沿断裂走向出现的直线状断层槽地、直线状陡崖、陡坎、湖泊的线性展布,盆地的线性排列,河流同步拐点的连接线等。通常活动断裂两侧有明显的色调线、带、面异常。一般情况,具有不同色调与形态的构造地貌体,其分界线呈现一定的线性几何图形。如隆升面与凹陷面的分界线、不同地貌类型的分界线、第四纪松散沉积与基岩的分界线等。

2.2 垂直错动解译标志

断裂垂直差异错动的运动方式表现为: 一盘上升,一盘下降; 或两盘同时上升,且上升幅度有较大差异; 或两盘同时下降,且下降幅度有较大差异。通过对研究区遥感影像的信息特征和形态特征等的分析,发现研究区主要活动断裂的垂直错动解译标志有4个方面。

2.2.1 冲—洪积扇整齐排列

断裂的垂直差异错动,造成断裂两侧构造地貌的巨大差异,其中上升盘隆升成为山地,下降盘断陷形成盆地、湖泊或者接受第四纪沉积,发育成线性斜列的冲—洪积扇。山前活动断裂控制多期冲—洪积扇的规模程度间接反映断裂垂直差异错动具有强弱的变化过程,反映断裂的活动强度。

2.2.2 断层崖和断层三角面

在断裂垂直差异错动的过程中,相对上升的一盘,通常将沿断裂的方向形成陡峭的断层崖。在岩性坚硬的地区,受外营力的影响较弱,断层三角面不易发育; 而在岩性软弱的地区,断层崖受到外营力长期的塑造作用,逐渐演化为侵蚀沟谷与断层三角面相间分布的构造地貌。

2.2.3 断陷盆地与断陷湖泊

当盆地或湖泊的相对两侧边界受到活动断裂的控制,且断裂的一侧为隆升地貌类型,则说明活动断裂具有垂直差异错动。研究区山前活动断裂的一盘断陷,形成了一些规模较小,呈串珠状展布的盆地。

2.2.4 水系形态

水系形态是识别活动断裂垂直差异错动的重要标志。通常情况下,垂直差异错动显著的活动断裂两侧水系形态有较大的差别,是不同水系形态的转折点。相对上升的一盘表现为深切的树枝状水系或格子状水系; 相对下降的一盘如果有掀斜作用,水系形态表现为平行状水系。

2.3 水平错动解译标志

断裂的构造活动不仅有上述的垂直差异错动,还存在水平错动。从方向上来说,水平错动包括右旋走滑活动和左旋走滑活动。断裂的走滑活动通常造成断裂两侧构造地貌的变形,断裂走滑活动造成的走滑位移量大小不一,位移量越大,说明断裂的活动性越强。

2.3.1 山脊错动

活动断裂的水平错动对新生代以来发育成形的现代地貌有重要的塑造作用。活动断裂多期剧烈的水平错动可能将连续的山脊错开为多节较短的山脊,也可能使山脊线扭动呈波浪形,且使其变形。

2.3.2 盆地与湖泊扭动变形

活动断裂控制盆地或湖泊的边界,当活动断裂发生水平错动时,受活动断裂控制的湖泊或盆地的边界形态将发生扭动变形,一般呈平行四边形; 活动断裂拦腰错截湖泊或盆地,当活动断裂发生水平错动时,一般将使湖泊或盆地的形态扭动变形为“S”形或“L” 形。

2.3.3 河流同步转折

地质历史时期,活动断裂的水平错动对水系的演化起重要作用。通常流向的同步转折作为断裂水平错动的识别标志。河流跨越活动断裂时,均会发生同步水平错动。特别地,河流经过山前活动断裂时,均会发生肘状弯曲,其肘部突出的方向可指示活动断裂是左旋还是右旋水平错动。

2.3.4 谷地同步不对称

当河流跨过活动断裂时,通常会引发同步河流侧蚀作用,造成两岸谷坡的不对称。通常可以根据两岸谷坡的陡峭程度判断活动断裂的水平错动方向。

2.3.5 冲—洪积扇形态变形

通常冲—洪积扇展布的几何图形以中轴线为轴而相互对称的扇形。受山前活动断裂控制的冲—洪积扇展布的几何图形往往为不对称图形。此外,新、老冲—洪积扇的侧叠形式也可以作为断裂水平错动的证据,而新、老冲—洪积扇的侧叠方向则指示断裂水平错动的方向。

3 解译结果及活动性分析

3.1 解译结果

依据上述活动断裂的遥感解译标志,结合处理后的Google Earth影像、ASTER GDEM及研究区三维影像等数据,对龙门山断裂带北东段主要活动断裂进行详细的解译。

3.1.1 平武—青川断裂(F1)

该断裂自陕西省勉县起,向西南进入四川省,经过青川县,继续向西南延伸至平武县为止。该断裂属于龙门山断裂带北东段的后山主干断裂带,是巴颜喀拉地块与龙门山造山带的边界,是一条活动强烈的右旋走滑断裂[10]。通过遥感解译发现,该断裂各处的解译标志均指示其为右旋走滑断裂。由于断裂右旋走滑的剪切作用使在板桥乡附近的白龙江河段产生收缩效应(图2(a)); 在沙州镇附近的湖泊呈直线状展布(图2(b)); 在青溪县和青川县等地的直线状断层槽地较明显(图2(c)、(d)); 平武县和青溪县断层三角面显著(图2(e)、(f)); 在平武县、青溪县和青川县等地均存在明显的水系位移错动(图2(e)、(f))。上述指示标志与活动断裂右旋走滑运动的性质完全吻合。

(a) 板桥乡地区河流折曲(b) 沙州镇地区河流折曲(c) 青溪县地区线性槽地

图2-1平武—青川断裂遥感影像解译标志

Fig.2-1RemotesensingimageinterpretationmarksofthePingwu—Qingchuanactivefaults

(d) 青川县地区线性槽地(e) 平武县地区断层三角面(f) 青溪县地区断层三角面

图2-2平武—青川断裂遥感影像解译标志

Fig.2-2RemotesensingimageinterpretationmarksofthePingwu—Qingchuanactivefaults

3.1.2 北川—映秀断裂北东段(F2)

该断裂总体走向为NE—SW,属于龙门山造山带的中央主干断裂带,断裂内历史地震遗迹明显。卫星遥感图像解译表明该断裂为右旋走滑断裂[13-15],在黄家坝村附近存在着数量众多且明显的断层三角面(图3(a)); 在曲山镇、桂溪乡、平通镇和南坝镇等地存在着明显的水系错动(图3(b)); 水系在断裂内均同时向东发生弯曲,连接这些河流弯曲曲率最大点的直线基本上与北川—映秀断裂一致(图3(b))。上述指示标志与活动断裂右旋走滑运动的性质完全吻合。

(a) 黄家坝地区断层三角面(b) 曲山镇—南坝镇一线河流折拐

图3北川—映秀断裂遥感影像解译标志

Fig.3RemotesensingimageinterpretationmarksoftheBeichuan—Yingxiuactivefaults

3.1.3 茶坝—林庵寺断裂(F3)

该断裂属于龙门山断裂带北东段的中央主干断裂带,在柏树村、陕西省勉县东南、朝天区和茶坝等地的卫星遥感影像上主要表现为陡崖(图4(a))、断层三角面(图4(b))、断层槽地和断层眉脊等构造地貌。如在柏树村该断裂近EW走向,呈线性陡崖展布(图4(a)); 在勉县东南该断裂为山地与平原的相交界线,呈曲线弯曲延伸,发育断层三角面(图4(b)); 在朝天区西侧,水系经过该断裂时均发生水平错动,连接这些河流拐点的直线与该断裂重合(图4(c))。上述指示标志与活动断裂右旋走滑运动的性质完全吻合。

(a) 柏树村地区断层崖(b) 勉县地区断层三角面(c) 朝天区河流折曲

图4茶坝—林庵寺断裂遥感影像解译标志

Fig.4RemotesensingimageinterpretationmarksoftheChaba—Linansiactivefaults

3.1.4 广元—江油断裂(F4)

该断裂位于龙门山构造带北东段山前地区,属于龙门山造山带的前山主干断裂带,总体走向为NE—SW,是扬子地块与龙门山造山带的分界线北段。遥感影像解译该断裂主要为右旋走滑兼逆冲的性质[23],在东坝镇东南侧该断裂的水平错动造成直线状地层槽地明显(图5(a)); 由于断裂右旋走滑的剪切作用使在广元市、竹园镇附近的河段产生收缩效应(图5(b)); 该断裂在永胜镇、铜广乡的北部是山地与平原的分界线,在遥感影像上可以看出活动断裂发育的构造地貌(断层三角面)明显(图5(c)); 在江油北部可以看到波状弯曲的线性槽地明显(图5(d)); 河流在经过该断裂时,河道明显发生了转折(图5(e)); 受两大逆冲活动断层的控制,该断裂带内发育了3个小型的断陷盆地(图5(f))。上述指示标志与活动断裂右旋走滑兼逆冲的性质完全吻合。

(a) 东坝镇地区线性槽地(b) 竹园镇地区河流折曲(c) 铜广乡地区断层三角面

(d) 江油市地区线性槽地(e) 江油市地区河流折拐(f) 武都镇地区断陷盆地

图5广元—江油活动断裂的遥感影像解译标志

Fig.5RemotesensingimageinterpretationmarksoftheGuangyuan—Jiangyouactivefaults

根据遥感解译结果,发现龙门山断裂带北东段断裂极其发育,其中规模较大的断裂主要有平武—青川断裂、北川—映秀断裂北东段、茶坝—林庵寺断裂和广元—江油断裂。上述4条主要断裂的走向大致平行,均呈NE—SW向展布,有较多的NE—SW或NNE—SSW向的小断裂充填在4大主干断裂之间。研究区内发育了一系列沿断裂带展布的第四纪盆地,其形态各异、规模不一、沉降幅度也有较大的差异。

3.2 主要活动断裂活动性分析

形态各异的构造地貌类型往往是由活动断裂的差异性运动造成,断裂的活动性往往是活动断裂研究的核心。李勇和Densmore等[24-25]通过构造地貌的研究计算了龙门山断裂带第四纪以来的活动速率,其中汶川—茂县断裂的垂直移动速率为0.3~0.8 mm/a,水平移动速率为0.8~1.2 mm/a; 北川—映秀断裂的垂直移动速率为0.4 mm/a,水平移动速率为0.8~1.3 mm/a; 灌县—安县断裂的垂直移动速率为0.3 mm/a,水平移动速率为0.7~1.5 mm/a; 贾营营等[23]根据涪江上游水系错动距离估算出第四纪以来北川—映秀断裂和灌县—安县断裂北东段的平均走滑速率分别为1.67 mm/a和1.33 mm/a; 白毛伟等[26]通过宇宙核素成因埋藏年龄测试技术及涪江上游水系错动距离精确地计算出江油断裂第四纪以来的水平错动距离和垂直错动距离分别为2.17 mm/a和0.054 mm/a。因此,根据一系列的地貌标志可以评价断裂的活动性。例如,通过河道的错动距离、断层崖的高程可以估算出断裂的水平及垂直错动速率; 根据断陷湖盆的面积大小、断层三角面的大小可以评估断裂的活动性强弱。

3.2.1 活动断裂与错动量

断裂的错动受到地震的震源、震级的控制,而由于断裂各处岩性各异,河流的错动量均受其影响。地震的震源、震级与断裂的活动强度呈正相关性,断裂的活动强度与断裂的错动量呈正相关性,则地震的震源、震级与断裂的错动量呈正相关关系。活动断裂的错动分为水平错动与垂直错动,由于受遥感影像及DEM数据空间分辨率的限制,活动断裂的活动性分析主要是定量评价水平错动量及定性评价垂直错动大小。

受遥感影像空间分辨率的限制,遥感解译结果中河流较小的水平错动基本无法测量,只有龙门山断裂带北东段后山、中央和前山主干断裂带内的河流水平错动明显。在平武—青川断裂,3条规模相近的河流经过平武县、青川县和沙州镇时,河流发生明显的水平错动,水平位错距离分别为3.3 km,2.4 km和7.5km左右(图6(a)—(c))。从总体上看,平武—青川断裂从南西向北东使河流的水平错动量有逐渐增加的趋势,说明该断裂的运动幅度自南西向北东逐渐增强。北川—映秀断裂北东段的东部、中部和西部有3条规模相近的河流经过,在曲山镇、徐坪坝和南坝镇处河道发生明显的转折,说明了该断裂水平错动的性质。河流在曲山镇、徐坪坝和南坝镇3处的水平错动距离分别为8.6 km,5.6 km和3.5 km左右(图6(d)—(f))。从总体上看,北川—映秀断裂北东段自南西向北东使河流的水平错动量有逐渐减小的趋势,说明该活动断裂的运动幅度自南西向北东逐渐减弱。茶坝—林庵寺断裂经过的河流水系除白龙江外规模均要相对小一些,白龙江经过该断裂时在金洞乡处发生水平错动,规模相对较小的河流经过该断裂时分别在羊木镇、周家坪处发生明显水平错动,3处河流水平错动距离分别为1.6 km,2.3 km和2.6 km(图6(g)—(i))。从总体上看,茶坝—林庵寺断裂自南西向北东使河流的水平错动量有逐渐增长的趋势,该断裂的活动强度自南西向北东逐渐增强。规模大体相似的河流经过广元—江油断裂时在大康镇、北城乡和上寺乡发生明显的水平错动,3处河流水平错动距离分别为2.5 km,3.1 km和5.7 km左右(图6(j)—(l))。从总体上看,广元—江油断裂从南西向北东使河流的水平错动量逐渐增大,说明该活动断裂的运动强度有逐渐增强的趋势。

(a) 平武—青川断裂带内平武县附近水系错动距离(b) 平武—青川断裂带内青川县附近水系错动距离(c) 平武—青川断裂带内沙州镇附近水系错动距离

(d) 北川—映秀断裂带内曲山镇附近水系错动距离(e) 北川—映秀断裂带内徐坪坝附近水系错动距离(f) 北川—映秀断裂带内南坝镇附近水系错动距离

(g) 茶坝—林庵寺断裂带内金洞乡附近水系错动距离(h) 茶坝—林庵寺断裂带内羊木镇附近水系错动距离(i) 茶坝—林庵寺断裂带内周家坪附近水系错动距离

(j) 广元—江油断裂带内大康镇(k) 广元—江油断裂带内北城乡(l) 广元—江油断裂带内上寺乡

附近水系错动距离附近水系错动距离附近水系错动距离

图6龙门山北东段主要活动断裂带内水系错动距离

Fig.6DrainagedislocationdistanceinmainactivefaultzonealongthenortheasternsegmentoftheLongmenshan

受遥感影像及DEM数据空间分辨率的限制,无法实际测量各断裂的垂直错动距离。通过三维模拟的方式对各断裂发育的断层三角面及断层崖的相对高度进行比较,定性分析各断裂的活动强度(图7)。

(a) 平武—青川断裂内断层三角面三维可视化模拟(b) 北川—映秀断裂内断层三角面三维可视化模拟

图7-1龙门山北东段主要活动断裂带内断层三角面三维可视化模拟

Fig.7-1Trianglesurface3DvisualizationsimulationinmainactivefaultzonealongthenortheasternsegmentoftheLongmenshan

(c) 茶坝—林庵寺断裂内断层三角面三维可视化模拟(d) 广元—江油断裂内断层三角面三维可视化模拟

图7-2龙门山北东段主要活动断裂带内断层三角面三维可视化模拟

Fig.7-2Trianglesurface3DvisualizationsimulationinmainactivefaultzonealongthenortheasternsegmentoftheLongmenshan

图7所示影像采用ETM+遥感影像B7(R),B4(G),B3(B)假彩色波段组合,并对上述断裂内发育的断层三角面夸大2倍进行三维模拟,平武—青川断裂与北川—映秀断裂北东段的断层三角面的垂直位错要明显大于茶坝—林庵寺断裂与广元—江油断裂,因此可以判断平武—青川断裂与北川—映秀断裂北东段的活动性要比茶坝—林庵寺断裂与广元—江油断裂的活动性强。

3.2.2 活动断裂与盆地

第四纪盆地的发育程度与断裂活动性强弱呈正相关性,盆地的形态、规模和沉降幅度是评价断裂活动性的重要指标。研究区内发育了一系列基本沿断裂分布的第四纪盆地,呈串珠状分布,盆地的长轴方向与断裂的走向相符。其中,沿平武—青川断裂分布的发育较为成熟的盆地约13个,规模较大的有平武盆地、玉溪盆地及青川盆地,盆地沉降幅度大; 沿北川—映秀断裂北东段分布的发育较为成熟的盆地大约有6个,规模均较小,但盆地的沉降幅度大; 沿茶坝—林庵寺断裂分布的发育较为成熟的盆地约有4个,规模较小,且沉降幅度小; 沿广元—江油断裂分布的盆地大约有10个,发育规模较大,沉降幅度也较大,上述沿断裂分布的盆地形态呈四边形或“月牙形”(图8)。

图8 龙门山北东段活动断层解译结果与盆地位置(ETM+ B7(R),B4(G),B3(B)假彩色波段组合)Fig.8 Interpretation results of active faults and basin locations in the northeastern segment of the Longmenshan

盆地的长轴越长,则主控盆地发育的断裂的水平错动性就越强; 盆地的沉降幅度越深,则主控盆地发育的断裂的垂直错动性就越强。由平武—青川断裂、北川—映秀断裂北东段、茶坝—林庵寺断裂和广元—江油断裂控制发育的盆地,无论是盆地数量,还是盆地的规模均比其他断裂大,说明这4条断裂的活动性最为强烈。

3.2.3 活动断裂与历史地震

断裂带的活动强度控制着地震震级的大小,且活动断裂的展布与地震的带状分布呈一致相关性。自1900年以来研究区地震震级Ms在[4.0,5.0)范围内累计出现了241次; 地震震级Ms在[5.0,6.0)范围内累计出现了25次; 地震震级在Ms≥6.0范围内累计出现了5次。区内地震沿主要断裂带分布,带状分布明显,地震活动贯穿整条断裂带(图9)。

图9 龙门山北东段活动断裂与地震空间展布的一致性(ETM+ B7(R),B4(G),B3(B)假彩色波段组合)Fig.9 Consistency of active faults and earthquake spatial distribution along the northeastern segment of the Longmenshan

4级内小地震沿平武—青川断裂、北川—映秀断裂北东段及茶坝—林庵寺断裂呈串珠状密集分布。研究区内分布在从西北的平武—青川断裂带、北川—映秀断裂带北东段、茶坝—林庵寺断裂带至东南的广元—江油断裂带上的地震累计出现次数呈现减少的趋势,5级和6级强地震数目也逐渐减少。说明研究区内,第四纪以来,平武—青川断裂带的活动性最强,向南东断裂带的活动性减弱,广元—江油断裂带的活动性最弱。

3.2.4 断裂与地形起伏度

断裂的现代活动必将导致断裂两侧断块的垂直差异运动。断裂活动越强烈,其两侧的断块落差越大。地形起伏度是指在某一研究区域内,所有栅格单元的最高点与最低点高程的差值,是描述地表单元地势的起伏复杂程度和某一研究域内地形变化的宏观指标[27-28]。其表达式为

R=Hmax-Hmin,

(1)

式中:R表示最大地形起伏度;Hmax与Hmin分别表示分析窗口内最大与最小高程值。以i×i(i=1,2,…,n)矩形栅格作为分析窗口,以1×1作为起始窗口,到17×17分析窗口终止,计算最大地形起伏度(表1)。

表1 窗口边长与最大地形起伏度关系Tab.1 Relationship between the side length of window and the maximum degree of topographic relief

将表1中边长值与最大地形起伏度值进行数据拟合,获得曲线如图10所示,发现当分析窗口为5×5时产生“拐点”。

图10 地形起伏度曲线Fig.10 Relife curve of land surface

因此,利用ArcGIS10.1软件中的邻域分析功能,采用5×5的分析窗口,对龙门山北东段的ASTER DEM数据进行计算处理,获得研究区栅格单元的最高点与最低点高程值; 利用ArcGIS10.1软件中的栅格计算功能,获得研究区的最大地形起伏度如图11所示。

图11 龙门山北东段地形起伏度Fig.11 Topographic relief extent of land surface in the northeastern segment of the Longmenshan

从图11中可以看出,平武—青川断裂两侧的断块高程差异最为明显,地形起伏度最大; 北川—映秀断裂北东段及茶坝—林庵寺断裂两侧断块高程差异次之; 广元—江油断裂两侧断块的高程差异最小,地形起伏度明显降低,说明平武—青川断裂带的活动性最强、北川—映秀断裂带北东段及茶坝—林庵寺断裂带的活动性次之,广元—江油断裂带的活动性最弱。

4 结论

遥感影像解译结果显示,研究区内断裂活动发育了典型的构造地貌,例如错断水系、走滑盆地、断层崖或断层三角面等; 活动断裂数目众多,主要有平武—青川断裂、北川—映秀断裂北东段、茶坝—林庵寺断裂和广元—江油断裂等4条大型活动断裂; 总体上,活动断裂之间在空间展布上大致平行。通过水系错动距离、断层崖或断层三角面的相对高差、走滑盆地的长宽比值、地震展布及震级以及地形起伏度等研究表明,研究区内4条主要活动断裂的活动性是北西侧强、南东侧弱,由北西向南东递减。

解译分析结果与陈立春等[29]野外研究的结果一致; 对龙门山北东段主要活动断裂活动性的研究结果与路静等[10]的研究结果一致,并且弥补了龙门山北东段主要活动断裂构造地貌错动距离厘定的空白现状。但是,本文没有对构造地貌的形成年代进行精确的测年,从而无法精确计算活动断裂的活动速率,这将是今后研究的方向。

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