第一作者简介: 姜端午(1963-),男,教授级高工,主要从事遥感地质环境应用研究。
长江流域基础地质遥感调查与监测,以2000年左右ETM图像为主,20世纪70年代MSS图像和2007年左右CBERS图像为辅,进行地貌、第四纪地质及新构造断裂遥感解译。通过长江流域遥感解译实践,归纳总结了新构造遥感解译标志。
During the basic geological remote sensing survey and monitoring in Yangtze River Basin, the authors adopted mainly the ETM images acquired in 2000 with the assistance of MSS images acquired in the 1970’s and CBERS images acquired in 2007 to interpret the geomorphology, Quaternary geology and neo-tectonic fractures. The interpretation keys are summed up on the basis of the remote sensing interpretation practice in Yangtze River Basin.
长江流域基础地质遥感调查与监测, 以2000年左右获取的ETM多光谱图像为主, 20世纪70年代获取的MSS和2007年左右获取的CBERS多光谱图像为辅, 进行地貌、第四纪地质及新构造断裂遥感解译。构造、断裂解译是一般遥感地质工作者的强项, 但新构造、活动性断裂的遥感解译却有一定的难度。本文以1:25万标准图幅全分辨率遥感影像图为基础信息源, 在全面总结新构造遥感解译标志基础上, 结合已有地质、地貌、地热及地震等资料, 进行人机交互解译; 辅以必要的野外踏勘与验证工作, 进行综合编图, 取得了较好的地质效果。
新构造又称活动性构造, 或者新构造运动, 系指第四纪以来的构造运动, 其起始时间大约在早更新世前后。新构造运动的主要表现是升降(隆起、沉降、掀斜)运动、构造变形及断块差异活动。新构造运动直接控制和影响现代地形地貌、水系的形成和发展, 并引发地震、断裂活动及其他物理地质作用。新构造运动是区域地壳稳定性研究的主要内容之一, 也是区域地壳稳定性和地质环境评价中十分重要的因素。
新构造断裂又称活动性断裂, 系指第四纪形成或继承活动的断裂。按照规模可分为深大断裂、区域性断裂和一般断裂; 按照断裂性质可以分为压性(逆冲断层)、张性(正断层)、走滑断层和性质不明断裂。
对新构造研究的常规方法有地质法、地貌法、天文法、大地测量法、地球物理法、水文地质法、历史考古法及近期兴起的断裂活动同位素法等[1]。上述方法仅仅是从不同侧面、在较小范围、对有限(构造)目标进行的定性、定量分析。但是, 伴随研究对象范围的扩大, 在区域性范围内, 如何快速、全面、系统地研究“ 活动性构造” 特征及其展布, 是本文运用遥感地质方法研究的内容。对“ 活动性构造” 的研究, 是以1:25万比例尺的遥感图像为基础, 对第四纪以来的“ 活动性构造” 进行全面系统的解译, 而不是仅局限某时期或某阶段; 对活动性构造形态单元的研究不仅是活动断裂本身, 还要关注它们的地貌类型及变化特征。
构造活动性遥感解译标志包括直接的线状、面状构造标志和地貌标志, 也包括间接的地下热水标志和地震标志。
2.1.1 线状断裂构造标志
线状断裂构造在遥感图像中大量出现, 常表现为色带、色线等色调异常, 可以是陡崖、陡坎地形呈直线状分布, 低凹地形的线状展布, 山体的切割错移, 地层岩石被横向错断等; 具有活动性特征时, 则线性影像更加清晰易辨, 形如刀切, 表明断裂构造形成较晚, 干扰少。例如石泉— 安康岩石圈活动断裂为一弧形岩石圈(地壳)断裂带, 总体呈北西— 南东向刀切状线状影像, 控制着安康盆地的形成和发展(图1)。
又如慈利— 溆浦— 城步区域性活动断裂呈现十分清晰的北北东向直线状沟谷特征, 南部切穿了白马山岩体和所有地层, 北部切割了溆浦红层盆地, 并控制着盆地内第四纪的沉积(图2)。
在流水地貌发育地区, 单线河流冲沟呈直线状(图2)或直、锐角状转折; 当断裂活动强度较大时, 主干河流也呈直线或直、锐角急转折; 河流切割深, 常呈峡谷; 河网呈格状水系。例如勉县— 青川岩石圈活动断裂(图3上部)和汉中— 宁强岩石圈活动断裂(图3下部)均呈十分明显的北东向线状沟谷。
2.1.2 线性隆起构造标志
山脉是遥感图像中最显著的线性隆起构造, 是呈线状、条带状或束状连续延伸的山体, 山顶往往呈尖棱状。例如迭部县— 武都区域性断裂呈北西向线状沟谷、线状山脉, 控制了山脉和沟谷水系的走向(图4); 舟曲县— 武都区域性断裂呈北西向线状沟谷、线状山脉, 也控制了山脉和沟谷水系的走向(图5); 而西乡— 城口— 镇坪断裂和镇巴— 巫溪断裂均为大巴山弧形构造带的组成部分, 断裂特征为顺地层走向的弧形沟谷或山脉(图6)。
馒头状山体, 往往是河流水系的分水岭。大型山脉构成的分水岭往往控制并影响水系的发育, 如澧水、沅水、资水的发育就是典型的受武陵山脉和雪峰山脉控制的水系。
2.2.1 岩溶地貌面状构造标志
岩溶地貌发育, 一般认为有幼年期、青年期、中年期至老年期的岩溶发展阶段, 各发展阶段组成的岩溶构造旋回往往与新构造运动的上升隆起强烈活动到趋向稳定的过程相吻合。幼年期岩溶地貌有石芽、溶沟和少量漏斗; 青年期岩溶地貌有漏斗、落水洞、干谷和盲谷, 规模较小的溶蚀洼地, 地表河流变为地下河; 中年期由于洞顶坍塌, 岩溶地貌有天窗、地下河(有时又转为地上河), 还有大型溶蚀洼地及峰丛; 老年期地表水广泛发育, 岩溶地貌有泛滥平原, 残留孤峰和残积红土。若有晚阶段活动构造带叠加, 则地貌发展又趋年青化, 形成较年青的岩溶地貌。
2.2.2 台地面状构造标志
台地指面积较小的断块, 其特点是整体隆起或掀斜, 由老断裂继承性差异活动形成。台面较平坦, 比高不大, 山包呈圆丘状; 但在台地边缘, 深沟坡陡, 常为峡谷。例如湖南花垣排碧岩溶台地的中部台地(古夷平面)地势平坦, 两侧沟谷深切(图7)。这种典型的低山、高台地、低丘洼地地区, 往往是残留的古夷平面分布区。
2.3.1 地貌单元直线状分界标志
第四纪沉积盆地的直线状分布(图1)、平原与山地地貌单元的直线状分界, 往往是活动性构造存在的标志。例如商州断裂表现为东西向线状影像特征, 丹凤— 商南断裂表现为北西向沟谷, 控制着商州盆地和商南盆地的第四纪沉积分布(图8); 武都— 凤县区域性断裂与成县— 留坝县断裂分别位于中间东西向成县— 凤县盆地南北两侧, 呈线状影像或线状陡崖, 控制着第四纪的沉积(图9); 武都县— 洋县岩石圈活动断裂则是汉中第四纪盆地(南部)与中山地貌区(北部)两地貌单元的分界, 也控制了第四纪的沉积(图10)。
| 图10 武都县— 洋县岩石圈活动断裂 |
2.3.2 流水地貌标志
地表流水的侵蚀搬运及堆积作用形成各种地貌, 是构造活动最敏感、最显著的标志。在活动构造控制下, 可使水流加速下切、强烈侵蚀溶蚀形成峡谷地貌, 河流冲沟呈直线状、直角状急转折, 例如泸溪凉水井断裂表现为直线状沟谷、沅江支流酉水河直角拐弯(图11); 或呈线状排列的一系列河流裂点、泉水露头点、构造湖, 例如太阳山断裂, 沿北东向延伸的太阳山西侧分布, 为西部台地与太阳山丘陵的分界; 太阳山与洞庭湖之间一系列呈北东向分布的构造湖, 则指示常德断裂的存在(图12)。
| 图12 太阳山活动断裂与常德活动断裂 |
2.3.3 阶地地貌标志
现代河流阶地是新构造活动的重要标志。基座阶地反映地壳上升, 埋藏阶地和堆积阶地反映地壳下降, 直线状阶地分布则有可能指示活动性断裂的存在。
水文地质资料标志出的地下热水出露部位, 往往与活动断裂延展部位相吻合。例如汨罗— 宁乡区域性活动断裂其产状为45° /NW∠45° , 控制K— E盆地和公田一带。该断裂东侧上升为低山, 西侧为低丘宽谷或台地, 控制着灰汤97° 热泉及宁乡望城等处有感地震(图13)。
| 图13 汨罗— 宁乡区域性活动断裂 |
有准确位置记载的地震是活动性构造的最直接标志。但是, 记载天然地震的历史文字(地震范围和震中方位)往往太简略, 所以仅供参考。
断裂活动性的遥感判别标志主要根据断裂对现今水系、山体、地貌单元、第四系地层及第四纪沉积盆地等是否存在控制作用综合判定。例如丹凤— 商南断裂为北西向线状沟谷或线状影像; 山阳县断裂为近东西向线状沟谷和东西向延伸的第四纪山阳盆地, 控制着该盆地的第四纪沉积(图14)。
| 图14 丹凤— 商南一般断裂(北部)与山阳县一般断裂(南部) |
又如岳阳— 湘阴区域性活动断裂走向北北东向, 为汉江— 洞庭盆地东缘的控制构造, 又称为湘江断裂, 控制着两侧第四纪地层的沉积厚度。遥感影像上湘江呈波状延伸, 有沿湘江呈串珠状排列、反映升降交界处的树枝状构造湖(图15)。
| 图15 岳阳— 湘阴区域性活动断裂(湘江断裂) |
经与已知资料对比及野外验证结果证明, 以上总结的新构造遥感解译标志是有效且实用的; 利用遥感图像进行大范围的活动性构造解译和研究, 快速、直观、效果良好。
The authors have declared that no competing interests exist.
