基于Google Earth 的渾河斷裂帶遙感影像解譯分析

萬 波，丁 浩，王 超

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

渾河斷裂帶是郯廬斷裂帶的組成部分[1-3]，也是遼東山地最為重要的區域性斷裂之一，它嚴格控制了狹長型渾河河谷的發育及沿線一系列小微型第四紀盆地的生成，形成了條帶狀的河谷第四系沉積①遼寧省地震局. 密山——敦化斷裂遼寧段（渾河斷裂） 活動性鑒定. 沈陽：遼寧省地震局，2018.[4-5]。渾河斷裂地質地貌形態特征鮮明，利用Google Earth 衛星數據對斷裂遙感信息進行處理和判讀，并結合實際調查和驗證，可以識別斷裂遙感線性影像。渾河斷裂遙感解譯包含兩個層面的工作，一是宏觀解譯分析，重點確定渾河斷裂與區域性的赤峰—開原斷裂、蘇子河斷裂、下哈達斷裂等在空間網絡結構、活動性等方面的關系；二是針對渾河斷裂不同段落及其構造階區、結點部位開展精細的解釋和分析，側重解決斷裂位置、規模、結構和活動性等相關問題。通過遙感解譯分析，能夠得到基于Google Earth 影像數據可見光波段的斷錯地質地貌信息，進而判定渾河斷裂帶的展布、規模、結構、活動性和斷裂分段特征。

1 數據資料

Google Earth 所提供的地圖數據是以衛星照片為基礎并整合了航空照片和GIS 系統的實時地球影像，該數據源的獲得時間較新（一般為1～3年以來并不斷更新），基本上采用可見光波段，覆蓋了沈陽、撫順及其以東的遼東山地。衛星照片以LANDSAT-7 為主，航空照片則以英國BlueSky、美國Sanborn、美國IKONOS、法國SPOT5 等所提供的為主。Google Earth 地圖數據分辨率一般可以達到1～2.5m 的量級，最高可達0.61m 甚至更高的亞米級[6]。它所提供的地形地貌、海拔高度等數據均附著有精準的經緯度信息，因而對于地質地貌研究及其定位具有良好的適用性，只是其海拔高度的精確度相對較低，一般只有10～30m 左右，這對于研究渾河斷裂兩側的差異性升降運動變化時是不適用的。在渾河斷裂展布區域，Google Earth 的地圖數據分辨率可以達到1～2.5m 左右，一些地段如沈陽、撫順等斷裂沿線的城市區域分辨率更高一些，能夠達到米級甚至亞米級水平。利用這種高精度的Google Earth 可見光波段影像數據開展渾河斷裂帶的斷錯地質、地貌研究是完全可行的。

2 斷裂構造解譯標志

基于遙感影像的地質解譯中，斷裂線性構造的解譯效果是較為理想的，不僅能夠籍此獲取斷裂展布、規模、結構等基本要素，還能夠根據斷錯地質地貌信息來分析和判定斷裂的活動特征[7]。實踐證明，具有一定規模和活動特征的斷裂構造不僅會明顯錯切早期巖體和地貌單元，也能夠對晚近時期的第四紀地層、地貌單元造成可觀測到的錯動，抑或控制第四紀巖漿噴發和第四系分布，形成與斷裂活動相關的宏觀、微觀構造地貌現象。它們均會不同程度地在遙感圖像上顯現出相應的形態信息和色調信息[8]。概括起來，斷裂構造的遙感解譯標志可歸納為垂直錯動標志和水平錯動標志，就現有的影像數據精度和技術分析手段而言，水平錯動較之垂直錯動更易于識別。

一般地說，沿斷裂的線性色調異常條帶或不同色調區域界線是遙感影像上斷裂構造發育的主要解譯標志。線性條帶的寬度、平面結構和穿透性反映了斷裂（帶） 的規模、結構及活動特征，而地層的缺失、重復、橫向錯開和走向斜交不僅能夠較好地指示斷層的發育，地層錯開幅度還在一定程度上反映了斷裂活動程度。在以渾河斷裂為目標斷裂的遙感解譯工作中，發育于盆地沖洪積平原、不同等級河流階地、坡洪積扇、坡積裾以及基巖山前地帶的微地貌陡坡、陡坎或者坡洪積扇、坡積裾等微地貌單元的條帶狀排列所形成的具有一定規模的色調異常條帶是判定渾河斷裂的主要標志，它們多呈平行狀、斜列狀，連續性較好。分析、調查表明，現代渾河河谷及其兩側沿斷裂走向的線性微地貌變化是十分清楚的，它們通常形成了清晰的線性影像，如沿斷裂帶的微地貌陡坡、陡坎呈NEE 向的展布，沿斷裂破碎帶或斷陷帶發育有NEE 向至近東西向線狀延伸的斷裂谷或斷陷盆地，沿斷裂帶侵入巖脈或巖墻由于抗剝蝕能力較強而形成隆脊等，它們都明確地指示了渾河斷裂的存在，而微地貌陡坎、斷陷盆地的形態、規模、展布結構及其第四系發育還指示了斷裂的規模、結構和活動特性；另一方面，當渾河斷裂不表現為對河谷形態的嚴格控制而主要表現為跨斷裂的地質地貌異常時，線性影像的清晰度則相對較低，但斷裂對溝谷、山脊的錯斷以及山間洼地、山前臺地、坡洪積扇、坡積裾等呈NEE 向的串珠狀線性排列等也具有較為明確的指示意義。斷裂活動常常制約著水系的發育，特別是渾河斷裂本身實際上控制了現代渾河河谷的發育。作為主干河流，渾河有著眾多的支流溝谷，這是開展渾河斷裂遙感解譯的有利條件，即可以通過水系的規律性變化以及格狀水系、角狀水系、帚狀水系等不同的水系結構來分析和判定渾河斷裂發育及其活動特征，也可以根據斷裂泉的線狀排列來判定斷裂的展布形態。此外，土壤、植被等較易識別的宏觀標志可能由于斷層兩盤巖性的差異而有所不同，從而產生色調異常，這在撫順盆地區和沈陽所在的下遼河盆地區是有一定體現的，可以作為斷裂解譯的次要標志；對于渾河斷裂帶這樣大規模的斷裂構造來說，其兩側的自然和人文景觀也可能表現不同，可以作為判定斷裂構造的參考標志。

3 遙感解譯影像的分級處理

以遙感線性影像清晰度、穩定性和連續性為基礎，參考線性影像與已知斷裂構造在位置、展布和結構等方面的依存關系，將遙感解譯線性影像區分為A、B 兩個不同的辨識等級，以更好地甄別解譯影像所指示的活動斷裂特征。具體來說，A 級影像的可辨識度較高，色調異常條帶或色調差異比較明晰，線性特征清楚，延伸穩定，連續性較好，對斷裂構造（微） 地貌變化反映較好，與斷裂構造依存度較高；B級影像可辨識度較低，能夠顯示出色調異常條帶或色調差異，具有一定的線性特征，但清晰度相對較差，延伸穩定性和連續性也不如A 級影像，可能在一定程度上反映了斷裂構造的（微） 地貌形態變化，但與斷裂構造的依存度相對較低，而非構造因素的可能性則相應提高。

4 結果分析

縱觀渾河斷裂帶的地貌發育及其遙感影像特征，在撫順盆地區及以東地段，斷裂充當了中低山、丘陵與山前坡洪積扇裙、坡積裾和河谷平原的邊界，兩側色調差異明顯，線性影像清楚；但在沈陽附近，斷裂展布于晚更新世—全新世早期山前傾斜平原和渾河沖洪積扇上[9]，兩側地貌單元相同，不存在明顯反差，線性影像較差。另一方面，渾河斷裂控制了渾河干流水系，而與之交會的下哈達斷裂、蘇子河斷裂控制了支流水系①遼寧省地礦局，等. 1：20 萬區域地質調查報告（沈陽幅，營盤幅，開原幅，海龍幅）. 沈陽：遼寧省地震局，1975-1979.，水系結構總體上服從斷裂交會特征，并顯現出清晰的影像。就渾河斷裂的沈陽段、撫順段、章黨—南雜木段和南雜木—英額門東段來說②遼寧省地震局. 密山——敦化斷裂遼寧段（渾河斷裂） 活動性鑒定. 沈陽：遼寧省地震局，2018.，各段構造發育和遙感影像有所不同，其中沈陽段可解譯出41 條斷裂相關線性影像，均為B 級，撫順段可解譯出線性影像18 條，包括A 級和B 級，章黨—南雜木段可解譯出A 級影像7 條、B 級影像24 條，南雜木—英額門東段可解譯出A 級影像19 條、B 級影像80 條。表1 列出了上述4 個斷裂段比較典型的線性影像解譯結果。

4.1 渾河斷裂沈陽段

在從沈陽南部永樂延至李石寨長約60km的范圍內，渾河斷裂遙感影像表現為零散的、間斷排列的線性段落，其間存在著多個跨度較大的解譯空區，其所表征的與斷裂相關的線性地貌現象不很明顯。一般規律為，一些地段的影像色調差異較為清楚，而另一些地段較為模糊；一段只表現為1 條影像，另一段則可見到若干條；一段影像平行狀排列，另一段呈斜列狀；一段為左階斜列狀，另一段卻為右階斜列狀；一段在地貌上形成NE-NEE 向沖溝或洼地，另一段則為陡坡或陡坎等。解譯結果顯示，最大的空區出現在渾南建成區內，這里的2～3個空區尺度均能達到5～10km 左右，其中看不出任何與斷裂相關的痕跡，而在沈陽、撫順交界的張沙布—深井子—李石寨一線，由于城市建設相對滯后，原始地形地貌破壞較輕，能夠解析出較多的初判為斷裂的線性地貌，此外，在永樂、水蘿卜、來勝堡東和麥子屯—古城子等地可見到1-2 條較細的深淺不一的色調條帶和色調差異，在仕官、上深溝—后營城子、李相—古城子—牛相—張官和劉紅臺等地可見一系列斜列或平行的短促直線或微彎曲狀深色調條帶和色調差異。

分析斷裂影像特征并結合已有研究和野外驗證調查，可以確定遙感影像與斷裂展布基本相同，影像排列結構和兩側高度變化與斷裂段結構和活動特性基本吻合。受到較厚的上更新統-全新統地層覆蓋，加之斷裂早期活動性較弱，斷裂對近地表地貌改變和影響較小，難以解譯出清晰、穩定、連續性較好的斷裂線性影像。雖然不能完全確定遙感影像與斷裂活動的直接關系，但至少可以給出渾河斷裂沈陽段發育和活動性的趨勢性判斷。

4.2 渾河斷裂撫順段

與沈陽段比較，渾河斷裂撫順段第四系減薄而斷裂有所出露，影像效果明顯改善，線性條帶或其兩側色差可辨識度較好。在分布上，影像主要位于撫順盆地北側，盆地南側受到城市區人類長期活動和礦山開采影響效果較差。渾河北岸自高灣—滴臺經西葛布、高爾山東延至前甸北山、關嶺一帶長約30km 的范圍內，線性影像主要展布于山前地帶，總體呈近東西向的“一”字型排列，其間左階錯開，形成1～3 條延伸較遠、近直線狀或微彎曲弧狀的線性段落，其間不存在空區，具有連續性和規律性較好、結構鮮明、變化簡單的特點。經過野外驗證調查，影像在微地貌上主要反映了盆地北側具有明顯高度差的陡坡或陡坎。在盆地南側，由于建、構筑物覆蓋較多，難以見到相關的斷裂痕跡，只在露天采礦場北側河岸附近識別出模糊的NEE 至近東西向色調差異界線，而其成因具有多解性。在這一地段已經知道渾河斷裂南支主干F1、F1A 發育[9-10]，且規模較大，但通過遙感方法并不能夠揭示。至撫順盆地東部大甲邦、大道附近，F1A 跨過渾河河床由南岸延入北岸①遼寧省地震局. 密山——敦化斷裂遼寧段（渾河斷裂） 活動性鑒定. 沈陽：遼寧省地震局，2018.，這里原始地形地貌破壞較小，可以解譯出一系列近平行的NEE 向色調異常線（圖1），可能與斷裂相關。經過調查，它們在微地貌上多形成高度差很小（一般0.5～1m 以下） 的沖溝或洼地，也有一些屬于河流階地或高河漫灘前緣陡坎，后者則與斷裂之間關系不大。在盆地東端的章黨一帶，遙感影像略顯復雜，存在一系列右階斜列或平行狀排列的短線，應與NE 向下哈達斷裂的右旋活動相關。

表1 渾河斷裂遙感線性影像解譯特征

圖1 渾河斷裂撫順段大甲邦附近衛星遙感解譯圖Fig. 1 Satellite remote sensing images of Fushun segment of Hunhe fault at Dajiabang and its nearby area

綜合遙感影像并結合已有認識和實際調查結果，認為撫順段線性影像與北支的展布是一致的，影像結構及兩側高度變化與斷裂結構和最新活動特性吻合，反映了新構造差異運動規律性。斷裂南支在盆地東部與影像契合性較好，影像結構及高度變化與斷裂能夠大致吻合，向西延伸則由于人類活動改造影像不斷減弱，斷裂識別度也逐漸變差。

4.3 渾河斷裂章黨—南雜木段

章黨—南雜木段由大伙房水庫經石門嶺、營盤延至南雜木盆地，長約30km。斷裂影像清晰，主要由相間排列的3～4 條NEE 至近東西向直線狀或彎曲弧狀線段組成，延伸較遠，呈平行狀、斜列狀或分支復合形態，連續性和規律性較好，形態特征均勻，不存在空區（圖2）。不同線段的長度和色調存在一定差異，但在4個段落中最為均勻、穩定，各個條帶及其兩側色調差異較為明顯，發育有較多的可初判與斷裂相關的地貌變化。經過驗證調查，沿上述影像在微地貌上能夠觀測到一系列的直線型溝谷、山前陡坡和陡坎帶，也觀測到NEE 至近東西向展布的串珠狀小微型坡洪積扇、坡積裾及同向剝蝕堆積臺地，它們切割和改變了原有的侵蝕、剝蝕丘陵、低山，可梳理出3～4 條NEE 至近東西向的線狀地貌，而且沿線狀地貌在多處見到斷裂破碎帶，表明兩者確實存在著密切的關系。章黨—南雜木段的遙感線性影像與渾河斷裂展布、結構、活動性是吻合的，而影像辨識等級較高且延伸更為穩定、連續也揭示了斷裂兩側可能存在著較為明顯的微地貌變化，這在一定程度上反映了斷裂段較為明顯的第四紀活動性。

圖2 渾河斷裂章黨—南雜木段西端章黨—萬金屯衛星遙感解譯圖Fig. 2 Satellite remote sensing images of the west end of Zhangdang-Nazamu segment in Zhangdang-Wanjintun area

4.4 渾河斷裂南雜木—英額門東段

南雜木—英額門東段的遙感線性影像西起于南雜木盆地，向NEE 經紅透山、南口前、北三家、清原、英額門一直延至丁家街以東，全長約75km，具有色調清晰、規律性和連續性較好、形態特征均勻的特點。影像主要由2～3 條平行狀或斜列狀的線段組成，其中大部分與已知斷裂契合緊密，反映了渾河斷裂帶的空間展布和結構特性，僅在局部地段存在小規模的影像空區，同時，A 級影像在微地貌上多屬于受到斷裂帶切割控制的山前剝蝕陡坎或斷層三角面，色調差異顯著，多發現斷裂破碎帶的出露。在丁家街以東，渾河斷裂帶與赤峰—開原斷裂帶相交會，斷裂線性影像清晰度和穩定性、連續性變差，影像趨于發散，構造指向性減弱。與撫順段一樣，南雜木—英額門東段在宏觀上控制了渾河河谷形態，而以斷裂南、北主干分支為邊界，平坦、開闊的渾河河谷迅速轉變為起伏劇烈的侵蝕、剝蝕低山，兩大地貌單元之間深、淺色調差異十分顯著，與此同時，山前地帶還廣泛發育有條帶狀的坡洪積扇、坡積裾和陡坎、陡坡等，也發育有NEE 向狹長直線型的渾河次級溝谷，它們也分別表現出深、淺不同的色調（圖3）。沿條帶狀坡洪積扇、陡坎和溝谷等追索調查，可見到斷裂的痕跡，表明線性影像與渾河斷裂之間存在著密切的關系。

南雜木—英額門東的遙感影像與該斷裂段的展布、結構和最新活動特性吻合，反映了渾河斷裂兩側的新構造運動規律。線性影像在整個斷裂段內分布比較均勻，只在東端與赤峰—開原斷裂帶交會區域顯得模糊、發散，它與指示赤峰—開原斷裂的NW-NWW 向影像相互交錯，渾河斷裂的主導地位顯著降低。

圖3 渾河斷裂南雜木—英額門東段斗虎屯—清原衛星遙感解譯圖Fig. 3 Satellite remote sensing images of Nanzamu-Yingemen east segment in Douhutun-Qingyuan area

5 結語

作為引領性研究，開展了渾河斷裂帶完整、細致的遙感解譯，輔以實際驗證調查，確定了斷裂遙感線性影像及斷裂發育和活動性的一般特征。沈陽段由于受到了郯廬斷裂帶下遼河段和依蘭—伊通斷裂的構造牽引，其所處的下遼河盆地第四系厚度要顯著高于其它各段，受到第四系覆蓋，斷裂遙感影像特征較差；撫順段對于撫順盆地形態和第四系沉積控制明顯，第四系厚度已大大降低，由于人為影響仍然較強，影像特征雖然較好但不完整；章黨—南雜木段、南雜木—英額門東段沿線有南雜木盆地、清原盆地等一系列小微型斷陷盆地發育，第四系很薄，人類活動較弱，斷裂帶宏觀、微觀地貌表現均很好，遙感線性影像清楚、完整。

通過渾河斷裂帶的遙感解譯，初步判定了斷裂展布、規模、結構和活動特性，其成果對于下一階段進一步開展地質地貌、地震地質等調查研究具有重要的指導意義。由于渾河斷裂第四紀活動性很弱，雖然沿斷裂帶能夠解譯出遙感線性影像，并據此大致確定斷裂發育特征，但線性影像更多地體現了斷裂兩側的新構造差異及地貌形態變化，而沒有發現明顯的第四紀斷錯微地貌現象。另外，通過遙感解譯分析，在英額門以東，渾河斷裂帶在平面展布上逐漸呈現發散的短促狀條帶，主干構造趨于模糊，與此相似，在渾河斷裂延伸線上的赤峰—開原斷裂帶也呈NWW 向發散的平行狀、短促狀展布，主干構造不明晰，兩條斷裂帶的遙感影像在交會區域可識別度均明顯減弱，均沒有發現水系、溝谷、山脊等穿過斷層時發生同步扭曲、轉折等現象，表明這區域內渾河斷裂、赤峰—開原斷裂的發育程度和活動性降低。在與赤峰—開原斷裂交會處附近，渾河斷裂遙感影像趨于尖滅，同向構造地貌已不明顯，斷裂近地表痕跡逐漸消失。