寶雞地區主干斷裂的遙感圖像識別方法研究

何戰

（西北大學地質學系，陜西 西安 710069）

1 研究意義

六盤山在地理位置上位于寧夏、甘肅和陜西三省交界地帶，在地質構造位置上處于鄂爾多斯地塊、阿拉善地塊和青藏高原塊體的交匯部位，其構造和地貌發育有一定的特殊性和敏感性[1]。

隨著遙感技術的發展以及遙感圖像的日益完善，可以通過對遙感圖像所展示的不同的色調、形態、地貌、水系等影像特征反映斷裂構造，可以用于解譯斷裂。而遙感圖像和數字高程模型的結合，運用技術手段對地形及構造進行分析，可以完善前人通過實地測量所得到的地質圖像，填補一些地區的地學空缺。

因為寶雞地區人口密集并且斷裂特征在整個六盤山地區具有代表性，故選擇六盤山的寶雞段進行研究，利用遙感圖像與地質圖之間的聯系，對寶雞地區的主干斷裂進行識別和研究，達到更清楚認識該地區斷裂特征的目的。

2 研究現狀

六盤山盆地處在鄂爾多斯地塊、青藏地塊和阿拉善地塊之間，在中國大地構造體系中處于獨特的位置。經過野外變形分析與斷層滑動矢量構造應力場反演，初步確定六盤山盆地主要經歷了早白堊世成盆和后期改造2個大的階段。成盆過程分為了早白堊世早期的斷陷和早白堊世晚期的斷裂、褶皺變形，繼而開始長期的隆升剝蝕。后期改造是受到了印度-歐亞大陸碰撞的影響，使盆地發生強烈的褶皺和斷裂變形，六盤山快速隆起[2]。

關于六盤山盆地的構造演化，由于受到多旋回陸內造山的影響，六盤山盆地經歷了包括海西期、印支期、燕山期、喜馬拉雅期等的多期成盆作用。而多旋回成盆演化導致盆地在結構上疊加，構造上改造，自海西期以來經歷了多期的構造疊加，對應盆地演化可分為海西期構造變形（石炭、二疊紀）、印支期構造變形（三疊紀）、燕山期構造變形（早、中侏羅世，晚侏羅世，早白堊世，晚白堊世）和喜馬拉雅期構造變形（第四紀—古近紀）[3-4]。

關于六盤山的研究，王桂宏[5]運用衛星圖像發現六盤山盆地的形狀及其各部分的組成，將六盤山盆地邊界分為2段，解譯出盆地構造的11條格架性斷裂線性構造、13條沉積盆地蓋層型主干斷層以及46個正向環形構造，通過分析給出了含油氣區塊評價和進一步的開采建議。

本文主要是進行遙感圖像與地質圖像的比對，結合二者的數據，對結果進行歸納總結，得出更準確的數據。

3 研究內容

本文研究內容主要以遙感圖像上主干斷裂的識別和研究，輔以地質圖的比對。主要利用ENVI軟件對圖像進行處理，用寶雞地區1∶250 000的地質圖與相應區域的遙感圖像進行對比。步驟為：①對遙感圖像和地質圖像進行網格化處理；②將圖像中包含相同主干斷裂的部分進行篩選與編號；③在同等比例下將相同的圖像進行比對，得出結果。

4 研究區域地質概況

寶雞位于陜西關中西部，坐標為東經106°18′—108°03′，北緯33°35′—35°06′。本文的研究區范圍為東經106°30′—108°00′，北緯34°00′—35°00′，南北長約100 km，東西長約110 km，具體包括寶雞市區和鳳翔區、隴縣、鳳縣、千陽縣、岐山縣、扶風縣、眉縣、太白縣、麟游縣等在內[6]。

4.1 地質背景及構造演化

寶雞地區所處的大地構造位置，不僅是中國最活躍的南北構造帶北端的最南端，也是中國大陸東西和南北向的構造交界地帶。位于渭河盆地的的西北部，鄂爾多斯地塊的西南緣，西側與秦嶺褶皺系相鄰。研究區的構造演化與六盤山盆地的構造演化基本相似，區域內主要是受到印度-歐亞大陸碰撞的影響，從而發生了強烈的褶皺和斷裂變形，也就是說主要受到喜馬拉雅期的應力作用而引起的構造演化。

4.2 構造單元劃分

寶雞地區所處的位置即中國東西的構造分界部位，也是南北的構造分界部位。根據現代板塊理論，可將研究區及外圍附近的大地構造單元分為華北地塊、東昆侖—祁連—秦嶺造山帶、松潘—甘孜地塊、羌塘—昌都地塊、揚子地塊五大基本地塊構造單元。其中華北地塊可進一步劃分為3部分；東昆侖—祁連—秦嶺造山帶可進一步分為5塊[6]。

4.3 斷裂發育概況

區域的斷裂主要依托渭河盆地兩側發育，東北部分布較少，主要集中于西側和南側，尤其在西側小的斷裂密集，出現了相互截切及切斷河流的現象。研究區的斷裂形成的地貌有斷塊山地、斷陷盆地和斷層地貌[7]。

5 研究方法與遙感圖像選擇

5.1 研究方法

本文主要是研究寶雞地區的遙感圖像和地質圖像，利用ENVI等軟件對遙感圖像進行解譯，通過解譯標志的識別得出斷裂的位置和特征，并對比地質圖的位置。

5.1.1 解譯步驟

需要準備的資料包括地區相關的地質資料和遙感地質資料，而對于一些山區，由于地形起伏較大，需要收集高分辨率的圖像進行糾正，還需要進行DEM矯正。再通過對前人的資料分析確立遙感地質工作的方向和重點。

在得到原始的遙感影像圖之后，如果原始的資料存在著缺陷，應采取適當的濾波方法進行校正，然后對原始圖像的對比度、亮度、飽和度等進行增強處理。由于采用的多波段圖像，需要對圖像進行合成，進行拼接羽化，之后進行色彩的調整，最后通過幾何糾正來消除或降低合成對圖像產生的畸變。

解譯的內容包括斷裂的類型、規模、產狀、斷距等，然后根據遙感圖上的線性影像、斷裂兩側的地質體空間位置變化以及接觸關系等解譯標志來判定斷裂是否存在，再根據斷裂的形態特征、巖石變形特征及斷裂兩盤的相對關系確定其類型。

5.1.2 解譯說明

斷裂遙感影像標志主要由斷裂的識別標志、構造形態、地貌和水系等幾個方面，根據1∶250 000遙感圖的特征[8]，得出了以下的解譯標志：巖石或地層發生位移，構造線影像突然中斷、錯位，直立分布的斷層三角面的存在，巖體、巖脈、火山口呈線狀分布，山體、湖泊、沼澤的位錯，直線狀的溝谷和洼地，水系同步彎曲。

5.2 遙感圖像選擇

5.2.1 ETM+圖像

ETM+（Enhanced Thematic Mapper）是1999-04-15美國航空航天局發射的Landsat-7衛星，以保持地球圖像、全球變化的長期連續監測[9]。

本文應用編號為p128r306的ETM+圖像，將該圖的3、4、7波段按照743的順序合成之后用于解譯工作。TM7、TM4、TM3分別是紅、綠、藍色，合成之后的顏色最接近自然的彩色，有助于解譯過程的順利進行[10]。并且也嘗試過其他波段的組合，結果并不是很理想，顏色會偏向某種色彩。

5.2.2 Google Earth圖像

Google Earth（GE）是一款谷歌公司開發的虛擬地球儀軟件，它把衛星照片、航空照相和GIS布置在一個地球的三維模型上。

本文研究區的范圍包括了一個城市的市區及大部分區縣，在使用高分辨率圖像進行糾正時所需圖像較大，成本高，所以采用GE圖像進行糾正，降低解譯工作的成本。

5.2.3 ASTEM GDEM數據

ASTER GDEM，即先進星載熱發射和反射輻射儀全球數字高程模型，為數字高程DEM，其全球空間分辨率為30 m[11]。

ASTER GDEM數據是根據NASA的新一代對地觀測衛星Terra近10年詳盡觀測結果制作完成的。其數據覆蓋范圍為83°N—83°S之間的所有陸地區域，達到了地球陸地表面的99%。

本文通過Terra衛星的近紅外波段的垂直向下成像傳感器和后視成像傳感器獲取立體像對所生成DEM數據，將DEM數據帶入遙感影像圖進行后續工作。

6 研究區主干斷裂特征

研究區域的斷裂分布方向基本不相同，主要的斷裂大都可以貫穿整個區域并且個別斷裂的延伸方向會出現變化。通過對遙感圖像上的斷裂的提取，將其與地質圖賞標注的位置對比，能得出二者的區別和聯系[12]。

研究區的3個大型斷裂如圖1所示。

圖1 主干斷裂示意圖

6.1 F1斷裂

如圖2所示，該斷裂在研究區的西部偏南的位置，呈北西西走向，向西可延伸至甘肅地區。起于34°23′25.46″N，107°4′0.13″E，止 于34°30′3.33″N，106°29′59.41″E，貫穿整個西部區域。為了得到更清晰的圖像，所以將整個斷裂分為3部分進行比對。遙感圖像中的實線線條是地質圖中的斷裂在遙感圖上的位置。

圖2 F1斷裂

對于圖2（a）中遙感圖的分析，由于地質圖中斷裂位置在遙感圖上貫穿了幾條山脈的山脊，并且在偏下的區域可以看到較清晰的斷層三角面，故斷裂在圖的中間部分的位置應該偏下，也就是地質圖中的斷裂的中間部分有偏差，有些稍偏北。

對于圖2（b）中的遙感圖上的影像特征辨別，右下部分的水系發生了彎曲，指示了斷裂的實際位置，即右下部分的斷裂實際位置應該在現在位置稍微偏北一些。

對于圖2（c）中的遙感圖像上的位置與實際位置基本上沒有什么偏差。

6.2 F2斷裂

如圖3所示，該斷裂由研究區的西北角一直延伸至東南方向，起于34°59′59.75″N、106°35′29.02″E，止于34°9′46.20″N、108°1′7.54″E，貫穿整個研究區。

圖3（a）中的遙感圖像的西北角白線部分為斷層三角面，故該部分的的斷層位置與地質圖上的標注存在偏差，實際位置應向左下偏移，即向西南方偏移。

圖3（b）中地質圖上的斷裂過半為隱伏斷裂，未找到遙感圖像上的對應標志。右下側部分的斷裂由遙感圖上的色調判斷，圖中的白線部分可以將兩側很好地區分開來，故該段的實際斷裂位置應在地質圖標注位置的西南方向。

圖3（c）中遙感圖像上可見一條清晰的、與兩側顏色相異的線狀構造，即為斷裂。將地質圖中的斷裂移至遙感圖的相應位置后，白線部分為未被平移過來的覆蓋的線狀構造，即實際的斷裂位置在地質圖上標注位置的東北方向。

圖3 F2斷裂

6.3 F3斷裂

如圖4所示，該斷裂也是由研究區的西北延伸到東南，整條斷裂的走向為近北西南東向。起于35°0′0.56″N、106°46′36.04″E，止 于34°14′4.22″N、108°0′0.17″E，同樣貫穿整個區域。

圖4（a）中地質圖上標注的斷裂所表達的是這部分的斷裂可能為隱伏斷層或者不存在，所以在遙感圖上沒有很明顯的特征。只有右下部的白線部分可見串珠狀的湖泊，指示著斷裂，其余位置不能確定。

圖4（b）中的斷裂只有西北角為正常斷裂，其余為隱伏斷裂，且斷裂位置穿過居民區，沒有明顯的影像特征。一小段的正常斷裂在遙感圖上的位置應該在黃線指示的斷層三角面處，地質圖的標注有些偏西南。

圖4 F3斷裂

該斷裂的剩余部分基本為隱伏斷裂，無法辨別特征，不做討論。

7 結論

本文以寶雞地區為研究區，利用ETM+、Google Earth的遙感數據以及寶雞地區的1∶250 000地質圖對研究區內的主干斷裂和個別的次級斷裂進行識別。對于遙感圖像主要采用多波段融合的方法，增強斷裂在遙感影像圖上特征，最終得到以下結論：①地質圖上的斷裂存在偏差，遙感圖像上解譯的斷裂位置更符合實際；②遙感圖上的斷裂特征在某些區域不明顯，例如居民區和林區。