基于多源遙感數(shù)據(jù)分析日喀則地區(qū)活動斷裂的影像特征1

徐秀杰張 凌王振杰陳國滸劉岸明屈春燕閆相相單新建

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基于多源遙感數(shù)據(jù)分析日喀則地區(qū)活動斷裂的影像特征1

徐秀杰1，2，3）張 凌4）王振杰3）陳國滸1）劉岸明1，3）屈春燕1）閆相相3）單新建1）

1）中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029?2）山東省地震局，濟(jì)南250014?3）中國石油大學(xué)（華東），青島266580?4）中國地震應(yīng)急搜救中心，北京100049

選取多時相、多波段的MODIS紅外影像以及MSS、ETM、資源衛(wèi)星等多源遙感數(shù)據(jù)，通過解譯活動斷裂的遙感影像標(biāo)志，對西藏日喀則地區(qū)東西向的活動斷裂位置及其活動性進(jìn)行了重新解譯和判定，識別出了沿雅魯藏布江縫合帶展布的三條活動斷裂，即岡底斯斷裂、昂仁-仁布斷裂、拉孜-邛多江斷裂。同時，利用多源遙感影像綜合分析了斷裂發(fā)育的宏觀及微觀地貌特征，研究了構(gòu)造活動與水系沖溝地貌之間的關(guān)系，得到了一些初步認(rèn)識：三條東西向活動斷裂以擠壓逆沖為主，且受雅魯藏布江縫合帶的控制，斷裂的活動性存在差異；利用亮溫梯度特征在紅外影像上提取的線性跡象與光學(xué)影像提取的活動斷裂位置吻合較好；紅外亮溫梯度的變化除了受季節(jié)、地形、地貌等多種因素影響外，可能還與斷裂的活動性有關(guān)。在傳統(tǒng)遙感解譯活動斷裂的基礎(chǔ)上，輔以紅外亮溫梯度特征分析，有助于更好地開展活動斷裂的提取及其活動性監(jiān)測研究工作。

活動斷裂 斷層解譯 亮溫梯度 影像特征

引言

利用衛(wèi)星遙感技術(shù)解譯活動斷裂的空間分布和活動性是活動斷層探測的重要補(bǔ)充，也是遙感地質(zhì)工作的重要內(nèi)容之一。遙感技術(shù)具有多波段、多分辨率、大面積獲取地表圖像的能力，特別是對高海拔、環(huán)境惡劣的地區(qū)更具有明顯的優(yōu)勢。由于我國西部地區(qū)植被稀少，地面裸露，構(gòu)造活動顯著等特點，在這一地區(qū)利用遙感技術(shù)可獲取干擾因素少、圖像清晰、構(gòu)造活動明顯的遙感信息，因此，利用遙感技術(shù)探測該地區(qū)的構(gòu)造活動特性具有獨特的優(yōu)勢?；顒訑嗔训倪\動往往控制著現(xiàn)代地貌和水系的發(fā)育，從而引起斷裂兩側(cè)地形地貌的差異以及斷層周圍巖性、土壤和植被等地物的差異，同時還會引起紅外輻射能量的巨大差異（郭衛(wèi)英等，2008；屈春燕等，2006；Freund，2003）。所以，利用這種遙感影像的差異可提取與構(gòu)造活動相關(guān)的信息。

在利用遙感影像解譯活動斷裂和研究區(qū)構(gòu)造活動方面，許多學(xué)者已經(jīng)開展了大量的研究工作，并取得了一定的成果。例如：基于數(shù)字遙感圖像的多源數(shù)據(jù)融合方法，利用遙感圖像中的構(gòu)造地貌單元及其展布可提取區(qū)域構(gòu)造信息（單新建等，1999）；在城市等弱活動構(gòu)造地區(qū)，利用Landsat-7 ETM高分辨遙感影像可提取第四紀(jì)松散沉積物覆蓋區(qū)域的隱伏活斷層信息（張微等，2007）；采用對地表具有一定穿透能力的ENVISAT ASAR和光譜信息豐富的常規(guī)光學(xué)遙感數(shù)據(jù)（Landsat-7 ETM），利用圖像預(yù)處理及圖像增強(qiáng)處理與多源遙感信息融合，劉智榮等（2012）提取了銀川地區(qū)的活動斷層；陳福明（1981）和孫東（2008）從岡底斯巖漿雜巖帶時空分布特征研究了雅魯藏布江深斷裂的發(fā)生和發(fā)展，并對雅魯藏布江縫合帶中段的構(gòu)造特征及成因模式進(jìn)行了研究與探討。前人的上述研究成果，為本文提供了重要的參考和基礎(chǔ)。筆者選取MODIS、MSS、ETM等多源遙感數(shù)據(jù)，依據(jù)活動斷裂的遙感影像特征，研究了利用可見光和紅外遙感數(shù)據(jù)解譯日喀則地區(qū)活動斷裂位置及其活動性，有助于更好地開展該地區(qū)活動斷裂的提取及活動性監(jiān)測研究。

1 研究區(qū)構(gòu)造地質(zhì)背景及活動斷裂識別標(biāo)志

1.1 研究區(qū)構(gòu)造地質(zhì)背景

研究區(qū)是以位于西藏中南部日喀則市為中心的區(qū)域，覆蓋了雅魯藏布江縫合帶中段，其地形起伏較大。雅魯藏布江縫合帶為一條巨型斷裂帶，研究區(qū)內(nèi)沿著雅魯藏布江縫合帶展布有幾條規(guī)模較大、呈東西走向、以擠壓逆沖為主的活動斷裂（鄧起東，2007）。中生代時期，當(dāng)印度板塊向歐亞板塊俯沖時，深斷裂向北傾。新生代時期，印度大陸與歐亞大陸發(fā)生碰撞后，深斷裂面轉(zhuǎn)向南傾（陳福明，1981）。斷裂變形性質(zhì)復(fù)雜多樣，總體來看，斷裂以脆性、韌脆性為主（武長得等，1990）。區(qū)內(nèi)地貌格架嚴(yán)格受地質(zhì)構(gòu)造控制，同時還受雅魯藏布江及其支流水系的制約，展布著廣褒的基巖山地構(gòu)架，其間縈繞著狹長的河（溝）谷，分布著構(gòu)造侵蝕（剝蝕）山地、堆積谷扇地、風(fēng)成沙地等多種構(gòu)造地貌。雅魯藏布江縫合帶被達(dá)吉嶺-昂仁-仁布-朗縣-墨脫斷裂和仲巴-拉孜-邛多江斷裂限制。同時，這兩條深大斷裂將雅魯藏布江蛇綠巖限制在其間。西端沿噶爾河與印度河蛇綠巖帶相接，東端延至雅魯藏布江峽谷大拐彎地區(qū)，是青藏高原南部最重要的大地構(gòu)造界線（劉小漢等，2009；王成善等，1999）。

1.2 活動斷裂遙感影像的識別標(biāo)志

遙感構(gòu)造研究的基礎(chǔ)是顯示在圖像上客觀存在的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象。一條初具規(guī)模的活動斷裂，可以切錯上第三系、第四系，或者控制晚第三紀(jì)、第四紀(jì)的沉積及其相應(yīng)時代的巖漿噴發(fā)，或者沿斷裂形成各種構(gòu)造地貌并控制著兩側(cè)的地貌差異、扭動變形與水系的同步轉(zhuǎn)折等（丁國瑜，1982）。因此，活動斷裂的活動狀態(tài)在衛(wèi)星圖像上可以通過形態(tài)特征信息和色調(diào)信息進(jìn)行判定。從直觀上講，活動斷裂遙感影像標(biāo)志主要有色調(diào)、構(gòu)造形態(tài)、斷層三角面、地貌及水系等幾個方面。概括起來可以歸納為垂直錯動標(biāo)志和水平錯動標(biāo)志。從遙感影像特征而言，水平錯動要比垂直錯動更易于判斷（單新建等，2009；陳順云等，2012）。

1.2.1 地貌識別標(biāo)志

（1）地貌形態(tài)變化標(biāo)志。利用地貌類型對比法，可以在衛(wèi)星圖像上分析斷裂垂直差異錯動的狀況。在影像特征上主要表現(xiàn)為：地形上形成陡坎；兩側(cè)地貌類型有明顯差異；夷平面及河流階地的垂向高度差異；沙丘、泉水、井等沿一條直線定向排列。

（2）水系展布、格局特征變化標(biāo)志。穿過活動斷裂的河流，當(dāng)它們發(fā)生同步轉(zhuǎn)折時，一般反映斷裂兩盤的水平錯動。這些相對比較宏觀的標(biāo)志，在遙感影像和實地都很明顯，是一種判斷斷裂是否活動的最可靠標(biāo)志。

（3）色調(diào)差異。斷裂及其所控制、改造、影響的地質(zhì)體、地貌、水體、土質(zhì)和植被等相關(guān)地物，反射來自太陽電磁波的輻射能量的差異，在衛(wèi)片上構(gòu)成不同色調(diào)和不同形態(tài)特征的影像。

（4）其它。例如由斷層活動引起的斷陷形成的“串珠”狀湖泊和洼地，以及斷層的反扭錯動使不同的沖溝相接，或者形成盲溝和襲奪現(xiàn)象等。

1.2.2 構(gòu)造判別標(biāo)志

（1）斷層崖和斷層三角面標(biāo)志。斷層崖與斷層三角面的出現(xiàn)是斷裂垂直差異錯動的重要標(biāo)志。在遙感圖像上，斷層崖與斷層三角面形態(tài)的典型影像特征一般表現(xiàn)為暗色調(diào)，其陰影比較明顯，易于鑒別。

（2）斷塊山地、盆嶺構(gòu)造標(biāo)志。斷塊山地因受到區(qū)域擠壓應(yīng)力而平地突起，山體四周以陡峻的山坡甚至明顯的正斷層形成的高大的斷層崖與周圍平地接壤，山地輪廓線清晰，與相鄰的平原或盆地之間，一般沒有地形上的過渡帶，經(jīng)常是急轉(zhuǎn)直下。盆嶺構(gòu)造反映了上地殼相對于中、下地殼的大規(guī)模拆離，地形上表現(xiàn)為不對稱的狹長山嶺和盆地相間排列，山嶺西坡緩傾、東坡陡峭。

（3）前陸、斷陷、拉分盆地標(biāo)志。地塹等同構(gòu)造盆地只在一側(cè)發(fā)育正斷層，則形成不對稱的盆地，當(dāng)盆地位于活動沖斷帶前方時即為前陸盆地。前陸盆地由于沖斷帶荷載使巖石圈撓曲，形成前陸沉降即斷陷。拉分盆地是走滑斷層系中局部拉伸形成的斷陷盆地，具有特殊的構(gòu)造背景和發(fā)育過程。

（4）褶皺、隆起標(biāo)志。斷層褶皺是由于逆斷層構(gòu)造的逆沖推覆作用力強(qiáng)烈作用，致使在斷層附近兩盤的巖體擠壓變形。褶皺形態(tài)反映斷層形態(tài)，褶皺翼部位于上、下盤斷坡之上，轉(zhuǎn)折端位于斷坪之上，常形成平頂背斜或箱狀隆起。這些褶皺通常是緊閉的，在成因上與逆斷層作用密切相關(guān)，并在幾何上與斷層有一定關(guān)系。

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及預(yù)處理

選取多時相、多波段、多分辨率的多源遙感數(shù)據(jù)。光學(xué)遙感數(shù)據(jù)主要選用MSS、TM、ETM、資源衛(wèi)星影像。紅外數(shù)據(jù)選取該地區(qū)地震活動相對平靜的2007年1月—12月的1 MODIS 1B數(shù)據(jù)，地面分辨率為1km，波段為熱紅外第31通道（10.780—11.280μm）。為避免日照形成的地形陰影和太陽輻射對地物溫度的干擾，所選用的數(shù)據(jù)全部為夜間成像數(shù)據(jù)。

所選用的覆蓋研究區(qū)的TM和ETM影像如表1所示。同時，考慮到中巴地球資源衛(wèi)星02星（CBERS-02B）搭載的HR相機(jī)可生成2.36m高分辨率的影像，光譜范圍為0.5—0.8μm，所以本文共收集了2010年左右資源02B衛(wèi)星共計42景，具體如表2所示。另外，還收集了包括研究區(qū)行政區(qū)劃、水系、村莊等GIS矢量圖層的1:25萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、野外地溫測量數(shù)據(jù)及30m數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（SRTM）。

表1 遙感解譯活動斷裂研究所用TM和ETM影像

表2 資源02B衛(wèi)星數(shù)據(jù)一覽表

3 遙感影像解譯活動斷裂的方法

利用遙感影像數(shù)據(jù)解譯活動斷裂有其特定的方法。對于光學(xué)遙感影像的特征而言，活動斷裂的形態(tài)在衛(wèi)星圖像上可以通過形態(tài)特征信息和色調(diào)信息進(jìn)行判定（Freund，2003）；而在紅外亮溫影像上，由于活動斷裂內(nèi)外、斷裂兩盤的地形地貌的不同，沿著活動斷裂垂直方向可出現(xiàn)亮溫梯度變化，使得影像上會呈現(xiàn)覆蓋活動斷裂的亮溫條帶（馬瑾等，2005；馬曉靜等，2008）。為此，采用以下兩種常用方法對研究區(qū)的影像進(jìn)行了處理。

（1）假彩色合成

假彩色合成是遙感影像增強(qiáng)的最有效的方法，它要求合成影像具有較好的反差、飽和度，能夠體現(xiàn)地面含水量、巖性和斷裂信息等。合成后的影像要求具有較好的目視效果，整個影像的色彩要符合人眼的生理特性，這樣才能利于目視判讀解譯。例如對TM/ETM數(shù)據(jù)選擇信息量最為豐富的5、4、3組合，配以紅、綠、藍(lán)三種顏色生成的假彩色合成圖像，其合成影像類似于自然色，較為符合人們的視覺習(xí)慣，而且由于信息量豐富，更能充分顯示各種地物影像特征的差異。對熱紅外遙感數(shù)據(jù)采用灰度級彩色轉(zhuǎn)換即偽彩色增強(qiáng)手段，可將原亮溫灰度影像的各個不同灰度等級，按照線性和非線性映射函數(shù)變換成不同的彩色代碼，使圖像以彩色方式顯示，其效果如圖1所示。偽彩色增強(qiáng)轉(zhuǎn)換后的影像層次分明，圖像可分為明顯的4個部分，即低溫物體（藍(lán)色）、中低溫物體（綠色）、中溫物體（黃色）和高溫物體（紅色），其具有較好的目視效果，整個影像的色彩符合人眼的生理特性，利于目視判讀解譯，特別是高溫目標(biāo)（紅色）醒目，更容易將目標(biāo)與背景區(qū)分開來。

（2）灰度圖像增強(qiáng)

通過灰度圖像增強(qiáng)可改善增強(qiáng)圖像的對比度，使圖像具有較好的反差，線性特征明顯，斷層跡線清晰，有利于分析斷層的位置。它的算法有分段線性拉伸、指數(shù)變換、對數(shù)變換、直方圖變換、拉普拉斯變換等，其效果如圖2所示。與原始灰度圖像相比，經(jīng)分段線性拉伸處理過的圖像，其增強(qiáng)效果較好，而指數(shù)變換、對數(shù)變換、直方圖變換、拉普拉斯變換的效果較差。分段線性拉伸是按比例擴(kuò)大原始灰度級的范圍，其目的是為了突出感興趣的目標(biāo)或灰度區(qū)間，相對抑制那些不感興趣的灰度區(qū)間。其中最常用的是采用三段線性變換，即對一個灰度區(qū)間進(jìn)行線性拉伸，而其他的區(qū)間被壓縮，以充分利用顯示設(shè)備的動態(tài)范圍，使變換后影像的直方圖的兩端達(dá)到飽和，拉伸后的影像灰度動態(tài)范圍擴(kuò)大，對比度改善，提高了影像質(zhì)量，并可以有選擇的拉伸某段灰度區(qū)間以改善輸出圖像。

4 活動斷裂的遙感影像特征分析

4.1 活動斷裂可見光影像特征

利用多源遙感影像數(shù)據(jù)，筆者對斷裂發(fā)育的宏觀及微觀地貌構(gòu)造特征進(jìn)行了綜合分析并提取了活動斷裂。在MSS和ETM等的影像中，上文所述的三條斷裂呈近東西向展布并以舒緩波狀顯示，斷裂所經(jīng)地貌多為河谷或負(fù)地形。在MSS影像圖中，斷裂兩側(cè)深淺色調(diào)差異明顯，其中淺色調(diào)多為河谷發(fā)育區(qū)，而基巖區(qū)多顯示為深色調(diào)或暗色調(diào)。圖3給出了活動斷裂解譯結(jié)果在ETM影像上的展布情況，從圖中可以看出：岡底斯斷裂在影像中的形跡比較清晰，南北兩側(cè)色調(diào)差異大，可分為南（F1-2）、北（F1-1）兩支，其呈現(xiàn)出“梭子”狀展布于雅魯藏布江兩岸；昂仁-仁布斷裂（F2）在影像中的線性特征明顯，色調(diào)差異顯著，斷裂兩側(cè)巖性差異明顯；而拉孜-邛多江斷裂（F3）在影像中斷層的連續(xù)性較差，其在遙感影像中各段的形跡清晰不一。其中在ETM-543波段假彩色合成圖中，位于日喀則南部東西向上可見一墨綠色條帶貫穿工作區(qū)，并呈現(xiàn)東寬西窄的特性，經(jīng)調(diào)查該條帶即為雅魯藏布江蛇綠巖套，夾持該蛇綠巖套的分別是南北兩側(cè)的達(dá)吉嶺-昂仁-仁布-朗縣-墨脫斷裂和仲巴-拉孜-邛多江斷裂。而在日喀則北部近東西向展布的岡底斯斷裂的線性特征及色調(diào)差異明顯，斷裂南側(cè)為淺藍(lán)色河谷地貌，斷裂北側(cè)為淺黃色基巖區(qū)。

武長得等（1990）和袁萬明等（2002）認(rèn)為，在第四紀(jì)以前，雅魯藏布江斷裂的力學(xué)性質(zhì)主要以擠壓為主，表現(xiàn)為逆沖斷層的性質(zhì)；而在第四紀(jì)晚期，由于應(yīng)力松弛局部出現(xiàn)正斷或右行走滑的性質(zhì)。本文基于資源衛(wèi)星等高分辨率遙感影像對微觀地貌構(gòu)造特征進(jìn)行了提取分析，用以判斷活動斷裂的破裂特性及活動性。結(jié)果表明，沿著活動斷裂分布著多處清晰可見的線性陡坎、垅崗狀地貌（如圖4所示）、洪積扇等，出露于山前地帶，并顯示逆沖特性；根據(jù)洪積扇及水系呈同步彎曲判斷，該斷裂局部具有左旋走滑特性；同時結(jié)合斷裂巖性分析，判斷斷裂的活動性強(qiáng)弱。

4.2 活動斷裂紅外影像特征

圖5給出了解譯斷層在紅外亮溫影像中的展布圖。在紅外影像上可以明顯地看到，在昂仁以西經(jīng)拉孜（謝通門），往東延伸通過日喀則市南北兩側(cè)至仁布一帶，近東西向展布著三條亮色條帶。為了研究高程差異對亮溫的影響，以及斷裂帶與其周邊環(huán)境、斷層不同構(gòu)造部位的紅外輻射季變特征，在數(shù)字高程地形圖、紅外影像上作了兩條剖面線，其位置如圖5所示。其中：一條長約64km，跨岡底斯斷裂的剖面線AA′；另一條長約140km，跨白朗并垂直于昂仁-仁布斷裂帶和拉孜-邛多江斷裂帶，剖面線BB￠。圖6和圖7分別為沿AA′、BB′的地形剖面曲線，以及1、4、7、10月紅外亮溫值對比曲線圖，用以定量分析斷裂內(nèi)外的紅外亮溫時空變化特征。結(jié)果表明，沿跨斷裂帶剖面線，整體上在東南部的盆地的紅外亮溫較高，紅外亮溫與高程呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系；不同斷裂、不同季節(jié)對比顯示，斷裂兩盤的亮溫梯度大小不是固定的，其波動較大，但利用亮溫梯度特征提取的線性跡象與光學(xué)影像提取的活動斷裂在位置上能夠較好地吻合。

為了更好地分析活動斷裂的紅外影像特征，結(jié)合光學(xué)影像對三條斷裂進(jìn)行了單獨分析。

（1）岡底斯斷裂

岡底斯斷裂如圖3所示。沿昂仁北、謝通門南、日喀則北、仁布北，岡底斯斷裂橫貫東西、且呈舒緩波狀展布，其在研究區(qū)內(nèi)的長度約180km，經(jīng)昂仁向西延伸。根據(jù)地貌及影像特征可將其分成兩支，兩支均呈“梭子”狀展布于雅魯藏布江兩岸。該斷裂的紅外影像形跡較清晰，南北兩側(cè)色調(diào)差異較大。斷裂的北盤為高山區(qū)，海拔在5000m以上，山脊存在永久性積雪；向南在岡底斯斷裂處，海拔急劇下降，因此斷裂的南盤較平坦；同時由于雅魯藏布江的穿過，使斷裂海拔最低降到3850m左右，造成兩盤相對高差約為1300m。

從圖6可以看出，在岡底斯斷裂附近，沿著剖面線AA′隨著地形的陡降，同名象素點的紅外亮溫值隨之升高，二者表現(xiàn)出了良好的負(fù)相關(guān)性。但這種負(fù)相關(guān)性在不同季節(jié)有一定的差異。分別在斷裂兩側(cè)10km外處選取紅外亮溫的等溫面，對不同季節(jié)內(nèi)斷裂（北支）南北兩側(cè)的紅外輻射亮溫與地形高程的動態(tài)變化作定量分析，計算得出了內(nèi)斷裂南北兩側(cè)的紅外亮溫梯度值，結(jié)果如表3所示。從表中可以看出，斷裂南北兩盤的亮溫值與季節(jié)性的變化保持了良好的同步性，年最高亮溫值出現(xiàn)在7月份，約為280K，年最低亮溫值出現(xiàn)在1月中旬，約為260K；斷層北盤亮溫值普遍低于南盤3—6K。同時，不同季節(jié)內(nèi)斷裂的亮溫梯度不同，在1月和10月，斷裂南北兩側(cè)的溫差較小，亮溫梯度為3.3K/km和3.9K/km，即地形每升高1km，其紅外亮溫就降低3.3K和3.9K；由于海拔較高地區(qū)存在永久性積雪，4月亮溫梯度為5.2K/km，7月亮溫梯度為6.4K/km。綜合分析認(rèn)為，岡底斯斷裂兩側(cè)的紅外亮溫的梯度值取值，主要是根據(jù)緯度位置和地形來確定的；梯度值表現(xiàn)出的冬高、夏低的季節(jié)性變化，其主要是永久性積雪、大氣環(huán)境等引起的水汽和熱量變化。

表3 岡底斯斷裂（北支）兩側(cè)在不同季節(jié)的亮溫梯度

（2）昂仁-仁布斷裂

昂仁-仁布斷裂，如圖3所示。該斷裂為雅魯藏布江縫合帶北界斷裂且規(guī)模巨大，研究區(qū)主要在昂仁南部、仁布北一線，在仁布以東同岡底斯斷裂歸并重接。從圖7中BB′地形剖面曲線可以看出，昂仁-仁布斷裂的南盤為高山區(qū)且海拔較高，約在4550m以上；在昂仁-仁布斷裂處，海拔急劇下降，斷裂南盤較平坦，海拔降到3850m左右，兩盤相對高差約1000m。白朗縣地處昂仁-仁布斷裂帶和拉孜-邛多江斷裂帶中間，其地勢較高，海拔高度約4350m。為定量分析不同季節(jié)斷裂南北兩側(cè)的紅外輻射亮溫與地形高程的動態(tài)，分別在斷裂兩側(cè)5km外處選取紅外亮溫的等溫面，計算得出了斷裂南北兩側(cè)的紅外亮溫梯度值，結(jié)果如表4所示。從表中可以看出，斷裂南北兩盤的亮溫值與季節(jié)性的變化保持了良好的同步性，沿斷裂帶的年最高亮溫值出現(xiàn)在7月份，約為280K，年最低亮溫值出現(xiàn)在1月份，約為250K；斷裂北盤亮溫值普遍低于南盤3—5K。同時，由于斷裂的紅外亮溫主要受地形差異的控制，斷裂南盤地形抬升較強(qiáng)烈，而斷裂北盤則多為山間谷地，這就造成了南盤亮溫急劇下降；沿著剖面線BB′隨著地形的抬升，跨斷裂與地形的同名像素點的紅外亮溫值隨之降低，二者表現(xiàn)出了良好的負(fù)相關(guān)性。從表4可以看出，這種負(fù)相關(guān)性在不同季節(jié)相似，在7月斷裂南北兩側(cè)的溫差最大，亮溫梯度達(dá)5.3K/km，即地形每升高1km，其紅外亮溫就降低5.3K；而在4月，二者相對溫差最小，其亮溫梯度僅為3.3K/km。綜上分析認(rèn)為，強(qiáng)烈的地形高差是造成昂仁- 仁布斷裂南北亮溫差異的主要原因。

表4 昂仁－仁布斷裂的兩側(cè)在不同季節(jié)的亮溫梯度

（3）拉孜-邛多江斷裂

拉孜-邛多江斷裂為雅魯藏布江縫合帶南界斷裂，如圖3所示。其主要分布于拉孜、白朗，向東經(jīng)仁布縣城一帶，總體呈東西展布，波狀起伏特征明顯。在拉孜縣以西，該斷裂控制了雅魯藏布江河谷的發(fā)育，在紅外影像中其線性形跡明顯。而該斷裂在研究區(qū)內(nèi)的雅魯藏布江縫合帶北界斷裂（昂仁-仁布斷裂）的活動性微弱，在遙感影像中的形跡不是十分清晰，并且在影像中的斷層連續(xù)性較差，斷裂帶寬數(shù)十米—數(shù)百米。同時，斷裂南北兩盤的地勢均較高，斷裂帶與周圍環(huán)境相對高差約850m。對斷裂中剖面線BB′穿過一段的日均亮溫進(jìn)行了研究，如圖7所示。其結(jié)果顯示，沿斷裂帶的年最高亮溫值出現(xiàn)在7月份，約為275K，年最低亮溫值出現(xiàn)在1月份，約為258K；斷裂南北兩盤的亮溫值與季節(jié)性的變化保持了良好的同步性，且亮溫差值較小；斷裂亮溫值普遍低于斷層兩盤亮溫帶5—9K。綜上分析認(rèn)為，拉孜-邛多江斷裂的紅外亮溫主要受地形差異控制，兩盤地形抬升較強(qiáng)烈，造成斷裂帶上亮溫急劇下降，在熱紅外影像上表現(xiàn)出明顯的條帶跡象。

5 討論與結(jié)論

本文利用熱紅外及可見光遙感數(shù)據(jù)，解譯了西藏中南部日喀則地區(qū)沿雅魯藏布江分布的規(guī)模較大、東西走向的活動斷裂的影像特征。并結(jié)合斷裂發(fā)育的宏觀地形地貌特征和紅外影像上亮溫梯度分布，分別解譯了從北往南分布的岡底斯斷裂（分南北兩支）、昂仁-仁布斷裂和拉孜-邛多江斷裂。同時，定量分析了年周期內(nèi)各條斷裂內(nèi)外的紅外亮溫特征。初步得到了以下一些認(rèn)識。

（1）選取多源、多時相遙感數(shù)據(jù)，識別出了沿雅魯藏布江縫合帶展布的三條活動斷裂，即岡底斯斷裂、昂仁-仁布斷裂、拉孜-邛多江斷裂的活動斷裂位置及特征。

（2）在紅外亮溫影像上，利用亮溫梯度特征提取的線性跡象與光學(xué)影像提取的活動斷裂在位置上能夠很好地吻合，會出現(xiàn)覆蓋活動斷裂分布的亮溫條帶。同時，為了更好地識別斷裂，對影像進(jìn)行灰度級彩色轉(zhuǎn)換、圖像增強(qiáng)等處理，可提高目視解譯的準(zhǔn)確性。

（3）定量分析了年周期內(nèi)斷裂內(nèi)外的紅外亮溫時空變化特征。從整體上看，在東南部的盆地其紅外亮溫較高，而西北部山區(qū)的紅外亮溫較低；引起斷裂帶內(nèi)外、南北兩盤紅外亮溫差異的主要因素是地形。沿跨斷裂帶剖面線地形與亮溫的對比結(jié)果可以明顯地看出，紅外亮溫與高程呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，斷裂帶的地形差異是導(dǎo)致亮溫大小變化的主導(dǎo)因素。

本項研究工作僅是從遙感圖像的角度，對研究區(qū)內(nèi)部分?jǐn)鄬釉斐傻臉?gòu)造地貌特征進(jìn)行的初步分析，進(jìn)一步的分析研究還需結(jié)合地質(zhì)、地球物理資料以及野外調(diào)查。

陳順云，馬瑾，劉培洵，劉力強(qiáng)，扈小燕，2012．利用衛(wèi)星遙感獲取現(xiàn)今構(gòu)造活動信息的熱物理指標(biāo)研究．中國科學(xué)：地球科學(xué)，42（2）：211—216．

陳福明，1981．從岡底斯巖漿雜巖帶時空分布特征試論雅魯藏布江深斷裂的發(fā)生和發(fā)展．地球化學(xué)，（3）：255—260．

鄧起東，冉永康，楊曉平，2007．1:400萬中國活動構(gòu)造圖．北京：地震出版社．

丁國瑜，1982．中國內(nèi)陸活動斷裂基本特征的探討．見：中國活動斷裂．北京：地震出版社，1—9．

郭衛(wèi)英，馬瑾，單新建，2008．活動斷裂帶的地形地貌差異與紅外亮溫年變特征的研究．地球物理學(xué)進(jìn)展，23（5）：1437—1443．

劉小漢，琚宜太，韋利杰，李廣偉，2009．再論雅魯藏布江縫合帶構(gòu)造模型．中國科學(xué)（D輯），39（4）：448—463．

劉智榮，黃靜宜，白相東，2012．銀川活動斷層衛(wèi)星遙感圖像解譯．防災(zāi)技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，14（1）：17—25．

馬瑾，汪一鵬，陳順云，劉培洵，劉力強(qiáng)，2005．衛(wèi)星熱紅外信息與斷層活動關(guān)系討論．自然科學(xué)進(jìn)展，15（12）：1467—1475．

馬曉靜，鄧志輝，陳梅花，祖金華，王煜，2008．中國大陸衛(wèi)星紅外亮溫與海拔高度關(guān)系的研究．地震地質(zhì)，30（2）：562—572．

屈春燕，單新建，馬瑾，2006．紅河斷裂熱紅外高溫條帶的成因及其與地震活動性關(guān)系的探討．地震學(xué)報，28（1）：91—97．

單新建，葉洪，陳國光，王長林，1999．?dāng)?shù)字遙感圖像的多源數(shù)據(jù)融合方法在地質(zhì)學(xué)中的一些應(yīng)用．地震地質(zhì)，21（4）：465—472．

單新建，李建華，2009．遙感地質(zhì)與干涉形變測量．北京：地震出版社．

孫東，2008．雅魯藏布江縫合帶中段構(gòu)造特征研究及成因模式探討［碩士論文］．成都理工大學(xué)．

王成善，劉志飛，何政偉，1999．西藏南部早白堊世雅魯藏布江古蛇綠巖的識別與討論．地質(zhì)學(xué)報，73（1）：7—14．

武長得，朱紅，鄧宗策，崔軍文，1990．雅魯藏布江斷裂帶的構(gòu)造特征．中國地質(zhì)科學(xué)院院報（地球?qū)W報），11（Z1）：87—94．

袁萬明，侯增謙，李勝榮，王世成，2002．雅魯藏布江逆沖帶活動的裂變徑跡定年證據(jù)．科學(xué)通報，47（2）：147—150

張微，陳漢林，李啟敏，程曉敢，姚琪，2007．高分辨遙感在杭州活斷層探測中的應(yīng)用．煤田地質(zhì)與勘探，35（3）：10—14．

Freund F.T., 2003. Rocks that crackle and sparkle and glow: strange pre-earthquake phenomena. Journal of Scientific Exploration, 17 (1): 37—71.

Analysis of the Image Characteristics of Active Faults Using Thermal Infrared and Visible Light Images in Shigatse Area

Xu Xiujie1, 2, 3), Zhang Ling4), Wang Zhenjie3), Chen Guohu1),Liu Anming1,3), Qu Chunyan1), Yan Xiangxiang3)and Shan Xinjian1)

1) Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China?2) Seismological Bureau of Shandong Province, Jinan 250014, China?3) China University of Petroleum, Qingdao 266580, China?4) National Earthquake Response Support Service, Beijing 10049, China

Structure of active faults could cause the vertical differences of two sides of fault, these differences often lead to variation of features such as water lithology and vegetation around the fault, enventually it can cause great difference of infrared radiant energy. On the other hand, we can extract the relevant information about fault activity using these differences, thus providing a certain indictor for monitoring seismic activity. In this paper, there are three large active faults as the research object, located in the southwest of Tibet and distributing along the Yarlung Zangbo Struture Zone, namely the Gangdisi fault, Angren-Buren fault and Laz-Qiongduojiang fault, we use infrared original images, by fault interpretation and statisticing the faults’ interpretation brightness temperature, analyzing the temporal and spatial evolution characteristics of infrared brightness temperature on fault. Through research, several active faults can exhibit linear obscured in the infrared image, processed through the false color composite showing linear stretch; the infrared brightness temperature of fault inside and outside is mainly affected by the season, the topography, the surface, probably related to fault activity. Based on the traditional active fault remote sensing interpretation, with the analysis of infrared brightness temperature gradient feature, the active fault extration and activity monitoring can be developed better.

Active tectonic fault; Fault interpretation; Brightness temperature gradient; Image feature

地震動力學(xué)國家重點實驗室自主研究課題（LED2013A02）、國家自然科學(xué)基金國際（地區(qū)）合作項目（41411 01073）、地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享（DS-2014-03）和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)經(jīng)費項目（14CX02110A）聯(lián)合資助

2014-05-20

徐秀杰，女，生于1988年。助理工程師。主要從事地理信息系統(tǒng)及遙感在地學(xué)中的應(yīng)用。E-mail：caron1988 @sina.com

張凌，男，高級工程師。主要研究方向：遙感災(zāi)害研究。E-mail：zhangling903@163.com