龍門山斷裂帶北東段活動斷裂的遙感影像解譯及構造活動性分析

謝小平， 白毛偉， 陳芝聰， 柳偉波， 席書娜

(1.曲阜師范大學地理與旅游學院，日照 276826； 2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局化探隊，德陽 618000； 3.四川省煤田地質(zhì)局一三七隊地質(zhì)遺跡研究院，成都 610000)

0 引言

據(jù)《中國地震信息網(wǎng)》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅2016年上半年全球7級以上(包括7級)的強震就有7起，對地震所在國造成了巨大的生命、財產(chǎn)損失。因此，對地震進行監(jiān)測、地震的安全性進行評估、地殼的穩(wěn)定性進行評定具有重大的現(xiàn)實意義。關于活動斷裂與地震之間的關系主要是通過活動斷裂的空間展布、活動斷裂的幾何學特征、活動斷裂的運動學特征、活動斷裂的分段、活動斷裂的活動性、強震的復發(fā)間隔、距最近一次強震的離逝時間和特征地震的同震位移量等方面進行研究[1]?；顒訑嗔言谥袊鞑康那嗖馗咴瓘V泛分布，新構造運動特別是活動斷裂控制著地震的活動，且活動斷裂的展布與地震的帶狀分布有一致相關性，活動斷裂的活動特征與沿斷裂產(chǎn)生的地震裂縫也有同一性[2-3]。中國大陸的地震具有活躍期與平靜期交替、呈一定的帶狀分布、震級西強東弱、分布廣泛的特征，表現(xiàn)出一定的時空分布規(guī)律。青藏高原內(nèi)部發(fā)育正斷層和走滑斷層型地震，而在青藏高原周緣低海拔地區(qū)(喜馬拉雅逆沖推覆帶、龍門山斷裂帶和祁連山斷裂)則發(fā)育逆沖斷裂及逆沖型地震[4]。青藏高原內(nèi)部及周緣發(fā)育有走滑斷裂，北部以左旋走滑運動為主，南部以右旋走滑運動為主[5-6]。因此，龍門山斷裂帶具有逆沖推覆兼右旋走滑的性質(zhì)[7-8]。

遙感影像的宏觀性和直觀性為構造地貌的研究提供了宏觀的影像資料，而高空間分辨率的衛(wèi)星遙感影像可以通過遙感解譯微構造地貌研究活動斷裂的空間展布特征和運動特征。付碧宏等[9]利用遙感影像解析了汶川大地震后地表破裂帶的幾何學特征及變形特征，得出沿北川—映秀斷裂帶北東段分布的破裂帶最大垂直位移量為6.0 km，最大右旋水平位移量達5.8 km； 路靜等[10]利用ETM光學影像和遙感1號雷達影像建立了研究區(qū)的解譯標志，得出了平武—青川斷裂活動性最強，對研究區(qū)地震的發(fā)生起著重要控制作用的結論。近年，遙感技術應用在地區(qū)斷裂研究中具有突出表現(xiàn)，尤其以高空間分辨率影像或高精度數(shù)據(jù)為基礎，在地震滑坡及地表破裂方面已經(jīng)有了較成熟的方法[9-10]。但是，利用高空間分辨率影像對龍門山北東段地區(qū)主要斷裂分段活動性的探討相當缺乏，尤其是對主要活動斷裂錯動地貌現(xiàn)象的厘定還基本處于空白。

利用Google Earth遙感影像、ASTER DEM數(shù)據(jù)及野外調(diào)查資料所建立的解譯標志，對龍門山北東段地區(qū)斷裂進行分段性解譯； 然后，結合三維解譯軟件對各段斷層錯動地貌進行量測； 最后，對龍門山斷裂帶北東段活動斷裂的空間展布和第四紀活動性進行了初步探討。

1 研究區(qū)概況

龍門山是青藏高原和四川盆地的分界線； 龍門山造山帶是揚子地塊和松潘—甘孜地塊的分界線； 龍門山地區(qū)是中國中西部地質(zhì)、地貌、氣候的陡變帶[11-12]。青藏高原東緣的龍門山造山帶作為環(huán)青藏高原造山帶之一，享有“打開全球造山帶機制的金鑰匙”和“大陸動力學理論形成的天然實驗室”的美譽[13-14]。與其他環(huán)青藏高原造山帶相比，龍門山造山帶構造活動復雜，形成年代較晚，構造地貌保存最為完整、年齡分辨率高[15-16]。因此，龍門山造山帶不僅是研究現(xiàn)今青藏高原構造活動規(guī)律的有利場所，而且也是驗證歹字型構造體系、川滇菱形塊體擠出模式或旋轉(zhuǎn)模式、大陸逃逸模式、斷塊旋轉(zhuǎn)運動模式和下地殼流模式等的有利場所，未來也有可能提出其他新的模式[2,17]。

龍門山造山帶在平面展布上呈NE—SW向，區(qū)內(nèi)斷裂帶具分帶性和分段性(圖1)，自西向東分別為龍門山后山斷裂帶、龍門山中央斷裂帶及龍門山山前斷裂帶； 自北向南分別為北段、中段及南段[18-20]。研究區(qū)選擇在龍門山造山帶北段，即四川省綿陽市北川縣以北，陜西省漢中市勉縣以南地段。區(qū)內(nèi)斷裂帶具有分帶性，分別為龍門山斷裂帶北東段后山主干斷裂帶(平武—青川斷裂帶)、中央主干斷裂帶(茶壩—林庵寺斷裂帶)、前山主干斷裂帶(廣元—江油斷裂帶)[21-23]。

圖1 龍門山北東段Google Earth遙感影像Fig.1 Google Earth remote sensing image of the northeastern segment of the Longmenshan

2 活動斷裂解譯標志

活動斷裂遙感影像解譯標志主要分為線性解譯標志、垂直錯動解譯標志和水平錯動解譯標志3大類。結合Landsat，Google Earth和DEM等多種數(shù)據(jù)，建立了活動斷裂的遙感影像解譯標志。

2.1 線性解譯標志

活動斷裂在衛(wèi)星遙感影像上一般呈淺色或深色線條，其與兩側的色調(diào)有較大的差異。識別標志在宏觀上對活動斷裂的遙感影像解譯具有明顯的效果，主要表現(xiàn)為構造地貌在空間上有規(guī)律的線性展布，如沿斷裂走向出現(xiàn)的直線狀斷層槽地、直線狀陡崖、陡坎、湖泊的線性展布，盆地的線性排列，河流同步拐點的連接線等。通?；顒訑嗔褍蓚扔忻黠@的色調(diào)線、帶、面異常。一般情況，具有不同色調(diào)與形態(tài)的構造地貌體，其分界線呈現(xiàn)一定的線性幾何圖形。如隆升面與凹陷面的分界線、不同地貌類型的分界線、第四紀松散沉積與基巖的分界線等。

2.2 垂直錯動解譯標志

斷裂垂直差異錯動的運動方式表現(xiàn)為： 一盤上升，一盤下降； 或兩盤同時上升，且上升幅度有較大差異； 或兩盤同時下降，且下降幅度有較大差異。通過對研究區(qū)遙感影像的信息特征和形態(tài)特征等的分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要活動斷裂的垂直錯動解譯標志有4個方面。

2.2.1 沖—洪積扇整齊排列

斷裂的垂直差異錯動，造成斷裂兩側構造地貌的巨大差異，其中上升盤隆升成為山地，下降盤斷陷形成盆地、湖泊或者接受第四紀沉積，發(fā)育成線性斜列的沖—洪積扇。山前活動斷裂控制多期沖—洪積扇的規(guī)模程度間接反映斷裂垂直差異錯動具有強弱的變化過程，反映斷裂的活動強度。

2.2.2 斷層崖和斷層三角面

在斷裂垂直差異錯動的過程中，相對上升的一盤，通常將沿斷裂的方向形成陡峭的斷層崖。在巖性堅硬的地區(qū)，受外營力的影響較弱，斷層三角面不易發(fā)育； 而在巖性軟弱的地區(qū)，斷層崖受到外營力長期的塑造作用，逐漸演化為侵蝕溝谷與斷層三角面相間分布的構造地貌。

2.2.3 斷陷盆地與斷陷湖泊

當盆地或湖泊的相對兩側邊界受到活動斷裂的控制，且斷裂的一側為隆升地貌類型，則說明活動斷裂具有垂直差異錯動。研究區(qū)山前活動斷裂的一盤斷陷，形成了一些規(guī)模較小，呈串珠狀展布的盆地。

2.2.4 水系形態(tài)

水系形態(tài)是識別活動斷裂垂直差異錯動的重要標志。通常情況下，垂直差異錯動顯著的活動斷裂兩側水系形態(tài)有較大的差別，是不同水系形態(tài)的轉(zhuǎn)折點。相對上升的一盤表現(xiàn)為深切的樹枝狀水系或格子狀水系； 相對下降的一盤如果有掀斜作用，水系形態(tài)表現(xiàn)為平行狀水系。

2.3 水平錯動解譯標志

斷裂的構造活動不僅有上述的垂直差異錯動，還存在水平錯動。從方向上來說，水平錯動包括右旋走滑活動和左旋走滑活動。斷裂的走滑活動通常造成斷裂兩側構造地貌的變形，斷裂走滑活動造成的走滑位移量大小不一，位移量越大，說明斷裂的活動性越強。

2.3.1 山脊錯動

活動斷裂的水平錯動對新生代以來發(fā)育成形的現(xiàn)代地貌有重要的塑造作用。活動斷裂多期劇烈的水平錯動可能將連續(xù)的山脊錯開為多節(jié)較短的山脊，也可能使山脊線扭動呈波浪形，且使其變形。

2.3.2 盆地與湖泊扭動變形

活動斷裂控制盆地或湖泊的邊界，當活動斷裂發(fā)生水平錯動時，受活動斷裂控制的湖泊或盆地的邊界形態(tài)將發(fā)生扭動變形，一般呈平行四邊形； 活動斷裂攔腰錯截湖泊或盆地，當活動斷裂發(fā)生水平錯動時，一般將使湖泊或盆地的形態(tài)扭動變形為“S”形或“L” 形。

2.3.3 河流同步轉(zhuǎn)折

地質(zhì)歷史時期，活動斷裂的水平錯動對水系的演化起重要作用。通常流向的同步轉(zhuǎn)折作為斷裂水平錯動的識別標志。河流跨越活動斷裂時，均會發(fā)生同步水平錯動。特別地，河流經(jīng)過山前活動斷裂時，均會發(fā)生肘狀彎曲，其肘部突出的方向可指示活動斷裂是左旋還是右旋水平錯動。

2.3.4 谷地同步不對稱

當河流跨過活動斷裂時，通常會引發(fā)同步河流側蝕作用，造成兩岸谷坡的不對稱。通?？梢愿鶕?jù)兩岸谷坡的陡峭程度判斷活動斷裂的水平錯動方向。

2.3.5 沖—洪積扇形態(tài)變形

通常沖—洪積扇展布的幾何圖形以中軸線為軸而相互對稱的扇形。受山前活動斷裂控制的沖—洪積扇展布的幾何圖形往往為不對稱圖形。此外，新、老沖—洪積扇的側疊形式也可以作為斷裂水平錯動的證據(jù)，而新、老沖—洪積扇的側疊方向則指示斷裂水平錯動的方向。

3 解譯結果及活動性分析

3.1 解譯結果

依據(jù)上述活動斷裂的遙感解譯標志，結合處理后的Google Earth影像、ASTER GDEM及研究區(qū)三維影像等數(shù)據(jù)，對龍門山斷裂帶北東段主要活動斷裂進行詳細的解譯。

3.1.1 平武—青川斷裂(F1)

該斷裂自陜西省勉縣起，向西南進入四川省，經(jīng)過青川縣，繼續(xù)向西南延伸至平武縣為止。該斷裂屬于龍門山斷裂帶北東段的后山主干斷裂帶，是巴顏喀拉地塊與龍門山造山帶的邊界，是一條活動強烈的右旋走滑斷裂[10]。通過遙感解譯發(fā)現(xiàn)，該斷裂各處的解譯標志均指示其為右旋走滑斷裂。由于斷裂右旋走滑的剪切作用使在板橋鄉(xiāng)附近的白龍江河段產(chǎn)生收縮效應(圖2(a))； 在沙州鎮(zhèn)附近的湖泊呈直線狀展布(圖2(b))； 在青溪縣和青川縣等地的直線狀斷層槽地較明顯(圖2(c)、(d))； 平武縣和青溪縣斷層三角面顯著(圖2(e)、(f))； 在平武縣、青溪縣和青川縣等地均存在明顯的水系位移錯動(圖2(e)、(f))。上述指示標志與活動斷裂右旋走滑運動的性質(zhì)完全吻合。

(a) 板橋鄉(xiāng)地區(qū)河流折曲(b) 沙州鎮(zhèn)地區(qū)河流折曲(c) 青溪縣地區(qū)線性槽地

圖2-1平武—青川斷裂遙感影像解譯標志

Fig.2-1RemotesensingimageinterpretationmarksofthePingwu—Qingchuanactivefaults

(d) 青川縣地區(qū)線性槽地(e) 平武縣地區(qū)斷層三角面(f) 青溪縣地區(qū)斷層三角面

圖2-2平武—青川斷裂遙感影像解譯標志

Fig.2-2RemotesensingimageinterpretationmarksofthePingwu—Qingchuanactivefaults

3.1.2 北川—映秀斷裂北東段(F2)

該斷裂總體走向為NE—SW，屬于龍門山造山帶的中央主干斷裂帶，斷裂內(nèi)歷史地震遺跡明顯。衛(wèi)星遙感圖像解譯表明該斷裂為右旋走滑斷裂[13-15]，在黃家壩村附近存在著數(shù)量眾多且明顯的斷層三角面(圖3(a))； 在曲山鎮(zhèn)、桂溪鄉(xiāng)、平通鎮(zhèn)和南壩鎮(zhèn)等地存在著明顯的水系錯動(圖3(b))； 水系在斷裂內(nèi)均同時向東發(fā)生彎曲，連接這些河流彎曲曲率最大點的直線基本上與北川—映秀斷裂一致(圖3(b))。上述指示標志與活動斷裂右旋走滑運動的性質(zhì)完全吻合。

(a) 黃家壩地區(qū)斷層三角面(b) 曲山鎮(zhèn)—南壩鎮(zhèn)一線河流折拐

圖3北川—映秀斷裂遙感影像解譯標志

Fig.3RemotesensingimageinterpretationmarksoftheBeichuan—Yingxiuactivefaults

3.1.3 茶壩—林庵寺斷裂(F3)

該斷裂屬于龍門山斷裂帶北東段的中央主干斷裂帶，在柏樹村、陜西省勉縣東南、朝天區(qū)和茶壩等地的衛(wèi)星遙感影像上主要表現(xiàn)為陡崖(圖4(a))、斷層三角面(圖4(b))、斷層槽地和斷層眉脊等構造地貌。如在柏樹村該斷裂近EW走向，呈線性陡崖展布(圖4(a))； 在勉縣東南該斷裂為山地與平原的相交界線，呈曲線彎曲延伸，發(fā)育斷層三角面(圖4(b))； 在朝天區(qū)西側，水系經(jīng)過該斷裂時均發(fā)生水平錯動，連接這些河流拐點的直線與該斷裂重合(圖4(c))。上述指示標志與活動斷裂右旋走滑運動的性質(zhì)完全吻合。

(a) 柏樹村地區(qū)斷層崖(b) 勉縣地區(qū)斷層三角面(c) 朝天區(qū)河流折曲

圖4茶壩—林庵寺斷裂遙感影像解譯標志

Fig.4RemotesensingimageinterpretationmarksoftheChaba—Linansiactivefaults

3.1.4 廣元—江油斷裂(F4)

該斷裂位于龍門山構造帶北東段山前地區(qū)，屬于龍門山造山帶的前山主干斷裂帶，總體走向為NE—SW，是揚子地塊與龍門山造山帶的分界線北段。遙感影像解譯該斷裂主要為右旋走滑兼逆沖的性質(zhì)[23]，在東壩鎮(zhèn)東南側該斷裂的水平錯動造成直線狀地層槽地明顯(圖5(a))； 由于斷裂右旋走滑的剪切作用使在廣元市、竹園鎮(zhèn)附近的河段產(chǎn)生收縮效應(圖5(b))； 該斷裂在永勝鎮(zhèn)、銅廣鄉(xiāng)的北部是山地與平原的分界線，在遙感影像上可以看出活動斷裂發(fā)育的構造地貌(斷層三角面)明顯(圖5(c))； 在江油北部可以看到波狀彎曲的線性槽地明顯(圖5(d))； 河流在經(jīng)過該斷裂時，河道明顯發(fā)生了轉(zhuǎn)折(圖5(e))； 受兩大逆沖活動斷層的控制，該斷裂帶內(nèi)發(fā)育了3個小型的斷陷盆地(圖5(f))。上述指示標志與活動斷裂右旋走滑兼逆沖的性質(zhì)完全吻合。

(a) 東壩鎮(zhèn)地區(qū)線性槽地(b) 竹園鎮(zhèn)地區(qū)河流折曲(c) 銅廣鄉(xiāng)地區(qū)斷層三角面

(d) 江油市地區(qū)線性槽地(e) 江油市地區(qū)河流折拐(f) 武都鎮(zhèn)地區(qū)斷陷盆地

圖5廣元—江油活動斷裂的遙感影像解譯標志

Fig.5RemotesensingimageinterpretationmarksoftheGuangyuan—Jiangyouactivefaults

根據(jù)遙感解譯結果，發(fā)現(xiàn)龍門山斷裂帶北東段斷裂極其發(fā)育，其中規(guī)模較大的斷裂主要有平武—青川斷裂、北川—映秀斷裂北東段、茶壩—林庵寺斷裂和廣元—江油斷裂。上述4條主要斷裂的走向大致平行，均呈NE—SW向展布，有較多的NE—SW或NNE—SSW向的小斷裂充填在4大主干斷裂之間。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育了一系列沿斷裂帶展布的第四紀盆地，其形態(tài)各異、規(guī)模不一、沉降幅度也有較大的差異。

3.2 主要活動斷裂活動性分析

形態(tài)各異的構造地貌類型往往是由活動斷裂的差異性運動造成，斷裂的活動性往往是活動斷裂研究的核心。李勇和Densmore等[24-25]通過構造地貌的研究計算了龍門山斷裂帶第四紀以來的活動速率，其中汶川—茂縣斷裂的垂直移動速率為0.3～0.8 mm/a，水平移動速率為0.8～1.2 mm/a； 北川—映秀斷裂的垂直移動速率為0.4 mm/a，水平移動速率為0.8～1.3 mm/a； 灌縣—安縣斷裂的垂直移動速率為0.3 mm/a，水平移動速率為0.7～1.5 mm/a； 賈營營等[23]根據(jù)涪江上游水系錯動距離估算出第四紀以來北川—映秀斷裂和灌縣—安縣斷裂北東段的平均走滑速率分別為1.67 mm/a和1.33 mm/a； 白毛偉等[26]通過宇宙核素成因埋藏年齡測試技術及涪江上游水系錯動距離精確地計算出江油斷裂第四紀以來的水平錯動距離和垂直錯動距離分別為2.17 mm/a和0.054 mm/a。因此，根據(jù)一系列的地貌標志可以評價斷裂的活動性。例如，通過河道的錯動距離、斷層崖的高程可以估算出斷裂的水平及垂直錯動速率； 根據(jù)斷陷湖盆的面積大小、斷層三角面的大小可以評估斷裂的活動性強弱。

3.2.1 活動斷裂與錯動量

斷裂的錯動受到地震的震源、震級的控制，而由于斷裂各處巖性各異，河流的錯動量均受其影響。地震的震源、震級與斷裂的活動強度呈正相關性，斷裂的活動強度與斷裂的錯動量呈正相關性，則地震的震源、震級與斷裂的錯動量呈正相關關系。活動斷裂的錯動分為水平錯動與垂直錯動，由于受遙感影像及DEM數(shù)據(jù)空間分辨率的限制，活動斷裂的活動性分析主要是定量評價水平錯動量及定性評價垂直錯動大小。

受遙感影像空間分辨率的限制，遙感解譯結果中河流較小的水平錯動基本無法測量，只有龍門山斷裂帶北東段后山、中央和前山主干斷裂帶內(nèi)的河流水平錯動明顯。在平武—青川斷裂，3條規(guī)模相近的河流經(jīng)過平武縣、青川縣和沙州鎮(zhèn)時，河流發(fā)生明顯的水平錯動，水平位錯距離分別為3.3 km，2.4 km和7.5km左右(圖6(a)—(c))。從總體上看，平武—青川斷裂從南西向北東使河流的水平錯動量有逐漸增加的趨勢，說明該斷裂的運動幅度自南西向北東逐漸增強。北川—映秀斷裂北東段的東部、中部和西部有3條規(guī)模相近的河流經(jīng)過，在曲山鎮(zhèn)、徐坪壩和南壩鎮(zhèn)處河道發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)折，說明了該斷裂水平錯動的性質(zhì)。河流在曲山鎮(zhèn)、徐坪壩和南壩鎮(zhèn)3處的水平錯動距離分別為8.6 km，5.6 km和3.5 km左右(圖6(d)—(f))。從總體上看，北川—映秀斷裂北東段自南西向北東使河流的水平錯動量有逐漸減小的趨勢，說明該活動斷裂的運動幅度自南西向北東逐漸減弱。茶壩—林庵寺斷裂經(jīng)過的河流水系除白龍江外規(guī)模均要相對小一些，白龍江經(jīng)過該斷裂時在金洞鄉(xiāng)處發(fā)生水平錯動，規(guī)模相對較小的河流經(jīng)過該斷裂時分別在羊木鎮(zhèn)、周家坪處發(fā)生明顯水平錯動，3處河流水平錯動距離分別為1.6 km，2.3 km和2.6 km(圖6(g)—(i))。從總體上看，茶壩—林庵寺斷裂自南西向北東使河流的水平錯動量有逐漸增長的趨勢，該斷裂的活動強度自南西向北東逐漸增強。規(guī)模大體相似的河流經(jīng)過廣元—江油斷裂時在大康鎮(zhèn)、北城鄉(xiāng)和上寺鄉(xiāng)發(fā)生明顯的水平錯動，3處河流水平錯動距離分別為2.5 km，3.1 km和5.7 km左右(圖6(j)—(l))。從總體上看，廣元—江油斷裂從南西向北東使河流的水平錯動量逐漸增大，說明該活動斷裂的運動強度有逐漸增強的趨勢。

(a) 平武—青川斷裂帶內(nèi)平武縣附近水系錯動距離(b) 平武—青川斷裂帶內(nèi)青川縣附近水系錯動距離(c) 平武—青川斷裂帶內(nèi)沙州鎮(zhèn)附近水系錯動距離

(d) 北川—映秀斷裂帶內(nèi)曲山鎮(zhèn)附近水系錯動距離(e) 北川—映秀斷裂帶內(nèi)徐坪壩附近水系錯動距離(f) 北川—映秀斷裂帶內(nèi)南壩鎮(zhèn)附近水系錯動距離

(g) 茶壩—林庵寺斷裂帶內(nèi)金洞鄉(xiāng)附近水系錯動距離(h) 茶壩—林庵寺斷裂帶內(nèi)羊木鎮(zhèn)附近水系錯動距離(i) 茶壩—林庵寺斷裂帶內(nèi)周家坪附近水系錯動距離

(j) 廣元—江油斷裂帶內(nèi)大康鎮(zhèn)(k) 廣元—江油斷裂帶內(nèi)北城鄉(xiāng)(l) 廣元—江油斷裂帶內(nèi)上寺鄉(xiāng)

附近水系錯動距離附近水系錯動距離附近水系錯動距離

圖6龍門山北東段主要活動斷裂帶內(nèi)水系錯動距離

Fig.6DrainagedislocationdistanceinmainactivefaultzonealongthenortheasternsegmentoftheLongmenshan

受遙感影像及DEM數(shù)據(jù)空間分辨率的限制，無法實際測量各斷裂的垂直錯動距離。通過三維模擬的方式對各斷裂發(fā)育的斷層三角面及斷層崖的相對高度進行比較，定性分析各斷裂的活動強度(圖7)。

(a) 平武—青川斷裂內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬(b) 北川—映秀斷裂內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬

圖7-1龍門山北東段主要活動斷裂帶內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬

Fig.7-1Trianglesurface3DvisualizationsimulationinmainactivefaultzonealongthenortheasternsegmentoftheLongmenshan

(c) 茶壩—林庵寺斷裂內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬(d) 廣元—江油斷裂內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬

圖7-2龍門山北東段主要活動斷裂帶內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬

Fig.7-2Trianglesurface3DvisualizationsimulationinmainactivefaultzonealongthenortheasternsegmentoftheLongmenshan

圖7所示影像采用ETM+遙感影像B7(R)，B4(G)，B3(B)假彩色波段組合，并對上述斷裂內(nèi)發(fā)育的斷層三角面夸大2倍進行三維模擬，平武—青川斷裂與北川—映秀斷裂北東段的斷層三角面的垂直位錯要明顯大于茶壩—林庵寺斷裂與廣元—江油斷裂，因此可以判斷平武—青川斷裂與北川—映秀斷裂北東段的活動性要比茶壩—林庵寺斷裂與廣元—江油斷裂的活動性強。

3.2.2 活動斷裂與盆地

第四紀盆地的發(fā)育程度與斷裂活動性強弱呈正相關性，盆地的形態(tài)、規(guī)模和沉降幅度是評價斷裂活動性的重要指標。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育了一系列基本沿斷裂分布的第四紀盆地，呈串珠狀分布，盆地的長軸方向與斷裂的走向相符。其中，沿平武—青川斷裂分布的發(fā)育較為成熟的盆地約13個，規(guī)模較大的有平武盆地、玉溪盆地及青川盆地，盆地沉降幅度大； 沿北川—映秀斷裂北東段分布的發(fā)育較為成熟的盆地大約有6個，規(guī)模均較小，但盆地的沉降幅度大； 沿茶壩—林庵寺斷裂分布的發(fā)育較為成熟的盆地約有4個，規(guī)模較小，且沉降幅度?。?沿廣元—江油斷裂分布的盆地大約有10個，發(fā)育規(guī)模較大，沉降幅度也較大，上述沿斷裂分布的盆地形態(tài)呈四邊形或“月牙形”(圖8)。

圖8 龍門山北東段活動斷層解譯結果與盆地位置(ETM+ B7(R)，B4(G)，B3(B)假彩色波段組合)Fig.8 Interpretation results of active faults and basin locations in the northeastern segment of the Longmenshan

盆地的長軸越長，則主控盆地發(fā)育的斷裂的水平錯動性就越強； 盆地的沉降幅度越深，則主控盆地發(fā)育的斷裂的垂直錯動性就越強。由平武—青川斷裂、北川—映秀斷裂北東段、茶壩—林庵寺斷裂和廣元—江油斷裂控制發(fā)育的盆地，無論是盆地數(shù)量，還是盆地的規(guī)模均比其他斷裂大，說明這4條斷裂的活動性最為強烈。

3.2.3 活動斷裂與歷史地震

斷裂帶的活動強度控制著地震震級的大小，且活動斷裂的展布與地震的帶狀分布呈一致相關性。自1900年以來研究區(qū)地震震級Ms在[4.0，5.0)范圍內(nèi)累計出現(xiàn)了241次； 地震震級Ms在[5.0，6.0)范圍內(nèi)累計出現(xiàn)了25次； 地震震級在Ms≥6.0范圍內(nèi)累計出現(xiàn)了5次。區(qū)內(nèi)地震沿主要斷裂帶分布，帶狀分布明顯，地震活動貫穿整條斷裂帶(圖9)。

圖9 龍門山北東段活動斷裂與地震空間展布的一致性(ETM+ B7(R)，B4(G)，B3(B)假彩色波段組合)Fig.9 Consistency of active faults and earthquake spatial distribution along the northeastern segment of the Longmenshan

4級內(nèi)小地震沿平武—青川斷裂、北川—映秀斷裂北東段及茶壩—林庵寺斷裂呈串珠狀密集分布。研究區(qū)內(nèi)分布在從西北的平武—青川斷裂帶、北川—映秀斷裂帶北東段、茶壩—林庵寺斷裂帶至東南的廣元—江油斷裂帶上的地震累計出現(xiàn)次數(shù)呈現(xiàn)減少的趨勢，5級和6級強地震數(shù)目也逐漸減少。說明研究區(qū)內(nèi)，第四紀以來，平武—青川斷裂帶的活動性最強，向南東斷裂帶的活動性減弱，廣元—江油斷裂帶的活動性最弱。

3.2.4 斷裂與地形起伏度

斷裂的現(xiàn)代活動必將導致斷裂兩側斷塊的垂直差異運動。斷裂活動越強烈，其兩側的斷塊落差越大。地形起伏度是指在某一研究區(qū)域內(nèi)，所有柵格單元的最高點與最低點高程的差值，是描述地表單元地勢的起伏復雜程度和某一研究域內(nèi)地形變化的宏觀指標[27-28]。其表達式為

R=Hmax-Hmin，

(1)

式中：R表示最大地形起伏度；Hmax與Hmin分別表示分析窗口內(nèi)最大與最小高程值。以i×i(i=1，2，…，n)矩形柵格作為分析窗口，以1×1作為起始窗口，到17×17分析窗口終止，計算最大地形起伏度(表1)。

表1 窗口邊長與最大地形起伏度關系Tab.1 Relationship between the side length of window and the maximum degree of topographic relief

將表1中邊長值與最大地形起伏度值進行數(shù)據(jù)擬合，獲得曲線如圖10所示，發(fā)現(xiàn)當分析窗口為5×5時產(chǎn)生“拐點”。

圖10 地形起伏度曲線Fig.10 Relife curve of land surface

因此，利用ArcGIS10.1軟件中的鄰域分析功能，采用5×5的分析窗口，對龍門山北東段的ASTER DEM數(shù)據(jù)進行計算處理，獲得研究區(qū)柵格單元的最高點與最低點高程值； 利用ArcGIS10.1軟件中的柵格計算功能，獲得研究區(qū)的最大地形起伏度如圖11所示。

圖11 龍門山北東段地形起伏度Fig.11 Topographic relief extent of land surface in the northeastern segment of the Longmenshan

從圖11中可以看出，平武—青川斷裂兩側的斷塊高程差異最為明顯，地形起伏度最大； 北川—映秀斷裂北東段及茶壩—林庵寺斷裂兩側斷塊高程差異次之； 廣元—江油斷裂兩側斷塊的高程差異最小，地形起伏度明顯降低，說明平武—青川斷裂帶的活動性最強、北川—映秀斷裂帶北東段及茶壩—林庵寺斷裂帶的活動性次之，廣元—江油斷裂帶的活動性最弱。

4 結論

遙感影像解譯結果顯示，研究區(qū)內(nèi)斷裂活動發(fā)育了典型的構造地貌，例如錯斷水系、走滑盆地、斷層崖或斷層三角面等； 活動斷裂數(shù)目眾多，主要有平武—青川斷裂、北川—映秀斷裂北東段、茶壩—林庵寺斷裂和廣元—江油斷裂等4條大型活動斷裂； 總體上，活動斷裂之間在空間展布上大致平行。通過水系錯動距離、斷層崖或斷層三角面的相對高差、走滑盆地的長寬比值、地震展布及震級以及地形起伏度等研究表明，研究區(qū)內(nèi)4條主要活動斷裂的活動性是北西側強、南東側弱，由北西向南東遞減。

解譯分析結果與陳立春等[29]野外研究的結果一致； 對龍門山北東段主要活動斷裂活動性的研究結果與路靜等[10]的研究結果一致，并且彌補了龍門山北東段主要活動斷裂構造地貌錯動距離厘定的空白現(xiàn)狀。但是，本文沒有對構造地貌的形成年代進行精確的測年，從而無法精確計算活動斷裂的活動速率，這將是今后研究的方向。