機(jī)載激光雷達(dá)在水下地貌識(shí)別與斷裂構(gòu)造精細(xì)解譯中的應(yīng)用

劉剛，金鼎堅(jiān)，吳芳，于坤，李奇，張文凱，王建超

中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083

近岸海底地形與水下地質(zhì)構(gòu)造是海岸帶地質(zhì)調(diào)查中的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在沿海城鎮(zhèn)和重大工程規(guī)劃建設(shè)、環(huán)保、防災(zāi)、海底生境調(diào)查、海岸帶科學(xué)研究等工作中發(fā)揮著重要作用。海底地形測量有船載多波束、遙感反演、機(jī)載激光雷達(dá)等技術(shù)手段[1-3]。在海底構(gòu)造探測領(lǐng)域，一般使用船載淺水地震勘探[4-6]和航空磁測。船載平臺(tái)具有效率低、成本高、淺水無法通行等缺點(diǎn)。淺水地震勘探多采用電火花震源激發(fā)，獲取的地震資料有多次波產(chǎn)生的虛假反射，造成構(gòu)造解釋假象[6]。利用水下地質(zhì)體的磁性差異所進(jìn)行的航磁構(gòu)造探測，只能發(fā)現(xiàn)具有磁異常的規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造，小斷裂難以識(shí)別。因此，與人類活動(dòng)密切相關(guān)的近岸淺水區(qū)大比例尺高精度的斷裂構(gòu)造探測成為一個(gè)難點(diǎn)。相較上述技術(shù)，機(jī)載激光雷達(dá)水深測量（airborne lidar bathymetry，ALB）具有效率高、速度快、作業(yè)區(qū)域廣、測量精度高的優(yōu)勢(shì)，是高效獲取高精度近岸海底地形、底質(zhì)和斷裂構(gòu)造信息的新手段。

從20世紀(jì)60年代末開始，發(fā)達(dá)國家便開展機(jī)載激光雷達(dá)水深測量技術(shù)的研究和應(yīng)用[7-15]。中國從20世紀(jì)80年代末開始機(jī)載激光雷達(dá)測深系統(tǒng)的研究工作[16]，但總體而言還處于試驗(yàn)階段，尚未形成實(shí)用化的系統(tǒng)。為滿足海岸帶調(diào)查工作的需求，作者所屬單位引進(jìn)了Teledyne Optech公司的新一代CZMIL Nova Ⅱ機(jī)載激光雷達(dá)水深測量系統(tǒng)，在南海多地開展了機(jī)載激光雷達(dá)海陸一體地形測量工作，在中國民用領(lǐng)域首次獲取了大量實(shí)測數(shù)據(jù)。通過對(duì)測量數(shù)據(jù)的解釋，發(fā)現(xiàn)除水深探測外還可用于近岸水下地貌的詳細(xì)劃分和海底斷裂構(gòu)造的精細(xì)解譯（1∶10000）。經(jīng)過處理的高分辨率高程渲染圖像對(duì)海底為基巖底質(zhì)的水下斷裂的識(shí)別非常有效，在海岸帶調(diào)查研究中有很好的應(yīng)用前景。

由于解譯工作始于項(xiàng)目的收尾階段，且不是最初設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容，因此沒能對(duì)測深雷達(dá)識(shí)別的斷裂構(gòu)造進(jìn)行野外實(shí)地驗(yàn)證。研究區(qū)內(nèi)的島嶼面積僅1.5 km2，沒有大比例尺的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料作為解譯工作參考，只有早期填制的1∶200000地質(zhì)圖。該圖顯示島嶼全部由花崗巖構(gòu)成，沒有斷裂構(gòu)造，這可能與當(dāng)時(shí)茂密的地表植被及砂土覆蓋、交通狀況及工作精度有關(guān)。在沒有野外驗(yàn)證和參考資料佐證的情況下，為避免激光雷達(dá)單一數(shù)據(jù)源可能造成的多解性，作者使用CZMIL Nova Ⅱ測量系統(tǒng)攜帶的Phase One iXU-RS1000數(shù)字相機(jī)同步拍攝的超高分辨率（空間分辨率0.2 m，比例尺1∶2000）陸地影像，對(duì)激光雷達(dá)識(shí)別的部分海底斷裂在陸地的延伸端進(jìn)行了更為精細(xì)的解譯驗(yàn)證，二者吻合度很高。利用高精度激光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行水下構(gòu)造精細(xì)解譯還處于探索階段，但經(jīng)過一定時(shí)間的積累和技術(shù)方法的改進(jìn)，有可能成為基巖型海岸帶調(diào)查的一個(gè)新領(lǐng)域。

1 數(shù)據(jù)獲取及處理

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于南海北部，為一個(gè)距陸地約3 km的海島及其周邊淺水區(qū)域。該區(qū)屬亞熱帶海洋氣候，雨量充沛、地表植被茂密。海島東西長1400 m，南北寬約1100 m，面積約1.5 km2，大致呈不規(guī)則的四邊形。島嶼西北部區(qū)域?yàn)榈匦蜗鄬?duì)平坦的砂質(zhì)海岸（沙灘），島嶼西南、東南至東北部沿線均為曲折的巖質(zhì)海岸，地勢(shì)陡峭，地形多變。尤其是東南和東北近海，岸線以上發(fā)育海蝕崖，水下則暗礁遍布，波濤洶涌、地形復(fù)雜多變。島四周海域清澈透明，海水能見度6～27 m，冬春季一般為NE浪，夏秋季盛行S-SE浪，海域周邊經(jīng)常受到臺(tái)風(fēng)的影響。

1.2 測深數(shù)據(jù)獲取及處理

機(jī)載激光雷達(dá)水深測量（ALB）是一種采用掃描脈沖激光測量水深/水下地形的主動(dòng)式航空遙感技術(shù)[17]，根據(jù)衰減最小[18]的藍(lán)綠波段激光在水面和水底反射回波的時(shí)間差計(jì)算水深。先進(jìn)的CZMIL Nova II機(jī)載激光雷達(dá)水深測量集成了測深雷達(dá)、CASI-1500h高光譜成像儀、Phase One iXU-RS1000數(shù)字相機(jī)等三種傳感器，可同步獲取激光雷達(dá)、高光譜和數(shù)字影像3種遙感數(shù)據(jù)，利用配套的軟件自動(dòng)生成海陸一體的三維地形和環(huán)境信息產(chǎn)品。

本文使用的激光雷達(dá)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)為搭載CZMIL Nova II系統(tǒng)的運(yùn)-12 E型飛機(jī)所獲取，測量時(shí)間為春季。平均飛行速度220 km/h，航高400 m，航向NW，旁向重疊度30%，航線間距約200 m。飛行前收集了測區(qū)40個(gè)均勻分布的高精度船載多波束測深數(shù)據(jù)點(diǎn)（深度均在30 m左右），對(duì)獲取的激光測深數(shù)據(jù)進(jìn)行“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的精度評(píng)估，經(jīng)統(tǒng)計(jì)（表1）30 m水深附近的激光雷達(dá)高程測量精度0.369 m[19]，優(yōu)于IHO 1a級(jí)精度要求。然后利用地理信息系統(tǒng)軟件，對(duì)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)按照高程值進(jìn)行彩色渲染，并疊加在山體陰影圖上，生成具有立體、彩色效果的高分辨率（空間采樣間隔1 m）海陸一體高程渲染圖。使用專業(yè)軟件在渲染圖上進(jìn)行1∶10000比例尺的水下地貌識(shí)別及斷裂構(gòu)造精細(xì)解譯，最后利用超高分辨率陸地影像對(duì)部分解譯斷裂進(jìn)行了驗(yàn)證。具體工作流程見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)處理及遙感解譯流程圖Fig.1 Flowchart of data processing and remote sensing interpretation

表1 研究區(qū)激光測深精度統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the depth measurement accuracy in the study area

2 水下地貌識(shí)別及斷裂構(gòu)造解譯

2.1 水下地貌識(shí)別

2.1.1 解譯標(biāo)志及地貌分類

根據(jù)陸地解譯工作經(jīng)驗(yàn)，砂礫黏土等細(xì)粒物質(zhì)經(jīng)過長期搬運(yùn)和分選以后，成分均勻、組構(gòu)穩(wěn)定，由它們構(gòu)成的沙灘、平原等堆積地貌，地形平坦、邊界圓滑。在遙感影像上呈現(xiàn)單調(diào)的塊狀紋理，地表起伏不大、邊界柔順漸變。而主要由基巖構(gòu)成的丘陵山地等侵蝕地貌由于溝壑縱橫、高低不平，在遙感影像上呈粗糙不均的斑點(diǎn)狀紋理，邊界大部分參差不齊或呈折線狀。同理，在激光雷達(dá)高程彩色渲染圖像上（圖2），由粒徑較小的砂礫構(gòu)成的海底平原、水下沙嘴等海積地貌，由于地勢(shì)平緩、水深變化不大，一般呈現(xiàn)相對(duì)均一的塊狀紋理，色調(diào)漸變。而凸凹不平、高程變化劇烈的海蝕基巖山地，則具有粗糙不均的斑點(diǎn)狀紋理，色調(diào)多變。根據(jù)這些影像特征首先可以識(shí)別出以沙礫為主的海積地貌和基巖為主的海蝕地貌類型，然后根據(jù)水下地貌的形態(tài)、紋理、起伏度等解譯標(biāo)志，參考海洋地貌的分類標(biāo)準(zhǔn)[20]進(jìn)行比較詳細(xì)的類型劃分。通過解譯發(fā)現(xiàn)島嶼四周水下地貌由沙嘴、古波切臺(tái)、岸坡、海岬、槽谷、斷塊殘丘和外圍的海底平原組成（圖2），其中海蝕地貌的形成與構(gòu)造作用密不可分。

2.1.2 海積地貌

研究區(qū)的海積地貌由水下沙嘴和海底平原組成。島的西北側(cè)海域?yàn)槎杭綨E向浪和夏秋季SSE向浪的交匯部位，距離陸地較近，水深不大，泥砂等細(xì)粒物質(zhì)在此沉淀，形成了頂端指向西北的三角形水下沙嘴。雷達(dá)渲染圖像顯示該區(qū)域呈漸變的黃綠色調(diào)、表面光滑，地形北陡南緩，但總體起伏不大，海水深度由東向西逐漸變深（0～23 m）。

圖2顯示海底平原位于研究區(qū)的外圍，以海島為中心環(huán)繞其他海底地貌分布。海底平原西高東低，地勢(shì)平坦，水深約25～35 m，在雷達(dá)渲染圖像上由藍(lán)綠色調(diào)漸變?yōu)樗{(lán)色調(diào)。

2.1.3 海蝕地貌

水下海蝕地貌由古波切臺(tái)、岸坡、海岬、槽谷、斷塊殘丘組成，多數(shù)與斷裂構(gòu)造有關(guān)。更新世大冰期全球海平面劇烈下降，上述地貌可能露出水面遭受剝蝕，疑似多種外營力綜合作用的結(jié)果。

古波切臺(tái)：位于海島北側(cè)，為NEE向延伸的狹長水下平坦臺(tái)地，臺(tái)地西端被沙嘴覆蓋，東端與水下岸坡相連。經(jīng)過量算其南北寬60～150 m，東西長約1200 m。根據(jù)雷達(dá)渲染圖像特征推斷臺(tái)地的近岸淺水區(qū)域覆蓋薄層海砂，遠(yuǎn)岸砂體變薄尖滅。根據(jù)圖2中高程剖面AB量測，臺(tái)地平均水深僅12 m左右。由于地史時(shí)期冰期與間冰期的交替出現(xiàn)造成海平面的多次劇烈升降[21]，推斷該臺(tái)地初期是潮間帶的古波切臺(tái)，由于后期海平面的上升淹沒在水下。剖面AB顯示在水深接近13 m處的臺(tái)地外（北）緣為一個(gè)高差10 m左右的陡崖，此處水深急劇增加到23 m，然后向北與平原相接。陡崖沿NEE向平直延伸超過120 m，懷疑為斷層F1所控制。

水下岸坡：分布于海島西部、南部和東部的廣闊海域，為寬窄陡緩不一的基巖岸坡，大部分發(fā)育侵蝕溝槽。海島西南部的水下岸坡窄而陡，平均寬度135 m左右，由圖2中的高程剖面CD可以看出在距岸線不到15 m的水平距離內(nèi)，水深迅速達(dá)到12 m，在距岸約160 m處以一個(gè)高約2 m的陡坎與平緩的海底平原相接。該陡坎平行岸線向NW方向線性延伸，根據(jù)地貌、影像特征及區(qū)域斷裂構(gòu)造的展布規(guī)律，推測是一條斷層陡坎（圖2，F(xiàn)16）。

海島南部、東部大片區(qū)域的水下岸坡比較寬緩，岸線至岸坡末端（坡腳）水深為0～30 m。岸坡在渲染圖像上形成密集的斑點(diǎn)和條帶紋理，說明坡體由高低不平的暗礁和溝槽構(gòu)成，海底地形非常復(fù)雜。根據(jù)圖像上的定向帶狀紋理推斷，岸坡發(fā)育NW向延伸的一系列沖刷侵蝕溝槽，它們平行排列，組合形態(tài)呈梳齒狀。圖2中垂直于溝槽延伸方向的高程曲線（剖面EF），具有峰谷相間排列的特點(diǎn)，與剖面AB、CD的平緩波形具有顯著的差別。雷達(dá)渲染圖像和陸域超高分辨率圖像的綜合遙感解譯成果表明，梳齒狀溝槽大部分沿構(gòu)造裂隙發(fā)育，主要斷裂F12就位于一個(gè)陡立的V形溝槽中，上述現(xiàn)象說明研究區(qū)的地貌與斷裂構(gòu)造密切相關(guān)。

圖2 以激光雷達(dá)高程渲染圖像為背景的地貌、主要斷裂及剖面位置圖Fig.2 Map of geomorphology, with major faults and profile locations map based on lidar elevation rendering images

斷陷洼地：5個(gè)洼地均位于海島東側(cè)海底，大部分為長方形，個(gè)別為多邊形，洼地邊界均由斷裂控制。最大者為圖2中不規(guī)則的“〉〉”形1號(hào)洼地（圖3a是其放大圖）。該洼地由走向NE、NNE和NW三組斷裂圍限，在形態(tài)上類似于著名的汾渭地塹。洼地內(nèi)部平坦，四周（除東側(cè)頂點(diǎn)有開口外）為陡立的斷層崖。1號(hào)洼地東西寬200～230 m，南北長約650 m，平均水深22 m左右，周邊陡崖高4～8 m。研究區(qū)成群發(fā)育的洼地說明該區(qū)域現(xiàn)在或前期曾處于拉張應(yīng)力控制之下。

水下海岬：2個(gè)較大的海岬位于海島南側(cè)水下岸坡的末端，海岬中間為隱溺古海灣。岬角均為方形，與圖4 a、b中海平面以上的陸域海岬類似，推測由NE和NW兩組斷裂控制，均屬構(gòu)造成因。

圖4 斷裂系統(tǒng)在陸域超高分辨率圖像和海域激光雷達(dá)圖像上的影像特征a. NW向斷裂由水下延伸到陸地； b. NEE向斷裂控制了岸線的走向，水下NW向斷裂控制陸地直角海岬。Fig.4 Image characteristics of the fracture system on ultra-high resolution images of land area and marine lidar imagesa. The NW strike faults extended from seafloor to land, b. The extension direction of the shoreline was controlled by NEE strike faults , while seabed NW faults controlled the right-angle land promontory.

斷塊殘丘：在海島東北側(cè)遠(yuǎn)岸水域海底，存在3個(gè)形態(tài)及大小相似、長對(duì)角線均為NW向的菱形殘丘（圖3b，空間位置見圖5），殘丘之間以V型或U型峽（槽）谷間隔。圖2中的剖面GH顯示，谷地與斷塊殘丘以近于直立的斷層崖相接，其底部與殘丘峰頂?shù)母卟疃荚?0 m以上，最大者高差超過20 m。通過對(duì)圖像的解析發(fā)現(xiàn)3個(gè)殘丘受NNW、NW和NE走向的3組斷層控制，在空間上以右行斜列形式排列，推測殘丘是剪切拉分作用所形成的斷塊山。

圖3 局部放大的1號(hào)斷陷洼地（a）及菱形殘丘（b）激光雷達(dá)測高渲染圖像Fig.3 Locally enlarged fault depression No. 1 (a) and rhombic monadnock (b) lidar sounding rendered images

圖5 利用激光雷達(dá)渲染圖像解譯的海底斷裂及局部放大圖的空間位置示意Fig.5 Submarine faults interpreted by lidar rendering image, partly enlarged

2.2 水下斷裂構(gòu)造解譯

2.2.1 解譯標(biāo)志

利用遙感影像識(shí)別陸域斷裂在技術(shù)方法上已非常成熟，發(fā)現(xiàn)的數(shù)量明顯高于傳統(tǒng)地面調(diào)查工作，在基巖裸露區(qū)斷裂識(shí)別的準(zhǔn)確性在90%以上，尤其是地貌特征明顯的新斷裂或活動(dòng)斷裂。利用遙感技術(shù)識(shí)別斷裂主要依據(jù)構(gòu)造作用在地表所形成的解譯標(biāo)志，如斷層崖、斷層陡坎、平直的溝谷、線狀排列的鞍部地形、山地與平原的地貌單元突變等。在統(tǒng)一的區(qū)域應(yīng)力場中，斷裂構(gòu)造的空間排列具有一定規(guī)律性，因此解譯標(biāo)志的空間展布也有規(guī)律可循。解譯標(biāo)志的形成，是由于斷裂構(gòu)造對(duì)巖石的破壞作用，導(dǎo)致其抗風(fēng)化能力降低，在外營力作用下所形成的規(guī)律性排列的負(fù)地貌。同樣，在波濤洶涌的海洋，斷裂活動(dòng)的局部應(yīng)力釋放也會(huì)導(dǎo)致巖石發(fā)生結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上的破壞，在潮汐、洋流、波浪持續(xù)作用下，破碎的巖石被海水侵蝕、搬運(yùn)，從而形成沿?cái)鄬幼呦蛞?guī)律性排列的負(fù)地形，也就是水下解譯標(biāo)志。潮間帶等水動(dòng)力較強(qiáng)區(qū)域，斷裂構(gòu)造的解譯標(biāo)志甚至比有土壤和植被覆蓋的陸地表面還要清晰。根據(jù)現(xiàn)有研究成果[21-22]推斷，僅在新生代以來的海平面反復(fù)升降過程中，水深在40 m以內(nèi)的海底可能多次露出海面，遭受地表徑流等其他外營力的侵蝕，因此研究區(qū)水下的斷崖、陡坎、溝槽等解譯標(biāo)志，應(yīng)該是陸域、海域各種外營力綜合作用的結(jié)果。

由于缺少野外工作和大比例尺地質(zhì)資料的支持，為驗(yàn)證海底斷裂解譯標(biāo)志的可靠性，在海陸過渡帶利用CZMIL NOVA II系統(tǒng)同步獲取的陸地超高分辨率（0.2 m）攝影數(shù)據(jù)，對(duì)解譯的部分水下斷裂在陸地的延伸部分進(jìn)行了海陸連續(xù)跟蹤對(duì)比解譯，作為激光雷達(dá)提取的水下斷裂的輔助證據(jù)。超高分辨率影像可以滿足1∶2000比例尺的測繪制圖要求，在實(shí)際工作中可以放大到1∶1500，地面寬度超過0.3 m的構(gòu)造裂隙、破碎帶等在圖4上（空間位置見圖5）清晰可見，是核驗(yàn)海底斷裂的有效手段。研究區(qū)海底斷裂的主要解譯標(biāo)志有斷層崖、斷層陡坎、平直的沖刷溝槽等所形成的線性影像，鋸齒狀水下岸坡及岸坡坡腳的急拐彎，水下基巖殘丘或岸坡與海底平原的直線狀地貌突變等。

2.2.2 總體構(gòu)造特征

根據(jù)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)理論及先驗(yàn)知識(shí)，在一定的區(qū)域應(yīng)力場作用下，會(huì)產(chǎn)生不同走向的斷裂系統(tǒng)；不同性質(zhì)的斷裂在形態(tài)、規(guī)模、走向等方面具有一定的差異，并形成具有關(guān)聯(lián)性的構(gòu)造地貌；根據(jù)地貌類型以及斷裂的規(guī)模、形態(tài)和交切關(guān)系，可以推測斷裂的性質(zhì)及古構(gòu)造應(yīng)力場。經(jīng)過對(duì)CZMIL NOVA II系統(tǒng)獲取的高分辨率激光雷達(dá)渲染圖像及陸地超高分辨率圖像的綜合解譯分析，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)發(fā)育走向NW、NNW、NNE、NEE的4組主要斷裂（表2，圖2），與區(qū)域構(gòu)造格局[23-24]基本一致。在構(gòu)造破碎和海水侵蝕等內(nèi)外營力聯(lián)合作用下，在海底形成具有優(yōu)選方位的一系列沖刷溝槽、陡坎、斷陷洼地和斷塊殘丘。NW走向的一組斷裂規(guī)模大、數(shù)量多、連續(xù)性好；NNW向斷裂是斷塊殘丘的主要邊界斷裂；NNE和NEE向的斷裂以小規(guī)模為主，連續(xù)性差，以正斷層居多。海島從西南、東南至東北沿線都是斷層控制的基巖海岸。由于研究區(qū)屬于時(shí)代較新的大陸邊緣海環(huán)境，結(jié)合前人的研究成果[23-24]推測部分海底斷裂可能是活動(dòng)斷裂。

表2 利用雷達(dá)高程渲染圖像解譯的主要海底斷裂Table 2 Main submarine fractures interpreted from lidar rendering image

島嶼周邊海底斷裂的發(fā)育（或可識(shí)別）程度具有一定的差異。由圖2和圖5可以看出，島嶼西北側(cè)水下沙嘴區(qū)域由于海砂覆蓋嚴(yán)重，沒有發(fā)現(xiàn)斷裂；島嶼北側(cè)剖面AB所在的水下平臺(tái)（古波切臺(tái)）區(qū)也有薄砂覆蓋，解譯效果不好，但根據(jù)臺(tái)地北緣長度超過1200 m、落差達(dá)12 m的平直陡崖以及臺(tái)地東北角處暗礁的不連續(xù)性，推測陡崖為一條規(guī)模較大的NEE走向斷層。島嶼西南側(cè)剖面CD所在的水下岸坡也有少量薄砂覆蓋，但根據(jù)坡腳不正常的鋸齒狀形態(tài)、陡坎地貌以及陸域超高分辨率圖像的輔助支持，提取出數(shù)條沿岸斷層（圖6，空間位置見圖5）；海島東南至東北側(cè)的海底由基巖構(gòu)成，構(gòu)造地貌非常清晰，是斷裂信息提取的主要區(qū)域，NW、NNW、NNE、NEE向4組斷裂均有發(fā)現(xiàn)。

圖6 控制西南岸線的斷裂帶激光雷達(dá)和陸域超高分辨率影像Fig.6 Lidar and ultra-high resolution images of the fault zone along the southwest shoreline

2.2.3 斷裂分組詳述

NW向斷裂：是研究區(qū)最為發(fā)育的斷裂，無論規(guī)模還是數(shù)量NW走向的斷裂都占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。該組斷裂控制了島嶼西南、東北岸線及部分水下岸坡的邊界，形成了水下岸坡上相間排列的沖刷溝槽（詳見圖2剖面EF，圖4a）。根據(jù)海島西南、東南及東北海岸帶陸域超高分辨率圖像上的斷層崖、斷層陡坎（圖4、6、7）推斷，大部分NW向斷裂近于直立，部分傾向NE。該組斷裂切割其他斷裂或地貌的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征（圖8，空間位置見圖5），顯示其既有左行又有右行剪切現(xiàn)象，也可能有多期活動(dòng)。工作區(qū)由西向東NW向斷裂主要有F16、F12、F20、F2、F3、F4等（圖2）。其中F16控制了島嶼的西南部水下岸坡與海底平原的邊界，F(xiàn)12由水下進(jìn)入陸地，形成了地表丘陵山地的鞍狀地形， F2、F3、F4則是海底斷陷洼地的邊界斷層。在島嶼南側(cè)和東北側(cè)的水下岸坡上，該組斷裂密集平行分布，是梳齒狀沖刷溝槽微地貌的主要控制要素。水下激光雷達(dá)及陸域超高分辨率圖像解譯成果均顯示島嶼西南岸線受該組斷裂的控制（圖6），屬于斷層海岸[21]。在GH剖面靠近H端的遠(yuǎn)岸深水區(qū)域，該組斷裂是菱形斷塊殘丘的東北和西南邊界（圖3b，空間位置見圖5）。

圖8 NW走向斷裂的不同運(yùn)動(dòng)學(xué)特征a. 右行走滑斷層，b. 左行走滑斷層。Fig.8 Kinematic characteristics of NW strike fracturesa. Right-lateral faults，b. left-lateral faults .

NNW向斷裂：在剖面GH所在的東北海域遠(yuǎn)岸地段（圖2中GH剖面靠近H端）最為發(fā)育，是水下殘丘之間峽谷的主要控制斷裂（圖2中 F5、F6、F7、F8）。該組斷裂連通性好、斷距較大，在激光雷達(dá)渲染圖像上具有清晰的線性影像特征。沿?cái)嗔寻l(fā)育一系列V型溝槽、陡坎或陡崖，構(gòu)成了數(shù)個(gè)斷塊殘丘東西兩側(cè)的主邊界。主要的NNW向斷裂有F10、F17、F5、F6、F7、F8、F9等（圖2），其中正斷層F10構(gòu)成最大的近岸1號(hào)斷陷洼地與海底平原的東邊界，正斷層F7、F8形成了深達(dá)20余米的U形谷，構(gòu)成局部的微型壘塹地貌。陸域高分辨率圖像顯示：在海島東北角孤立礁石的數(shù)個(gè)斷層崖上，該組斷裂產(chǎn)狀陡立或以高角度傾向NEE（圖7，具體空間位置見圖5）。

圖7 傾向NE、NEE和NW的斷層崖陸域超高分辨率圖像Fig.7 Ultra-high resolution image of fault scarps tending in NE，NEE and NW directions

NNE向斷裂：主要發(fā)育在海島東側(cè)近岸淺水地帶（圖2中F12和F20之間的區(qū)域），該組斷裂控制了海島的東部岸線。NNE向斷裂系在空間上平行海島東部岸線的海底斷續(xù)分布，規(guī)模一般較小，連續(xù)性不好，其代表性斷裂是F18。沿F18的走向（NNE）往北追索，可以發(fā)現(xiàn)一組斷續(xù)出現(xiàn)（被NW向斷裂交切）的斷裂帶，該帶的西界是岸線，東界是F11（實(shí)際由數(shù)條正斷性質(zhì)的斷裂連接而成），F(xiàn)11構(gòu)成1號(hào)“〉〉”形斷陷洼地的部分邊界（圖3a）。根據(jù)斷續(xù)分布的形態(tài)特征、控制海島岸線（斷層海岸）及與之平行的水下斷陷洼地的事實(shí)，推斷該組斷裂以正斷層為主。

NEE向斷裂：主要發(fā)育在海島的南側(cè)，控制了海島的南部岸線，并構(gòu)成海島南北兩側(cè)水下岸坡與海底平原的地貌突變線。在海島南側(cè)的海陸交互帶，超高分辨率圖像及激光雷達(dá)圖像都可以看到數(shù)條NEE向斷裂在陸地和水下平行海岸延伸，控制了岸線的走向（圖4b）。圖2中該組斷裂的典型代表F14、F13構(gòu)成了海島南側(cè)水下基巖斜坡末端與海底平原的突變線；在海島北側(cè)F1則以陡崖的形式構(gòu)成水下古波切臺(tái)與海底平原的邊界；在F2、F4兩條斷裂的南端區(qū)域，斷續(xù)分布的NEE向斷裂也以陡坎地貌構(gòu)成了岸坡末端與平原區(qū)的突變線。根據(jù)斷層海岸、水下斷崖以及水下岸坡以陡坎與平原相接等諸多證據(jù)，推斷該組斷裂性質(zhì)以正斷層為主。根據(jù)剖面CD所在區(qū)域水下基巖坡腳的鋸齒狀形態(tài)及圖4b中陸域超高分辨率圖像左下角處NEE向斷層的運(yùn)動(dòng)方向，推斷該組斷裂還具有左行平移的分量。

除上述斷裂外，本區(qū)還有一個(gè)顯著的構(gòu)造特點(diǎn)是發(fā)育若干規(guī)模不等的小型水下斷陷槽谷或洼地。圖2顯示它們大部分位于F12以東區(qū)域，主要受NE、NW向兩組斷裂的控制，長軸方向以NE居多，說明本區(qū)目前或曾經(jīng)受NW-SE方向的拉張應(yīng)力場控制。這可能與始新世晚期以來印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊碰撞，青藏高原隆起導(dǎo)致地幔流向東南方向的蠕散運(yùn)動(dòng)所引起的陸緣引張斷陷作用有關(guān)[23]，也可能是由于研究區(qū)所在區(qū)域向SE漂移旋轉(zhuǎn)[25-26]，由速度上的局部差異所形成的牽引、拉分作用所致。

3 結(jié)論

（1）研究區(qū)海底地貌由沙嘴、海岬、波切臺(tái)、岸坡、斷陷洼地、槽谷、平原和斷塊殘丘組成，環(huán)繞海島的岸線由多組斷裂控制，呈不規(guī)則的多邊形。島嶼周邊海底發(fā)育走向NW、NNW、NNE和NEE的4組主要斷裂，與鄰近大陸的構(gòu)造格局基本一致。NW向斷裂規(guī)模大、數(shù)量多、連續(xù)性好，是本區(qū)的主要斷裂系；NNW向斷裂是斷塊殘丘的主要邊界斷裂；NNE和NEE向斷裂以小規(guī)模為主、正斷層居多，連續(xù)性較差。海底斷裂系統(tǒng)在地表的延伸部分得到了同步獲取的超高分辨率圖像的驗(yàn)證。

（2）機(jī)載激光雷達(dá)是在水深小于40 m的清澈水域開展海底地貌詳細(xì)劃分和水下斷裂精細(xì)解譯的新技術(shù)，根據(jù)航攝飛行設(shè)定的航高和空間采樣間隔的大小，至少可滿足1∶10000～1∶50000大比例尺的調(diào)查研究工作。在沒有海砂覆蓋的水下基巖分布區(qū)，利用激光雷達(dá)高程渲染圖像可以有效提取斷裂構(gòu)造信息；配備3種傳感器的CZMIL NovaⅡ海陸一體測量系統(tǒng)，不僅能夠進(jìn)行水深測量，而且在海岸帶環(huán)境地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害等專業(yè)調(diào)查及研究工作中具有很大的應(yīng)用潛力。