隆林西南部線性影像條帶的地貌特征、成因及其與右江斷裂帶的關(guān)系

張沛全，左天惠，鄒 衍，米遠(yuǎn)威，潘岳怡，鐘德偉

（1.廣西壯族自治區(qū)地震局，南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防治中心，南寧 530022；3.廣西壯族自治區(qū)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)院，南寧 530201）

0 引言

右江斷裂帶是我國(guó)西南地區(qū)的一條重要的活動(dòng)構(gòu)造帶和地震構(gòu)造帶[1-5]。過(guò)去的研究多集中在百色以東地區(qū)的段落[2-10]，百色以西段落的研究相對(duì)較少[4，11-12]。要全面認(rèn)識(shí)右江斷裂帶的第四紀(jì)活動(dòng)特性，加強(qiáng)百色以西段的研究是一項(xiàng)重要課題。近年來(lái)對(duì)百色以西段的研究表明，在隆林縣西南部的google 影像中，存在一條3 km 線性影像帶[12]，但其成因未明。該影像帶既不與水系同步拐彎點(diǎn)連線重合，也不被標(biāo)注在二十萬(wàn)分之一地質(zhì)圖上。當(dāng)時(shí)姑且稱之為“陡坎”。由于造成遙感上的線性影像原因有很多，包括道路、巖溶作用、冰川作用、地層不整合等。因此，有必要探討這一線性影像帶具體成因。而該線性影像帶毗鄰右江斷裂帶組成斷層，是否與右江斷裂帶存在構(gòu)造聯(lián)系，這是值得關(guān)注的科學(xué)問(wèn)題。

遙感影像的地質(zhì)解譯工作目的之一就是要尋找和識(shí)別線性影像特征，解譯線性構(gòu)造，確定斷裂構(gòu)造的存在和它的性質(zhì)[13]。其中，探索遙感影像中線性影像的性質(zhì)已經(jīng)成為工程遙感[14]、構(gòu)造理論[15]、第四紀(jì)地質(zhì)及第四紀(jì)斷層活動(dòng)特性的重要課題[16-19]。目前，線性影像的地質(zhì)解譯已被列入到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《活動(dòng)斷層探測(cè)》（GB/T36072-2018）中，作為活動(dòng)斷層探測(cè)的重要技術(shù)步驟之一。右江斷裂帶中研究相對(duì)較多的段落（百色—思林段和思林—壇洛段），也得益于前期的遙感地質(zhì)學(xué)研究[1，3，7，9-10]。后來(lái)，對(duì)右江斷裂帶百色以西段南支的落央小段和北支棒鲊—舊州段的研究也使用了遙感地質(zhì)學(xué)的方法[11-12]。然而，過(guò)去使用的遙感數(shù)據(jù)精度較低。而已有的研究案例表明，哨兵影像和無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在活動(dòng)構(gòu)造、地震與構(gòu)造地貌學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用有助于提高工作精度與工作效率[20-24]。

為此，本文擬使用精度更高的哨兵遙感影像，重新識(shí)別該線性影像。使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)線性影像帶中的特征區(qū)域開展拍攝工作，然后運(yùn)用傾斜攝影測(cè)量中產(chǎn)生的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)開展構(gòu)造地貌參數(shù)提取工作。對(duì)線性影像特征地段、傾斜攝影反映的特征地段開展地質(zhì)地貌調(diào)查，確定線性影像區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造的性質(zhì)。最后，討論控制該線性影像條帶的成因，分析其與右江斷裂帶的構(gòu)造成生關(guān)系。

1 右江斷裂帶的概況

根據(jù)宋方敏等[4]，右江斷裂帶西北起于興義、棒鲊以東，向東隆林、西林，往東南經(jīng)過(guò)百色、平果至壇洛，長(zhǎng)約410 km。該斷裂帶由1 組走向310°～320°的斷裂組成，大致以百色、思林為界，可分為3大段，即百色以西段、百色—思林段、思林—壇洛段，各大段進(jìn)一步分成若干小段（圖1）。其中①百色以西段有南北兩支。北支分為棒鲊—舊州段，走向北東東—東西—北西西；舊州—澤屯段，走向北西。該支全長(zhǎng)約230 km。南支分為西林—那曲段、八桂—百色段，走向北西西—北西，共長(zhǎng)250 km。南支的西林—那曲段有4條長(zhǎng)短不一的近平行的斷裂組成；②百色—思林段控制了百色—田東盆地南、被兩側(cè)邊緣，長(zhǎng)約80 km。盆地南側(cè)斷裂從那坡向東經(jīng)過(guò)那滿、田東南、至林逢，走向北西西。盆地北側(cè)由3小段組成；③思林—壇洛段西北起西林，向東南經(jīng)平果、隆安，止于壇洛，長(zhǎng)約90 km。由3 個(gè)小段組成，走向北西。本次工作的區(qū)域位于隆林西南部的弄桑、隆內(nèi)一帶，見圖1。

圖1 右江斷裂帶百色以西段展布略圖及本文研究區(qū)位置圖Fig.1 Distribution sketch of the western section of Baise in Youjiang fault zone and location map of the study area

2 遙感解譯

2.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理

本次工作采用sentinel-2B（哨兵2B）衛(wèi)星數(shù)據(jù)。該衛(wèi)星于2017年3月7日發(fā)射，高度786 km，覆蓋13 個(gè)波段，幅寬290 km。數(shù)據(jù)來(lái)自http：//www.gscloud.cn/sources/index?pid=446&rootid=1&ptitle=Sentinel%E6%95%B0%E6%8D%AE。本次共分別使用了2、3、4波段和4、8、11波段制作真彩和假彩合成影像。2、3、4 波段分別為可見光的藍(lán)、綠、紅波段，4、8、11 波段中4 波段為可見光的紅波段，8 波段近紅外波段（寬）、11 波段為短紅外波段。在分辨率方面，2、3、4、8 波段為10 m，11波段為20 m。數(shù)據(jù)在ArcGIS 軟件中進(jìn)行鑲嵌、融合、合成等，合成真彩影像（圖2A）和假彩影像（圖2B）。

圖2 哨兵遙感影像中的線性影像條帶Fig.2 Linear image belts in sentinel remote sensing images

2.2 解譯結(jié)果

在圖2A 的真彩合成影像中，弄桑河與隆內(nèi)河同步左旋拐彎。同步拐彎點(diǎn)之間北西向線性谷地明顯（圖2 上圖中的紅色箭頭所示）。過(guò)去的研究顯示，在敢毫發(fā)現(xiàn)過(guò)左旋走滑性質(zhì)的斷層露頭。那么紅色箭頭所示的谷地應(yīng)是斷層谷地。在該斷層谷地的西南側(cè)，一系列的山脊止于一條斷續(xù)出露的陰影帶（即圖1 中的L1）前。L1 東北側(cè)至斷層谷地前的坡度舒緩，沒(méi)有明顯的脊?fàn)钔黄?，也沒(méi)有明顯的水系切割痕跡。L1 的西南側(cè)，山脊成排出露，山脊與山脊之間的鞍部清晰。L1 在宏觀上構(gòu)成了一條線性的地形階梯，但在西部表現(xiàn)為類似于斷層三角面的地貌。根據(jù)陰影的方向初步判斷，L1 整體上東北側(cè)高度低于西南側(cè)。西部則相反，表現(xiàn)出一個(gè)明亮的面狀地形面。經(jīng)測(cè)量，本次解譯出的L1 長(zhǎng)度為5 km，較之前的研究結(jié)果3 km[12]增加了2 km。

在圖2B 的假彩合成影像中，上述所有現(xiàn)象均有表現(xiàn)，經(jīng)測(cè)量后長(zhǎng)度一致。值得一提的是，通過(guò)影像對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在真彩影像中道路呈現(xiàn)為白色線條，而在假彩影像中道路被消隱。這種影像特點(diǎn)更有利于對(duì)線性影像帶的解譯。通過(guò)這一特性，可以排除該線性影像帶為人工切坡或道路開挖而產(chǎn)生的地形階梯。因此，推測(cè)該線性影像帶可能是一條線性構(gòu)造帶。此外，L1 西部的似三角面表現(xiàn)為淡紫紅色，對(duì)照影像其他區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)，河流拐彎的部位有相似的紫紅色圖斑出現(xiàn)。因此認(rèn)為，該“三角面”部位可能含水量較高。同時(shí)注意到，在“三角面”部位的西南部，弄桑河上游存在另外一處河流拐彎點(diǎn)（圖2A、2B，圖4中的b點(diǎn)）。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量

上述工作表明，在平面上L1 可能穿越了弄桑河上游。為了進(jìn)一步研究這一現(xiàn)象，本次工作將運(yùn)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，構(gòu)建局部數(shù)字高程模型，提取河流縱剖面，以考察線性影像帶L1對(duì)河流縱剖面的影響。

3.1 原理與流程

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量原理可參考文獻(xiàn)[24]的《數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)》。主要技術(shù)路線以傾斜攝影影像為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)空三加密處理后，生成測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型、數(shù)字真正射影像、數(shù)字線劃圖和數(shù)字高程模型，其流程如圖3所示。

圖3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影建模流程圖Fig.3 Flow cart of UAV tilt photography modeling

3.2 數(shù)據(jù)采集與處理

本次工作的野外拍攝（數(shù)據(jù)采集）工作選擇在植被覆蓋較少的冬季開展。工作時(shí)使用了飛馬D2000五鏡頭傾斜攝影多旋翼無(wú)人機(jī)和大疆精靈4-RTK 無(wú)人機(jī)。飛行數(shù)據(jù)使用Context Capture 傾斜攝影建模軟件進(jìn)行處理，獲得特征地段的傾斜模型，DSM 和DOM 影像（圖4）。內(nèi)外業(yè)作業(yè)流程與精度控制按照參考文獻(xiàn)[26]～[29]等中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件執(zhí)行。

圖4 河流縱剖面及河流裂點(diǎn)（段）位置圖Fig.4 River longitudinal profile and location of river knick points（segments）

3.3 河流縱剖面提取

河流縱（高程）剖面中蘊(yùn)含了許多構(gòu)造活動(dòng)的重要信息[30-33]。本次工作將利用上述傾斜攝影中產(chǎn)生的數(shù)字高程數(shù)據(jù)[34]開展河流縱剖面提取工作。

河流縱剖面提取過(guò)程如下。首先利用平差后符合精度要求的空三加密成果，自動(dòng)匹配生成數(shù)字地形模型（DTM），并在三維測(cè)圖軟件中編輯點(diǎn)云，最后生成特征區(qū)（弄桑河天奕采石場(chǎng)一帶）高精度數(shù)字高程模型。由于高分辨率數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)主要為采集了關(guān)鍵區(qū)域，范圍較小，未解決小區(qū)域DEM 提取河網(wǎng)可能存在流向和流域范圍誤差問(wèn)題。本次工作利用NASA 12.5 m 高程DEM 數(shù)據(jù)結(jié)合特征區(qū)高分辨率DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，將全部DEM 數(shù)據(jù)的分辨率即網(wǎng)格大小統(tǒng)一為核心區(qū)DEM 數(shù)據(jù)分辨率（0.1 m）。為保證河流位置準(zhǔn)確性，研究過(guò)程中利用高分辨率正射航空影像數(shù)據(jù)手動(dòng)矢量化結(jié)合DEM 自動(dòng)提取河網(wǎng)兩種方法，在ArcSWAT 軟件中通過(guò)人工干預(yù)方式，先將手動(dòng)矢量的河網(wǎng)數(shù)據(jù)Buin-In，然后再根據(jù)DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，提取的河網(wǎng)空間位置準(zhǔn)確性大幅提升。利用提取的河網(wǎng)數(shù)據(jù)，在ArcGIS 軟件中，利用Stack Profile 工具快速提取河網(wǎng)縱剖面信息并輸出圖件（圖4下圖）。

在圖4 下圖中，河流縱剖面中出現(xiàn)一個(gè)清晰的裂點(diǎn)河段Ab 段，落差約為78 m。該裂點(diǎn)段分為兩小段，即AB 段與Bb 段（圖4），其中b 點(diǎn)為弄桑河上游第二次拐彎點(diǎn)（見圖2）。A 點(diǎn)以上河段坡降為0.47‰，AB 段坡降為24.19‰，Bb 段為3.47‰，bC段為0.36‰，C點(diǎn)以下坡降為1.66‰。AB段的坡降是最大的區(qū)段。

4 線性影像條帶的野外調(diào)查

4.1 線性影像帶的地貌與構(gòu)造特征

野外地貌調(diào)查顯示，線性影像帶在隆內(nèi)表現(xiàn)為不連續(xù)的陡崖，如圖5白色箭頭所示。該陡崖位于斷層谷地（圖5左紅色箭頭所示）上方。該處的陡崖的傾向與下方斷層谷地的谷坡（傾向北）傾向相反，陡崖傾向南，因而在遙感影像上形成了濃重陰影帶（圖5右）。另外，陡崖并不平行于大古城斷層的斷層谷地，而呈現(xiàn)出17°～20°的小角度夾角（圖2、圖5）。

圖5 隆內(nèi)一帶的斷層谷地（左圖）及線性條帶的成因（右圖）Fig.5 Fault valley in the Longnei area（left）and the origin of linear belt（right）

圖6 隆內(nèi)附近正斷層與左旋走滑斷層交匯部位的地質(zhì)剖面Fig.6 Geological section at the intersection of normal fault and left-lateral strike-slip fault near Longnei village

為了查明該陡崖的構(gòu)造成因，在野外開展了地質(zhì)調(diào)查。在陡崖往東的延長(zhǎng)線上（圖2 中標(biāo)注為“隆內(nèi)”的點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)了一處斷層露頭。該露頭的破碎帶寬5 m，可見2 條斷層。斷面傾向南，傾角陡，產(chǎn)狀195°∠75°的斷層為正斷性質(zhì)，破碎帶寬約1 m。產(chǎn)狀215°∠85°的斷面，上有擦痕，擦痕指示斷層為左旋走滑性質(zhì)。斷面上部有一構(gòu)造透鏡體，其大小為2 m×0.5 m。該露頭說(shuō)明了兩種地質(zhì)現(xiàn)象，一是正斷層的傾向與反坡向陡崖L1 的傾向一致。二是該露頭是走滑斷層與正斷層的交匯部位，且在該點(diǎn)左旋走滑斷層F1 經(jīng)過(guò)該點(diǎn)后往南東延伸，如圖1B 中所示。從露頭的傾向轉(zhuǎn)換為走向后可以發(fā)現(xiàn)，兩條斷層的夾角為17°～20°。

4.2 河流裂點(diǎn)附近的地貌與構(gòu)造特征

地質(zhì)調(diào)查表明在天奕采石場(chǎng)附近分別發(fā)現(xiàn)了兩處斷層露頭（圖4C、4D）。這兩處斷層露頭為傾向北東或北北東的正斷層（圖7）。而這兩處正斷層一處位于圖4 河流縱剖面的上游裂點(diǎn)A 附近，一處位于河流縱剖面的下游裂點(diǎn)B附近。

圖7 天奕采石場(chǎng)附近的兩處正斷層剖面Fig.7 Sections of two normal faults near Tianyi Quarry

5 討論

上述的地質(zhì)地貌特征顯示，線性影像帶L1 走向北西西，沿L1 的三處露頭顯示，L1 受正斷層控制。為方便討論，稱通過(guò)L1 的正斷層為弄?！?nèi)斷層。而F1 大古城斷層走向北西，前期工作[12]與本次工作顯示，F(xiàn)1 大古城斷層為左旋走滑性質(zhì)。弄?！?nèi)斷層與大古城斷層兩者夾角約17°～20°。對(duì)照一個(gè)左旋走滑斷層控制的里德爾剪切模型[35]（圖8）和圖1 可知，圖1 中的右江斷裂帶百色以西段舊州—澤屯段左旋走滑斷層相當(dāng)于主剪切Y；沿L1發(fā)育的弄?！?nèi)斷層為一條正斷層，對(duì)應(yīng)于圖8 中近東西向的T 破裂；F1 大古城斷層為左旋走滑性質(zhì)的斷層，與圖8 中北西向的R 破裂相對(duì)應(yīng)。而弄?！?nèi)斷層與大古城斷層的夾角，略小于圖8 中T 破裂與R 破裂的夾角。因此認(rèn)為，控制L1 的正斷層弄?！?nèi)斷層和控制水系同步左旋拐彎的大古城斷層是處于一條左旋走滑斷層（右江斷裂帶舊州—澤屯段）控制的剪切體系中的兩種不同形式的破裂。

圖8 左旋走滑斷層的里德爾剪切模型（據(jù)文獻(xiàn)[35]修改）Fig.8 Ridel shear model of left-lateral strike-slip fault（modified from reference[35]）

那么，該剪切系統(tǒng)的活動(dòng)年代是什么？從構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方面入手，上述里德爾剪切體系活動(dòng)需要在近東西向的主壓應(yīng)力場(chǎng)中才能獲得最合理的解釋。游象照通過(guò)衛(wèi)星影像判讀和地質(zhì)分析后認(rèn)為，廣西新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主壓應(yīng)力方向?yàn)闁|西向或近東西向[9，36]。即該剪切系統(tǒng)應(yīng)該在新構(gòu)造期間有活動(dòng)表現(xiàn)。進(jìn)一步從L1 出露的地貌部位觀察，其海拔高于F1大古城斷層，但又影響了河流縱剖面，說(shuō)明該斷層的活動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。從主剪切Y 舊州-澤屯段斷層的活動(dòng)時(shí)間段可知，該斷層形成于印支運(yùn)動(dòng)，早期為右旋剪切性質(zhì)，喜馬拉雅期再次強(qiáng)烈活動(dòng)，并表現(xiàn)為左旋剪切活動(dòng)[2]。即，該左旋走滑的里德爾剪切系統(tǒng)至少在喜馬拉雅期期間的晚新生代是有過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的活動(dòng)表現(xiàn)。主剪切Y 舊州-澤屯段斷層最新的活動(dòng)年代為晚更新世[4]，本次活動(dòng)是否波及到整個(gè)剪切系統(tǒng)，仍需進(jìn)一步研究。

6 結(jié)論

為了探討隆林南部線性影像帶的成因，分析其與右江斷裂帶百色以西段是否存在構(gòu)造聯(lián)系，本次工作借助衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，結(jié)合地面地貌與地質(zhì)調(diào)查工作，獲得了如下認(rèn)識(shí)：

（1）在哨兵2 影像中獲得了一條清晰的北西西向線性影像帶，該帶出現(xiàn)在弄桑至隆內(nèi)之間，長(zhǎng)度達(dá)5 km，較之前解譯出的長(zhǎng)度為3 km 增加了2 km。

（2）無(wú)人機(jī)傾斜攝影提供的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后獲得了線性影像帶西端河流拐彎點(diǎn)附近的河流縱剖面?？v剖面中出現(xiàn)了裂點(diǎn)河段，其落差達(dá)78 m左右。

（3）地貌調(diào)查顯示，該線性影像帶為一條傾向南的反坡向陡崖帶。地質(zhì)調(diào)查顯示，沿線性影像帶有三處正斷層露頭，即該線性影像帶受正斷層（弄?！?nèi)斷層）控制。在影像帶東部的反坡向陡崖段，該正斷層傾向南南西。在影響帶西部河流裂點(diǎn)段，斷面傾向北北東或北東。

（4）控制線性影像帶的正斷層（弄?！?nèi)斷層）與控制斷層的谷地的左旋走滑斷層（大古城斷層）服從于一個(gè)北西向左旋走滑斷層（右江斷裂帶百色以西段舊州—澤屯段）的里德爾剪切系統(tǒng)控制。其中，控制線性影像帶的正斷層（弄?！?nèi)斷層）屬于T 破裂，控制水系同步拐彎的左旋走滑斷層（大古城斷層）屬于R剪切破裂，右江斷裂帶舊州—澤屯段斷層屬于Y主剪切破裂。該里德爾剪切系統(tǒng)至少在喜馬拉雅期有過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的活動(dòng)表現(xiàn)。