三種斷層位移測量工具對比分析

王 遼, 謝 虹, 朱俊文, 薛善余, 張正模, 張 波

(1. 甘肅省敦煌文物保護研究中心, 甘肅 敦煌 736200;2. 中國地震局蘭州地震研究所, 甘肅 蘭州 730000; 3. 敦煌研究院, 甘肅 敦煌 736200)

0 引言

活動斷層錯斷地質地貌體后通常會在地面形成斷錯地貌標志,并在特定的構造作用以及地貌演化下呈線性或亞線性形態(tài)被長久保存,其主要的標志有斷錯河道、沖溝、山脊、河流階地、洪積臺地和斷層陡坎等。通過對斷錯地貌進行位錯測量,重建并定量分析位移空間分布,可以更好地了解活動斷裂過去的破裂及活動歷史[1-2]與發(fā)育規(guī)律[3-4],以便進一步分析其運動學過程與地震活動特征[5-7],從而科學地推測其將來的活動行為[8-17]。眾多研究人員基于斷錯地貌對斷層的活動特征進行了研究,并取得了豐富的成果。Zielke等[9]對圣安德列斯斷裂南段1857年強震的同震地表破裂帶的位移分布進行了重新評估。Manighetti等[11]對新西蘭Hope斷裂進行了詳細的斷錯地貌位移解譯,獲得了最大同震位錯及4次古地震事件。計昊旻等[15]通過對安丘-莒縣斷裂的地震特征位移的分析,推斷出可能低估了70 BC安丘地震的震級。李占飛等[16]通過分析臨澤逆沖斷裂垂直位錯的分布,得出該斷裂是一條成熟度較低的斷裂。畢海蕓等[17]對烏拉山山前斷裂的陡坎進行了密集提取,識別出7次古地震事件,獲得最大同震位錯,并進一步分析了地震的危險性。

早期對斷層位移的獲取主要是基于皮尺、平板繪圖儀與全站儀等工具進行野外實地測量,該方法能獲取較為精確的測量結果,但耗時耗力,效率低下,且對于大面積的研究區(qū)域難以應用[18-20]。隨著空間探測技術的發(fā)展,全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)、無人機航空攝影測量技術與機載雷達探測與測量(Light Detection and Ranging,LiDAR)等新手段被逐漸應用于斷層位移測量,使得活動斷層的研究變得更加高效與精細化。無人機航空攝影測量通過移動攝影重建技術快速構建高分辨率數(shù)字地形,其重建原理如下:利用數(shù)字相關技術分析圖像與圖像間的相對方向和絕對方向,并結合在攝影過程中設定的重合度,經(jīng)過平移、縮放、旋轉等過程將數(shù)字模型精確地定位到絕對位置,最后基于控制點對地表數(shù)據(jù)進行模型建立。該手段操作簡單,成本低廉,獲取的地形數(shù)據(jù)精度高,被廣泛應用于植被較少的地區(qū)[21-26]。LiDAR技術具有便利性、高精度性、絕對定位及可重復性等特點,且具有植被消除功能,使得其在植被復雜地區(qū)也能獲取高分辨率數(shù)據(jù),這種良好的性能使其越來越多地被應用于構造地貌研究中[27-32]。

隨著高精度地形數(shù)據(jù)的獲取逐漸便捷,多種基于數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)提取位移的應用軟件也應運而生,其中應用最廣泛的包括Zielke等[33]開發(fā)的LaDicaoz、Stewart等[34]開發(fā)的3D_Fault_Offsets與Wolfe等[35]開發(fā)的蒙特卡洛滑動統(tǒng)計工具包(Monte Carlo Slip Statistics Toolkit,MCSST)。這些工具極大地便利了斷層位移的提取,提高了位移測量的精度,降低了人工分析和位移提取的誤差。本文首先基于測量原理與使用方式對這3種測量工具進行了詳細介紹;其次基于獲取的黨河水庫逆沖斷裂和黃香溝左旋走滑斷裂的高精度DEM,利用MCSST工具對逆沖斷裂陡坎進行垂直位錯測量,以及利用LaDicaoz和3D_Fault_Offsets工具對左旋走滑斷錯地貌進行水平位錯測量,進一步將測量結果與野外測量結果進行交叉檢驗,綜合分析探討測量結果的可靠性;最后對3種工具特性(如其自動化程度,使用難易程度,可重復性等)進行對比分析及總結。

1 軟件介紹

1.1 LaDicaoz

LaDicaoz是一款基于Matlab開發(fā)的具有圖形用戶界面(Graphical User Interface,GUI)的測量工具,該工具應用廣泛,能對多種類型位錯地貌進行測量。國內(nèi)外眾多學者基于高精度地形數(shù)據(jù),利用該軟件進行了大量的活動構造研究[36-39]。LaDicaoz的工作原理是基于可視化的方式追蹤斷錯地貌(如河流、沖溝等),得到位錯地貌分布于斷層兩側地形剖面,然后將其進行匹配,得到斷錯地貌的最優(yōu)偏移量,再通過最優(yōu)偏移量進行地貌體的原始形態(tài)恢復[33]?；谠撥浖噱e地貌進行測量,可以有效降低人為對偏移特征錯誤解譯造成的不確定性,從而有助于確保計算的偏移量盡可能接近實際位錯量。

本文以黃香溝斷裂上一條典型的左旋斷錯沖溝為例,展示該軟件的測量過程:(1)加載DEM數(shù)據(jù)并框選出被測量地貌的所屬區(qū)域[圖1 (a)];(2)選擇將要顯示的底圖數(shù)據(jù)(譬如地形、山體陰影及坡度等),恰當?shù)卦O置其透明度、顏色、光照入射高度與入射角度等,并疊加等高線進行展示[圖1 (b)];(3)確定斷層的具體走向,描出斷層跡線,并分別追蹤出斷層上游河道和下游河道(或其他地貌標志),軟件將自動為其生成剖面形態(tài)圖[圖1 (c)];(4)軟件將根據(jù)上一步生成的剖面形態(tài)圖自動進行形態(tài)匹配,從而得到水平位錯值[圖1 (d)]與垂直位錯值[圖1 (e)];(5)將上一步得到的位錯值輸入軟件,進行原始地貌恢復,觀測其是否合適[圖1 (f)],如不合適則對位錯值進行合適的調(diào)整以得到最佳位錯。

1.2 3D_Fault_Offsets

3D_Fault_Offsets也是基于Matlab平臺開發(fā)的一款測量軟件[34],研究人員利用該軟件對多條斷層進行了位移提取,并得到了與前人實地測量較為一致的結果[34,40]。3D_Fault_Offset的測量原理較為復雜:首先,基于數(shù)學方法對三維斷層數(shù)據(jù)中地貌線性標志最突出的9個幾何特征點進行識別,其中包括:海拔的最低點(即河床的底部),最大拉普拉斯點(即坡的最大凸度)與最小拉普拉斯點(即坡的最大凹度),最陡點(即地形中最陡峭的中央部分),海拔的最高點(一般是山脊) (圖2);其次,其代碼會通過最小二乘法對識別出來的9個特征點點云進行三維線性回歸計算,并在回歸計算中利用四分位法剔除異常值,從而得到最佳擬合線;最后,將每條最佳擬合線與斷層面相交得到一個穿透點,通過對9對穿透點的x坐標與y坐標求取差值便可得到斷層的水平位移與垂直位移。

圖2 3D_Fault_Offsets通過運算識別出的9 個線性地貌標志的示意圖(修改自文獻[35])Fig.2 Schematic diagram of nine linear geomorphologic signs identified by the 3D_Fault_Offsets (After reference [35])

由于DEM的分辨率限制、斷層的位置追蹤偏差、斷層走向與傾角及趨勢線的擬合不確定等原因,使得測量過程中會出現(xiàn)多種測量誤差。3D_Fault_Offsets基于蒙特卡洛原理,通過概率密度函數(shù)將各種誤差參數(shù)賦予不確定性,并將獲取的9對偏移地貌標志的水平位移和垂直位移的概率分布進行疊加求和,以獲得全局“最優(yōu)位移”。其測量過程中考慮了眾多的誤差影響因素,使位錯值更加接近實際位錯。

3D_Fault_Offsets的操作方式為采取函數(shù)輸入,在使用過程主要包括以下5個步驟:(1)繪制斷層軌跡并對研究區(qū)域進行劃定;(2)代碼會沿著框定的研究區(qū)內(nèi)平行于斷層的地形剖面,系統(tǒng)地對9個特征點進行搜索,并將其填充得到單獨的點云;(3)進行函數(shù)輸入使得代碼自動刪除點云離群點;(4)手動刪除上一步未被識別出來的離群點,得到最佳擬合線;(5)計算得到斷層的水平位移與垂直位移。

1.3 MCSST

MCSST是一種開放源碼的基于Python平臺開發(fā)的測量工具,可在短時間內(nèi)快速地分析數(shù)十到上百個斷層陡坎并對垂直位錯進行測量,從而有效地對斷層的空間變化進行分析。Wolfe等[35]獲取了陶波火山帶活動斷層跨越25 km的33個剖面,并利用該軟件對每一個剖面的關鍵分量(例如斷層陡坎、上盤和下盤)進行了識別并確定了滑動估計值,所得到每個陡坎的位錯值都符合前人在該區(qū)域開展過的工作結果。

該軟件的測量原理如下:首先利用蒙特卡洛方法得到斷層垂直滑移所需的關鍵參數(shù)的不確定性;其次通過回歸統(tǒng)計方法結合上一步得到的不確定性對斷層的上盤、陡壁和下盤進行線性擬合,擬合出的每條線都有一個斜率和y軸截距的平均值,其分量均有95%的置信區(qū)間;最后基于得到的可靠的擬合線,計算上盤與下盤之間的距離從而得到垂直滑移值。MCSST提供了與ArcGIS兼容的版本,可方便地在地理信息系統(tǒng)中進行空間分析;免費開源,為科學計算、顯示和分析空間數(shù)據(jù)集提供了訪問功能;還具有一定的可視化功能,允許用戶在進行滑動統(tǒng)計計算之前,檢查其對斷層分量(例如斷層陡坎、上盤和下盤)識別的準確性;通過限制編碼語言或通用編程技術,降低了研究人員的進入壁壘?；诟叻直媛蔇EM數(shù)據(jù),該方法的應用將有助于進行大范圍區(qū)域的斷層滑動速率測量以及地震危險性評估。

其使用過程主要分為以下4個步驟:(1)通過QGIS或者ArcGIS在DEM數(shù)據(jù)中定義斷層陡坎的剖面;(2)通過MCSST工具提取陡坎信息并將其保存為CSV文件;(3)在GUI中通過滑動工具來可視化選擇上盤、下盤與陡坎位置(圖3);(4)通過代碼輸入的方式計算斷層的陡坎位錯。

圖3 MCSST一般工作流程圖Fig.3 General workflow diagram of MCSST

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

斷層在地表發(fā)生相對位移的方式主要有水平位移與垂直位移,這3種工具由于其原理和適用性不同,故其所適用的斷層類型也有所差異。MCSST只適用于垂直陡坎的測量,LaDiCaoz和3D_Fault_Offsets對水平位錯斷裂更為適用。根據(jù)這3款軟件的特性和適用特征,我們選擇了構造地貌保存較好的黨河水庫斷裂與黃香溝斷裂作為研究對象,并分別通過無人機攝影測量技術與機載LiDAR技術獲取了它們的高精度地形數(shù)據(jù)。

2.1 無人機參數(shù)

本文所使用的數(shù)據(jù)均由CW-15垂直起降固定翼無人機獲取(圖4)。其主要參數(shù)如表1所列。

表1 縱橫 CW-15無人機參數(shù)

2.2 黨河水庫斷裂無人機數(shù)據(jù)

黨河水庫斷裂位于甘肅省敦煌市西南部36 km處,斷裂性質以逆沖為主,走向近東西,長約10 km[圖5 (a)],其西側為陽關鎮(zhèn),東部為鳴沙山,西北側分布著陽關鎮(zhèn)斷裂[41-43]。在黨河水庫西側地區(qū),斷層逆沖于沖洪積階地上,出露約10 km長的逆沖斷層陡坎,局部地區(qū)形成兩級疊加陡坎。該地區(qū)氣候干燥,原始地貌受氣候破壞較低,也少有植被分布,使得該地區(qū)斷裂線性特征清晰、幾何展布明確、構造行跡保存完好(圖5),有利于對逆沖斷層進行垂直位錯測量。

圖5 黨河水庫斷裂高精度(0.07 m)地形數(shù)據(jù)及野外陡坎照片F(xiàn)ig.5 High-precision (0.07 m) topographic data along the Danghe Reservoir fault and scarp photos

本文所使用的黨河水庫斷裂數(shù)據(jù)由無人機攝影測量獲得。數(shù)據(jù)采集完成后,采用商業(yè)軟件PhotoScan對其處理。其處理流程主要分為四步:(1)剔除成像模糊、光照條件不佳以及不在場景里面的影像,再將有效影像導入數(shù)據(jù);(2)識別影像特征并根據(jù)特征進行影像間的匹配,恢復影像的相對位置關系,匹配像素從而生成高密度點云;(3)導入地面控制點坐標,對生成的密集點云進行絕對坐標校正;(4)生成具有空間地理坐標的DEM。所獲取的黨河水庫地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)西起山水溝大橋,東至黨河水庫西側,長度大約10 km,斷層兩側南北跨度大約1 km,其分辨率為0.07 m[圖5 (a)]。該地區(qū)DEM數(shù)據(jù)與斷層陡坎實地拍攝照片如圖5所示,其中圖5(e)、5(f)與5(g)的實地拍攝位置分別對應于圖5(b)、5(c)與5(d)。

2.3 黃香溝斷裂機載雷達數(shù)據(jù)

黃香溝斷裂長約75 km,位于西秦嶺北緣斷裂的中西段,其東起漳縣谷地,西止于洮河西岸,走向為300°左右,多向北東傾,傾角46°～85°,斷裂性質以左旋走滑為主。黃香溝斷裂晚更新世以來構造活動強烈,在黃香溝渭源牧場一帶,斷裂切過全新世沖洪積扇、階地等,發(fā)育了斷塞塘、洪積扇側疊、位錯沖溝和位錯山體等構造地貌(圖6),受人為因素影響較少,很多構造地貌仍保存完好,是研究水平位錯地貌的理想場所。

圖6 黃香溝斷裂高精度(0.5 m)地形數(shù)據(jù)及典型左旋走滑地貌野外照片F(xiàn)ig.6 High-precision (0.5 m) topographic data along the Huangxianggou fault and field photos of typical sinistral strike-slip landforms

本文所使用的黃香溝高精度地貌數(shù)據(jù)由機載LiDAR獲取。當無人機飛行高度在高200 m以下時,可以獲取大于24 點/m2的點云數(shù)據(jù),飛機飛行過程中垂直方向定位精度最高可達1.5 cm,水平方向定位精度最高可達1 cm+1×10-4cm。LiDAR數(shù)據(jù)獲取過程中,其視場角(Field of View,FOV)為330°,最大脈沖發(fā)射頻率可達820 kHz,所采用的定位系統(tǒng)為GPS定位系統(tǒng)。本次研究中,我們掃描了黃香溝斷裂東起分水嶺,西至大草灘,長度大約12 km,斷層兩側南北跨度大約1 km的區(qū)域,并通過LiDAR360 軟件處理分析生成了分辨率為0.5 m的裸地DEM[圖6 (a)]。該地DEM數(shù)據(jù)與典型左旋走滑地貌實地拍攝照片如圖6所示,其中圖6(e)、6(f)與6(g)的實地拍攝位置分別對應于圖6(b)、6(c)與6(d),圖5(f)中T1、T2、T3和T4分別為沖溝的一級、二級、三級與四級階地。

3 軟件測量結果可靠性分析

為了對軟件的可靠性進行分析,我們將3個軟件應用于研究實例,并對測量結果進行交叉驗證,以此來分析其可靠性。本研究中,利用MCSST工具測量了黨河水庫斷裂的陡坎,共獲取了32條垂直位錯數(shù)據(jù),并將其與野外測量結果進行了交叉檢驗;其次利用LaDiCaoz測量了黃香溝斷裂的46個水平位錯地貌以及利用3D_Fault_Offsets測量了黃香溝段的11個水平位錯地貌,并將位錯結果與前人實地測量結果進行了對比分析。

3.1 垂直位錯測量結果的可靠性

本研究在黨河水庫的西側陡坎上共測得32個位錯數(shù)據(jù),其最小值為(2.6±0.4) m,最大值為(10.8±0.9) m。本文選取了9條間隔相似且可信度高的剖面進行展示(圖7)。斷層的西段分布著4條測線(DL-1～DL-4),斷層陡坎的垂直位錯為7.5～9.2 m;中間段選取了2條測線(DL-5和DL-6),其垂直位錯分別為5.7 m和6.2 m;最東側的3條測線上的斷層陡坎(DL-7～DL-9)的垂直位錯均較小,為2.6～3.8 m。測量得到的斷層陡坎垂直位錯展現(xiàn)自西向東逐漸降低的趨勢。我們提取出的位移及分布特征與云龍等[44]得到的此條斷層的野外測量結果和活動性分析基本一致。

圖7 黨河水庫斷層陡坎地形剖面Fig.7 Sectional view of the fault scarps along the Danghe Reservoir fault

將MCSST軟件測量與野外實地測量結果進行比對可發(fā)現(xiàn)具有很強的相關性,其R2可達0.98(圖8)。對比圖出現(xiàn)較少偏移點,分析認為出現(xiàn)此情況的原因與該工具的測量原理直接相關。傳統(tǒng)的測量主要通過測量陡坎的上盤與下盤之間的距離得到陡坎的垂直位錯,這與MCSST測量中通過調(diào)整滑塊來選擇斷層的上盤、下盤與陡坎的原理類似;但MCSST在測量過程中,在評價不確定度時考慮了多個誤差來源,其科學性較傳統(tǒng)測量方式強,且由于自動化程度較高,其測量效率遠大于人工野外實地測量。

圖8 黨河水庫斷裂MCSST與野外測量垂直 位移結果對比Fig.8 Comparison between vertical displacement results of the Danghe Reservoir fault measured by MCSST and field survey

3.2 水平位錯測量結果的可靠性

李傳友[45]對黃香河溝谷北側進行了詳細的調(diào)查,對多條位錯沖溝通過現(xiàn)場皮尺測量等手段進行了位錯值獲取,獲取了多個地質、地貌體的位移值,其范圍為6～58 m。利用LaDiCaoz軟件,本研究在黃香溝斷裂共獲取了46個位錯地貌的水平位錯值;利用3D_Fault_Offsets軟件獲取了黃香溝斷裂上的11個位錯地貌的水平位錯值。

本文選取了20個在同一位置測量的前人測量結果與本研究利用LaDicaoz得到的結果進行對比分析,對比圖中顯示出了較強的相關性,其R2可達到0.94[圖9 (a)]。由于3D_Fault_Offsets的適用性限制,使得其所能測量的地貌類型較少,我們將該軟件測量得到的11個位錯結果與前人的測量結果進行對比,在對比圖中亦顯示出了較高的一致性[圖9 (b)]。

圖9 黃香溝斷裂LaDicaoz、3D_Fault_Offsets與前人測量水平位移結果對比Fig.9 Comparison between horizontal displacements of the Huangxianggou fault measured by LaDicaoz and 3D_Fault_Offsets in our study and previous measurements

在野外測量過程中,對于位錯較大的偏移地貌,測量人員對偏移特征的判斷往往存在偏差,而對位錯較小的地貌通常能更準確地把握其偏移特征,故一般而言,野外實測結果中位錯較小的地貌其測量準確性高,位錯大的地貌準確性較低[46-47]。軟件測量可以有效減少人為對偏移特征的錯誤解譯造成的不確定性,有助于確保計算的偏移量盡可能接近實際位錯量。對比3D_Fault_Offsets軟件測量結果與前人測量結果發(fā)現(xiàn),當?shù)孛驳奈诲e值較小時,其與前人實測結果的一致性較好,而對于位錯值較大的地貌,其相關性較低。分析認為對于位錯較大的地貌,兩種測量方式得到的結果相關性低正是因為野外測量結果準確性低,而軟件測量結果準確性高導致的。對于位錯較大的沖溝,由于形成時代較久,地貌形態(tài)已經(jīng)趨于穩(wěn)定,具有較好的對稱性,故該軟件對位錯較大的地貌可以獲取更為精確的結果。此外,在LaDiCaoz的測量過程中,其偏移標志主要基于人為判定,其受人的主觀影響較大,因此對位錯較大的地貌,LaDiCaoz獲取的測量結果與野外測量結果較為接近,而3D_Fault_Offsets采取自動對地表剖面進行掃描的方式選取特征點,客觀性強,故對水平位錯較大的形態(tài)穩(wěn)定的地貌能獲取更為準確的位錯值。

LaDiCaoz和3D_Fault_Offset的測量均采取匹配斷層兩側的地貌形態(tài)的方式,可在更大范圍內(nèi)對偏移標志進行選擇,在一定程度上消除了人為視覺誤差,對于位錯較大的地貌,測量均優(yōu)于傳統(tǒng)的人工實地測量方法,且3D_Fault_Offsets測量結果優(yōu)于LaDicaoz軟件測量;而對于較小的位錯地貌,考慮到DEM的精度,其斷錯標志的識別具有局限性,使得傳統(tǒng)方法優(yōu)于軟件測量。

4 主要特性對比

盡管LaDicaoz、3D_Fault_Offsets和MCSST都是為測量斷層位錯而開發(fā)的,但是由于其原理、測量方式等不同,使得3種工具在多個方面都存在著差異。本研究在基于3種工具對黨河水庫斷裂與黃香溝斷裂的測量應用基礎上,對其主要特性(如其自動化程度,使用難易程度,可重復性等)進行了對比分析,并總結了各個工具的優(yōu)勢與不足之處(表2)。

表2 LaDicaoz 、3D_Fault_Offsets與MCSST的異同點對比

(1) 在使用平臺方面,LaDicaoz與3D_Fault_Offsets都是基于Matlab平臺開發(fā)的軟件,而MCSST是基于python平臺開發(fā)的滑動統(tǒng)計工具包,即3種工具所使用的平臺不同。

(2) 在半自動化程度方面,LaDicaoz的斷裂跡線繪制、線性標志選取及“回滑參數(shù)”的輸入等多個操作均需手動進行,其半自動化程度較低;3D_Fault_Offsets的斷裂跡線的提取以及研究區(qū)域的繪制需手動操作,其余步驟(如9個特征點的提取等)均可由軟件自動完成,其半自動化程度較高;MCSST使用過程中斷裂和陡坎跡線的繪制及其滑動工具的使用也需要手動進行,但其余步驟可自動完成,其半自化動程度高于LaDicaoz但低于3D_Fault_Offset。

(3) 在數(shù)據(jù)的精度要求方面,LaDicaoz對數(shù)據(jù)精度的要求較低,能對分辨率較低的地貌進行較為準確的測量;3D_Fault_Offsets由于需要對9個特征點進行識別,因此其對地貌數(shù)據(jù)精度的要求較高;MCSST操作過程中由于上盤、下盤及陡坎的線性擬合主要基于人為的判斷,因此其對數(shù)據(jù)的精度要求也較低。

(4) 在操作難易程度方面,LaDicaoz原理簡單,易于理解,頁面可視化,操作過程主要為流程式點擊頁面按鈕,操作難度低;3D_Fault_Offsets主要采取函數(shù)輸入的方式進行操作,需要用戶擁有一定的編程基礎,且操作過程中非可視化,操作門檻較高;MCSST要求用戶擁有少量的編程基礎,部分操作可視化,其操作難易程度介于LaDicaoz與3D_Fault_Offsets。

(5) 可測量地貌類型方面,LaDicaoz可對多種地貌類型(如沖溝、河道、階地陡坎和沖洪積扇扇緣等進行測量),測量地貌類型多,應用廣;3D_Fault_Offsets由于需要對地貌的9個特征點進行提取,因此其應用較好的地貌主要為具有對稱性質的河流、沖溝等,對非對稱地貌測量效果較差;MCSST主要應用于階地陡坎的測量。

(6) 在實用性方面,LaDicaoz的測量過程主要采取可視化界面的“回滑”來還原其位錯前的地貌,交互可視化使得測量更加直觀,具有較強的實用性;3D_Fault_Offsets基于數(shù)學原理對9個特征點進行識別,并通過蒙特卡洛法將各種誤差參數(shù)予以考慮,具有較強的科學性,但實用性較差;MCSST基于可視化的方式將斷層陡坎的上盤、下盤及陡坎進行線性擬合,并通過蒙特卡洛方法對斷層滑移所需的關鍵參數(shù)的不確定性進行考慮,兼具較好的實用性與科學性。

5 結論

基于對斷層位錯的測量,本文首先討論了LaDicaoz、3D_Fault_Offsets和MCSST 3種位錯測量工具的可靠性;其次通過對比3種測量工具的半自動化程度、測量數(shù)據(jù)精度要求、操作難易程度、測量地貌類型及科學性與實用性等方面的差異,分析總結了它們的優(yōu)勢與不足。本研究所得結論如下:

(1) 3種工具得到的測量結果均具有較高的可靠性。

(2) LaDicaoz具有較強的實用性,能對大部分地貌類型進行水平位錯與垂直位錯測量,對地貌數(shù)據(jù)的精度要求也較低,但在誤差評價方面,其科學性較為欠缺。

(3) 3D_Fault_Offsets基于數(shù)學原理對地貌特征點進行提取,并通過蒙特卡洛方法對誤差進行分析,在測量的科學性方面較好,且對于位錯較大的地貌其更具較高的測量精度,但其對地貌數(shù)據(jù)的分辨率要求較高,且所測量的地貌需具有對稱性質,使得其應用性較差。

(4) MCSST測量過程中上盤、下盤與陡坎的選擇采用滑塊選擇的方式,誤差計算基于數(shù)學原理,使得其兼具一定的科學性與應用性,但其可測量地貌類型僅為陡坎,無法為水平位錯地貌進行測量。

(5) 目前3種工具的自動化程度均有待提高,都需要輔以人工的干預操作,其測量結果的精度仍受人為判定的影響較大,綜合考慮3種工具的優(yōu)勢與不足,通過相互借鑒與改進并引入人工智能的手段來提高它們的自動化程度,將可能成為進一步提高測量軟件科學性與實用性的發(fā)展方向。