高精度LiDAR 技術(shù)在活動斷層斷錯地貌研究中的應(yīng)用
——以沂沭斷裂帶莒縣至郯城段為例

楊 彬，王華林，吳洪斌，葛孚剛，鄒 昊，蘇思麗

(山東省地震局，山東 濟南 250014)

激光雷達(Light Detection and Ranging，LiDAR)測量技術(shù)是近20 年來快速發(fā)展的一種新型對地觀測手段，是對地貌高程的最直接且精度最高的測量手段，可精確、快速、可靠地獲取地面三維數(shù)據(jù)，在地球科學(xué)中的應(yīng)用日益廣泛[1-4]。其最具吸引力的優(yōu)勢在于激光束能夠通過植被縫隙到達地表，并能夠準確測量地表形態(tài)。這些數(shù)據(jù)可以在適當?shù)某叨群途壬险宫F(xiàn)斷層活動在地表留下的跡象，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于斷錯地貌定量分析，可以準確地提取和分析活動斷裂的構(gòu)造地貌、幾何形態(tài)與分布特征[5]。

早在20 世紀90 年代LiDAR 測量技術(shù)已開始應(yīng)用于地形測量，隨后該技術(shù)得到了空前的發(fā)展。美國開展了一系列LiDAR 測量項目，系統(tǒng)采集了包括圣安德烈斯斷層南段和圣哈辛托斷層的三維地形數(shù)據(jù)，為南加州地區(qū)活動斷層研究提供了高精度的基礎(chǔ)資料[6-7]。歐洲、日本等也均已經(jīng)開展沿主要活動斷裂帶的大規(guī)模機載LiDAR 測量。

在國內(nèi)，雖然LiDAR 技術(shù)在其他行業(yè)的應(yīng)用相對較早，而在地形地貌、活動斷層的微地貌測量方面起步較晚。2008 年汶川地震時曾開展了唐家山堰塞湖的應(yīng)急機載激光雷達測量探索研究，但部分技術(shù)手段和測量信息并沒有完全發(fā)揮作用[8-9]。之后LiDAR 技術(shù)開始應(yīng)用于斷錯微地貌的測量[10-13]。2011 年中國地震局地質(zhì)研究所沿海原斷裂帶1920 年海原81/2 級地震120 km 長的地震地表破裂帶利用機載激光雷達技術(shù)開展了條帶狀測量，對海原活動斷裂帶進行了詳細的地質(zhì)地貌研究[14-15]，是國內(nèi)機載激光雷達技術(shù)在活動構(gòu)造研究中的首次應(yīng)用。

基于LiDAR 數(shù)據(jù)的量化分析是未來活動構(gòu)造研究的趨勢，與傳統(tǒng)方法相比，LiDAR 技術(shù)在森林覆蓋區(qū)和城區(qū)的活動斷裂填圖中具有巨大的優(yōu)勢，在沿活動斷裂位移量測量上也更精準，更有效。而震前與震后LiDAR 數(shù)據(jù)對比也是研究同震變形特征、探索斷裂發(fā)震模式的重要手段[16]。LiDAR 技術(shù)是獲取活動斷層位移量等定量參數(shù)的最有效的新技術(shù)手段，在活動構(gòu)造研究中的應(yīng)用前景廣闊；沿主要活動斷裂帶的LiDAR 測量將成為未來國內(nèi)活動斷裂研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取的重要手段。

郯廬斷裂帶是我國東部地區(qū)最為重要的大型活動構(gòu)造帶。沂沭斷裂帶位于郯廬斷裂帶中南段，是斷裂和地震活動最為活躍的段落。沂沭斷裂帶內(nèi)安丘?莒縣斷裂是全新世活動斷層，沿斷裂發(fā)生過1668 年郯城8?級地震和公元前安丘7 級地震。該斷裂的莒縣至郯城段斷錯地貌特征最清晰，斷裂沿線的斷層陡坎、沖溝水系錯斷等現(xiàn)象豐富，是利用LiDAR 技術(shù)開展斷層測量、獲取斷層活動定量數(shù)據(jù)的理想地段?？紤]研究地區(qū)植被覆蓋，采用較為前沿的地基激光雷達與機載激光雷達對沂沭斷裂帶莒縣至郯城段的左山段、鐘華山段、岌山段和馬陵山段開展了活動斷層斷錯地貌測量，通過LiDAR 點云數(shù)據(jù)的獲取和分析處理，得到了高精度數(shù)字高程模型 (Digital Elevation Model，DEM)和定量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了斷裂微地貌形態(tài)的高清晰度三維再現(xiàn)，以此更科學(xué)、精準地研究了沂沭斷裂帶莒縣至郯城段典型斷錯地貌和活動特征。

1 構(gòu)造背景與研究方法

1.1 構(gòu)造背景

沂沭斷裂帶規(guī)模大，活動性強，具有分段活動特征。自北向南，將沂沭斷裂帶分為Ⅰ安丘段；Ⅱ莒縣?郯城段；Ⅲ新沂?泗洪段(圖1)，莒縣?郯城段是沂沭斷裂帶中最為活動的段落[17]。斷裂帶由若干條次級斷裂組成，形成“兩塹夾一壘”的構(gòu)造地貌，略呈平行排列，自西向東依次為鄌郚?葛溝斷裂、沂水?湯頭斷裂、白芬子?浮來山斷裂、安丘?莒縣斷裂、昌邑?大店斷裂；沂沭斷裂帶莒縣至郯城段長約100 km，表現(xiàn)為4 條右階斜列的次級斷層，分別為左山次級斷層、鐘華山次級斷層、岌山次級斷層和馬陵山次級斷層，并且不連續(xù)出露。野外實地考察多處見東側(cè)的白堊系王氏組紫紅色砂巖逆沖在西側(cè)的晚第四紀黃土層之上，并錯段沖溝水系。1668 年郯城8?級地震就發(fā)生在莒縣至郯城段[17]，遙感影像上極為醒目，控制著沭河水系的發(fā)育，形成刀砍般的線性陡坎地貌，反映了該斷裂晚第四紀以來的走滑活動性質(zhì)。

圖1 沂沭斷裂帶莒縣至郯城段遙感綜合解譯與激光雷達(LiDAR)測量分布Fig.1 Maps showing the comprehensive interpretation results of remote sensing images and LiDAR measurement distribution for the Juxian-Tancheng segment of the Yishu fault zone

1.2 構(gòu)造地貌研究方法

利用單次地震位移與多次地震累積位移的關(guān)系可以研究強震的復(fù)發(fā)習(xí)性，所以分析斷層的破裂歷史是預(yù)測地震的有效方法之一[18]。遙感與LiDAR 技術(shù)的應(yīng)用，使得高精度地形地貌測量更加快捷，如高分辨率影像以及DEM 在活斷層定量研究中的應(yīng)用[18-19]；LiDAR技術(shù)在構(gòu)造地貌測量中的應(yīng)用[20-21]。利用高分辨率遙感與高精度地形資料，約束構(gòu)造地貌位錯，重構(gòu)斷層破裂歷史，識別古地震事件，明確地震位移分布特征與斷層破裂模式，從而估算斷層強震復(fù)發(fā)周期。通過定量分析相關(guān)斷錯地貌參數(shù)來開展活動斷層構(gòu)造地貌研究。

本次野外測繪工具分別為奧地利RIEGL 公司研發(fā)的VZ-1000 地基激光雷達掃描儀和國產(chǎn)縱橫機載JoLiDAR1500 激光雷達；其中VZ-1000 地基激光雷達定位誤差僅為0.005 m，縱橫機載JoLiDAR1500 激光雷達飛行高度500 m 范圍內(nèi)，定位誤差為平面0.01 m，高程0.03 m。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后可獲得高分辨率的DEM 數(shù)據(jù)。

沖溝位錯可利用基于Matlab 平臺開發(fā)的LaDiCaoz計算分析軟件[22]。該軟件是一款專門針對河流及沖溝位錯分析測量的專業(yè)分析軟件，用戶可將LiDAR 等設(shè)備獲取的高精度DEM(圖2c)數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，通過定義斷裂跡線位置、地形橫斷面位置和地貌標志的方向(沖溝、河道或陡坎方向，圖2a)獲取斷裂位移數(shù)據(jù)。具體操作方法如下：

圖2 基于高分辨率DEM 數(shù)據(jù)的位錯量測量方法Fig.2 Method for measuring offset amount based on high-resolution DEM data

(1) 定義斷層的位置以及跨沖溝上游和沖溝下游的地形橫斷面位置(圖2a)。

(2) 獲取上、下游沖溝橫斷面的高程剖面信息。

(3) 將紅色的剖面形態(tài)進行水平移動、垂直移動和拉伸調(diào)整(圖2d、圖2e)，最終求得這2 條剖面的高程差絕對值之和的最小值，其對應(yīng)的水平移動距離即為最佳位移值(圖2f)。

(4) 輸入得到的最佳位錯值，軟件即會給出該處直觀的原始地貌(圖2g)。

經(jīng)與野外實際測量值比對可知，軟件得出的結(jié)果在誤差范圍內(nèi)與實際相符。

2 地形地貌數(shù)據(jù)采集與處理

2.1 地基激光雷達數(shù)據(jù)采集

本文通過實際操作和后期數(shù)據(jù)的處理及分析，總結(jié)出地基激光雷達操作步驟主要分為三個部分(圖3)。一是前期準備階段，其中最主要的任務(wù)就是結(jié)合野外實際地形，合理制定掃描方案和站點的布設(shè)；二是數(shù)據(jù)采集的掃描階段；三是數(shù)據(jù)處理階段。

圖3 地基LiDAR 工作流程Fig.3 Workflow of terrestrial LiDAR

本文采用的儀器RIEGL VZ-1000 激光掃描儀，主要用于采集沿斷層典型地貌位錯處的三維點云數(shù)據(jù)，其系統(tǒng)是由激光發(fā)射器、紋理采集相機及GPS 天線組成。其主要參數(shù)見表1。

表1 RIEGL VZ-1000 主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Primary technical parameters of a RIEGL VZ-1000 terrestrial laser scanner

掃描時主要將測量站點布設(shè)在斷層破裂帶兩側(cè)位置上，確保完整采集斷層地貌細節(jié)。在進行野外勘查時必須確定站點的整體布設(shè)情況，需保證相鄰站點之間有較高的重疊區(qū)以利于后續(xù)點云拼接處理，掃描范圍要基本涵蓋區(qū)域內(nèi)的詳盡的地形特征。其中每站掃描激光頻率為150 Hz，最遠距離為1 200 m，每站掃描的時間5～10 min。圖4 為沂沭斷裂帶莒縣至郯城段地貌特征及掃描站點位置影像圖。

圖4 沂沭斷裂帶莒縣至郯城段地貌特征及掃描站點位置影像圖Fig.4 Images showing the geomorphic features and measurement station locations of the Juxian-Tancheng segment of the Yishu fault zone

2.2 機載激光雷達數(shù)據(jù)采集

無人機機載激光雷達是由縱橫CW-25E 固定翼飛機搭載PPK/RTK 差分定位系統(tǒng)(動態(tài)后處理差分技術(shù)/載波相位差分技術(shù))以及JoLiDAR1500 激光雷達，作業(yè)半徑達50 km，抗干擾能力強，實現(xiàn)飛機厘米級定位以及雙差分定向。

航線首尾會通過繞“8”字的形式，對激光雷達進行雷達慣導(dǎo)標定。無人機飛行時，實時采集慣性傳感器IMU 和激光雷達的數(shù)據(jù)，利用在線標定算法，實時估計IMU 和激光雷達之間的變換關(guān)系，并將激光雷達的點云數(shù)據(jù)和IMU 的慣性測量數(shù)據(jù)進行融合，以提高數(shù)據(jù)的定位精度(表2)。

表2 JoLiDAR1500 主要技術(shù)參數(shù)Table 2 Primary technical parameters of the JoLiDAR1500 measurement system

由于現(xiàn)場山體高聳、落差大，在保證飛行安全的前提下，定高飛行方式獲取的數(shù)據(jù)只能保證最高處的掃描精度，山谷盆地等低處掃描精度會降低。因此，本次無人機激光雷達數(shù)據(jù)獲取采用仿地變高飛行方式，兼顧飛行安全和數(shù)據(jù)精度，仿地飛行高度500 m。

2.3 數(shù)據(jù)處理

與光學(xué)測量以及其他傳統(tǒng)測量方法相比，LiDAR技術(shù)最大的優(yōu)勢就是可以去除植被影響。LiDAR 數(shù)據(jù)包含多重回波信息，可以將末次回波信息保留(一般為最低高程數(shù)據(jù))，從而更真實地呈現(xiàn)原始地貌信息(圖5a 未濾除植被DEM、圖5b 濾除植被DEM)。

圖5 濾除植被前后的DEM 對比Fig.5 Comparison of the DEM before and after vegetation filtering

LiDAR 數(shù)據(jù)處理包括三維坐標解算、點云濾波和DEM 生成三個過程。使用Inertial Explorer 軟件和點云處理軟件進行點云三維坐標解算。導(dǎo)入LiDAR原始點云數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)，計算點云的三維坐標。最后解算得到輸出為las 格式點云數(shù)據(jù)(圖6)。

圖6 岌山段激光雷達點云解算結(jié)果Fig.6 LiDAR point cloud calculation results of the Jishan segment of the Yishu fault zone

由于LiDAR 采集到的點云存在離散和非均勻特性，測區(qū)內(nèi)會存在一些“空洞”，常用的DEM 一般為規(guī)格格網(wǎng)，因此，需要通過插值生成DEM?？臻g插值的常見算法為自然鄰域插值、反距離加權(quán)法(IDW)、克里金插值法、不規(guī)則三角網(wǎng)法等，本研究使用不規(guī)則三角網(wǎng)法，最終得到的高精度的DEM 數(shù)據(jù)。

2.4 地基與機載激光雷達的差異以及數(shù)據(jù)使用情況

從工作原理上，地基激光雷達與機載激光雷達是一致的，但二者在工作方式上存在差異，工作效率和采集數(shù)據(jù)的精度也不盡相同：

(1) 地基激光雷達采用的是固定站點式數(shù)據(jù)采集，需要人工大范圍布設(shè)站點，工作效率較低，但采集數(shù)據(jù)的精度高，例如本文VZ-1000 地基激光雷達定位誤差為0.005 m。

(2) 機載激光雷達采用的是移動式數(shù)據(jù)采集，由無人機攜帶激光雷達在空中飛行，通過持續(xù)不斷的空中慣導(dǎo)標定，來采集高精度的定位數(shù)據(jù)，工作效率高，但定位誤差要大于地基激光雷達。例如本文縱橫CW-25E 搭載的JoLiDAR1500 激光雷達，航高500 m 范圍內(nèi)定位誤差為平面0.01 m，高程0.03 m。

概括起來，地基激光雷達和機載激光雷達雖然采集方式、工作效率以及獲取的數(shù)據(jù)精度不同，但數(shù)據(jù)處理的方式包括數(shù)據(jù)匹配、點云抽稀、點云濾波、三維建模等過程是一致的，同時都可獲得滿足工作要求的高分辨率DEM，本次工作左山(一步澗)段、鐘華山段以及蔣家?guī)X等地采用地基激光雷達完成野外數(shù)據(jù)采集，岌山段和馬陵山段采用機載激光雷達完成野外數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)處理均可得到的精度為0.1 m 高分辨率的DEM 數(shù)據(jù)。

3 斷錯地貌測量分析與討論

沂沭斷裂帶莒縣至郯城段斷錯地貌非常發(fā)育，由于斷裂活動的非均勻性，斷錯地貌在不同斷裂段上的類型及強度都有較大差異。沂沭斷裂帶莒縣至郯城段具有右旋走滑兼逆斷層性質(zhì)，沿斷裂帶斷層陡坎及沖溝位錯發(fā)育明顯。本文通過地基激光雷達(LiDAR)和機載激光雷達(LiDAR)分別獲取了莒縣至郯城段左山(一步澗)、鐘華山、岌山和馬陵山等斷層段以及蔣家?guī)X等5 處斷錯地貌典型地段的高精度DEM，對每個地段均進行了右旋沖溝解譯，根據(jù)高分辨率DEM 解譯得到斷層斷錯沖溝的情況分析，斷層斷錯沖溝水平位移的類型(圖7)大致可分為以下幾種。

圖7 地震斷層的沖溝位錯類型示意Fig.7 Schematic diagram of offset types of earthquake fault-controlled gullies

a 類型，2 次或多次斷頭沖溝和扭曲沖溝，沖溝的扭曲量代表最新一次水平位錯量；b 類型，斷層兩側(cè)A?A沖溝間的距離代表斷層的水平位移量；c 類型，斷頭沖溝與取直沖溝間的距離為斷層的水平位移量，若存在多條斷頭沖溝說明斷層具有多次錯動；d 類型，斷層一盤沖溝平直另一盤發(fā)生扭曲代表AA'間的距離為斷層水平錯動量；e 類型，斷層一盤沖溝平直另一盤沖溝發(fā)生多次扭曲，每次扭曲代表一次錯動的水平位移，斷層總位移為多級扭曲量的總和。

利用沖溝位錯分析測量軟件LaDiCaoz 獲得了71 條沖溝的右旋位錯量(表3)，對左山(一步澗)、鐘華山、岌山和馬陵山等斷層段水平位移特征以及鐘華山和蔣家?guī)X2 段的垂直位移特征進行了分析討論。

表3 沖溝位錯統(tǒng)計Table 3 Statistics of gully offsets

3.1 沖溝的右旋水平位錯

3.1.1 左山(一步澗)段水平位錯

左山(一步澗)段的斷裂走向總體為NNE，該段斷層破碎帶較寬，沖溝右旋位錯最典型，該處共量測獲得16 處沖溝位錯量。左山北段(圖8a)位錯量分為4 級：7.1、16.1、29.1 和39.2 m，左山南段(圖8b)位錯量分為3 級：3.1～3.2、6.2～8.8 和13.2～15.9 m。其中在左山(一步澗)北同一沖溝顯示4 級錯動，顯示該段活動斷層是一條多次破裂的地震斷層，全新世時期除1668 年8?級地震外，可能還有3 次古地震事件發(fā)生，這一結(jié)論在開挖的左山(一步澗)探槽中得到了很好的驗證。

圖8 左山(一步澗)段實測地形及沖溝位錯解譯Fig.8 Measured topography and interpreted gully offsets in the Zuoshan (Yibujian) segment

3.1.2 鐘華山段水平位錯

鐘華山段緊鄰沭河，整體走向NNE，呈現(xiàn)東高西低的格局，斷層線平直，線性特征明顯。該段共獲得14 條沖溝的右旋水平位錯量，位錯量分為3 級：3.2～5.2、9.5～12.5、16.8～18.6 m(圖9a、圖9b、圖9c)，同樣說明斷層具有多期活動，發(fā)生多次古地震事件。

圖9 鐘華山段實測地形及沖溝位錯解譯Fig.9 Measured topography and interpreted gully offsets in the Zhonghuashan segment of the Yishu fault zone

3.1.3 岌山、馬陵山段水平位錯

岌山段和馬陵山段是控制岌山和馬陵山西邊界的斷層，主要表現(xiàn)為逆沖性質(zhì)，傾向南東，斷層線總體呈弧形。該段共獲得沖溝位錯量41 條，其中岌山段20 條，馬陵山段21 條。岌山段顯示沖溝3.6～5.8、9.8～13.8、18.1～23.8、32.2 和44.1 m 等5 個不同量級的右旋位錯，馬陵山段也顯示了沖溝4.7～8.2、12.5～18.0、25.0～33.0 和51.0～55.0 m 等4 個不同量級的右旋位錯。其中岌山段最南側(cè)一條沖溝(圖10a)和馬陵山段的2 條沖溝(圖10b) 均顯示有3 級錯動，顯示了斷裂的多期活動。

圖10 岌山和馬陵山段實測地形及沖溝位錯解譯Fig.10 Measured topography and interpreted gully offsets in the Jishan and Maolingshan segments of the Yishu fault zone

3.1.4 分析與討論

地震破裂產(chǎn)生的右旋走滑位錯可以被沖溝等地貌保留，而多次地震產(chǎn)生的累計位移也可被沖溝等地貌記錄下來，因此，通過沖溝水平位錯量分析，可以初步確定斷裂的活動期次和活動強度。通過沿斷裂帶左山(一步澗)段、鐘華山段、岌山段和馬陵山段的沖溝位錯數(shù)據(jù)統(tǒng)計(表3)分析，初步研究成果表明：①每一段的沖溝水平位錯量均存在大致相當?shù)姆旨壧卣?，說明沂沭斷裂帶莒縣至郯城段晚第四紀以來，可能發(fā)生過多期(3～5 次)活動和多次古地震事件；②不同分段間沖溝的水平位錯量級存在差異，說明不同段落位錯量的差異性，可能與斷裂的運動學(xué)性質(zhì)差異性、斷層面結(jié)構(gòu)特征、沖溝所處的地質(zhì)構(gòu)造部位和地形地貌位置以及沖溝形成過程的等諸多因素相關(guān)。因此，沖溝水平位錯量的差異性可作為沂沭斷裂帶郯城至莒縣段斷層分段的依據(jù)。③本次測量所得的最小一級的沖溝右旋水平位錯量從一定意義上代表了郯城1668 年8?級地震同震位錯量。左山(一步澗)段、鐘華山段、岌山段、馬陵山段最小一級位錯量的最大值分別為7.1、5.2、5.8 和8.2 m。左山北段沖溝最小一級位錯量為7.1 m，同時在左山探槽揭露到1668 年郯城8?級地震的最新活動[23-24]。說明沖溝7.1 m 右旋水平位錯量作為1668 年郯城8?級地震的位錯量是可信的。

綜合分析認為，4 個段落最小一級位錯量為1668年郯城8?級地震的同震位錯量，位錯量在5.2～8.2 m之間。這一認識與前人研究結(jié)果相吻合[23]。

3.2 垂直位錯特征

斷層垂直位移的標志主要有沖溝、陡坎和地層，沂沭斷裂帶莒縣至郯城段垂向斷錯地貌特征主要體現(xiàn)在鐘華山、蔣家?guī)X的線性多級坡度陡坎以及左山?jīng)_溝的垂直位錯。鐘華山段總體走向NNE，斷裂線性特征明顯，發(fā)育不同級別的坡度陡坎，剖面1(圖11)處累積陡坎高度7.0 m，剖面中可見3 級坡度陡坎，每級坡度陡坎1.5～3.0 m，剖面2(圖11)累積陡坎高度5.0 m，剖面中可見2 級坡度陡坎，為多次活動的復(fù)合陡坎。蔣家?guī)X段總體走向NNE，2 個剖面發(fā)育3 級坡度陡坎，剖面1(圖12) 處累積陡坎高度7.5 m，每級坡度陡坎1.5～2.5 m；剖面2(圖12)處累積陡坎高度6.8 m，每級坡度陡坎1.5～2.5 m。左山(一步澗)段沖溝右旋位錯明顯，并伴有4.0 m 的垂直位錯(圖2g)。累積陡坎高度反映斷裂垂直位移情況，多級陡坎反映了斷裂的多期活動和多次古地震事件。

圖11 鐘華山南段斷層陡坎DEM 及其剖面圖Fig.11 DEM and profiles of fault scarps in the southern Zhonghuashan segment of the Yishu fault zone

表4 給出了斷層陡坎剖面反映的垂直位錯情況。斷層陡坎的多級坡度中斷代表斷層的多次垂直位移，根據(jù)地基激光雷達測得的鐘華山和蔣家?guī)X斷層陡坎坡度分級位錯，同樣概括起來可以推測出3 次古地震事件，每次古地震事件垂直位錯量為1.5～2.5 m，與1668 年郯城8?級地震的垂直位錯量相當。

表4 斷層陡坎剖面反映的垂直位錯統(tǒng)計Table 4 Statistics of vertical offsets on fault scarp profiles

4 地質(zhì)構(gòu)造檢驗

本次LiDAR 測量成果在山東省防震減災(zāi)“十三五”項目臨沂市國際生態(tài)城地震斷層探測與地震危險性評價項目(山東省震災(zāi)風(fēng)險防治中心，2023)中得到了檢驗[24]。依據(jù)本次測量結(jié)果對左山(一步澗)段和鐘華山段的斷層陡坎和沖溝位錯進行了地質(zhì)填圖和探槽開挖，取得良好效果。

4.1 左山(一步澗)段地質(zhì)構(gòu)造檢驗

在左山(一步澗)段的斷層陡坎處開展了探槽開挖工作(圖13)。探槽位置處于帶狀陡坎附近，探槽以北為人工挖除的第四系最新沉積，探槽以南可見沖溝右旋錯動和沿斷層方向的陡坎等。通過與文獻[25](林偉凡等，1987)在左山探槽揭露的地層對比，認為②褐黃灰黑混雜的含礫亞砂土14C 測定年齡值為230 士85 年，③灰黑色坡積砂礫石層14C 測定年齡值為3 960士395 年，④砂質(zhì)亞黏土14C 測定年齡值為(1.2～3)萬年[24]。在左山(一步澗)探槽(T2) 中發(fā)育4 組斷面、3個構(gòu)造楔和崩積楔。根據(jù)探槽剖面地層時代、斷層錯斷的地層層位、構(gòu)造楔和崩積楔等分析，本探槽內(nèi)揭露出4 次地震事件(包括1668 年郯城8?級)，顯示了斷層的多期活動，斷層性質(zhì)為右旋正斷走滑斷層。

圖13 左山(一步澗)探槽(T2)剖面素描Fig.13 Sketch showing the profile of trench T2 in the Zuoshan (Yibujian) segment of the Yishu fault zone

通過地質(zhì)填圖獲得了左山(一步澗)段沖溝位移數(shù)據(jù)，顯示3～7、13～16、25～28 和35～39 m 的分級位移特征，說明斷層具有多期活動，發(fā)生多次古地震事件。該結(jié)論與通過LiDAR 獲取沖溝位錯特征基本一致。

4.2 鐘華山段地質(zhì)構(gòu)造檢驗

在鐘華山段的斷層陡坎開展探槽開挖(圖14)。探槽所處位置地形東高西低，探槽南側(cè)見沖溝右旋水平錯動，位錯量約4 m。探槽揭露，斷層?xùn)|盤為白堊系灰綠－黃綠的泥巖、砂巖，西盤為河流Ⅰ級階地。斷層?xùn)|盤向上逆沖，錯斷了階地底部的⑦棕褐色粉土和⑥棕褐色亞黏土?黏土，根據(jù)與區(qū)域地層對比，⑥棕褐色亞黏土?黏土屬全新統(tǒng)。分析認為，探槽揭露的斷層為全新世活動斷層，性質(zhì)為右旋逆斷走滑斷層。

圖14 鐘華山探槽(T1)剖面圖Fig.14 Profile of trench T1 in the Zhonghuashan segment of the Yishu fault zone

對通過地質(zhì)填圖獲得的鐘華山段沖溝位移數(shù)據(jù)，顯示了4、8～10 和16～19 m 的分級位移特征，同樣說明斷層具有多期活動，發(fā)生多次古地震事件。

5 結(jié)論

a.利用地基激光雷達和機載激光雷達技術(shù)獲取了沂沭斷裂帶莒縣至郯城段左山(一步澗)、鐘華山、岌山和馬陵山等多處典型斷錯地貌的高精度DEM 數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對斷層陡坎和沖溝位錯的詳細定量分析研究，真實地再現(xiàn)了沂沭斷裂帶莒縣至郯城段的典型斷錯地貌特征，獲得了斷裂水平和垂直位移數(shù)據(jù)，為斷裂運動學(xué)和幾何學(xué)研究提供了重要依據(jù)。

b.沂沭斷裂帶在左山(一步澗)段、鐘華山段、岌山段和馬陵山段的水平斷錯地貌具有分級特征。左山段位錯量分為4 級：7.1、16.1、29.1 和39.2 m。鐘華山段位錯量分為3 級：3.2～5.2、9.5～12.5、16.8～18.6 m。岌山段位錯量分為5 級：3.6～5.8、9.8～13.8、18.1～23.8、32.2 和44.1 m。馬陵山段位錯量分為4 級：4.7～8.2、12.5～18.0、25.0～33.0 和51.0～55.0 m。初步分析認為，左山(一步澗)段、鐘華山段、岌山段和馬陵山段晚第四紀以來可能發(fā)生過多期(3～5 次)活動和多次古地震事件，四個段落最小一級位錯量為1668 年郯城8?級地震的同震位錯量，位錯量在5.2～8.2 m。

c.根據(jù)地基激光雷達測得的鐘華山和蔣家?guī)X斷層陡坎坡度分級位錯，獲得斷裂累計垂直位錯量為5～7.5 m，一次斷裂活動位錯量為1.5～2.5 m。初步分析出3 次古地震事件，每次古地震事件位錯量1.5～2.5 m，與1668 年郯城8?級地震的位錯量相當。

d.通過地質(zhì)填圖和探槽開挖的地質(zhì)構(gòu)造檢驗，認為地基激光雷達和機載激光雷達技術(shù)在活動構(gòu)造研究中有著廣泛的應(yīng)用前景。