塔源地區(qū)遙感解譯線性構(gòu)造定量分析

吳壯 溫興平 徐俊龍

摘 要：為了定量描述研究區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造特征并揭示構(gòu)造的內(nèi)在聯(lián)系，基于概率論的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，以ENVI、ARCGIS、SURFER為平臺，對遙感解譯到的塔源地區(qū)線性構(gòu)造長度、方位、數(shù)量及密度進(jìn)行定量分析，得到線性構(gòu)造的相關(guān)圖件，分析了各圖件所體現(xiàn)的線性構(gòu)造地質(zhì)意義。得出以下結(jié)論：①40°～50°（NE）以及130°～140°（NW）為研究區(qū)線性構(gòu)造產(chǎn)出的最優(yōu)方位;②研究區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造呈帶狀分布的高值區(qū)大多與區(qū)域內(nèi)主要的大型構(gòu)造方向一致，即與主要的褶皺及斷裂構(gòu)造有關(guān);③區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造的走向大體呈NE及NW向的空間展布規(guī)律，與區(qū)內(nèi)大的斷裂構(gòu)造分布格局基本一致。

關(guān)鍵詞：遙感解譯;線性構(gòu)造;定量分析

DOI：10. 11907/rjdk. 191171

中圖分類號：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2019）004-0119-04

0 引言

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展， 遙感影像已普遍用于地層巖性判識、區(qū)域斷裂構(gòu)造解譯與礦化蝕變信息提取等領(lǐng)域[1-2]。遙感圖像是衛(wèi)星從高空拍攝的畫面，具有真實(shí)、全面的特點(diǎn)，一些傳統(tǒng)的野外地質(zhì)觀測難以實(shí)現(xiàn)的地質(zhì)現(xiàn)象在遙感圖像中可以清晰、直觀地反映出來。遙感技術(shù)在構(gòu)造解譯、巖性識別、蝕變異常提取等方面具有速度快、質(zhì)量高、成本低等優(yōu)勢，在通行困難、基巖裸露、解譯效果好的地區(qū)，充分利用遙感技術(shù)對提高圖幅質(zhì)量和效率可起到事半功倍的作用，這是傳統(tǒng)地質(zhì)研究方法所不能比擬的[3-5]。

遙感影像線性構(gòu)造泛指航空照片和衛(wèi)星照片上呈現(xiàn)出與地質(zhì)構(gòu)造要素有關(guān)的線性影像，能反映一個(gè)地區(qū)的基本構(gòu)造格局。斷裂構(gòu)造一般以線性體形式出現(xiàn)，也有以弧形影像特征或其它一些特殊紋理特征出現(xiàn)的斷裂。遙感影像的地質(zhì)構(gòu)造解譯包括線性構(gòu)造解譯和環(huán)形構(gòu)造解譯，其解譯過程是根據(jù)基本的地表地物波譜差異以及所表現(xiàn)的顏色、紋理特征，運(yùn)用相關(guān)軟件工具增強(qiáng)影像的特征信息差異，突現(xiàn)感興趣地物信息，由此推斷地質(zhì)構(gòu)造類型 [6]。

數(shù)學(xué)地質(zhì)是地質(zhì)學(xué)與數(shù)學(xué)相互滲透緊密結(jié)合產(chǎn)生的一門邊緣學(xué)科，是運(yùn)用數(shù)學(xué)理論和方法研究地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)理論，解決地質(zhì)實(shí)際問題的地質(zhì)學(xué)分支[7]。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對遙感解譯的線性構(gòu)造進(jìn)行定量分析是必不可少的手段，定量分析可使解譯結(jié)果更加直觀、清晰，更具說服力。張旺生等[8]通過對北祁連山西段遙感構(gòu)造進(jìn)行定量分析，找出線性構(gòu)造密度與金礦的關(guān)系，最終劃分出成礦有利的地段;李琳 [9]通過對福建紫金山地區(qū)TM遙感影像線性構(gòu)造進(jìn)行定量分析，得出該區(qū)線性構(gòu)造的優(yōu)勢方位及異常帶的空間分布規(guī)律;付楊康等[10]通過對提取的線性體進(jìn)行走向-長度及核密度定量分析，最終得到巖漿巖體分解圖等。

本文采用Landsat 8 衛(wèi)星的OLI影像，基于概率論的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，以ENVI、ARCGIS、SURFER為平臺，對塔源地區(qū)提取的線性構(gòu)造方位、長度、頻度等數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，最終得出研究區(qū)的線性構(gòu)造優(yōu)勢方位，并進(jìn)行基本構(gòu)造格局驗(yàn)證。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于大興安嶺中北段，屬于古亞洲構(gòu)造域與太平洋構(gòu)造域的疊加區(qū)（楊永強(qiáng)[11]，范長福[12]），大地構(gòu)造位于興安—內(nèi)蒙地槽褶皺區(qū)、額爾古納地塊南段、大興安嶺中斷陷南緣、塔源微隆起處，隸屬于額爾古納—大興安嶺成礦省（II級）、得爾布干晚古生代、中生代金銀銅鉬鉛鋅成礦帶（III1級）（譚成印[13]）。

研究區(qū)內(nèi)區(qū)域構(gòu)造大體呈東西向分布，火山機(jī)構(gòu)發(fā)育，伴隨著東西向褶皺，壓性斷層及擠壓糜棱巖化等壓性結(jié)構(gòu)面，構(gòu)成了一個(gè)東西向的復(fù)雜構(gòu)造帶，見圖1 [11]。區(qū)內(nèi)主要的大型斷裂有F9、F10，呈近南北向，其中F10最南端部分、F5、F6、F8呈NW向，F(xiàn)1、F2、F7呈EW向，F(xiàn)3、F4呈NE向。

1.2 數(shù)據(jù)來源與線性構(gòu)造提取

線性構(gòu)造在遙感圖像中比較直觀醒目，信息量也相對豐富。線性構(gòu)造解譯分為直接解譯和間接解譯兩種方法。直接解譯法可依據(jù)巖性、地層或構(gòu)造等不連續(xù)影像特征，解譯出線性構(gòu)造[14]。間接解譯主要是依據(jù)影像的色調(diào)、地貌、水系、土壤植被、巖漿巖、蝕變帶分布及綜合景觀特征間接推斷線性構(gòu)造[15]。本文對塔源地區(qū)Landsat 8 OLI影像運(yùn)用ENVI軟件采用764波段進(jìn)行假彩色合成（見圖2），結(jié)合上述兩種解譯方法對塔源地區(qū)進(jìn)行遙感線性構(gòu)造解譯，在ENVI平臺上進(jìn)行線性構(gòu)造的矢量化操作，最終得出塔源地區(qū)線性構(gòu)造遙感解譯圖，見圖3。

2 線性構(gòu)造定量分析

2.1 線性構(gòu)造方位頻數(shù)與異常度分析

以10°為間隔將線性構(gòu)造按方位進(jìn)行分組，統(tǒng)計(jì)每組方位間隔內(nèi)線性構(gòu)造的數(shù)量，得到線性構(gòu)造方位—頻度柱狀圖，見圖4，并繪制成線性構(gòu)造方位玫瑰圖，見圖5。綜合圖4、圖5可知，40°～60°以及130°～140°為研究區(qū)的優(yōu)勢方位。另外，近南北向及EW向也較為發(fā)育，這與研究區(qū)區(qū)域性構(gòu)造的基本格局相一致。

對線性構(gòu)造方位—長度（頻度）進(jìn)行分析，目的是了解線性構(gòu)造產(chǎn)出的優(yōu)勢方位，及區(qū)域性線性構(gòu)造的空間展布特征和區(qū)域性線性構(gòu)造與次級線性構(gòu)造的關(guān)系[16]。此次研究區(qū)的線性構(gòu)造方位—長度（見圖6）及方位—頻度（見圖7），即是分別計(jì)算出方位角5°間隔區(qū)間內(nèi)線性構(gòu)造的長度及條數(shù)和，然后對長度及頻度分別繪出曲線圖。本研究分別由異常方位長度的38.2%及異常方位頻度的30.1%確定其對應(yīng)的異常線，將圖分為非異常區(qū)（線上）及異常區(qū)（線下）。對比圖6、圖7可以看出非異常區(qū)的峰值主要集中在40°～60°與130°～140°之間，即NE與NW向。另外0°～20°與90°即近南北向也存在較為明顯的峰值區(qū)?？梢钥闯鼍€性構(gòu)造方位—長度（頻度）圖可以反映出線性構(gòu)造產(chǎn)出的優(yōu)勢方位及空間展布特征，這與線性構(gòu)造方位—頻度雷達(dá)圖有異曲同工之妙。方位—頻度圖反映了局部構(gòu)造的分布特征，而方位—密度圖反映的是區(qū)域性構(gòu)造的分布格局。從圖6、圖7非異常區(qū)峰值分布的相似性可以看出。塔源地區(qū)的局部線性構(gòu)造與區(qū)域線性構(gòu)造之間存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)合圖3與圖10可以看出，區(qū)內(nèi)次級的小斷裂基本沿區(qū)域內(nèi)大的斷裂構(gòu)造密集分布。

2.2 線性構(gòu)造平均方位角分析

在既要考慮各線性構(gòu)造發(fā)育數(shù)量，又要重視每條線性構(gòu)造規(guī)模大小和方向的前提下，通過遙感線性構(gòu)造空間軸分布的差異，清晰反映區(qū)域內(nèi)主要斷裂構(gòu)造的方向特征[17]。運(yùn)用ARCGIS軟件采用918m[×]918m大小從上到下、從左到右共39[×]40（即1 560）個(gè)網(wǎng)格單元研究區(qū)覆蓋，統(tǒng)計(jì)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)線性構(gòu)造的數(shù)量、長度、方位角，用作計(jì)算此次研究區(qū)線性構(gòu)造的平均方位角，具體計(jì)算公式為：

通過計(jì)算出的[θ]作出研究區(qū)線性構(gòu)造平均方位角等值線圖（見圖8），從圖8可以看出單元網(wǎng)格內(nèi)線性構(gòu)造方位的大致走向。

2.3 線性構(gòu)造頻數(shù)與強(qiáng)度相關(guān)性及密度分析

對解譯得到的線性構(gòu)造以方位角10°為間隔進(jìn)行等分，統(tǒng)計(jì)每個(gè)間隔內(nèi)的線性構(gòu)造數(shù)量（頻數(shù)）及相應(yīng)方位區(qū)間內(nèi)的線性構(gòu)造長度，繪制成不同方位線性構(gòu)造頻數(shù)-長度散點(diǎn)圖并統(tǒng)計(jì)二者的相關(guān)性，見圖9。從圖9可以看出，研究區(qū)不同方位線性構(gòu)造頻數(shù)與強(qiáng)度呈現(xiàn)出較高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2=0.868 7。運(yùn)用SURFER軟件對解譯得到的線性構(gòu)造長度及數(shù)量進(jìn)行密度分析（見圖10、圖11），可以看出線性構(gòu)造的密度與強(qiáng)度在等值線上的形態(tài)表現(xiàn)出很高的相似性。綜合圖10、圖11可以看出，研究區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造總密度的高值區(qū)與總強(qiáng)度的高值區(qū)基本吻合，說明線性構(gòu)造密度、強(qiáng)度特征具有一致性，反映出區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造在空間上的結(jié)構(gòu)特征和分布規(guī)律[18]。分析表明：研究區(qū)的南部線環(huán)構(gòu)造十分發(fā)育，是線性構(gòu)造的密集區(qū)域，線性構(gòu)造的走向大體呈NE及NW向。另外近南北向也存在一定程度的線性構(gòu)造密集分布區(qū)，而中北部貫穿的高密度區(qū)也使得線性構(gòu)造呈現(xiàn)出近EW向展布的特征。通過與相關(guān)地質(zhì)圖件進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造呈帶狀分布的高值區(qū)大多與區(qū)域內(nèi)主要的大型構(gòu)造方向一致，即與主要的褶皺及斷裂構(gòu)造有關(guān)。

3 結(jié)語

從上述研究得出以下結(jié)論：

（1）通過線性構(gòu)造方位玫瑰圖及方位—長度（頻度）圖可以看出，40°～50°（NE）及130°～140°（NW）為研究區(qū)線性構(gòu)造產(chǎn)出的最優(yōu)方位。

（2）通過對研究區(qū)線性構(gòu)造頻度與強(qiáng)度相關(guān)性分析，并結(jié)合相關(guān)地質(zhì)圖，得知研究區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造呈帶狀分布的高值區(qū)，大多與區(qū)域內(nèi)大型構(gòu)造方向相一致，即與主要的褶皺及斷裂構(gòu)造有關(guān)。

（3）線性構(gòu)造頻數(shù)與強(qiáng)度相關(guān)性圖，顯示區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造的頻度與強(qiáng)度存在較高的相關(guān)性，這點(diǎn)從線性構(gòu)造的總密度圖（圖10）與總強(qiáng)度圖（圖11）中得以體現(xiàn)。另從圖10、圖11可以看出，區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造的走向大體呈NE及NW向的空間展布，近SN、EW向也有一定程度的線性構(gòu)造分布，這點(diǎn)從線性構(gòu)造方位玫瑰圖中有更為直觀的表現(xiàn)，與區(qū)內(nèi)大的斷裂構(gòu)造分布格局基本一致。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）