廬斷裂帶中段的遙感信息研究

廬斷裂帶中段的遙感信息研究

一、區(qū)域活動斷裂的解譯標(biāo)志研究區(qū)域主要由olt斷裂帶中段和東部的兩條主擾動組成（圖1）。自1957年航磁工作發(fā)現(xiàn)郯城-廬江異常帶以來,在地質(zhì)、地球物理和地震地質(zhì)工作方面,取得了很多重要成果[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。本文以研究斷裂的遙感信息為重點,試圖建立區(qū)域活動斷裂的解譯標(biāo)志;進(jìn)行了主斷裂F1、F2的航片判讀圖,對沂水、郯城幅斷裂的隱伏段進(jìn)行衛(wèi)星磁帶的影象增強(qiáng)處理,以認(rèn)識主斷裂、橫向斷裂位置及其平面展布;對重點地段進(jìn)行航片數(shù)據(jù)測量,分析與斷裂活動有關(guān)的地貌水系等錯動特征及斷裂活動的定量數(shù)據(jù),為研究郯廬斷裂帶中段在縱向上的差異特征提供一些信息。二、航片加維分析為識別臨沂—郯城地區(qū)隱伏斷層和切割主斷裂的北西—北西西橫向斷裂及認(rèn)識全區(qū)沖溝地貌所反映的斷層活動特點,我們做了航片沖溝數(shù)據(jù)測量及衛(wèi)星磁帶數(shù)字圖象增強(qiáng)處理的嘗試。航片為1968年攝;比例尺為1:2.5萬。衛(wèi)星磁帶沂水幅為1976年3月4日記錄,郯城幅為1977年2月27日記錄,MSS4、5、7波段,比例尺為1:100萬,成象條件良好。1.斷層沖積強(qiáng)度的測定選石井、紀(jì)莊等幾個點(航片1—5),用HCZ-1型1818立體座標(biāo)量測儀進(jìn)行量測。選點的沖溝在影象上清晰,斷層線醒目,沖溝在斷層兩側(cè)多發(fā)生一致的“牽引”現(xiàn)象。以航片8為例,影象上線性體就是主斷裂F1,事先用立體鏡觀測沖溝“牽引”所反映的斷層運動方向為右旋,并選用影象良好的沖溝對①、②、③,量測兩盤沖溝軸線與斷層線的兩個交點之間的距離,得到12.75米、15米和14米,取它們的均值14米做為該斷層的右旋錯動量。其余點的量測結(jié)果見圖2。麥坡(航片6)點斷層影象線性好,延續(xù)長,沖溝密集,是郯廬斷裂帶中段最突出的露頭點。受斷層活動影響,該點斷頭、斷尾沖溝多見。一般認(rèn)為斷層曾有過一定量的水平位移。問題是如何擬合這些斷頭、斷尾沖溝,恢復(fù)原來的狀態(tài),從而求得斷層運動量。設(shè)想斷層活動之前,其兩盤沖溝間的溝脊寬度是相同的。以航片11例,該點斷層?xùn)|傾。用MAGISCAN(I)儀器測量每相鄰兩沖溝的溝脊寬度。斷層每兩盤各測一套數(shù)據(jù),然后根據(jù)這套溝脊寬度數(shù)據(jù)做擬合。寬度大于2.0米者,認(rèn)為不可擬合。本例上盤南第一條沖溝和下盤南第四條沖溝擬合為最佳選擇,取兩端錯開沖溝的平均距離27米做為斷層錯動量。2.數(shù)字圖象增強(qiáng)處理在石油部遙感中心“I2S101”遙感圖象分析處理系統(tǒng)上進(jìn)行數(shù)字圖象增強(qiáng)處理。主要采用直方圖線性拉伸法、直方圖均衡化法和高通濾波法,其原理及公式推導(dǎo)見文獻(xiàn)。現(xiàn)就我們的實際處理效果分別評價如下:(1)線性拉伸法實例見衛(wèi)片1。該片中上部清晰的線性構(gòu)造反映的是安丘南部主斷裂F2的線性陡坎。對比未經(jīng)處理的衛(wèi)片2,明顯看出,經(jīng)過線性拉伸法處理的片子雖然壓抑了一些細(xì)節(jié),但線性構(gòu)造卻大大突出了,因此,這種方法對露頭區(qū)和半隱伏區(qū)斷裂相對有效。當(dāng)微弱細(xì)節(jié)具有一定灰度值時才能得到增強(qiáng),其結(jié)果雖使影象比較粗,但給人的線性構(gòu)造印象很強(qiáng)烈。(2)高通濾波法實例見衛(wèi)片3。最有意義的是,比較衛(wèi)片3和衛(wèi)片4,從衛(wèi)片3的影象上可見到顯示出郯城地區(qū)四條隱伏斷裂的暗色調(diào)。這是我們對該區(qū)影象處理成功的一例。在這張片子上,我們首先使用了高通濾波的處理,然后又做了相片的直方圖均衡化和線性拉伸。由于高通濾波增強(qiáng)了有梯度變化的圖象部分,因此提取了隱伏斷裂的微弱信息,隨后使用的直方圖均衡化法對這些微弱信息作了進(jìn)一步的突出。這張片子的處理成功為郯城地區(qū)隱伏斷裂的存在狀況提供了影象依據(jù)。這種處理不僅對隱伏構(gòu)造,而且對微地貌的突出也是十分有意義的,如馬陵山的地貌形態(tài)在這張片子里得到了較好的顯示。這兩種方法也可分別疊加線性處理,對隱伏構(gòu)造的顯示有一定效果。高通濾波法的疊加往往效果更好。上述方法較適合于解決地質(zhì)問題。使用起來,各方法間的排列組合及具體的實施對象在效果上有時是很重要的。三、區(qū)域活動的破裂解的解釋標(biāo)志和olt斷裂帶中段斷裂的平坦分布1.區(qū)域活動的脆弱性解釋區(qū)域活動斷裂解譯標(biāo)志,是在使用上述航片、衛(wèi)片,對新生代部分地層、斷層、活動斷層等解譯工作的基礎(chǔ)上建立的。(1)中部線性深染色線狀色調(diào)和不同色調(diào)的界面是識別本區(qū)活動斷層存在的最醒目的標(biāo)志之一。航片7中部線性深色調(diào)就是斷層的影象。斷層(包括隱伏斷裂)活動越劇烈,在衛(wèi)片上的色調(diào)越清晰,線性越好。衛(wèi)片3東側(cè)沭河?xùn)|岸北北西向清晰的線性色調(diào)是雙枝店活動斷裂。衛(wèi)片1中上部見有很強(qiáng)的線性色調(diào)差,是主斷裂F2在安丘南堯溝一帶的顯示。(2)活動斷層的特征活動斷裂在魯南一蘇北地區(qū)的地貌表現(xiàn)為:①山地與覆蓋區(qū)的交界線多是活動斷層存在的部位。例如,馬陵山西側(cè)是覆蓋區(qū),兩者結(jié)合部位發(fā)現(xiàn)有逆沖的活動斷層。②線性陡坎和斷層三角面的出現(xiàn)多是本區(qū)活動斷層存在的重要標(biāo)志。航片8給出的是郯城山外巖活動斷層。東側(cè)為中生代王氏組砂巖,西側(cè)為第四系。由于斷層活動,形成明顯的陡坎地貌。③山地一側(cè)很平直及山脊被錯斷。航片9中可見莒縣石井沭河拐彎東南部近東西和北北西向兩組斷裂切割了王氏組砂巖構(gòu)成的山脊。④平原中若干個孤立的小丘呈線性排列,如航片10中騰馬嶺和潘嶺為近北北東方向排列,主斷裂F2在其西側(cè)通過。⑤現(xiàn)代松散地層錯動的微地貌顯示,是識別活動斷層的直接標(biāo)志。其特征是,當(dāng)斷層有活動時,其水系花紋很凌亂。斷層平移時,溝谷在斷層處有細(xì)頸化現(xiàn)象。(3)注重斷面、斷尾沖溝①河流沂河、沭河在一些部位的同步拐彎,可能是活動斷層作用的結(jié)果,如航片11上沭河的拐點;筆直河床有時是活動斷層的直接反映,如航片10騰馬嶺西側(cè)河床特征;航片12中部為江蘇東海石橋河處河流直角拐彎,可能是窯上北西向斷層活動影響的結(jié)果。衛(wèi)片上水系對反映大的構(gòu)造十分敏感,如衛(wèi)片3上沭河在山左口—窯上的拐點和衛(wèi)片1上石埠子一帶河流的彎曲,前者揭露了北西向斷裂的活動,后者反映了左旋的斷層束的存在。②沖溝線性排列的沖溝,特別是斷頭、斷尾沖溝一般顯示了活動斷層的存在。當(dāng)斷層為垂直運動時,其兩盤沖溝在影象花紋、密度和寬度上不對稱,當(dāng)斷層活動為平移時,在斷層兩側(cè)多出現(xiàn)斷頭、斷尾沖溝或構(gòu)成一定的圖形。如“S”型和“反S”型,“L”型和“反L”型。2.信息解譯和選點驗證結(jié)果作者在上述技術(shù)處理的基礎(chǔ)上,根據(jù)區(qū)域地質(zhì)解譯標(biāo)志進(jìn)行遙感信息解譯和選點實地驗證的結(jié)果繪制了圖2。郯廬斷裂帶中段在地表的露頭是不連續(xù)的,研究它的平面展布,可從兩個方面加以討論。(1)下地殼下平行斷裂f從圖2中可以看出不同的展布方式:①郯城—曹莊的右列形式斷層出露于馬嶺山西麓,在航片上的影象標(biāo)志很好,呈右列形式。②大店—石井和茅埠—東莞的平行破裂形式。主斷裂F1自小店經(jīng)白土溝至石井,在其兩側(cè)發(fā)育多條平行的壓扭性斷裂(圖3)。主斷裂F2以一束平行斷層為標(biāo)標(biāo)志。茅埠—東莞地貌上為北北東相互平行的山嶺—谷地—山嶺。壓扭性斷層控制了這種地貌單元(圖4)。③孟疃—安丘的左列形式地貌上山嶺呈左列排列,沿北北東走向,主斷裂F2以擠壓揉皺為主,依山嶺而出露,成左列形式展布(圖5)。圖6是在野外做的安丘李家埠斷層左列形式平面示意圖。(2)活動區(qū)域內(nèi)的北西向斷裂①北北東向斷裂臨沂—郯城第四系覆蓋區(qū)有四條相互平行的隱伏主斷裂(衛(wèi)片3)。山東地質(zhì)七隊綜合了臨沂煤田勘探公司和該隊的鉆孔資料,從而揭示了郯城地區(qū)四條主斷裂的具體位置,其結(jié)果與作者衛(wèi)片處理影象基本吻合。②切割郯廬斷裂帶中段的北西—北西西向斷裂1)郯城縣沭河拐彎處有一條北西向斷裂(衛(wèi)片3)。影象上線性色調(diào)清晰。在航片上可見沭河沿岸陡立,表現(xiàn)了斷層河流特征。我們在東海揚水站西見到該斷層面,斷層發(fā)育在中生代王氏組地層中,走向320°,傾向北東,傾角54°—75°。面上有大型鏡面、階步及擦痕,擦痕傾伏角為41°,向北西傾,它們均顯示了該斷層的左旋動向。東海石橋河南見東有直角拐彎的河流(航片11)。據(jù)野外調(diào)查,河流彎道是天然形成的,可能反映了北西向斷裂的存在。野外發(fā)現(xiàn),沭河拐彎沿岸分布著十分穩(wěn)定的I級河流階地,地層形成時代為7585±100年和8025±110年。因此,北西向斷層形成于全新世I級河流階地形成之前。2)臨沂—莒南有三條北西—北西西向斷裂。衛(wèi)片上它們均切割了北北東向斷裂,色調(diào)醒目。航片上顯示為一個突出的沉降帶,除鐘華山等三個孤嶺出露外,其余為第四系地層覆蓋。地表小水洼、季節(jié)性小水流等到處可見。重要的是,在湯頭發(fā)現(xiàn)北西西向斷裂影象上顯示了左旋錯動。3)郯廬斷裂帶中段北部在影象上有三條切割主斷裂的北西向斷裂。它們是莒縣北西向斷裂、益都北西向斷裂和安丘北西向斷裂。據(jù)轉(zhuǎn)換波測深資料,地殼內(nèi)轉(zhuǎn)換界面在莒南至五蓮,由隆起轉(zhuǎn)為下降,故推斷莒縣有一橫向斷裂。而安丘和益都北西向斷裂,均有一簇小震出現(xiàn)。③賈悅—孟疃近東西向斷裂馬站—賈悅是近東西向的新生代隆起,在航片上的中洛莊附近能見到這條斷層的出露。我們野外見到現(xiàn)代沖溝都是右旋錯動遺跡,其右旋錯動量為11.5米。除上述工作結(jié)果,作者還盡量收集了活動斷層年齡、地質(zhì)、地貌、微震活動、地形變等方面的資料,它們均顯示出研究區(qū)構(gòu)造活動在縱向上的一些差異特征,而這些差異特征意味著該區(qū)活動斷裂的可分段性。我們將其要點標(biāo)于圖2上,供進(jìn)一步研究。值得指出的是,這種縱向上的差異特征與切割主斷裂的橫向斷裂可能有成因上的聯(lián)系,進(jìn)一步搞清這種聯(lián)系,具有重要的地震地質(zhì)意義。四、斷裂帶中段特征3.對郯城地區(qū)的線性隱伏構(gòu)造進(jìn)行其它數(shù)字圖象處理之前做了高通濾波處理,隱伏斷裂則以暗色調(diào)被顯示出來。本文得到了強(qiáng)祖基、高維明、方仲景、計鳳桔、陳以健、何振寧及國家地震局地質(zhì)研究所遙感組的幫助,在此謹(jǐn)表示衷心的感謝。高欣欣等:郯廬斷裂帶中段遙威信息的處理與識別據(jù)鐵道部第三勘測設(shè)計院何振寧資料:這三條橫向斷裂均切割了北北東向主斷裂,且是活動斷裂。圖7的正長巖內(nèi)有40—50米寬的斷層破碎帶(F1)。平面上F1北部為大型向斜構(gòu)造,南部為北北東向單斜構(gòu)