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龍門山斷裂帶北東段活動(dòng)斷裂的遙感影像解譯及構(gòu)造活動(dòng)性分析

2019-03-29 11:17:12謝小平白毛偉陳芝聰柳偉波席書娜
自然資源遙感 2019年1期
關(guān)鍵詞:平武映秀東段

謝小平, 白毛偉, 陳芝聰, 柳偉波, 席書娜

(1.曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,日照 276826; 2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局化探隊(duì),德陽 618000; 3.四川省煤田地質(zhì)局一三七隊(duì)地質(zhì)遺跡研究院,成都 610000)

0 引言

據(jù)《中國(guó)地震信息網(wǎng)》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,僅2016年上半年全球7級(jí)以上(包括7級(jí))的強(qiáng)震就有7起,對(duì)地震所在國(guó)造成了巨大的生命、財(cái)產(chǎn)損失。因此,對(duì)地震進(jìn)行監(jiān)測(cè)、地震的安全性進(jìn)行評(píng)估、地殼的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)定具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)于活動(dòng)斷裂與地震之間的關(guān)系主要是通過活動(dòng)斷裂的空間展布、活動(dòng)斷裂的幾何學(xué)特征、活動(dòng)斷裂的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征、活動(dòng)斷裂的分段、活動(dòng)斷裂的活動(dòng)性、強(qiáng)震的復(fù)發(fā)間隔、距最近一次強(qiáng)震的離逝時(shí)間和特征地震的同震位移量等方面進(jìn)行研究[1]?;顒?dòng)斷裂在中國(guó)西部的青藏高原廣泛分布,新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特別是活動(dòng)斷裂控制著地震的活動(dòng),且活動(dòng)斷裂的展布與地震的帶狀分布有一致相關(guān)性,活動(dòng)斷裂的活動(dòng)特征與沿?cái)嗔旬a(chǎn)生的地震裂縫也有同一性[2-3]。中國(guó)大陸的地震具有活躍期與平靜期交替、呈一定的帶狀分布、震級(jí)西強(qiáng)東弱、分布廣泛的特征,表現(xiàn)出一定的時(shí)空分布規(guī)律。青藏高原內(nèi)部發(fā)育正斷層和走滑斷層型地震,而在青藏高原周緣低海拔地區(qū)(喜馬拉雅逆沖推覆帶、龍門山斷裂帶和祁連山斷裂)則發(fā)育逆沖斷裂及逆沖型地震[4]。青藏高原內(nèi)部及周緣發(fā)育有走滑斷裂,北部以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主,南部以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主[5-6]。因此,龍門山斷裂帶具有逆沖推覆兼右旋走滑的性質(zhì)[7-8]。

遙感影像的宏觀性和直觀性為構(gòu)造地貌的研究提供了宏觀的影像資料,而高空間分辨率的衛(wèi)星遙感影像可以通過遙感解譯微構(gòu)造地貌研究活動(dòng)斷裂的空間展布特征和運(yùn)動(dòng)特征。付碧宏等[9]利用遙感影像解析了汶川大地震后地表破裂帶的幾何學(xué)特征及變形特征,得出沿北川—映秀斷裂帶北東段分布的破裂帶最大垂直位移量為6.0 km,最大右旋水平位移量達(dá)5.8 km; 路靜等[10]利用ETM光學(xué)影像和遙感1號(hào)雷達(dá)影像建立了研究區(qū)的解譯標(biāo)志,得出了平武—青川斷裂活動(dòng)性最強(qiáng),對(duì)研究區(qū)地震的發(fā)生起著重要控制作用的結(jié)論。近年,遙感技術(shù)應(yīng)用在地區(qū)斷裂研究中具有突出表現(xiàn),尤其以高空間分辨率影像或高精度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),在地震滑坡及地表破裂方面已經(jīng)有了較成熟的方法[9-10]。但是,利用高空間分辨率影像對(duì)龍門山北東段地區(qū)主要斷裂分段活動(dòng)性的探討相當(dāng)缺乏,尤其是對(duì)主要活動(dòng)斷裂錯(cuò)動(dòng)地貌現(xiàn)象的厘定還基本處于空白。

利用Google Earth遙感影像、ASTER DEM數(shù)據(jù)及野外調(diào)查資料所建立的解譯標(biāo)志,對(duì)龍門山北東段地區(qū)斷裂進(jìn)行分段性解譯; 然后,結(jié)合三維解譯軟件對(duì)各段斷層錯(cuò)動(dòng)地貌進(jìn)行量測(cè); 最后,對(duì)龍門山斷裂帶北東段活動(dòng)斷裂的空間展布和第四紀(jì)活動(dòng)性進(jìn)行了初步探討。

1 研究區(qū)概況

龍門山是青藏高原和四川盆地的分界線; 龍門山造山帶是揚(yáng)子地塊和松潘—甘孜地塊的分界線; 龍門山地區(qū)是中國(guó)中西部地質(zhì)、地貌、氣候的陡變帶[11-12]。青藏高原東緣的龍門山造山帶作為環(huán)青藏高原造山帶之一,享有“打開全球造山帶機(jī)制的金鑰匙”和“大陸動(dòng)力學(xué)理論形成的天然實(shí)驗(yàn)室”的美譽(yù)[13-14]。與其他環(huán)青藏高原造山帶相比,龍門山造山帶構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜,形成年代較晚,構(gòu)造地貌保存最為完整、年齡分辨率高[15-16]。因此,龍門山造山帶不僅是研究現(xiàn)今青藏高原構(gòu)造活動(dòng)規(guī)律的有利場(chǎng)所,而且也是驗(yàn)證歹字型構(gòu)造體系、川滇菱形塊體擠出模式或旋轉(zhuǎn)模式、大陸逃逸模式、斷塊旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模式和下地殼流模式等的有利場(chǎng)所,未來也有可能提出其他新的模式[2,17]。

龍門山造山帶在平面展布上呈NE—SW向,區(qū)內(nèi)斷裂帶具分帶性和分段性(圖1),自西向東分別為龍門山后山斷裂帶、龍門山中央斷裂帶及龍門山山前斷裂帶; 自北向南分別為北段、中段及南段[18-20]。研究區(qū)選擇在龍門山造山帶北段,即四川省綿陽市北川縣以北,陜西省漢中市勉縣以南地段。區(qū)內(nèi)斷裂帶具有分帶性,分別為龍門山斷裂帶北東段后山主干斷裂帶(平武—青川斷裂帶)、中央主干斷裂帶(茶壩—林庵寺斷裂帶)、前山主干斷裂帶(廣元—江油斷裂帶)[21-23]。

圖1 龍門山北東段Google Earth遙感影像Fig.1 Google Earth remote sensing image of the northeastern segment of the Longmenshan

2 活動(dòng)斷裂解譯標(biāo)志

活動(dòng)斷裂遙感影像解譯標(biāo)志主要分為線性解譯標(biāo)志、垂直錯(cuò)動(dòng)解譯標(biāo)志和水平錯(cuò)動(dòng)解譯標(biāo)志3大類。結(jié)合Landsat,Google Earth和DEM等多種數(shù)據(jù),建立了活動(dòng)斷裂的遙感影像解譯標(biāo)志。

2.1 線性解譯標(biāo)志

活動(dòng)斷裂在衛(wèi)星遙感影像上一般呈淺色或深色線條,其與兩側(cè)的色調(diào)有較大的差異。識(shí)別標(biāo)志在宏觀上對(duì)活動(dòng)斷裂的遙感影像解譯具有明顯的效果,主要表現(xiàn)為構(gòu)造地貌在空間上有規(guī)律的線性展布,如沿?cái)嗔炎呦虺霈F(xiàn)的直線狀斷層槽地、直線狀陡崖、陡坎、湖泊的線性展布,盆地的線性排列,河流同步拐點(diǎn)的連接線等。通常活動(dòng)斷裂兩側(cè)有明顯的色調(diào)線、帶、面異常。一般情況,具有不同色調(diào)與形態(tài)的構(gòu)造地貌體,其分界線呈現(xiàn)一定的線性幾何圖形。如隆升面與凹陷面的分界線、不同地貌類型的分界線、第四紀(jì)松散沉積與基巖的分界線等。

2.2 垂直錯(cuò)動(dòng)解譯標(biāo)志

斷裂垂直差異錯(cuò)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式表現(xiàn)為: 一盤上升,一盤下降; 或兩盤同時(shí)上升,且上升幅度有較大差異; 或兩盤同時(shí)下降,且下降幅度有較大差異。通過對(duì)研究區(qū)遙感影像的信息特征和形態(tài)特征等的分析,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要活動(dòng)斷裂的垂直錯(cuò)動(dòng)解譯標(biāo)志有4個(gè)方面。

2.2.1 沖—洪積扇整齊排列

斷裂的垂直差異錯(cuò)動(dòng),造成斷裂兩側(cè)構(gòu)造地貌的巨大差異,其中上升盤隆升成為山地,下降盤斷陷形成盆地、湖泊或者接受第四紀(jì)沉積,發(fā)育成線性斜列的沖—洪積扇。山前活動(dòng)斷裂控制多期沖—洪積扇的規(guī)模程度間接反映斷裂垂直差異錯(cuò)動(dòng)具有強(qiáng)弱的變化過程,反映斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度。

2.2.2 斷層崖和斷層三角面

在斷裂垂直差異錯(cuò)動(dòng)的過程中,相對(duì)上升的一盤,通常將沿?cái)嗔训姆较蛐纬啥盖偷臄鄬友?。在巖性堅(jiān)硬的地區(qū),受外營(yíng)力的影響較弱,斷層三角面不易發(fā)育; 而在巖性軟弱的地區(qū),斷層崖受到外營(yíng)力長(zhǎng)期的塑造作用,逐漸演化為侵蝕溝谷與斷層三角面相間分布的構(gòu)造地貌。

2.2.3 斷陷盆地與斷陷湖泊

當(dāng)盆地或湖泊的相對(duì)兩側(cè)邊界受到活動(dòng)斷裂的控制,且斷裂的一側(cè)為隆升地貌類型,則說明活動(dòng)斷裂具有垂直差異錯(cuò)動(dòng)。研究區(qū)山前活動(dòng)斷裂的一盤斷陷,形成了一些規(guī)模較小,呈串珠狀展布的盆地。

2.2.4 水系形態(tài)

水系形態(tài)是識(shí)別活動(dòng)斷裂垂直差異錯(cuò)動(dòng)的重要標(biāo)志。通常情況下,垂直差異錯(cuò)動(dòng)顯著的活動(dòng)斷裂兩側(cè)水系形態(tài)有較大的差別,是不同水系形態(tài)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。相對(duì)上升的一盤表現(xiàn)為深切的樹枝狀水系或格子狀水系; 相對(duì)下降的一盤如果有掀斜作用,水系形態(tài)表現(xiàn)為平行狀水系。

2.3 水平錯(cuò)動(dòng)解譯標(biāo)志

斷裂的構(gòu)造活動(dòng)不僅有上述的垂直差異錯(cuò)動(dòng),還存在水平錯(cuò)動(dòng)。從方向上來說,水平錯(cuò)動(dòng)包括右旋走滑活動(dòng)和左旋走滑活動(dòng)。斷裂的走滑活動(dòng)通常造成斷裂兩側(cè)構(gòu)造地貌的變形,斷裂走滑活動(dòng)造成的走滑位移量大小不一,位移量越大,說明斷裂的活動(dòng)性越強(qiáng)。

2.3.1 山脊錯(cuò)動(dòng)

活動(dòng)斷裂的水平錯(cuò)動(dòng)對(duì)新生代以來發(fā)育成形的現(xiàn)代地貌有重要的塑造作用?;顒?dòng)斷裂多期劇烈的水平錯(cuò)動(dòng)可能將連續(xù)的山脊錯(cuò)開為多節(jié)較短的山脊,也可能使山脊線扭動(dòng)呈波浪形,且使其變形。

2.3.2 盆地與湖泊扭動(dòng)變形

活動(dòng)斷裂控制盆地或湖泊的邊界,當(dāng)活動(dòng)斷裂發(fā)生水平錯(cuò)動(dòng)時(shí),受活動(dòng)斷裂控制的湖泊或盆地的邊界形態(tài)將發(fā)生扭動(dòng)變形,一般呈平行四邊形; 活動(dòng)斷裂攔腰錯(cuò)截湖泊或盆地,當(dāng)活動(dòng)斷裂發(fā)生水平錯(cuò)動(dòng)時(shí),一般將使湖泊或盆地的形態(tài)扭動(dòng)變形為“S”形或“L” 形。

2.3.3 河流同步轉(zhuǎn)折

地質(zhì)歷史時(shí)期,活動(dòng)斷裂的水平錯(cuò)動(dòng)對(duì)水系的演化起重要作用。通常流向的同步轉(zhuǎn)折作為斷裂水平錯(cuò)動(dòng)的識(shí)別標(biāo)志。河流跨越活動(dòng)斷裂時(shí),均會(huì)發(fā)生同步水平錯(cuò)動(dòng)。特別地,河流經(jīng)過山前活動(dòng)斷裂時(shí),均會(huì)發(fā)生肘狀彎曲,其肘部突出的方向可指示活動(dòng)斷裂是左旋還是右旋水平錯(cuò)動(dòng)。

2.3.4 谷地同步不對(duì)稱

當(dāng)河流跨過活動(dòng)斷裂時(shí),通常會(huì)引發(fā)同步河流側(cè)蝕作用,造成兩岸谷坡的不對(duì)稱。通??梢愿鶕?jù)兩岸谷坡的陡峭程度判斷活動(dòng)斷裂的水平錯(cuò)動(dòng)方向。

2.3.5 沖—洪積扇形態(tài)變形

通常沖—洪積扇展布的幾何圖形以中軸線為軸而相互對(duì)稱的扇形。受山前活動(dòng)斷裂控制的沖—洪積扇展布的幾何圖形往往為不對(duì)稱圖形。此外,新、老沖—洪積扇的側(cè)疊形式也可以作為斷裂水平錯(cuò)動(dòng)的證據(jù),而新、老沖—洪積扇的側(cè)疊方向則指示斷裂水平錯(cuò)動(dòng)的方向。

3 解譯結(jié)果及活動(dòng)性分析

3.1 解譯結(jié)果

依據(jù)上述活動(dòng)斷裂的遙感解譯標(biāo)志,結(jié)合處理后的Google Earth影像、ASTER GDEM及研究區(qū)三維影像等數(shù)據(jù),對(duì)龍門山斷裂帶北東段主要活動(dòng)斷裂進(jìn)行詳細(xì)的解譯。

3.1.1 平武—青川斷裂(F1)

該斷裂自陜西省勉縣起,向西南進(jìn)入四川省,經(jīng)過青川縣,繼續(xù)向西南延伸至平武縣為止。該斷裂屬于龍門山斷裂帶北東段的后山主干斷裂帶,是巴顏喀拉地塊與龍門山造山帶的邊界,是一條活動(dòng)強(qiáng)烈的右旋走滑斷裂[10]。通過遙感解譯發(fā)現(xiàn),該斷裂各處的解譯標(biāo)志均指示其為右旋走滑斷裂。由于斷裂右旋走滑的剪切作用使在板橋鄉(xiāng)附近的白龍江河段產(chǎn)生收縮效應(yīng)(圖2(a)); 在沙州鎮(zhèn)附近的湖泊呈直線狀展布(圖2(b)); 在青溪縣和青川縣等地的直線狀斷層槽地較明顯(圖2(c)、(d)); 平武縣和青溪縣斷層三角面顯著(圖2(e)、(f)); 在平武縣、青溪縣和青川縣等地均存在明顯的水系位移錯(cuò)動(dòng)(圖2(e)、(f))。上述指示標(biāo)志與活動(dòng)斷裂右旋走滑運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)完全吻合。

(a) 板橋鄉(xiāng)地區(qū)河流折曲(b) 沙州鎮(zhèn)地區(qū)河流折曲(c) 青溪縣地區(qū)線性槽地

圖2-1平武—青川斷裂遙感影像解譯標(biāo)志

Fig.2-1RemotesensingimageinterpretationmarksofthePingwu—Qingchuanactivefaults

(d) 青川縣地區(qū)線性槽地(e) 平武縣地區(qū)斷層三角面(f) 青溪縣地區(qū)斷層三角面

圖2-2平武—青川斷裂遙感影像解譯標(biāo)志

Fig.2-2RemotesensingimageinterpretationmarksofthePingwu—Qingchuanactivefaults

3.1.2 北川—映秀斷裂北東段(F2)

該斷裂總體走向?yàn)镹E—SW,屬于龍門山造山帶的中央主干斷裂帶,斷裂內(nèi)歷史地震遺跡明顯。衛(wèi)星遙感圖像解譯表明該斷裂為右旋走滑斷裂[13-15],在黃家壩村附近存在著數(shù)量眾多且明顯的斷層三角面(圖3(a)); 在曲山鎮(zhèn)、桂溪鄉(xiāng)、平通鎮(zhèn)和南壩鎮(zhèn)等地存在著明顯的水系錯(cuò)動(dòng)(圖3(b)); 水系在斷裂內(nèi)均同時(shí)向東發(fā)生彎曲,連接這些河流彎曲曲率最大點(diǎn)的直線基本上與北川—映秀斷裂一致(圖3(b))。上述指示標(biāo)志與活動(dòng)斷裂右旋走滑運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)完全吻合。

(a) 黃家壩地區(qū)斷層三角面(b) 曲山鎮(zhèn)—南壩鎮(zhèn)一線河流折拐

圖3北川—映秀斷裂遙感影像解譯標(biāo)志

Fig.3RemotesensingimageinterpretationmarksoftheBeichuan—Yingxiuactivefaults

3.1.3 茶壩—林庵寺斷裂(F3)

該斷裂屬于龍門山斷裂帶北東段的中央主干斷裂帶,在柏樹村、陜西省勉縣東南、朝天區(qū)和茶壩等地的衛(wèi)星遙感影像上主要表現(xiàn)為陡崖(圖4(a))、斷層三角面(圖4(b))、斷層槽地和斷層眉脊等構(gòu)造地貌。如在柏樹村該斷裂近EW走向,呈線性陡崖展布(圖4(a)); 在勉縣東南該斷裂為山地與平原的相交界線,呈曲線彎曲延伸,發(fā)育斷層三角面(圖4(b)); 在朝天區(qū)西側(cè),水系經(jīng)過該斷裂時(shí)均發(fā)生水平錯(cuò)動(dòng),連接這些河流拐點(diǎn)的直線與該斷裂重合(圖4(c))。上述指示標(biāo)志與活動(dòng)斷裂右旋走滑運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)完全吻合。

(a) 柏樹村地區(qū)斷層崖(b) 勉縣地區(qū)斷層三角面(c) 朝天區(qū)河流折曲

圖4茶壩—林庵寺斷裂遙感影像解譯標(biāo)志

Fig.4RemotesensingimageinterpretationmarksoftheChaba—Linansiactivefaults

3.1.4 廣元—江油斷裂(F4)

該斷裂位于龍門山構(gòu)造帶北東段山前地區(qū),屬于龍門山造山帶的前山主干斷裂帶,總體走向?yàn)镹E—SW,是揚(yáng)子地塊與龍門山造山帶的分界線北段。遙感影像解譯該斷裂主要為右旋走滑兼逆沖的性質(zhì)[23],在東壩鎮(zhèn)東南側(cè)該斷裂的水平錯(cuò)動(dòng)造成直線狀地層槽地明顯(圖5(a)); 由于斷裂右旋走滑的剪切作用使在廣元市、竹園鎮(zhèn)附近的河段產(chǎn)生收縮效應(yīng)(圖5(b)); 該斷裂在永勝鎮(zhèn)、銅廣鄉(xiāng)的北部是山地與平原的分界線,在遙感影像上可以看出活動(dòng)斷裂發(fā)育的構(gòu)造地貌(斷層三角面)明顯(圖5(c)); 在江油北部可以看到波狀彎曲的線性槽地明顯(圖5(d)); 河流在經(jīng)過該斷裂時(shí),河道明顯發(fā)生了轉(zhuǎn)折(圖5(e)); 受兩大逆沖活動(dòng)斷層的控制,該斷裂帶內(nèi)發(fā)育了3個(gè)小型的斷陷盆地(圖5(f))。上述指示標(biāo)志與活動(dòng)斷裂右旋走滑兼逆沖的性質(zhì)完全吻合。

(a) 東壩鎮(zhèn)地區(qū)線性槽地(b) 竹園鎮(zhèn)地區(qū)河流折曲(c) 銅廣鄉(xiāng)地區(qū)斷層三角面

(d) 江油市地區(qū)線性槽地(e) 江油市地區(qū)河流折拐(f) 武都鎮(zhèn)地區(qū)斷陷盆地

圖5廣元—江油活動(dòng)斷裂的遙感影像解譯標(biāo)志

Fig.5RemotesensingimageinterpretationmarksoftheGuangyuan—Jiangyouactivefaults

根據(jù)遙感解譯結(jié)果,發(fā)現(xiàn)龍門山斷裂帶北東段斷裂極其發(fā)育,其中規(guī)模較大的斷裂主要有平武—青川斷裂、北川—映秀斷裂北東段、茶壩—林庵寺斷裂和廣元—江油斷裂。上述4條主要斷裂的走向大致平行,均呈NE—SW向展布,有較多的NE—SW或NNE—SSW向的小斷裂充填在4大主干斷裂之間。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育了一系列沿?cái)嗔褞д共嫉牡谒募o(jì)盆地,其形態(tài)各異、規(guī)模不一、沉降幅度也有較大的差異。

3.2 主要活動(dòng)斷裂活動(dòng)性分析

形態(tài)各異的構(gòu)造地貌類型往往是由活動(dòng)斷裂的差異性運(yùn)動(dòng)造成,斷裂的活動(dòng)性往往是活動(dòng)斷裂研究的核心。李勇和Densmore等[24-25]通過構(gòu)造地貌的研究計(jì)算了龍門山斷裂帶第四紀(jì)以來的活動(dòng)速率,其中汶川—茂縣斷裂的垂直移動(dòng)速率為0.3~0.8 mm/a,水平移動(dòng)速率為0.8~1.2 mm/a; 北川—映秀斷裂的垂直移動(dòng)速率為0.4 mm/a,水平移動(dòng)速率為0.8~1.3 mm/a; 灌縣—安縣斷裂的垂直移動(dòng)速率為0.3 mm/a,水平移動(dòng)速率為0.7~1.5 mm/a; 賈營(yíng)營(yíng)等[23]根據(jù)涪江上游水系錯(cuò)動(dòng)距離估算出第四紀(jì)以來北川—映秀斷裂和灌縣—安縣斷裂北東段的平均走滑速率分別為1.67 mm/a和1.33 mm/a; 白毛偉等[26]通過宇宙核素成因埋藏年齡測(cè)試技術(shù)及涪江上游水系錯(cuò)動(dòng)距離精確地計(jì)算出江油斷裂第四紀(jì)以來的水平錯(cuò)動(dòng)距離和垂直錯(cuò)動(dòng)距離分別為2.17 mm/a和0.054 mm/a。因此,根據(jù)一系列的地貌標(biāo)志可以評(píng)價(jià)斷裂的活動(dòng)性。例如,通過河道的錯(cuò)動(dòng)距離、斷層崖的高程可以估算出斷裂的水平及垂直錯(cuò)動(dòng)速率; 根據(jù)斷陷湖盆的面積大小、斷層三角面的大小可以評(píng)估斷裂的活動(dòng)性強(qiáng)弱。

3.2.1 活動(dòng)斷裂與錯(cuò)動(dòng)量

斷裂的錯(cuò)動(dòng)受到地震的震源、震級(jí)的控制,而由于斷裂各處巖性各異,河流的錯(cuò)動(dòng)量均受其影響。地震的震源、震級(jí)與斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度呈正相關(guān)性,斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度與斷裂的錯(cuò)動(dòng)量呈正相關(guān)性,則地震的震源、震級(jí)與斷裂的錯(cuò)動(dòng)量呈正相關(guān)關(guān)系?;顒?dòng)斷裂的錯(cuò)動(dòng)分為水平錯(cuò)動(dòng)與垂直錯(cuò)動(dòng),由于受遙感影像及DEM數(shù)據(jù)空間分辨率的限制,活動(dòng)斷裂的活動(dòng)性分析主要是定量評(píng)價(jià)水平錯(cuò)動(dòng)量及定性評(píng)價(jià)垂直錯(cuò)動(dòng)大小。

受遙感影像空間分辨率的限制,遙感解譯結(jié)果中河流較小的水平錯(cuò)動(dòng)基本無法測(cè)量,只有龍門山斷裂帶北東段后山、中央和前山主干斷裂帶內(nèi)的河流水平錯(cuò)動(dòng)明顯。在平武—青川斷裂,3條規(guī)模相近的河流經(jīng)過平武縣、青川縣和沙州鎮(zhèn)時(shí),河流發(fā)生明顯的水平錯(cuò)動(dòng),水平位錯(cuò)距離分別為3.3 km,2.4 km和7.5km左右(圖6(a)—(c))。從總體上看,平武—青川斷裂從南西向北東使河流的水平錯(cuò)動(dòng)量有逐漸增加的趨勢(shì),說明該斷裂的運(yùn)動(dòng)幅度自南西向北東逐漸增強(qiáng)。北川—映秀斷裂北東段的東部、中部和西部有3條規(guī)模相近的河流經(jīng)過,在曲山鎮(zhèn)、徐坪壩和南壩鎮(zhèn)處河道發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)折,說明了該斷裂水平錯(cuò)動(dòng)的性質(zhì)。河流在曲山鎮(zhèn)、徐坪壩和南壩鎮(zhèn)3處的水平錯(cuò)動(dòng)距離分別為8.6 km,5.6 km和3.5 km左右(圖6(d)—(f))。從總體上看,北川—映秀斷裂北東段自南西向北東使河流的水平錯(cuò)動(dòng)量有逐漸減小的趨勢(shì),說明該活動(dòng)斷裂的運(yùn)動(dòng)幅度自南西向北東逐漸減弱。茶壩—林庵寺斷裂經(jīng)過的河流水系除白龍江外規(guī)模均要相對(duì)小一些,白龍江經(jīng)過該斷裂時(shí)在金洞鄉(xiāng)處發(fā)生水平錯(cuò)動(dòng),規(guī)模相對(duì)較小的河流經(jīng)過該斷裂時(shí)分別在羊木鎮(zhèn)、周家坪處發(fā)生明顯水平錯(cuò)動(dòng),3處河流水平錯(cuò)動(dòng)距離分別為1.6 km,2.3 km和2.6 km(圖6(g)—(i))。從總體上看,茶壩—林庵寺斷裂自南西向北東使河流的水平錯(cuò)動(dòng)量有逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì),該斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度自南西向北東逐漸增強(qiáng)。規(guī)模大體相似的河流經(jīng)過廣元—江油斷裂時(shí)在大康鎮(zhèn)、北城鄉(xiāng)和上寺鄉(xiāng)發(fā)生明顯的水平錯(cuò)動(dòng),3處河流水平錯(cuò)動(dòng)距離分別為2.5 km,3.1 km和5.7 km左右(圖6(j)—(l))。從總體上看,廣元—江油斷裂從南西向北東使河流的水平錯(cuò)動(dòng)量逐漸增大,說明該活動(dòng)斷裂的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度有逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。

(a) 平武—青川斷裂帶內(nèi)平武縣附近水系錯(cuò)動(dòng)距離(b) 平武—青川斷裂帶內(nèi)青川縣附近水系錯(cuò)動(dòng)距離(c) 平武—青川斷裂帶內(nèi)沙州鎮(zhèn)附近水系錯(cuò)動(dòng)距離

(d) 北川—映秀斷裂帶內(nèi)曲山鎮(zhèn)附近水系錯(cuò)動(dòng)距離(e) 北川—映秀斷裂帶內(nèi)徐坪壩附近水系錯(cuò)動(dòng)距離(f) 北川—映秀斷裂帶內(nèi)南壩鎮(zhèn)附近水系錯(cuò)動(dòng)距離

(g) 茶壩—林庵寺斷裂帶內(nèi)金洞鄉(xiāng)附近水系錯(cuò)動(dòng)距離(h) 茶壩—林庵寺斷裂帶內(nèi)羊木鎮(zhèn)附近水系錯(cuò)動(dòng)距離(i) 茶壩—林庵寺斷裂帶內(nèi)周家坪附近水系錯(cuò)動(dòng)距離

(j) 廣元—江油斷裂帶內(nèi)大康鎮(zhèn)(k) 廣元—江油斷裂帶內(nèi)北城鄉(xiāng)(l) 廣元—江油斷裂帶內(nèi)上寺鄉(xiāng)

附近水系錯(cuò)動(dòng)距離附近水系錯(cuò)動(dòng)距離附近水系錯(cuò)動(dòng)距離

圖6龍門山北東段主要活動(dòng)斷裂帶內(nèi)水系錯(cuò)動(dòng)距離

Fig.6DrainagedislocationdistanceinmainactivefaultzonealongthenortheasternsegmentoftheLongmenshan

受遙感影像及DEM數(shù)據(jù)空間分辨率的限制,無法實(shí)際測(cè)量各斷裂的垂直錯(cuò)動(dòng)距離。通過三維模擬的方式對(duì)各斷裂發(fā)育的斷層三角面及斷層崖的相對(duì)高度進(jìn)行比較,定性分析各斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度(圖7)。

(a) 平武—青川斷裂內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬(b) 北川—映秀斷裂內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬

圖7-1龍門山北東段主要活動(dòng)斷裂帶內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬

Fig.7-1Trianglesurface3DvisualizationsimulationinmainactivefaultzonealongthenortheasternsegmentoftheLongmenshan

(c) 茶壩—林庵寺斷裂內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬(d) 廣元—江油斷裂內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬

圖7-2龍門山北東段主要活動(dòng)斷裂帶內(nèi)斷層三角面三維可視化模擬

Fig.7-2Trianglesurface3DvisualizationsimulationinmainactivefaultzonealongthenortheasternsegmentoftheLongmenshan

圖7所示影像采用ETM+遙感影像B7(R),B4(G),B3(B)假彩色波段組合,并對(duì)上述斷裂內(nèi)發(fā)育的斷層三角面夸大2倍進(jìn)行三維模擬,平武—青川斷裂與北川—映秀斷裂北東段的斷層三角面的垂直位錯(cuò)要明顯大于茶壩—林庵寺斷裂與廣元—江油斷裂,因此可以判斷平武—青川斷裂與北川—映秀斷裂北東段的活動(dòng)性要比茶壩—林庵寺斷裂與廣元—江油斷裂的活動(dòng)性強(qiáng)。

3.2.2 活動(dòng)斷裂與盆地

第四紀(jì)盆地的發(fā)育程度與斷裂活動(dòng)性強(qiáng)弱呈正相關(guān)性,盆地的形態(tài)、規(guī)模和沉降幅度是評(píng)價(jià)斷裂活動(dòng)性的重要指標(biāo)。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育了一系列基本沿?cái)嗔逊植嫉牡谒募o(jì)盆地,呈串珠狀分布,盆地的長(zhǎng)軸方向與斷裂的走向相符。其中,沿平武—青川斷裂分布的發(fā)育較為成熟的盆地約13個(gè),規(guī)模較大的有平武盆地、玉溪盆地及青川盆地,盆地沉降幅度大; 沿北川—映秀斷裂北東段分布的發(fā)育較為成熟的盆地大約有6個(gè),規(guī)模均較小,但盆地的沉降幅度大; 沿茶壩—林庵寺斷裂分布的發(fā)育較為成熟的盆地約有4個(gè),規(guī)模較小,且沉降幅度??; 沿廣元—江油斷裂分布的盆地大約有10個(gè),發(fā)育規(guī)模較大,沉降幅度也較大,上述沿?cái)嗔逊植嫉呐璧匦螒B(tài)呈四邊形或“月牙形”(圖8)。

圖8 龍門山北東段活動(dòng)斷層解譯結(jié)果與盆地位置(ETM+ B7(R),B4(G),B3(B)假彩色波段組合)Fig.8 Interpretation results of active faults and basin locations in the northeastern segment of the Longmenshan

盆地的長(zhǎng)軸越長(zhǎng),則主控盆地發(fā)育的斷裂的水平錯(cuò)動(dòng)性就越強(qiáng); 盆地的沉降幅度越深,則主控盆地發(fā)育的斷裂的垂直錯(cuò)動(dòng)性就越強(qiáng)。由平武—青川斷裂、北川—映秀斷裂北東段、茶壩—林庵寺斷裂和廣元—江油斷裂控制發(fā)育的盆地,無論是盆地?cái)?shù)量,還是盆地的規(guī)模均比其他斷裂大,說明這4條斷裂的活動(dòng)性最為強(qiáng)烈。

3.2.3 活動(dòng)斷裂與歷史地震

斷裂帶的活動(dòng)強(qiáng)度控制著地震震級(jí)的大小,且活動(dòng)斷裂的展布與地震的帶狀分布呈一致相關(guān)性。自1900年以來研究區(qū)地震震級(jí)Ms在[4.0,5.0)范圍內(nèi)累計(jì)出現(xiàn)了241次; 地震震級(jí)Ms在[5.0,6.0)范圍內(nèi)累計(jì)出現(xiàn)了25次; 地震震級(jí)在Ms≥6.0范圍內(nèi)累計(jì)出現(xiàn)了5次。區(qū)內(nèi)地震沿主要斷裂帶分布,帶狀分布明顯,地震活動(dòng)貫穿整條斷裂帶(圖9)。

圖9 龍門山北東段活動(dòng)斷裂與地震空間展布的一致性(ETM+ B7(R),B4(G),B3(B)假彩色波段組合)Fig.9 Consistency of active faults and earthquake spatial distribution along the northeastern segment of the Longmenshan

4級(jí)內(nèi)小地震沿平武—青川斷裂、北川—映秀斷裂北東段及茶壩—林庵寺斷裂呈串珠狀密集分布。研究區(qū)內(nèi)分布在從西北的平武—青川斷裂帶、北川—映秀斷裂帶北東段、茶壩—林庵寺斷裂帶至東南的廣元—江油斷裂帶上的地震累計(jì)出現(xiàn)次數(shù)呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),5級(jí)和6級(jí)強(qiáng)地震數(shù)目也逐漸減少。說明研究區(qū)內(nèi),第四紀(jì)以來,平武—青川斷裂帶的活動(dòng)性最強(qiáng),向南東斷裂帶的活動(dòng)性減弱,廣元—江油斷裂帶的活動(dòng)性最弱。

3.2.4 斷裂與地形起伏度

斷裂的現(xiàn)代活動(dòng)必將導(dǎo)致斷裂兩側(cè)斷塊的垂直差異運(yùn)動(dòng)。斷裂活動(dòng)越強(qiáng)烈,其兩側(cè)的斷塊落差越大。地形起伏度是指在某一研究區(qū)域內(nèi),所有柵格單元的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)高程的差值,是描述地表單元地勢(shì)的起伏復(fù)雜程度和某一研究域內(nèi)地形變化的宏觀指標(biāo)[27-28]。其表達(dá)式為

R=Hmax-Hmin,

(1)

式中:R表示最大地形起伏度;Hmax與Hmin分別表示分析窗口內(nèi)最大與最小高程值。以i×i(i=1,2,…,n)矩形柵格作為分析窗口,以1×1作為起始窗口,到17×17分析窗口終止,計(jì)算最大地形起伏度(表1)。

表1 窗口邊長(zhǎng)與最大地形起伏度關(guān)系Tab.1 Relationship between the side length of window and the maximum degree of topographic relief

將表1中邊長(zhǎng)值與最大地形起伏度值進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,獲得曲線如圖10所示,發(fā)現(xiàn)當(dāng)分析窗口為5×5時(shí)產(chǎn)生“拐點(diǎn)”。

圖10 地形起伏度曲線Fig.10 Relife curve of land surface

因此,利用ArcGIS10.1軟件中的鄰域分析功能,采用5×5的分析窗口,對(duì)龍門山北東段的ASTER DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理,獲得研究區(qū)柵格單元的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)高程值; 利用ArcGIS10.1軟件中的柵格計(jì)算功能,獲得研究區(qū)的最大地形起伏度如圖11所示。

圖11 龍門山北東段地形起伏度Fig.11 Topographic relief extent of land surface in the northeastern segment of the Longmenshan

從圖11中可以看出,平武—青川斷裂兩側(cè)的斷塊高程差異最為明顯,地形起伏度最大; 北川—映秀斷裂北東段及茶壩—林庵寺斷裂兩側(cè)斷塊高程差異次之; 廣元—江油斷裂兩側(cè)斷塊的高程差異最小,地形起伏度明顯降低,說明平武—青川斷裂帶的活動(dòng)性最強(qiáng)、北川—映秀斷裂帶北東段及茶壩—林庵寺斷裂帶的活動(dòng)性次之,廣元—江油斷裂帶的活動(dòng)性最弱。

4 結(jié)論

遙感影像解譯結(jié)果顯示,研究區(qū)內(nèi)斷裂活動(dòng)發(fā)育了典型的構(gòu)造地貌,例如錯(cuò)斷水系、走滑盆地、斷層崖或斷層三角面等; 活動(dòng)斷裂數(shù)目眾多,主要有平武—青川斷裂、北川—映秀斷裂北東段、茶壩—林庵寺斷裂和廣元—江油斷裂等4條大型活動(dòng)斷裂; 總體上,活動(dòng)斷裂之間在空間展布上大致平行。通過水系錯(cuò)動(dòng)距離、斷層崖或斷層三角面的相對(duì)高差、走滑盆地的長(zhǎng)寬比值、地震展布及震級(jí)以及地形起伏度等研究表明,研究區(qū)內(nèi)4條主要活動(dòng)斷裂的活動(dòng)性是北西側(cè)強(qiáng)、南東側(cè)弱,由北西向南東遞減。

解譯分析結(jié)果與陳立春等[29]野外研究的結(jié)果一致; 對(duì)龍門山北東段主要活動(dòng)斷裂活動(dòng)性的研究結(jié)果與路靜等[10]的研究結(jié)果一致,并且彌補(bǔ)了龍門山北東段主要活動(dòng)斷裂構(gòu)造地貌錯(cuò)動(dòng)距離厘定的空白現(xiàn)狀。但是,本文沒有對(duì)構(gòu)造地貌的形成年代進(jìn)行精確的測(cè)年,從而無法精確計(jì)算活動(dòng)斷裂的活動(dòng)速率,這將是今后研究的方向。

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