李凯 李家存 马晓雪 李潇

摘 要：利用遥感技术的直观性、时效性、受研究区野外条件限制少及多源遥感数据丰富的信息表现等特点，将很好的改善活动断裂地表调查受限于研究区域野外条件的局面。文章综合选取中等分辨率遥感影像Landsat 7 ETM+，国产高分辨率遥感影像GF-2、ZY-3，以及基于资源三号立体像对提取的数字表面模型（DSM）和无人机航拍获取的DSM等资料，根据多源遥感数据的特点，系统总结了小江地区活动断裂的遥感影像标志，结合前人研究成果及地表调查，宏观与微观结合，对小江断裂带的几何展布与活动性特征进行了详细分析与研究。研究结果表明：（1）通过遥感手段，活动断裂特征提取效果好，确定了小江断裂带的几何展布特征，根据影像特征，分析得出小江断裂带是以左旋走滑运动为主的大型断裂带，并将小江断裂带分为3段：巧家断裂，嵩明-通海断裂带（小江断裂带西支），东川-建水断裂带（小江断裂带东支）。（2）通过对小江断裂带影像特征分析初步将小江断裂带按断层活动性分为强、中、弱3个级别，总体上，小江断裂带活动性从北到南逐渐减弱。

关键词：活动断裂;多源遥感数据;数字表面模型;小江断裂带;活动性

Abstract： Using the characteristics of the remote sensing technology， such as intuitiveness， timeliness， limitation from the field conditions of the study area and rich information performance of multi-source remote sensing data， it will improve the situation that the active fault surface investigation is limited by the field conditions of the study area. This paper synthetically selects Landsat 7， a medium resolution remote sensing image ETM +， domestic high-resolution remote sensing images GF-2 and ZY-3， digital surface model （DSM） based on stereo image pair of resource 3 and DSM obtained by UAV aerial photography， etc.， according to the characteristics of multi-source remote sensing data， this paper systematically summarizes the remote sensing image signs of active faults in Xiaojiang area， and combines the previous research results and surface survey， macro and micro to Xiaojiang Fault Zone. The geometric distribution and activity characteristics of the model are analyzed and studied in detail. The results show that： （1） through remote sensing， the active fault extraction effect is good， and the geometric distribution feature of Xiaojiang Fault Zone is determined. According to the image feature， the Xiaojiang Fault Zone is a large-scale fault zone dominated by left-handed strike slip movement， and it is divided into three segments： Qiaojia fault， Songming-Tonghai fault zone （the west branch of Xiaojiang Fault Zone）， Dongchuan-Jianshui fault zone （east branch of Xiaojiang Fault Zone）. （2） Based on the analysis of the image characteristics of Xiaojiang Fault Zone， it is preliminarily divided into three levels according to the fault activity： the strong， medium and weak. On the whole， the activity of Xiaojiang Fault Zone gradually weakens from north to south.

Keywords： Active fault; Multi-source remote sensing data; Digital surface model; Xiaojiang fault; activity

0 引言

隨着世界各国航空航天技术的迅猛发展，遥感技术在20世纪50年代以后得到了急速发展，以其独特的优势为地学研究提供了新思路。20世纪七、八十年代，Molnar和Tappinnier开创性地利用Landsat MSS卫星影像研究了东亚周边地区（Molnar et al.，1975），尤其是“世界屋脊”青藏高原的主要活动断裂特征，提出了著名的“大陆逃逸”动力学假说，成为应用遥感影像研究活动断裂的奠基人。进入21世纪，活动断裂的遥感研究进入“多源化”时代，从单一平台到多元化平台，从单一传感器到多类型传感器，从低分辨率低精度到高分辨率高精度，丰富的遥感信息极大地提高了活动断裂遥感解译可行性，活动断裂遥感解译逐步发展成为一种成熟的活动断裂的特征提取方法。多源遥感数据不仅能从宏观上客观地反映活动断裂几何展布情况，而且高分辨率遥感产品的出现为活动断裂细部研究提供了便捷可靠的手段。活动断裂的遥感研究从根本上改善了以往常规活动断裂调查方法受限于研究区域地形、气候及个人主观意识等因素的局面，从宏观到微观研究断裂的活动特征和演化规律，并协助确定断裂关键段落的活动幅度或位移量，深化活动断裂的研究，显著提高活动断裂地面调查的效率，为综合分析断裂带的几何学与运动学特征提供重要依据和参考。

1 区域概况

广义的小江断裂带被认为是近南北走向以左旋走滑运动为特征的普渡河-玉溪断裂带、狭义的小江断裂带和曲靖断裂带以及其间夹杂的北东向右旋走滑断裂在内的断裂系统。狭义的小江断裂带主要是指其中位于巧家至红河断裂带之间、第四纪期间活动性最为显著的活动断裂。该断裂带区域上主要顺扬子准地台西南部川滇台背斜与滇东台褶带两个二级大地构造单元之间的边界分布，是西南地区第四纪活动性十分强烈的大型左旋走滑断裂带且历史上强震频发，新构造期间一直被作为川滇菱形活动块体东侧的主边界断裂之一（吴中海等，2014）。小江断裂带主体位于云南省境内，是人口和重大工程的聚集区，也是云南地区历史上发生5.0级及以上地震活动数量最多的断裂带，属于云南地区最显著的强震控震构造带。据历史记载（中国地震局，2019），沿该断裂带曾先后发生包括1500年宜良7.0级地震、1713年寻甸6.8级地震、1725年宜良6.8级地震、1733年东川7.8级地震、1789年华宁7.0级地震和1833年嵩明8.0级地震等震级≥6.8的强震事件。其中嵩明8级大地震是云南地区历史上记载的最大震级地震。因此，可以说小江断裂带是云南地区历史上强震活动性最显著的发震构造带。研究小江断裂带活动性质，对小江地区人类活动和重大工程选址有重要的意义。

2 多源遥感影像准备与处理

2.1 数据源

不同数据源各有优势（表1）。Landsat7 ETM+影像具有多个不同波段的传感器，信息量丰富，不同波段组合分析可以有效增强图像信息特征，有较好的地表特征宏观表现;国产卫星GF-2以及ZY-3影像具备极高的分辨率，可以提高局部微地貌的研究精度。ZY-3三线阵影像提取的DSM和无人机影像提取的DSM精度高，可以有效识别断裂错断地貌构造。考虑到气候与植被对影像特征提取的影响，应选取植被较少，天气晴朗时期获取的影像数据。

2.2 数据处理

对Landsat ETM+、GF-2 PMS、ZY302-TMS进行几何校正、假彩色合成以及图像融合等图像处理，增强活动断裂在遥感影像上的表现特征;以资源三号卫星三线阵CCD相机立体像对进行特征提取、特征匹配之后，基于影像附带的RPC文件，求得所有像元三维坐标，生成较高分辨率的数字表面模型（DSM），无人机影像使用PhotoScan软件对无人机影像进行处理获取数字表面模型提取DSM，协助活动断裂遥感解译。通过以上手段获取的遥感影像和DSM，包括中等分辨率和高分辨率的影像，能够从宏观到微观提取活动断裂的影像特征（图1）。

3 小江断裂带主要遥感标志

活动断裂是现今仍在活动或近代地质时期曾有过活动，将来还可能重新活动的断裂，由于断裂的活动往往会显著影响或控制现今地貌的发育和演化，而不同性质活动断层形成的构造地貌又往往具有不同的表现形式，一般来说，往往时代愈新的活动断裂，活动性愈强，其地质-地貌活动性证据也愈完整（吴中海等，2014;高维明等，1993;邓起东等，2008;马晓雪等，2016;李家存等，2014;李凯等，2016;谢广林等，1982）。走滑断层以水平错动为主，当错动第四纪地质-地貌面如山脊、阶地、冲洪积扇时，常导致水系与冲洪积扇发生定向迁移，形成水系偏转现象。活动正断层切割第四纪或晚第四纪地貌面可导致地貌面高度发生梯次规律性变化，常形成阶梯状的断层崖（吴中海等，2004）。活动逆断层切割错动地貌面，常导致地貌面延断裂带发生梯次抬升。所以构造地貌是识别活动断裂的主要标志（李裕彻，1981）。遥感影像不仅直观地表现活动断裂的构造形态，同时又宏观地反映断裂活动性等特征。活动断裂的遥感影像标志主要有色调、地层、地貌、水系等，表现在地貌上主要有：断层三角面、水系错动、冲沟错动、盆地等（李凯等，2016），小江断裂带的遥感标志可以归为两类：线性标志和水平错动标志。

3.1 线性标志

活动断裂通常在遥感影像上表现出线性特征，尤其是规模较大，活动较活跃的断裂。因为断裂活动可以造成断裂的电磁辐射反映与其两侧的地质体或地貌形成较大的差异，在遥感影像上可以清晰的显示。如小江断裂带巧家段（图2），在ETM+741合成的影像上，线性特征非常清晰，可以一目了然地识别它，给活动断裂宏观特征解译提供了较好的影像證据，但是受影像分辨率限制，活动断裂局部特征在影像上表现不佳。国产高分辨率GF-2 432合成影像较ETM+741合成影像分辨率高，在线性特征影像局部，小江河谷线性笔直，反映了巧家断裂强烈的活动性，且断层两侧的构造地貌特征反映良好。两类影像在色调、纹理等图像特征上表现不同，表达信息不同，信息丰富度不同，可以很好地优势互补，从微观到宏观对活动断裂的特征进行解译，从而更详细地了解断裂的性质。

不同地质体与地貌体一般具有不同色调与形态， 而当它们的分界线呈现一定线性图形时，都可能受活动断裂控制，往往成为活动断裂的遥感标志。如东川断裂寻甸县城段，东川断裂构成了寻甸盆地的边界，长条状寻甸盆地显然是受到断裂活动控制，形成的走滑拉分盆地，断裂在ETM+（图3a）和GF-2（图3b）遥感影像上都表现出线性特征，断裂两侧色调呈现明显差异，在GF-2影像上，盆地边界局部的线性特征也表现笔直，根据ETM+741合成影像可较好的反映地层含水量的特征，影像上深蓝色区域可能是断裂活动造成的第四纪沉积物、地下水储量和埋深分布以及植被等差异导致。

断裂活动往往可以留下一系列活动特征点的线状分布，如湖泊、盆地等负地形的线状分布、温泉和火山口的线状排列和河流同步拐弯点的连接线等等，这些特征点沿断裂分布一般都是断裂错动形成的。在小江断裂带南段，宏观上，线性影像特征明显没有北段突出，但是沿断裂发育了一系列湖泊盆地等负地形，在ETM+741波段合成的影像上，一系列负地形地貌的连线构成线性特征（图4），可以作为解译活动断裂的佐证。

3.2 水平标志

活动断裂水平方向上的走滑运动往往引起断裂两侧地层和地貌水平方向上的扭动，在地貌上主要表现为两侧地貌的错动形变，如地层错动、河流同步转折、冲沟错动等。如宏观上，ETM+741波段合成影像上可以发现，河流在影像上表现出细长型深蓝色线条，金沙江随小江断裂带巧家断裂走滑运动偏转，偏转量达到63km左右（图5a）;细部特征发现，蒙姑乡冲沟随断裂走滑错动约170～180m，冲沟形态呈现左向偏转，在GF-2上表现出良好，代表了巧家斷裂左旋走滑的运动性质。通过量测构造地貌错动量，可以作为断裂活动性判断的标志（图5b），一般来说，错动量与断裂活动性呈正相关关系，错动量越大，其断裂活动性越大。在沿嵩明-通海断裂带的局部构造地貌解译证据中，以ZY-03数据生成的DSM为例，最典型的是沿断裂发育的菱形状乌龙盆地（图5c）和巧家线性槽地（图5d），在乌龙盆地中发育有被断裂左旋错动的冲积扇，皆指示了该断裂带显著的左旋走滑特征。

4 解译结果

4.1 巧家断裂

巧家断裂整体呈N165° E走向，在遥感影像上形迹较为单一且连续性好，总长约80km。其在ETM+遥感图像中表现出如刀切般的笔直线性影像，顺金沙江和小江河谷发育线性沟谷地貌，在线性沟谷中可见断层错动冲洪积扇体、河流阶地和基岩山咀等形成的挡水凸起、断槽和水系左旋错动或偏转等现象，在蒙姑乡、豆腐沟、补位村及新田坝等地，存在有表现为一致“S”型的左向扭动的冲沟（图6b-e），这些冲沟沿断裂呈线性分布，指示这些地区的冲沟受左旋走滑断裂活动沿断层产生明显错动。在补位村实地验证的结果也显示该断裂左旋走滑的特征（图7）。

4.2 嵩明-通海断裂带

嵩明-通海断裂带整体为N8°E走向，北段线性显著单一，南段分散为多条分支断裂，从云南昆明市东川区东北部小江河谷西侧的新田坝村向南顺小清河延至半坡村，再过乌龙盆地、苍溪盆地和清水海，并穿过嵩明盆地、阳宗海盆地、抚仙湖盆地和江川盆地、通海盆地和曲江盆地西侧，全长约270km。根据遥感解译断裂的几何展布与接触情况，可将该断裂带初步分为4条呈左阶斜列的主干断层：嵩明断裂、澄江断裂、路居断裂和里山断裂，在4条断裂的斜接部位发育了阳宗海、抚仙湖和杞麓湖共3个近南北向的左旋走滑拉分盆地。另在该断裂带的邻侧和尾端部分还包含了2条分支断裂，从北向南分别为草甸断裂和江川断裂，沿着断裂分别发育有草甸海盆地和江川盆地（图8）。嵩明断裂整体上线性显著，最宏观的构造地貌特征遥感证据为沿断裂走向发育的至少6个较为显著但规模不等、呈菱形和狭长状长条形的走滑拉分谷地或盆地。其中，在长轴约7.5km的乌龙盆地，DSM影像上显示在安秧村发育了长近800m，宽近200m的断层槽地（图9a）。在苍溪盆地有断层错断冲积扇发育有断层槽地，高差达30m（图9b）。在水马田、大平地村等地有明显的左旋冲沟错动（图9c、图9d）。

4.3 东川-建水断裂带

东川-建水断裂带整体上呈近南北走向，向南帚状分布。全长约336km（图10）。其中东川至寻甸段为结构相对简单的东川断裂，在阿旺镇以北，断层呈N160°E走向，长约46km，从阿旺镇向南，断层转为近南北走向，长约112km，其中在长轴约6.5km的功山盆地附近发育了一系列冲沟被左旋错动的现象，尤其是在石板桥附近，3条相距很近的冲沟沿断裂同步错动，而且错动量相近，分别为800m，800m，600m（图11a）。寻甸至宜良间紧密相邻、平行分布的东、西两条次级断裂，西支称为宜良断裂，呈近南北走向，长约84km。东支称为贾龙河断裂，近南北在葡萄村附近与西支断裂相并，长约76km。贾龙河断裂与东川断裂在宜良盆地西南侧合并，过通红甸等地向南延伸至盘溪镇与盘溪断裂合并，称为通红甸断裂，断裂呈近南北走向，全长约70km。从寻甸盆地东南部山区经宜良盆地东部、盘溪至华溪镇东部段落可称为盘溪断裂，整体呈近南北走向，全长约140km。局部典型的构造地貌证据线性排列同步偏转的冲沟（图12b-d）。从华宁县北部的革勒村一带向南至建水县南庄镇一带的段落包含了东、西两支紧密相邻、平行分布的次级断裂（分别为华宁东支断裂和华宁西支断裂），整体呈近南北走向，全长约65km。其在革勒至小寨间包含了紧密相邻且平行分布的东、西两条分支断裂，东、西两支断裂在建水县小寨村附近发生合并，并向南延伸到建水北部，延伸的部分称为东山坝断裂，呈近南北走向，全长约50km。从建水县的坝埂脚一带向南至乌梅-牛滚塘段落是东川-建水断裂东支盘溪断裂的向南断续延伸部分，也是该断裂带的最南段，称为新寨断裂，新寨断裂呈N18°E走向，全长约65km。以上断裂局部左旋走滑特征不明显，活动性较弱。

通过对小江断裂带详细的解译，取多源遥感影像之长处，相互弥补，之后选择关键地点进行地表调查。从熟悉地区入手，由简及难，摸清各特征要素之间的关系，先得到宏观特征及地貌上证据，然后逐步分析，综合地面调查与地质资料（图12）准确得出小江断裂带整体几何展布及分段性特征。

4.4 小江断裂带活动性分级

通过断裂规模、错动量（表2）对比、典型地貌特征、活动断裂影像线性显著程度、盆地受断裂影响程度等综合分析，可将小江断裂带按活动性强弱初步分为强、中、弱3类（表3）。

巧家断裂带的断层活动影像特征中，除了宏观上醒目的线性影像特征外，沿巧家断层依次发育有一系列典型的可量测的左旋走滑活动标志。其中，巧家断裂上最显著的走滑活动标志是巧家拉分盆地，及金沙江跨断裂发生近63km的左旋偏转，都揭示了巧家断裂是左旋走滑运动强烈的断裂。对比解译得出的偏转量，金沙江63km是小江断裂带错动地貌最大位移量。因此定义巧家断裂为活动性等级为强。通过横向对比来确定其他断裂的活动性。

通过统计小江断裂带典型错断地貌错动量可以发现：嵩明断裂和东川断裂的影像特征线性显著且单一，而且规模较大，局部左旋错断地貌特征显著，其中分别发育了长轴7km左右的菱形第四纪拉分盆地（乌龙盆地、苍溪盆地、功山盆地），活动性强;

小江断裂带中段，断裂空间展布渐复杂，线性程度较北段差，宏观上的特征指示活动性较弱于北段，澄江断裂、草甸断裂、宜良断裂和贾龙河断裂小规模冲沟错动量大致相近，大部分在200m左右，且其最大错动量都在2～3km左右，处于同一量级，一定程度上也可以代表其活动性相近的特点;中段断裂规模与线性程度北段差，综合对比，活动性中。

小江斷裂带南段，华宁断裂、路居断裂、东山坝断裂等，虽然线性影像特征清晰，但是局部左旋走滑特征不明显，且断裂规模小于中北段断裂，活动性弱。

4.5小江断裂带活动特征与盆地的关系

在小江断裂带区域发育了许多盆地，盆地沿断层展布，断层构成了盆地边界，揭示了盆地的发育受小江断裂带活动影响的特点，且随着小江断裂带几何展布及活动特征向南逐步复杂化（图13），盆地的数量逐步增多，或斜列，或呈线性分布，且盆地的形状特征也发生变化。可以将盆地分为以下两类：

（1）小江断裂带北段，盆地发育受小江断裂带显著影响，基本上都是狭长型的第四纪盆地，且随单一断裂走向呈线性分布，不仅发育有大型菱形走滑拉分盆地，如巧家盆地，寻甸盆地;而且局部也发育了一些槽地和谷地。

（2）小江断裂带嵩明以南，断裂空间展布复杂，分支断裂较多，盆地发育受南段复杂的活动特征影响，数量增多，随断裂走向左阶斜列，形态较北段复杂。

5 结论

利用中分辨率的Landsat ETM+影像、高分辨率的GF-2 PMS影像、基于资源三号立体像对提取的高分辨率数字表面模型（DSM）、以及无人机影像提取的超高分辨率DSM，经过图像处理，突出活动断裂遥感解译标志，系统地建立了适用于小江断裂带的活动断裂遥感解译标志，多源遥感影像相互配合，提高断层解译准确性，同时结合实地验证，重点提取了小江断裂带3条主干断裂带（巧家断裂，嵩明-通海断裂，东川-建水断裂）几何展布与活动性特征，综合分析断裂带多源遥感影像的线性特征及各种错断地质-地貌体现象，结合地质资料，对小江断裂带活动性进行了系统总结与分级，小江断裂带活动特征以左旋走滑为主，分为强、中、弱3个级别，总体上，小江断裂带活动性从北到南逐渐减弱。

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