正在发育的冲积扇面上记录的构造地貌信息常破坏严重。为提高残余构造地貌信息与后期改造地貌的辨识度, 我们在数据采集过程中将重点部位照片覆盖率提高到9个以上; 为排除扇面坡度角不规则对研究区坡度数据的影响, 将垂直陡坎方向的采集宽度延伸至约300m; 并增加了周缘控制点个数, 以防止数据整体扭曲变形(图2)。

图2

Fig. 2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 数据采集区相机位置、 控制点位置、 照片覆盖率及DOM与DEM图Fig. 2 Camera locations, GCP locations and image overlap, DOM and DEM image of the study area.

图3

Fig. 3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 研究区等高线图(a)、 坡度图(b)与阴影图(c)Fig. 3 Contour map, hillshade map and slope map of the study area.

研究区内共拍摄有效航空照片364张, 平均飞行高度约80m, 同时在扇体上利用差分GPS共测得10个有效的地面控制点(GCP)。结合无人机航片和地面控制点, 利用photoscan软件生成的研究区正射影像数据(DOM)和DEM数据如图2所示。

高精度的DEM数据是本文的研究基础。DEM数据的整体扭曲会导致坡度偏差从而影响剖面线的可靠性; 地表起伏处的高程误差则可引起陡坎形态失真, 影响定量数据的准确性。数据分辨率大小依研究目的而定, 太高会包含大量噪点, 过低则会遗漏残余构造信息。前人已对SFM DEM的数据精度做过多次评估(Johnson et al., 2014; Uysal et al., 2015), 证实其可以满足活动构造地貌研究的需要。

本文研究区内采集的SFM DEM数据, 所选10个地面控制点(GCP)的平均高程误差为0.14m, 数据分辨率为0.12m/pix。此数据精度和分辨率完全可以表现出冲积扇面的真实地貌特征, 达到在复杂的扇面上提取特定构造地貌信息的要求。

我们将庞大的DEM数据处理成等高线图、 坡向图、 坡度图、 阴影图以及各种图像处理图件。

显然, 本文研究区域位于正在发育过程中的冲积扇面之上, 由于构造活动和不均匀地貌侵蚀的影响, 该地区地貌形态微细复杂, 各种微细地貌单元极其发育且与残余构造地貌相互作用, 影像分析难以识别断层陡坎, 但DEM数据处理得到的扇面关键部位的0.5m等高线图(图3a)、 坡度图(图3b)和阴影图(图3c)揭示了异常的存在。依据0.5m等高线图和坡度图, 可以定性地识别出3处地形异常区。陡坎1处为所选探槽开挖地点, 探槽揭示此处地形异常确为逆冲断层陡坎; 陡坎2处的地貌地形突变疑似为陡坎1的延伸残余部分, 而陡坎3是否为构造活动引起以及其变形量的大小难以确定。研究区的其他部分, 从DEM所成图件中均无法直接辨别其是否经历了构造活动。

因此, 我们对以上3处异常陡坎所在区域及其邻区进行了高程、 坡度等数据提取, 并按照各处的地表剥蚀程度(图3c), 对研究区进行了次级分区, 结合所开挖的探槽数据, 力求明确各次级地貌面是否保留了(残余)逆冲断层陡坎或其遗迹, 并得到相应的垂直隆升量。

基于DEM的条带剖面提取方法作为1种有力的地貌定量处理方法, 近年来被广泛应用(张会平等, 2006; 李勇等, 2006; 赵尚民等, 2009; 邹斌文等, 2011)。为了充分表现发育中冲积扇微地貌的高程、 坡度等地貌参数的变化, 有效剔除非构造因素对地形地貌的影响, 本文借鉴条带剖面提取法的思路, 选定构造地貌环境相似地段构建研究区, 在区内等间距提取剖面线并对其高程等信息进行叠覆或罗列。

图4

Fig. 4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 研究区分区图Fig. 4 Determination of study zones.

我们依据DEM阴影图(图3c), 将研究扇面根据地表现今水流及地表剥蚀破坏程度分为3种次级地貌类型: 即面流型、 辫状沟槽型以及深切沟槽型(图4), 并依各次级地貌类型特点对1-7区进行了逐个研究。

面流型次级地貌面包含1区和4-7区, 为较早期的扇体活动区域, 沉积物年龄较老, 地表无明显沟槽, 水流均匀顺扇面流下, 剥蚀及堆积作用较弱, 有利于陡坎的保留; 辫状沟槽型次级地貌面(3区)为扇体最新活动区域, 沉积物年龄最新, 是现今水流最为活跃和复杂的区域, 陡坎在此区域难以保存; 深切沟槽型次级地貌面(2区)内分布有较大冲沟, 季节性冲洪积物随冲沟流动, 对整个分区的剥蚀作用有限, 可能含有陡坎残余。

1区位于冲积扇面外侧较老高台地前缘, 主要受面流侵蚀作用。剖面集与坡度数据(图5a, c)均显示区内20~45m之间坡度明显增大, 受冲积扇侧蚀影响最大坡折点位置在靠近扇面一侧逐渐向坡上迁移, 与无人机影像一致。2区位于扇体边缘深切沟槽区, 区内中间部分留存了疑似残余断层陡坎。剖面集数据(图5b)可见在46~62m间存在剖面集束会聚, 疑似为陡坎侵蚀后退残余。

图5

Fig. 5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 Z-1与Z-2区剖面集及Z-1区坡度曲线 a Z-1区剖面集; b Z-2区剖面集; c Z-1区剖面坡度集Fig. 5 Topographic profiles and slope curves extracted from Zone Z-1 and Z-2.

横跨1, 2区的顺陡坎剖面集(图6a, b)显示, 2区后缘陡坎残余部分与1区陡坎基本位于同一高程, 而前缘受冲沟影响剥蚀殆尽。配合实地调查与无人机影像分析, 综合考虑剖面图与坡度图, 认为1区内最大坡折处确为逆冲断层陡坎, 这得到了区内探槽结果的支持(图6c); 2区原为1区在扇体内部的延伸, 后被冲沟剥蚀破坏, 现今只在中间部分残存了部分的垂直隆起特征。探槽研究显示坡面垂直隆升量约为2.5m(吴富峣, 2016)。

图6

Fig. 6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 横向剖面线位置(a)、 横向剖面集(b)与红山农场探槽解译图(c)Fig. 6 Measuring sites at Zone Z-1 and Z-2(a); Topographic profiles extracted parallel to the fault traces from Zone Z-1 and Z-2(b); Map and its interpretation of the trench at Hongshan Farm, Zone Z-1(c).

图7

Fig. 7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 Z-3区剖面集(a)与Z-4区剖面集(b)Fig. 7 Topographic profiles extracted from Zone Z-3(a); Topographic profiles extracted from Zone Z-4(b).

图8

Fig. 8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 Z-5区剖面集与剖面分析Fig. 8 Topographic profiles extracted from Zone Z-5 and the corresponding analyses.

3区位于冲洪积扇辫状沟槽区, 剖面集并未发现坡度异常, 而其紧邻的4区内相同密度的剖面集则反映出了明显的坡面垂向隆起特征(图7)。4区中断层上盘逆冲凸起, 在175~230m间存在剖面线会聚, 拟合后发现剖面的垂直变形量约为2.5m。在影像和高精度DEM无法直接观测出构造残余的情况下, 剖面集的坡折变化指示了构造变形的位置, 因此该地貌面的确经历了最新活动构造, 且原始断层陡坎应位于剖面坡度变化区间内。

5区位于扇面中部面流区, 区内存在疑似陡坎(图3), 提取的均匀剖面集束(图8)显示在40~80m 之间坡面存在明显变化, 且两侧坡度基本一致, 剖面拟合结果显示扇体表面的平均垂直抬升量为2.4m。这与4 区坡面拟合结果基本一致。

第6, 7分区位于扇体右侧, 其地貌特征受到扇体原始形态和现今构造活动的变形叠加, 可能不表现出明显的构造响应, 且这些区域位于冲积扇现今活跃带, 侵蚀与堆积作用最为强烈, 野外调查未能发现陡坎迹象。

总之, 通过对正在发育过程中的大型冲洪积地貌面按照不同地貌面进行次级分区, 并对不同时期的小型冲堆积地貌面进行单独的数据提取分析, 我们确定了各个分区内活动断层的地表变形特征以及部分坡面垂直变形量信息(图9)。

图9

Fig. 9

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图9 分析解译成果图Fig. 9 Interpretation of geomorphic and tectonic features.