1、收稿日期 :2002-06-01; 修訂日期 :2002-06-20基金項(xiàng)目 :國(guó)土資源部 1B 25萬定結(jié)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目 (200013000145(, , 斷裂構(gòu)造的遙感研究方法綜述隋 志 龍 1, 李 德 威 1, 黃 春 霞2(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 , 湖北 武漢 430074; 2. 北方交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院 , 北京 100044摘要 :斷裂構(gòu)造是一種基本的構(gòu)造型式。斷裂構(gòu)造遙 感研究是 高新探 測(cè)技術(shù) 與地球 科學(xué)的 有機(jī)結(jié) 合 , 是 斷裂構(gòu) 造 常規(guī)研究方法 的有益補(bǔ)充和向縱深拓展的必然趨勢(shì)。該 文從總 體思路、 具體 內(nèi)容、 操作 方法等各 個(gè)不同 角度系

2、 統(tǒng) 地論述了斷裂構(gòu)造遙感研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) , 并在斷裂構(gòu) 造信息 提取、 光譜特 征分析、 空間 結(jié)構(gòu)分 析 (包括分 形 分析 等方面提出了一些觀點(diǎn)。關(guān)鍵詞 :斷裂構(gòu)造 ; 遙感 ; 信息提取 ; 光譜特征 ; 空間結(jié)構(gòu)中圖分類號(hào) :TP79B P931. 2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1001-8107(2002 03-0034-04斷裂構(gòu)造是巖層或巖體順破裂面發(fā)生明顯位移 的構(gòu)造 , 是地殼里發(fā)育的基本構(gòu)造型式之一。它們構(gòu) 成一定地區(qū)的構(gòu)造格架 , 某些大型斷裂在區(qū)域構(gòu)造演 化中起著重要作用。從另一個(gè)角度來看 , 斷裂構(gòu)造不 僅 與地震、 滑坡等災(zāi)害的發(fā)生有關(guān) , 而且與 礦產(chǎn)

3、、 溫 泉、 地下水等資源有關(guān)。因此 , 對(duì)斷裂構(gòu)造的研究具 有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值 , 掌握斷裂構(gòu)造的相關(guān) 知 識(shí)和工作方法已成為地學(xué)研究的重要組 成部分。 遙 感技術(shù)為人類觀測(cè)地球表層系統(tǒng)的巖石 圈、 大氣 圈、 水圈、 生物圈及各圈層之間的動(dòng)態(tài)變化、 相 互作 用、 相互關(guān)系提供了全面系統(tǒng)、 快速準(zhǔn)確的信息獲取 手段 1, 地學(xué)研究因得益于遙感的系統(tǒng)、 連續(xù)、 動(dòng)態(tài)的 數(shù) 據(jù)而產(chǎn)生活力?，F(xiàn)在 , 遙感技術(shù)已成為調(diào)查、 監(jiān)測(cè) 和分析目前人類所面臨的人口、 環(huán)境、 資源和災(zāi)害等 重 大問題的最好手段之一。遙感圖像客觀、 真實(shí)、 全 面地記錄了地質(zhì)構(gòu)造形跡的總體和個(gè)體的地表幾何 形態(tài)及其物

4、理特征 , 信息密度大且連續(xù)性好 , 具高度 的概括性且含有大量的、 地下一定深度的隱伏地質(zhì)構(gòu) 造的信息特征。因此 , 用遙感圖像研究構(gòu)造變形形跡 及其動(dòng)力學(xué)特征 , 可彌補(bǔ)傳統(tǒng)地質(zhì)方法點(diǎn)線觀測(cè)的局 限性。連續(xù)、 系統(tǒng)、 大量的信息特征 , 有助于將破裂系 統(tǒng)與區(qū)域構(gòu)造變形乃至地質(zhì)建造等有機(jī)地聯(lián)系起來 進(jìn) 行 綜合 分析 研 究 , 得 出與 客觀 實(shí)際 相 吻合 的 結(jié) 論 2。運(yùn)用遙感技術(shù)研究斷裂構(gòu)造是對(duì)其常規(guī)研究 方法的有益補(bǔ)充 ; 在遙感圖像上不僅能從宏觀、 動(dòng)態(tài) 的 角度來研究斷裂構(gòu)造的發(fā)生、 發(fā)展及時(shí)空演 化規(guī) 律 , 而且還可以通過數(shù)字圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)斷裂構(gòu)造 圖 像解譯與制圖的

5、自動(dòng)化和定量化。斷裂構(gòu)造的遙 感研究使以往常規(guī)地質(zhì)方法受限于地形、 氣候及主觀 意識(shí)等因素的局面得到了根本改善 , 斷裂構(gòu)造的研究也因此而得以深化。現(xiàn)在 , 利用遙感技術(shù)對(duì)斷裂構(gòu)造 進(jìn)行多尺度、 多信息源、 多層次、 多序列的研究已成為斷裂構(gòu)造研究的一個(gè)重要方面。1 斷裂構(gòu)造遙感研究概述斷裂構(gòu)造在遙感圖像上的空間結(jié)構(gòu)特征和光譜 特征是其遙感研究的主要內(nèi)容。一方面 , 斷裂構(gòu)造 在遙感影像上無論是以線形、 環(huán)形還是以其它形狀出現(xiàn) , 它們都會(huì)以一定的空間形態(tài)和空間尺度形成 自己獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)。另一方面 , 斷裂是構(gòu)造應(yīng)力 作用的產(chǎn)物 , 它的形成必將影響到其周圍一定長(zhǎng)度、 寬度、 深度的區(qū)域 ,

6、 在空間上都會(huì)以帶的形式出現(xiàn) ; 由于應(yīng)力狀態(tài)的不同再加上因巖性改變而導(dǎo)致的差 異侵蝕和差異風(fēng)化 , 使得斷裂帶在遙感影像上形成 獨(dú)特的色調(diào)、 紋理等光譜特征。斷裂構(gòu)造在遙感影像上一般以線性體的形式出 現(xiàn) , 當(dāng)然 , 也有一些斷裂帶以環(huán)形影像特征或其它一 些特殊紋理形式出現(xiàn)。線性體是指遙感影像上任何 天然的線或線性排列 , 它們大多與構(gòu)造要素有關(guān)、 具 優(yōu)選方位且能反映一個(gè)地區(qū)的基本構(gòu)造格局 3。雖 然遙感圖像上的線性體不全是斷裂構(gòu)造 (如地層界 線、 林帶等 , 但其中的相當(dāng)一部分都是斷裂構(gòu)造在 遙感圖像上直接或間接 (如水系、 溝谷等 的反映 , 筆 者將與構(gòu)造有關(guān)的線性體稱為構(gòu)造線性體

7、。在遙感 圖像上 , 不同尺度的線性體構(gòu)成了一幅空間結(jié)構(gòu)極 為復(fù)雜的構(gòu)造景觀圖像。通過對(duì)構(gòu)造線性體的結(jié)構(gòu) 圖式研究 , 可以建立具有構(gòu)造幾何學(xué)意義的構(gòu)造線 性體模式 , 為構(gòu)造序列及其運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)制分析提供形 象逼真的、 連續(xù)的空間信息 4。因此 , 斷裂構(gòu)造遙感 影像特征研究大多是從遙感圖像上構(gòu)造線性體的研第 18卷 第 3期2002年 8月地 理 學(xué) 與 國(guó) 土 研 究Geography and Terri torial ResearchVol. 18 No. 3Augus t 2002究開始的。構(gòu)造線性體多半以其本身的色線或其兩 側(cè)地區(qū)在影像色調(diào)上和圖形結(jié)構(gòu)上的差異而顯示出 來 , 它也可以

8、其本身的特有地形或其兩側(cè)地貌景觀 和水系類型的差異而得到顯示。對(duì)構(gòu)造線性體進(jìn)行 研究 , 其前提是對(duì)其圖像信息進(jìn)行提取和增強(qiáng) , 以便 能有效地識(shí)別。2斷裂構(gòu)造信息的增強(qiáng)與提取與其它地物遙感影像特征 分析一樣 , 在對(duì)遙感 圖像中的斷裂信息進(jìn)行解譯和分析之前也需對(duì)數(shù)字 圖像進(jìn)行針對(duì)性的處理以便于高質(zhì)量影像的獲取和 相關(guān)信息的提取。在遙感影像上提取斷裂構(gòu)造 (構(gòu) 造線性體 信息的主要方法有光譜信息增強(qiáng)、 空間變 換、 影像紋理分析等項(xiàng)。在實(shí)際應(yīng)用中 , 主要依據(jù)遙 感影像的地質(zhì) 地貌 景觀背景 , 選擇有效的處理 方法和數(shù)學(xué)模型 , 針對(duì)區(qū)域構(gòu)造線性體影像要素的 基本特征進(jìn)行信息提取 , 從不同

9、側(cè)面突出不同等級(jí)、 不同層次、 不同形態(tài)構(gòu)造線性體的空間分布信息 4。 (1 光譜信息增強(qiáng)包括彩色合成、 比值運(yùn)算、 哈 達(dá)瑪變換、 主成分分析等 , 這些圖像處理方法也可以 看成是斷裂構(gòu)造信息提取的預(yù)處理。其中 , 彩色合 成將使圖像獲得有利于目視判讀的視覺效果 ; 比值 運(yùn)算不僅可以擴(kuò)大圖像的顏色差別 , 還能消除地形 和太陽入射角等因素對(duì)圖像亮度值的影響 ; 哈達(dá)瑪 變換有利于將影像本身的亮度變化因素與類別因素 加以區(qū)分 , 起到地質(zhì)信息的歸一作用 , 對(duì)信息豐富但 反差小的圖像起到增強(qiáng)作用 5; 主成分分析是將遙 感圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)集聚和壓縮 , 不同類別的地學(xué)信息 被歸并到不同的主分量中

10、 , 研究者根據(jù)需要選取感 興趣的主分量。(2 圖像的空間變換主要包括圖像平滑、 定向?yàn)V 波、 霍夫變換和逆霍夫變換等。應(yīng)用均值或中值濾 波器對(duì)原圖像進(jìn)行平滑處理 , 可以濾除噪聲和孤立 點(diǎn)從而改善圖像質(zhì)量 , 這其中的關(guān)鍵步驟是選用合 理的卷積濾波核。為了提取遙感圖像上的斷裂構(gòu)造 信息 , 一般采用定向?yàn)V波技術(shù) , 所謂定向?yàn)V波就是對(duì) 模板矩陣設(shè)置一定的權(quán)值使模板增強(qiáng)方向與所要提 取的斷裂構(gòu)造的實(shí)際走向盡量一致。在經(jīng)邊緣跟蹤 處理所得到的二值圖像中提取線性體 , 霍夫變換和 逆霍夫變換是行之有效的方法。在霍夫變換后的累 加器陣列中采用局部最大值選擇 , 逆霍夫變換后采 用剖面分析等人機(jī)交互處

11、理方法結(jié)合專家知識(shí)可以 提高線性體信息提取的精度 6。(3 影像紋理分析包括基于共生矩陣的紋理參 的較多的是馬爾柯夫隨機(jī)場(chǎng) (MRF 。在基于圖像紋 理特征進(jìn)行構(gòu)造線性體提取的過程中 , MRF 有時(shí)會(huì) 比反差增強(qiáng)、 空間濾波等常規(guī)方法更有效。通過紋 理特征 MRF 模型提取構(gòu)造線性體 , 就是根據(jù)需要求 出代表某一方向的或某幾個(gè)方向的 MRF 參數(shù) , 然后 增大該 方向的 DD 值 , 達(dá) 到提取 線性體 的目的 7。 DD 是衡量在一幅圖像中線性構(gòu)造的程度 , DD 值高 則表明紋理譜對(duì)影像的方向敏感即影像中線性構(gòu)造 多 8。 DD 可用下式表示 :DD=1-6E 3m=1E 4n=m+

12、1E 6560i=1|S m (i -S n (i |2Ei=0S m (i100式中 S(i 表示編號(hào)為 i =0, 1, 2, , , 6560的紋理基 元出現(xiàn)頻率。在遙感圖像上用計(jì)算機(jī)自 動(dòng)提取構(gòu)造線性體 , 方向性特征的識(shí)別是關(guān)鍵。一些基于在特定方向上 進(jìn)行某種像素運(yùn)算的常用方法 (如邊緣增強(qiáng)、 卷積濾 波和傅氏濾波等 存在著一些缺陷 :增強(qiáng)某一方向的 特征是以壓縮、 損失其他方向性特征為代價(jià) , 可能產(chǎn) 生假構(gòu)造。如果在構(gòu)造線性體提取過程中遵循 /圖 像信息的篩選壓縮 y 非線性體像元的檢測(cè)剔除 y 線 性體最大可能方向的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn) y 線性增強(qiáng)處理和合 成勾繪 圖像 y 完 成整 個(gè)

13、判 讀和 提取 0這 樣一 個(gè)程 序 9, 則可以避免上述問題的發(fā)生 , 信息提取的精確 度自然會(huì)得到提高。3斷裂構(gòu)造的影像光譜特征分析斷裂構(gòu)造的影像光譜特征與其 它地物一樣 , 也 是通過形狀、 大小、 色調(diào) (色彩 、 陰影、 紋理、 圖形、 位 置等直接和間接解譯標(biāo)志表現(xiàn)出來的 , 對(duì)其光譜特 征進(jìn)行全面、 科學(xué)的分析是斷裂構(gòu)造遙感研究的重 要一環(huán)。在光譜特征上斷裂帶與兩側(cè)塊體之間存在著明 顯的差異 , 在沒有松散沉積物覆蓋的情況下主要表 現(xiàn)為兩種基本形式 :一是線性的色調(diào)異常 , 即斷裂帶 的色調(diào)與兩側(cè)的巖層色調(diào)不同 ; 二是兩種不同色調(diào) 的分界面呈線狀 延伸 10。因?yàn)榫邆溥@ 兩種光

14、譜特 征的地物不一定都是斷裂 (如山脊、 道路等 , 所以 , 在遙感圖像上確定斷裂的存在還必須在此基礎(chǔ)上對(duì) 巖性、 水系和 整體地質(zhì)構(gòu)造進(jìn) 行全面的綜合 研究。 斷裂帶存在的影像標(biāo)志主要來自地質(zhì)構(gòu)造 (包括巖 漿、 火山及地震活動(dòng)的線狀分布等 、 地貌 (包括不同 巖性構(gòu)成的地層三角面呈線狀排列、 湖泊群呈線狀 分布、 河谷山脊呈線狀延伸或被切斷等 、 水系 (包括 頁 35第第 3期 隋志龍等 :斷裂構(gòu)造的遙感 研究方法綜述等 三個(gè)方面。另外 , 由于斷裂帶的存在還會(huì)影響到 其它自然因素的變異 , 如環(huán)境變遷 (包括土壤、 水文、 植被的變化等 、 地形演變 (因差異侵蝕和差異風(fēng)化 所形成

15、的各種斷裂地貌等 及地球物理場(chǎng) (地下水、 電、 磁 異常等 , 形成一系列斷裂構(gòu)造的間接解譯標(biāo) 志。在遙感影像上不僅可以通過這些直接或間接的 解譯標(biāo)志判斷出斷裂構(gòu)造的存在 , 還可以利用其中 的一些細(xì)節(jié) 11進(jìn) 一步區(qū)分?jǐn)嗔训?性質(zhì) :壓 性、 張性 或扭性 , 甚至可以通過解譯飛來峰和構(gòu)造窗來識(shí)別 像推覆構(gòu)造這樣的大型斷裂 12。巖石圈地表不均一性所反映的深部信息逐漸引 起地學(xué)界的關(guān)注 , 從而為遙感向縱深發(fā)展提出一個(gè) 新的課題 :遙感能否探測(cè)深部構(gòu)造 , 能否反映與隱伏 構(gòu)造或隱伏礦 床有關(guān)的地質(zhì)信 息 13? 巖石圈深部 信息的傳遞主要通過機(jī)械形變來實(shí)現(xiàn) , 深部變形波 及地 表 ,

16、影響到 地表的松散沉 積物 , 引起 地表微地 貌、 水系和色調(diào) 的異常 , 從而在遙感影像 上有所反 映。當(dāng)近地表 巖層在區(qū) 域應(yīng)力場(chǎng) 作用下發(fā) 生變形 時(shí) , 其變形方式除受應(yīng)力場(chǎng)特征、 巖石力學(xué)性質(zhì)、 邊 界條件等因素控制外 , 深層 (基底 構(gòu)造的格局尤其 是深層基底斷裂對(duì)蓋層變形方式也起明顯的控制作 用 14。深層斷裂構(gòu)造 重新活動(dòng)的方式 和規(guī)模是決 定其在淺部表現(xiàn)方式的主要因素。經(jīng)后期重新活動(dòng) 而穿透上覆蓋層的大型深層斷裂構(gòu)造 , 在遙感圖像 上影像特征十分清晰 , 通常表現(xiàn)為具有一定寬度的 色調(diào)異常帶。相反 , 隱伏的深層斷裂構(gòu)造在遙感圖 像上常常比較隱晦 , 表現(xiàn)出彌 散性的影

17、像特征 13:斷裂面不出露于地表或不存在連續(xù)的斷層面 , 而是 由不連續(xù)分布的淺層斷裂、 折曲、 張性裂隙、 先成河 谷及與其相關(guān)的地貌異常組成較寬的異常帶 , 表現(xiàn) 出某些新構(gòu)造的影像特征。除此之外 , 地表巖石的 節(jié)理、 劈理、 片理密集帶斷續(xù)延伸 , 斷陷盆地的線性 排列等也是斷裂構(gòu)造彌散性影像特征的表現(xiàn)形式。 利用深層斷裂所具有的彌散性及其它的一些影像特 征來對(duì)其進(jìn)行遙感研究 , 從而對(duì)遙感能否探測(cè)深部 構(gòu)造這一問題做出了肯定的回答。巖石圈地表不均 一性反映深層結(jié)構(gòu)的不均一性是遙感地質(zhì)突破二維 觀測(cè)局限性的基本依據(jù) , 小比例尺遙感圖像的概括 能力 , 能夠突出大型深部構(gòu)造信息 , 為

18、深部構(gòu)造的研 究提供了一種簡(jiǎn)捷、 有效的輔助工具 13。4基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的斷裂構(gòu)造影像空間 特征分析運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)遙感影像上所提取出來的 斷裂構(gòu)造信息 (線性體 進(jìn)行定量分析是目前較為流 著長(zhǎng)短不一、 形態(tài)各異、 為數(shù)眾多的線性體 , 這些線 性體構(gòu)成了一個(gè)線性體場(chǎng)。遙感線性體場(chǎng)為遙感構(gòu) 造分析提供了線形體的長(zhǎng)度、 方位和頻度等基本數(shù) 據(jù) , 這是遙感構(gòu)造定量分析的基礎(chǔ)。4. 1常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析構(gòu)造線性體的定量統(tǒng)計(jì)分析有助于揭示斷裂構(gòu) 造的空間展布規(guī)律及其發(fā)生、 發(fā)展和演化。目前 , 線 性體定量分析依據(jù)的是遙感圖像經(jīng)解譯和信息提取 后所提供的線性體的長(zhǎng)度、 方位和頻度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 用于線性

19、體的量化方法有很多種 15, 在實(shí)際工作中 可以根據(jù)問題的需要選擇不同的方法 , 其中常用且 行之有效的有以下幾種 16-20:1 線性構(gòu)造等密度定 量分析 線性構(gòu)造密度分析以解譯圖線性影像的長(zhǎng) 度、 方位和頻度及構(gòu)造可信度為基本數(shù)據(jù) , 運(yùn)用數(shù)理 統(tǒng)計(jì)方法 , 獲得研究區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)方位。圖 中異常帶的空間展布規(guī)律及各向異性 , 可以用于解 決斷裂帶交切關(guān)系、 區(qū)域性隆起、 坳陷、 構(gòu)造塊體或 侵入體等問題 , 從而為研究區(qū)域構(gòu)造格架、 構(gòu)造序次 以及隱伏構(gòu)造、 深部構(gòu)造提供依據(jù)。線性構(gòu)造密度 分析的方法主要有方位角 頻度直方圖分析和線性 構(gòu)造等密度圖統(tǒng)計(jì)分析兩種。前者采用概率統(tǒng)計(jì)方 法

20、 , 以線性體的方位角、 頻度為統(tǒng)計(jì)基本數(shù)據(jù) , 可獲 得線性構(gòu)造在方位上的分布特征 ; 在線性體因數(shù)量 較多而不易逐個(gè)分析的情況下 , 可采用后者來研究 線性構(gòu)造空間密度分布的數(shù)字特征和結(jié)構(gòu)特征 , 以 獲得隱伏或深部的宏觀構(gòu)造信息。 2 中心對(duì)稱度定 量分析 該方法是根據(jù)相關(guān)斷裂分布的特征函數(shù)研 究一定區(qū)域內(nèi)的斷裂對(duì)稱程度 , 這是研究環(huán)狀構(gòu)造、 火山機(jī)構(gòu)、 等軸狀侵入體、 穹隆構(gòu)造等的有效方法。 火山巖和侵入巖體及其周圍常發(fā)育放射狀斷裂 , 而 線性斷裂也常常伴生共軛節(jié)理 , 它們均表現(xiàn)出明顯 的中心對(duì)稱性。 3 失真指數(shù)分析 失真指數(shù)又稱巨 型裂隙場(chǎng)失真指數(shù) (或偏差指數(shù) , 是指巨型

21、裂隙場(chǎng) 中實(shí)際裂隙強(qiáng)度與理論特征值的偏差量 , 可用來圈 定構(gòu)造地塊或地質(zhì)體邊界 , 一般構(gòu)造地塊均以失真 指數(shù)的高值帶為特征。這對(duì)尋找和圈定隱伏隆起、 環(huán)形斷裂、 隱伏盆地構(gòu)造十分有效 , 也可提供找礦信 息。 4 斷裂優(yōu)益度分析 斷裂優(yōu)益度是一定范圍內(nèi) 多組斷裂交匯和斷裂密集程度。斷裂優(yōu)益度等密圖 是根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué) 原理所得 出的構(gòu)造 特征函數(shù) 而繪制 的。它是研究以構(gòu)造為主要控礦因素的內(nèi)生礦產(chǎn)的 有效方法 , 礦床 (點(diǎn) 一般都接近優(yōu)益度中心 (因有利 容礦構(gòu)造部位常常是多組斷裂交匯處或斷裂密集部頁36第 地 理 學(xué) 與 國(guó) 土 研 究 第 18卷4. 2斷裂影像特征的分形分析20世紀(jì) 60

22、年代 , 英國(guó) 5科學(xué) 6雜志刊載了 B. B. Mandelbrot 的文章 3英國(guó)的海岸 線有多長(zhǎng) ? 4, 從而引 出了分形的概念。分形分維的提出 , 引起了自然科 學(xué)界廣泛的 關(guān)注。 1975年 , Mandelbrot 首次以 /Frac -tal 0命名自然界中不規(guī)則的、 無序的和破碎的小塊圖 形的維 , 實(shí)現(xiàn)了把某些類型的非整數(shù)維應(yīng)用于工程 技術(shù)上的設(shè)想 21。現(xiàn)在 , Fractal(分形 , 也叫分維 已 被廣泛地應(yīng)用于圖像分割、 紋理分類、 由紋理推斷形 狀和三維粗糙度的估計(jì)等領(lǐng)域 22。眾所周知 , 斷裂 構(gòu)造的空間展布是一系列無規(guī)則的線狀或面狀集合 體 , 這是傳統(tǒng)的歐

23、氏空間幾何學(xué)所無法精確描述的。 但近年來的一些研究表明 23, 24:斷裂破裂過程具有 隨機(jī)自相似性 , 斷裂的分布和幾何形態(tài)具有分形結(jié) 構(gòu)特征。也就是說 :斷裂的空間展布所具有的分形 結(jié)構(gòu)使其被定量描述成為可能。將斷裂構(gòu)造視為分 形體 , 按照分形幾何學(xué)的方法可以求得斷裂空間分 布的分維值。這樣 , 斷裂構(gòu)造的分布和類型就能被 其分維值惟一地確定下來。針對(duì)斷裂構(gòu)造等曲線分 維值的求解 , 有公式 :N(r W r -D 。式中 r 為用于度量 曲線長(zhǎng)度的標(biāo)度 , N 為其長(zhǎng)度大于 r 的物體的個(gè)數(shù)即 累計(jì)頻數(shù) , D 為分維值 21。分維值 D 的大小反映了 曲線和曲面的形狀特性 ; 對(duì)于斷

24、裂構(gòu)造而言 , D 值的 大小標(biāo)明了其展布結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度 , 構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng) 弱及構(gòu)造發(fā)育的程度。 D 值越大 , 其展布結(jié)構(gòu)越復(fù) 雜 , 構(gòu)造活動(dòng)性越強(qiáng) , 構(gòu)造處于發(fā)展之中 ; D 值越小 , 其展布結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單 , 構(gòu)造活動(dòng)性越弱且構(gòu)造發(fā)育趨 向 成 熟和 衰亡 25。不 僅如 此 , 前人 的一 些研 究成 果 25-27還認(rèn)為 :不同區(qū)域 , 不同范圍的斷裂構(gòu)造之 D 值不同 ; 不同類型、 不同方位、 不同期次及不同時(shí) 代的斷裂構(gòu)造之 D 值不同 ; 控礦斷裂構(gòu)造與非控礦 斷裂構(gòu)造之 D 值不同。分形研究亦可用于通過檢測(cè) 斷裂型式的差異 , 來推斷產(chǎn)生斷裂的力學(xué)作用和事 件方面的差異

25、, 從而間接推測(cè)出其形成機(jī)制方面的 差異。按照分形的定義 :N(r W r -D , 目前有三種方 法來求解斷層的分維值 :長(zhǎng)度 頻數(shù)統(tǒng)計(jì)法、 圓覆蓋 法和粗視化網(wǎng)格法。對(duì)于具有較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的斷層來 說 , 粗視化網(wǎng)格法最為合適 25。以往對(duì)斷裂構(gòu)造進(jìn)行分形研究大多是以斷裂展 布地區(qū)的構(gòu)造綱要圖或斷裂展布圖等為基本素材來 展開的。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展和在地學(xué)研究領(lǐng) 域應(yīng)用的日益廣泛 , 用斷裂構(gòu)造遙感解譯圖或計(jì)算 機(jī)自動(dòng)提取的斷裂構(gòu)造線性形跡圖來進(jìn)行斷裂構(gòu)造 的分形研究逐漸取得了優(yōu)勢(shì)地位?；诖忠暬W(wǎng)格 線分形分析的分線法 28和針對(duì)曲面分 形分析的坡 面法和三角棱柱法 29, 這些方法的提出

26、和應(yīng)用都為 利用遙 感影像進(jìn) 行分形研 究開創(chuàng) 了新的思 路。但 是 , 在斷裂構(gòu)造遙感影像特征的分形研究方面還存 在不少問題 , 比如只是從影像中取出一些窗作分維 計(jì)算和分類 , 將這些窗作為不同的類型進(jìn)行分析 , 而 沒有對(duì)整幅影像的每一處進(jìn)行分維估計(jì)和分類 ; 另 一方面 , 絕大多數(shù)影像紋理的分形分析只是針對(duì)單 一波段 , 并未考慮如何針對(duì)多波段影像來進(jìn)行 30。參 考文獻(xiàn) :1鄒謹(jǐn)敞 , 邵 順妹 . 活 動(dòng)斷 裂的 遙感 影像 研究 J . 環(huán) 境遙 感 , 1995, 10(3 :182-187.2楊武年 . 川 南區(qū)域 構(gòu)造變 形及應(yīng) 力場(chǎng) 遙感圖 像定 量解析 J . 遙感學(xué)

27、報(bào) , 2001, 5(1 :62-68.3陳建平 , 胡明銘 , 李巨初 . 康滇 地軸中南段區(qū)域 構(gòu)造格架的 遙 感地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析 J. 成都理 工學(xué)院 學(xué)報(bào) , 1999, 26(1 :78-81.4薛重生 , 王京名 , 劉敏 , 等 . 遙感圖像構(gòu)造線性體模式及結(jié)構(gòu)分 析 J. 地質(zhì)科技情報(bào) , 1997, 16(增刊 :57-63.5范秋林 . 計(jì)算機(jī)圖像處理在增強(qiáng)華縣地震構(gòu)造遙感信息中的 應(yīng) 用 J. 地殼形變與地震 , 1994, 14(1 :81-84.6高景昌 , 王光杰 . 遙感圖像線性構(gòu)造信息微機(jī)機(jī)助提取 J. 環(huán) 境遙感 , 1994, 9(1 :62-67.7趙書河

28、, 賈紅燕 . 應(yīng)用遙感影像紋理特征提 取線性體的馬爾 柯 夫隨機(jī)場(chǎng)模型 J. 遙感技術(shù)與應(yīng)用 , 1999, 14(4 :49-52. 8Wang L, He D C. A Ne w Statis tical Approach for Texture AnalysisJ. Photogrammetric Engi neering and RemoteSensing, 1990, 56(1:61-66.9張淑莉 , 韓軍青 , 俞軍 . 遙感圖 像上地質(zhì)線性體 機(jī)助判讀的 一 種新方法 J. 山西師范大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 , 2000, 14(1 : 76-78.10梅安新 , 彭望 , 秦

29、其明 , 等 . 遙感 導(dǎo)論 M. 北京 :高 等教育 出 版社 , 2001. 230-239.11朱亮 璞 . 遙感 地質(zhì) 學(xué) M. 北 京 :地 質(zhì)出 版社 , 1994. 130-139.12張福祥 . 根據(jù)遙感影 像討論九 嶺 江 南地區(qū)的 推覆構(gòu)造 格 局 J. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào) , 1996, 30(6 :626-633.13王志剛 , 李林 . 中 亞天山 地區(qū)橫 向構(gòu)造 的航天 遙感分 析 J . 環(huán)境遙感 , 1996, 11(4:273-279.14陳松嶺 . 深層斷裂構(gòu)造的遙感研究及 其找礦意義 J. 大地 構(gòu) 造與成礦學(xué) , 1995, 19(3:258-265.15趙不

30、億 , 秦小光 . 遙感構(gòu)造的 定量分析 方法 J . 地質(zhì)科技 情 報(bào) , 1988, 7(1 :127-136.16王潤(rùn)生 , 楊文立 . 遙感線性體 場(chǎng)的定量 化分析 J. 國(guó)土資 源 遙感 , 1992, 13(3 :49-53.17郭德方 , 謝青云 , 李小孟 . 線性體場(chǎng)分析 J. 國(guó)土資源遙 感 , 1993, 18(4 :8-16.18吳曙亮 . 溧陽火山巖盆地 TM 遙感圖像線性構(gòu)造密度分析 J. 江蘇地質(zhì) , 2000, 24(3:161-164.(頁 頁 37第第 3期 隋志龍等 :斷裂構(gòu)造的遙感 研究方法綜述調(diào)用專業(yè)遙感影像軟件完成流域模擬 , 主要包括數(shù) 據(jù)輸入、

31、流域模擬、 結(jié)果顯示和分析?？傊?, 當(dāng)前地理信息系統(tǒng)在工程領(lǐng)域有著廣泛 的用途 , 如配電自動(dòng)化管理、 公共事業(yè)的設(shè)備設(shè)施管 理 (如公共交通、 各類管道等 ; 同時(shí)地理信息系統(tǒng)在 科學(xué)研究、 環(huán)境保護(hù)和自然資源管理和規(guī)劃方面也 有著更廣泛、 深入的應(yīng)用 , 而在這些方面的應(yīng)用多和 專業(yè)模型相結(jié)合。本文正是通過實(shí)際系統(tǒng)的研究和 開發(fā) , 并結(jié)合當(dāng) 前發(fā)展成熟的 計(jì)算機(jī)技術(shù) , 探討了 GIS 和專業(yè)應(yīng)用模型結(jié)合的方式 , 并提出實(shí)際系統(tǒng)開 發(fā)的方案。參 考文獻(xiàn) :1 伍永秋 , 等 . 環(huán)境演變的信息管理和應(yīng)用 J. 第 四紀(jì)研究 , 2000,(5 :3-5.2 潘劍君 , 等 . 應(yīng)用遙

32、感技術(shù)研究余江縣土壤侵蝕時(shí)空演變 J. 土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào) , 1999, (4:4-7.3 李曉華 , 等 . 大凌河流域 水土流失 的地 理環(huán)境 分析與 防治對(duì) 策J. 水土保持學(xué)報(bào) , 2000, (5:4-5.4 張基溫 . 信息系統(tǒng)開發(fā)案例 (第二輯 M. 北京 :清 華大學(xué)出 版社 , 1999. 34-35.5 林海濱 , 等 . 基于 GIS 的瀾滄江下游區(qū)旱災(zāi)決策支持系統(tǒng) J. 經(jīng)濟(jì)地理 , 2000, 20(6 :1-3.6 劉釗 , 等 . 土 地遙感 動(dòng) 態(tài)監(jiān) 測(cè)信 息管 理系 統(tǒng)設(shè) 計(jì)與 功 能實(shí) 現(xiàn)J. 國(guó)土資源遙感 , 2000, (3 :57-61.Desi

33、gn of Water and Soil Resource Information System of ValleyYANG Qun 1, LI Shuo 1, LI Wei 2(1. College of Geographic Science, Nan j ing Normal Unive rsity , Nan j ing 210097; 2. N an jing Power Automation Research I nstitute , Nanjing 210003, ChinaAbstract :Based on analyzing background, goal and phas

34、es of design about water and Soil Resource Information System of Valley on in tegration of GIS, RS and geography model in detail, this paper, with a practical case of system design, brings forword thought and methodological of sys -tem design perfectly, and on the basis discusses trend of system dev

35、eloping and probability of practical ap plicati on. Key words :GIS; RS; valley model; integration(上接第 37頁 19 張旺生 , 楊巍然 . 北祁連 山西段遙 感構(gòu)造定 量分析 與金銅 礦化關(guān)系 J. 地質(zhì)科技情報(bào) , 1997, 16(增刊 :65-72.20 周競(jìng)平 , 吳淦國(guó) . 冀西北 下雙臺(tái)地 區(qū)構(gòu)造及 金礦找 礦標(biāo)志 的遙感影像特征 J. 國(guó)土資源遙感 , 1998, 37(3 :83-96.21 Mandelbrot B B. The fractal geometry of nat

36、ureM. New York:W HFreeman and Company, 1983. 1-468.22 王潤(rùn)生 . 圖 像理解 M. 長(zhǎng) 沙 :國(guó)防 科技大 學(xué)出 版社 , 1995.165-167.23 Okubo PG, Akik. Fractal geometry in the San Andreas fault systemJ. J GR, 1987, 92(4 :345-355.24 平田隆幸 . 斷層 與分?jǐn)?shù)維 J. 地震地質(zhì) 譯叢 , 1990, 12(1 :53-56.25 孔凡臣 , 丁國(guó)瑜 . 線性構(gòu)造分維值的含義 J . 地 震 , 1991, 11(5 :33-37.26 金章東 , 盧新衛(wèi) , 張傳林 . 江西德興斑巖銅礦田斷裂分形研究J. 地質(zhì)論評(píng) , 1998, 44(1 :57-61.27 皇甫崗 , 韓明 , 王晉南 . 滇西北地區(qū)斷層分?jǐn)?shù)維幾何學(xué)的研究J. 地震地質(zhì) , 1991, 13(1 :61-65.28 NinaSiu-Nganlam. Desc ription snd Measurement of Landsat TM Im -ages