隆林西南部線性影像條帶的地貌特征、成因及其與右江斷裂帶的關系

張沛全，左天惠，鄒 衍，米遠威，潘岳怡，鐘德偉

（1.廣西壯族自治區地震局，南寧 530022；2.廣西壯族自治區震災風險防治中心，南寧 530022；3.廣西壯族自治區自然資源調查監測院，南寧 530201）

0 引言

右江斷裂帶是我國西南地區的一條重要的活動構造帶和地震構造帶[1-5]。過去的研究多集中在百色以東地區的段落[2-10]，百色以西段落的研究相對較少[4，11-12]。要全面認識右江斷裂帶的第四紀活動特性，加強百色以西段的研究是一項重要課題。近年來對百色以西段的研究表明，在隆林縣西南部的google 影像中，存在一條3 km 線性影像帶[12]，但其成因未明。該影像帶既不與水系同步拐彎點連線重合，也不被標注在二十萬分之一地質圖上。當時姑且稱之為“陡坎”。由于造成遙感上的線性影像原因有很多，包括道路、巖溶作用、冰川作用、地層不整合等。因此，有必要探討這一線性影像帶具體成因。而該線性影像帶毗鄰右江斷裂帶組成斷層，是否與右江斷裂帶存在構造聯系，這是值得關注的科學問題。

遙感影像的地質解譯工作目的之一就是要尋找和識別線性影像特征，解譯線性構造，確定斷裂構造的存在和它的性質[13]。其中，探索遙感影像中線性影像的性質已經成為工程遙感[14]、構造理論[15]、第四紀地質及第四紀斷層活動特性的重要課題[16-19]。目前，線性影像的地質解譯已被列入到國家標準《活動斷層探測》（GB/T36072-2018）中，作為活動斷層探測的重要技術步驟之一。右江斷裂帶中研究相對較多的段落（百色—思林段和思林—壇洛段），也得益于前期的遙感地質學研究[1，3，7，9-10]。后來，對右江斷裂帶百色以西段南支的落央小段和北支棒鲊—舊州段的研究也使用了遙感地質學的方法[11-12]。然而，過去使用的遙感數據精度較低。而已有的研究案例表明，哨兵影像和無人機傾斜攝影技術在活動構造、地震與構造地貌學等領域的應用有助于提高工作精度與工作效率[20-24]。

為此，本文擬使用精度更高的哨兵遙感影像，重新識別該線性影像。使用無人機傾斜攝影測量技術對線性影像帶中的特征區域開展拍攝工作，然后運用傾斜攝影測量中產生的數字高程模型數據開展構造地貌參數提取工作。對線性影像特征地段、傾斜攝影反映的特征地段開展地質地貌調查，確定線性影像區內的地質構造的性質。最后，討論控制該線性影像條帶的成因，分析其與右江斷裂帶的構造成生關系。

1 右江斷裂帶的概況

根據宋方敏等[4]，右江斷裂帶西北起于興義、棒鲊以東，向東隆林、西林，往東南經過百色、平果至壇洛，長約410 km。該斷裂帶由1 組走向310°～320°的斷裂組成，大致以百色、思林為界，可分為3大段，即百色以西段、百色—思林段、思林—壇洛段，各大段進一步分成若干小段（圖1）。其中①百色以西段有南北兩支。北支分為棒鲊—舊州段，走向北東東—東西—北西西；舊州—澤屯段，走向北西。該支全長約230 km。南支分為西林—那曲段、八桂—百色段，走向北西西—北西，共長250 km。南支的西林—那曲段有4條長短不一的近平行的斷裂組成；②百色—思林段控制了百色—田東盆地南、被兩側邊緣，長約80 km。盆地南側斷裂從那坡向東經過那滿、田東南、至林逢，走向北西西。盆地北側由3小段組成；③思林—壇洛段西北起西林，向東南經平果、隆安，止于壇洛，長約90 km。由3 個小段組成，走向北西。本次工作的區域位于隆林西南部的弄桑、隆內一帶，見圖1。

圖1 右江斷裂帶百色以西段展布略圖及本文研究區位置圖Fig.1 Distribution sketch of the western section of Baise in Youjiang fault zone and location map of the study area

2 遙感解譯

2.1 數據與數據處理

本次工作采用sentinel-2B（哨兵2B）衛星數據。該衛星于2017年3月7日發射，高度786 km，覆蓋13 個波段，幅寬290 km。數據來自http：//www.gscloud.cn/sources/index?pid=446&rootid=1&ptitle=Sentinel%E6%95%B0%E6%8D%AE。本次共分別使用了2、3、4波段和4、8、11波段制作真彩和假彩合成影像。2、3、4 波段分別為可見光的藍、綠、紅波段，4、8、11 波段中4 波段為可見光的紅波段，8 波段近紅外波段（寬）、11 波段為短紅外波段。在分辨率方面，2、3、4、8 波段為10 m，11波段為20 m。數據在ArcGIS 軟件中進行鑲嵌、融合、合成等，合成真彩影像（圖2A）和假彩影像（圖2B）。

圖2 哨兵遙感影像中的線性影像條帶Fig.2 Linear image belts in sentinel remote sensing images

2.2 解譯結果

在圖2A 的真彩合成影像中，弄桑河與隆內河同步左旋拐彎。同步拐彎點之間北西向線性谷地明顯（圖2 上圖中的紅色箭頭所示）。過去的研究顯示，在敢毫發現過左旋走滑性質的斷層露頭。那么紅色箭頭所示的谷地應是斷層谷地。在該斷層谷地的西南側，一系列的山脊止于一條斷續出露的陰影帶（即圖1 中的L1）前。L1 東北側至斷層谷地前的坡度舒緩，沒有明顯的脊狀突起，也沒有明顯的水系切割痕跡。L1 的西南側，山脊成排出露，山脊與山脊之間的鞍部清晰。L1 在宏觀上構成了一條線性的地形階梯，但在西部表現為類似于斷層三角面的地貌。根據陰影的方向初步判斷，L1 整體上東北側高度低于西南側。西部則相反，表現出一個明亮的面狀地形面。經測量，本次解譯出的L1 長度為5 km，較之前的研究結果3 km[12]增加了2 km。

在圖2B 的假彩合成影像中，上述所有現象均有表現，經測量后長度一致。值得一提的是，通過影像對比發現，在真彩影像中道路呈現為白色線條，而在假彩影像中道路被消隱。這種影像特點更有利于對線性影像帶的解譯。通過這一特性，可以排除該線性影像帶為人工切坡或道路開挖而產生的地形階梯。因此，推測該線性影像帶可能是一條線性構造帶。此外，L1 西部的似三角面表現為淡紫紅色，對照影像其他區域可以發現，河流拐彎的部位有相似的紫紅色圖斑出現。因此認為，該“三角面”部位可能含水量較高。同時注意到，在“三角面”部位的西南部，弄桑河上游存在另外一處河流拐彎點（圖2A、2B，圖4中的b點）。

3 無人機傾斜攝影測量

上述工作表明，在平面上L1 可能穿越了弄桑河上游。為了進一步研究這一現象，本次工作將運用無人機傾斜攝影測量技術，構建局部數字高程模型，提取河流縱剖面，以考察線性影像帶L1對河流縱剖面的影響。

3.1 原理與流程

無人機傾斜攝影測量原理可參考文獻[24]的《數字攝影測量學》。主要技術路線以傾斜攝影影像為基礎，經過空三加密處理后，生成測區實景三維模型、數字真正射影像、數字線劃圖和數字高程模型，其流程如圖3所示。

圖3 無人機傾斜攝影建模流程圖Fig.3 Flow cart of UAV tilt photography modeling

3.2 數據采集與處理

本次工作的野外拍攝（數據采集）工作選擇在植被覆蓋較少的冬季開展。工作時使用了飛馬D2000五鏡頭傾斜攝影多旋翼無人機和大疆精靈4-RTK 無人機。飛行數據使用Context Capture 傾斜攝影建模軟件進行處理，獲得特征地段的傾斜模型，DSM 和DOM 影像（圖4）。內外業作業流程與精度控制按照參考文獻[26]～[29]等中華人民共和國測繪行業標準化指導性技術文件執行。

圖4 河流縱剖面及河流裂點（段）位置圖Fig.4 River longitudinal profile and location of river knick points（segments）

3.3 河流縱剖面提取

河流縱（高程）剖面中蘊含了許多構造活動的重要信息[30-33]。本次工作將利用上述傾斜攝影中產生的數字高程數據[34]開展河流縱剖面提取工作。

河流縱剖面提取過程如下。首先利用平差后符合精度要求的空三加密成果，自動匹配生成數字地形模型（DTM），并在三維測圖軟件中編輯點云，最后生成特征區（弄桑河天奕采石場一帶）高精度數字高程模型。由于高分辨率數字高程模型數據主要為采集了關鍵區域，范圍較小，未解決小區域DEM 提取河網可能存在流向和流域范圍誤差問題。本次工作利用NASA 12.5 m 高程DEM 數據結合特征區高分辨率DEM 數據進行拼接，將全部DEM 數據的分辨率即網格大小統一為核心區DEM 數據分辨率（0.1 m）。為保證河流位置準確性，研究過程中利用高分辨率正射航空影像數據手動矢量化結合DEM 自動提取河網兩種方法，在ArcSWAT 軟件中通過人工干預方式，先將手動矢量的河網數據Buin-In，然后再根據DEM 數據進行提取，提取的河網空間位置準確性大幅提升。利用提取的河網數據，在ArcGIS 軟件中，利用Stack Profile 工具快速提取河網縱剖面信息并輸出圖件（圖4下圖）。

在圖4 下圖中，河流縱剖面中出現一個清晰的裂點河段Ab 段，落差約為78 m。該裂點段分為兩小段，即AB 段與Bb 段（圖4），其中b 點為弄桑河上游第二次拐彎點（見圖2）。A 點以上河段坡降為0.47‰，AB 段坡降為24.19‰，Bb 段為3.47‰，bC段為0.36‰，C點以下坡降為1.66‰。AB段的坡降是最大的區段。

4 線性影像條帶的野外調查

4.1 線性影像帶的地貌與構造特征

野外地貌調查顯示，線性影像帶在隆內表現為不連續的陡崖，如圖5白色箭頭所示。該陡崖位于斷層谷地（圖5左紅色箭頭所示）上方。該處的陡崖的傾向與下方斷層谷地的谷坡（傾向北）傾向相反，陡崖傾向南，因而在遙感影像上形成了濃重陰影帶（圖5右）。另外，陡崖并不平行于大古城斷層的斷層谷地，而呈現出17°～20°的小角度夾角（圖2、圖5）。

圖5 隆內一帶的斷層谷地（左圖）及線性條帶的成因（右圖）Fig.5 Fault valley in the Longnei area（left）and the origin of linear belt（right）

圖6 隆內附近正斷層與左旋走滑斷層交匯部位的地質剖面Fig.6 Geological section at the intersection of normal fault and left-lateral strike-slip fault near Longnei village

為了查明該陡崖的構造成因，在野外開展了地質調查。在陡崖往東的延長線上（圖2 中標注為“隆內”的點），發現了一處斷層露頭。該露頭的破碎帶寬5 m，可見2 條斷層。斷面傾向南，傾角陡，產狀195°∠75°的斷層為正斷性質，破碎帶寬約1 m。產狀215°∠85°的斷面，上有擦痕，擦痕指示斷層為左旋走滑性質。斷面上部有一構造透鏡體，其大小為2 m×0.5 m。該露頭說明了兩種地質現象，一是正斷層的傾向與反坡向陡崖L1 的傾向一致。二是該露頭是走滑斷層與正斷層的交匯部位，且在該點左旋走滑斷層F1 經過該點后往南東延伸，如圖1B 中所示。從露頭的傾向轉換為走向后可以發現，兩條斷層的夾角為17°～20°。

4.2 河流裂點附近的地貌與構造特征

地質調查表明在天奕采石場附近分別發現了兩處斷層露頭（圖4C、4D）。這兩處斷層露頭為傾向北東或北北東的正斷層（圖7）。而這兩處正斷層一處位于圖4 河流縱剖面的上游裂點A 附近，一處位于河流縱剖面的下游裂點B附近。

圖7 天奕采石場附近的兩處正斷層剖面Fig.7 Sections of two normal faults near Tianyi Quarry

5 討論

上述的地質地貌特征顯示，線性影像帶L1 走向北西西，沿L1 的三處露頭顯示，L1 受正斷層控制。為方便討論，稱通過L1 的正斷層為弄?！葦鄬?。而F1 大古城斷層走向北西，前期工作[12]與本次工作顯示，F1 大古城斷層為左旋走滑性質。弄?！葦鄬优c大古城斷層兩者夾角約17°～20°。對照一個左旋走滑斷層控制的里德爾剪切模型[35]（圖8）和圖1 可知，圖1 中的右江斷裂帶百色以西段舊州—澤屯段左旋走滑斷層相當于主剪切Y；沿L1發育的弄?！葦鄬訛橐粭l正斷層，對應于圖8 中近東西向的T 破裂；F1 大古城斷層為左旋走滑性質的斷層，與圖8 中北西向的R 破裂相對應。而弄?！葦鄬优c大古城斷層的夾角，略小于圖8 中T 破裂與R 破裂的夾角。因此認為，控制L1 的正斷層弄?！葦鄬雍涂刂扑低阶笮諒澋拇蠊懦菙鄬邮翘幱谝粭l左旋走滑斷層（右江斷裂帶舊州—澤屯段）控制的剪切體系中的兩種不同形式的破裂。

圖8 左旋走滑斷層的里德爾剪切模型（據文獻[35]修改）Fig.8 Ridel shear model of left-lateral strike-slip fault（modified from reference[35]）

那么，該剪切系統的活動年代是什么？從構造應力場方面入手，上述里德爾剪切體系活動需要在近東西向的主壓應力場中才能獲得最合理的解釋。游象照通過衛星影像判讀和地質分析后認為，廣西新構造應力場主壓應力方向為東西向或近東西向[9，36]。即該剪切系統應該在新構造期間有活動表現。進一步從L1 出露的地貌部位觀察，其海拔高于F1大古城斷層，但又影響了河流縱剖面，說明該斷層的活動時間較長。從主剪切Y 舊州-澤屯段斷層的活動時間段可知，該斷層形成于印支運動，早期為右旋剪切性質，喜馬拉雅期再次強烈活動，并表現為左旋剪切活動[2]。即，該左旋走滑的里德爾剪切系統至少在喜馬拉雅期期間的晚新生代是有過長時間的活動表現。主剪切Y 舊州-澤屯段斷層最新的活動年代為晚更新世[4]，本次活動是否波及到整個剪切系統，仍需進一步研究。

6 結論

為了探討隆林南部線性影像帶的成因，分析其與右江斷裂帶百色以西段是否存在構造聯系，本次工作借助衛星遙感數據、無人機傾斜攝影測量技術，結合地面地貌與地質調查工作，獲得了如下認識：

（1）在哨兵2 影像中獲得了一條清晰的北西西向線性影像帶，該帶出現在弄桑至隆內之間，長度達5 km，較之前解譯出的長度為3 km 增加了2 km。

（2）無人機傾斜攝影提供的數據經處理后獲得了線性影像帶西端河流拐彎點附近的河流縱剖面?？v剖面中出現了裂點河段，其落差達78 m左右。

（3）地貌調查顯示，該線性影像帶為一條傾向南的反坡向陡崖帶。地質調查顯示，沿線性影像帶有三處正斷層露頭，即該線性影像帶受正斷層（弄?！葦鄬樱┛刂?。在影像帶東部的反坡向陡崖段，該正斷層傾向南南西。在影響帶西部河流裂點段，斷面傾向北北東或北東。

（4）控制線性影像帶的正斷層（弄?！葦鄬樱┡c控制斷層的谷地的左旋走滑斷層（大古城斷層）服從于一個北西向左旋走滑斷層（右江斷裂帶百色以西段舊州—澤屯段）的里德爾剪切系統控制。其中，控制線性影像帶的正斷層（弄?！葦鄬樱儆赥 破裂，控制水系同步拐彎的左旋走滑斷層（大古城斷層）屬于R剪切破裂，右江斷裂帶舊州—澤屯段斷層屬于Y主剪切破裂。該里德爾剪切系統至少在喜馬拉雅期有過長時間的活動表現。