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《中国地震局地质研究所》 2017年
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基于无人机摄影测量技术的活动构造定量参数提取研究

高帅坡  
【摘要】:以活动断裂和活动褶皱等构造运动为主的活动构造与地震、滑坡等自然灾害密切相关,始终是地质学领域研究的重点。活动构造研究的定量化从上世纪80年代开始至今已经有了很大发展,防震减灾需求的不断提升,对活动构造定量参数的可靠性和精确性提出了越来越高的要求。近年来航空摄影测量技术的发展为活动构造定量化研究提供了强大的技术支撑,特别是便携式无人机与高性能图形处理工作站的发展,使得我们可以轻松获得目标构造地貌体的高精度影像数据与数字高程模型。相比于传统的测量手段,该技术可在更小尺度上,更复杂的地貌面上,更大的范围上提取出更为准确可靠的活动构造定量参数。本文选择巴里坤盆地南缘断裂与鲜水河断裂炉霍、道孚段等作为研究区域,试图探索该技术在倾滑断层、走滑断层以及活动褶皱上的应用价值以及相关定量参数的提取方法。巴里坤盆地南缘断裂自西向东可划分为走滑、逆冲和活动褶皱等多个不同性质的段,断裂多数展布于大型冲洪积扇面之上,断错地貌破坏严重,地形地貌复杂多变,解译和提取该类断裂的定量参数是传统手段的难点,无人机航空摄影测量技术生成的高精度DEM与DOM数据为此类研究打开了新的研究思路。鲜水河断裂是全球最为活跃的几大断裂之一,其走滑断错地貌特征明显,地表破裂与不同尺度、期次的构造地貌发育良好,本文利用该技术对炉霍尤斯点、道孚昌孜点的微地貌特征进行了解译,并提取了同震位移量等参数信息。另外,还基于该技术对不同尺度的微地貌进行了分析,对活动构造微地貌的分期性及其与断裂活动性的关系做了一定探讨。论文的主要内容与结论如下:(1)简单介绍了无人机摄影测量技术的工作原理与Photoscan软件对数据的具体处理流程;根据实际工作经验对数据采集阶段的具体要求进行了总结;简单介绍了该技术的数据精度以及目前在地质学中的应用。(2)巴里坤红山农场附近复杂冲积扇面上断层陡坎位置及隆起量的提取。还在发育过程中的冲积扇面,由于自然改造的持续,地貌形态复杂,判断冲积扇是否经历过构造作用,一直是活动构造研究中的难点之一。本文结合野外调查和探槽等相关工作,利用无人机航空摄影测量技术对新疆巴里坤盆地南缘断裂上一处复杂的冲积扇面进行了高精度的DEM和DOM数据采集。针对正在发育的复杂冲积扇面,我们在对DEM进行地形解析和图像处理的基础上,采取了对扇面进行次级分区、逐个研究、相互佐证的方法,通过在次级分区内建立剖面集进行单独分析和邻近分区对比分析,明确了冲积扇面发育过程中经历的构造作用和2.5m的垂直变形量,显示该技术方法是识别复杂冲积扇残存构造信息并提取相关活动构造参数的有效手段。(3)伊吾前山乡活动皱褶前缘形态分析。巴里坤盆地南缘断裂在盆地东侧逐渐转变为以逆冲隆起为主的构造形式,且在前山乡附近表现为舒缓的薄皮构造,活动褶皱的前缘部分在前山乡附近成线性隆起。我们利用该技术对褶皱前缘的一处隆起点进行了地貌数据采集,明确了其褶皱隆起量等参数。(4)鲜水河断裂炉霍段破裂解析与同震参数提取。我们在炉霍段由斯村进行了断裂的地貌采集分析与探槽开挖工作。通过对DEM数据数据的处理,我们对由斯村部分断层破裂进行了解译,根据水系微位错和探槽结合的手段,确定了该点所发生的4次古地震事件,且该处冲沟水系四次事件的总位移量约为17.5m,1973年炉霍地震的同震位移量为4.6-4.9m,并对该点微地貌进行了恢复。(5)鲜水河断裂道孚段破裂解析与同震参数提取。我们对鲜水河断裂道孚段一个新生的断层槽谷内部发现的1923年道孚、炉霍地震地表破裂进行了摄影测量数据采集,获得该段破裂长度约为300m,在破裂南端发现一处条状隆起同震位错,左旋位错量约为4.5m。(6)构造微地貌分期及其意义。基于航空摄影测量技术,我们对鲜水河断裂北段等活动区域的断层槽谷等构造微地貌进行了详细分析,认为不同尺度的微地貌具有一定的活动期次,不同期次的构造微地貌与断裂活动习性具有一定的相关性。论文存在的主要问题:高精度的DEM数据包含有所有的地形信息,排除掉其他因素干扰而突出特定的构造地貌信息是利用高精度DEM数据来提取定量参数的重要一环。目前论文所采取的提取特定构造信息的方法多为手动提取,其效率较慢,且相比于庞大的DEM数据损失了很多有用信息,因此,仍需要开发相关程序,利用计算机自动提取相关参数。对于微地貌分期与活动断层活动习性的讨论只是处在地貌定量化与地层定性化的阶段,缺乏相关的年龄数据支撑。下一步的工作方向:在巴里坤南缘断裂和鲜水河断裂北西段继续提取相关参数以降低数据结果的不确定性;在所工作的几个研究点获取相应的年代数据,获取更多的定量信息;对不同段落的构造微地貌进行详尽分析,对比大震数据与探槽数据,寻找更多断层迁徙的地貌规律,结合相关的年代数据,探讨微地貌分期与地震长、短周期的关系。
【学位授予单位】:中国地震局地质研究所
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P623;P231

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