2020, Vol. 41
表1(Table 1)
2. 中国郑州 450000 河南省航空物探遥感中心
2. Henan Aerospace Geophysical Remote Sensing Center, Zhengzhou 450000, China
断裂为构造应力作用的产物，它的形成必将影响到其周围一定长度、宽度、深度的区域，使其在空间上以线、条带的形式出现。应力状态的不同，加之因岩性改变而导致的差异侵蚀和差异风化，使得断裂带在遥感影像上形成独特的色调、纹理等光谱特征（隋志龙等，2002）。因此，遥感技术已经成为地质研究和地质勘查不可缺少的技术手段（王润生等，2011），并在地质研究领域得到广泛应用（路静等，2009；罗真富等，2014；刘德长等，2015；张焜等，2015；张焜等，2016；董双发等，2017；杨伟光等，2017；）。同时，随着利用不同卫星传感器获取的同一地区遥感影像数据越来越丰富，基于多波段、多时相、多类型的多源遥感数据综合分析方法也在断裂构造解译中发挥越来越重要的作用（张景发等，2004；韩玲等，2005；董广昊等，2009；窦爱霞等，2010；齐信等，2012）。
从公元294年至今，河南省商丘市及邻区共发生25次ML≥4.5地震（顾功叙，1983）。商丘市睢阳区震级最大的2次地震分别为公元前446年虞城6.0级、1525年柘城5.0级地震。自1970年以来，仪器记录到商丘及邻区ML≥1.0地震496次。自公元1000年以来，尽管商丘未发生过6.0级以上地震，但邻区发生过6级以上地震6次，均对商丘造成不同程度的破坏。如1830年磁县7.5级地震，商丘为Ⅵ度区；1668年郯城8级地震，商丘为Ⅵ—Ⅶ度区；1983年菏泽5.9级，商丘为Ⅴ度区。因此，商丘地区成为河南省活动断层探测的重点区域。孙杰等（2014）对该地区开展了构造地质方面的专题研究。
本研究应用GF-1、palsar雷达数据和Landsat 8 OLI等多种遥感数据源，结合图像处理、遥感解译与野外地质调查，分析了新乡—商丘断裂在商丘南部的分布情况，并控制了新乡—商丘分支断层的位置及走向。
1 研究区的地质背景研究区位于开封凹陷东部，地处黄河冲积平原区，无基岩出露。开封凹陷是新生代时期（特别是古近纪）在区域伸展应力作用下由差异升降运动所形成的次级凹陷，是河南省中北部发育的众多菱形块体之一。新乡—商丘断裂为NW向断裂带，规模较大；郑州—开封断裂为近EW走向，开封凹陷东部被其切割为典型的菱形边界（王志铄等，2018）。当地第四系厚度达200—340 m，新乡—商丘断裂和郑州—开封断裂深伏于地表以下，因此对其开展细致的研究工作面临诸多困难。
1.1 断裂组成新乡—商丘断裂是河南省重要的深大断裂，也是北华北坳陷与南华北坳陷的分界断裂，西起新乡市北，向SE方向延伸，经延津塔铺、封丘、兰考、民权、商丘、夏邑延入安微省境内，长达250 km（图 1）（王志铄等，2018）。根据重力、航磁资料，尤其航磁异常延拓10 km、20 km后的资料明显反映，该断裂至少有2条近于平行的断层组成，走向300°，被NNE或NE向断裂切割成若干段，倾向多变（NE或SW）。该断裂控制了开封凹陷及新生界的沉积，构成了开封凹陷的北缘断裂。断裂以北，以NE向和NNE向构造块体和断裂为主，河流流向自南西向北东，二者走向一致。断裂以南，以近EW向和NW向构造盆地和断裂为主，河流流向自北西向南东，河流与构造线的方向趋于一致。研究表明，新乡—商丘断裂是一条控制构造和地貌差异的分界断裂（图 1），本研究针对该断裂在商丘南部的分支断裂——路河断层（F23）开展遥感地质解译。
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图 1 研究区地质背景 F1聊城一兰考断裂; F2新乡一商丘断裂; F3荷泽断裂; F4曹县断裂; F5巨野断裂; F6嘉祥断裂; F7郑州一开封断裂; F8新郑一太康断裂; F9永城一阜阳断裂; F10夏邑一太和断裂; F11周口一鹿邑断裂; Fig.1 Geological background map of the study area |
据钻孔和区域地质资料可知（吴双红，2015），研究区内地层从老至新依次为太古界、寒武系、奥陶系中统马家沟组、石炭系上统本溪组与太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组与上统上石盒子组以及新生界的新近系、第四系。
1.2 断裂的活动性新乡—商丘断裂属于长期活动的深大断裂, 切割了新近系和第四系，沿断裂带发生过344年卫辉6.0级地震、1937年河南封丘5.5级地震和1978年新乡4.5级地震。封丘—兰考段还发育喜山期玄武岩、安山岩及酸性火成岩。
2013—2015年河南省航空物探遥感中心在研究区开展了“河南省商丘市睢阳区路河煤预查（续作）项目”（吴双红，2015），结果表明，路河断层由10条地震勘探剖面控制，控制程度为可靠，该断层为新乡—商丘断裂在商丘南部的分支，切割了古生代、中生代和新生代地层，为呈左旋扭动的正断层，北盘上升，南盘下降，新近系断距达600 m，第四系断距20—80 m（图 2）。历史上古黄河沿断裂通过，地震资料表明第四纪早期具有强烈活动特征，属早、中更新世断裂。
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图 2 路河断层地震勘探时间剖面 Fig.2 Seismic time profle of Luhe fault |
本文收集了多种类型、多种分辨率的遥感影像：①成像于2017年4月的GF-1全色波段分辨率8 m与2 m、多光谱16 m的GF-1卫星数据，用于断层细节特征的分析和地质信息提取；②具有穿透力的成像于2010年10月的ALOS卫星PALSAR单极化雷达数据，其分辨率可达10 m左右，用于遥感构造解译；③成像于2017年2月的多光谱分辨率30 m、全色波段15 m的Landsat 8 OLI数据，用于断层构造展布及宏观分析（表 1）。此次遥感地质解译面积约为84 km2，地理坐标范围为34°18′3″—34°22′24″N、115°26′42″—115°37′20″E。
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表 1 数据源信息 Table 1 Data source information |
（1）雷达图像噪声处理。雷达图像表面的斑点噪声会影响图像判读的准确性和信息的提取，噪声严重时，甚至会导致地物特征的消失。在处理PALSAR影像过程中，采取对比分析不同滤波的方法，如Frost滤波在平滑噪声的同时，能有效地保持图像的边缘特征，而且可通过参数控制调整平滑和边缘特征的效果，提高图像的解译度。
（2）正射校正。由ENVI图像处理系统对PALSAR影像进行正射校正。将雷达图像从原始传感器坐标投影到地图坐标系统，同时对雷达图像中普遍存在的地形变形进行校正。
（3）图像校正。图像的几何纠正以1:5万地形图为控制资料，在ENVI图像处理系统平台上进行处理，校正精度误差±1个像元。
（4）图像配准。以全色波段为基准影像，选取控制点，进行多项式配准。配准时拟合多项式选用2次多项式，配准后的多光谱波段与全色波段之间的位置误差已基本消除，可以进行下一步的融合处理。
（5）图像融合。图像融合是对不同空间分辨率图像的融合处理，以使处理后的遥感图像既具有较好的空间分辨率，又具有多光谱特征，从而达到图像增强的目的。
3 新乡—商丘断裂分支断层遥感地质解译 3.1 水文地质解译基于ENVI图像处理系统，以GF-1真彩色合成影像为主，辅以Landsat 8 OLI 762多波段相除假彩色合成、Landsat 8 OLI 456多波段线性拉伸假彩色合成和Landsat 8 OLI缨帽变换第3分量与3、6波段假彩色合成等图像增强手段（图 3，图 4），突出线性和面状信息，解译出研究区水系分布及水文特征。结果表明，整个研究区水系分布较密集，呈一定规律的平行分布，其中，古宋河为主干，大沙河、陈良河和杨大河为支流，大沙河和陈良河基本平行分布（图 5）。
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图 3 Landsat 8 OLI 456多波段线性拉伸假彩色合成 Fig.3 Landsat 8 OLI 456 multiband linear stretch pseudo color synthesis |
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图 4 Landsat 8 OLI 762多波段相除假彩色合成 Fig.4 Landsat 8 OLI 762 multiband phase division pseudo color synthesis |
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图 5 水文地质遥感解译 Fig.5 Remote sensing interpretation of hydrogeology |
研究区为第四系所覆盖，故隐伏断层在地表没有出露。断层本身在含水性及断层两侧的物质构成等方面存在的差异，会造成一定程度的地表物质的异常反映，为此，可以根据水系和线性构造的密度等2种特征来分析断层位置等信息。
本文对PALSAR雷达影像采用纹理分析方法以突出影像的纹理粗细度，在ENVI图像处理系统中对GF-1和PALSAR雷达数据采用HSV图像融合处理，经过融合后的图像在保留原色彩信息的同时，分辨率较大提高，细部信息更加清晰可辨，据此建立研究区纹理特征标志（表 2）和分区标准，从而划分出研究区地表地层纹理差异区。其中，Ⅰ和Ⅱ纹理特征一致；Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ为单独纹理特征区域（图 6）。
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表 2 研究区遥感影像特征 Table 2 Analysis of remote sensing image characteristics in the study area |
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图 6 地表遥感特征解译 Fig.6 Interpretation of surface remote sensing features |
断层活动使得某些物质在地表异常聚集，影响植被的生长，从而引起地物波谱的异常反映，因此，隐伏活动断层弱异常信息在遥感影像上表现为光谱的一些异常特征。
综合利用以上多种遥感手段，本研究从地表水文地质定向变化、雷达遥感与光学遥感融合影像的纹理差异变化等方面对隐伏断层的分布特征进行解译分析，并对研究区遥感解译结果开展了调查分析与野外验证（图 7），经综合分析得出新乡—商丘断裂在商丘南部的走向及位置（图 6，表 3）。
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图 7 路河断层遥感综合解译 Fig.7 Remote sensing comprehensive interpretation map of Luhe active fault |
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表 3 研究区断层构造遥感解译信息 Table 3 Remote sensing interpretation information of fault structure in the study area |
（1）GF-1真彩色合成以及Landsat 8 OLI多波段相除、假彩色合成、多波段线性拉伸和缨帽变换等图像增强手段，能够突出研究区水系分布的线性、面状信息。
（2）利用PALSAR雷达影像，采用纹理分析方法能够突出影像的纹理粗细度，通过GF-1、PALASAR雷达数据融合能够更清楚地反映隐伏活动断层区域地表地层纹理特征。
（3）新乡—商丘断裂在商丘南部为隐伏构造，走向为NW，在遥感影像上的解译标志为直线型河流，拐角直角；雷达影像和雷达与光学融合影像相同纹理地块错移。
（4）研究区城市快速发展，受人为因素的影响，单纯利用遥感影像进行隐伏断裂的精确定位还较困难，因此，应与其他多种探测手段相结合进行综合分析，以精确定位隐伏断裂。
本文得到中国地震局地质研究所鲁人齐研究员及河南省地震局地震工程勘察研究院、河南省航空物探遥感中心的领导和专家的指导，在此表示衷心的感谢。
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