出版日期: 2018-01-25
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DOI: 10.11834/jrs.20165130
2018 | Volumn22 | Number s1
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美国锁眼侦查卫星遥感数据在活动断层研究中的应用——以郯庐断裂带江苏段为例

王鑫 , 张景发 , 姜文亮 , 王德华

中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室，北京，100085

收稿日期: 2017-06-02

基金项目: 中国地震局地壳应力研究所中央级公益性科研院所基本科研业务专项(编号：ZDJ2016-17)；国家自然科学基金(编号：41772219)与宿迁市地震活断层探测及地震危险性分析项目共同资助

第一作者简介: 王鑫，1986年生，男，助理研究员，研究方向为活动构造与多源遥感地学研究。E-mail：wangxinjapan@163.com

中图分类号: P65

文献标识码: A

摘要

遥感技术是活动断层研究的重要技术手段之一。美国锁眼侦查卫星(Keyhole，简称KH)于20世纪60年代开始运行，在中国拍摄了大量的影像数据，具有成像时间早、分辨率高的特点。该影像较好地保存了东部地区城镇化建设之前的原始地形地貌信息，可以有效地揭示现今影像无法呈现的构造地貌特征，从而完成活动断层及微地貌的精细化填图与定量化分析，是活动断层调查的重要资料来源。本文首先简要介绍了KH卫星数据的基本信息及处理流程，其次论述了KH卫星影像的优势及其在活动断层研究中的初步应用，最后以郯庐断裂带江苏段为例，开展了基于KH卫星影像的活动断层遥感解译工作。试验结果表明，郯庐断裂带江苏段在试验区内仅马陵山—重岗山分支断裂(F5)、新沂—新店分支断裂(F2)断续出露地表，两条断裂的构造微地貌极为发育，为高角度逆冲断层，走滑运动不明显。KH卫星影像记录着上世纪至今大量的瞬时影像信息，为研究和理解活动构造相关地质构造、构造地貌、最新的地貌演化与历史变迁提供了更精确的基础数据，这些影像资料在活动构造研究领域乃至其他行业都具有重要的应用价值。

关键词

KH卫星影像, 活动断层, 郯庐断裂带江苏段, 构造微地貌

Application of Keyhole satellite data in active fault study: A case example of Jiangsu segment of Tan-Lu fault zone

WANG Xin , ZHANG Jingfa , JIANG Wenliang , WANG Dehua

Key laboratory of Crustal Dynamics, Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China

Abstract

Remote sensing technology has become an important technique of active fault research because of its macro, intuitive and non-contact advantages. With the rapid development of remote sensing technology, the increasement of satellite sensors and the improvement of spatial resolution, a various data of satellite sensors at home and abroad have been widely used in active fault research. Foreign satellite data mainly include ALOS, IKONOS, SPOT, QuickBird, Worldview and so on, among which the spatial resolution of QuickBird is 0.6 m, Worldview up to 0.31 m. Domestic satellite data include GF-1, GF-2 and ZY3, where the spatial resolution of GF-1 multispectral band and panchromatic band is 8 m and 2 m respectively; the spatial resolution of ZY3 multispectral band and panchromatic band is 5.8 m and 2.1 m respectively; the spatial resolution of GF-2 multispectral band and panchromatic band is 4 m and 1 m respectively. In recent decades, the rapid development of urbanization and human activities have seriously destroyed natural landforms. Especially in the eastern part of China, natural landforms have been seriously damaged due to the construction of roads, railways, factories and houses, so that tectonic geomorphology no longer existed, which made a great difficulty for remote sensing interpretation of active tectonics. US Keyhole(KH) satellites began to run in the 1960s, taking a large number of images in China. KH images are characterized by early imaging time, high resolution and better original terrain information, so they can be effective to obtain the characteristics of tectonic geomorphology and determine the geometric distribution and fault behavior. Those are significant for active fault research. In this paper, the basic information and data processing flow of KH satellite is introduced firstly. KH satellite mainly include KH1-12 and other 12 models. KH1-6 is the recoverable reconnaissance satellite of photographic film. The data source of KH1-6 is basically open, which is the main application of the promotion model. The best resolution of KH4A, KH4B and KH6 is 2.7 m, 1.8 m and 0.3 m respectively. Secondly, the application of KH images in active fault is discussed: 1) For the tectonic landform of active fault, with the advantages of early imaging time and high resolution, KH images can obtain the tectonic micro- landform features of active fault such as linear structure, fault scarp, fault cliff, fault groove and channels offset, which can not be identified by current satellite images. They are helpful to complete the precision mapping and quantitative analysis of active fault; 2) For the surface rupture zone of a historical earthquake, the KH images photographed at the nearest time after the earthquake is useful to map the surface rupture of the earthquake and measure the coseismic displacement. KH images visualize the post-earthquake rupture information to reveal the relationship between the rupture and the active fault, which guides us to understand the seismogenic structure, seismogenic mechanism and the process of diastrophism. Finally, this paper take the Jiangsu section of the Tan-Lu Fault Zone(TLFZ) as an example. The Suqian city and surrounding area were selected as the test area, where the remote sensing interpretation of the active fault based on KH-4B satellite image was carried out. The results show that, Malingshan-Chonggangshan Fault(F5) and Xinyi-Xindian Fault (F2) intermittently exposed to the surface. The tectonic micro-landforms of the two faults are very developed. In the Huangchaoguan, Shanxiawu and the south of Xiaodian, F5 exposed to the surface, which formed fault cliff, fault triangular surface, fault scarp and other structural landform. In the west of Huangchaoguan, F2 intermittent exposed to the surface, which formed fault scarp, fault deflection, fault groove and other tectonic micro-landforms. There are no obvious dislocations in the gully of the two faults. The two faults are mainly dip-slip movement with high angle thrust motion. KH satellites have obtained a large number of instantaneous image data from the last century, and recorded the process and evolution of the Earth's surface for a period of time. These images have important application values in the field of active fault research. In order to study and understand the geological structure, tectonic landforms and the latest historical changes, the KH images provide more accurate basic data. How applying KH images to active fault mapping work and seismic hazard assessment is an important development direction in active tectonics research in the future. What is more, It is hoped that, except in the earthquake industry, KH satellite data will be widely used in the fields of forestry, fishery, surveying and mapping, engineering, electric power, and other industries.

Key words

KH images, active fault, Jiangsu segment of Tan-Lu fault zone, tectonic micro-landform

1 引　言

活动断层是指晚更新世(距今10万~12万年)以来一直在活动，现在还在活动，未来一定时期内仍可能发生活动的断层(邓起东, 1996, 2002)。由于地震灾害的发生与活动断层密切相关(邓起东等，2003)，因此深入开展活动断层研究，确定其几何分布、构造地貌特征及晚第四纪活动性，对于防震减灾工作有着重要的科学意义和实用价值。遥感技术因其宏观性、直观性和非接触性等优势，广泛地应用于活动断层调查中，已成为活动断层研究的重要技术手段，将遥感技术与构造地貌学相结合，可以对活动断层进行定性或定量化分析(何宏林，2011)。迄今为止，国内外学者们基于多源遥感数据在活动断层研究方面取得了丰硕的成果(Issaak 等，2001；Kaya 等；Fu 等，2004；付碧宏等，2009；江娃利等，2009；Klinger 等，2011；张景发等，2016)。

随着遥感技术的快速发展，卫星传感器不断增加，空间分辨率不断提高，给活动断层研究带来了极大便利，国外的卫星数据主要来源于ALOS、IKONOS、SPOT、QuickBird、Worldview等，其中QuickBird分辨率为0.6 m，Worldview分辨率可达0.31 m。近几年，中国航天遥感事业突飞猛进，成功地发射了多颗光学遥感卫星，积累了大量的高分辨率卫星数据，如高分一号、高分二号、资源三号、环境1C等，其中高分一号数据多光谱波段分辨率为8 m，全色波段2 m；资源三号数据多光谱波段5.8 m，全色波段2.1 m；高分二号分辨率更是提高至多光谱波段3.2 m，全色波段0.8 m；这些国产卫星数据将为中国活动断层调查工作提供更加丰富的资源。

然而，近50年来中国城镇化建设发展迅速，导致自然地形地貌遭受大面积的人为改造，尤其在中国东部地区，由于公路、铁路、工厂、房屋的修建，许多原始地貌形态被严重破坏，造成一些构造地貌遗迹的消失，这给活动构造调查带来极大的困难。锁眼卫星(Keyhole，以下简称KH)是美国20世纪60年代开始成像的侦察卫星，获取了中国境内大量的影像资料，其分辨率高、成像时间早，较好地记录了当时的地形地貌信息，可以有效地提取活动断层的构造地貌以及历史强震地表破裂，从而准确地指导开挖探槽、联合钻探、人工浅层地震勘探测线布设等后续工作，这对于活动断层研究工作具有重要的意义。

本文将论述KH卫星数据的基本信息，处理流程及其在活动断层中的应用优势，选取郯庐断裂带江苏段宿迁市及周边地区作为试验区，利用早期KH影像探寻现今遥感图像中没有的断层地貌遗迹，研究郯庐断裂带的空间展布及构造地貌特征，为该地区的活动断层探测工作提供数据依据，也为广泛应用早期KH影像开展活动构造研究探索一条新的途径。

2 数据与数据处理

2.1 数据简介

KH卫星由美国发射于20世纪60年代，它是由“日冕(CORONA)”、“萨莫斯(SAMOS)”、“发现者(DISCOBER)”等美国最早的军事侦察卫星计划并入后演化而来的，至今已经发射了270次左右，从KH1、KH2、KH3 $ \cdots $ 发展到今天的KH12，共12种型号。第1代照相侦察卫星为KH1~6号，属于胶片返回式照像侦察卫星，载有全景相机，这类卫星的寿命较短，寿命一般为几十天，到了20世纪80年代美国停止了此类卫星的发射。第2代照相侦察卫星为KH7—10号，属于胶片返回式照像侦察卫星，除了全景相机之外，具备红外扫描仪和多光谱扫描仪，工作寿命几天到几百天不等，但地面分辨率有了明显的提高。第3代数字侦察卫星为KH11—12号，属于数字成像无线电传输卫星，实现了数据实时传输功能，其工作寿命及地面分辨率均有大幅提升。

KH1卫星于1960年8月开始发射并成功收回，拍摄了许多重要的影像信息，此后在1960年—1961年共发射了25颗，平均工作寿命35 d，最佳地面分辨率7.5 m。KH2—3与KH1卫星结构、相机、载荷基本相同，其寿命和地面分辨率也与KH1型基本相同。KH4型属于第1代详查型照相侦察卫星，于1962年3月开始发射，工作寿命3—5 d，地面分辨率1.8—3 m。KH5型载装一台画幅相机，于1962年—1964年使用，工作寿命20—28 d，属于寿命较长的普查型照相侦察卫星，但地面分辨率极低，约140 m。KH6型于1963年7月开始发射，可前、后视倾斜拍摄，属于寿命较短详查型照相侦察卫星，平均工作寿命3—5 d，地面分辨率高达0.3 m。KH7型为第2代普查型照相侦察卫星，在卫星传感器上具有质的飞跃，携带了多光谱扫描仪及红外扫描仪，于1966年8月发射，工作寿命14—36 d，全色相机地面分辨率0.6—2.4 m。KH8型在KH7的基础上，载有一台主题测绘相机，高分辨率全景相机地面分辨率0.08—0.1 m，多光谱扫描仪的分辨率为5 m，红外扫描仪的分辨率为10 m，该型号于1966年7月开始发射，工作寿命9—90 d。KH9型属第2代普查兼详查型照相侦察卫星，于1971年6月开始发射，工作寿命5—260 d，地面分辨率小于0.3 m。KH10型定义为载人侦察卫星，但由于成本过高，在1969年研制计划被取消。KH11型为第3代数字侦察卫星，是KH卫星系列第二次革命性的转变，于1976年12月开始发射，采用了CCD成像系统，具有数据实时传输功能，工作寿命770—1175 d，地面分辨率1.5—3 m。KH12型与KH11型光学系统基本相同，增加了热红外波段，于1990年2月发射使用，地面分辨率达0.1 m(赵秋艳，1999)。

KH卫星数据一直是美国侦察信息的重要来源，到了1995年克林顿总统发布了总统令，解密部分照相侦察卫星拍摄的照片，即1960年—1972年拍摄的约几万景卫星照片，对应着KH1—6型号，数据类型为全色波段及少量红外波段，分布范围遍及全球，集中分布在东欧和亚洲大陆，在中国境内也存有大量的数据，因此是目前应用推广的主要型号，基本成像参数见表1。

表 1 KH1—KH6卫星相机的性能参数(赵秋艳，1999)
Table 1 Performance parameters of KH1—KH6 satellite cameras(Zhao，1999)

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卫星名称	KH1—KH3	KH4A	KH4B	KH5	KH6
相机类型	全景相机	全景相机	全景相机	画幅相机	全景相机
胶片宽度/mm	70	70	70	77	77
最大祯幅/(mm×mm)	5.6×76	5.6×76	5.6×76	11.5×11.5	11.5×11.5
焦距/mm	61	61	61	7.6	170
名义轨道高度/km	165—460	185	150	322	172
最大胶片分辨率/(1/nm)	50—100	120	160	30	160
最大放大能力/倍	16	16	8	16	10
最佳地面分辨率/m	～7.5	～2.7	～1.8	～140	～0.3
名义地面覆盖范围/km	15×210—42×580	17×232	14×188	483×483	12×64
地面取样距离(m/像元)	160	160	160	1200	54

在本文的论述和实例分析过程中，收集到了山东省莒县以及江苏省宿迁市地区的早期KH卫星影像，其型号为KH4B。山东省莒县地区的KH4B数据成像于1969年12月，江苏省宿迁市地区的KH4B数据成像于1968年11月9日，卫星主要技术参数如下：(1)胶片式相机、70 mm底片；(2)全色波段成像(黑白)；(3)焦距61 mm；(4)名义轨道高度150 m；(5)最佳地面分辨率1.8 m。

2.2 数据处理

KH4B卫星的原始数据是数字化后的胶片式影像数据，每景影像呈条带状，相邻条带之间有一定的重叠度，数据源不含地理坐标及投影系统，因此在开展遥感影像解译与制图前，需要进行裁剪、拼接、图像信息增强等处理，再通过地理配准将整幅影像匹配到指定的地理坐标系中，从而获取配准后的影像数据，具体操作流程如图1所示，主要包含4个步骤：

图 1 KH卫星数据处理流程图

Fig. 1 Data processing flow of the KH satellite images

(1)裁剪、拼接等预处理。KH4B原始数据为TIFF格式，首先对每一景KH4B影像进行边框裁剪，去除黑色胶片的边缘信息，然后基于ENVI、Photoshop等图像处理软件通过相邻条带间重叠区的特征值匹配进行图像拼接，获取整幅影像数据；

(2)图像信息增强。将预处理后的整幅影像进行滤波、锐化、灰度拉伸等图像变换，其中滤波可去除影像中的噪点、噪声等信息，而锐化、灰度拉伸处理是为了图像的灰度柔和、明亮，突出地貌信息，便于地貌特征的提取；

(3)控制点选取。地理配准的关键是控制点的选择，选取控制点时应选择图像上易分辨、特征稳定且比较精细的特征点，如道路交叉点、水系转折点、形状规则的地物等。实际操作过程中，将增强后的图像数据导入ArcGIS软件平台，选取控制点，实现地理配准，但由于KH数据成像时间较早，距今已有50余年，地形地貌变化较大，因此选用成像时间较早的Landsat ETM+全色影像与1/5万数字地形图(20世纪末绘制而成)作为参考标准，控制点尽可能满幅并均匀分布，图像边缘部位或特征变化大的地区应多选点；

(4)地理配准。选取足量的控制点后，进行仿射变换，完成地理配准，导出配准后的影像。此外，再利用其他高分辨率影像并结合1/5万数字地形图，针对地貌改造不大的地区进行检验校对，确保影像数据的精度。

3 KH卫星影像在活动断层研究中的应用

3.1 构造地貌中的应用

在活动断层的研究中，构造几何学分析和构造地貌制图是必不可少的环节，通过构造地貌的精细刻画，从而准确绘制活断层地表迹线(陈桂华等，2006)。随着空间对地观测技术的进步，活动断层的研究往往依赖于遥感数据，通过利用各种遥感信息，建立断层地貌识别标志，进一步开展构造地貌解译工作，确定活动断层的空间展布及断错地貌特征。活动断层的遥感识别标志可分为直接解译标志和间接解译标志。直接标志包括断层陡坎、断层崖、断层三角面、断块山体、水系同步转弯、拉分盆地、阶地或洪冲积扇水平位错、山脊扭动变形、断头河与断尾河等地貌变形标志；间接标志包括线性特征、色调差异、纹理特征等影像信息标志。现阶段，国内外卫星传感器种类繁多，遥感数据多种多样，同各类遥感影像数据相比，KH卫星影像具备两大优势：

(1)KH卫星影像成像时间早。数据拍摄于20世纪六七十年代，即中国经济高速发展之前，自然地貌改造较少，保存了较好的原始地形地貌信息，可以提取现今遥感影像无法呈现的构造地貌特征。例如，在郯庐活动断裂江苏段的遥感解译研究中，山下吴地区的KH图像见NNE走向的线性影像(图2(a))，为断层陡坎地貌，陡坎两侧色调差异明显，而现今高分辨率遥感图像(图2(b))，由于城镇化建设，线性特征及陡坎地貌已不复存在。

图 2 山下吴地区的早期KH影像与现今遥感影像对比图

Fig. 2 Comparison of the KH and QuickBird images in the Shanxiawu area

(2)KH卫星影像空间分辨率较高。单次地震事件造成的同震位移一般仅为数米，有些区段上变形量甚至更小，要精确刻画地震相关的地貌体，需要高分辨率的遥感数据，识别微地貌变形特征(刘静等，2013)。KH卫星系列的KH4A和KH4B影像最佳分辨率为2.7 m和1.8 m，KH6可达到0.3 m，地面分辨率较高，有利于开展微地貌识别、微地貌精细填图、累计位错测量等工作。例如，郯庐断裂带江苏段晓店地区(图3)，图3(a)为KH4B影像数据，分辨率1.8 m，图3(b)为中低分辨率的ALOS多光谱影像数据，分辨率10 m。两图对比可知，KH图像清晰显示了NNE走向的线性影像，推测为线性断层陡坎，而ALOS图像因分辨率太低无此现象。

图 3 晓店地区的早期KH影像与ALOS影像对比图

Fig. 3 Comparison of the KH and ALOS images in the Xiaodian area

3.2 地震地表破裂中的应用

地震地表破裂长度、同震位移空间分布、同震位移平均值等是描述地震地表破裂样式和滑动习性重要的运动学参数。震级≥6.5级以上的地震均可产生不同程度的地表破裂带(Yeats 等，1997)。中国华北地区在六七十年代曾发生过两次大地震，1966年邢台地震(3月8日Ms6.8、3月22日Ms6.7和Ms7.2、3月26日Ms6.2、3月29日Ms6.0)与1976年的唐山Ms7.8地震，这两次地震均形成了相应的地表破裂带(杜春涛等，1985；河北地震局，1986；郭慧等，2016；郭慧和王鑫，2017；Guo 等，2017)。但邢台地震与唐山地震均已过去几十年，华北地区人口密集，第四纪地层沉积物松散，地震形成的地裂缝及同震位移已经被人为改造，很难有地震遗迹保存下来，如1976年唐山地震保存下来的地震地表破裂遗址仅有2处(Guo 等，2011)，其余的被全部破坏。而当时中国的空间对地观测技术不发达，缺少大震后第一时间的卫星及航测影像资料，地表破裂调查仅局限于前人实地考察，成果资料十分有限，资料精确度不高，这些问题对历史大震的发震构造特征研究造成了困难。

KH系列卫星由于成像时间早，资料积累丰富，有利于大震后及时性影像资料的选取。针对某次大震，挑选发震后最近时间点的影像数据，开展地震地表破裂调查、同震位移测量等工作，充分展现震后破裂信息，提高解译结果的精确程度，同时进一步探索地表破裂与活动断层的关系，从而指导我们认识发震构造、地震机理和地壳动力学过程，这对于地震学科的研究意义重大。

3.3 与国产高分卫星数据对比

近年来，国产高分卫星数据在活动断层研究中得到了初步应用。徐岳仁等人(2011)将国产高分数据有效地应用于1∶5万填图和活动构造定量分析，实现了活动断层的几何学和运动学研究；此后，徐岳仁等人(2015)在2014年新疆于田Ms7.3地震后，利用高分一号卫星获取的高分辨率光学影像进行了同震地表破裂的提取，并识别了发震构造。下文将开展KH卫星数据与国产高分数据的对比论述。

针对郯庐断裂带山东段安丘—莒县断裂，收集了莒县青峰岭地段的3种卫星遥感数据，分别是KH4B数据、资源三号多光谱与全色数据、高分一号多光谱数据，其中资源三号多光谱数据进行4/3/2波段的假彩色合成，并与全色波段融合，地面分辨率达2.1 m，高分一号多光谱数据进行3/2/1波段真彩色合成，地面分辨率为8 m。

在活动断层的几何学研究方面，3种数据均能识别活动断层的线性构造特征(图4)，即线性构造呈NNE向连续展布，为断层陡坎地貌，但在断层的几何结构上得到了不同程度的显示。其中KH4B与资源三号数据的图像更为清晰，解译的断层几何分布较为准确(图4(a)、(b))，而高分一号由于分辨率低，图像相对模糊，显示的断层几何结构不够精准(图4(c))。

图 4 青峰岭地区KH、资源三号与高分一号影像对比图

Fig. 4 Comparison of the KH, ZY-3 and GF-1 images in the Qingfengling area

在活动断层的运动学研究方面，3种数据均能判读出线性陡坎处东高西低的地貌特征。其中KH4B影像由于成像时间早，沿线性陡坎可见大量冲沟(图5(a))，发育断头沟、断尾沟等错断地貌现象，部分冲沟发生了一定的右旋位错(图5(b))，说明断层伴有强烈的右旋走滑活动性质，可通过陡坎上下盘错断地貌标志的建立，测量部分冲沟的右旋位错量，获取水平累计变形定量参数；资源三号影像由于成像时间较晚，受到人为改造的影响，可识别的跨断层陡坎冲沟极少(图5(c))，断层陡坎上盘识别出少量自然冲沟，但下盘多为人工挖掘的耕田水渠，因此不能在上下盘建立可以匹配的错断地貌标志，无法开展水平位错参数的测量工作；高分一号数据分辨率不足，不能显示出冲沟地貌(图5(d))，因此也无法开展运动学方面的研究。

图 5 青峰岭地区KH、资源三号与高分一号影像放大对比图

Fig. 5 Comparison of the KH, ZY-3 and GF-1 images in the Qingfengling area

通过上述对比可知，KH卫星数据具备原始地貌信息丰富、地面分辨率高两个优势，但与国产高分数据相比，KH卫星数据价格昂贵，且单景幅宽有限，地理配准复杂，而且伴有数字化扫描时噪声噪点等问题，因此，该类数据的使用存在一定的局限性。目前，国产高分卫星已日益成熟，数据种类多且分辨率不断提高，对于西部自然地貌没有改造或改造不大的地区，可大量使用国产高分数据。对于东部地区，可发展KH卫星与国产卫星数据的联合使用，共同开展活动断层的解译工作。例如，通过国产高分数据解译区域活动断层的宏观展布及地貌形态，指导野外实地考察选点等，通过KH卫星数据可开展典型地段的断层运动学特征分析。

4 试验区实例分析

4.1 地质概况

郯庐断裂带是中国大陆东部的一条大型活动断裂带(方仲景等，1986)，第四纪以来表现为逆冲兼右旋走滑运动(国家地震局地质研究所，1987)，中段贯穿山东、江苏境内，全新世活动显著，曾发生过1668年的郯城8½级大地震。江苏段是郯庐断裂带中段的重要组成部分，北起郯城县一带，南至泗洪县峰山乡，由5条分支断裂组成，自东向西分别为山左口—泗洪断裂(F1)、马陵山—重岗山断裂(F5)、新沂—新店断裂(F2)、墨河—凌城断裂(F3)、纪集—王集断裂(F4)，总体走向5°—15°，这些断裂构成了琴键式构造(张鹏等，2011)。

该试验区范围为东经118°0′—118°32′，北纬33°45′—34°20′(图6)，属于郯庐断裂带江苏段，是断裂带中、南段衔接转换的重要场所。断裂出露于丘陵岗地的边缘地带，构造地貌特征不明显，遥感影像特征断断续续。此外，由于试验区城镇化发展迅速，自然地貌改造严重，利用早期KH卫星影像开展活动断层研究是最佳选择。

图 6 试验区地貌及主要断裂分布图(试验区主要断裂分布参考文献(张鹏等，2011)，其中F2、F5断裂根据遥感资料进行了修正；红色三角代表野外点，白色框代表索引范围)

Fig. 6 Geomorphology and distribution of major faults in the study area (The faults are cited from(Zhang 等，2011)；F2 and F5 amended based on RS data；The red triangle denote field sites；The white frame denote index range)

F1：山左口—泗洪断裂；F2：新沂—新店断裂；F3：墨河—凌城断裂；F4：纪集—王集断裂；F5：马陵山—重岗山断裂；F6：宿迁—无锡断裂；F7：邵店—桑墟断裂
F1：Shanzuokou-Sihong fault；F2：Xinyi-Xindian fault；F3：Mohe-Lingcheng fault；F4：Jiji-Wangji fault；F5：Malingshan-Chonggangshan fault；F6：Suqian-Wuxi fault；F7：Shaodian-Sangxu fault

4.2 遥感断层解译

4.2.1 马陵山—重岗山断裂(F5)

按照由北向南的顺序依次介绍黄巢关水库、山下吴和晓店南3个地段的马陵山—重岗山断裂(F5)KH影像解译工作。

黄巢关水库附近KH影像(图7)显示，沿尹林、李庄、季庄至桥北镇一带发育NNE走向的线性构造，为西高东低的山麓地形陡变带，西侧为基岩山地，岩性主要为白垩系砂岩，东侧为第四系冲积平原(图7(a))。该山麓地形陡变带的北段为断层陡崖地貌(图7(b))，陡崖陡立平直；南段沿山麓前缘发育一系列横向冲沟和断层三角面(图7(c))，跨断层系列冲沟局部存在水平位错。

图 7 黄巢关水库地区马陵山—重岗山断裂(F5)构造地貌特征

Fig. 7 Characteristics of the F5 tectonic geomorphology in the Huangchaoguan area

山下吴地区KH影像(图8)显示，山下吴—大新庄一带地貌形态东高西低，发育线形山地，马陵山—重岗山断裂(F5)沿线形山地西缘分布，形成N10°E的线性陡坎地貌，陡坎两侧色调对比明显，西侧呈暗黑色，为基岩线形山地，东侧平原地貌呈灰白色，发育第四系冲洪积物(图8(a))。北段多发育横向冲沟，冲沟多在断层陡坎处汇聚(图8(b))，且图8(b)可见明显的冲沟右旋水平错动；南段形成断层陡坎地貌(图8(c))。

图 8 山下吴地区马陵山—重岗山断裂(F5)构造地貌特征

Fig. 8 Characteristics of the F5 tectonic geomorphology in the Shanxiawu area

晓店南地区KH影像(图9)显示线性特征清晰，沿NE方向断续展布，色调差异明显，反映出小规模的线性陡坎地貌。陡坎处冲沟极为发育，图9(c)可见少量的冲沟右旋水平位错现象，推断为马陵山—重岗山断裂(F5)活动所致，说明该断裂已南延伸至宿迁市一带。

图 9 晓店南地区马陵山—重岗山断裂(F5)构造地貌特征

Fig. 9 Characteristics of the F5 tectonic geomorphology in the south of Xiaodian area

马陵山—重岗山断裂(F5)整体出露于黄巢关水库、山下吴、晓店南地区，并向南延伸至晓店南-宿迁一带，而宿迁市以南未见断层出露遗迹，断层以逆冲运动为主，走滑分量不明显，构造地貌现象由北向南逐渐减弱。

文中结合野外实地考察验证了马陵山—重岗山断裂(F5)的遥感解译结果。野外点1地处马陵山东麓，见基岩陡坎地貌(图10(a))，走向约N10°E，陡坎高度为2—4 m，推测陡坎为断层陡坎，西侧的基岩逆冲在第四纪洪积平原之上；野外点2位于桥北镇西侧1km，野外剖面上见基岩与第四纪地层直接接触(图10(b))，断层面发育其中且高角度东倾，其NW盘为基岩台面，SE盘为第四纪地层；野外点3位于山下吴北侧的新沂河南岸，剖面可见断层东侧的青灰色钙质结核黏土层逆冲于西侧的黑褐色黏土之上(图10(c))，逆冲量近1 m，钙质结核黏土层为本区域典型的晚更新世地层(张鹏等，2015)。野外点4在KH影像上为断层沟槽现象(图9(c))，但野外现场只见公路以及公路两旁茂密的植被(图10(d))，未能发现构造变形现象。特别说明的是，由于人为改造的原因，地貌遭受不同程度上的破坏，不仅野外点4，KH影像上很多构造变形明显的地段，在野外踏勘中均未能发现任何迹象。

图 10 马陵山—重岗山断裂(F5)野外验证照片

Fig. 10 Pictures of field investigation of Malingshan-Chonggangshan fault

4.2.2 新沂—新店断裂(F2)

新沂—新店断裂(F2)整体位于马陵山山地西侧，即黄巢关水库西侧，与马陵山—重岗山断裂(F5)近平行排列，该断裂断续出露地表，形成一系列构造微地貌(图11(a))。图11(b)、图11(c)、图11(e)见断层陡坎、断层挠曲坎等微地貌，图11(d)见断层沟槽微地貌(图11(a)—图11(e))。断层多处形成了西高东低的地貌形态，仅南段的图11(e)点地貌东高西地，断层陡坎、沟槽走向均呈NNE方向，推断在挤压环境下断层逆冲活动所形成。

图 11 试验区新沂—新店断裂(F2)构造地貌特征

Fig. 11 Characteristics of tectonic geomorphology of Xinyi-Xindian fault

4.3 解译结果

区域活动断层解译结果如图12(b)所示，红色实线为遥感解译断层迹线，橙色虚线为推测断层迹线。郯庐断裂带江苏段仅有两条分支断裂出露地表，即马陵山—重岗山断裂(F5)和新沂—新店断裂(F2)，两条分支断裂的构造微地貌特征明显，为活动断裂，其中F5断裂的全新世活动时代已证实(李起彤，1994)。郯庐断裂带江苏段的另外3条分支，山左口—泗洪断裂(F1)、墨河—凌城断裂(F3)、纪集—王集断裂(F4)，在地貌上未能发现明显的活动证据。

图 12 试验区KH影像与活动断裂解译图

Fig. 12 Interpretation map of active faults based on KH image in the study area

逆断层或盲逆断层活动往往部分出露地表，形成断断续续分布的微构造地貌(徐锡伟等，2002)。郯庐断裂带江苏段的F5、F2断裂微构造地貌发育，呈NNE走向的断续出露，具备典型的逆冲活动性质，这两条断裂在多处形成西高东低的地貌形态，极少处形成东高西低的地貌形态，推测是在挤压环境下受力不均匀导致，但总体上认为是由西向东高角度逆冲运动，这与前人野外地质剖面和探槽结果一致(谢瑞征等，1991)。

5 结　论

本文首先简要介绍了KH卫星数据的基本信息及处理流程，KH卫星主要有KH1—12共12种型号，其中KH1—6号为胶片返回式照像侦察卫星，其数据源基本公开，是目前应用推广的主要型号，KH4A最佳分辨率2.7 m，KH4B最佳分辨率 1.8 m，KH6最佳分辨率0.3 m。

其次论述了KH卫星影像的优势及其在活动断层调查中的应用情况：(1) KH卫星具备成像时间早、分辨率高的两大优势，在构造地貌中可以提取现今影像无法识别的构造微地貌特征，如线性构造、断层陡坎、断层崖、断层沟槽、冲沟位错等，从而完成活动断层精细化填图及定量化分析；(2)在地震地表破裂中，针对某次历史地震，选取震后距离发震时间最近的影像数据，可以开展地震地表破裂带调查、同震位移测量等工作，揭示地表破裂与活动断层的关系，指导人们认识发震构造、地震机理与地壳动力学特征。最后，文中选取了宿迁及其周边地区作为试验区，以郯庐断裂带江苏段为研究对象进行了实例说明。

KH卫星获取了大量的瞬时影像数据，记录着20世纪以来的地球表面过程及演化，这些资料在活动断层研究领中具有重要的应用价值，为研究和理解活动构造相关地质构造、构造地貌、最新的历史变迁和地貌演化提供更直观的基础数据。如何将KH卫星影像应用于活动构造填图和活动断层地震危险性评价等工作，是今后活动构造研究领域的一个重要应用方向。KH卫星影像在地震行业得到有效推广的同时，也希望在林业、渔业、测绘、工程、电力等领域得到广泛应用。

志谢野外调查得到了江苏省地震局李丽梅高级工程师的指导和帮助，在此表示感谢。

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摘要

关键词