基于DEM 的丹東市地形特征與區域地質意義研究

李鑫茹

（遼寧師范大學 地理科學學院，遼寧 大連）

引言

作為自然地理環境的重要組成部分，地形、地貌與地質相互作用，同時也共同影響著地區氣候條件、熱量吸收等過程，也對人類生產生活方式和國土空間規劃與利用具有重要影響[1]。

研究區域地質背景及意義有助于了解區域構造運動發展與地區環境演變等過程，對礦產勘探工作也具有較為重要的指示作用[2]。趙志剛[3]、盛海洋[4]等分別研究討論了東海盆地與黃河上游若爾蓋盆地形成的區域地質背景與構造演化過程。浙江[5]、江西[6]等地也經研究表明區域地質背景直接影響著礦區成礦過程和地熱資源分布。近年來，巖石測量的技術和方法不斷改進革新，作為區域地質的重要內容，更多有關巖石地球化學特征和年代學特征的研究結果更加準確。花崗巖是地殼中最常見的侵入巖，也成為國內外學者研究的熱點。王振亮等人通過對內蒙古架子山地區二長花崗巖的鋯石U-Pb 年代學及地球化學等特征研究，探明其巖漿源區的特征及花崗巖的侵位年代[7]。

與此同時，有關地貌特征的描述也由定性逐漸轉為定量描述。高精度的數字高程模型數據（Digital Elevation Model, DEM）被廣泛運用，與傳統野外考察相結合，在更大程度上促進了人類對于區域地形、地貌的認識。在中國典型區域，如青藏高原[8]、黃河流域[9]和黃土高原[10]等地，均有學者利用DEM 數據提取研究區內地形因子，并對其地貌特征進行描述。

因此，本研究以遼寧丹東市作為研究區，結合前人研究結果，分析其區域地質背景及其花崗巖形成過程，利用數字高程模型數據提取研究區內地形因子，并描述其地形與地貌特征，對該地水土保持、地質勘查及環境保護等具有較為重要的意義。

1 研究區概況

研究區概況見圖1。

圖1 研究區概況

丹東市地處遼寧東南部，位于123°22′E-125°42′E，39°43′N-41°09′N，包括東港市、鳳城市、振興區、振安區、元寶區和寬甸滿族自治縣。氣候屬暖溫帶亞濕潤季風型氣候，熱量充足，降水充沛。受復雜地形影響，丹東市年降雨量為648.4～1 761.7 mm，且區域差異明顯，年平均氣溫為7～10 ℃，四季分明，雨熱集中。土壤主要分布著棕壤、草甸土、水稻土等，丘陵山地土壤以棕壤為主，河谷平原多為草甸土，水稻土多分布在沿海平原及江河沿岸平地。水系分布主要包括鴨綠江、叆河、大洋河和渾江等江河，地下水儲量豐富。

2 數據來源與方法

2.1 數據來源

本研究DEM 數字高程數據采用中國科學院地理空間數據云下載的ASTGTMV003 DEM 數字高程數據，空間分辨率為30 m。該數據能夠在一定程度上反映丹東市的地形特征。數據下載地址為http://www.gscloud.cn/,后在ArcGIS 10.8 軟件中進行鑲嵌、裁剪等處理。

2.2 研究方法

2.2.1 坡度

坡度（Slope）是地面上某點的切平面與水平地面的夾角，是高度變化的最大比率，對地球表面物質和能量流向及分配、植被分布與作物生長等具有重要影響作用[8]。坡度計算公式為

本研究選擇坡度地形因子進行描述，能夠具體表達丹東市地面傾斜程度和地表的陡緩程度。坡地分類標準來源于國際地理學聯合會地貌調查與地貌制圖委員會所制定的地貌詳圖應用，按照坡度數值由小到大分為7 個等級（見表1）。

表1 坡地及地形起伏度分類標準

2.2.2 坡向

坡向是指地表面上一點的切平面的法線矢量在水平面的投影與過該點的正北方向的夾角。它通過影響不同地區對于太陽輻射量的重新分配而使區域間氣候、熱量產生差異，對于作物生長與農業生產至關重要。本研究通過ArcGIS 10.8 軟件空間分析工具中的表面分析進行坡向提取，并按方位角進行分區（見圖2）。

圖2 丹東市地形因子

2.2.3 地形起伏度

地形起伏度（又稱地勢起伏度）是表征地形起伏大小的地形因子。本研究利用丹東市DEM 數據提取研究區地形起伏度，并根據中國1:100 萬數字地貌制圖規范中地形起伏度的7 個等級進行劃分（見表1）。其計算方法為研究區內海拔高度最大值與最小值之差，計算公式為：

式中：RF 為丹東市地形起伏度；Hmax為丹東市海拔高度最大值；Hmin為海拔高度最小值。本研究采用ArcGIS 軟件的焦點統計計算Hmax與Hmin，后經柵格計算器求得RF。

2.2.4 地表粗糙度

地表粗糙度是指地表某一單元曲面的面積與其在水平面上投影的面積之比。因其能夠有效反映地表受侵蝕程度與情況，因而被廣泛運用于水土保持與環境監測等相關研究。其具體表達式為

式中：R 為丹東市地表粗糙度；S曲面為地表單元曲面面積；S水平為水平面投影面積。本研究采用柵格計算器求得。

3 結果與討論

3.1 丹東市地質特征

3.1.1 區域地質背景

丹東市地處遼東隆起和朝鮮北部隆起的交接位置，處于遼東隆起的東部邊緣。地質構造情況復雜，多條斷裂帶均在此發育。作為遼東地區主要斷裂帶的鴨綠江斷裂帶北起吉林，經丹東市至鴨綠江口入海，丹東市屬其斷裂帶南段[11]。區域內中-晚元古代地層、石炭三疊紀地層等發育良好，出露完整。因后期巖漿改造作用，侏羅紀-白堊紀地層零星分布。區域古生代沉積地層包括華北型和天山-興安型[12]。

3.1.2 區域花崗巖形成與地質意義

多年來，國內外學者對于遼東半島花崗巖的特征、成因、形成時代與構造背景展開了大量研究。從巖石成分上看，丹東地區出露的花崗巖成分主要為二常花崗巖和黑云母二長花崗巖，巖石成分較為單一[13]。從巖漿活動發生時期看，遼東半島中生代花崗質巖漿作用主要經歷三疊世、侏羅世和白堊世，其中白堊世遼東地區巖漿活動最為頻繁、強烈與密集。研究表明，丹東地區的通遠堡巖體、三股流巖體及丹東鳳城市的大城子巖體均是遼東半島白堊世巖漿活動時形成的[12]。丹東鳳凰山正長花崗巖侵位時代也屬于早白堊世，其形成可能與陸內剪切相關的伸展環境有關。同時，相比于常見的S 型與I 型花崗巖，丹東部分地區所發育的A 型花崗巖更具有獨特的地質意義[14]，有助于進一步明確遼東地區的構造演化過程。

3.2 丹東市地形特征

3.2.1 海拔與起伏度

研究區內高程變化范圍為0～1 323 m，整體呈現由東北向西南遞減的特點。根據中國1:100 萬數字地貌制圖規范劃分，表明丹東市多為低海拔區域（<1 000 m）和中海拔區域（1 000 m～3 500 m），其中低海拔地區占全域面積的99.8%，中海拔地區占0.2%，主要分布在寬甸滿族自治縣西北部。丹東市各區、縣平均海拔由大到小依次為寬甸滿族自治縣(356.5 m)>鳳城市(247 m)>振安區(106.6 m)>元寶區(91 m)>東港市(35.2 m)>振興區(25.9 m)。丹東市地形起伏度變化范圍為0～423 m，區域平均地形起伏度為97.4 m，地勢起伏較小。平均地形起伏度最大地區是寬甸滿族自治縣，數值為122.5 m，最小是振興區，數值為28.1 m。按地形起伏度劃分，丹東地區主要有平原、臺地、丘陵和小起伏山地4 種類型。4 種類型面積占比由大到小依次為丘陵(63.5%)>臺地(17.5%)>平原(15.5%)>小起伏山地(3.5%)。丘陵分布廣泛，小起伏山地零星分布，主要集中在丹東市北部和寬甸、鳳城市部分地區；平原主要分布在寬甸滿族自治縣中部、振安區東部及東港市。

綜合丹東市海拔高度與地形起伏度，丹東市陸地基本地貌形態主要為低海拔丘陵，其次為低海拔臺地、低海拔平原和小起伏低山，地勢平緩，起伏較小。

3.2.2 坡度、坡向與地表粗糙度

研究區內坡度變化范圍為0～66.78°，平均坡度為12.7°，坡度整體呈現由西南向東北逐漸增大的趨勢。坡地結構以斜坡與陡坡為主，斜坡占總面積的38.5%，陡坡占研究區總面積的28.6%，急陡坡僅占研究區的1%。從坡度分級圖看，平原主要分布在東港市，緩斜坡、斜坡和陡坡廣泛分布在各地區。急坡、急陡坡和垂直坡所處地區可能為易產生滑坡、泥石流等地質災害的地區。從坡向分布看，丹東市平緩坡（即平面）主要分布在東港市南部及東北部。其他幾種類型均分布廣泛。

研究區內地表粗糙度在1～2.5 內變化。各區、縣平均地表粗糙度由小到大依次為振興區<東港市<元寶區<振安區<鳳城市<寬甸滿族自治縣，但各地區平均地表粗糙度差異并不明顯。

4 結論

（1） 丹東地區出露的花崗巖成分主要為二常花崗巖和黑云母二長花崗巖，白堊世時期其巖漿活動最為頻繁、強烈。

（2） 研究區內高程變化范圍為0～1 323 m，整體呈現由東北向西南遞減的特點。丹東市地形起伏度變化范圍為0～423 m，區域平均地形起伏度為97.4 m。綜合丹東市海拔高度與地形起伏度，丹東市陸地基本地貌形態主要為低海拔丘陵，其次為低海拔臺地、低海拔平原和小起伏低山，地勢平緩，起伏較小。

（3） 研究區內坡度變化范圍為0～66.78°，平均坡度為12.7°，坡度整體呈現由西南向東北逐漸增大的趨勢。坡地結構以斜坡與陡坡為主。從坡向分布看，丹東市平緩坡（即平面）主要分布在東港市南部及東北部。其他幾種類型均分布廣泛。研究區內地表粗糙度在1～2.5 內變化。