基于DEM 數(shù)據(jù)的云南省寧洱縣夷平面提取及其分布特征

金文正

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院, 北京 100083; 2. 海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083

0 引言

眾所周知, 由于構(gòu)造位置的特殊性, 青藏高原及周緣地區(qū)多年來(lái)一直是地質(zhì)研究的熱點(diǎn)之一, 中國(guó)云南省處于青藏高原東南緣, 處于印度板塊與上揚(yáng)子地塊的構(gòu)造拼接處, 發(fā)育多條大型斷裂帶(包括紅河斷裂、 哀牢山斷裂、 程海斷裂、 維西—喬后斷裂等) 且經(jīng)歷了多期復(fù)雜構(gòu)造演化[1-6], 尤其滇西地區(qū)自新生代以來(lái)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[7], 形成復(fù)雜的構(gòu)造變形和地形地貌。 位于滇西地區(qū)的普洱市寧洱縣位于哀牢山斷裂帶西側(cè), 地表海拔起伏大, 構(gòu)造變形復(fù)雜, 多年來(lái)地質(zhì)研究多偏重于基礎(chǔ)地質(zhì)和重點(diǎn)區(qū)域的礦產(chǎn)勘查方面[8,9], 研究方法以野外地質(zhì)調(diào)查和地球化學(xué)測(cè)試分析為主[10,11], 輔以地球物理探測(cè)和天然地震等方法[12], 而對(duì)于寧洱縣整體構(gòu)造隆升與沉降的研究較為薄弱, 所以本文擬通過(guò)提取該縣夷平面,分析不同級(jí)別夷平面的空間分布特征, 探討新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在該縣域內(nèi)的差異性表現(xiàn), 旨在為該縣后期構(gòu)造變形和演化研究提供一定的借鑒作用。

1 研究方法

由于多次構(gòu)造隆升和沉降可以在地表形成不同級(jí)別的夷平面, 所以對(duì)夷平面的提取和分析可以有效反演和分析地質(zhì)歷史過(guò)程[13-15], 所以本次研究主要是通過(guò)借助于ArcGIS 軟件對(duì)寧洱縣數(shù)字高程模型(Digital Elevation Mode, DEM) 進(jìn)行高程、 坡度、 坡向和地形起伏等方面的統(tǒng)計(jì)和分析, 結(jié)合野外對(duì)重點(diǎn)區(qū)域構(gòu)造變形特征和地貌的考察, 通過(guò)地貌因子提取法和目視解譯法, 對(duì)研究區(qū)進(jìn)行夷平面提取并劃定其平面展布范圍。 本研究使用的DEM 數(shù)據(jù)源自美國(guó)航空航天局(NASA), 為SRTM3 (3 角秒精度), 空間分辨率為90 m, 投影類型為UTM/WGS84, 分析軟件ArcGIS 版本為10.7。

2 結(jié)果和討論

2.1 地表海拔分析

現(xiàn)階段中國(guó)已有1 ∶100 萬(wàn)數(shù)字地貌分類標(biāo)準(zhǔn)[16,17], 即: 低海拔(〈1 000 m)、 中海拔(1 000～3 500 m)、 高海拔(3 500 ～5 000 m) 和極高海拔(〉5 000 m)。 利用ArcGIS 10.7 軟件對(duì)DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 制作了寧洱縣高程等值線圖(圖1), 總體表現(xiàn)為兩側(cè)低中間高的特征, 中部具有較高海拔地區(qū)平面上呈現(xiàn)為北西—南東展布, 與區(qū)域構(gòu)造線近乎一致并對(duì)其進(jìn)行高程的分類和統(tǒng)計(jì)(表1), 寧洱縣域內(nèi)高程介于1 000 ～3 500 m 之間的面積超過(guò)3 400 km2, 占比超過(guò)了90% (寧洱縣面積為3 670 km2), 所以根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn), 可以將寧洱縣劃分為中海拔地區(qū)。

表1 寧洱縣高程統(tǒng)計(jì)表Table 1 Elevation of Ning'er County

圖1 寧洱縣地表等高線(圖中剖面AA’、 BB’、 CC’ 為地形剖面線位置)Fig.1 Surface contour of Ning'er County (the profiles AA’, BB’, and CC’ in the figure represent the location of the terrain profiles)

2.2 坡度分析

坡度是描述地貌特征的重要參數(shù)之一[18], 寧洱縣坡度總體小于43.89°, 坡度大于22°的地區(qū)主要分布于寧洱縣東部及北部地區(qū), 在西部地區(qū)略有分布。對(duì)坡度進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)后, 依據(jù)國(guó)際地理學(xué)聯(lián)合會(huì)地貌調(diào)查與地貌制圖委員會(huì)關(guān)于地貌詳圖應(yīng)用的坡地分類標(biāo)準(zhǔn), 陡坡區(qū)在縣域內(nèi)分布面積最廣, 占比48.97%,主要分布于寧洱縣四周區(qū)域; 其次為斜坡區(qū), 占比42.92%, 主要分布于寧洱縣中心部位及西部區(qū)域,另外在縣中心地區(qū)分布有少量的緩斜坡 (占比6.45%)、 微斜坡(占比1.38%) 及平原(圖2)。

圖2 寧洱縣坡度分級(jí)Fig.2 Slope grade of Ning'er County

2.3 地勢(shì)起伏度

地勢(shì)起伏度是指在一個(gè)特定的區(qū)域內(nèi), 最高點(diǎn)海拔高度與最低點(diǎn)海拔高度的差值。 利用軟件ArcGIS10.7 依次計(jì)算3×3 網(wǎng)格、 5×5 網(wǎng)格、 7×7 網(wǎng)格、 9×9 網(wǎng)格、 11×11 網(wǎng)格、 ……、 61×61 網(wǎng)格的地勢(shì)起伏度; 對(duì)計(jì)算得到的不同窗口下的地勢(shì)起伏度,取各自的地勢(shì)起伏度平均值; 然后獲得擬合曲線(也可以通過(guò)Origin 或者Excel 軟件求取); 導(dǎo)入數(shù)據(jù)獲得的擬合方程為:y=462.5ln (x) -2 469, 擬合系數(shù)R2=0.985, 擬合效果明顯(圖3)。 獲得最佳分析窗口為39×39, 以此計(jì)算地勢(shì)起伏度分布圖, 并計(jì)算各級(jí)所占比例(圖4)。 根據(jù)前文的分類規(guī)則[17,19], 可以發(fā)現(xiàn)寧洱縣總體上由小起伏山地(占比46.39%)和中起伏山地(占比46.83%) 構(gòu)成, 其中前者主要分布于寧洱縣中部及西部地區(qū), 而后者則主要集中于寧洱縣的東部及北部地區(qū)。

圖3 窗口大小與地勢(shì)起伏度關(guān)系Fig.3 Relationship between window size and terrain fluctuation

圖4 寧洱縣地勢(shì)起伏度分級(jí)特征Fig.4 Grading characteristics of terrain undulation in Ning'er County

2.4 夷平面海拔求取

以流域盆地的面積比(a/A) 和流域盆地高程比(h/H) 為橫縱坐標(biāo)繪制二維曲線[20], 通過(guò)Excel 軟件擬合得到瀾滄縣的面積—高程積分曲線函數(shù):

利用曲線特征對(duì)該函數(shù)求取拐點(diǎn), 即為夷平面,其分別海拔為: 1 220 m、 1 355 m、 1 626 m、 1 707 m(圖5)。 選取典型地形線, 將夷平面進(jìn)行標(biāo)注(圖6), 可以發(fā)現(xiàn)夷平面在全區(qū)內(nèi)分布廣泛。

圖5 寧洱縣面積—高程積分曲線Fig.5 Integration curve of area-elevation of Ning'er County

圖6 寧洱縣三個(gè)地形剖面線及殘存山頂面對(duì)比圖(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.6 Comparison of three topographic profiles and remaining peak faces in Ning'er County

2.5 夷平面分布

根據(jù)海拔、 坡度和地勢(shì)起伏度等特征, 獲得不同級(jí)別夷平面在寧洱縣域內(nèi)平面分布(圖7), 其中一級(jí)夷平面3 個(gè), 二級(jí)夷平面1 個(gè), 三級(jí)夷平面7 個(gè),四級(jí)夷平面3 個(gè), 其中一級(jí)及二級(jí)夷平面分布較為局限, 受后期構(gòu)造改造作用明顯, 平面上所占面積較小, 主要分布于寧洱縣中西部地區(qū), 三級(jí)夷平面在寧洱縣發(fā)育最廣, 且單個(gè)夷平面占地面積較大, 四級(jí)夷平面僅在縣域內(nèi)西部發(fā)育。

圖7 寧洱縣夷平面與構(gòu)造變形特征疊合圖Fig.7 Superimposition of planation surfaces and structural deformation in Ning'er County

將夷平面與構(gòu)造變形要素相結(jié)合, 可以發(fā)現(xiàn)在寧洱縣東部地區(qū)發(fā)育大型斷裂, 即哀牢山斷裂帶等, 同時(shí)發(fā)育若干大型褶皺構(gòu)造, 表明該地區(qū)構(gòu)造變形強(qiáng)烈, 變形以橫向縮短或者走滑位移為主,所以該地區(qū)基本上沒(méi)有夷平面發(fā)育, 而在中西部地區(qū), 斷裂主要表現(xiàn)為晚期的多組方向的次級(jí)斷裂, 并且少見(jiàn)褶皺構(gòu)造, 可以認(rèn)為該地區(qū)應(yīng)該以垂向構(gòu)造隆升為主。

3 結(jié)論

(1) 寧洱縣地表總體高程介于1 000～3 500 m 之間, 表現(xiàn)為兩側(cè)低中間高, 屬于中海拔地區(qū); 陡坡區(qū)和斜坡區(qū)分布面積最廣, 共占比91.89%; 小起伏山地(占比46.39%) 和中起伏山地 (占比46.83%)是地勢(shì)起伏的主要特征。

(2) 寧洱縣發(fā)育四級(jí)不同的夷平面, 分別海拔為1 220 m、 1 355 m、 1 626 m、 1 707 m, 一級(jí)及二級(jí)夷平面受后期構(gòu)造改造作用明顯, 所占面積較小, 主要分布于寧洱縣中西部地區(qū), 三級(jí)夷平面在寧洱縣發(fā)育最廣, 四級(jí)夷平面僅在縣域內(nèi)西部發(fā)育。

(3) 夷平面分布特征受構(gòu)造變形影響, 大型斷裂周緣地區(qū)構(gòu)造變形強(qiáng)烈, 斷裂發(fā)育, 構(gòu)造變形以橫向縮短為主, 夷平面分布較少; 而在斷裂發(fā)育較少的地區(qū), 構(gòu)造變形以垂向構(gòu)造隆升為主, 夷平面發(fā)育。