于江 張彥琪 李西 鄧梅 常玉巧 和仕芳

摘要：魯?shù)檎饏^(qū)地處滇東北高山峽谷地區(qū)，地形地貌復(fù)雜，第四系極不發(fā)育，常規(guī)的活動地貌調(diào)查條件較差。近年來快速發(fā)展的無人機航測技術(shù)在地貌數(shù)據(jù)采集方面展現(xiàn)出了突出優(yōu)勢，通過將無人機航測技術(shù)應(yīng)用于魯?shù)檎饏^(qū)一帶活動構(gòu)造研究中，結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查和探槽選點工作，探討了無人機航測技術(shù)在震區(qū)活動構(gòu)造研究中的工作流程，基于無人機航測數(shù)據(jù)采集及解譯，得到包谷垴—小河斷裂光明村小埡口段2組密集分布的優(yōu)勢地表破裂；沿昭通—魯?shù)閿嗔寻l(fā)現(xiàn)水系、山脊同步右旋位錯約70m；在新棚子村發(fā)現(xiàn)斷層槽谷并布設(shè)探槽，成功揭露斷層，以上應(yīng)用顯示了無人機航測技術(shù)在多山地區(qū)活動構(gòu)造研究中的較好適用性。

關(guān)鍵詞：無人機航測；魯?shù)榈卣穑徽淹ā數(shù)閿嗔?；活動?gòu)造

中圖分類號：P315.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-0666（2018）02-0166-07

0 引言

2014年8月3日，云南省魯?shù)榭h發(fā)生M，6.5地震，震區(qū)地震烈度等震線長軸方向呈NW向展布，極震區(qū)烈度達(dá)到Ⅸ度，余震分布為NW和NE兩個方向，其發(fā)震構(gòu)造和孕震環(huán)境受到了諸多學(xué)者的廣泛關(guān)注和討淪。徐錫偉等（2014）結(jié)合地震應(yīng)急考察、震源機制解、震源破裂過程、余震分布空間等信息研究認(rèn)為NW向包谷垴—小河斷裂為魯?shù)镸S6.5地震的發(fā)震構(gòu)造；李西等（2014）在震后對震區(qū)地震地表裂縫、位錯分布特征、震害特點及其與構(gòu)造的關(guān)系展開了討論，并開挖了探槽；常祖峰等（2014）從第四紀(jì)地質(zhì)地貌人手闡述了昭通一魯?shù)閿嗔褞У耐淼谒募o(jì)活動特征和最新活動地質(zhì)地貌證據(jù)。目前對震區(qū)主要斷裂的活動性和活動程度研究仍然缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識，2017年2月8日，震區(qū)發(fā)生MS4.9地震（常玉巧等，2017），可見震區(qū)地震危險性不容忽視，需要進(jìn)一步加強對NW向包谷垴—小河斷裂及NE向昭通—魯?shù)閿嗔训囊巴獾刭|(zhì)調(diào)查，這將有助于對震區(qū)斷裂活動性和孕震構(gòu)造背景的研究，為評判該區(qū)域地震危險性提供參考。

魯?shù)檎饏^(qū)地處滇東北高山峽谷地區(qū)，第四系極不發(fā)育，很難找到斷層斷錯或上覆第四系等晚第四紀(jì)活動剖面直接證據(jù)，人工改造強烈、植被發(fā)育、通視條件差，常規(guī)的活動地貌調(diào)查條件較差。在利用傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感影像研究微構(gòu)造地貌時存在影像分辨率低、時效性差的局限性，隨著無人機在民用領(lǐng)域的普及，其靈活度高、操作簡單的特點，使得利用無人機獲取遙感影像成為可能（段福洲，趙文吉，2010）。目前，無人機航測技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到構(gòu)造地貌解譯、第四紀(jì)地質(zhì)填圖等多個活動構(gòu)造研究領(lǐng)域（Johnson et al，2014；葉夢旎等，2016）。該方法在我國多應(yīng)用于地形廣闊、植被稀少的西北等地區(qū)，在云南多山、植被發(fā)育地區(qū)則應(yīng)用較少。本文將無人機航測技術(shù)應(yīng)用于魯?shù)檎饏^(qū)一帶活動構(gòu)造調(diào)查研究，一方面探討無人機航測技術(shù)在多山地區(qū)活動構(gòu)造調(diào)查中的工作流程，另一方面開展典型構(gòu)造地貌點的無人機航測數(shù)據(jù)采集及其影像解譯，并通過野外實地調(diào)查研究對實測結(jié)果進(jìn)行對比分析。

1 震區(qū)構(gòu)造背景

震區(qū)位于青藏高原東南緣川滇菱形塊體與華南塊體之間的大涼山次級活動塊體的南緣昭通—蓮峰斷裂帶內(nèi)，南北地震帶南段（圖1b）。大涼山次級活動塊體是巴顏喀拉塊體和川滇菱形塊體向東和南東擠出時受穩(wěn)定的華南塊體阻擋所形成的，構(gòu)造活動和地震活動較強烈（聞學(xué)澤等，2013；程佳等，2014）。該塊體西邊界為SN-NNW向安寧河—則木河斷裂帶，以左旋走滑為主，滑動速率為4～7mm/a（聞學(xué)澤，2000；周榮軍等，2001；何宏林，池田安隆，2007；冉勇康等，2008）：其東邊界為SN-NNW向馬邊斷裂帶，以左旋走滑一擠壓逆沖為主，左旋走滑速率在3mm/a左右（張世民等，2005；徐錫偉等，2014）：其南部邊界為昭通—蓮峰斷裂帶，主要由蓮峰斷裂帶和昭通—魯?shù)閿嗔褞?條NE向右旋走滑斷裂帶所組成，平行展布于四川大涼山南部至云南昭通魯?shù)榈貐^(qū)，以擠壓逆沖性質(zhì)為主，屬于川滇塊體和華南地塊邊界帶的一部分（聞學(xué)澤等，2013）。

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北東向及北西向斷裂，其中多期活動的北東向斷裂是本區(qū)的主干構(gòu)造，其余方向的斷裂一般為北東向構(gòu)造的次級構(gòu)造。NE向昭通—魯?shù)閿嗔褞в升垬鋽嗔选O河斷裂和昭通—魯?shù)閿嗔?條右階雁列展布的次級斷裂組成，總體走向NE40°～50°，沿斷裂發(fā)育昭通、魯?shù)榈刃律璧兀ǔＷ娣宓龋?014；李西等，2014），NW向發(fā)育包谷垴—小河斷裂，由數(shù)條斷續(xù)展布的短小斷層組成，總體走向330°，全長約40km（常祖峰等，2014；張彥琪等，2016；李西等，2018），如圖1a所示。震區(qū)范圍內(nèi)主要以5～6級地震為活動背景，曾發(fā)生2003年云南魯?shù)?.0級和5.1級地震、2以科年云南魯?shù)?.6級地震、2006年云南鹽津2次5.1級地震、2012年云南彝良5.7級和5.6級地震、2014年云南魯?shù)?.5級地震以及2017年云南魯?shù)?.9級地震（聞學(xué)澤等，2013；李西等，2014）。

2 基于無人機航測技術(shù)的活動構(gòu)造研究工作流程

2.1 無人機航測技術(shù)

無人機航測技術(shù)是指通過無人機與遙感技術(shù)相結(jié)合，搭載各類傳感器，利用先進(jìn)的無人駕駛飛行技術(shù)、遙控技術(shù)及數(shù)字?jǐn)z影測量等技術(shù)，從而方便快捷的獲取地面實時影像和各類遙感數(shù)據(jù)的測繪技術(shù)（李德仁，李明，2014）。無人機航測系統(tǒng)主要由無人機飛行平臺、成像傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)3部分組成（洪宇等，2008；鄒長慧等，2011）。

根據(jù)飛行平臺的不同，將無人機主要分為固定翼無人機、多旋翼無人機、無人直升機3大類平臺，各類無人機飛行平臺根據(jù)自身的特點，應(yīng)用領(lǐng)域如表1。成像傳感器是獲取遙感影像的重要組成部分，在航測作業(yè)中，需要根據(jù)無人機平臺的載荷條件、研究對象，選擇合適的傳感器。目前在攝影測量中常用的傳感器主要有：可見光相機、多光譜成像儀、高光譜相機、熱紅外掃描儀、激光雷達(dá)等。其中數(shù)碼相機作為拍攝可見光波段的成像傳感器，具有成本低，影像分辨率高的特點，因而被廣泛使用。

2.2 工作流程設(shè)定

在設(shè)定無人機航測系統(tǒng)工作流程時，首先需要根據(jù)3類無人機平臺的特點和航測區(qū)域的地形地貌特征選擇符合野外地質(zhì)地貌調(diào)查工作實際的無人機航測系統(tǒng)。昭通一魯?shù)榈貐^(qū)位于云南省東北部，該區(qū)域地形復(fù)雜、交通不便，而旋翼無人機具有便于攜帶、原地起降、定點懸停的特點，在多山地區(qū)微地貌調(diào)查工作中顯示出了較好地適用性。結(jié)合無人機航測系統(tǒng)的組成、野外構(gòu)造地貌研究的需要，將無人機航測系統(tǒng)在構(gòu)造地貌研究中的應(yīng)用分為前期準(zhǔn)備、遙感數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、影像數(shù)據(jù)解譯4個部分，如圖2所示。

3 無人機航測技術(shù)在魯?shù)檎饏^(qū)活動構(gòu)造調(diào)查中的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)采集

本文采用大疆Inspire 1四旋翼無人機搭載1200萬像素數(shù)碼相機對魯?shù)檎饏^(qū)在衛(wèi)星遙感影像解譯過程中發(fā)現(xiàn)的多個地貌點進(jìn)行了航測數(shù)據(jù)采集。根據(jù)航測區(qū)域的實際情況，拍攝航高設(shè)定在80～120m，航向重疊率為70%～80%，旁向重疊率不低于65%，每個測區(qū)均勻布設(shè)4個地面控制點（GCP），共獲取了魯?shù)檎饏^(qū)8個地貌點的低空數(shù)字影像，近2131張有效航空照片。后期基于PhotoScan軟件對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行影像對齊、優(yōu)化圖片對齊方式、建立密集點云、構(gòu)建地形網(wǎng)格、導(dǎo)入野外測量的像控點，生成了航拍點數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字正射影像（DOM）。DSM數(shù)據(jù)中所選地面控制點的平均高程誤差為0.15m，數(shù)據(jù)分辨率可達(dá)0.1m/pix，真實地反映了航測區(qū)的地形地貌，滿足活動構(gòu)造影像解譯及構(gòu)造地貌實測的需求，航拍點航測數(shù)據(jù)如表2所示。

3.2 光明村地震地表破裂調(diào)查

李西等（2014）在魯?shù)镸S6.5地震后對NW向包谷垴—小河斷裂展開了詳細(xì)的野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了沿謝家營盤—光明村—王家坡一線NW向、長約8km斷續(xù)延展的地表破裂帶，并在光明村小埡口開挖了探槽。本文對NW向地表破裂帶中地表遺跡最為清晰的光明村小埡口段進(jìn)行了低空無人機航測數(shù)據(jù)采集。

如圖3a、b所示，小埡口段在無人機正射影像及三維模型上表現(xiàn)為NW向平直的斷層槽谷地貌。在槽谷SE端，NW向與NE向破裂交匯部位，地表最為破碎，清晰地反映了槽谷內(nèi)NW向與NE向2組地表破裂的空間展布（圖3d）。其中NW向地表破裂形態(tài)平直且延伸較遠(yuǎn)，影像范圍內(nèi)長約650m，沿槽谷北東側(cè)發(fā)育，產(chǎn)狀50°∠59°（圖3c、f），與山脊走向平行，在尾端出現(xiàn)分叉現(xiàn)象。NE向地表破裂則密集發(fā)育在槽谷SE端王家坡滑坡后緣附近，總體走向約40°，沿走向貫通性差，主要顯張性，根據(jù)影像測量裂縫寬度可達(dá)0.6m，認(rèn)為NE向地表破裂可能主要是由王家坡滑坡重力因素誘發(fā)的次生地表破裂（圖3d）。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查NW向地表破裂展布，發(fā)現(xiàn)地震鼓包及石塊的扭動方向顯示出破裂帶具有明顯的左行右階走滑特征（圖3e）。

3.3 新棚子村活動地貌與探槽選點

新棚子村無人機正射影像解譯表現(xiàn)為2條平行的NE向線性斷層槽谷地貌（圖4a），槽谷形態(tài)清晰平直，位于昭通—魯?shù)閿嗔涯隙巍＞€性槽谷沿走向向東延伸較遠(yuǎn)，向西延伸在地貌上表現(xiàn)不清楚，根據(jù)無人機影像解譯初步認(rèn)為斷裂向NW沿婭口通過。其中SE側(cè)斷層槽谷規(guī)模較大，據(jù)無人機影像測量槽谷最窄處寬度約26m，NW側(cè)斷層槽谷規(guī)模較小，寬度僅約10m（圖4b）。區(qū)內(nèi)NE地勢整體較低，水系沿2條槽谷向NE匯聚，與2側(cè)地勢高差較大，槽谷內(nèi)易于新的松散物源沉積，可以有效地記錄和保存地質(zhì)構(gòu)造事件。同時，槽谷2側(cè)植被比較發(fā)育，有利于碳樣的采集。NW側(cè)槽谷規(guī)模較小，易于控制斷層，且靠近公路，便于挖機施工，在地貌上符合探槽開挖的基本要求。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)沿NW側(cè)槽谷走向，2側(cè)巖性不同，NW側(cè)為二疊系灰?guī)r，SE側(cè)為泥盆系粉砂質(zhì)泥巖，為斷層接觸關(guān)系。其SE側(cè)粉砂質(zhì)泥巖可以為槽谷提供豐富、細(xì)粒的沉積物源（圖4c），能有效保存構(gòu)造事件。沿斷裂走向調(diào)查，在槽谷SW段公路旁見基巖斷層（圖4d），斷層產(chǎn)狀為146°∠68°，斷裂帶內(nèi)發(fā)育密集劈理、構(gòu)造透鏡體，見近水平斷面擦痕。在NE段新棚子村待建住房開挖的剖面處見另一斷層剖面，顯示北東向斷層切割紅土，產(chǎn)狀160°∠81°，斷層滑動面見近水平擦痕（圖4e）。綜合以上影像解譯及野外調(diào)查結(jié)果，認(rèn)為NW側(cè)規(guī)模較小的槽谷具備較好的地質(zhì)地貌條件，符合探槽開挖的基本條件。經(jīng)過多次踏勘對比，在NW側(cè)槽谷中段開挖探槽，并成功揭露斷層。

3.4 白巖村斷錯地貌與實測

白巖村位于魯?shù)榕璧匚髂?，屬于昭通一魯?shù)閿嗔涯隙?。無人機正射影像解譯表現(xiàn)為NE向線性斷層槽谷地貌（圖5a，b），槽谷線性形態(tài)清晰平直，經(jīng)無人機影像測量槽谷最窄處寬度約35m，沿槽谷向兩端追索，線性延伸較遠(yuǎn)。解譯初步認(rèn)為斷裂沿槽谷東南側(cè)發(fā)育，沿斷裂走向發(fā)現(xiàn)沖溝、山脊出現(xiàn)同步右旋位錯（圖5a），其位錯方向與槽谷走向一致，對正射影像進(jìn)行測量，沖溝位錯量為70m，山脊位錯量為74m，2者位錯量具有較好的同步性。

在野外調(diào)查驗證中發(fā)現(xiàn)槽谷2側(cè)巖性不同，線性槽谷NW側(cè)為二疊系灰?guī)r，SE側(cè)為奧陶系砂巖。沿槽谷走向追索，在槽谷東南側(cè)公路邊發(fā)現(xiàn)斷層剖面（圖5c），斷層錯斷了中—晚更新世坡洪積層，顯逆沖性質(zhì)，斷裂通過位置與無人機影像解譯結(jié)果一致。

4 結(jié)論

通過無人機航測技術(shù)在魯?shù)镸S6.5地震震區(qū)活動構(gòu)造調(diào)查中的應(yīng)用，初步認(rèn)為利用無人機航測技術(shù)可以快速獲取地表變形和構(gòu)造地貌影像，其航測數(shù)據(jù)精度及分辨率滿足多山地區(qū)活動構(gòu)造研究需要；光明村小埡口地表破裂精細(xì)結(jié)構(gòu)調(diào)查、白巖村斷錯地貌實測、新棚子活動地貌探槽選點等應(yīng)用結(jié)果展現(xiàn)出較好的適用性，可以有效提取地表破裂長度、裂縫寬度、水平位錯量、垂直位錯量、坡度等活動構(gòu)造參數(shù)，為定量化研究活動斷裂提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

本文是在謝英情高級工程師的提議下完成的，感謝審稿專家對本文提出的寶貴修改意見。

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