遥感图像上断裂构造地质特征的研究包括断层运动方向判定、断层力学性质判定及不同类型的断裂影像特征研究等内容。
(一)断层两盘相对运动方向的判定
利用遥感资料来判定断层两盘相对运动的方向,实际上就是有关构造地学有关证据、标志的遥感解译。如:①以不同色彩色调或微地貌特征显示的地质体(岩层、褶曲、山脊、垅岗)的错位(图版55;图版67)。②能够指示断层两盘相对运动的牵引构造(如岩层牵引弯曲,靠近断裂线的节理、劈理构造变形),派生构造(如入字型构造)。③水系、水文网的扭曲、错动。④根据断层两盘褶皱核部的宽窄变化判断。一般切割褶皱的横向或斜向断层,其上升盘相对于下降盘,背斜核部变宽,向斜核部变窄。比较褶皱核部宽窄变化时,必须选择断层两盘同一标志岩层。⑤平原区隐伏断层可以根据断层两侧第四系松散堆积物的厚度以及含水性特点判断断层的升降运动。一般断层上升盘第四系松散沉积物薄,含水量小,在图像上表现为浅色调;而下降盘第四系松散沉积物厚,含水量大,在遥感图像上表现为深色调。
(二)断裂力学性质分析
在遥感图像上根据断裂露头线的形态、展布特点、组合规律及相应的派生构造综合分析能为断裂构造的力学性质提供证据。
1.压性断裂
压性断裂的断层线多呈似正弦曲线的舒缓波状形状,其延伸远,总的走向也较稳定,常组成以多条平行排列的断层组成的断裂带,带内有时发育一些大小不等的透镜状构造岩块,其长轴走向总体与断裂带走向平行(图版56)。压性断裂旁侧常发育平行于断裂面的劈理、片理化带及“X”型共轭扭裂面,并常见局部地层陡立或倒转。大型压性断裂带对地形、水系有明显的控制作用,断裂带内的山脊、河谷、长条状山间盆地等与断裂带方向大体平行。
2.扭性断裂
扭性断裂的露头线多呈窄而平直的如刀刃的直线状影像,其走向稳定、延伸远,可以穿越不同的地貌单元而保持直线状形态。扭性断裂常成组出现,彼此平行排列或斜列,并往往呈等间距出现。常见两组扭性断裂呈共轭形式相交组成菱形网格状图案,并控制一定范围的水系格局。扭性断裂在地貌上常表现为线状负地形,并沿某一方向断续延伸,且与区域总的山体、水系格局不协调。在遥感图像上沿扭性断裂常可见到地质体或地貌有明显的水平错动,或在扭性断裂旁侧出现“入”字形分支断裂、牵引褶皱、小型帚状构造等。
3.压扭性断裂
压扭性断裂兼具压性断裂与扭性断裂的性质,其影像特征与压性断裂、扭性断裂既有相似之处,也有不同的地方,主要表现为:①压性断裂和压扭性断裂都能成组出现,但在一组近于平行的舒缓波状的断裂中,压扭性断裂常有一条较明显的主干断裂,这条主干断裂的波状形态显得比压性断裂线起伏更小,更平缓(图版50);②压扭性断裂具有扭动性质,常成雁行式排列,断裂带内的构造岩块、挤压透镜体以及由构造控制的山体和盆地的走向常与断裂带总的走向呈一定角度相交;③压扭性断裂带两侧有时会出现共轭扭裂面,但两组扭裂发育程度不一定相等;④压扭性断裂旁侧常可见到地质体、地貌的水平错移和牵引构造等现象。
4.张性断裂与张扭性断裂
张性断裂带的断层线常呈线状或锯齿状,宽窄变化比较大,平面上一般延伸不远,断续出现或雁行状排列,而且其影像特征远不及其它力学性质的断裂明显。沿张性断裂带常发育有断层崖、陡坎等,并常有岩墙、岩脉充填。规模较大的张性断裂可形成宽大的断裂破碎带,极易被风化剥蚀而发育成一些宽窄多变、极不规则或多边形状的湖泊、盆地及沟谷,如断陷盆地、地堑、断陷湖盆等,还有“之”形的追踪张裂发展起来的河段。张扭性断裂与张性断裂的影像特征比较相近,不易区分。
一条大的断裂(带)发育地区的构造性质及活动历史的不同,因此,大断裂在不同地段其影像特征、清晰程度、构造性质、特点和规模都会有不同。这正是发挥遥感图像(尤其是镶嵌图像)视域广大,便于大区域对比其遥感特点的优点。如云南小江大断裂在东川市南、北两段其影像特征明显不同。新疆巴楚西北的近南北向断裂,在向北延入中天山后,其构造强度变弱,影像特征变得模糊。
(三)某些类型断裂构造的遥感地质研究
根据断裂构造本身的影像特征结合其断层面产状和相对运动方向的判定及其与其它构造之间的组合关系,可以在遥感图像上识别出某些断裂构造的类型。
1.正断层
高角度正断层出露迹线较平直,沿断层线常常发育有断层陡崖和断层三角面(图8-9a),沿正断层带常出现断续的宽沟、槽状各地等。正断层常组合成地堑、地垒、阶梯状断层、放射状断层等,在地貌上表现为断陷盆地、地堑湖、地垒山、阶梯状断层陡崖等。
2.逆断层
高角度逆断层的地表出露迹线一般较平直,中等角度的逆断层出露迹线多呈舒缓波状,连续性较好。逆断层上升盘常形成阶梯状崩塌地段(图8-9b)。逆断层带的特点与压性断裂相似。
3.平移断层和走滑断层
图8-9 不同性质断层的地貌表现
平移断层的影像特征与前述扭性和压扭性断裂的影像特征相似,它们在图像上表现为平直的线状形迹(图8-9c)。大型平移断层称为走滑断层,它是小比例尺卫星图像及其镶嵌图上最常见的一种大型线性构造,如我国的郯庐断裂(图版7)、阿金山断裂、北美的圣安德列斯断裂等。
走滑断层多是地壳块体的边界或大中型地质构造单元的分界线,其影像特征除具平移断层的特征外,还表现为:①大型走滑断层常由多条平行或斜列式排列的扭性或压扭性断裂组成线状构造束或带;②大型走滑断层往往分割或切过影像特征很不相同的广大区域,反映为分割或切过不同构造块体或构造域的特点。大型走滑断层带两侧的色调、影纹结构、地貌及水系类型等的差异十分明显;③沿大型走滑断层带走向出现弯曲的部位或两条雁行式走滑断层沿走向上重叠的部位常形成挤压褶皱推覆构造、断块隆起或拉张断陷盆地(拉分盆地)、张性断裂群。拉分盆地呈菱形形状,盆地两长边为平移断层、两短边为正断层,盆地长宽比为3:1左右。
图8-10 苏来曼山推覆构造陆地卫星图像解译图
4.逆冲推覆构造
倾角十分低缓,推移距离在数公里以上的大型逆冲断层称为推覆构造或逆冲推覆构造(图89-d)。在遥感图像上鉴别推覆构造比较困难,但仍可以通过间接和直接的标志来分析、推断推覆构造的存在,其主要标志如下:①推覆构造的地表出露迹线强烈地受地形的影响,常追随着地形等高线呈现出类似近水平岩层的弯曲形态。在很多情况下,推覆构造的地表出露迹线在推覆构造前缘呈向前凸出的弧形形态(图版57);②在推覆构造上盘的前缘常形成由一系列逆冲断层切割成的具有同一倒转方向的线状褶皱组成的叠瓦式构造断片,在地貌上表现为相互平行的弧形山脊束,图像上常表现为密集的线性构造带;③在推覆构造上盘常可见凹向推覆构造腹地(内侧)的弧形正断层及平行于推覆方向的平移断层;④在图像上通过色调及影纹结构等标志有时可以判断出推覆构造上盘的岩石地层比组成其下盘的岩石地层为老。推覆构造经长期遭受风化剥蚀后可形成飞来峰及构造窗等现象。
图8-10是巴基斯坦苏来曼山脉推覆构造的陆地卫星图像(图版57)的解译图;其上展示了主要的推覆特征,即弧形的推覆前缘、叠瓦式褶皱断片和平移断层。该推覆构造是由从密西西比系到新第三系的岩石单元组成的向南南东方向推覆的一系列逆冲构造断片。重力滑动构造与推覆构造的影像特征有相似之处,但重力滑动构造的变形特征是由后缘拉开盆地到前缘推挤带,变形由拉伸转化为挤压,且常常是年轻地层盖在老地层之上,重力滑动构造与推覆构造不同的影像特征是:①在地势上较新的滑动系统一般位于母体的下方,二者岩性相同,但构造特征不同,滑动系统多被断裂切割成不同形状的块体,构造变形强烈;②后缘拉开盆地及滑动系统上的拉开盆地在地貌上呈狭长的向前凸出的弧形盆地平行排列,盆地之间的狭长山脊亦呈向前凸出的弧形平行排列。图版55是我国塔里木盆地北缘天山南麓的柯坪山重力滑动构造,其滑动系统由古生界至中新生界地层组成,图像上可解译出由单斜构造组成的并由拉开盆地分开的五个子滑体和两条错滑断层。
5.韧性剪切带
韧性剪切带是指一条有过相对位移,但在宏观上又未破坏其切过的地质体的连续完整的变形构造带。其影像特征如下:①韧性剪切带在遥感图像上表现为由一组相互平行、断续延伸的密集细线纹组成的线纹构造带,其宽窄变化较大,沿走向断断续续或时隐时现;②线纹构造带内部的细线纹密集程度和影像显示程度自中心向两侧未变形岩石呈逐渐减弱趋势,内部的细纹带或与线纹构造带平行或与线纹构造带总体延伸方向小角度斜交;③沿线纹构造带两侧一般见不到明显的地质体被错断或错开的异常现象。但当有明显的标志层存在时,标志层的连续变形位移将指示韧性剪切带的存在,并能量测出剪切方向和位移距离。如图版58的北西向逆时针剪切变形将北东向的标志层剪切位移了近30公里(图8-11);④韧性剪切带常常与后期脆性断裂叠加,在图像上表现为长的线性构造与短而密集的线纹构造交替断续出现,或在一条较长较明显的线性构造的两侧有密集的细线纹带相伴出现。
韧性剪切带所表现出的线纹状影像特征的成因是沿韧性剪切变形带内线性定向组构(如条带状构造、糜棱剪切叶理、矿物拉伸线理、构造片麻理及塑性流变过程中形成的呈细条带状分布的粘土矿物和含水矿物)的差异风化有关,因剥蚀而形成的由细小冲沟和山脊,在一定宽度和延伸范围内定向地密集排列组成的微地貌异常带地段。在变质岩区的遥感图像上,如果发现与区域构造面理走向不一致的密集的线纹构造带或在大面积岩体分布区内发现狭长的细线纹密集带,都应注意是否有韧性剪切带存在。
图8-11 图版58的韧性剪切带解译图