光学遥感影像阴影与2008年汶川地震同震地表变形的影像识别.pdf

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1、第32卷第1期地震地质Vo1．32．NO．12010年3月Mar．，2010SEISM0L0GYANDGE0LOGY光学遥感影像阴影与2008年汶川地震同震地表变形的影像识别陈桂华(中国地震局地质研究所，国家地震活动断层研究中心，北京100029)摘要遥感影像数据在2008年汶川地震抗震救灾和灾后恢复重建中发挥了重要的作用，充分利用遥感技术进行同震地表变形的快速识别与地震地质研究具有重要的现实意义。通过分析震后光学遥感影像的阴影、纹理等特征，以及野外获得的地表破裂变形的地质与地貌特征，总结了汶JII地震同震地表变形的光学遥感影像识别特点。从遥感成像的光学原理深入解析了汶JlI地震断层陡坎

2、在遥感影像上的阴影形成与识别特征，明确了成像时刻和断坎产状对影像阴影的形成和断层陡坎识别能力的约束。结合影像成像特征与汶川地震同震地表破裂特征的应用分析，客观地认识了现有遥感影像在同震地表变形应用中的局限性，可为今后的应急航空遥感方案设计提供参考。关键词汶川地震同震地表变形光学遥感影像识别阴影中图分类号iP231．1文献标识码：A文章编号：0253—4967(2010)01—0107—080引言2008年5月12日，四川中西部龙门山地区发生了强烈地震，龙门山断裂带的北川一映秀断裂、安县一灌县断裂和小鱼洞断裂形成了规模巨大的同震地表变形带(图1)(徐锡伟等，2008；Xueta1．，200

3、9)。强烈的地震动同时触发了大量的山体崩塌和滑坡等次生地质灾害，使地表形态与地貌发生了剧变，并在断裂上与同震地表变形叠加(图1)。遥感技术在汶JlI地震抗震救灾和恢复重建中发挥了重要的作用(黄铁青等，2008；李德仁等，2008)，同时也是活动构造研究的重要信息源。然而，汶Jl『地震的发震断裂与地表破裂研究主要还是依靠震后的野外考察，研究成果在震后的重建利用中缺少时效性。借鉴遥感技术在应急中的优势，充分利用遥感数据快速获取发震断裂的变形行为和地表破裂信息具有重要的现实意义。已有学者尝试根据先前研究建立的地震断层解译标志，利用遥感数据揭示同震地表破裂行为(付碧宏等，2008)。然而野外调查

4、显示，汶川地震的同震地表破裂带具有其特殊性，使很多破裂段难以从现有的遥感影像上得到相关信息。因此，结合汶川地震的破裂特征和遥感成像特点，尤其是高空问分辨率光学遥感，重新分析其遥感影像识别特征，最大限度地从遥感影像中提取有用信息，认识数据的有效应用范围，选取最佳的数据源，或者综合考虑各种需求和影响因素制订最佳的遥感成像方案，将有益于今后地震地表破裂遥感资料的获取与地表变形信息的快速识别。本文重点分析了影像阴影[收稿日期]2009—06—17收稿，2010—02—26改回。[基金项目]国家自然科学基金(40821160550)与财政部专项“全国重点监视防御区活断层地震危险性评价项目”共同资助

5、。108地震地质对汶川地震同震地表变形影像识别的影响。1汶川地震同震地表变形的光学遥感影像识别特点光学遥感影像在活动构造研究(包括同震变形研究)中的应用可以分为变形标志的定性识别、变形标志的半定量度量和定量的摄影测量(VanPuymbroecketa1．，2000；陈桂华等，2006；Fueta1．，2007)。为了利用光学遥感影像获取同震地表变形信息，首先需要建立同震地表变形对应的影像识别标志。活动构造微地貌可以分为断层变形成因地貌和地貌标志的变形或变位等。断层变形成因地貌包括断层坎、地震挤压鼓包、地震张裂缝、断塞塘、闸门脊、坡中槽等。地貌的变形或变位包括阶地坎位错、阶地掀斜、挠曲等。

6、汶川地震同震破裂带主要由逆断层陡坎、挤压推覆陡坎、后冲逆断层陡坎、褶皱陡坎等基本破裂单元组成(徐锡伟等，2008)，在地貌上主要表现为新生的地形陡坎，与走滑型地震破裂具有明显的特征差异(Xueta1．，2006)。光学遥感影像解译与地物识别主要从影像的色、形、位着手，通过影像的色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、相对空间关系等判读目标对象及其属性(梅安新等，2001)。对于汶川地震同震变形，通过影像阴影可以识别同震断坎及其高度、倾角、走向等(图2a)。由于同震地表变形使树木倾倒、原有的农田等规则纹理破坏等，通过影像纹理变化可以识别同震地表破裂带的走向、宽度等(图2a，b)。此外，还可以通

7、过影像色调识别河流跌水(图2b，C)，通过影像形状识别地貌标志的同震位移，如农田田埂、渠道的同震位错(图2a，b)。然而，汶川地震地表破裂带在空间上的表现形式和变形大小都有很大的变化(徐锡伟等，2008；Xueta1．，2009)，在不同的地质、地貌载体上表现各异。为了从遥感影像上完整地识别和勾画出整个汶川地震地表破裂带，有必要结合汶川地震的断层变形特征和龙门山地区的特定地形地貌，充分考虑现有遥感数据的各种成像特征。2光学遥感影像阴