基于GIS空间分析模型的祁连山多年冻土研究.pdf

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1、地质力学学报V01．21NO．3第21卷第3期2015年9月JOURNALOFGEOMECHANICSSep．2015文章编号：1006—6616(2015)0343371-07基于GIS空间分析模型的祁连山多年冻土研究傅连珍，胡道功，张绪教，游报捷，吴泽群，叶梦旎(1．中国地质大学地球科学与资源学院，北京100083；2．中国地质科学院地质力学研究所，北京100081)摘要：依据祁连山和青藏高原气温、地温、冻土厚度与经纬度以及海拔的经验公式，通过ArcGIS空间分析，获得了祁连山地区年均气温、年均地温和冻土厚度的空间分布规律

2、。祁连山多年冻土区年均气温和年均地温分别为一12～一6℃和一4～一2℃，多年冻土厚度变化于90～140m之间。其中，哈拉湖地区海拔4300m以上的高山区温度最低、冻土最厚，年均气温和年均地温分别低于一10℃和一4℃，多年冻土厚度大于140in。结合祁连山烃源岩区域分布特征和木里天然气水合物钻孔的冻土厚度资料，认为中祁连盆一山构造地貌发育区为天然气水合物成藏最有利区域。关键词：多年冻土；GIS；DEM；空间分析；天然气水合物；祁连山中图分类号：P642．14文献标识码：A0引言2008年祁连山木里冻土区发现天然气水合物，这是中国

3、陆域首次钻获天然气水合物-33。多年冻土是天然气水合物形成和富集的决定因素之一，对水合物成藏特征具有明显的控制作用。前人对祁连山冻土进行过多年研究，划分了祁连山地区冻土类型，并探讨了区域内多年冻土和季节冻土的平面分布特征。李静等借助DEM和地形因子模拟了柴达木一木里沿线多年冻土分布概率；张文杰等叫通过高程数据、年平均气温和垂直递减率，研究了祁连山近40年来的冻土分布面积和退化情况。然而，目前尚缺乏对该区域冻土厚度及其空间变化规律的研究，进而影响了对祁连山地区天然气水合物资源潜力评价和成藏规律的研究。本文根据青藏高原和祁连山地区

4、气温、地温、海拔及经纬度与冻土厚度的经验公式，结合数字高程模型(DEM)，利用ArcGIS的空间分析模块，提取祁连山及年平均气温、年平均地温和多年冻土厚度等参数，建立该地区年平均气温、年平均地温及多年冻土厚度的空间收稿日期：2015-03-25基金项目：中国地质调查局“陆域天然气水合物分布特征及资源潜力评价(力学所)”项目(GZH201400304)作者简介：傅连珍(1990一)，女，硕士研究生。主要从事第四纪地质和地理信息系统应用研究。E-mail：yesterdayfu@l63．con第3期傅连珍，等：基于GIS空间分析模

5、型的祁连山多年冻土研究373经验公式的选取与GIS空间分析。GIS空间分析包括数据预处理、字段计算、IDW(反距离权重)空间插值和三维可视化表达等4个方面(见图2)。广一一一空间分析一一]·GIS数(DEM的)／I：．：L_斗—’字IDW段空维计—间—可I—理算插值、II达公式的选取II^图2冻土参数提取流程Fig．2Theflowdiagramofpermafrostparametersextraction2．1数据源获取本文采用“地理空间数据云”网站平台提供的SRTM3雷达影像数据作为数字高程模型(DEM)的数据基础。需要

6、指出的是，该数据分为SRTM1和SRTM3，空间分辨率分别为30m和90m。考虑到数据运算量及精度的要求，本文选用SRTM3(90m分辨率)作为数据源进行冻土参数的提取。2．2冻土参数经验公式选取邱国庆等⋯根据西藏和青海78个气象站点的多年气象资料，统计分析得到青藏高原年平均气温与纬度、经度及海拔之问的经验公式：T=66．3032—0．9197x1—0．1438x2—0．005596x3(1)式中：卜年平均气温，℃；。——纬度，m；x2——经度，m；，——海拔，m。周幼吾等。依据青海省26个站点的年平均地表温度和年平均气温观测

7、值资料，统计得到了年平均地表温度与年平均气温之间的经验关系式，并建立了祁连山多年冻土厚度与年平均地表温度之间的经验公式：t=3．2664+0．894T(2)B=10．48—31．88t(3)式中：——年平均地表温度，℃；卜年平均气温，℃；B——多年冻土厚度，m。通过分析，本文选取上述公式(1)、(2)和(3)分别反演祁连山地区年平均气温、年平均地表温度和多年冻土厚度。2．3冻土厚度GIS空间分析利用ArcGIS软件中的空间分析模块，对DEM进行计算和IDW(InverseDistanceWeighted，反距离权重)空间插值，

8、根据点的空间位置属性，结合冻土参数与空间位置关系模型进行计算机模拟，通过叠加山体阴影制作视立体多年冻土厚度分布图，获取研究区多年冻土厚度空间分布特征。2．3．1数据预处理对原始STRM3高程数据进行镶嵌和裁剪，得到研究区DEM。运用栅格数据矢量化计算转化为高程点矢量数据，转化