北山成礦帶構造地質圖三維可視化研究

時間:2014-10-04 13:44 來源:www.aadpij.tw 作者:牟業龍 點擊:

 

  [摘要]北山成礦帶位于新疆東部、甘肅西北部和內蒙古西部,面積15萬平方公里,是我國16個重點成礦帶之一。采用SRTM-DEM作為DEM數據源,經數據處理,通過DEM與構造地質圖疊加,實現北山成礦帶三維構造地質圖的制作。將二維構造地質圖轉向三維空間,增強圖件的立體感和層次感,直觀表達出北山成礦帶地貌特點,便于分析構造與山脈走向的關系,從而縮短讀圖時間,提高效率和準確性。 

  [關鍵詞]北山成礦帶 構造地質圖 三維 GIS 

  [中圖分類號] P618.41 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2014)-10-126-2 

  構造運動產生褶皺、斷裂、節理等各種地質構造引起海、陸輪廓的變化,直接塑造各種地形,構造地質圖以普通地質圖為基礎編制,突出反映一個區域或構造單元各種構造類型的性質、空間展布形態及其形成順序以及同構造類型之間的交切關系[1,2],構造圖是地質調查工作必須提交的成果,也是各項地質科研工作中常用的基礎圖件[3]。 

  傳統的地質構造圖立體感和層次感不強,構造體形態與性質反映不清晰、準確,所表示的各種地表要素也不夠明晰,圖件判讀過程中經驗因素往往占很大成分,需要進行長時間的專門訓練,不利于初學者或缺乏經驗的工作者學習。因此,將傳統的構造地質圖由“二維平面”向“三維空間”轉換[4],使其具備立體感和層次感,同時將構造地質圖中的信息進行擴充,更好的表達各種地表要素,能更好的突破傳統地質構造圖的局限,便于初學者與經驗缺乏者學習,有利于構造地質圖的推廣。 

  數字高程模型(DEM)是采用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型,主要用于描述地面起伏形態,如坡度、坡向、粗糙度等,并可以用于提取各種地形參數,將DEM應用于構造地貌研究中將會使傳統的研究得到深入發展[5~7],為了解決地質領域中遇到的三維問題,使每個網格均具有具體的三維坐標,便于實現構造地質圖的三維化,尤其是大范圍、高精度SRTM-DEM數據的廣泛應用,使得小范圍構造地質圖三維化得以在大區域實現。 

  1研究區概況 

  北山成礦帶位于新疆東部、甘肅西北部和內蒙古西部,位于哈薩克斯坦、塔里木、華北三大板塊的對接帶。以海拔2583米的馬鬃山主峰為中心的準平原化干燥剝蝕低山、殘丘與洪積及剝蝕平地的總稱[8]。北山包括甘肅敦煌三危山—疏勒河斷裂以北至新疆馬莊山—甘肅紅石山,面積近15萬平方公里,氣候干燥,屬高原低山丘陵區和戈壁荒漠區,在長期風化和洪積的作用下,山體剝蝕表面呈現碎礫石狀,部分山體已準平原化。 

  北山成礦帶經歷了復雜的地質構造變動和巖漿活動,具有較優越的成礦地質構造條件,已發現眾多固體金屬礦床(點)和礦化點及物化探異常[9~11],是我國西部地區重要的成礦帶,同時也是我國16個重點成礦帶之一。構造帶內一般分為3段:沙泉子—明水—月牙山以北為北帶,其南至依格塔格—方山口—紅柳大泉間為中帶,其南至三危山—疏勒河間為南帶[12~14]。 

  2數據來源與技術方法 

  2.1數據源 

  SRTM是由美國航天飛機于2000年2月11日至22日的11d飛行中用雷達地形測繪獲得了地球表面60N至56S區域內數據,該數據覆蓋了陸地表面80%的數字地表高程模型(DSM)[15]。該數據具有現實性強、免費、覆蓋區域大、分辨率高等優勢。文中選用的高程數據來源于國際科學數據鏡像網站提供的SRTM數據,該數據采用UTM投影,每5度經緯度方格劃分一個文件,共分為24行(-60至60度)和72列(-180至180度)。 

  2.2數據轉換與處理 

  利用ArcGIS軟件中對SRTM數據進行處理無縫拼接。SRTM數據采用的坐標系為國際通過的WGS-84坐標系,將拼接好的DEM數據統一轉為與構造線數據及相關地理信息數據一致并符合規定的蘭伯特投影,轉換過程中選擇合適的參數進行投影轉換。利用表面分析工具并根據DEM自身高程數據特點進行渲染處理,設置太陽高度角值設為45°;方位角采用默認值是315°。利用柵格數據分析功能,基于DEM數據可生成研究區域內坡度、坡向等相關聯數據。 

  3數據對比分析 

  DEM數據信息直觀,表達地表信息豐富,有利于進行各種地形分析,在DEM數據上疊加各種數據表達信息量較之單獨的二維圖件更豐富,更有利于提取更深層次的信息,找出相應的規律。 

  3.1 DEM與構造地質圖疊加 

  疊加DEM后的構造地質圖比單獨的構造地質圖包含的信息量有了大幅度的提高,層次感和立體感得到明顯增強,構造層的分區界線、溝谷和山脈、丘陵所處的地形地貌范圍清晰,斷裂帶、背斜、向斜、走向等與山脈走向的關系,所處的構造層和地形地貌位置都是比較直觀的,有利于對各種地質現象與規律進行綜合分析并從中提取出所需的信息。 

  3.2坡度、坡向圖與構造線對比 

  地形因子是地形信息的載體和最重要體現形式之一。地形因子是最基本的自然地理要素,也是對人類的生產和生活影響最大的自然因素,坡向反映坡面所面對的方向,坡向影響地面光熱資源等的分配并造成局部氣候特征差異,決定地表徑流的流向,是一個微觀指標。利用ArcGIS軟件的柵格數據表面分析工具生成任意位置DEM數據的坡度、坡向信息(圖)。通過坡度、坡向數據與DEM數據的疊加,可進一步提高圖件的立體感與層次感。 


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