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1、第 卷 第 期 年 月 地 质 论 评 注： 本文为中国地质调查局“ 南岭地区钨锡多金属矿找矿靶区优选与验证” （ 编号 ） 的成果。收稿日期： ； 改回日期： ； 责任编辑： 章雨旭。作者简介： 雷天赐， 男， 年生。硕士， 矿产普查与勘探专业。通讯地址： ，武汉市东湖新技术开发区光谷大道 号武汉地质调查中心； ： 。基于遥感技术的断裂构造分形特征 及其地质意义研究 以湘南九嶷山地区为例雷天赐， 崔放， 余凤鸣， 徐宏根武汉地质调查中心， 武汉， 内容提要： 以九嶷山地区 遥感影像数据为信息源， 通过信息提取与解译快速获取该区断裂构造。运用分形理论的盒维数法对断裂构造体系进行分形研究， 结果
2、表明， 区内断裂构造在 尺度范围内具有良好的自相似性和分形特征， 总体分维值 、 ， 分维值接近中国大地构造单元稳定区分维值； 不同走向断裂分维值 在 间、 介于 间， 各分维值 不仅定量描述了各走向断裂分布的复杂性和构造演化的成熟度， 而且还反映了断裂的成矿作用： 向断裂分维值最大， 值在 附近时主要表现为导矿构造； 向断裂分维值次之，在 附近时主要表现为控矿构造； 向断裂分维值偏小，在 附近时主要表现为含矿构造。关键词： 分形； 分维值； 遥感； 九嶷山； 断裂 世纪 年代中期， 创立了分形几何学理论。其作为现代非线性科学的一个重要分支， 深入到自然科学与社会科学的多个领域， 用来解释自然
3、界中各种不规则、 不稳定和具有高度复杂结构的现象。 年代初， 分形理论被逐渐引入地质领域并得到广泛应用， 尤其是在岩石孔隙结构、 大地构造分析、 成矿动力学 、 地球化学、 矿石品位与储量、成矿规律与成矿预测等方面， 并且对于地质现象的分形研究已经由单分形过渡到了多重分形。如金强等（ ） 、 陈传仁等（ ） 研究了储层砂岩粒度、孔隙的分形特征与砂岩的成分、 结构及成岩作用的关系； （ ） 和 （ ） 分别研究证实了断 裂 构 造 都 具 有 分 形 结 构 特 征； 连 长 云 等（ ） 、 谭凯旋等（ ） 研究总结了中国大陆深大断裂构造的分形特征及其大地构造意义； 谢焱石等（ ） 从成矿动力
4、学角度研究得出了断裂分维值越高越有利于流体流动汇聚和矿床的形成； 陈建国等（ ） 、 成秋明等（ ） 、 徐明钻等（ ） 通过多重分形方法提取化探隐蔽信息并圈定出地球化学异常； 秦长兴等（ ） 、 沈步明等（ ） 、 程小久等（ ） 、 王祖伟（ ） 研究了矿床中的若干自相似现象及矿体中金属品位分布的分形结构特征； 申维（ ） 发表了成矿预测的分形模型、 成秋明等（ ） 采用多重分形矿产资源预测理论和 技术， 对国内外多个金属成矿区带进行了矿产资源勘查与评价。本文以九嶷山地区的遥感影像数据为信息源，通过人机交互式解译快速获取线性构造并进行分形研究。结果表明， 不同走向断裂分维值 不仅反映了断裂
5、构造的成因、 复杂程度及其时空演化关系， 而且还体现了断裂的成矿作用， 即控矿特征与分维值的相关性。 区域地质背景九嶷山地区位于湘南地区西南部、 湘粤交界处，我国著名的有色金属成矿区， 也是南岭地区重要的锡成矿远景区之一。研究区地理座标： 东经 ， 北纬 ， 面积 。在大地构造上， 处于华夏板块与扬子板块接合带附近， 南岭纬向构造带中段北缘、 向炎陵蓝山基底断裂与 向都庞岭九嶷山断隆带交汇部位。区内构造经历了加里东、 印支、 燕山等多期构造活动， 不同期次形成的构造形迹彼此交截、 叠加、 改造， 呈现以 向隆起为基底， 近 向断裂为主体， 伴随 、 、 近 向断裂的复杂构造格局（ 付建明等，
6、） 。其中 、 近 向断裂为区内的重要控矿构造， 控制了该区锡多金属矿及 、 、 、 和 等高中温元素异常的分布。出露地层以边缘海槽盆相砂泥质岩石为主的震旦系志留系和以浅海台地相碳酸盐岩为主的泥盆系中三叠统， 在一些断陷盆地中发育晚三叠世侏罗纪和白垩系的陆相沉积岩， 区域地质略图如图 所示。图 湘南九嶷山地区区域地质略图 ， 白垩系； 泥盆系；寒武系； 震旦系 ； ； ； 区内岩浆岩相当发育， 岩性以酸性、 超酸性为主， 另有少量的中性、 碱性及基性岩。形成时代为志留纪、 中三叠世及中、 晚侏罗世， 以中侏罗世金鸡岭岩体及晚侏罗世螃蟹木岩体活动最强烈， 演化最完全， 与锡多金属成矿关系密切。花
7、岗质岩体出露广泛， 沿隆起核部呈近东西向展布， 自西向东由雪花顶、 金鸡岭、 螃蟹木、 砂子岭、 西山等 个岩体组成。 断裂构造的遥感影像机理 及信息提取本次研究采用的遥感信息源为美国陆地资源卫星 接收的 数据， 其空间分辨率在可见光、 近红外、 中红外及远红外波段为 ， 热红外波段为 。覆盖研究区的 涉及两景数据，其轨道号分别为 和 ， 成像时间为 年 月 日。遥感影像色彩鲜明， 层次感强， 影像中纹理细节都有清晰的显示， 区内影像没有积云。通过相关系数和优化指数分析， 选取信息量最丰富的 假彩色组合图像作为人机交互式解译基础图像（ 图 ） ， 并选择局部增强和二维空间域定向卷积滤波相结合的
8、数据处理方法。 断裂构造形成的影像机理断裂构造遥感解译， 主要是借助光谱特征和形状特征分析而判定的（ 程飞， ； 张志等， ； 魏永明等， ） 。由于受断裂构造活动的影响， 断裂带本身及其旁侧在含水性、 岩石成分以及结构特征等方面与其外围均存在较明显的差异， 这些差异通过地物波谱异常反映出来， 微观上显示出不同的色调、 纹理结构， 宏观上主要表现为地表状况、 地形地貌及水系特征等差异， 通过这些个性特征建立目视解译的标志和信息提取模型。 断裂构造信息提取与解译断裂构造线性特征提取， 首先采用空间滤波消除噪声、 增强边缘， 使图像清晰化， 边界、 线段与周围的像元形成高反差； 再在边缘增强图像上
9、， 对滤波图像进行二值化处理（ 方洪宾等， ） 。本次空间滤波采用 的矩阵算子作为卷积函数： （ ， ） （ ， ） （ ， ） （ ）二值化阈值由下式确定： 第 期雷天赐等： 基于遥感技术的断裂构造分形特征及其地质意义研究图 （ ）湘南九嶷山地区 遥感影像图；（ ）九嶷山地区断裂构造遥感解译图 （ ） ， ；（ ） 地 质 论 评 年选择 使其满足： （ ） （ ）式（ ） 中， 为输入图像、 为滤波函数、 为滤波后的输出图像； （ ）式中， 为滤波图像的直方图函数 。根据九嶷山地区 图像线性体的方位分布特征， 在目视解译基础上， 设计 、 、 向及近 向和全方位空间滤波卷积运算的方位模板（
10、 图 ） ； 与此同时， 还尝试了多方法综合使用： 、 、 合成 局部增强 动态反差变换， 并进行空间滤波， 增强并提取了线性体在不同方位上的空间分布信息， 编制断裂构造遥感解译图（ 图 ） 。图 湘南九嶷山地区方位滤波算子卷积核 ， 九嶷山地区断裂构造空间分形特征 分形理论简述众所周知， 自然界大多数图形都是十分复杂而且不规则的， 而传统的欧几里德几何学在绚丽多姿的大自然面前显得十分软弱无力。因此， 人们一直希望能够找到一种描述这些复杂现象的几何工具。 年， 在美国 科学 杂志上发表了一篇题为“ 英国的海岸线有多长？ ” 的划时代论文， 标志着他的分形思想萌芽， 年他又进一步提出的分形理论为断裂构造的定量研究开辟了一条新的途径（ ， ， ） 。诸多研究表明， 断裂构造具有随机自相似性， 断裂的分布和几何形态具有明显的分形结构（ 金章东等， ； 方茂龙等， ； 胡春明等， ） 。 （ ） 把分形定义为：部分以某种形式与整体相似的形状叫做分形， 用分维值 来定量描述分形的复杂程度。可以定义一个分形模型：（ ） （ ）式中，（ ）为具有指定特征的物体数目， 为特征 物体的标度， 为分维值， 为比例常数。 对（ ） 式两边取对数：
