北山成矿带构造地质图三维可视化研究

　　[摘要]北山成矿带位于新疆东部、甘肃西北部和内蒙古西部，面积15万平方公里，是我国16个重点成矿带之一。采用SRTM-DEM作为DEM数据源，经数据处理，通过DEM与构造地质图叠加，实现北山成矿带三维构造地质图的制作。将二维构造地质图转向三维空间，增强图件的立体感和层次感，直观表达出北山成矿带地貌特点，便于分析构造与山脉走向的关系，从而缩短读图时间，提高效率和准确性。

　　[关键词]北山成矿带构造地质图三维 GIS

　　[中图分类号] P618.41 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-10-126-2

　　构造运动产生褶皱、断裂、节理等各种地质构造引起海、陆轮廓的变化，直接塑造各种地形，构造地质图以普通地质图为基础编制，突出反映一个区域或构造单元各种构造类型的性质、空间展布形态及其形成顺序以及同构造类型之间的交切关系[1，2]，构造图是地质调查工作必须提交的成果，也是各项地质科研工作中常用的基础图件[3]。

　　传统的地质构造图立体感和层次感不强，构造体形态与性质反映不清晰、准确，所表示的各种地表要素也不够明晰，图件判读过程中经验因素往往占很大成分，需要进行长时间的专门训练，不利于初学者或缺乏经验的工作者学习。因此，将传统的构造地质图由“二维平面”向“三维空间”转换[4]，使其具备立体感和层次感，同时将构造地质图中的信息进行扩充，更好的表达各种地表要素，能更好的突破传统地质构造图的局限，便于初学者与经验缺乏者学习，有利于构造地质图的推广。

　　数字高程模型（DEM）是采用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，主要用于描述地面起伏形态，如坡度、坡向、粗糙度等，并可以用于提取各种地形参数，将DEM应用于构造地貌研究中将会使传统的研究得到深入发展[5～7]，为了解决地质领域中遇到的三维问题，使每个网格均具有具体的三维坐标，便于实现构造地质图的三维化，尤其是大范围、高精度SRTM-DEM数据的广泛应用，使得小范围构造地质图三维化得以在大区域实现。

　　1研究区概况

　　北山成矿带位于新疆东部、甘肃西北部和内蒙古西部，位于哈萨克斯坦、塔里木、华北三大板块的对接带。以海拔2583米的马鬃山主峰为中心的准平原化干燥剥蚀低山、残丘与洪积及剥蚀平地的总称[8]。北山包括甘肃敦煌三危山—疏勒河断裂以北至新疆马庄山—甘肃红石山，面积近15万平方公里，气候干燥，属高原低山丘陵区和戈壁荒漠区，在长期风化和洪积的作用下，山体剥蚀表面呈现碎砾石状，部分山体已准平原化。

　　北山成矿带经历了复杂的地质构造变动和岩浆活动，具有较优越的成矿地质构造条件，已发现众多固体金属矿床（点）和矿化点及物化探异常[9～11]，是我国西部地区重要的成矿带，同时也是我国16个重点成矿带之一。构造带内一般分为3段：沙泉子—明水—月牙山以北为北带，其南至依格塔格—方山口—红柳大泉间为中带，其南至三危山—疏勒河间为南带[12～14]。

　　2数据来源与技术方法

　　2.1数据源

　　SRTM是由美国航天飞机于2000年2月11日至22日的11d飞行中用雷达地形测绘获得了地球表面60N至56S区域内数据，该数据覆盖了陆地表面80%的数字地表高程模型（DSM）[15]。该数据具有现实性强、免费、覆盖区域大、分辨率高等优势。文中选用的高程数据来源于国际科学数据镜像网站提供的SRTM数据，该数据采用UTM投影，每5度经纬度方格划分一个文件，共分为24行（-60至60度）和72列（-180至180度）。

　　2.2数据转换与处理

　　利用ArcGIS软件中对SRTM数据进行处理无缝拼接。SRTM数据采用的坐标系为国际通过的WGS-84坐标系，将拼接好的DEM数据统一转为与构造线数据及相关地理信息数据一致并符合规定的兰伯特投影，转换过程中选择合适的参数进行投影转换。利用表面分析工具并根据DEM自身高程数据特点进行渲染处理，设置太阳高度角值设为45°；方位角采用默认值是315°。利用栅格数据分析功能，基于DEM数据可生成研究区域内坡度、坡向等相关联数据。

　　3数据对比分析

　　DEM数据信息直观，表达地表信息丰富，有利于进行各种地形分析，在DEM数据上叠加各种数据表达信息量较之单独的二维图件更丰富，更有利于提取更深层次的信息，找出相应的规律。

　　3.1 DEM与构造地质图叠加

　　叠加DEM后的构造地质图比单独的构造地质图包含的信息量有了大幅度的提高，层次感和立体感得到明显增强，构造层的分区界线、沟谷和山脉、丘陵所处的地形地貌范围清晰，断裂带、背斜、向斜、走向等与山脉走向的关系，所处的构造层和地形地貌位置都是比较直观的，有利于对各种地质现象与规律进行综合分析并从中提取出所需的信息。

　　3.2坡度、坡向图与构造线对比

　　地形因子是地形信息的载体和最重要体现形式之一。地形因子是最基本的自然地理要素，核心期刊目录2014也是对人类的生产和生活影响最大的自然因素，坡向反映坡面所面对的方向，坡向影响地面光热资源等的分配并造成局部气候特征差异，决定地表径流的流向，是一个微观指标。利用ArcGIS软件的栅格数据表面分析工具生成任意位置DEM数据的坡度、坡向信息（图）。通过坡度、坡向数据与DEM数据的叠加，可进一步提高图件的立体感与层次感。

　　为了更好的显示构造信息与坡度、坡向信息之间的联系，采用坡度、坡向信息与构造信息叠加的方式，使其立体感与层次感得到大大的增强，这样通过读图可以更加直观的获取构造图所处的地形坡度和坡向数据，构造地貌和岩性情况更加突出，构造的形态与山脉走向的关系也能很好地把握，构造的应力应变集中点的地貌具体情况也十分明显。进而分析出地势对构造的影响及构造产生的受力情况，以便分析其产生的原因，总结形成规律。

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