数字高程模型与相山地貌

发布网友 发布时间：2022-04-24 07:21

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热心网友 时间：2022-06-17 12:30

数字高程模型(DEM)是对地球表面地形地貌的数字表达、模拟(Michael，2000)。DEM在军事领域、在交通路线勘察设计、水利建设工程、环境影响评价、电讯、城市规划和灾害评价等领域都有较成熟的应用(李志林等，2003;郭鹏等，2003;张行南等，2004)，DEM在地质学中的应用相对较新，但应用范围越来越广泛，优势也越来越明显(刘少峰等，2005;张会平等，2004;李远华等，2005)。

本节通过相山DEM数据，研究了相山铀矿田地貌形体特征，并探讨了地貌形体与铀矿空间分布的关系。

一、DEM数据获取

DEM数据可通过多种途径获取，如地形图等高线的数字化、航空摄影测量技术、立体卫星遥感技术、激光高度测量遥感技术和合成孔径雷达遥感技术(SAR)等。相山DEM数据(记为xsdem)是从1∶5万地形图上获取的。研究区所涉及的1∶5万标准幅地形图为陀上幅、宜黄县幅、二都幅、乐安县幅，采集时所使用的软件平台为MapGIS6.5，投影变换参数如下:坐标系类型为大地坐标系，投影类型为高斯－克吕格(6°带)投影，椭球参数为北京54/克拉索夫斯基，坐标单位为m，网格15m×15m。作业流程见图4－8。相山地区数字高程模型(DEM)见图4－9。

图4-8 由等高线地形图生成格网DEM的作业流程

图4-9 相山地区数字高程模型(DEM)

二、地貌发育阶段

相山地区处*带气候区，高温多雨，风化较强烈，现代地貌为构造侵蚀－剥蚀中低山、丘陵类型，呈现为*高四周低、山脉呈北东向展布的地势特点。相山主峰海拔高程1219.2m，四周一般在200～400m，谷底标高80～100m，平均高程248.6m，标准差181.2，水系由*向四周呈放射状分布，地形切割较强烈。

一个地区的地貌发育过程是构造、营力和时间的函数。在构造抬升的基础上，外动力侵蚀剥蚀作用下，该地区的地貌发育过程(时间)可以分为幼年期、壮年期与老年期等几个地貌发育阶段(杨达源，2001)。

Strahler(1956)认为，根据任何一个流域地形的高程曲线形态，就可以判别该流域地形发展阶段，根据他的研究，不同地形阶段的高程曲线形态如图4－10a。

华南铀矿保存因素探索

Strahler研究了许多天然高程曲线及相应的流域地形图，结果发现未均衡的幼年期与均衡的壮年期之间的界线，大致与60%的高程积分值相当，均衡的壮年期与老年期(残丘阶段)之间的界线，大致与＜35%的高程积分值相当。

根据基于DEM的面积－高程曲线的计算方法(汤国安等，2005)，我们绘制了相山地区面积高程曲线(图4－10b)，计算出面积高程曲线积分值约14.66%，＜35%，地表侵蚀严重，属老年期的残丘地形。

诚然，相山地区地表总体侵蚀严重，上白垩统南雄组红砂岩剥了的厚度超过6km(张星蒲，2001)，但由于组成地表物质的岩性差异和地质构造活动强度不同，区内不同部位的侵蚀剥蚀程度和地貌形体特征也是不一样的。

三、岩石地貌特征

岩石是构成地貌形体的物质，岩石的物质成分、岩石的结构构造、岩层的产状与破碎程度、岩石物质的化学稳定性等对风化剥蚀作用、地貌的形态特征及其发展变化的速度、区域地貌类型、地貌结构等有重要影响(杨达源，2001)。

相山地区主要出露3套岩性:①上白垩统南雄组红砂岩和第四系盖层，其中南雄组红砂岩主要分布在相山地区西北部;②与成矿有关的相山火山－侵入杂岩，分布在相山地区的中部，其中抗风化能力较强的碎斑熔岩分布面积220km²，占火山－侵入杂岩体面积约70%;③作为基底的震旦－寒武系变质岩、花岗岩，分布于相山地区的南、东或东北部。

在ErdasImagine8.6平台通过xsdem.img求取的相山地区平均坡度图像记为xs-demslope.img。将Q、K₂n、K₁e、K₁d、T₃a、Z、λζπ、γπ、γ₅、γ₃img二值图像分别与xsdem.img和xsdemslope.img图像相乘，可获取不同地层岩性的平均高程、平均坡度等地形参数(表4－4)。

表4－4相山地区各地层岩性的地形参数

从表4－4可见，K₁e碎斑熔岩海拔高程平均值最大，高程变化范围也最大，相山最高峰为碎斑熔岩，研究区的主干山脉也主要由此岩性构成;γπ的露头高程变化也较大，虽然主要的γπ分布在相山火山－侵入杂岩的东南边缘和北缘，但在山脊上或山谷中都可出现γπ的小规模露头。K₂n地层标高平均值最小，为96.37m，标高的变化范围也最小，其标准差(Std.Dev)仅8.88，反映该地层主要分布在红盆地内，地形起伏也不大。而Q地层虽然标高平均值不大，坡度平均值是最小的，但可分布在较高的山谷中，如在539m标高的山谷中也有Q的出露，表明Q是在新构造运动(造山运动)的过程或之后形成的。

在A－B剖面(图4－11)上可见，相山西北部的地形较东南部要复杂，这是西北部构造较发育的地貌表现。在C－D剖面上则看不出西南部和东北部的地貌发育特征的异同。NE向的断裂构造对相山地区地貌形态具有重要的影响(张万良等，2005)。

图4-11 相山地形剖面图

四、坡面复杂度因子提取及分析

坡面复杂度因子是宏观地形信息因子，包括地形起伏度、最小侵蚀量、地表切割深度及高程变异系数等，它表征了较大区域内高程信息的变异及组合特征。本次研究基于DEM数据对这类信息因子进行提取并分析其与铀矿空间分布的关系。

(一)地形起伏度

地形起伏度是指，在所指定的分析区域内所有栅格中最大高程与最小高程的差(汤国安等，2005)，可表示为如下公式:

RF_i=H_max－H_min式中:RF_i是分析区域内的地面起伏度;H_max分析窗口内的最大高程值;H_min是分析窗口内的最小高程值。

通过不同窗口的分析试验，显示碎斑熔岩的地面起伏度较大，图4－12为分析窗口为100×100(1.5km×1.5km)时的地面起伏度及铀矿分布图，碎斑熔岩目前处于较强烈的侵蚀状态，铀矿床与地形起伏度的关系较复杂，地形起伏度过大或过小似乎都不利于铀矿床出现。

图4-12 相山地区地形起伏度与铀矿分布图

(二)最小侵蚀量

最小侵蚀量是反映地表侵蚀程度的指标，可定义为地面某点的邻域范围的最大高程与该邻域范围内的平均高程的差值。可用以下公式表示:

D_i=H_max－H_mean式中:D_i是地面每一点的最小侵蚀量;H_max是一个固定分析窗口内的最大高程;H_mean是一个固定分析窗口的平均高程值。

图4－13是分析窗口为100×100的最小侵蚀量与铀矿分布图，从图中可以看出，铀矿多分布于最小侵蚀量140～280m的区域，之外的区域，铀矿床出现的概率小。

图4-13 相山地区最小侵蚀量与铀矿分布关系图

(三)地表切割深度

地表切割深度是指地面某点的邻域范围的平均高程与该邻域范围内的最小高程的差值(汤国安等，2005)。可用以下公式表示:

D_i=H_mean－H_min式中:D_i是地面每一点的地表切割深度;H_mean是一个固定分析窗口内的平均高程;H_min是一个固定分析窗口的最低值。

地表切割深度直观地反映了地表被侵蚀切割的情况，同时也代表了未来侵蚀量的最小估值，并对这地学现象进行了量化。

图4－14是分析窗口为100×100时的相山地区地面切割深度图，表明相山地区东南部较西北部地面切割深度大，相山东南部未来侵蚀量的最小估值要大于西北部。这种地貌演变的动力学基础是，更新世以来的以隆升、掀斜运动为特征的新构造运动，致使相山地区由西北向东南抬升逐渐增强。

(四)高程变异系数

高程变异系数是反映分析区域内地表单元格网各顶点高程变化的指标(汤国安等，2005)，它以格网单元顶点的标准差S与平均高程 的比值来表示:

华南铀矿保存因素探索

图4－15是分析窗口为100×100的相山地区高程变异系数及铀矿分布图，大型矿床处于高程变化系数0.12～0.42之间，平均高程变化系数约0.25，中小型矿床处于高程变化系数0.12～0.36之间，平均高程变化系数约0.23，矿点处于高程变化系数0.12～0.30之间，平均高程变化系数约0.18。看来，铀矿床矿点多分布于高程变异系数由大变小的过渡带，即高程变异系数＞0.5或＜0.2，都不利于铀矿床的出现，太大可能表示铀矿床尚未完全剥露，太小可能意味着侵蚀作用太强，铀矿床大多都已剥蚀了。矿田东部的628矿床属碱交代类型，是相山矿田下部铀矿化的代表(ZhangWanliangetal.，2005)，目前处于高程变异系数较小(0.19)的区域，较强烈的剥蚀作用已使矿床出现近矿根部相的产物。

图4-14 相山地区地面切割深度与铀矿分布图

图4-15 相山地区高程变异系数与铀矿分布图

矿床空间分布与侵蚀作用有关的地貌形态是否有关系是矿床学有待探索研究的新领域，本次研究只是涉及这一领域的一次试验性工作。工作结果表明，相山地区地表总体剥蚀严重，且剥蚀程度不均，铀矿空间分布与地貌形态有一定关系，表现在铀矿床、矿点多出现在最小侵蚀量和高程变异系数由高变低的过渡区域，也就是说，铀矿床、矿点的分布与地表剥蚀程度有关。