地震的发生与活动断层、活动构造的关系密切，活动断裂展布基本上控制了地震的分布。运用遥感技术研究活动断裂，可以分析出断裂特别是活动断裂的具体特征、力学性质和活动方式以及活动断裂与其他构造的交切关系等^[1]。遥感影像可以宏观、动态地反映断裂构造，通过遥感图像融合方法，可以突出活动断裂的影像特征，明确解读出活动断裂存在的位置、走向、性质和发展演化特征，从而分析得出容易发生地震的断裂构造，为防震减灾提供有力的科学依据。

目前，断裂构造解译主要采取融合多源遥感影像的方法来增强特征。文献^[2]以TM数据为基本数据源，组合TM7、TM4、TM1波段，突出断裂构造的构造线和水系特征，建立西藏地区活动断裂的解译标志^[2]。文献^[3]以ETM+为主要信息源，对南峰地区的断裂构造进行遥感解译和分析^[3]。但以上文献都只利用了TM传感器的多光谱波段信息，因而断裂构造的突出效果十分有限。文献^[4]用SPOT-5和Landsat-7卫星影像，采取复合假彩色合成增强以及空间域方向滤波技术，确定珠海地区各种规模的断裂构造。融合后影像的空间分辨率和光谱分辨率对特征突出具有较好效果，但文献^[4]在融合方法的选择上缺乏深入研究。文献^[5]以北川地区的遥感图像为例，选取HIS融合变换、主成分变换、高通滤波融合方法和基于小波变换融合的方法，对各种方法定性、定量地对比，分析了不同使用目的下最适用的遥感图像融合方法。但直接解译融合后的影像存在信息冗余，并不利于发现断裂特征。文献^[6]仅通过DEM提取的地貌参数指标研究区域的相对构造活动程度。文献^[7]利用遥感和DEM数据进行三维叠加，对茅山地区的断裂构造解译，但仅将DEM作为三维模型观察和解译的基础，没有充分利用DEM所蕴含的断裂信息。

广西地区地质构造活动频繁，植被覆盖、丘陵错综、山系套叠的地貌特征增加了区域断裂解译的难度和不确定性。本文根据桂西北地区的地质地貌和构造特点，提出了将多光谱影像、全色影像、DEM等多元遥感信息进行融合的断裂特征增强方法。一方面，利用了不同地质体在活动断裂区所具有的光谱差异；另一方面，充分利用DEM所包含的地形和水文等断裂存在的指示性信息，建立了以地形和水体的空间特征变化为基础的断裂解译标志，解译并发现桂西北巴马-马山断裂带和右江断裂带之间存在一条新的右江次级活动断裂，结合野外地震地质调查进行验证。多元遥感信息融合处理中，将KL变换、HIS变换、乘积变换、比值变换、小波变换等融合方法进行了全面比较，对融合后的影像进行主分量分析，确定了乘积变换融合的影像增强方法和解译底图，显著突出了活动断裂特征。

桂西北地貌形态复杂多样，其特点是岩溶地貌明显，植被覆盖率高，山地、丘陵地势较多，水系发育明显。一方面，岩溶地貌由于化学溶蚀和流水冲蚀等作用，断裂的线形特征受到严重影响，线性断裂较难发现，高植被覆盖率也在一定程度上削弱了断裂特征。另一方面，断裂构造所在地会导致地貌体(如山脊、阶地、冲沟等)错位、偏离、急剧转弯，岩石产状突变，地层重复与缺失等，这些典型地貌标志在遥感影像上表现比较明显。例如，天峨地区岩石产状突然变化(图1(a))，大化地区的山脊错位现象(图1(b))等。水系发育明显受到构造的强烈控制，可以利用河流、水系的形态和变化来判断断裂构造的存在性。例如，右江河流经百色-平果断裂带时，表现出笔直的线性特征(图1(c))；受六相断裂及羌圩断裂的影响，灵歧河多处呈现明显的直角转弯等(图1(d))。

图 1 广西典型断裂解译标志 Fig. 1 Interpretation Mark of Typical Faults

图选项

本文所确定的活动断裂解译标志，主要依赖与地形地貌紧密相关的特征。以DEM为基础，通过提取山体阴影、地表坡度和水系特征可提取断裂信息^{[8, 9]}。在活动断裂解译中，DEM的空间信息可以补充遥感影像纯光谱信息的不足。因此，本文根据桂西北地区活动断裂总体特征，融合多光谱影像、全色影像和DEM等多元数据进行活动断裂特征的增强，并结合已有地震构造研究成果作为参考，进行桂西北地区的活动断裂解译。选择数据源时，通常区域性地质解译会以ETM+影像作为主要数据源^{[3, 4, 10, 11]}。考虑到大范围断裂构造的影像解译结果需要与1∶25万区域地质调查图进行对比分析，因而选择1999年Landsat ETM+多光谱影像和全色影像，包含30 m的6个单波段和15 m的全色波段产品；DEM选择2009年Terra立体影像产品Aster GDEM，空间分辨率30 m。其投影及坐标系统均为UTM/WGS84系统。通过影像镶嵌和裁剪处理得到融合数据源，如图2所示。

图 2 融合数据源 Fig. 2 Data Sources for Image Merge

图选项

影像增强的关键是将DEM中的地形地貌信息融合到光学影像中。首先将15 m全色影像和30 m多光谱影像进行KL变换融合，形成15 m的多光谱融合影像(图3(f))，再将30 m DEM作为全色影像数据输入。由于DEM空间分辨率小于多光谱融合影像，因此第二次融合中首先将DEM重采样为15 m，而不是对多光谱数据进行重采样。为突出水系特征和地质界线，融合后假彩色合成波段和HIS变换所限定的三个波段均采用TM137组合方式。融合效果的评价采用熵和平均梯度指标。

图 3 不同方法的DEM融合结果(TM137组合) Fig. 3 DEM Merge Results with Different Methods(TM137 Combination)

图选项

图3给出了5种不同融合方法的结果。乘积变换(图3(a))和小波变换(图3(b))对光谱信息和DEM信息的保留较为明显；反映在图中，地势较低的区域亮度较小，地势较高的区域亮度较大，但同时具备颜色信息。比值变换(图3(d))和KL变换(图3(e))较多保留了光谱信息，DEM信息融合程度较少，即地势高低区域的亮度差异不明显，色调差异显著。HIS变换(图3(c))丢失掉了所有光谱信息，没有色调，说明该方法对于DEM融合增强无效。

表1、2分别列出了对5种融合后影像按波段计算的熵和平均梯度。熵指标中乘积变换融合的信息量最大，说明该方法保留的空间特征和光谱信息较为充分和均衡。平均梯度指标中乘积变换和小波变换的指标值十分显著，说明这两种方法在突出影像特征方面具有优势。

以上目视评价结果是基于融合影像的TM137特定波段组合，熵和平均梯度是基于各波段影像的总体统计分析。而进行目视解译通常需要组合不同的波段进行比较判读，不同波段的具体特征各异。如表2中，乘积变换的波段1、2、3的平均梯度较大，而小波变换的波段4、5、6的平均梯度较大，因此需要进一步区分二者的优劣。本文采取对融合后影像的主成分分析，计算特征矩阵和特征值，对特征值进行归一化并排序的方法来进行区分。其目的是将无明显规律性差异的6个波段的特征信息集中到第1个主分量中，用第1主分量的信息量来区分融合方法的差异。结果如表3、4所示。表4中，乘积变换的第1主分量信息量比重达到92.32%，显著高于其他方法，与第2主分量的相对比也明显高于其他方法，说明该方法的信息融合程度高。

表 3 各种方法融合影像经过KL变换后的各主分量特征值 Tab. 3 Principal Component Eigen Values After KL Transformation with Different Merge Methods

融合方法	PC1	PC2	PC3	PC4	PC5	PC6
乘积变换	362 963.53	20 211.38	7 981.89	1 187.96	442.57	361.15
小波变换	1 822.75	476.02	117.89	16.18	10.97	4.15
比值变换	4 891.27	1 248.94	530.63	23.84	12.84	4.81
KL变换	1 716.07	403.18	218.27	18.87	9.74	3.87

表选项

表 4 各种方法融合影像经过 KL变换后的特征影像及特征信息量 Tab. 4 Feature Images and Information Amounts After KL Transformation with Different Merge Methods

/%
融合方法	PC1	PC2	PC3	PC4	PC5	PC6
乘积变换
小波变换
比值变换
KL变换

表选项

综合以上分析，乘积变换融合在针对DEM融合光谱影像的处理中，可以取得较好的信息均衡兼特征突出的效果。对融合后影像进行主分量变换，将第1主分量对应的特征影像作为最终判读的底图。

右江断裂带位于桂西北强震地震构造区^[12](图4)，是一条中强地震带。有史书记载以来，沿断裂带曾发生4.0～5.0级地震17次，其中1962年田林八桂5.0级地震和1977年平果5.0级地震对当地的基础设施和财产造成了一定的破坏。近十年以来，在右江断裂带与巴马-博白断裂带之间发生了“2005.10.17”M_L4.8级地震和“2013.2.20”M_L4.5级地震，是否存在一条新的右江次级活动断裂一直是一个未解决的科学问题。

图 4 广西地震构造分区及主要断裂分布图 Fig. 4 The Seismotectonics Zoning Map and the Distribution Map of Main Faults of Guangxi

图选项

广西区域地质地壳活动频繁，区域断裂构造十分发育。受北东和北西向两组活动性断裂控制，主要分布在桂东南和桂西北地区^[13]。因此，在桂西北区域，活动断裂解译以北西向为搜索方向，以山脊、山谷的水平错动和直角状水系为主要标志，在乘积变换融合后的第1主分量特征图像上进行(图5(a))。解译中发现了4个主要断裂特征(图5(e)~5(h))，其中两个山脊线水平错动(红色框)和两个水系直角转弯(绿色框)，黄色箭头所指为具体的解译标志所在位置，可以明显看到山脊线的水平错动和水系的直角转弯。根据该地区断裂的整体走向，以解译标志为中心，以山脊错动方向和水系转弯方向为依据圈定活动断裂的所在位置，黄色虚线框即为由解译标志推测出的活动断裂存在。由两侧错动体的位置关系来看，4条活动断裂发生的水平错动性质一致，均为左旋性质。从解译结果的整体空间分布来看，4个解译标志所推测出来的活动断裂首尾相连，空间排列呈北西向线性展开(图5(b)、图5(c))，构成了一条连续的新断裂。

图 5 断裂解译结果 Fig. 5 Interpret Results of Faults

图选项

图5(d)中，将解译推测的断裂套合到地震构造图中可以发现，本文解译出的这条新的断裂正好衔接了F4(伏桑断裂)和F8(岩乐—石排断裂)两条断裂，形成了一条更大的新的北西向活动断裂带，长度约为40 km，分布于巴马-马山断裂带和右江断裂带之间。F4和F8所在的水系转弯形式也证实了整条断裂属于左旋性质的水平错动。该断裂带所在区域范围近期曾发生过规模不等的多次地震，显示出该断裂较强的活动性。

根据以上遥感解译结果，通过地震地质野外调查，选择了福旺和石排两处对所发现断层区域进行验证，分别绘制出地质剖面图(图6(a)、6(b))。

图 6 断裂构造剖面图 Fig. 6 Cross-section of Active Fault

图选项

在福旺西南500 m处，沿北西向55°断层剖面中发现了构造破碎带，是构造活动后留下的断层岩(图6(a))。在石排东500 m处，沿北西向50°断层剖面中发现了晚期断层泥带、片理化带和角砾岩(图6(b))。地震地质野外调查的结果证明了右江新次级活动断裂的存在。需要说明的是，从上述地震地质野外调查结果上看，山脊线被水平错动40 m主要是断裂前第四纪活动引起的，新构造期活动主要表现为地貌上形成断层崖和陡坎，横穿断裂的水系发生同步左旋位移，断裂局部断错了阶地堆积物和残坡积物^[14]。

在遥感影像断裂解译中，融合DEM、全色影像、多光谱影像的策略具有更为明显的特征突出效果。乘积变换可以有效融合DEM和光学遥感影像，通过对融合后影像的主分量变换集中最主要特征，实现了断裂特征的显著增强。桂西北地区巴马-马山断裂带和右江断裂带之间存在一条新的次级活动断裂。该断裂长约40 km，呈北西向展布。山脊错动和水系直角转弯在桂西北地区的断裂解译中起到明显的作用。通过对解译标志空间形态和整体分布的分析，可以推测出断裂的具体位置、走向、规模和性质。

利用遥感影像处理技术不仅可以进行大尺度范围的断裂分布普查，通过选择有效影像增强方法，建立针对性的解译标志，宏观和微观对比分析，还能发现局部地区的新活动断层，弥补地质勘查的不足。