基于DEM的丹东市地形特征与区域地质意义研究.pdf

科学技术创新 2023.25基于 DEM 的丹东市地形特征与区域地质意义研究李鑫茹（辽宁师范大学 地理科学学院，辽宁 大连）引言作为自然地理环境的重要组成部分，地形、地貌与地质相互作用，同时也共同影响着地区气候条件、热量吸收等过程，也对人类生产生活方式和国土空间规划与利用具有重要影响1。研究区域地质背景及意义有助于了解区域构造运动发展与地区环境演变等过程，对矿产勘探工作也具有较为重要的指示作用2。赵志刚3、盛海洋4等分别研究讨论了东海盆地与黄河上游若尔盖盆地形成的区域地质背景与构造演化过程。浙江5、江西6等地也经研究表明区域地质背景直接影响着矿区成矿过程和地热资源分布。近年来，岩石测量的技术和方法不断改进革新，作为区域地质的重要内容，更多有关岩石地球化学特征和年代学特征的研究结果更加准确。花岗岩是地壳中最常见的侵入岩，也成为国内外学者研究的热点。王振亮等人通过对内蒙古架子山地区二长花岗岩的锆石 U-Pb 年代学及地球化学等特征研究，探明其岩浆源区的特征及花岗岩的侵位年代7。与此同时，有关地貌特征的描述也由定性逐渐转为定量描述。高精度的数字高程模型数据（DigitalElevation Model,DEM）被广泛运用，与传统野外考察相结合，在更大程度上促进了人类对于区域地形、地貌的认识。在中国典型区域，如青藏高原8、黄河流域9和黄土高原10等地，均有学者利用 DEM 数据提取研究区内地形因子，并对其地貌特征进行描述。因此，本研究以辽宁丹东市作为研究区，结合前人研究结果，分析其区域地质背景及其花岗岩形成过程，利用数字高程模型数据提取研究区内地形因子，并描述其地形与地貌特征，对该地水土保持、地质勘查及环境保护等具有较为重要的意义。1研究区概况研究区概况见图 1。图 1研究区概况丹东市地处辽宁东南部，位于 123毅22忆E-125毅42忆E，39毅43忆N-41毅09忆N，包括东港市、凤城市、振兴区、振安区、元宝区和宽甸满族自治县。气候属暖温带亚湿润季风型气候，热量充足，降水充沛。受复杂地形影作者简介院李鑫茹（1998-），女，研究生在读，研究方向：地质地貌与环境演变。摘要院本研究以辽宁丹东市作为研究区，结合前人研究结果，分析其区域地质背景及其花岗岩形成过程，并利用 DEM 数据提取研究区内地形因子，描述其地形与地貌特征，旨在有助于该地水土保持、地质勘查及环境保护等工作开展。结论包括：（1）丹东地区出露的花岗岩成分主要为二常花岗岩和黑云母二长花岗岩，白垩世时期其岩浆活动最为频繁、强烈。（2）研究区内高程变化范围为 0耀1 323 m，整体呈现由东北向西南递减的特点。陆地基本地貌形态主要为低海拔丘陵，地势平缓，起伏较小。（3）研究区内坡度变化范围为 0毅耀66.78毅，坡度整体呈现由西南向东北逐渐增大的趋势。坡地结构以斜坡与陡坡为主，地表粗糙度在 1耀2.5 内变化。关键词：DEM 数据；地形特征；区域地质；丹东市中图分类号院P931文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤25-0018-0418-2023.25 科学技术创新响，丹东市年降雨量为 648.4耀1 761.7 mm，且区域差异明显，年平均气温为 7耀10 益，四季分明，雨热集中。土壤主要分布着棕壤、草甸土、水稻土等，丘陵山地土壤以棕壤为主，河谷平原多为草甸土，水稻土多分布在沿海平原及江河沿岸平地。水系分布主要包括鸭绿江、叆河、大洋河和浑江等江河，地下水储量丰富。2数据来源与方法2.1数据来源本研究 DEM 数字高程数据采用中国科学院地理空间数据云下载的 ASTGTMV003 DEM 数字高程数据，空间分辨率为 30 m。该数据能够在一定程度上反映丹东市的地形特征。数据下载地址为 http:/ ArcGIS 10.8 软件中进行镶嵌、裁剪等处理。2.2研究方法2.2.1坡度坡度（Slope）是地面上某点的切平面与水平地面的夹角，是高度变化的最大比率，对地球表面物质和能量流向及分配、植被分布与作物生长等具有重要影响作用8。坡度计算公式为Slope=（1）式中：Slope 为坡度；为 x 方向上的坡度；为 y 方向上的坡度。本研究选择坡度地形因子进行描述，能够具体表达丹东市地面倾斜程度和地表的陡缓程度。坡地分类标准来源于国际地理学联合会地貌调查与地貌制图委员会所制定的地貌详图应用，按照坡度数值由小到大分为 7 个等级（见表 1）。2.2.2坡向坡向是指地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影与过该点的正北方向的夹角。它通过影响不同地区对于太阳辐射量的重新分配而使区域间气候、热量产生差异，对于作物生长与农业生产至关重要。本研究通过 ArcGIS 10.8 软件空间分析工具中的表面分析进行坡向提取，并按方位角进行分区（见图 2）。2.2.3地形起伏度地形起伏度（又称地势起伏度）是表征地形起伏大小的地形因子。本研究利用丹东市 DEM 数据提取研究区地形起伏度，并根据中国 1:100 万数字地貌制图规范中地形起伏度的 7 个等级进行划分（见表 1）。其计算方法为研究区内海拔高度最大值与最小值之差，计算公式为：RF=Hmax-Hmin（2）式中：RF 为丹东市地形起伏度；Hmax为丹东市海拔高度最大值；Hmin为海拔高度最小值。本研究采用ArcGIS 软件的焦点统计计算 Hmax与 Hmin，后经栅格计算器求得 RF。2.2.4地表粗糙度地表粗糙度是指地表某一单元曲面的面积与其在水平面上投影的面积之比。因其能够有效反映地表受侵蚀程度与情况，因而被广泛运用于水土保持与环境监测等相关研究。其具体表达式为R=（3）式中：R 为丹东市地表粗糙度；S曲面为地表单元曲面面积；S水平为水平面投影面积。本研究采用栅格计算器求得。表 1坡地及地形起伏度分类标准3结果与讨论3.1丹东市地质特征3.1.1区域地质背景丹东市地处辽东隆起和朝鲜北部隆起的交接位置，处于辽东隆起的东部边缘。地质构造情况复杂，多条断裂带均在此发育。作为辽东地区主要断裂带的鸭绿江断裂带北起吉林，经丹东市至鸭绿江口入海，丹东市属其断裂带南段11。区域内中-晚元古代地层、石炭三叠纪地层等发育良好，出露完整。因后期岩浆改造作用，侏罗纪-白垩纪地层零星分布。区域古生代沉积地层包括华北型和天山-兴安型12。22tan SlopeSlopeewsn2Slopeew2SlopesnSS曲面水平坡地分类 地形起伏度分类 02 平原 030 m 平原 25 缓斜坡 3070 m 台地 515 斜坡 70200 m 丘陵 1525 陡坡 200500 m 小起伏山地 2535 急坡 5001 000 m 中起伏山地 3555 急陡坡 1 0002 500 m 大起伏山地 5590 垂直坡 2 500 m 极大起伏山地 19-科学技术创新 2023.253.1.2区域花岗岩形成与地质意义多年来，国内外学者对于辽东半岛花岗岩的特征、成因、形成时代与构造背景展开了大量研究。从岩石成分上看，丹东地区出露的花岗岩成分主要为二常花岗岩和黑云母二长花岗岩，岩石成分较为单一13。从岩浆活动发生时期看，辽东半岛中生代花岗质岩浆作用主要经历三叠世、侏罗世和白垩世，其中白垩世辽东地区岩浆活动最为频繁、强烈与密集。研究表明，丹东地区的通远堡岩体、三股流岩体及丹东凤城市的大城子岩体均是辽东半岛白垩世岩浆活动时形成的12。丹东凤凰山正长花岗岩侵位时代也属于早白垩世，其形成可能与陆内剪切相关的伸展环境有关。同时，相比于常见的 S 型与 I 型花岗岩，丹东部分地区所发育的 A 型花岗岩更具有独特的地质意义14，有助于进一步明确辽东地区的构造演化过程。3.2丹东市地形特征3.2.1海拔与起伏度研究区内高程变化范围为 0耀1 323 m，整体呈现由东北向西南递减的特点。根据中国 1:100 万数字地貌制图规范划分，表明丹东市多为低海拔区域（凤城市(247 m)振安区(106.6 m)元宝区(91 m)东港市(35.2 m)振兴区(25.9 m)。丹东市地形起伏度变化范围为 0耀423 m，区域平均地形起伏度为 97.4 m，地势起伏较小。平均地形起伏度最大地区是宽甸满族自治县，数值为 122.5 m，最小是振兴区，数值为 28.1 m。按地形起伏度划分，丹东地区主要有平原、台地、丘陵和小起伏山地 4 种类型。4 种类型面积占比由大到小依次为丘陵(63.5%)台地(17.5%)平原(15.5%)小起伏山地(3.5%)。丘陵分布广泛，小起伏山地零星分布，主要集中在丹东市北部和宽甸、凤城市部分地区；平原主要分布在宽甸满族自治县中部、振安区东部及东港市。综合丹东市海拔高度与地形起伏度，丹东市陆地基本地貌形态主要为低海拔丘陵，其次为低海拔台地、低海拔平原和小起伏低山，地势平缓，起伏较小。3.2.2坡度、坡向与地表粗糙度研究区内坡度变化范围为 0耀66.78毅，平均坡度为12.7毅，坡度整体呈现由西南向东北逐渐增大的趋势。坡地结构以斜坡与陡坡为主，斜坡占总面积的 38.5%，陡坡占研究区总面积的 28.6%，急陡坡仅占研究区的1%。从坡度分级图看，平原主要分布在东港市，缓斜坡、斜坡和陡坡广泛分布在各地区。急坡、急陡坡和垂直坡所处地区可能为易产生滑坡、泥石流等地质灾害的地区。从坡向分布看，丹东市平缓坡（即平面）主要分布在东港市南部及东北部。其他几种类型均分布广泛。研究区内地表粗糙度在 1耀2.5 内变化。各区、县平均地表粗糙度由小到大依次为振兴区东港市元宝区振安区凤城市宽甸满族自治县，但各地区平均地表粗糙度差异并不明显。图 2丹东市地形因子4结论（1）丹东地区出露的花岗岩成分主要为二常花岗岩和黑云母二长花岗岩，白垩世时期其岩浆活动最为频繁、强烈。（2）研究区内高程变化范围为 0耀1 323 m，整体呈现由东北向西南递减的特点。丹东市地形起伏度变化范围为 0耀423 m，区域平均地形起伏度为 97.4m。综合丹东市海拔高度与地形起伏度，丹东市陆地基本地貌形态主要为低海拔丘陵，其次为低海拔台地、低海拔平原和小起伏低山，地势平缓，起伏较小。（3）研究区内坡度变化范围为 0耀66.78毅，平均坡度为 12.7毅，坡度整体呈现由西南向东北逐渐增大的趋势。坡地结构以斜坡与陡坡为主。从坡向分布看，丹东市平缓坡（即平面）主要分布在东港市南部及东20-2023.25 科学技术创新北部。其他几种类型均分布广泛。研究区内地表粗糙度在 1耀2.5 内变化。参考文献1王平,丁智强,华红莲,等.云南省老山自然保护区地貌特征及其对土地利用类型分布的影响J.水土保持通报,2021,41(5):287-295.2喻超,智云宝,代杰瑞,等.山东省威海市区域地质背景下土壤 Cd 的地球化学特征J.物探与化探,2014,38(5):1076-1084.3赵志刚,王鹏,祁鹏,等.东海盆地形成的区域地质背景与构造演化特征J.地球科学,2016,41(3):546-554.4盛海洋.黄河上游若尔盖盆地区域地质背景与盆地演化研究J.太原师范学院学报(自然科学版),2022,21(4):91-96.5张萌,杨豪,彭振宇,等.浙江省区域地质背景及地热资源赋存特征J.科学技术与工程,2016,16(19):30-36.6龙诗彪,潘鑫.江西省上犹县埕塘坳铀矿区域地质背景及成矿条件分析J.江西建材,2013(5):275-276.7王振亮,赵克强,杨剑洲,等.内蒙古架子山地区晚石炭世二长花岗岩成因及其地质意义J.吉林大学学报(地球科学版),2023,53(3):984-1000.8韩海辉.基于 SRTM-DEM 的青藏高原地貌特征分析D.兰州：兰州大学,2009.9蒲永峰,张宙,姬霖,等.基于 DEM 的黄河流域水土流失地形因子提取技术J.测绘标准化,2021,37(4):58-60.10王媛媛.基于 DEM 的陕北黄土高原水文相关地形因子的分析研究J.农学学报,2022,12(5):17-23.11李振英,吴明大,丑景俊.丹东市东北部鸭绿江断裂带的探测与研究J.东北地震研究,1999(01):65-71.12王资灏.辽东半岛丹东地区中生代花岗岩特征及地质意义D.北京：中国地质大学,2021.13宋运红,杨凤超,郝立波,等.辽东凤凰山正长花岗岩SHRIMP U-Pb 年龄、地球化学特征与陆内伸展作用J.中国地质,2022,49(5):1687-1698.14李三忠,郝德峰,赵国春,等.丹东花岗岩的地球化学特征及其成因J.岩石学报,2004(6):116-122.Research on the Topographic Characteristicsand Regional Geological Significance ofDandong City Based on DEMLi Xinru（College of Geographic Sciences,Liaoning Normal University,Dalian,China）Abstract:This study takes Dandong City,Liaoning Province as the research area,and combines previousresearch results to analyze its regional geological background and granite formation process.DEM data is usedto extract terrain factors in the study area,and its terrain and geomorphic characteristics are described.Theaim is to help carry out soil and water conservation,geological exploration,and environmental protection workin the area.The conclusions include:(1)The granite composition exposed in the Dandong area is mainlycomposed of Erchang granite and biotite monzogranite,with the most frequent and intense magmatic activityduring the Cretaceous period.(2)The elevation variation range within the research area is 01 323 m,show原ing a decreasing trend from northeast to southwest overall.The basic geomorphic form of land is mainly lowaltitude hills,with flat terrain and small undulations.(3)The slope variation range within the study area is0毅66.78毅,and the overall slope shows a gradually increasing trend from southwest to northeast.The slopestructure is mainly composed of slopes and steep slopes and the surface roughness in the study area variesbetween 1 and 2.5.Key words:DEM data;topographic features;regional geology;Dandong city21-