黑龙江五大连池火山群的地貌形态和分形特征及其成因

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.001

摘要/Abstract

摘要：

火山地貌及其成因研究对深入揭示火山形成与行星表面形态演化具有重要意义。本文基于黑龙江五大连池火山区的遥感影像和数字高程模型(DEM)数据,对火山群形貌进行综合解译和地貌分形分析,从系统科学角度讨论形成本区火山地貌系统的复杂成因机制。研究结果表明:(1)火山锥和熔岩地貌构成了区内低起伏频率的地表形态,断裂带上复合型火山锥的分布数量影响该方向上的地形复杂度。(2)火山群地貌分形具有多度域分形结构且分形维数较小(D≈2),推测是受到大面积熔岩地貌和低矮火山锥影响造成的。沿断裂构造方向的地形剖面分形维数显示,五大连池地区三组断裂方向的地貌各向异性较小(D值为1.142~1.275,D_max与D_min仅相差0.133),NE方向的分形维数较大(D_NE为1.223~1.275),是影响火山群地貌形成的主要断裂方向。(3)火山群地貌特征受到内外营力协同控制,深浅两套断裂构造和岩浆系统是影响现阶段火山区形貌的主要因素。外营力在中微观尺度随机粗化作用正在加强,但在宏观尺度上尚未占协同对抗上风,区域形态还未发生改变。遥感波谱特性与地貌形态分析对火山地貌研究是有效的,地貌分形分析可以量化不同尺度下的地貌形态特征,这为火山区地貌及其成因机制研究提供了新的思路和方法。

关键词: 五大连池火山群, 火山地貌, 遥感影像, 地貌分形, 成因机制

Abstract:

Volcanic topography is essential to study the formation of volcanoes and evolution of planetary morphology.Based on the remote sensing images and DEM data of the Wudalianchi volcanic area, we analyzed fractal characteristics and performed the comprehensive interpretation in its formation, and discussed the complex genetic mechanisms of the geomorphic system in this volcanic area.The results show that (1) volcanic cones and lava topography constitute the surface morphology with low undulation frequency in the area, and the number of composite volcanic cones distributed along the fractures affects the topographic complexity in this direction.(2) The topography of this area shows a fractal structure of multiscale domains and a small fractal dimension (D≈2), which was presumably influenced by the extensive lava topography and low volcanic cones.The fractal dimensions of the topographic profiles in the directions of fractures show that the geomorphic anisotropy of the three fracture directions in the Wudalianchi volcanic area is relatively small (D=1.142-1.275), and the difference between D_max and D_min is only 0.133.However, the fractal dimensions in the NE direction are large (D_NE=1.223-1.275), which is the principal fracture direction affecting the volcanic topography.(3) The topographic characteristics of the volcanic group are determined by internal and external agents, and two sets of fractural structures (deep and shallow fractures) and magmatic systems are the main factors affecting its topographic features at the present stage.The role of external agent in stochastic coarsening at the meso-to-micro scale is intensifying, but synergistic antagonism has not yet prevailed at the macro scale, and the complex regional topography of the volcanic group has not yet changed.Remote sensing spectral features and topographic analyses are effective to investigate the volcanic topography, and the quantitative fractal characteristics can interpret the topographic characteristics at different scales and becoming a novel approach to study volcanic topography and their genesis.

Key words: Wudalianchi Volcanic Group, volcanic topography, remote sensing image, geomorphic fractal, genetic mechanism

中图分类号:

P931

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图/表 12

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编号	波段类型	波长范围 (μm)	空间分辨率 (m)
b1	Coastal	0.43~0.45	30
b2	Blue	0.45~0.51	30
b3	Green	0.53~0.59	30
b4	Red	0.64~0.67	30
b5	NIR	0.85~0.88	30
b6	SWIR1	1.57~1.65	30
b7	SWIR2	2.11~2.29	30
b8	PAN	0.50~0.68	15
b9	Cirrus	1.36~1.38	30
b10	TIR1	10.60~11.19	100
b11	TIR2	11.50~12.51	100

编号	波段类型	波长范围 (μm)	空间分辨率 (m)
b1	Coastal	0.43~0.45	30
b2	Blue	0.45~0.51	30
b3	Green	0.53~0.59	30
b4	Red	0.64~0.67	30
b5	NIR	0.85~0.88	30
b6	SWIR1	1.57~1.65	30
b7	SWIR2	2.11~2.29	30
b8	PAN	0.50~0.68	15
b9	Cirrus	1.36~1.38	30
b10	TIR1	10.60~11.19	100
b11	TIR2	11.50~12.51	100

火山地貌类型			解译标志	实例
火山锥 (I)	单锥型火山锥	马蹄型火山锥	锥体不完整,火山口不闭合;具有1个清晰朝向的U形熔岩溢出口	北格拉球山、东焦得布山、西焦得布山、药泉山、小孤山、东龙门山、尾山
		多瓣型火山锥	锥体完整性差,熔岩流将锥体切割成多瓣;具有2个及以上熔岩溢出口	火烧山、笔架山
		较完整火山锥	锥体无明显破坏,呈近圆形或椭圆状,具有1个圆形闭合火山口,1个熔岩溢出口。南格拉球山火山口积水形成近圆形火山口湖	南格拉球山
	复合型火山锥		锥体数量多为2个及以上;具有多个熔岩溢出口	卧虎山、老黑山、莫拉布山、西龙门山(单锥)
熔岩流 (II)	结壳熔岩类		主要见于新期熔岩台地;在b5/b4、b6/b5和b7/b6伪彩色影像中为深蓝色区域	老黑山、火烧山结壳熔岩流
	渣状熔岩类		主要见于新期熔岩台地;在b5/b4、b6/b5和b7/b6伪彩色影像中为紫色区域	老黑山、火烧山渣状熔岩流
	块状熔岩类		分布广泛,展布于熔岩流中段或尾部,几乎不与前两类熔岩分布区重叠;多呈面状或条带状,边界不规则。在真彩色影像中呈现墨绿色;b11、b5和b7伪彩色影像中呈现棕红色	莫拉布山、西龙门山块状熔岩流
熔岩台地(III)			呈面状展布;上覆多期碱性玄武岩熔岩流,局部有水波纹状、斑点状异色图案,为熔岩流冷却形成的痕迹,台地表面多被农田或河流沉积物覆盖。火山岩在真彩色影像中呈现棕黄色;b11、b5和b7伪彩色影像中火山岩呈绿色,台地边缘全新世河流沉积物呈荧光绿色
火山堰塞湖(IV)			被老黑山、火烧山、东西龙门山、东西焦得布山、尾山所在熔岩台地围限,呈串珠状分布。在真彩色影像中呈现黑绿色;b11、b5和b7伪彩色影像中呈黑色	头池至五池水体
推断断裂构造			发育的火山锥呈线性排布,NE向2条、NW向4条和W—E向1条,总体构成呈网格状	详见解译图3
其他地物	燕山期黑云母花岗岩		主要出露于新期火山熔岩台地附近与五池北侧;在b5/b4、b6/b5和b7/b6伪彩色影像中呈现橘红色
其他地物	第四纪农田		熔岩台地四周低平宽阔、经风化和人为开垦形成的农田。遥感影像见平行纹理,在真彩色影像中表现为暗灰及白条相间的格状;b11、b5和b7伪彩色影像中呈紫色或粉色格状

火山地貌类型			解译标志	实例
火山锥 (I)	单锥型火山锥	马蹄型火山锥	锥体不完整,火山口不闭合;具有1个清晰朝向的U形熔岩溢出口	北格拉球山、东焦得布山、西焦得布山、药泉山、小孤山、东龙门山、尾山
		多瓣型火山锥	锥体完整性差,熔岩流将锥体切割成多瓣;具有2个及以上熔岩溢出口	火烧山、笔架山
		较完整火山锥	锥体无明显破坏,呈近圆形或椭圆状,具有1个圆形闭合火山口,1个熔岩溢出口。南格拉球山火山口积水形成近圆形火山口湖	南格拉球山
	复合型火山锥		锥体数量多为2个及以上;具有多个熔岩溢出口	卧虎山、老黑山、莫拉布山、西龙门山(单锥)
熔岩流 (II)	结壳熔岩类		主要见于新期熔岩台地;在b5/b4、b6/b5和b7/b6伪彩色影像中为深蓝色区域	老黑山、火烧山结壳熔岩流
	渣状熔岩类		主要见于新期熔岩台地;在b5/b4、b6/b5和b7/b6伪彩色影像中为紫色区域	老黑山、火烧山渣状熔岩流
	块状熔岩类		分布广泛,展布于熔岩流中段或尾部,几乎不与前两类熔岩分布区重叠;多呈面状或条带状,边界不规则。在真彩色影像中呈现墨绿色;b11、b5和b7伪彩色影像中呈现棕红色	莫拉布山、西龙门山块状熔岩流
熔岩台地(III)			呈面状展布;上覆多期碱性玄武岩熔岩流,局部有水波纹状、斑点状异色图案,为熔岩流冷却形成的痕迹,台地表面多被农田或河流沉积物覆盖。火山岩在真彩色影像中呈现棕黄色;b11、b5和b7伪彩色影像中火山岩呈绿色,台地边缘全新世河流沉积物呈荧光绿色
火山堰塞湖(IV)			被老黑山、火烧山、东西龙门山、东西焦得布山、尾山所在熔岩台地围限,呈串珠状分布。在真彩色影像中呈现黑绿色;b11、b5和b7伪彩色影像中呈黑色	头池至五池水体
推断断裂构造			发育的火山锥呈线性排布,NE向2条、NW向4条和W—E向1条,总体构成呈网格状	详见解译图3
其他地物	燕山期黑云母花岗岩		主要出露于新期火山熔岩台地附近与五池北侧;在b5/b4、b6/b5和b7/b6伪彩色影像中呈现橘红色
其他地物	第四纪农田		熔岩台地四周低平宽阔、经风化和人为开垦形成的农田。遥感影像见平行纹理,在真彩色影像中表现为暗灰及白条相间的格状;b11、b5和b7伪彩色影像中呈紫色或粉色格状

火山(名称缩写)	锥体数/ 火山口数	溢出口数量	溢出口方位	锥体类型
尾山(WS)	1/1	1	北西侧	马蹄型
小孤山(XGS)	1/1	1	北东侧	马蹄型
药泉山(YQS)	1/1	1	南西侧	马蹄型
东龙门山(DLMS)	1/1	1	东南侧	马蹄型
东焦得布山(DJDBS)	1/1	1	正南侧	马蹄型
西焦得布山(XJDBS)	1/1	1	东南侧	马蹄型
北格拉球山(BGLQS)	1/1	1	正西侧	马蹄型
火烧山(HSS)	1/1	2	正南侧、北西侧	多瓣型(两瓣山)
笔架山(BJS)	1/1	3	西侧、东南侧、北东侧	多瓣型(三瓣山)
南格拉球山(NGLQS)	1/1	1	北侧(缺口不明显)	较完整锥
老黑山(LHS)	2/3	5	东西两侧各1处、北侧2处、南侧1处	复合型
西龙门山(XLMS)	1/2	3	正东侧、西南侧小缺口各1处、东南侧半月形大缺口1处	复合型(单锥)
莫拉布山(MLBS)	2/2	2	东锥正北侧,西锥西北侧(被破坏,不明显)	复合型
卧虎山(WHS)	4/4	4	4个锥体各1处熔岩溢出口,分别位于: 北锥北侧、东锥东侧、西锥西侧、南锥北西侧	复合型