數(shù)字高程模型在天津?yàn)I海平原區(qū)地質(zhì)填圖中的應(yīng)用

黃猛，張學(xué)斌，韓榮文，李繼軍

(天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，天津 300191)

0 引言

隨著地質(zhì)工作轉(zhuǎn)型發(fā)展，區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的戰(zhàn)略性結(jié)構(gòu)逐步調(diào)整，從服務(wù)于找礦為主拓展到了全面服務(wù)于自然資源管理和生態(tài)文明建設(shè)。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的重心也在逐步向丘陵、平原區(qū)及沿海地區(qū)轉(zhuǎn)移。近年來遙感技術(shù)的發(fā)展使其在地質(zhì)調(diào)查工作中發(fā)揮了越來越重要的作用，尤其是在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中發(fā)揮了舉足輕重的作用[1-5]。受制于地形起伏較小且沉積物粒度較細(xì)，在濱海平原地區(qū)開展區(qū)域地質(zhì)填圖工作主要存在以下幾個問題及難點(diǎn)：一是地勢平坦導(dǎo)致微地貌不易區(qū)分；二是除河道帶附近有少量砂質(zhì)沉積外，其余地區(qū)均以細(xì)粒的黏性土沉積為主，沉積物粒度整體偏細(xì)，遙感解譯精度低，野外可識別性較差；三是受人類改造影響，野外調(diào)查時原始沉積信息不易尋找。上述問題及難點(diǎn)往往造成地質(zhì)填圖精度較差，圖面表達(dá)效果不佳，淺地表地質(zhì)作用過程及資源環(huán)境效應(yīng)研究難以深入。

數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)是對地球表面地形地貌信息的數(shù)字化表達(dá)[6]，是目前地理信息系統(tǒng)、地學(xué)分析、測繪、遙感和虛擬現(xiàn)實(shí)等各領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[7]，并且得到了迅速的發(fā)展、充分的應(yīng)用和廣泛的關(guān)注?；贒EM 的地形地貌研究從本質(zhì)而言就是進(jìn)行數(shù)值模擬和計(jì)算的過程，隨著GIS空間分析模塊的引入，大大增加了地貌學(xué)研究的手段，提高了工作效率。DEM作為一種空間數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行各種空間分析，有效地顯示地形特征，使人們更直觀地觀察地形，比起傳統(tǒng)的地形等值線圖，可以更精細(xì)地顯示地形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[8]。

目前獲取DEM的主要方法有以下幾種：傳統(tǒng)的大地測量、已有數(shù)字化地圖的內(nèi)插、數(shù)字?jǐn)z影測量、激光測量和雷達(dá)測量[9]?？傮w可歸納為地基模式、星載模式和機(jī)載模式。地基模式觀測精度較高，但單點(diǎn)式采集費(fèi)時費(fèi)力，不適用于面積相對較大的區(qū)域地質(zhì)填圖。星載模式主要為衛(wèi)星遙感影像、星載InSAR、激光雷達(dá)等獲取技術(shù)，DEM精度都偏低，高程誤差為±2.47～±8.40 m[10-12]。機(jī)載模式包含航空攝影測量、機(jī)載激光雷達(dá)以及無人機(jī)等方法，隨著傳感技術(shù)的不斷改進(jìn)，DEM的精度逐步提高，具有作業(yè)成本低、效率高的特點(diǎn)[13-15]。DEM在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用起步較晚，近年來隨著研究的不斷深入，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，已在湖泊及濕地變遷分析、地表過程研究、地貌特征及區(qū)劃研究等領(lǐng)域取得了較好的應(yīng)用效果[8,16-18]。運(yùn)用DEM數(shù)據(jù)研究地表地形可直觀揭示地表的形態(tài)特征，且具有較高的分辨率，因而，近年來在地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域越來越受到重視。為此，筆者在開展天津1∶50 000新安鎮(zhèn)等6幅圖區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中對濱海平原區(qū)地表填圖方法進(jìn)行了新的探索和研究，將數(shù)字高程模型應(yīng)用于地貌研究，旨在詳細(xì)劃分淺地表沉積物的成因類型，提升對淺地表地質(zhì)作用過程的認(rèn)知程度，提高地質(zhì)填圖的效率和精度。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于天津市東北部(圖1)，處于沖、洪積平原與濱海平原的過渡地帶，是灤河水系和潮白河水系的匯集地帶，地勢平緩，自西北向東南傾斜，地面標(biāo)高-1～5 m，地形坡度為0.2‰～0.5‰。區(qū)內(nèi)河渠密布，主要行洪河道有潮白河、青龍灣河、薊運(yùn)河等，均從西北流向東南，濕地主要有大黃堡濕地及黃莊洼濕地。研究區(qū)地處華北平原北部與渤海灣的交界地帶，新生代以來，在強(qiáng)烈的構(gòu)造沉降背景下[19-21]，松散沉積物不斷加積，形成了典型堆積型海岸。第四紀(jì)以來，天津?yàn)I海平原地區(qū)經(jīng)歷了多次海陸變遷，沉積環(huán)境的變遷促進(jìn)了堆積地貌的再改造[22]。全新世中晚期以來，在氣候波動變化影響下，該區(qū)先后發(fā)生了海侵及階段性海退，形成一套海侵沉積，在海退過程中，河流與海洋的共同作用造就了地貌帶狀分布特點(diǎn)。全新世晚期形成的沖海積平原及海岸線遷移過程中遺留的幾道貝殼堤和古海岸線與現(xiàn)今海岸線潮間帶基本呈環(huán)帶狀分布，其地貌年齡自陸向海有逐漸變新的趨勢[23-24]。天津?yàn)I海平原地區(qū)地處九河下梢，地勢較低，各條河流攜帶的粗粒沉積物基本堆積于山麓地區(qū)和平原的中上部，帶入該區(qū)的沉積物由黏土、粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂及少量粉砂組成，粒度相對較細(xì)。海河水系各條河流在該區(qū)匯聚入海，歷史時期各條河流的頻繁遷徙、迂回蕩滌使區(qū)內(nèi)曲流河、古河道、古河床高地等發(fā)育[25]。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location map of the study area

2 DEM制作及分析

2.1 DEM制作

本次研究選用天津市測繪局2000年1∶10 000地形圖(等高距1 m)提取高程數(shù)據(jù)，生成研究區(qū)DEM。為保證制圖效果，首先刪除了人工堤岸、道路、特殊居民地等影響原始地質(zhì)地貌分析的異常數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用ArcGIS10.4的TIN模塊生成大小為50 m×50 m的柵格，最后通過ArcGIS10.4的3D功能模塊生成研究區(qū)DEM，高程精度可達(dá)到0.2 m。

2.2 DEM地貌分析

研究區(qū)一級地貌單元為陸地堆積平原，二級地貌單元以黑狼口—牛家牌—大黃堡為界(圖2)，可以劃分為沖積平原和沖海積平原。沖積平原主要分布在研究區(qū)西北部，為燕山?jīng)_積平原的前緣部位，主要受潮白河、青龍灣河多期擺動影響，地面高程1.5～5.0 m，坡度0.3‰～0.5‰，全新世以來基本未受海侵影響；沖海積平原主要分布在研究區(qū)東南部的大部分區(qū)域，地面高程-1.0～3.0 m，坡降0.2‰～0.3‰，平原廣闊平坦，局部地勢稍高，全新世以來普遍受海侵影響，為全新世海退過程中河流與海洋共同作用形成。

1.河道帶;2.邊灘;3.牛軛湖;4.天然堤;5.決口扇;6.洼地;7.河間洼地;8.積水洼地;9.古潟湖洼地;10.壟崗;11.海灘脊;12.越岸扇;13.高潮坪;14.三角洲;15.成因類型界線;16.鉆孔位置及編號;17.槽型鉆位置及編號;18.東棘坨磚廠剖面位置及編號;19.聯(lián)孔剖面位置及編號圖2 研究區(qū)DEM及地貌分析Fig.2 DEM and the geomorphologic analysis map of the study area

按照形態(tài)及成因，研究區(qū)三級地貌單元可劃分為河道帶、洼地、壟崗和三角洲(表1)。

表1 研究區(qū)地貌類型與DEM填圖單位對應(yīng)關(guān)系Tab.1 Corresponding relation between geomorphologic types and DEM mapping units of the study area

(1)河道帶。主要分布在潮白河、箭桿河、薊運(yùn)河、還鄉(xiāng)河、青龍灣河及其古河道分支河道兩側(cè)的狹長地帶，是主流線長期側(cè)移的產(chǎn)物，寬度一般為2.0～10.0 km。在沖積平原及沖海積平原北部，為 DEM呈條帶型分布的連續(xù)高地，較周圍地形高1～2 m；在沖海積平原南部，為DEM呈河曲形態(tài)的連續(xù)低洼地，較周圍地形低0.5～1.5 m。其中四級地貌單元可劃分為邊灘、牛軛湖、決口扇、天然堤。

(2)洼地。為平原中與周圍高差1.0～2.0 m的封閉或半封閉的相對低洼區(qū)域，DEM多呈蝶形或不規(guī)則形狀，具有獨(dú)特的形成、演化歷史。根據(jù)其形態(tài)及成因，主要劃分為河間洼地、積水洼地和古潟湖洼地四級地貌單元。

(3)壟崗。主要分布在東棘坨以南、潘莊以東的三角洲、古潟湖或洼地邊緣，DEM呈條形高地，高程2.0～3.0 m，普遍高出周邊0.5～1.0 m。根據(jù)其形態(tài)及成因，主要劃分為海灘脊、越岸扇和高潮坪四級地貌單元。

(4)三角洲。主要分布在大辛莊—東棘坨一帶，為薊運(yùn)河、還鄉(xiāng)河入海(湖)口形成的過渡地帶，DEM多呈Δ形，顯示由河口向海(湖)心及兩側(cè)地勢逐漸降低。

3 野外驗(yàn)證及填圖單位劃分

以研究區(qū)DEM分析結(jié)果為基礎(chǔ)，通過路線地質(zhì)調(diào)查、槽型淺鉆施工和樣品測試分析，著重考慮物質(zhì)組成、空間分布、成因類型及相互關(guān)系等因素，對淺地表不同類型沉積物組成及沉積相進(jìn)行了驗(yàn)證和分析。槽型淺鉆采用荷蘭產(chǎn)Eijkelkamp型取樣器，取心直徑4 cm，取出的土心基本不受擾動，便于觀察研究淺地表松散沉積物的組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和含有物，分析沉積相和沉積物的分布規(guī)律；樣品測試分析重點(diǎn)進(jìn)行介形蟲和有孔蟲鑒定，由天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所王強(qiáng)研究員完成，主要用于沉積相分析。研究區(qū)地貌類型與DEM填圖單位對應(yīng)關(guān)系見表1。

3.1 河道帶

根據(jù)野外驗(yàn)證，研究區(qū)河道帶沉積主要由河道沉積和堤岸沉積組成，其中河道沉積包括邊灘(曲流砂壩)和充填河槽(牛軛湖)，堤岸沉積包括決口扇和天然堤。

(1)邊灘(曲流砂壩)。主要發(fā)育在薊運(yùn)河、箭桿河兩側(cè)，尤以河流的凹岸為多，主要由黏土、粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂和粉砂組成，顏色為黃灰色、灰黃色、棕黃色和棕色。就沉積層序而言，上部為薄層黏土，中部為黏土質(zhì)粉砂，下部為厚層粉砂，粉砂呈塊狀，局部見有平行層理發(fā)育，夾植物碎屑，二元結(jié)構(gòu)較為明顯，揭露厚度一般為2.0～3.0 m(圖3)。

圖3 研究區(qū)D2072孔邊灘沉積特征Fig.3 Sedimentary characteristics of the point bar for borehole D2072 in the study area

(2)充填河槽(牛軛湖)。地表多為蛇曲狀低洼條帶，分布在薊運(yùn)河兩側(cè)(圖2)，由河流改道或廢棄形成。沉積物多為深灰色、灰色、灰棕色黏土，局部為粉砂，含較多碳質(zhì)及植物碎屑，揭露厚度一般為2.0～3.0 m。

(3)決口扇。分布在潮白河和青龍灣河故道兩岸，DEM呈不同規(guī)模扇狀、舌狀凸起，向周邊逐漸降低，主要由黏土質(zhì)粉砂和粉砂組成，粒度比洪泛盆地沖積物相對稍粗，多呈塊狀，少數(shù)發(fā)育平行層理、交錯層理等沉積構(gòu)造，夾動植物化石碎片。潮白河故道兩岸決口扇沖積物巖性相對較粗，以細(xì)砂、粉砂為主，顏色多為棕黃色、黃棕色，夾薄層黏土，向南東方向逐漸變薄、尖滅(圖4)；青龍灣故道決口扇沖積物規(guī)模小、數(shù)量多，沉積物主要有粉砂、黏土質(zhì)粉砂和夾薄層黏土，顏色多為灰黃色、黃灰色。揭露厚度一般為0～4.0 m。

圖4 研究區(qū)西北部潮白河故道兩岸決口扇剖面Fig.4 Profile map of the crevasse splay on both sides of old Chaobai River in the northwest of the study area

(4)天然堤。主要分布在薊運(yùn)河、箭桿河、還鄉(xiāng)河河道兩側(cè)，地表沉積物為灰棕色、黃棕色黏土質(zhì)粉砂夾少量粉砂，河道附近沉積物顆粒相對較粗，離開河道沉積物逐漸變細(xì)，黏土質(zhì)含量逐漸增加，下伏沉積物多為洪泛盆地及湖沼相沉積。揭露厚度一般為0.5～1.5 m。

3.2 洼地

野外驗(yàn)證證實(shí)，研究區(qū)洼地沉積成因類型主要包括洪泛盆地、湖沼和殘留潟湖(圖2)。

(1)洪泛盆地。廣泛分布于青龍灣河、潮白河、箭桿河及薊運(yùn)河等河流兩側(cè)地勢稍低地區(qū)，沉積物以黏土質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)黏土和黏土為主，顏色為灰黃色、黃灰色、棕黃色及黃棕色，呈互層狀產(chǎn)出，在垂向上有由下而上逐漸變細(xì)的趨勢，平行層理、波狀層理、透鏡層理及脈狀層理廣泛發(fā)育，其中含少量螺殼化石碎片及植物莖葉碎片。揭露厚度一般為1.5～2.5 m。

(2)湖沼。主要分布于大黃堡洼、里自古洼、黃莊洼等地段。沉積物大多以黏土為主，顏色為黃棕色、灰綠色及綠灰色，黏性大，密實(shí)，水平層理少見，含大量的鈣質(zhì)結(jié)核，少量見碳質(zhì)斑點(diǎn)，沉積厚度較大，下伏地層為深灰色、灰黑色潟湖相沉積。沉積物中含麗蚌(Lmprotulasp.)、籃蜆(Corbiculasp.)、蘿卜螺(Radixsp.)、白小旋螺(Gyraulusalbus)、田螺(Viviparussp.)、布氏土星介(Ilyocyprisbradyi)、瑪納斯土星介(I.manasesis)等陸相雙殼類、腹足類及介形蟲化石。揭露厚度一般為1.5～2.5 m。

(3)殘留潟湖。主要分布于東田莊及桐城村以南的低洼地帶，地表沉積物以深灰色、灰色、灰棕色黏土和粉砂質(zhì)黏土為主，含碳質(zhì)，向下顏色逐漸變成棕灰色、灰棕色和淡棕色。沉積物中含較多含腹足類化石，如白旋螺(G.albus)、沼螺(Paraforssarulussp.)、紋沼螺(P.striatulus)等，介形類見有蘇氏小玻璃介(Candoniellasuzini)、舒濱小玻璃介(Candoniellaschubibae)、意外湖花介(Limnocythereinopinata)等，此外還含有少量廣鹽性有孔蟲，如畢克卷轉(zhuǎn)蟲變種(Ammoniabeccariivars.)、多變假小九字蟲(Pseudononinellavaribilis)和希望蟲諸種(Elphidiumsp.)等。揭露厚度一般為1.0～2.0 m。

3.3 壟崗

研究區(qū)壟崗根據(jù)其形態(tài)特征及物質(zhì)組成，可劃分為海灘脊、越岸扇和高潮坪。

(1)海灘脊。主要分布在東棘坨、潘莊、桐城村一帶，為海岸線相對穩(wěn)定時在高潮線附近由波浪作用堆積形成，地勢相對較高，DEM呈NEE向或近EW向條帶狀凸起，較周邊高出0.5～1.0 m，寬度為1～2 km，沉積物以灰黃色、灰棕色、黃棕色黏土質(zhì)粉砂、粉砂及粉砂質(zhì)黏土為主，顆粒相對較粗，含較多貝殼碎屑。揭露厚度一般為1.0～4.0 m。QHJ01孔中采集到的有孔蟲化石主要為A.beccarii、P.variabilis、縫裂希望蟲(magellanicumHeron-Allen et Earland)、低鹽種中華假圓旋蟲(PseudoeponidessinensisZheng)和廣鹽種清晰希望蟲(ElphidiumlimpidumHo)。介形類鑒定結(jié)果表明，海相介形類主要為廣鹽種典型中華美花介(SinocytherideaimpressaBrady)、豐滿陳氏介(TanellaopimaChen)、中華潔面介(AlbileberissinensisHo)和少量淺海相的窩形半尾花介(HemicytheruracuneataHanai)(圖5)。微體古生物鑒定結(jié)果整體顯示頂部樣品鹽度最低，綜合分析為海灘脊環(huán)境。

圖5 研究區(qū)QHJ01孔海灘脊沉積特征Fig.5 Sedimentary characteristics of the beach ridge for borehole QHJ01 in the study area

(2)越岸扇。主要分布在東棘坨北部、寧河鎮(zhèn)西南部一帶，DEM呈向北地勢逐漸降低的扇形，主要由強(qiáng)烈風(fēng)暴形成。強(qiáng)烈風(fēng)暴從海岸沙丘及海灘脊侵蝕出大量的沉積物，分布在海灘脊靠陸一側(cè)，形態(tài)上呈扇狀，沉積物與海灘脊沉積物類似。揭露厚度一般為1.0～4.0 m。

(3)高潮坪。主要分布在史家莊—東棘坨—廉莊以南的海灘脊之間，地勢較海灘脊略低，為河流供給沉積物相對增加時在高潮線附近由波浪作用堆積形成，沉積物以灰棕色、灰黃色、棕黃色粉砂質(zhì)黏土和黏土為主，夾黏土質(zhì)粉砂透鏡體，含較多貝殼殼體及碎屑，發(fā)育透鏡狀層理，含較多碳質(zhì)，向下顏色逐漸變?yōu)榛疑蜕罨疑＝衣逗穸纫话銥?.0～5.0 m。東棘坨磚廠剖面PM14微體古生物鑒定結(jié)果顯示：表層0.40 m樣品中見廣鹽低鹽種光滑九字蟲(CribrononionlaevegatumHo,Hu et Wang)與P.variabilis共生，還見廣鹽低鹽海相介(S.impressa)和豐滿陳氏介(T.opima)的少量個體，顯示了濱海低地環(huán)境；0.70～3.90 m段見P.variabilis、多角口室蟲(StomoloculinamultiangulaHo,Hu et Wang)和廣鹽低鹽種海相介形類王氏三原介(SanyuaniawangiZhao et Whatley)(圖6)。低分異度高優(yōu)勢度低鹽—廣鹽微體生物組合可以作為海侵的證據(jù)，指示非正常海環(huán)境中富有機(jī)質(zhì)沉積的河灣環(huán)境。

圖6 東棘坨磚廠剖面PM14高潮坪沉積特征Fig.6 Sedimentary characteristics of the supratidal zone for profile PM14 in Dongjituo brickyard

3.4 三角洲

研究區(qū)三角洲沉積主要分布在大辛莊至東棘坨北、廉莊鎮(zhèn)東一帶(圖2)，DEM呈扇狀，近NE向展布，地勢向南逐漸降低，由薊運(yùn)河、還鄉(xiāng)河向洼地逐漸進(jìn)積形成。槽型淺鉆揭露其下部的前三角洲沉積物為灰黑色、灰色黏土沉積，向上逐漸變粗，中上部發(fā)育了一套三角洲前緣砂體沉積。沉積物為濁棕色、灰棕色、棕灰色粉砂和黏土質(zhì)粉砂，整體砂質(zhì)含量較高，發(fā)育平行層理、交錯層理、反粒度層理、透鏡狀層理，潴育化明顯(圖7)。揭露厚度一般為1.5～4.0 m。

圖7 研究區(qū)D0050孔三角洲沉積特征Fig.7 Sedimentary characteristics of the delta for borehole D0050 in the study area

4 結(jié)果與討論

綜合DEM分析結(jié)果，在對不同成因類型沉積物及沉積相驗(yàn)證和分析的基礎(chǔ)上，編繪了研究區(qū)沉積體系圖(表1、圖8)，對比了DEM分析與遙感解譯在地質(zhì)填圖中的應(yīng)用，總結(jié)了研究區(qū)的沉積體系和淺表地質(zhì)作用過程。

圖8 研究區(qū)沉積體系Fig.8 Sedimentary system map of the study area

4.1 方法對比

不同類型遙感影像對沉積物的敏感性不同，利用監(jiān)督分類、波段比值、主成分分析及紋理分析等處理方法得出的數(shù)據(jù)可以有效地對地貌及淺地表第四系沉積物進(jìn)行分類，為濱海平原區(qū)地質(zhì)填圖提供技術(shù)支持[26-27]。本次研究分別選取了2016年8月ETM影像(波段B2、B4、B5分別賦予紅、綠、藍(lán)假彩色合成)、2014年4月資源3號衛(wèi)星影像(全色波段和1、2波段分別賦予紅、綠、藍(lán)假彩色合成)及2002年5月ASTER數(shù)據(jù)監(jiān)督分類解譯結(jié)果與DEM進(jìn)行對比(圖9、圖10)。

通過對比DEM與不同類型遙感影像發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)西北部馬家店、牛家牌、黑狼口一帶主要受河流作用影響，不同類型遙感影像的解譯程度都較高，河道帶、決口扇、河間洼地等不同地貌類型及不同類型沉積物解譯效果相對較好。受耕作等人為改造活動的影響，ETM影像和資源3號衛(wèi)星影像中不同沉積物的影紋多為漸變過渡，ASTER監(jiān)督分類圖中影紋界線較為清晰，但存在一定的不確定性，解譯存在一定的誤差，解譯效果與野外調(diào)查驗(yàn)證時存在較大出入。而DEM將微小差別的地形變化通過暈渲法表現(xiàn)在平面圖上，呈現(xiàn)出三維立體視覺效果，使地面起伏看起來較為明顯，整體地貌格局可較為清晰地體現(xiàn)，較好地彌補(bǔ)了不同類型遙感影像的缺陷。將DEM與不同類型遙感影像的解譯結(jié)果相結(jié)合，可較為準(zhǔn)確地圈定不同成因類型沉積物的分布范圍，更深入地分析沉積物的分布規(guī)律，同時結(jié)合野外路線調(diào)查驗(yàn)證，開展地質(zhì)填圖，可取得較為理想的效果。

研究區(qū)東南部大辛莊、東棘坨、廉莊、潘莊一帶主要受河流與海洋兩種動力共同作用的影響，沉積物多以細(xì)粒黏土和粉砂質(zhì)黏土為主，夾少量黏土質(zhì)粉砂，傳統(tǒng)類型遙感影像的解譯效果較差。ETM影像呈淺黃棕色與灰棕色、棕灰色、深灰色相間的斑塊，無明顯展布規(guī)律；資源3號衛(wèi)星影像呈灰白色、灰色、綠灰色、藍(lán)灰色斑塊，整體顯示由NE向SW顏色逐漸變暗的趨勢；ASTER監(jiān)督分類圖中影紋以紅色為主，間夾綠色、青色、藍(lán)色，未顯示明顯的分布規(guī)律。這表明傳統(tǒng)的遙感解譯方法在這一區(qū)域指導(dǎo)填圖的效果不夠理想。相比而言，結(jié)合海岸帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行DEM三維立體分析，可取得較好的解譯效果。

(a)DEM (b)ETM影像

(c)ASTER監(jiān)督分類圖 (d)資源3號衛(wèi)星影像圖9 研究區(qū)西北部沖積平原區(qū)DEM與不同類型遙感影像對比Fig.9 Comparison between DEM and remote-sensing images of the alluvial plain in the northwest of the study area

(a)DEM (b)ETM影像

(c)ASTER監(jiān)督分類圖 (d)資源3號衛(wèi)星影像圖10 研究區(qū)東南部沖海積平原區(qū)DEM與不同類型遙感影像對比圖Fig.10 Comparison between DEM and remote-sensing images of the alluvial plain in the southeast of the study area

4.2 沉積體系劃分

根據(jù)淺地表沉積物劃分結(jié)果，結(jié)合渤海灣西岸全新世海侵特征，將研究區(qū)淺地表沉積物劃分為河流、海侵和三角洲3個沉積體系。

根據(jù)河道形態(tài)特征，研究區(qū)河流沉積體系可劃分為曲流河沉積和順直河沉積，均形成于全新世中晚期。順直河沉積分布在研究區(qū)西部，主要受青龍灣河與潮白河影響，河道多較為平直，由NW向SE方向延伸，河道兩側(cè)發(fā)育多期決口扇疊加沉積，天然堤不發(fā)育，在洼地邊緣呈指狀，向洼地延伸，河道附近及決口扇沉積物粒度相對較粗，以粉砂、黏土質(zhì)粉砂為主，遠(yuǎn)離河道沉積物變細(xì)，過渡為黏性土沉積。曲流河沉積分布在研究區(qū)東部及西南部，主要受永定河、薊運(yùn)河、還鄉(xiāng)河影響，河道多呈蛇曲狀，曲流河相中的各類沉積亞相及沉積微相發(fā)育較齊全，在現(xiàn)代河道兩側(cè)可見較多充填河槽(牛軛湖)沉積，顯示了曲流河河道截彎取直、多期改道的特點(diǎn)，整體呈NW向SE方向展布。

海侵沉積體系主要為海退沉積，分布在研究區(qū)南部。全新世中晚期，受氣候變冷、河流進(jìn)積影響，逐漸發(fā)生海退，海岸線相對穩(wěn)定時，潮汐作用及風(fēng)暴潮改造了三角洲堆積物，使其在高潮線附近堆積形成近EW向展布的海灘脊、越岸扇和高潮坪，地勢相對較高，尤其是海灘砂脊。多條海灘砂脊呈平行分布，間隔一定的距離，表明海退過程中海岸線在某一階段處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。海灘脊之間的洼地后期逐漸淤塞，形成殘留潟湖。

三角洲沉積體系為河流沉積體系與海侵沉積體系的過渡，分布在研究區(qū)中南部。全新世中期，研究區(qū)普遍發(fā)生海侵，在中南部一帶形成開放海域，受薊運(yùn)河、還鄉(xiāng)河影響，河流所攜帶沉積物在河口附近堆積，形成不規(guī)則扇形沉積，垂向剖面揭露三角洲沉積包含前三角洲、三角洲前緣等沉積亞相。

4.3 淺地表地質(zhì)作用過程

全新世早期，氣候變暖，渤海灣沿岸普遍發(fā)生海侵，約7 500 a B.P.左右進(jìn)入最溫暖的時期，海侵范圍達(dá)到最大，可至寶坻區(qū)郝各莊一帶，形成了長度超過500 m、厚度超過1.50 m的牡蠣礁。全新世中后期，氣候變冷，海平面逐漸下降，河流逐漸進(jìn)積，DEM影像顯示薊運(yùn)河、還鄉(xiāng)河水系在大辛莊一帶交匯，形成三角洲沉積。海退過程中形成多條牡蠣礁沉積[23]，代表海平面有多個相對穩(wěn)定時期。在波浪及潮汐作用下，三角洲沉積物被改造重新堆積，在東棘坨、潘莊一帶形成多條海灘脊沉積，其間為高潮坪沉積。QHJ01鉆孔東2 km毛毛匠村貝殼堤堆積14C測年結(jié)果顯示，其年齡為(6 350±105)～(5 520±75)a B.P.，反映其形成時代為全新世中期[22]。DEM影像顯示，三角洲、海灘脊、高潮坪沉積地勢相對較高，其西北側(cè)上馬臺、大白莊、黃莊、八門城一帶為NE向地勢低洼地，為積水洼地沉積。全新世晚期，NW向河流潮白河、青龍灣河進(jìn)積，在研究區(qū)西北部形成河道帶、決口扇、洪泛盆地沉積，在黑狼口、周良莊、大白莊一帶形成SE向延伸的指狀、扇狀高地，逐漸使積水洼地淤塞。同時，薊運(yùn)河、還鄉(xiāng)河水系在大辛莊、寧河鎮(zhèn)、廉莊、蘆臺鎮(zhèn)一帶進(jìn)積，切割改造三角洲、海灘脊、高潮坪沉積，形成地勢較低洼的曲流河河道帶。

5 結(jié)論與建議

(1)DEM在天津?yàn)I海平原區(qū)地質(zhì)填圖中的應(yīng)用可較好地指導(dǎo)微地貌單元的劃分。研究區(qū)三級地貌單元可劃分為河道帶、洼地、壟崗和三角洲，河道帶可細(xì)分為邊灘、牛軛湖、決口扇和天然堤，洼地可細(xì)分為河間洼地、積水洼地和古潟湖洼地，壟崗可細(xì)分為海灘脊、越岸扇和高潮坪，三角洲則主要為三角洲前緣。

(2)以研究區(qū)DEM分析結(jié)果為基礎(chǔ)，通過野外驗(yàn)證，將淺地表沉積物劃分為河流、海侵和三角洲3個沉積體系：河流沉積體系分布在研究區(qū)西北部及中部，形成于全新世晚期，多呈NW—SE走向，沉積亞相及沉積微相發(fā)育較齊全；海侵沉積體系主要為海退沉積，分布在研究區(qū)南部，形成于全新世中晚期，近EW向展布，包含海灘脊、越岸扇、高潮坪和殘留潟湖沉積微相；三角洲沉積體系為河流沉積體系與海侵沉積體系的過渡，形成于全新世中期，分布于研究區(qū)中南部，呈不規(guī)則扇形，主要為三角洲前緣沉積。

(3)與傳統(tǒng)的遙感解譯相比，DEM彌補(bǔ)了天津?yàn)I海平原地區(qū)地質(zhì)填圖中因地勢平坦、坡度變化小、地貌不易區(qū)分、沉積物較為單一等因素造成的不足，可大大提高填圖精度及效率。目前，傳感器技術(shù)不斷改進(jìn)，地表高程獲取技術(shù)也正向著多平臺、多傳感、多角度的方向發(fā)展，同時精度也在逐步提高，為DEM的生產(chǎn)以及在第四系覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖中的應(yīng)用提供了更多選擇。