《Remote Sensing Applications: Society and Environment》：Investigating Active Faulting in Slowly Deforming Regions Using High-Resolution Archival Photogrammetric Imagery and Remote Sensing Data: A Case Study of the North Zanjan Fault (NW Iran)
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表征活动断层对于地震危险性评估至关重要，尤其是在板内区域，其低滑动速率和长地震复发间隔限制了地震学和大地测量学等短期方法的有效性。在此背景下，构造地貌学利用高分辨率光学影像发挥着关键作用。然而在发展中国家，断层相关地貌常因快速的人为改造而被掩盖。研究人员提出了
表征活动断层对于地震危险性评估至关重要，尤其是在板内区域，其低滑动速率和长地震复发间隔限制了地震学和大地测量学等短期方法的有效性。在此背景下，构造地貌学利用高分辨率光学影像发挥着关键作用。然而在发展中国家，断层相关地貌常因快速的人为改造而被掩盖。研究人员提出了一种集成遥感框架来表征断层，将现代卫星影像与存档航空影像相结合。利用Pleiades三视立体影像生成了分辨率为1米的数字高程模型（DEM）和正射影像图。采用运动恢复结构（SfM）技术处理存档航空照片，以重建地形改造前的地表细节。研究人员将此方法应用于伊朗西北部的北赞詹断层（North Zanjan Fault, NZF），该断层处于一个著名的低地震活动带内，却表现出明显的地质活动迹象。研究人员对第四纪地表面积和断层迹线的地貌填图显示，一系列受该断层带影响的第四纪冲积（Q1–Q4）和河流（Qt1–Qt8）地表面积。右旋分量和垂直分量的最大累积位移分别在670 ± 50米（Q2）至12 ± 1米（全新世）之间，以及在77 ± 7米（Q3）至1.5 ± 1米（全新世）之间。该断层带被划分为三个构造段，表现出主要的逆冲机制，而统一的长期变形模式表明沿断层的应变持续积累。研究结果强调了有必要沿该断层开展古地震研究，因为其具备产生强震（矩震级 Mw6.6–7.0）的能力。
论文解读
本文发表于《Remote Sensing Applications: Society and Environment》，聚焦于伊朗西北部北赞詹断层（North Zanjan Fault, NZF）的活动性及其地震危险性的科学评估。
研究背景
地震危险性评估的核心挑战在于检测活动断层并理解其地震构造行为，这在陆内区域尤为困难，因为此类区域的变形速率较低且中强地震复发间隔较长。以伊朗高原的Neyshabur断层系统和Dasht-e Bayaz断层为例，它们表现出粘滑（stick-slip）行为，特征是长期的地震平静期后伴随大型地震群。在漫长的平静期内，断层附近的剪切变形和仪器记录的地震活动性均较低，且地表风化作用逐渐削弱了上一次断层破裂（发生于至少1000年前）的地貌表现。因此，现代地球物理和大地测量方法虽然适用于测量瞬时或短期变形，但无法评估断层形成的长期历史。在此背景下，断层相关地貌学通过保存多个地震周期内的古地震事件证据，为揭示断层的地震构造特征提供了关键见解。该方法基于一个原理：活动断层在连续的地震周期中逐步错断河道、冲积扇和山脊线等地貌标志物。通过测量这些特征的累积位移，可以确定断层滑动速率、描述破裂历史并估算地震潜力。
在获取高空间分辨率（High Spatial Resolution, HSR）数据集之前，相关研究依赖粗糙的数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM），如30米分辨率的航天飞机雷达地形测绘任务（Shuttle Radar Topography Mission, SRTM）或先进星载热发射和反射辐射仪（Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer, ASTER）产品，且通常需要耗时的野外调查作为补充。这些方法通常侧重于显著且保存完好的地貌特征以估算较大的累积位移，而对较小且较年轻的断层位移刻画不足。随着基于卫星的HSR DEM的出现，该领域发生了变革，使得沿已知地震断层和缺乏地震目录断层的位移地貌特征的系统识别、测量和关联能够以更高的精度、覆盖范围和概览性进行。
尽管高分辨率数据集在捕捉断层细微地貌表现方面具有优势，但在北赞詹断层（NZF）这类地区，该方法的有效性可能因人为改造（如城市发展和农业活动掩盖了关键的地貌指示标志）而受损。NZF威胁着约50万居民，但缺乏仪器和历史地震记录，此前的调查主要依赖90米和30米分辨率的SRTM数据集，限制了对地貌和断层分段的详细分析。因此，开展此项研究旨在引入一种新颖的高分辨率多传感器遥感方法，结合现有地质地貌数据与HSR数据集，以填补这一空白。
关键技术方法
研究人员采用了一种双步骤的方法论策略。第一步是利用历史航空影像生成的DEM、正射影像图和三维（3D）地形可视化，识别在现代基础设施和农业活动改造之前的原始地貌特征。第二步是应用源自Pleiades三视立体影像的DEM来量化当前的地表变形和断层位移。在数据处理方面，研究人员利用运动恢复结构（Structure-from-Motion, SfM）技术处理存档航空照片以重建前地表细节，并利用Pleiades三视立体影像生成了1米分辨率的DEM和正射影像图。此外，为了验证数据精度，研究人员将Pleiades DEM与83个实时动态全球导航卫星系统（Real-Time Kinematic Global Navigation Satellite System, GNSS RTK）点进行了对比评估。
研究结果
地质背景与研究区地震构造
赞詹地区位于伊朗西北部，是西部Alborz、伊朗中部和伊朗西北部这三个不同构造省的交汇区。该地区容纳了阿拉伯—欧亚大陆汇聚（16–19毫米/年，西经49°以东）所产生的一部分正在进行的变形（1–2毫米/年），这部分变形并未被南部（扎格罗斯）和北部（Alborz）变形带完全吸收。东倾的NZF是一个构造复杂的逆冲断层。
数据与方法论
研究基于两个不同的方法论基础。第一部分依靠图像处理技术重建构造地貌分析所需的高分辨率二维（2D）和三维（3D）数据集。第二部分介绍了研究人员应用的构造地貌学工具和技术，以识别和量化表现为地貌变形的断层相关变形。
图像处理结果
本节展示了针对两个数据集（Pleiades三视立体影像和存档航空照片）进行图像处理的结果。图7(a)和7(b)展示了由Pleiades数据集生成的正射影像图和DEM。此外，图7(c)和7(d)展示了由存档航空照片处理得出的正射影像图和DEM。研究人员将Pleiades DEM与83个GNSS RTK点（见图7b位置）进行评估，得出的垂直均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）为1.1米。
讨论
本部分讨论将结果置于断层活动和区域构造的更广泛背景中。第一部分评估了多源遥感数据对识别活动变形和重建断层相关地貌标志物的贡献。第二部分考察了NZF沿线第四纪断层的模式以及累积位移的空间分布。后续章节探讨了这些观测结果对地震学的启示。
结论
地震危险性评估需要详细了解断层破裂行为和复发间隔，特别是在缺乏历史或仪器地震记录的地区（如NZF）。通过一致的光度测量工作流程（包括共配准、正射校正和密集影像匹配）集成了多时相、高分辨率影像，从而实现了前改造地表形态的重建。结果显示，NZF沿线第四纪地表面积和断层迹线的地貌填图揭示了一系列受该断层带影响的第四纪冲积（Q1–Q4）和河流（Qt1–Qt8）地表面积。右旋分量和垂直分量的最大累积位移分别在670 ± 50米（Q2）至12 ± 1米（全新世）之间，以及在77 ± 7米（Q3）至1.5 ± 1米（全新世）之间。该断层带被划分为三个构造段，表现出主要的逆冲机制，而统一的长期变形模式表明沿断层的应变持续积累。研究结果强调了有必要沿该断层开展古地震研究，因为其具备产生强震（矩震级 Mw6.6–7.0）的能力。
