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（Digital Elevation 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°22′E-125°42′E，39°43′N-41°09′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。受复杂地形影响，丹东市年降雨量为648.4～1 761.7 mm，且区域差异明显，年平均气温为7～10 ℃，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://www.gscloud.cn/,后在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

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）。

表1 坡地及地形起伏度分类标准

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）。

图2 丹东市地形因子

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：

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

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。

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]。

3.1.2 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0～1 323 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（<1 000 m）和中海拔区域（1 000 m～3 500 m），其中低海拔地区占全域面积的99.8%，中海拔地区占0.2%，主要分布在宽甸满族自治县西北部。丹东市各区、县平均海拔由大到小依次为宽甸满族自治县(356.5 m)>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0～423 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0～66.78°，平均坡度为12.7°，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1～2.5 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。

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0～1 323 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0～423 m，区域平均地形起伏度为97.4 m。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0～66.78°，平均坡度为12.7°，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北部。其他几种类型均分布广泛。研究区内地表粗糙度在1～2.5 内变化。