3.8. 断层和接头2¶
现在我们来讨论线性关系。在地球资源卫星的早期，也许在地质学中最常被引用的空间图像的使用是探测出现为音调不连续的线性特征。几乎所有在图像中显示为大致直线的东西都被怀疑是地质的。这些线性构造大多归因于断层或由关节控制的断裂系统（没有相对偏移的断裂）。线理是地壳中众所周知的现象。暴露在地表或道路切口或河流露头中的岩石通常在不同方向上显示出无数的裂缝，通常间隔一米到几米。这些线性倾向于随着单个结构局部消失，但断裂趋势仍然存在。方位通常是系统的意思，即在一个区域中，关节面可能位于空间位置，相对于北和水平方向有几个有限的方向。例如，60%的接合面可能落在一组裂缝中，方位角在N40W和N60W之间，倾角在30和40度之间）。
连续的地下断裂面延伸到很远的地方，并与地表相交，形成线性的痕迹（线）。一般来说，线性特征可以在航空照片或空间图像中显示为中间较暗（图像中较亮）和两侧较亮（图像中较暗）的不连续；或者，一侧较亮，另一侧较暗。显然，其中一些特征不是地质特征。相反，这些可能是农田、道路或土地利用变化之间的栅栏线。其他可能是地理地形，如山脊，由阴影引起。但是那些结构（节理和断层）在很多方面是可见的。它们通常由于侵蚀而被打开和扩大。有些甚至可能变成小山谷。作为一个结构脆弱的地区，它们可能被冰川作用冲走，然后被水填满，变成细长的湖泊（大湖就是最好的例子）。地下水可能侵入并凿碎岩石或渗入接缝，造成周期性潮湿，我们可以通过光学、热学或雷达探测到。然后，植被可以在这种富水分的土壤中生长，从而在一年中的某些时间增强线性特征。我们可以在航空或太空图像中探测到所有这些情况。
当我们照亮一幅空间图像，特别是光照台上的透明度时，我们常常可以发现许多线性或边界不连续，我们可以在描图纸上记录下来。由此得到的线性地图可能有几十条，甚至数百条直线或略弯曲的线。但是，科学怀疑论可以提出关键问题：它们是真的吗？它们都符合相同的特征或现象吗？如果不是，每个人的正确身份是什么？最后，我们如何验证它们的存在并确定它们的身份？这些都是重要的问题，因为我们知道线性构造（尤其是断层）在定位矿物和一些油气矿床中起着关键作用。它们也可能为地震的结构活动提供线索。我们将这些查询的响应保存到本节结束之前，在讨论了线性在图像中的显示方式之后。在第5节末尾，我们将再次考虑人为操作变量如何影响在虚假行中选择有效线性的正确性和一致性。
ERTS-1（Landsat-1）图像在任何学科中的第一次实际应用是JAR的Paul D.Lowman博士从第一张彩色合成图像中绘制地质结构图。他是戈达德太空飞行中心的地质学家，也是太空摄影专家（他在本教程中准备了第12节关于宇航员图像的内容）。照片拍摄于加利福尼亚州中部蒙特雷湾附近的海岸，拍摄于发射后3天。这张地图确认了
他对宇航员照片的研究预测，陆地卫星将是识别小尺度图像中断层和其他已知结构趋势的有效工具。由于分辨率较低，这些图像在描绘区域地质环境方面表现出色，并且易于通过数字处理进行修改。在陆地卫星发射后的一个月内，洛基山脉中部的图像被传送到怀俄明州大学的一组调查人员手中。
在这个团队中，结构地质学家罗纳德·帕克教授在该州中西部的风河山脉进行了实地测绘，绘制了线性和其他变形特征。这一巨大的变质岩和火成岩基底岩块，侧面和零星地被古生代沉积岩所覆盖，是落基山脉的一部分，其中地壳的部分被抬升到其他部分之上6公里或更多。其他部分仍然被放置或下降形成深的盆地（目前地表以下6公里处），现在被周围山脉的侵蚀碎片填满。如这幅陆地卫星图像所示，风河山脉（右中）位于风河流域（上）和绿河流域（下）之间，格罗文特尔和霍巴克山脉向西延伸。风河山脉高出海平面超过3940米（13000英尺），被河流和冰川强烈切割，暴露并雕刻出许多主要断层和线性构造。我们可以很容易地在野外或从有限的航拍照片中绘制出这些线。作为项目的一部分，美国国家航空航天局之前曾在一次飞行中驾驶过一架U-2飞机，拍摄了类似于我们下一张照片的地形照片。这张照片显示了一个侵蚀的花岗岩表面，有许多线条。
2-15 ： 你知道断层和骨折的区别吗？在航空照片或空间图像上，这两种类型是如何进行视觉分离的？ **ANSWER**
2-16 ：上面的航空照片显示了许多断层和裂缝-一个真正的大杂烩。你能想出一个很好的方法来分开它们并显示它们的相对方向以及任何给定方向上的相对数吗？回答 <answers.html#2-16>`__
帕克博士在五个野外季节（在高海拔地区野营，并由驮骡支持）完成了地形测绘断层、剪切带，并在大约20%的风河隆起区块填塞了堤防。他通过摄影解释U-2带来补充他的工作。他的地图如下图所示。
|比较帕克博士的地图：（a）5个野外季节的地面地图；（b）从NASA接收5波段陆地卫星图像后绘制的地面地图。|
在收到5波段陆地卫星（ERTS）图像后，他仅用三个小时（包括休息时间）绘制了右侧的线性地图。一些新绘制的线系在早期被其他地质学家发现，但大多数至今仍未知，其中一些已经在野外得到了验证。这项重大突破性的工作现在意味着，我们可以在不到一天的时间内绘制出一大块断裂大陆地壳的天气概况，而不是在人迹罕至的地形上进行数月艰苦的野外工作。这种新方法也意味着节省大量的时间和金钱。
但是，这种映射必然是不完整的，并且有些误导性。下面的地图比较了ERTS和天空实验室（任务S-190B）的线性图。
从中央风河山脉。我们绘制了玫瑰图（在地图底部）中每个线性特征相对于北方的主要方向的方向（方位角或罗盘方位）。此图显示了我们按间隔（此处为10度）分组的所有线性集的方向，这样，每个间隔中的锥形条的长度与其分布在180度范围内的间隔中所有线性体的频率分布（相对比例）成比例；这些线性体包括从西向东的趋势。请注意，ERTS线性的主要方向是NE，而天空实验室的主要方向是NNW。
这两个观测结果之间的差异的原因很简单。当地时间上午10:30左右，当太阳光线以中等仰角从东南方照射时，获取了ERTS图像。占据东北走向的凹陷的裂缝在其西北侧被遮蔽，因此，在图像中作为阴影救济突出。然而，这些向西北方向的光在两侧都是一样的，因此大部分是看不见的，很容易被忽略。另一方面，天空实验室的照片是在午后拍摄的，当时太阳正以更高的海拔向东北方向照射，这样阴影将沿着西北走向的线性带最大化。这种照明偏差是一种众所周知的影响（见第11节），当一天中只有一次采集的数据集可用时，它迫使我们谨慎地决定结构趋势。显而易见的解决方案是使用不同时间获得的多个数据集。不幸的是，这不是陆地卫星的选择。然而，一颗能够在任何时候成像的地球同步卫星将绕过这个问题，但没有高分辨率系统。 [优于气象条件] 还可以操作。
2-17 ： How could you get around (overcome) this time of day or sun angle bias, using a satellite(s)? `ANSWER <answers.html#2-17>`__