The application of lidar-derived digital elevation model analysis to geological mapping: an example from the Fundy Basin, Nova Scotia, Canada

Abstract

High-resolution laser altimetry (lidar) is applied to geological problems such as bedrock and surficial mapping and the relationship to earth surface processes in the Fundy Basin of Nova Scotia. A "bald earth" lidar digital elevation model (DEM) is used in conjunction with field observations to map three flow units of the Jurassic North Mountain Basalt (NMB) based on contrasting terrain characteristics (slope, smoothness, and relief). The variable resistance of the flow units to erosion, documented by shatterbox experiments and down-core fracture density data, has a measurable control on incision by post-glacial consequent streams. In catchments where till cover is thick, greater surface runoff and weaker infiltration increase incision by as much as 43% for a given flow unit. Interpretation of field, petrologic, and digital topography data indicates previously unrecognized craters in the lower flow unit are the result of interaction between partially solidified lava and surface water or groundwater. Two new sets of surficial landforms have been identified that indicate ice was directed northwestward into the Bay of Fundy during the late stages of glaciation. Twice as many wave-cut terraces have been identified in the lidar DEM than previously mapped, and elevations have been extracted and compared with published values that are related to higher sea-levels at 12–14 ka. This paper demonstrates through a range of examples that the precision and enhanced resolution of lidar can improve our understanding of how landscapes form and evolve.

L'altimétrie lidar à haute définition s'applique à des phénomènes d'ordre géologique, tels la cartographie du sousbassement rocheux ou de la surface terrestre, ainsi qu'au rapport avec les processus à la surface terrestre dans le bassin du Fundy en Nouvelle Écosse. Un modèle numérique d'élévation lidar « terre nue » est utilisé parallèlement avec des observations sur le terrain pour dresser la carte de trois écoulements basaltiques du Jurassique à North Mountain selon des traits caractéristiques divers (la pente, la régularité et le relief). Les différents facteurs de résistance à l'érosion des différents écoulements exercent un contrôle mesurable sur l'érosion verticale d'écoulements ultérieurs post-glaciaires. Dans des bassins-versants à couvert morainique épais, un plus fort ruissellement de surface et une plus faible infiltration dans le sol sont susceptibles d'augmenter l'érosion verticale pour un écoulement donné de jusqu'à 43 %. L'interprétation de données de terrain, ainsi que des données pétrologiques et topographiques numériques donne à entendre que des cratères dans l'écoulement le plus bas, jusqu'alors non constatés, proviennent de l'interaction entre la lave partiellement refroidie et solidifiée et de l'eau : soit l'eau de surface, soit l'eau souterraine. Ont été identifiés deux nouveaux ensembles de relief surfacique qui donnent à entendre que la glace se serait déplacée vers le nord-ouest pour se verser dans la Baie de Fundy pendant une phase tardive de l'âge glaciaire. Deux fois plus de terrasses coupées par l'action des vagues ont été constatées qu'il n'en était antérieurement cartographiées et des altitudes topographiques correspondant à des niveaux plus élévés de la mer il y a 12 ou 14 quatorze mille ans ont été calculées et comparées aux valeurs publiées. Ce présent travail fait voir, à travers une série d'exemples, que la précision et la très haute définition du lidar peuvent enrichir notre compréhension des processus de formation et évolution du paysage.