遙感技術(shù)在浦建龍梅鐵路地質(zhì)選線中的應(yīng)用

田利川

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津　300142)

廣義遙感技術(shù)指從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射或自身輻射的電磁波、可見(jiàn)光、 衛(wèi)星云圖、紅外線，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別的技術(shù)[1]。本文中遙感技術(shù)是指利用人們所掌握的地學(xué)知識(shí)，通過(guò)各種手段和方法，對(duì)遙感影像進(jìn)行分析，達(dá)到識(shí)別與工程建設(shè)有關(guān)的地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)、水文地質(zhì)等地質(zhì)現(xiàn)象的過(guò)程[2]。傳統(tǒng)的鐵路選線設(shè)計(jì)中，單純依靠選線人員所收集區(qū)域地質(zhì)資料和鐵路技術(shù)指標(biāo)，在地形圖上進(jìn)行紙上定線，選出幾個(gè)可能的線路方案，然后對(duì)線路所經(jīng)過(guò)區(qū)域地質(zhì)情況、環(huán)保要求，以及重大工程進(jìn)行比對(duì)、實(shí)地踏勘，經(jīng)反復(fù)比較，定性給出一個(gè)較為經(jīng)濟(jì)、合理的線路方案[3]。顯然，傳統(tǒng)選線方法在很大程度上受選線人員經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平影響，不能科學(xué)的、全面的定量比對(duì)各方案的優(yōu)略，尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)，傳統(tǒng)選線方法受地形、交通等條件限制，難以準(zhǔn)確、全面地反映區(qū)域工程地質(zhì)概況，在選線過(guò)程中缺點(diǎn)更加明顯。而通過(guò)遙感影像分析解釋，結(jié)合少量野外靶區(qū)地質(zhì)調(diào)查，就能全面、快速、有效地完成區(qū)域工程地質(zhì)選線工作。

1　研究區(qū)概況

浦建龍梅鐵路浦寧段位于閩北、閩西山區(qū)，由北自南走行于武夷山山脈及杉嶺山脈的東坡，峰嶺聳峙，丘陵連綿，河谷、盆地穿插其間，地貌大致可分為中低山區(qū)、低山丘陵區(qū)、丘陵和山間盆地區(qū)四種類型，地表植被發(fā)育[4]。研究區(qū)地層除早第三系、志留系、早泥盆系缺失外，從新生界至元古界均有出露，以火成巖及淺變質(zhì)巖為主。區(qū)域構(gòu)造屬于歐亞板塊的東南部，大地構(gòu)造屬華南褶皺系的武夷島海褶帶，福建一級(jí)構(gòu)造單元閩西北隆起帶和閩西北隆起帶與閩西南拗陷帶之間的寧化—南平的侵入斷裂帶上[5]。沿線區(qū)域經(jīng)歷了多期、多階段的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主要構(gòu)造行跡為北東、北北東向，與鐵路走向基本一致，斷裂構(gòu)造對(duì)鐵路工程選線具有控制性作用[6]。

2　遙感圖像選擇

浦建龍梅鐵路浦寧段所在閩北、閩西山區(qū)地貌類型多樣，植被茂密，滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育，是影響鐵路工程地質(zhì)選線的主要因素，本次遙感地質(zhì)解譯以不良地質(zhì)解譯和地質(zhì)構(gòu)造解譯為主。根據(jù)研究區(qū)的地物條件，選用ALOS 3、2、1波段合成真彩色圖像，同時(shí)采用IHS圖像融合方法，通過(guò)對(duì)2.7 m分辨率Prism全色數(shù)據(jù)和11.7 m分辨率AVNIR彩色數(shù)據(jù)的融和，獲得了覆蓋全區(qū)的2.7 m彩色遙感影像(圖1)。

圖1　2.7 m分辨率的ALOS彩色融合遙感影像

3　地質(zhì)災(zāi)害解譯

研究區(qū)影像范圍內(nèi)的災(zāi)害主要為三大類：①淺層碎屑流(小型淺層滑坡、錯(cuò)落)；②流域遠(yuǎn)程泥石流；③深層基巖滑坡。其中淺層碎屑流分布廣、數(shù)量多，流域遠(yuǎn)程泥石流分布有限，深層基巖滑坡相對(duì)較少。

淺層碎屑流是風(fēng)化殼土體滑動(dòng)崩解破壞。在研究區(qū)潮濕高溫的環(huán)境下，山體表層普遍發(fā)育厚層棕紅色軟弱風(fēng)化殼。在強(qiáng)降雨條件下，降水通過(guò)松散的表層風(fēng)化殼滲透到隔水基巖表面，形成淺層滯水，增加了上部土體孔隙水壓力，土體強(qiáng)度顯著降低，在風(fēng)化殼底部易形成軟弱滑動(dòng)帶，同時(shí)風(fēng)化殼層吸水荷重增加，二者共同作用下上層風(fēng)化殼沿層面發(fā)生破壞，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中滑體解體崩落，形成淺層碎屑流。后期降水進(jìn)一步?jīng)_蝕，形成現(xiàn)今裸露的滑體表面，在遙感影像上表現(xiàn)為明顯的高亮圖斑。淺層碎屑流是研究區(qū)分布最廣、數(shù)量最多的地質(zhì)災(zāi)害體。研究區(qū)共解譯出該類災(zāi)害561處，在均口—溪口，泰寧—朱口段分布最集中。

流域遠(yuǎn)程泥石流的遙感解譯特征是根據(jù)該區(qū)域泥石流的形成條件特征確定：①流域內(nèi)有松散的堆積物(包括裸露的巖土體、群發(fā)的淺層碎屑流等)；②流域坡降顯著，溝谷頂趾高差大；③溝口相對(duì)流域面積狹窄。

均口北12 km處，規(guī)劃鐵路通過(guò)的兩處泥石流物源區(qū)，其中驗(yàn)證點(diǎn)R041所在的泥石流區(qū)域面積10.9 km2，頂趾高差達(dá)1120 m，主溝長(zhǎng)7 km。該泥石流流域具有較特殊的葫蘆形特征，由高低兩塊匯水區(qū)域組成，高位匯水區(qū)植被覆蓋茂密，內(nèi)部支溝特征明顯，水流落差大；低位匯水區(qū)相對(duì)平緩，但地表松散物影像特征明顯，溝口緊湊。根據(jù)其坡降比，頂趾高差及流域內(nèi)松散堆積物堆積分布，推測(cè)該處為一大型泥石流溝?，F(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證可見(jiàn)溝口洪積的次磨圓的泥石流漂礫，礫徑一般1.0～2.0 m，為分選性極差的泥石流堆積物。研究區(qū)共解譯出88處泥石流物源區(qū)，90處泥石流溝口(其中有2處物源區(qū)各有2個(gè)溝口)。北部中生代火成巖地區(qū)分布較集中，流域范圍小，危險(xiǎn)性低。中部、南部地區(qū)相對(duì)較少，但受地貌條件控制，流域面積廣，頂趾高差大，危險(xiǎn)性高。

深層基巖滑坡指滑帶位于基巖內(nèi)，上部的巖體及風(fēng)化殼已經(jīng)滑動(dòng)或失穩(wěn)的斜坡。研究區(qū)巖體成層性差，巖性以較堅(jiān)硬的花崗巖、淺變質(zhì)巖為主，沒(méi)有發(fā)育順層滑坡的構(gòu)造條件，因此該類災(zāi)害在區(qū)域分布有限，僅解譯出21處，其中高威脅大方量滑坡的發(fā)育主要受控于斷裂的展布。研究區(qū)內(nèi)最大一處深層基巖滑坡，位于五夫鎮(zhèn)古亭水庫(kù)北側(cè)山坡，坡腳直抵水庫(kù)，主坡向約60°，滑體長(zhǎng)1 100 m，寬330 m，頂趾高差約400 m，厚約20～50 m，體積約500萬(wàn)m3，滑體坡度約30°(圖2)。所處地帶為侏羅系上統(tǒng)南園組火山巖與古生代中下統(tǒng)大金山組變質(zhì)巖的接觸帶，區(qū)域斷裂沿接觸帶通過(guò)，表現(xiàn)為高陡的斷層壁，也是該滑坡的后壁。目前滑體穩(wěn)定，但在強(qiáng)降雨、地震和水庫(kù)水位提高情況有復(fù)活可能，同時(shí)該滑坡附近有多處沿同一斷裂帶滑坡，其形成機(jī)制與該滑坡類似。

圖2　五夫附近斷裂控制基巖大型滑坡體遙感影像與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比

4　斷裂解譯

研究區(qū)經(jīng)歷了多期、多階段的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。根據(jù)研究區(qū)斷裂帶的特點(diǎn)初步分析，將其劃分為主斷裂、次斷裂和節(jié)理斷裂三個(gè)級(jí)別。

主斷裂規(guī)模較大，延伸可達(dá)數(shù)百千米，寬幾至幾十千米，切割較深，至少切穿結(jié)晶基底，對(duì)沉積、巖漿、成礦等有明顯控制作用，具長(zhǎng)期活動(dòng)特征，常為區(qū)域次級(jí)構(gòu)造單元邊界。這一級(jí)別的斷裂區(qū)內(nèi)有崇安—石城和浦城—尤溪斷裂帶等。該類斷裂的遙感影像線性紋理特征明顯，斷裂兩側(cè)往往具有地貌和巖性的突變性，常切割大片突出巖體時(shí)構(gòu)成負(fù)地形，具粗糙感。已有的地質(zhì)工作對(duì)該類斷裂帶存在的認(rèn)識(shí)具有很高的一致性，本次工作通過(guò)高分辨率的遙感影像進(jìn)一步精確定位其展布和各分支的連接。本文以崇安—石城斷裂為例說(shuō)明該類斷裂帶遙感解譯特征。

圖3　區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造解譯圖

崇安—石城斷裂帶橫貫研究區(qū)南部，在解譯圖上由多條NE向?yàn)橹鞯臄嗔褬?gòu)成，根據(jù)斷裂切割特征將該斷裂分為北段、中段、南段分別加以論述(圖3)。北段斷裂北起邵武以北橋下鎮(zhèn)，經(jīng)和平鎮(zhèn)、龍湖鎮(zhèn)，南至泰寧羊店鄉(xiāng)一帶，直線距離約100 km，總體走向35°～40°。北段斷裂是區(qū)域構(gòu)造重要的控制線，斷裂兩側(cè)地貌單位和地層巖性陡變，線性特征明顯，邵武-龍湖解譯特征為寬闊的斷層溝谷、斷層破碎帶和斷層擠壓隆起帶的斷續(xù)分布，是SE側(cè)的侵入巖與NW側(cè)的火山-沉積巖的主要分界線。龍湖-茅店解譯特征為結(jié)構(gòu)單一，連續(xù)完整，控制著SE側(cè)晚白堊砂礫巖與NW側(cè)元古—中生代變質(zhì)侵入巖的地貌單位。

中段斷裂由兩段組成“一縱一斜”，涉及范圍北起黃坊，經(jīng)小溪口 至均口一帶， “一縱”總體走向約20°，基本與規(guī)劃線路走向一致，“一斜”與規(guī)劃線路斜交，走向40-45°。其中北段的“一縱”部分(黃坊—均口)解譯特征為NE向?qū)捁取⑿∨璧睾蛿鄬悠扑閹У某纱共??！耙恍薄睘槌绨病菙嗔褞У囊徊糠?，控制著北東向安遠(yuǎn)—均口的斷陷寬谷和水系，是一條深大斷裂， 解譯的遙感與地貌特征明顯。

南段斷裂由三部分組成，總體走向NE-NNE，三者近平行。涉及線路范圍為中沙鎮(zhèn)北—橫鎖鎮(zhèn)南。遙感特征清晰明顯，北部的兩條NE向近平行斷裂的斷層破碎帶圖斑平直連續(xù)，后期人類工程活動(dòng)(道路)等更加深了線性特征。北段為中沙—廟前斷裂，中段位于寧化—湖村一線。最南部一條表現(xiàn)為NNW走向的隆起山脊和切割山體的斷層谷，由若干近平行的分支組成。

次斷裂則一般只切割蓋層，或者更深些，可達(dá)基底；對(duì)巖漿、沉積等具有一定的控制作用；形成時(shí)代較新，主要為中、新生代時(shí)期活動(dòng)的斷裂。該類斷裂的遙感影像特征表現(xiàn)為：線性特征明顯，突出的巖脈線性分布，控制局部地貌，水平位錯(cuò)同一地層。節(jié)理斷裂是具有巖體節(jié)理特征的平直構(gòu)造線，一般延長(zhǎng)幾千米至十幾千米，往往成組分布，一般只切割蓋層。該類斷裂一般限制在同一地層范圍內(nèi)，主要是局部擠壓應(yīng)力場(chǎng)作用的結(jié)果，該類斷裂破碎帶較窄。次斷裂和節(jié)理斷裂在全區(qū)均有分布，其規(guī)模和長(zhǎng)度雖然不如主斷裂，但其破碎帶同樣也會(huì)對(duì)施工造成影響，且分布更加隱蔽。

5　鐵路地質(zhì)選線

根據(jù)遙感圖像對(duì)不良地質(zhì)及構(gòu)造的解釋結(jié)果，結(jié)合少量現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，準(zhǔn)確確定了對(duì)線路選線影響較大的不良地質(zhì)及斷裂構(gòu)造位置及影響范圍。流域遠(yuǎn)程泥石流溝與深層基巖滑坡單體危害性較大，鐵路應(yīng)盡量繞避，如無(wú)法繞避需選擇在最有利區(qū)域以簡(jiǎn)單工程穿越。淺層碎屑流災(zāi)害空間分布上多發(fā)，該類災(zāi)害體可治可防，單體威脅不大，但在淺層碎屑流易發(fā)區(qū)修建鐵路，開(kāi)挖邊坡易引發(fā)滑坡，運(yùn)營(yíng)期在極端氣候和地震條件下存在地質(zhì)災(zāi)害安全隱患。因此需要投入一定工程量進(jìn)行治理，這將影響工程造價(jià)和施工進(jìn)度，應(yīng)盡量繞避該類災(zāi)害集中發(fā)育區(qū)(如泰寧小滑坡群)。主斷裂及其影響范圍、次斷裂、節(jié)理斷裂構(gòu)造發(fā)育區(qū)構(gòu)造裂隙、節(jié)理裂隙發(fā)育，巖土體被切割得支離破碎，工程性質(zhì)較差，線路應(yīng)盡量避開(kāi)該類區(qū)域，如無(wú)法避讓，應(yīng)以路基等簡(jiǎn)單工程形式大角度穿越斷裂。

6　結(jié)束語(yǔ)

遙感技術(shù)在復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)選線中具有以下無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：①有利于大面積地質(zhì)調(diào)查，可以提高工程地質(zhì)勘察質(zhì)量，加快勘察效率，改善勞動(dòng)條件，對(duì)線路通過(guò)地區(qū)工程地質(zhì)條件作出宏觀評(píng)價(jià)。②地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)，地質(zhì)信息豐富，在影像上一目了然，有利于綜合分析。③地形陡峻、交通困難、地面調(diào)查難以進(jìn)行的地區(qū)，利用遙感圖像解譯，可不受交通條件制約，同時(shí)可大大提高效率[2]。

[1]常慶瑞,等.遙感技術(shù)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2004

[2]TB10041—2003鐵路工程地質(zhì)遙感技術(shù)規(guī)程[S]

[3]寧銳.基于RS和GIS的鐵路選線設(shè)計(jì)及綜合評(píng)價(jià)模型初探[J].鐵道勘察，2006(6)

[4]福建省地質(zhì)調(diào)查研究院. 邵武幅1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(修測(cè))[R].福州：福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，2004

[5]福建省地質(zhì)礦產(chǎn)局.福建省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1985

[6]鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.浦建龍梅鐵路工程地質(zhì)報(bào)告[R].天津：鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010