遙感技術(shù)在庫格鐵路阿爾金山區(qū)地質(zhì)選線中的應(yīng)用

楊新亮

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

遙感技術(shù)在庫格鐵路阿爾金山區(qū)地質(zhì)選線中的應(yīng)用

楊新亮

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

阿爾金山地區(qū)山高坡陡、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、不良地質(zhì)多且規(guī)模大，這些都為庫爾勒至格爾木鐵路地質(zhì)選線帶來較大的困難。因此，充分發(fā)揮遙感技術(shù)的優(yōu)勢，收集遙感圖像及地形、地質(zhì)圖，進(jìn)行遙感圖像處理與提取地學(xué)信息，并相互疊加，根據(jù)圖像反映的各類影像特征，綜合野外調(diào)查，建立該區(qū)域的解譯標(biāo)志，開展中、大比例尺的遙感地質(zhì)判釋。綜合應(yīng)用遙感解譯和地質(zhì)調(diào)查手段，查明了測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和重大不良地質(zhì)的分布特征，為大面積工程地質(zhì)選線、優(yōu)化線路方案提供了重要依據(jù)，為工程地質(zhì)測繪勘探布置提供了指導(dǎo)性意見。

遙感技術(shù);鐵路選線;應(yīng)用;地質(zhì)構(gòu)造;解譯

遙感技術(shù)作為一門新興的綜合性高新技術(shù)，以信息宏觀、準(zhǔn)確、系統(tǒng)和實時等特點，為鐵路工程地質(zhì)勘察選線提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。針對新建鐵路庫爾勒至格爾木鐵路(以下簡稱庫格鐵路)阿爾金山越嶺區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的特點，在地質(zhì)加深階段通過對美國資源衛(wèi)星TM數(shù)字圖像和中、大比例尺黑白航片的解譯，使越嶺區(qū)大面積工程地質(zhì)勘察選線達(dá)到了事半功倍的效果。

1 工程概況

庫格鐵路位于青海省西部與新疆維吾爾自治區(qū)東南部，線路東起青海省格爾木市，沿昆侖山北麓、柴達(dá)木盆地南緣西行，翻越阿爾金山支脈阿卡騰能山埡口，橫穿索爾庫里走廊帶，沿堯勒薩依迂回展線至巴什考供，進(jìn)入塔里木盆地，經(jīng)若羌、尉梨至新疆巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒市，全長約1 223 km［1］。

2 遙感技術(shù)

2.1 應(yīng)用遙感技術(shù)的目的

庫格鐵路穿越的阿爾金山區(qū)基巖邊坡陡峭，斷裂構(gòu)造、滑坡、崩塌、泥石流等發(fā)育，且該區(qū)環(huán)境惡劣、交通困難，因此，采用綜合勘察方法，在地質(zhì)加深階段進(jìn)行遙感工程地質(zhì)工作，能有效地解決測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及重大不良地質(zhì)體的判定，可以查明阿爾金山區(qū)規(guī)劃線路及比較線路走廊帶地質(zhì)構(gòu)造及滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)現(xiàn)象與災(zāi)害，不僅從宏觀上優(yōu)化線路設(shè)計方案、規(guī)避線路方案設(shè)計風(fēng)險、鐵路投資風(fēng)險及日后的鐵路運營風(fēng)險［2］，而且也極大地提高了工程質(zhì)量和工程技術(shù)人員的認(rèn)識深度。

2.2 遙感數(shù)據(jù)及圖像處理方法

(1)為了準(zhǔn)確解譯阿爾金山越嶺區(qū)地質(zhì)信息，以美國陸地資源衛(wèi)星Landsat TM5數(shù)字圖像為主要信息源，局部區(qū)域利用大比例尺黑白航片數(shù)據(jù)，進(jìn)行工作區(qū)宏觀及微觀地質(zhì)構(gòu)造和不良地質(zhì)(滑坡、崩塌、泥石流等)的判釋，為地質(zhì)調(diào)查和綜合地質(zhì)選線服務(wù)。

(2)經(jīng)過信息統(tǒng)計比較，對于TM5多光譜數(shù)據(jù)選擇 TM7－4－2 波段進(jìn)行信息增強，并以 7(R)、4(G)、2(B)的順序合成，圖像清晰度好，層次比較豐富，近似于真彩色，有利于地質(zhì)解譯;對于黑白航片數(shù)據(jù)，在完成數(shù)字?jǐn)z影測量工作站的坐標(biāo)定向處理，實現(xiàn)航空照片數(shù)字化后，通過紅藍(lán)立體模式借助計算機(jī)實現(xiàn)立體影像，進(jìn)行三維立體判讀，影像直觀地展示了地質(zhì)現(xiàn)象的三維立體特征，且航片數(shù)據(jù)比例尺較大，在快速、準(zhǔn)確解譯不良地質(zhì)體中起到較好作用［3］。

(3)充分發(fā)揮地理信息平臺的優(yōu)勢，收集既有區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域礦產(chǎn)資料、不同尺度的航衛(wèi)片及判釋成果進(jìn)行相互套合、疊加，互相驗證，進(jìn)行地質(zhì)判釋和核對工作。

上述不同數(shù)據(jù)的圖像處理方法，經(jīng)對比解譯，相互印證，可以提高工程地質(zhì)解譯成果的可靠性。

2.3 實施程序

針對阿爾金山越嶺區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜現(xiàn)狀，采取工程遙感地質(zhì)信息處理及調(diào)查驗證方法，在工作中，建立可靠的地質(zhì)解譯標(biāo)志，以目視判讀為基本方法，經(jīng)過初步解譯—三人以上相互解譯—野外調(diào)查驗證—復(fù)判—確認(rèn)，將解譯成果轉(zhuǎn)到遙感影像圖上，在充分收集并有效利用既有資料的基礎(chǔ)上，加注各項地質(zhì)要素內(nèi)容，完成遙感地質(zhì)解譯圖，從而提出遙感地質(zhì)解譯選線意見。

3 遙感技術(shù)的應(yīng)用

3.1 地質(zhì)構(gòu)造解譯及選線意見

3.1.1 地質(zhì)構(gòu)造解譯標(biāo)志

在分辨率為30m的TM衛(wèi)星遙感圖像及1∶1萬大比例尺航片上測區(qū)構(gòu)造形跡具有典型的解譯標(biāo)志，主要表現(xiàn)為線性和環(huán)形形跡，線性形跡一般表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造，環(huán)形形跡則表現(xiàn)為構(gòu)造透鏡體［4］，經(jīng)遙感判釋，工作區(qū)以斷裂構(gòu)造為主，具體如下。

(1)色調(diào)異常

主要為受斷裂控制的地層條帶表現(xiàn)出強烈的色調(diào)差異［5］，測區(qū)侵入巖體的分布與薊縣系地層之間存在明顯的色帶異常，是受構(gòu)造控制的結(jié)果。如七面峰至木孜布拉克之間的地層在TM7(R)、4(G)、2(B)的彩色合成影像上表現(xiàn)出明顯的色調(diào)差異(圖1):東西向構(gòu)造北盤西端花崗巖巖體(γ2)以淺綠色色調(diào)為主，南盤又被兩組北東向斷裂分隔成3個色帶，西側(cè)以肉紅色色調(diào)為主，為薊縣系斯米爾布拉克組地層(Zjs)，中間以青蘭色色調(diào)為主，為薊縣系卓阿布拉克組地層(Zjzh)，東側(cè)以灰白色色調(diào)為主，為巴什考供沉降區(qū)中的第三紀(jì)地層(E－N)。

(2)地貌的強烈反差

阿爾金褶斷帶表現(xiàn)為隆起區(qū)與沉降區(qū)相間分布的構(gòu)造格局，且沉降區(qū)一般為斷陷盆地，因此在隆起區(qū)與沉降區(qū)的邊緣往往存在地貌上的強烈反差。隆起區(qū)表現(xiàn)為中高山體，沉降區(qū)表現(xiàn)為相對平坦的盆地地貌特征，二者的接觸帶上存在著兩種截然不同的地貌相接，一般為斷裂構(gòu)造的位置。如巴什考供沉降區(qū)與馬特克－卡拉山隆起區(qū)的線性分界線(圖2)。

圖2 巴什考供斷陷盆地

(3)水系及沖溝網(wǎng)密度的差異及雁列式扭動

水系及沖溝是構(gòu)造解譯的一個重要標(biāo)志，特別是在盆地的邊緣或新構(gòu)造運動強烈地區(qū)，水系及沖溝極為發(fā)育。如在亞普恰薩依附近的紅柳溝內(nèi)，從遙感影像中清晰可見，有一典型的線性負(fù)地形影像特征(圖3)，其北側(cè)為薊縣系木孜薩依組地層(Zjm)，水系沖溝稀疏寬大，而南側(cè)為晚元古代第一次侵入的輝長巖巖體(υ2)，水系沖溝呈現(xiàn)典型的致密樹枝狀、雞爪狀分布，二者的接觸帶為東西向展布的紅柳溝斷裂。這是構(gòu)造控制地層邊界所表現(xiàn)出水系沖溝密度差異的典型表現(xiàn)，遙感解譯特征與現(xiàn)場調(diào)查完全吻合［6］。(4)地貌呈線性負(fù)地形［7］

圖3 紅柳溝斷裂構(gòu)造控制水系沖溝密度的差異

這是斷裂構(gòu)造最典型的解譯標(biāo)志，也是測區(qū)最普遍的解譯標(biāo)志。遙感影像中，可見一系列平直如刀切狀或舒緩波狀的線性負(fù)地形影像特征，這些負(fù)地形影像特征并不是某個單獨的溝谷負(fù)地形，而是明顯具有連續(xù)性或間斷連續(xù)性的線性影像特征，并且切割山體，破壞山體完整的空間地貌形態(tài)，這種展布格局一般為斷裂構(gòu)造最突出的影像標(biāo)志。如:闊納布拉克地區(qū)斷裂構(gòu)造表現(xiàn)為兩組交叉呈“X”形的北東向線性負(fù)地形影像特征。

(5)與山體走向垂直或斜交的“切割線”

測區(qū)的線性構(gòu)造有一類表現(xiàn)為其走向明顯垂直或斜交于山體，好似山體被切割一樣，并沿某一方向斷續(xù)延伸，且與區(qū)域總體的山體、水系格局不協(xié)調(diào)，這一般是斷裂構(gòu)造作用的結(jié)果，這一特征在航片中顯示的極為清晰。

3.1.2 構(gòu)造解譯特征

根據(jù)以上建立的解譯標(biāo)志，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查驗證，將線路走行區(qū)的主干構(gòu)造遙感解譯特征描述如表1所示。

表1 庫格鐵路阿爾金山區(qū)主干構(gòu)造斷裂遙感影像特征與地質(zhì)特征對照

3.1.3 斷裂構(gòu)造區(qū)選線原則和主要方案比選

(1)選線原則

由于測區(qū)新構(gòu)造活動強烈，規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造多具有不同程度的活動性，特別是北東、北向和近東西向斷裂帶，歷史上曾發(fā)生過中強地震。因此，在阿爾金山越嶺區(qū)選線時遵循:①從整體布局上，盡量選擇以斷層最少的位置通過，在必須通過斷層時，線路應(yīng)與斷層大角度相交，縮短通過斷裂帶的距離，同時避免順斷層帶進(jìn)行選線;②測區(qū)斷裂構(gòu)造形成時間較短，斷層帶較破碎且含水，工程地質(zhì)條件差，斷層交匯在一起構(gòu)成多處斷層構(gòu)造交匯區(qū)，線路應(yīng)盡量避免通過斷層交匯區(qū);③在設(shè)計時應(yīng)加強抗震設(shè)防的措施［8］。

(2)主要線路方案比選

根據(jù)構(gòu)造解譯結(jié)果，線路方案在阿爾金山區(qū)展布形式與斷裂構(gòu)造的關(guān)系比較清晰:巴什考供－紅柳溝越嶺方案中各比較方案線路走形于紅柳溝擠壓斷裂帶與喀拉薩依擠壓帶的交界部位，與紅柳溝擠壓帶(構(gòu)造透鏡體)基本平行，與喀拉薩依擠壓帶斜交，其所穿越的斷裂構(gòu)造最多，地質(zhì)條件均劣于推薦線路方案;巴什考供—七面峰段長隧道方案中推薦方案線路垂直穿越了巴什考供北東向斷裂帶中的構(gòu)造扁豆體及其中的北東向斷裂系，在乙壓加拉克山附近又垂直穿越了乙亞加拉克山弧形斷裂擠壓帶中的東西向斷裂，通過斷裂帶距離短，地質(zhì)條件均好于長隧道各比較方案。

另外，對于遙感解譯和地質(zhì)調(diào)繪互相驗證確定的斷裂構(gòu)造，下階段勘察中仍需開展物探工作，在物性參數(shù)異常部位布置適量鉆探加以驗證，進(jìn)一步確定斷裂性質(zhì)和斷裂帶物質(zhì)組成。

3.2 不良地質(zhì)解譯及選線意見

測區(qū)滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)分布于阿爾金山越嶺地段，阿爾金中低山區(qū)溝谷基巖裸露，溝谷兩岸不同程度地發(fā)育著滑坡及崩塌;南北山麓巖石風(fēng)化嚴(yán)重，巖體破碎，具有較豐富的殘、坡積層，其中一些季節(jié)性河溝屬于輕微－中等泥石流溝，并在山前形成洪積扇及漫流，通過詳細(xì)的遙感信息處理和航片的立體解譯，同時開展野外調(diào)查驗證，最后利用大比例尺航片對阿爾金山地區(qū)的滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)體進(jìn)行詳細(xì)的判讀，其中不良地質(zhì)影像解譯標(biāo)志和選線原則如下所述。

(1)滑坡

阿爾金山溝谷兩岸發(fā)育的滑坡解譯標(biāo)志明顯，滑坡壁高陡，一般呈直線或折線形，滑壁周界明顯，形態(tài)受巖性、巖層傾角以及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的控制，滑坡主滑面為陡傾角時，滑坡地貌不明顯，主滑面為緩傾角時，滑坡地貌較明顯。按照該解譯標(biāo)志，解譯出沿線滑坡主要分布在AK573～AK578段，規(guī)模大小不一、滑體較厚，斜坡穩(wěn)定性差，整治困難，建議優(yōu)化該段線路方案。因此，選線時對大型滑坡及滑坡群應(yīng)予繞避;當(dāng)滑坡規(guī)模小，邊界條件清楚，整治技術(shù)方案可行、經(jīng)濟(jì)合理時，線路可選擇有利于滑坡穩(wěn)定的安全的部位通過。

(2)崩塌

崩塌是陡峻山坡上巖塊、土體在重力作用下，發(fā)生突然的急劇的傾落運動［9］，解譯的主要標(biāo)志有:①坡體大于45°且高差較大，或坡體呈孤立山嘴，或凹形陡坡;②坡體內(nèi)部裂隙發(fā)育，尤其垂直和平行斜坡延伸方向的陡裂隙發(fā)育或順坡裂隙及軟弱帶發(fā)育，坡體上部已有拉張裂隙發(fā)育，并且切割坡體的裂隙、裂縫即將可能貫通，使之與母體(山體)形成了分離之勢。結(jié)合以上解譯標(biāo)志，并通過坡形影像色調(diào)、植被、崩塌的邊緣輪廓和下部巖堆發(fā)育情況等綜合判定［10］，解譯出測區(qū)一系列崩塌，多發(fā)育在巴什考拱至七面峰之間的溝谷兩岸。如:AK605+550右側(cè)50m處巖質(zhì)崩塌(圖4)，厚1～2m，長177m，寬116m，后緣呈弧狀，后壁陡立，表面坎坷不平，巖體破碎，具粗糙感，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查驗證，和遙感解譯圈出的范圍基本一致，由于該崩塌距推薦線路方案較近，對鐵路工程有一定的影響，建議對推薦線路該段方案進(jìn)一步優(yōu)化。因此，在崩塌地段選線時盡量避開具崩塌的不穩(wěn)定斜坡，減少對山坡擾動，同時避免隧道出現(xiàn)淺埋，盡可能向山內(nèi)側(cè)靠，減少隧道偏壓。

(3)泥石流

分布于阿爾金山南北山麓溝口及支溝位置，大多屬于季節(jié)性泥石流，在突降暴雨時，可形成溝谷型泥石流，在山前可形成洪積扇、漫流。判讀遙感圖像時，一般根據(jù)形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)等特征確定泥石流溝［11］。形成區(qū)一般呈瓢形，山坡陡峻，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，松散固體物質(zhì)豐富;流通區(qū)溝床較直，縱坡較形成地段緩，但較堆積地段陡，溝谷一般較窄，兩側(cè)山坡坡表較穩(wěn)定;堆積區(qū)位于溝谷出口處，縱坡平緩，常形成洪積扇或沖出錐，洪積扇輪廓明顯，在航片上呈淺色調(diào)，扇面無固定溝槽，多呈漫流狀態(tài)。如AK646+000左側(cè)1 km發(fā)育一大型泥石流溝(圖5)，其流通區(qū)溝床較順直，溝床中松散物質(zhì)少，溝谷出口處，縱坡平緩，形成洪積扇，洪積扇輪廓明顯，線路方案從堆積區(qū)附近洪積扇上通過，對工程有一定影響，建議優(yōu)化該段線路方案。因此，泥石流區(qū)選線時對于大型泥石流盡量在流通區(qū)通過，且橋涵工程要留足凈空。

圖4 AK605+550右側(cè)50m崩塌(航片)

圖5 AK646+000左側(cè)1 km泥石流溝(航片)

4 結(jié)語

(1)利用航、衛(wèi)片判讀出的斷裂構(gòu)造，是從遙感影像特征解譯出來的，這些構(gòu)造某些可能在野外找不到證據(jù)，但是這些構(gòu)造卻深刻地反映了區(qū)域地質(zhì)演化情況，對于理解測區(qū)構(gòu)造總體特征和構(gòu)造格架大有裨益，在初測及后續(xù)階段綜合勘探中，仍需修正完善［12］。

(2)滑坡、崩塌、泥石流主要分布在阿爾金山越嶺地段，對線路方案影響較大。通過遙感解譯，測區(qū)滑坡、崩塌、泥石流具有以下特征:一是阿爾金山區(qū)植被覆蓋度極低，山體表面受風(fēng)化和凍融侵蝕極為嚴(yán)重，山體表面有薄層第四系堆積層，它們是不良地質(zhì)的物質(zhì)來源;二是測區(qū)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，巖體破碎，邊坡穩(wěn)定性差，斷裂構(gòu)造控制著區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)的發(fā)育，某些泥石流溝本身就是斷裂所在位置;三是人為活動是不良地質(zhì)發(fā)生的外在動力，測區(qū)礦藏豐富，大面積的山體開挖和筑路，造成了規(guī)模較大的不穩(wěn)定的邊坡，成為崩塌的發(fā)源地。

(3)庫格鐵路遙感應(yīng)用證明，遙感在前期方案研究階段和初測前地質(zhì)加深階段應(yīng)用確有實效，省時、省工、優(yōu)質(zhì)，可以應(yīng)對重大方案比選抉擇和應(yīng)急方案的取舍，因此遙感方法是勘察流程中主要內(nèi)容之一，在實際勘察計劃、作業(yè)上都應(yīng)予以重視。

［1］中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司．新建庫爾勒至格爾木鐵路預(yù)可行性研究報告［R］．西安:中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2010．

［2］曹成度．衛(wèi)星遙感影像在鐵路選線中的應(yīng)用［J］．鐵道勘察，2006(6):23－25．

［3］韓玲．TM與ETM影像融合用于地質(zhì)構(gòu)造解譯［J］．遙感信息，2004(2):35－37．

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

［5］高山．長大隧道三維可視化遙感地質(zhì)解譯技術(shù)應(yīng)用［J］．鐵道工程學(xué)報，2011(11):13－18．

［6］中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司．新建庫爾勒至格爾木鐵路初測前遙感地質(zhì)解譯報告［R］．西安:中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2010．

［7］劉亞林．多源遙感技術(shù)在鐵路工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用研究［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013(5):13－15．

［8］TB10012—2007，鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］．

［9］TB10027—2012，鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程［S］．

［10］方利，車曉明．寶天鐵路增建二線滑坡與崩塌調(diào)查中的遙感技術(shù)應(yīng)用［J］．鐵道工程學(xué)報，2006(12):243－247．

［11］邵虹波，唐川，李為樂．滇西某鐵路擬選線路地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯特征研究［J］．防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報，2009(3):342－345．

［12］王英武．遙感技術(shù)在宜萬鐵路工程地質(zhì)選線中的應(yīng)用［J］．鐵道工程學(xué)報，2006(12):82－84．

Application of Remote Sensing Technology in Engineering Geological Route Selection in Altun M ountain Area for Korla-Golmud Railway

YANG Xin-liang

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co．，Ltd．，Xi'an 710043，China)

In Alton Mountain areas，there aremany high mountains in the form of steep slopes，together with many complicated，unfavorable and large-scale geological structures，giving rise to great difficulty on engineering geological route selection for Korla-Golmud Railway．For this reason，remote sensing technology was employed in order to take full advantage of remote sensing technology．After collecting remote sensing images as well as topographical and geological maps，the remote sensing images were processed，the geo-science information was extracted，and the data were overlapped with each other．Furthermore，based on different image features，and comprehensively in combination with field survey，the interpretationmarks of this region were established so as to do remote sensing geological interpretation in medium and large scale．As a result，by comprehensively using remote sensing interpretation and geological survey，the distribution pattern of geological structures and severely unfavorable geology in this region were ascertained．This practical application on infrared detection technology can provide an important basis for large-scale engineering geological route selection and for route scheme optimization，serving as guidance for arrangement of engineering geologicalmapping and surveying．

remote sensing technology;route selection;application;geological structure;interpretation

U212.32

A

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．002

1004－2954(2014)03－0005－05

2013－01－06;

2013－06－24

楊新亮(1979—)，男，高級工程師，2002年畢業(yè)于西南交通大學(xué)水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail:2401782441@qq．com。