基于遙感技術(shù)的工程地質(zhì)條件調(diào)查

支瑞榮+劉德衛(wèi)

摘 要：衛(wèi)星遙感技術(shù)應用在工程地質(zhì)條件調(diào)查中，具有常規(guī)方法無可比擬的優(yōu)勢。應用遙感技術(shù)對工程地質(zhì)調(diào)查，采用解譯衛(wèi)星遙感圖像與野外 GPS 定位實地驗證相結(jié)合的方法，能快速準確查明構(gòu)造、巖性及巖石風化特征，為基礎(chǔ)設施建設、國防安全等評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐和科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞：遙感；工程地質(zhì)條件；調(diào)查

中圖分類號：TD12 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0085-02

引言

我國地域遼闊，傳統(tǒng)調(diào)查手段難以滿足國土開發(fā)及國防建設對基礎(chǔ)調(diào)查成果的要求，為了彌補邊境地區(qū)，特別是交通條件不足，條件相對惡劣的地區(qū)地質(zhì)資料的不足。為了更進一步地了解沿線區(qū)域性工程地質(zhì)特征，比如土石類型以及各種地質(zhì)現(xiàn)象的分布規(guī)律，尤其是地質(zhì)構(gòu)造的變化規(guī)律，并為下一步開展大比例尺工程地質(zhì)測繪起到參考和指導作用，衛(wèi)星遙感技術(shù)無疑成為最佳選擇[1-5]。

1 研究區(qū)概況

工作區(qū)地處中、朝、俄三國交界，有著獨特的區(qū)位優(yōu)勢，是國際客貨海陸聯(lián)運的最佳結(jié)合點。位于琿春市東南部與俄羅斯接壤屬山地丘陵區(qū)，地形起伏較大。山地面積約占83%，最高峰雪黛山，海拔1077米。地質(zhì)條件復雜，地層出露不多，植被覆蓋度高?；A(chǔ)地質(zhì)及工程地質(zhì)條件勘察成為本地區(qū)開發(fā)建設的基礎(chǔ)。同時也是應國防建設的需要，借助遙感手段對本地區(qū)地質(zhì)基礎(chǔ)進行調(diào)查，為經(jīng)濟建設及國防建設提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2 遙感數(shù)據(jù)的選擇與處理

在研究中選用國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為基本數(shù)據(jù)源，主要選用資源一號02C星，資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)作補充。02C星具有兩個顯著特點：一是配置的10米分辨率P/MS多光譜相機是我國民用遙感衛(wèi)星中最高分辨率的多光譜相機；二是配置的兩臺2.36米分辨率HR相機。

數(shù)學基礎(chǔ)：1980西安平面坐標系；1985國家高程基準；高斯-克呂格投影。

1：1萬成果圖采用3°分帶；1：5萬成果圖采用6°分帶。

增強處理。采用融合、直方圖拉伸、直方圖均衡化等方法增強目標地物反差和影像紋理細節(jié)，增強影像色彩、突出不同地類間的光譜差異。為便于從視覺上識別影像內(nèi)容，將校正配準后的影像，通過對比度擴展和空間域濾波進行影像增強處理，使影像匹配人眼的亮度值觀察特性，改善影像的視覺效果，增強影像可判譯性影像融合與合成。為提升工程地質(zhì)解譯的效果，將影像進行代數(shù)運算和變換處理，形成的多波段組合，再將不同波段的影像或不同分辨率的影像融合在一起，形成能擴展地物波譜差異性和動態(tài)顯示范圍的彩色影像，以增強隱伏斷裂帶#地下水充水帶等特殊地質(zhì)信息，并有效削弱山區(qū)地形陰影的影響。

在遙感影像處理過程中，通常采用的融合方法有IHS變換和PANSHARP融合方法，在解譯過程中對數(shù)據(jù)進行ERSI拉伸增強，能取得最佳目視解譯效果。

針對02C遙感數(shù)據(jù)的融合，真彩色合成：采用波段合成的方法：

R：Red

G：（Gree+Red+Nir）/3，band math表達式：byte（（fix（b1）+b2+b3）/3）

B：Gree

使用/Raster Management/Layer Stacking按照上述順序組合一個三個波段數(shù)據(jù)，得到真彩色合成結(jié)果。

3 地貌特征遙感解譯

通過對遙感影像的圖形特征、水系特征，影紋和色調(diào)的識別，獲得了有關(guān)地貌形態(tài)展布規(guī)律、空間分布特征及其與地質(zhì)體有關(guān)的信息。根據(jù)1：5萬比例尺地形圖，可以觀測區(qū)域地貌的宏觀特征和展布規(guī)律，而通過圖像處理技術(shù)進行特定時相、波段組合得到的一系列彩色合成圖像，則更可以顯示有關(guān)各期古河道、沖洪積物分布等地貌形跡和成因等重要信息。

4 遙感地質(zhì)解譯

基于GIS軟件作為遙感解譯的工作平臺，利用建立的多源影像數(shù)據(jù)，針對各項專題因子，根據(jù)不同的影像單元的色調(diào)、陰影、圖案與紋理上的特征，建立遙感解譯標志。運用目視解譯、人機交互解譯、信息自動提取等方法提取河流、湖泊、濕地、土地覆被、第四系地質(zhì)、塌岸、河道變化、生態(tài)環(huán)境等各類專題信息因子，調(diào)查區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，共解譯出77條大小不等的斷裂，以北東東向和北東向斷裂為主，其次為北西西向斷裂構(gòu)造。按斷裂規(guī)模可分為深大斷裂、區(qū)域性斷裂、一般性斷裂，其中深大斷裂不僅控制了構(gòu)造單元的邊界，也控制了該構(gòu)造單元內(nèi)地層的沉積，而且還控制了次級斷裂分布；區(qū)域性斷裂控制或錯斷了區(qū)內(nèi)的地層；一般性斷裂主要為深大斷裂和區(qū)域性斷裂構(gòu)造的次級斷裂或局部斷裂，展布在區(qū)域性斷裂旁側(cè)。

地層是應用景觀生態(tài)色調(diào)特征，巖石地貌單元及結(jié)構(gòu)水體色調(diào)差異及識別標志，地理空間要素，水系網(wǎng)樣式及密度分析標志等影像信息來圈定；地層時代需對比區(qū)域地質(zhì)資料分析確定巖性判別是先圈出工程區(qū)的第四系松散沉積物，然后劃分出三大巖類的界線，分析其相變及接觸關(guān)系；最后是進行局部地段工程巖性的詳細劃分，將地層在區(qū)域地層時代組的基礎(chǔ)上進一步細分至工程地質(zhì)的巖性段。本地區(qū)地層情況如表1所示。

5 對土體的信息歸類方法

5.1 基巖區(qū)風化殼土體類型

基巖風化殼分類主要是根據(jù)其物質(zhì)組成、土體中所含碎石含量及粒徑?jīng)Q定。

基巖區(qū)的遙感解譯主要是在解譯了巖性基礎(chǔ)之上，結(jié)合新構(gòu)造解譯成果，推斷基巖區(qū)巖石的風化程度，綜合考慮地形地貌、植被覆蓋等因素。不同巖性有著不同的抗風化程度，不同的構(gòu)造運動會對基巖產(chǎn)生不同的破壞，斷裂的發(fā)育直接影響巖石完整程度和節(jié)理發(fā)育程度。

5.2 第四系松散堆積物類型

根據(jù)成因類型分兩大類：第四系松散堆積層和基巖風化殼。

土體類型的劃分主要是根據(jù)成因類型及其粒度成分性質(zhì)和主要工程地質(zhì)特征進行一級劃分，然后根據(jù)其垂向結(jié)構(gòu)特征進行二級劃分，從而確定土體工程地質(zhì)類型。

殘坡積：主要分布于丘陵溝谷坡腳，一般都是砂質(zhì)粘土，粉土夾碎石。主要成因是基巖風化殼經(jīng)過外力搬運作用形成。

沖洪積：主要分布于河床，河漫灘及階地上，一般為砂土，砂礫卵石土。

崩坡積：主要分布于斜坡邊緣、高陡斜坡的坡腳處，碎塊石成分與地層巖性密切相關(guān)，一般為粘土夾碎石、塊石。此類巖組顆粒差異較大，大多是土石滑坡或風化殼崩塌所形成。

根據(jù)不同的成因類型基本上就可以確定土體類型，再結(jié)合土體物質(zhì)結(jié)構(gòu)確定土體類型級別，土體所含石塊、碎石含量越高，土體硬度級別越高；土體所含石塊、碎石粒徑越大，土體硬度級別越高。

6 結(jié)果驗證

根據(jù)構(gòu)造、地層及巖性的遙感解譯成果，結(jié)合地形地貌特征及土地覆被情況，整個調(diào)查區(qū)按照上覆土硬度等級劃分為四類共七級，分別為硬土一、二級，普通土一、二級，軟土一、二級和特殊土。根據(jù)后期成果應用單位的實地驗證及測試，巖性及上覆土硬度的遙感解譯準確率達到91%，風化層厚度準確率達到79%。驗證均以地質(zhì)單元為單位進行，每個地質(zhì)單元布點3-5個，每個點所測參數(shù)及平均值均參與比較。

調(diào)查研究取得成果具體，可應用程度高，技術(shù)方法優(yōu)勢明顯，具體表現(xiàn)在以下幾點：

（1）沿界江界河地區(qū)交通不便、植被覆蓋度高。地貌、地質(zhì)單元復雜多變，調(diào)查采用衛(wèi)星遙感技術(shù)解譯為主，實地調(diào)查為補充的方法，了解沿線區(qū)域性工程地質(zhì)特征，比如土石類型以及各種地質(zhì)現(xiàn)象的分布規(guī)律，尤其是地質(zhì)構(gòu)造的變化規(guī)律，并為進一步開展條帶狀大比例尺工程地質(zhì)測繪奠定了基礎(chǔ)。（2）將衛(wèi)星遙感的各種圖像資料綜合處理，進行從宏觀到局部地段的綜合解譯，結(jié)合現(xiàn)有資料和野外實地查證，能更全面地了解區(qū)內(nèi)的工程地質(zhì)條件。為國防建設科研單位及時提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。（3）研究成果表明，將遙感地質(zhì)解譯系統(tǒng)地應用于工程地質(zhì)條件解譯和分區(qū)評價，解決了現(xiàn)有地質(zhì)資料研究程度的不足，是一種經(jīng)濟、快速、高效的先進方法。

7 結(jié)束語

（1）根據(jù)地層巖性及構(gòu)造特征遙感解譯，基本可以查清研究區(qū)的巖土體分布及不良地質(zhì)體特征，摸清調(diào)查區(qū)基巖風化層厚度、上覆土硬度等級及圍巖條件。滿足1：10萬工程地質(zhì)條件調(diào)查要求。

（2）通過遙感影像能清晰地解譯研究區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造，對于斷裂破碎帶、微地貌均能清晰解譯出來。為工程地質(zhì)條件評價以及進一步的工程地質(zhì)勘察提供了充分的科學依據(jù)。從研究的地質(zhì)成果來看， 該方法完全可以滿足初級階段工程地質(zhì)條件摸底調(diào)查。

此方法主要是針對地面調(diào)查難以到達的區(qū)域開展大比例尺工程地質(zhì)條件調(diào)查，在現(xiàn)階段仍需要不斷補充完善影響因子，進一步細化工程巖土體分級體系和風化程度的量化方法，針對不同地區(qū)不同遙感數(shù)據(jù)源我們將做進一步的研究，以期形成一套完備的遙感技術(shù)調(diào)查工程地質(zhì)條件方法體系。

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