基于GIS、RS的日喀則—吉隆高等級公路工程地質(zhì)條件分析

何 進(jìn)， 趙國華

(核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610061)

隨著西藏自治區(qū)融入“一帶一路”倡議構(gòu)想，構(gòu)筑“南亞貿(mào)易大通道”的需要，日喀則至吉隆公路(G318國道及X214縣道)已不能滿足需求，新建日喀則—吉隆高等級公路十分迫切。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)解譯遙感圖像，能有效識別和獲取公路、鐵路等線路工程勘察和評價(jià)中的工程地質(zhì)信息。長江三峽水利工程、南水北調(diào)工程等大型線路勘察設(shè)計(jì)中，利用遙感技術(shù)進(jìn)行工程地質(zhì)條件解譯，解譯效果良好。張明華(2004)基于RS-GIS技術(shù)，對西藏墨脫公路工程地質(zhì)條件進(jìn)行全面解譯，查明了區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件，為公路選線提供了科學(xué)依據(jù)。邵虹波等(2009)利用遙感技術(shù)對滇西某鐵路擬選線路地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯特征研究，查明了地質(zhì)災(zāi)害對線路的影響，為該鐵路選線提供了技術(shù)支撐。

本研究利用RS及GIS技術(shù)，基于日喀則地區(qū)高分一號(GF-1)數(shù)據(jù)、Landsat8 OLI數(shù)據(jù)及Google Earth平臺數(shù)據(jù)，采用人機(jī)交互目視解譯方法，解譯了日喀則至吉隆地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地質(zhì)災(zāi)害等，指導(dǎo)了該公路線路選線決策、工程勘察設(shè)計(jì)工作。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)處于西藏日喀則地區(qū)，平均海拔4 500 m以上，地形復(fù)雜多樣。擬建日吉公路主要穿越錯拉山、嘉措拉山、孔唐拉姆山，由峽谷、寬谷和湖盆。

研究區(qū)大地構(gòu)造上位于雅魯藏藏布江縫合帶和藏南滑脫帶之間，區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育并斷續(xù)分布穹隆構(gòu)造。區(qū)內(nèi)地層以大面積出露前寒武系變質(zhì)巖和發(fā)育從奧陶紀(jì)至新近紀(jì)海相地層，其次為穹隆構(gòu)造發(fā)育的花崗巖、二云母花崗巖等。

2 遙感數(shù)據(jù)處理

2.1 遙感數(shù)據(jù)源

研究區(qū)由于季節(jié)不同，積雪、草被覆蓋不同，經(jīng)多種多時(shí)相數(shù)據(jù)對比，最終選定的遙感數(shù)據(jù)信息源為Landsat8 OIL數(shù)據(jù)、GF-1及Google Earth平臺數(shù)據(jù)。在地質(zhì)背景條件解譯中，充分利用Landsat8 OIL、GF-1的多光譜特性；地質(zhì)災(zāi)害解譯中，充分利用GF-1數(shù)據(jù)、Google Earth數(shù)據(jù)的高空間分辨率優(yōu)勢對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行精細(xì)解譯。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理主要借助ENVI遙感影像處理平臺，對研究區(qū)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了幾何校正、數(shù)據(jù)融合、圖像鑲嵌、圖像增強(qiáng)工作，人機(jī)交互解譯則依托ArcGIS平臺進(jìn)行。其中，幾何校正在ENVI遙感影像處理軟件上進(jìn)行，以1∶5萬數(shù)字地形圖為基準(zhǔn)，在每幅地形圖上選取30～50個(gè)控制點(diǎn)，采用配準(zhǔn)功能和擬合功能等進(jìn)行幾何精校正和地理坐標(biāo)配準(zhǔn)；數(shù)據(jù)融合是不同光譜分辨率和空間分辨率圖像數(shù)據(jù)的復(fù)合，以獲得更高分辨率的多光譜圖像；數(shù)字圖像鑲嵌是將多幅數(shù)字影像拼接在一起，構(gòu)成一幅整體圖像的技術(shù)過程。本研究中采用強(qiáng)制改正方法，將Landsat8 OIL數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫鑲嵌。為達(dá)到解譯和最終出圖的要求，經(jīng)過圖像鑲嵌后的遙感圖像，需對其進(jìn)行進(jìn)一步的圖像增強(qiáng)處理。本研究中采用的圖像增強(qiáng)處理方法主要有對比度增強(qiáng)、比值增強(qiáng)、主成分分析等。

3 研究區(qū)遙感宏觀地質(zhì)景觀

研究區(qū)影像總體呈近東西向條帶狀及環(huán)狀，環(huán)狀高山-極高山山體間斷分布，水系以近東西、南北向及放射狀為主，顯示出該區(qū)域南北向的逆沖及南北向的伸展作用。

不同巖石組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的地質(zhì)體在影像上反映的空間信息和波譜信息具有明顯不同的影像特征：碎屑巖巖體較為堅(jiān)硬的石英砂巖、灰?guī)r等構(gòu)成基巖山地的主體，巖體較軟泥頁巖類巖層易受侵蝕地勢低洼；侵入巖體具明顯的環(huán)形輪廓，色調(diào)鮮明。

4 日吉公路工程地質(zhì)遙感解譯

4.1 地質(zhì)背景條件解譯

4.1.1 地形地貌解譯

利用遙感影像的水系、陰影和色調(diào)的特征，可對研究區(qū)各類地貌建立遙感解譯標(biāo)志。通過解譯標(biāo)志對研究區(qū)進(jìn)行了解譯，識別出流水地貌、冰川地貌、風(fēng)沙地貌、湖泊地貌和構(gòu)造地貌等類型。其中流水地貌包括沖積錐、洪積扇、河流階地等；冰川地貌包括冰磧、冰蝕地貌；湖泊地貌包括湖積、湖蝕地貌；構(gòu)造地貌包括褶曲構(gòu)造、斷層構(gòu)造等。

4.1.2 地層巖性解譯

因巖石強(qiáng)度、礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等要素的差異，地質(zhì)體在圖像上反映為具有不同色調(diào)、形態(tài)、影紋結(jié)構(gòu)、地貌特征的影像單元。本次解譯將原資料各地層群組及侵入體按巖性進(jìn)行推斷解譯。

研究區(qū)出露巖性主要有：第四系松散堆積體，新近系～古近系礫巖、砂泥巖，白堊系泥頁巖、灰?guī)r，侏羅系板巖、灰?guī)r，三疊系砂巖、板巖，二疊系灰?guī)r、砂巖，石炭系板巖、片巖及大理巖，泥盆系礫巖、砂巖、泥灰?guī)r，奧陶系變砂巖、變灰?guī)r，震旦-寒武系石英片巖、千枚巖，前震旦系片巖、片麻巖、混合巖，以及前震旦系花崗巖。

4.1.3 地質(zhì)構(gòu)造解譯

(1)線性構(gòu)造解譯：線性構(gòu)造主要指斷裂、節(jié)理、地層分界線及區(qū)域性構(gòu)造裂隙等。研究區(qū)遙感解譯標(biāo)志主要有①地質(zhì)特征，表現(xiàn)為地層走向或傾向的突變、地層錯位；②地貌特征，表現(xiàn)為沖溝水系、山脊錯斷等；③影像特征，色調(diào)突變、直線線狀色調(diào)。

(2)環(huán)形構(gòu)造解譯：環(huán)形構(gòu)造分為構(gòu)造環(huán)、熱液環(huán)和隱伏巖體環(huán)。研究區(qū)遙感解譯標(biāo)志主要有：在平面上呈圓形或橢圓形，環(huán)狀邊界清晰，具有環(huán)狀水系或放射狀水系特征。

通過對區(qū)內(nèi)斷裂的解譯，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為東西向逆沖斷層、近南北向正斷裂，及侵入巖體的拆離斷層。

4.2 地質(zhì)災(zāi)害的圖像識別及解譯

研究區(qū)構(gòu)造巖性復(fù)雜，風(fēng)化剝蝕強(qiáng)烈。該區(qū)域發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型主要有滑坡、崩塌、泥石流、凍土凍融、涎流冰、沙漠化等。利用各地質(zhì)災(zāi)害在遙感影像上的色調(diào)、形態(tài)的不同，實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害的解譯。滑坡在平面上一般呈圈椅狀，滑舌、滑坡臺地微地貌特征一般也比較清楚，滑坡體與周圍巖體在色調(diào)上有明顯差異，邊界較清晰。泥石流溝口有明顯的泥石流堆積扇。崩塌在影像表現(xiàn)坎坷不平，具粗糙感、崩塌輪廓線明顯，有時(shí)也可出現(xiàn)崩塌堵塞河谷的現(xiàn)象。沙漠化一般位于平坦地區(qū)，沙丘一般形態(tài)復(fù)雜，無植被覆蓋，呈淺色調(diào)，形態(tài)粗糙，形成一些月牙形沙丘或沙丘鏈。涎流冰在遙感影像上呈白色或藍(lán)色，呈舌狀或沿著溝道發(fā)育，形態(tài)清晰。凍土凍融主要根據(jù)其在影像上具有熱融滑塌、凍脹丘、熱融沉陷、石環(huán)等微地貌特征，且凍土邊緣一般發(fā)育泉水。

通過對研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的解譯，全區(qū)共解譯521個(gè)災(zāi)害點(diǎn)和隱患點(diǎn)，其中滑坡47處，泥石流335條，崩塌71處，沙漠化2處，涎流冰55處，凍土凍融嚴(yán)重段11處。

5 野外驗(yàn)證

遙感解譯與實(shí)地驗(yàn)證是動態(tài)、反復(fù)、不斷完善的過程。只有通過實(shí)地驗(yàn)證，先期解譯成果才能得到檢驗(yàn)。本研究對區(qū)域地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)災(zāi)害等進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，其中地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)野外100%的驗(yàn)證，最終確定災(zāi)害點(diǎn)475處，解譯正確率91%，其中滑坡39處，泥石流321處，崩塌57處，沙漠化2段，涎流冰47處，凍土凍融9處。

通過遙感解譯及實(shí)地驗(yàn)證，泥石流為沿線最為發(fā)育的不良地質(zhì)作用。崩塌普遍分布于沿線高山峽谷區(qū)兩側(cè)?；轮饕植加诩ā_迦段、拉孜縣查務(wù)鄉(xiāng)～定日段。沙漠化主要位于薩迦縣麻布加鄉(xiāng)～尼轄鄉(xiāng)、佩枯措路段。涎流冰主要分布于嘉措拉地區(qū)。凍土嚴(yán)重段主要位于嘉措拉山兩側(cè)的溝谷以及河谷低洼地帶。

6 結(jié)論

(1)基于RS、GIS平臺，采用Landsat8 OIL及GF-1多光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)，解譯研究區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造，初步建立基于影像的區(qū)域巖性及組合的分布規(guī)律、構(gòu)造體系。

(2)采用GF-1、Googleearth平臺衛(wèi)星影像，詳細(xì)解譯了研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害，經(jīng)過野外驗(yàn)證，解譯正確率達(dá)91%，包括滑坡39處、崩塌57處、泥石流321條、凍土凍融9處、涎流冰47處、沙漠化2段。

(3)利用遙感解譯技術(shù)，可以在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確而迅速地查明研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境背景，地質(zhì)災(zāi)害的類型、數(shù)量、形態(tài)特征、分布范圍、規(guī)模大小及危害程度等，為工程建設(shè)項(xiàng)目選址選線、勘察設(shè)計(jì)提供科學(xué)決策依據(jù)。