區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)

李源亮，任光明，范榮全，王 猛，李惠民，李 暢

區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)

李源亮1，2，任光明2，范榮全3，王 猛4，李惠民2，李 暢2

（1.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，南寧 530011；2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059；3.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司，成都 610041；4.四川省地質(zhì)調(diào)查院遙感中心，成都 610081）

宏觀分析區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度能有效指導(dǎo)長(zhǎng)距離線狀工程規(guī)劃選線、指導(dǎo)城鎮(zhèn)規(guī)劃選址。以往地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)主要針對(duì)小區(qū)域，其評(píng)價(jià)方案在應(yīng)用于大區(qū)域時(shí)受到一定限制。本文總結(jié)提出了區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)的指導(dǎo)性原則，針對(duì)地學(xué)研究中長(zhǎng)期存在的地層巖性復(fù)雜程度難以量化的特點(diǎn)，引入信息熵的概念，利用“地層巖性信息熵”實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜程度的量化評(píng)價(jià)。以四川為例，選取地形地貌、地層巖性、凍土、斷裂構(gòu)造、區(qū)域穩(wěn)定性、氣象等6類(lèi)10項(xiàng)指標(biāo)，利用AHP法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，基于GIS平臺(tái)對(duì)境內(nèi)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度進(jìn)行分析。研究方法對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)具有參考價(jià)值，成果可為四川境內(nèi)長(zhǎng)距離線狀工程規(guī)劃提供參考。

地質(zhì)環(huán)境；復(fù)雜程度；地層巖性信息熵；四川地質(zhì)；層次分析法

地質(zhì)環(huán)境以巖石圈為主體、由水圈和大氣圈共同組成，組成要素的多樣性決定了其復(fù)雜程度的地區(qū)差異性。地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)環(huán)境脆弱，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，工程勘察、設(shè)計(jì)、施工乃至后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)的難度大，工程造價(jià)高；而地質(zhì)環(huán)境簡(jiǎn)單地區(qū)建設(shè)難度小、造價(jià)低。對(duì)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度進(jìn)行分級(jí)是開(kāi)展地質(zhì)調(diào)查、長(zhǎng)距離線狀工程規(guī)劃的重要參考。

人們很早就認(rèn)識(shí)到不同地區(qū)之間地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度具有差異性，但對(duì)其系統(tǒng)研究相對(duì)較少，類(lèi)似研究主要針對(duì)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)[1~2]。二者在一定程度上具有相關(guān)性，但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度與環(huán)境質(zhì)量的概念差異明顯。“復(fù)雜程度”是地質(zhì)環(huán)境組成要素多樣性、變化性的體現(xiàn)?！百|(zhì)量”是對(duì)人的需求而言的，是人類(lèi)出于自身生存和發(fā)展的需要對(duì)事物優(yōu)劣程度的判斷。

本文對(duì)涉及地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)的有關(guān)規(guī)范、文獻(xiàn)進(jìn)行回顧，吸收優(yōu)點(diǎn)、改進(jìn)不足；在此基礎(chǔ)上總結(jié)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)的指導(dǎo)性原則；引入“信息熵”的概念，解決了長(zhǎng)期以來(lái)地層巖性復(fù)雜程度難以量化描述的問(wèn)題。針對(duì)四川地質(zhì)環(huán)境的特點(diǎn)，提出一套相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；在GIS技術(shù)的支撐下對(duì)四川地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1 研究現(xiàn)狀

有關(guān)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度分級(jí)的行業(yè)規(guī)范較多，研究文獻(xiàn)相對(duì)較少。如電力部門(mén)《500KV架空送電線路勘測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DL-T 5122）考慮地貌、地層結(jié)構(gòu)及特殊巖土等5項(xiàng)因素，將地質(zhì)環(huán)境劃分為“簡(jiǎn)單”、“中等”、“復(fù)雜”3個(gè)級(jí)別。國(guó)土部門(mén)《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估規(guī)范》（DZ/T 0286）采用地形地貌、巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等7項(xiàng)指標(biāo)，遵循“就高不就低”原則，同樣將地質(zhì)環(huán)境劃分成“簡(jiǎn)單”、“中等”、“復(fù)雜”3個(gè)級(jí)別。闕金聲等[3]以地形地貌、斷裂、巖體結(jié)構(gòu)等9項(xiàng)因素作為指標(biāo)，利用可拓評(píng)判法對(duì)某山莊建設(shè)用地地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度進(jìn)行了3級(jí)劃分。張舒堯[4]考慮了地形、巖性與構(gòu)造、人工活動(dòng)等因素的影響，利用AHP法計(jì)算權(quán)重，評(píng)價(jià)了輸變電工程地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度。

回顧現(xiàn)有的相關(guān)文獻(xiàn)及規(guī)范，可以發(fā)現(xiàn)關(guān)于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)具有如下特點(diǎn)：

1）適用于工民建場(chǎng)地、線狀工程等，場(chǎng)地及線路走廊帶面積相對(duì)較小，可以充分開(kāi)展實(shí)地調(diào)查，比如輸電線路勘測(cè)要求地質(zhì)人員必須對(duì)每個(gè)塔位的地質(zhì)條件進(jìn)行實(shí)地調(diào)查。

2）地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度級(jí)別都采用“簡(jiǎn)單”、“中等”、“復(fù)雜”3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3）評(píng)價(jià)指標(biāo)都考慮了地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)、災(zāi)害及不良地質(zhì)、區(qū)域穩(wěn)定性等因素的影響。

4）對(duì)少數(shù)簡(jiǎn)單、易獲取的指標(biāo)（如坡度、地震烈度）采用定量劃分；對(duì)地層巖性等難以量化的指標(biāo)采用定性評(píng)價(jià)，常見(jiàn)“巖性巖相復(fù)雜多樣”、“變化較大”、“變化小”等定性表述方式。

由此可見(jiàn)，上述針對(duì)工程場(chǎng)地、線狀走廊帶等小區(qū)域的評(píng)價(jià)方案在運(yùn)用于大區(qū)域（例如省級(jí)區(qū)域）地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)時(shí)將受到如下限制：

1）指標(biāo)體系不能照搬應(yīng)用于大區(qū)域，否則將出現(xiàn)部分指標(biāo)（如地下水、坡體結(jié)構(gòu)等重要要素）無(wú)法獲取的情況。

2）對(duì)大區(qū)域而言，“簡(jiǎn)單”、“中等”、“復(fù)雜”3級(jí)劃分方案過(guò)于粗略，不能很好反映區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度的差異性和多樣性。

3）盡管現(xiàn)有方案提倡定性與定量相結(jié)合，但仍以定性判斷為主。小區(qū)域因調(diào)查研究程度高，采用定性評(píng)價(jià)是可行的；但對(duì)大區(qū)域而言，受經(jīng)驗(yàn)及認(rèn)識(shí)差異的影響，過(guò)度依賴(lài)定性判斷會(huì)使評(píng)價(jià)誤差偏大、結(jié)果過(guò)于籠統(tǒng)空泛。

受技術(shù)手段的限制，以往多是在資料分析、踏勘調(diào)查的基礎(chǔ)上，在報(bào)告中以文字描述、CAD制圖等形式進(jìn)行籠統(tǒng)分區(qū)描述，難以高效、精細(xì)的給出每個(gè)點(diǎn)位的評(píng)價(jià)結(jié)果。

為適應(yīng)大區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)的需要，建立一套普適性的指導(dǎo)原則和評(píng)價(jià)方法十分必要和緊迫。本文在指標(biāo)選取及量化處理方面做了一些突破，利用AHP法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，基于GIS平臺(tái)開(kāi)展評(píng)價(jià)工作；結(jié)合四川地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)對(duì)方法及技術(shù)流程進(jìn)行闡述。

2 指導(dǎo)原則

區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)應(yīng)遵循以下原則：

1）針對(duì)性：地質(zhì)環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，不同地區(qū)具有其獨(dú)特性，因此指標(biāo)選取必須具有針對(duì)性，做到科學(xué)、合理、系統(tǒng)、層次。

2）可行性：要求評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源有可行性，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。部分已有研究考慮了斜坡巖體結(jié)構(gòu)、控制性結(jié)構(gòu)面、地下水含水層數(shù)量、甚至特殊巖土層厚度等因素，雖然看似周全，但是對(duì)大區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)而言，這些指標(biāo)基本沒(méi)有數(shù)據(jù)支持，不具備可行性。

3）定性與定量并重：定性與定量并重：地球科學(xué)的復(fù)雜性決定了它的研究方法必須走定性與定量相結(jié)合的道路，對(duì)定性分析的嗤之以鼻、對(duì)定量評(píng)價(jià)的盲目崇拜都是不可取的。在定性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量利用量化指標(biāo)來(lái)描述影響因子，指標(biāo)權(quán)重宜根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)和研究目的由專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)、AHP法確定。

4）評(píng)價(jià)工作宜基于GIS平臺(tái)開(kāi)展：相較傳統(tǒng)CAD平臺(tái)，GIS在地學(xué)數(shù)據(jù)管理、空間分析等方面的優(yōu)勢(shì)可以取得事半功倍的效果。

3 四川地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)

3.1 指標(biāo)選取、量化與分級(jí)

遵循上述原則，針對(duì)四川地質(zhì)環(huán)境的特點(diǎn)，選取地形地貌、地層巖性與凍土、斷裂構(gòu)造、區(qū)域穩(wěn)定性及氣象等6類(lèi)10項(xiàng)指標(biāo)對(duì)四川地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

各指標(biāo)具有不同的物理意義及數(shù)學(xué)量值，例如坡度以度（°）為單位，數(shù)值介于0~90°；高程以米（m）為單位，四川境內(nèi)數(shù)值介于76~7 143m。指標(biāo)間不能直接進(jìn)行疊加計(jì)算，應(yīng)先對(duì)量化指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，在統(tǒng)一標(biāo)度范圍進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要參考相關(guān)規(guī)范（規(guī)程）、研究文獻(xiàn)或自然間斷點(diǎn)分級(jí)法確定。采用“1”、“2”、“3”、“4”四個(gè)數(shù)值表示4個(gè)等級(jí)，某項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值越大表示其使地質(zhì)環(huán)境越趨于復(fù)雜。

3.1.1 地形地貌

地形地貌是地表呈現(xiàn)出的高低起伏、傾斜陡緩的各種形態(tài)和樣貌，選用高程、斜坡坡度、地勢(shì)起伏度3個(gè)指標(biāo)描述地形地貌特征。選用ASTER GDEM高程數(shù)據(jù)，分辨率30m。由DEM經(jīng)GIS平臺(tái)進(jìn)行空間得到四川全境坡度數(shù)據(jù)。

地勢(shì)起伏度定義為某點(diǎn)一定大小的鄰域范圍內(nèi)最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的高差[5]，反映地勢(shì)高低起伏形態(tài)。由定義可知：某點(diǎn)鄰域大小不同，對(duì)應(yīng)起伏度也不相同。研究表明對(duì)特定地區(qū)，必定存在最佳鄰域統(tǒng)計(jì)單元。據(jù)均值變點(diǎn)法基本原理[6]，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)四川地勢(shì)起伏度的最佳領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)單元為邊長(zhǎng)2 160m的方形單元?；贒EM，利用GIS平臺(tái)的鄰域分析功能加工形成四川地勢(shì)起伏度數(shù)據(jù)。

境內(nèi)海拔在76~7 143m之間，隨高程增加，“高寒”、“氧氣稀薄”等一系列問(wèn)題會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，地質(zhì)環(huán)境趨于復(fù)雜；以1 000m、3 500m、5 000m為間斷值將研究區(qū)分為低山、中山、高山、極高山等4個(gè)級(jí)別（圖1），分別賦予分值1~4分值。以10°、30°、50°為間隔將地形分為平坦、中-緩坡、陡坡、極陡坡4個(gè)級(jí)別（圖2）并分別賦予分值。地勢(shì)起伏度以200m、500m、1000m為間隔將其分為微-低起伏、低起伏、中起伏、高起伏4個(gè)級(jí)別（圖3）并賦予1~4分。具體劃分方案及依據(jù)見(jiàn)表1。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)(因素集)體系分級(jí)量化(評(píng)價(jià)集)及權(quán)重

圖1 高程分級(jí)賦值

圖2 坡度分級(jí)賦值

圖3 地勢(shì)起伏度分級(jí)賦值

3.1.2 基于信息熵的地層巖性量化及分級(jí)

回顧已有文獻(xiàn)及規(guī)范，不難發(fā)現(xiàn)地層巖性復(fù)雜程度是最難量化描述的指標(biāo)之一。已有研究對(duì)地層巖性復(fù)雜程度多采用“復(fù)雜多變”、“相對(duì)單一”等定性描述，評(píng)價(jià)結(jié)果過(guò)度依賴(lài)于地質(zhì)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)地層巖性復(fù)雜的理解：①一定大小的統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)出現(xiàn)的地層及巖性類(lèi)型數(shù)量眾多；②相同數(shù)量條件下，同類(lèi)地層及巖性分布不連續(xù)，具有離散、間隔分布的特點(diǎn)。

對(duì)統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)地層數(shù)量和分布結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的認(rèn)識(shí)有助于啟發(fā)我們轉(zhuǎn)向其他領(lǐng)域以尋求一種可供參考的地層復(fù)雜程度量化評(píng)價(jià)方法。

事實(shí)上，信息熵在土地利用結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)中的成功運(yùn)用為我們提供了借鑒。土地利用結(jié)構(gòu)指一定區(qū)域內(nèi)各種用地類(lèi)型之間的比例關(guān)系或結(jié)構(gòu)特征，李江、周子英等學(xué)者引入信息熵的概念實(shí)現(xiàn)了對(duì)土地結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的量化評(píng)價(jià)[9~10]。受其啟發(fā)，考慮到土地結(jié)構(gòu)與地層結(jié)構(gòu)具有某種程度上的相似性，在地層巖性復(fù)雜程度量化描述中可引入信息熵的概念。

建立在概率論基礎(chǔ)上的信息熵定義為：

（式1）

式中：P為樣本空間某個(gè)事件出現(xiàn)的概率，為比例系數(shù)。對(duì)一定大小的統(tǒng)計(jì)單元而言，這種概率可用面積比代替，記統(tǒng)計(jì)單元面積為，單元內(nèi)某地層的面積為S，則上式中的P=S/S；系數(shù)由單元內(nèi)離散分布的地層組個(gè)數(shù)()定義，，由于>1時(shí)，式中對(duì)數(shù)項(xiàng)小于0，為方便考慮，在前加一個(gè)負(fù)號(hào)使得值大于0。最終地層信息熵定義為：

以四川1∶50萬(wàn)數(shù)字地質(zhì)圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以巖石地層單位——地層“組”為地層分辨率，可以較好反映巖性的空間變化特征。統(tǒng)計(jì)單元網(wǎng)格大小與地勢(shì)起伏度最佳分析單元大小一致，均為邊長(zhǎng)2160m的方形網(wǎng)格。借助GIS平臺(tái)的空間分析功能實(shí)現(xiàn)地層復(fù)雜程度信息熵的計(jì)算，計(jì)算的值在0~17.725之間。

基于自然間斷點(diǎn)分類(lèi)法，以Z值0.5、2、4為間隔將其分為“簡(jiǎn)單”、“中等”、“復(fù)雜”、“非常復(fù)雜”4個(gè)級(jí)別（圖4），分別賦予分值。

圖4 地層巖性復(fù)雜程度分級(jí)賦值

圖5 細(xì)化后的凍土分布圖

3.1.3凍土

凍土是溫度在0°C 或0°C 以下且含有冰的各種巖土體[11]。凍土中賦存有豐富的地下冰，對(duì)地溫極為敏感，“凍脹”和“融沉”是凍土區(qū)工程建設(shè)常見(jiàn)的兩大危害。四川地域廣闊，高寒地區(qū)廣泛發(fā)育的凍土使得其成為地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)中不能忽視的因素。

凍土數(shù)據(jù)獲取自“中國(guó)西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心”，由施雅風(fēng)和米德編制。原始數(shù)據(jù)中季節(jié)凍土在川西地區(qū)分布極為廣泛，如果以“季節(jié)凍土”大類(lèi)來(lái)考慮分級(jí)和賦值，則很難反映出季節(jié)凍土的地區(qū)的差異性。考慮到季節(jié)凍土“冬凍夏融”是高、低地溫循環(huán)作用的結(jié)果，因此可以利用一年時(shí)間段內(nèi)的地溫變化幅度對(duì)原始季節(jié)凍土數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化?；谶@種認(rèn)識(shí)，以季度為單位，定義年地溫極差為最熱季度（夏季）白晝平均地溫T與最冷季度（冬季）夜晚平均地溫T之差，即T=T-T。某地值越大，在一年內(nèi)的地溫變化幅度越大，經(jīng)歷的低溫越低、高溫越高，季節(jié)性?xún)鐾恋膬鼋Y(jié)和融化都將更加強(qiáng)烈、復(fù)雜。

地溫?cái)?shù)據(jù)選用2015年Modis遙感數(shù)據(jù)，獲取自NASA陸地過(guò)程分布式數(shù)據(jù)檔案中心。按上述原則計(jì)算的值介于5℃~59℃，以30℃為間隔對(duì)季節(jié)凍土進(jìn)行分級(jí)，得到細(xì)化后的凍土分布（圖5）。

高山多年凍土和島狀多年凍土對(duì)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度的影響最大，均賦予4分；≥30℃的季節(jié)凍土主要分布于川西北高寒地區(qū)，凍結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，凍結(jié)深度較大，凍融循環(huán)較強(qiáng)烈，賦予3分；<30℃的季節(jié)凍土主要分布于川西南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，凍結(jié)時(shí)間和凍結(jié)深度相對(duì)較小，賦予2分；瞬時(shí)結(jié)冰與凍土分布于川東及川西部分河谷，凍結(jié)程度小，持續(xù)時(shí)間短，賦予1分。具體劃分方案見(jiàn)表1。

3.1.4斷裂構(gòu)造

斷裂破壞了地殼巖體的完整性，其影響帶內(nèi)巖體力學(xué)性質(zhì)較差，斜坡易變形、失穩(wěn)；區(qū)域活斷裂往往是強(qiáng)烈地震的孕震構(gòu)造。四川境內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育且活動(dòng)性強(qiáng)，發(fā)育著名的“Y”字形斷裂體系、金沙江斷裂等。

基于1∶50萬(wàn)斷裂構(gòu)造圖，采用斷裂線密度、距斷裂距離兩個(gè)指標(biāo)反映斷裂的影響。斷裂線密度在0~0.285km/km2之間，基于自然間斷點(diǎn)分類(lèi)法，以0.03、0.07、0.12作為間斷值，劃分為4個(gè)級(jí)別。距斷裂距離采用300m、800m、5000m作為間隔值，劃分為4個(gè)級(jí)別；并按距離斷裂越近、地質(zhì)環(huán)境越復(fù)雜的原則，分別賦予分值。具體方案見(jiàn)表1。

3.1.5區(qū)域穩(wěn)定性

區(qū)域穩(wěn)定性是以?xún)?nèi)動(dòng)力為主導(dǎo)、內(nèi)外動(dòng)力共同作用下地殼及其表層的相對(duì)穩(wěn)定程度。地震活動(dòng)是影響區(qū)域穩(wěn)定性的重要因素之一，可用地震烈度、地震動(dòng)峰值加速度等加以描述。這里采用《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》中的地震動(dòng)峰值加速度作為區(qū)域穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

對(duì)地震動(dòng)峰值加速度A的分級(jí)方案為：

①A=0.05g：分值1分；對(duì)應(yīng)地震烈度＜=Ⅵ度；

②A=0.1g：分值 2分；對(duì)應(yīng)地震烈度Ⅶ度；

③A=0.15g：分值3分；對(duì)應(yīng)地震烈度Ⅶ度；

④A≥0.2g：分值4分；對(duì)應(yīng)地震烈度≥Ⅷ度。

3.1.6氣象指標(biāo)

降雨作為一種重要的氣象指標(biāo)，也是極為常見(jiàn)的誘災(zāi)因子。選取多年年均降雨量及24小時(shí)雨量作為氣象指標(biāo)；數(shù)據(jù)依據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》加工而成。

多年年均降雨量總體上反映了降雨的長(zhǎng)期特征，其值在600~1200mm之間，以700mm、850mm、1000mm為間隔值將其分為4個(gè)級(jí)別，依次賦予1~4分值。具體劃分方案見(jiàn)表1。

24小時(shí)雨量反映了短時(shí)最大降雨特征，強(qiáng)降雨是重要的地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素。參考相關(guān)研究[11]，以25mm、50mm、100mm為間斷將其劃分為小雨及中雨、大雨、暴雨、大暴雨4個(gè)級(jí)別，依次賦予1~4的分值。具體方案見(jiàn)表1。

3.2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

基于GIS的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)，其基本原理是將影響因子的分級(jí)量化指標(biāo)用一張張專(zhuān)題圖層表示，基于GIS平臺(tái)進(jìn)行加權(quán)疊加計(jì)算得到地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度指數(shù)。因此確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重極為關(guān)鍵。選用層次分析法（AHP）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。AHP法通過(guò)構(gòu)建指標(biāo)兩兩比較的層次判別矩陣，以矩陣最大特征根對(duì)應(yīng)的向量元素作為權(quán)重，具有目標(biāo)明確、簡(jiǎn)潔實(shí)用、集定性分析與定量評(píng)價(jià)于一體的優(yōu)點(diǎn)，已得到大量的成功運(yùn)用。

利用AHP法計(jì)算的指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)表1。

3.3 地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度分級(jí)

對(duì)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)疊加計(jì)算，利用自然間斷點(diǎn)分類(lèi)法將復(fù)雜程度分為“簡(jiǎn)單”、“中等”、“復(fù)雜”、“非常復(fù)雜”4個(gè)級(jí)別（圖6）?？傮w而言，境內(nèi)地質(zhì)環(huán)境具有東部相對(duì)簡(jiǎn)單、西部相對(duì)復(fù)雜的宏觀特點(diǎn)。

圖6 四川地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度分區(qū)

川東地區(qū)以丘陵地貌為主；第四系、侏羅系等地層出露廣泛且分布穩(wěn)定；處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)，地殼穩(wěn)定，無(wú)區(qū)域性深大斷裂；僅川東北及川東南局部地區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜。

廣元、成都、雅安、樂(lè)山一線以西的川西地區(qū)地質(zhì)環(huán)境總體比較復(fù)雜。處于“非常復(fù)雜”級(jí)別的地區(qū)主要受區(qū)域斷裂控制，如中東部龍門(mén)山斷裂、西北鮮水河斷裂、南部安寧河斷裂以及西部金沙江斷裂區(qū)域；這些斷裂發(fā)育地區(qū)同時(shí)具有山高谷深、岸坡陡峻、巖性巖相復(fù)雜多變的綜合特點(diǎn)。

西部地質(zhì)環(huán)境簡(jiǎn)單-中等地區(qū)主要位于川西北、甘孜州南部等區(qū)；這些地區(qū)海拔普遍較高，以高平原、低起伏山地為主；出露地層分布比較連續(xù)；遠(yuǎn)離區(qū)域性活動(dòng)斷裂，地震風(fēng)險(xiǎn)?。唤涤晗∩?；普遍發(fā)育季節(jié)凍土，部分地區(qū)發(fā)育多年凍土。

局部來(lái)看，在“復(fù)雜”、“非常復(fù)雜”的包圍圈中零散分布著一些地質(zhì)環(huán)境“簡(jiǎn)單-中等”的河谷平原、山間盆地，往往是山區(qū)城鎮(zhèn)、聚居點(diǎn)所在地。但復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境包圍下的這些地區(qū)并不全是“安全島”。

2017年6月24日清晨，受降雨誘發(fā)，阿壩州茂縣新磨村突發(fā)特大型山體滑坡，造成下方村莊被埋的慘痛災(zāi)害事件?；聟^(qū)地處復(fù)雜-非常復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境（圖7、圖8），地形高陡突兀，斷層從滑源區(qū)直接切過(guò)、巖體破碎；下方河谷聚集區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度中等?；乜词鹿是暗挠跋瘢夯聟^(qū)山體長(zhǎng)大裂縫清晰可見(jiàn)，河谷聚集區(qū)位于崩塌堆積體前緣，坡腳遍布滾落的巨石，這表明后山斜坡歷來(lái)存在地質(zhì)災(zāi)害隱患。這類(lèi)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜區(qū)值得引起重視！

圖7 茂縣6·24滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度

可見(jiàn)，大區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)不僅對(duì)長(zhǎng)距離線狀工程（如交通、輸電線路）規(guī)劃選線具有指導(dǎo)作用，對(duì)山區(qū)城鎮(zhèn)規(guī)劃選址亦有一定指導(dǎo)價(jià)值。

圖8 茂縣新磨村山體滑坡影像

4 結(jié)論

宏觀分析區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度能有效指導(dǎo)長(zhǎng)距離線狀工程規(guī)劃選線、指導(dǎo)城鎮(zhèn)規(guī)劃選址。然而實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：目前針對(duì)小區(qū)域工程場(chǎng)地、線狀工程走廊帶制定的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)方案及方法不能很好的適用于大區(qū)域，本文的研究工作正是在這一背景下開(kāi)展的。

1）現(xiàn)有方案及方法在運(yùn)用于大區(qū)域評(píng)價(jià)時(shí)主要存在指標(biāo)難以獲取、結(jié)果粗略空泛、誤差較大等問(wèn)題；

2）在系統(tǒng)分析相關(guān)規(guī)范（文獻(xiàn)）的基礎(chǔ)上，提出了區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度評(píng)價(jià)的指導(dǎo)性原則：即指標(biāo)選取應(yīng)具有針對(duì)性和可行性、評(píng)價(jià)方法應(yīng)堅(jiān)持定性與定量并重、積極運(yùn)用GIS技術(shù)；

3）通過(guò)引入信息熵理論，對(duì)地學(xué)研究中長(zhǎng)期存在的地層巖性復(fù)雜程度難以量化描述的問(wèn)題，初步實(shí)現(xiàn)了量化評(píng)價(jià)；基于GIS技術(shù)，利用1∶50萬(wàn)地質(zhì)圖制作形成四川地層復(fù)雜指數(shù)分區(qū)圖。

4）選取地形地貌、地層巖性、斷裂構(gòu)造等6類(lèi)10項(xiàng)指標(biāo)，利用AHP法計(jì)算權(quán)重，對(duì)四川地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，揭示了四川境內(nèi)地質(zhì)環(huán)境的主要特征，為長(zhǎng)距離線狀工程規(guī)劃、山區(qū)城鎮(zhèn)選址、地質(zhì)調(diào)查提供了參考。相關(guān)研究成果[12]已在四川電網(wǎng)規(guī)劃中得到成功運(yùn)用。

[1] 閆滿(mǎn)存，李華梅．區(qū)域地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究的現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]．地球科學(xué)進(jìn)展，1994，14(04)：58-63．

[2] 劉傳正，張明霞，劉艷輝．區(qū)域地質(zhì)環(huán)境可持續(xù)利用評(píng)價(jià)體系初步研究[J]．地學(xué)前緣，2006，13(01)：242-245．

[3] 闕金聲，陳劍平．地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度可拓評(píng)判法[J]．煤田地質(zhì)與勘探，2007，35(04)：58-61．

[4] 張舒堯．輸變電工程地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[D]．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2016．

[5] 涂漢明，劉振東．中國(guó)地勢(shì)起伏度研究[J]．測(cè)繪學(xué)報(bào)，1991，23(04)：311-319．

[6] 王玲，同小娟．基于變點(diǎn)分析的地形起伏度研究[J]．地理與地理信息科學(xué)，2007，23(06)：65-67．

[7] 高海拔高寒凍土的工程特性研究[R]．地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2011

[8] 詹道江，葉守澤．工程水文學(xué)[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2000．

[9] 李江，郭慶勝．基于信息熵的城市用地結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變分析[J]．長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2002，11(05)：393-397．

[10] 周子英，段建南，梁春鳳．長(zhǎng)沙市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵時(shí)空變化研究[J]．經(jīng)濟(jì)地理，2012，32(04)：124-129．

[11] 程國(guó)棟．中國(guó)冰川學(xué)和凍土學(xué)研究40年進(jìn)展和展望[J]．冰川凍土，1998，20(03)：21-34．

[12] 李源亮.川西地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性及工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量對(duì)輸變電工程規(guī)劃影響研究[D]．成都理工大學(xué)，2018．

Evaluation of Regional Geological Environment Complexity

LI Yuan-liang1REN Guang-ming2FAN Rong-quan3WANG Meng4LI Hui-min2LI Chang2

(1-Guangxi Transportation Design Group Co. , Ltd., Nanning 530011; 2-State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 3- Sichuan Power Electric Corporation, State Grid, Chengdu 610041; 4-Remote Sensing Center, Sichuan Institute of Geological Survey, Chengdu 610081)

Macro analysis of regional geological environment complexity can effectively guide the planning and location of long-distance linear projects and urban planning. In the past, the evaluation of geological environment complexity was mainly aimed at small areas, and its evaluation scheme was restricted when applied to large areas. In view of this, this paper puts forward guiding principles of evaluation of regional geological environment complexity, using information entropy evaluating the complexity of stratigraphic lithology. Selecting 10 indicators from topography, stratigraphic lithology and frozen soil, faults, regional stability, meteorology and using the Analytic Hierarchy Process (AHP) for calculating index weights, geological environment complexity is analyzed based on the GIS platform. This research method is of value to the evaluation of regional geological environment. The results provide a basis for long distance linear engineering planning in Sichuan.

geological environment; complexity; information entropy of stratigraphic lithology; Sichuan geology; AHP

2019-01-20

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目資助（SGSCJY00JHJS201600026）

李源亮（1992-），男，貴州晴隆人，助理工程師，碩士，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、巖土工程等方面的工作

P642.4

A

1006-0995（2020）01-0086-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.01.018