田利川

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津　300142)

廣義遙感技術(shù)指從遠距離感知目標反射或自身輻射的電磁波、可見光、 衛(wèi)星云圖、紅外線，對目標進行探測和識別的技術(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，通過各種手段和方法，對遙感影像進行分析，達到識別與工程建設(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)象的過程[2]。傳統(tǒng)的鐵路選線設(shè)計中，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，在地形圖上進行紙上定線，選出幾個可能的線路方案，然后對線路所經(jīng)過區(qū)域地質(zhì)情況、環(huán)保要求，以及重大工程進行比對、實地踏勘，經(jīng)反復(fù)比較，定性給出一個較為經(jīng)濟、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、技術(shù)水平影響，不能科學(xué)的、全面的定量比對各方案的優(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，難以準確、全面地反映區(qū)域工程地質(zhì)概況，在選線過程中缺點更加明顯。而通過遙感影像分析解釋，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)造運動，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，同時采用IHS圖像融合方法，通過對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、錯落)；②流域遠程泥石流；③深層基巖滑坡。其中淺層碎屑流分布廣、數(shù)量多，流域遠程泥石流分布有限，深層基巖滑坡相對較少。

淺層碎屑流是風(fēng)化殼土體滑動崩解破壞。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。在強降雨條件下，降水通過松散的表層風(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，土體強度顯著降低，在風(fēng)化殼底部易形成軟弱滑動帶，同時風(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，在運動過程中滑體解體崩落，形成淺層碎屑流。后期降水進一步?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溝口相對流域面積狹窄。

均口北12 km處，規(guī)劃鐵路通過的兩處泥石流物源區(qū)，其中驗證點R041所在的泥石流區(qū)域面積10.9 km2，頂趾高差達1120 m，主溝長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，推測該處為一大型泥石流溝?，F(xiàn)場驗證可見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，危險性低。中部、南部地區(qū)相對較少，但受地貌條件控制，流域面積廣，頂趾高差大，危險性高。

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)滑動或失穩(wěn)的斜坡。研究區(qū)巖體成層性差，巖性以較堅硬的花崗巖、淺變質(zhì)巖為主，沒有發(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)古亭水庫北側(cè)山坡，坡腳直抵水庫，主坡向約60°，滑體長1 100 m，寬330 m，頂趾高差約400 m，厚約20～50 m，體積約500萬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，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，但在強降雨、地震和水庫水位提高情況有復(fù)活可能，同時該滑坡附近有多處沿同一斷裂帶滑坡，其形成機制與該滑坡類似。

圖2　五夫附近斷裂控制基巖大型滑坡體遙感影像與現(xiàn)場對比

4　斷裂解譯

研究區(qū)經(jīng)歷了多期、多階段的構(gòu)造運動。根據(jù)研究區(qū)斷裂帶的特點初步分析，將其劃分為主斷裂、次斷裂和節(jié)理斷裂三個級別。

主斷裂規(guī)模較大，延伸可達數(shù)百千米，寬幾至幾十千米，切割較深，至少切穿結(jié)晶基底，對沉積、巖漿、成礦等有明顯控制作用，具長期活動特征，常為區(qū)域次級構(gòu)造單元邊界。這一級別的斷裂區(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構(gòu)成負地形，具粗糙感。已有的地質(zhì)工作對該類斷裂帶存在的認識具有很高的一致性，本次工作通過高分辨率的遙感影像進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向為主的斷裂構(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?、小盆地和斷層破碎帶的成串展布?！耙恍薄睘槌绨病菙嗔褞У囊徊糠郑刂浦睎|向安遠—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(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，可達基底；對巖漿、沉積等具有一定的控制作用；形成時代較新，主要為中、新生代時期活動的斷裂。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)模和長度雖然不如主斷裂，但其破碎帶同樣也會對施工造成影響，且分布更加隱蔽。

5　鐵路地質(zhì)選線

根據(jù)遙感圖像對不良地質(zhì)及構(gòu)造的解釋結(jié)果，結(jié)合少量現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，準確確定了對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，如無法繞避需選擇在最有利區(qū)域以簡單工程穿越。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，開挖邊坡易引發(fā)滑坡，運營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行治理，這將影響工程造價和施工進度，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)盡量避開該類區(qū)域，如無法避讓，應(yīng)以路基等簡單工程形式大角度穿越斷裂。

6　結(jié)束語

遙感技術(shù)在復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)選線中具有以下無可比擬的優(yōu)勢：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，改善勞動條件，對線路通過地區(qū)工程地質(zhì)條件作出宏觀評價。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)查難以進行的地區(qū)，利用遙感圖像解譯，可不受交通條件制約，同時可大大提高效率[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)計及綜合評價模型初探[J].鐵道勘察，2006(6)

[4]福建省地質(zhì)調(diào)查研究院. 邵武幅1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(修測)[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)計院集團有限公司.浦建龍梅鐵路工程地質(zhì)報告[R].天津：鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，2010