阿慧娟，李得林，彭紅明，羅銀飛

（1.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局/青海省環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，青海 西寧 810007；2.青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810012）

遙感解譯是地質(zhì)調(diào)查工作的先導(dǎo)，其直觀、宏觀、快速以及地質(zhì)信息量豐富的技術(shù)優(yōu)勢是毋庸質(zhì)疑的。做好前期的遙感解譯工作，可以很好地與地面調(diào)查工作互補，從宏觀尺度幫助地面調(diào)查進行深入的地質(zhì)認識與工作部署，使得實地調(diào)查具有較為充足的地質(zhì)預(yù)見性。經(jīng)過近40a的應(yīng)用研究，遙感技術(shù)隨著傳感器、圖像處理及計算機技術(shù)的提高，在水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域的應(yīng)用取得了長足的發(fā)展[1]。梁樹能等研究利用GF-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)在遙感地質(zhì)調(diào)查中能有效地劃分遙感影像地質(zhì)單元、識別地質(zhì)構(gòu)造空間展布特征[2]。陳玲等研究了國產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)在高海拔地區(qū)地質(zhì)調(diào)查中有很大的應(yīng)用潛力[3]。

西寧市是青藏線上的重要結(jié)點城市之一，近年來隨著城市的快速發(fā)展，環(huán)境地質(zhì)等問題日益突出。通過三期高分辨率遙感影像，對調(diào)查區(qū)進行地質(zhì)調(diào)查，獲取區(qū)內(nèi)相關(guān)基礎(chǔ)地質(zhì)、地形地貌、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等有關(guān)信息，指導(dǎo)西寧市地質(zhì)調(diào)查，有效部署野外調(diào)查研究工作，減少野外工作量，提高調(diào)查效率和成果質(zhì)量。

1 調(diào)查區(qū)概況和數(shù)據(jù)準備

1.1 調(diào)查區(qū)概況

調(diào)查區(qū)西寧市位于青海省東部，面積約500km2，海拔2280m。市區(qū)四面環(huán)山，北川河、南川河、沙塘川河在市區(qū)匯入湟水河，西寧市建城區(qū)呈十字狀展布在三川一水所形成的河谷階地上。地形由湟水河谷地貌和黃土低山丘陵地貌組成，其中河谷地貌占45.6%，低山丘陵地貌占54.4%。

1.2 數(shù)據(jù)源

本次遙感調(diào)查包含遙感和非遙感兩類信息源，根據(jù)實際情況，配置了三個時相高分辨率影像數(shù)據(jù)，分別為美國KH-11“鎖眼”偵察衛(wèi)星數(shù)據(jù)（1977年7月）、WorldView-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)（2010年6月）、國產(chǎn)高分二號（GF-2）衛(wèi)星數(shù)據(jù)（2016年7月），其空間分辨率均小于2m，圖像清晰，可滿足本次地質(zhì)調(diào)查遙感解譯需求。

其中KH-11、WorldView-2數(shù)據(jù)在購買時已做好數(shù)據(jù)預(yù)處理，只對影像進行增強處理。本次對GF-2數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用“DEM+RFM+GCP”的方法分別對GF-2多光譜和全色原始數(shù)據(jù)進行正射糾正。并進行融合處理，最終合成色彩豐富、空間分辨率為1m的真彩色影像，地物判別度顯著提高。

非遙感信息源，主要包含收集到的相關(guān)調(diào)查研究成果和不同形式的常規(guī)調(diào)查資料。

2 遙感專題信息提取及特征分析

針對本區(qū)的實際情況，本次地質(zhì)遙感解譯調(diào)查主要包含以下幾個部分：

（1）地貌遙感解譯主要研究調(diào)查區(qū)內(nèi)河流階地的兩個時段的歷史變化，對人類工程活動引起的大規(guī)模地形地貌改變進行還原分析。

（2）基礎(chǔ)地質(zhì)遙感解譯包含兩部分，一是地層出露條件；二是重點解譯與地質(zhì)安全穩(wěn)定密切相關(guān)的活動斷裂。

（3）水文地質(zhì)遙感解譯：地表水體、泉點及地下水溢出帶等水文地質(zhì)信息，提高對水文地質(zhì)規(guī)律的認識。

（4）工程地質(zhì)遙感解譯：判別巖土體類型。

（5）地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯：區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡等災(zāi)害，主要確定各類地質(zhì)災(zāi)害的分布、威脅對象及危害范圍，研究其區(qū)域規(guī)律。

如圖1所示，本次調(diào)查工作在遙感技術(shù)與多種資料的支持下，室內(nèi)研究與野外調(diào)查驗證相結(jié)合的技術(shù)路線，完成了西寧地質(zhì)遙感調(diào)查研究工作。

2.1 地形地貌遙感解譯

由于內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力綜合作用的結(jié)果，使調(diào)查區(qū)地貌形態(tài)特征復(fù)雜化，根據(jù)區(qū)內(nèi)地貌形態(tài)特征將調(diào)查區(qū)劃分成流水侵蝕地形和流水堆積地形，并由已知微地貌形態(tài)影像特征建立解譯標志，對地形地貌信息進行提取。

調(diào)查區(qū)應(yīng)用兩期數(shù)據(jù)對河流階地進行對比分析解譯，從遙感影像圖2（a）中可以看出，階地分布與河谷兩側(cè)，高于河漫灘，陡坎色調(diào)比階面深，階面平坦連續(xù)，向河心緩傾，縱向上帶狀連續(xù)分布。圖2（b）中階地已被城市擴展所破壞，通過兩期數(shù)據(jù)分析還原了原始地形地貌特征。

圖2 西寧市蘇家河灣地區(qū)Ⅱ級階地影像對比

2.2 基礎(chǔ)地質(zhì)遙感解譯

2.2.1 地質(zhì)景觀遙感特征

從GF-2號數(shù)據(jù)多波段融合影像圖反映的紋形圖案特征和影像色調(diào)看，調(diào)查區(qū)總體呈低山丘陵向河谷平原過度的地質(zhì)景觀。由北向南，地勢逐漸升高，由高海拔盆地向高海拔最低山丘陵擴散，峰-嶺-丘-盆階梯明顯。構(gòu)造線主要沿北西西向和近東西向延伸，與山脈發(fā)育方向一致，并由北東向斷裂將其斷開，使區(qū)內(nèi)影像形成條帶狀、團塊狀圖案。

2.2.2 主要地質(zhì)體遙感解譯標志

經(jīng)過對調(diào)查區(qū)1:1萬GF-2融合圖像的判讀，對這些塊狀、帶狀、團塊狀影像所代表的主要地質(zhì)體進行抽象，提出主要解譯標志。

調(diào)查區(qū)以沉積巖地層為主，侵入巖少量發(fā)育，第四紀黃土分布廣泛，出露地層有下元古界、侏羅系、白堊系、古近系、新近系、侵入巖主要為元古代和加里東期。

2.2.3 地質(zhì)構(gòu)造特征

（1）調(diào)查區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

西寧盆地位于北祁連優(yōu)地槽褶皺帶與南祁連褶皺帶之間的中祁連中間隆起帶的東部[4]。其發(fā)育與發(fā)展因受基底構(gòu)造的制約，及邊界條件的綜合作用的影響，不同的發(fā)展階段，構(gòu)造運動的表現(xiàn)形式亦不盡相同，自第三紀以來，以內(nèi)陸擠壓造山運動和強烈抬升為主要特征的新構(gòu)造運動，使地殼垂直方向抬升，調(diào)查區(qū)內(nèi)斷裂分布較多，南緣拉脊山斷裂帶、北緣大阪山斷裂帶、西緣日月山斷裂帶以及東緣哈拉直溝斷裂帶[5]。在湟水河及其支流發(fā)育有近東西向及北北東向多條第四紀隱伏斷裂，控制了湟水河及其支流河谷的發(fā)育。

（2）活動斷裂線性形跡

遙感影像反映的斷裂構(gòu)造均為地貌響應(yīng)比較顯著的晚新生代期間有所活動的斷裂，所以解譯出的斷裂線性形跡絕大部分應(yīng)為活動斷裂?？刂屏怂捣植己团?嶺展布的線性影像都是活動斷裂在影像上的反映，其中水系、微地貌、植被響應(yīng)明顯，線性形跡清楚，是構(gòu)成不同色調(diào)的紋形區(qū)塊的分界（圖3）。

圖3 北川河?xùn)|岸斷裂遙感影像特征

由解譯結(jié)果可知，全區(qū)主要受北北東、近南北、近東西向斷裂控制，圖像上沿這三組方向發(fā)育的活動斷裂線性形跡有清晰顯示，近南北向斷裂為北川河斷裂，可見西岸斷裂和東岸斷裂，北川河?xùn)|岸斷裂是控制北川河河谷的一條主要斷裂，主體沿北川河?xùn)|岸山體邊緣線附近發(fā)育，沿斷裂帶地貌高差明顯，地形陡峭，其東側(cè)第三系地層及第四系黃土地層廣布。

南川河西岸發(fā)育有南川河斷裂，為一正斷層，走向為北北東向，是控制南川河發(fā)育的主要斷裂，沿山體邊緣展布，斷裂影像紋理較為平直清晰。近東西向發(fā)育的斷裂為湟水河斷裂，影像上不十分明顯，其他斷裂主要為次級斷裂，分布較凌亂，對本區(qū)環(huán)境地質(zhì)影響較小。

2.3 水文地質(zhì)遙感調(diào)查

2.3.1 地表水解譯

調(diào)查區(qū)內(nèi)地表水主要有河流、水庫及坑塘。調(diào)查區(qū)地表水體主要以河流為主，其影像特征明顯，極易辨識。地表水除湟水河及其支流外，一些人工水域如水庫、坑塘在遙感影像上有清楚地顯示。

2.3.2 地下水解譯

綜合調(diào)查區(qū)內(nèi)已有水文地質(zhì)資料，通過遙感解譯對河谷平原區(qū)地下水補給、徑流和排泄條件進行初步分析。調(diào)查區(qū)地下水補給來源有地表水下滲補給、大氣降水入滲補給、側(cè)向補給以及來之上游地下徑流補給等；排泄方式以人工開采方式為主，其次為以地下徑流的形式向下游排泄，在部分基底隆起的河谷地段以泉水形式泄出補給河水。

河谷平原區(qū)松散巖類孔隙潛水是本區(qū)主要的地下水類型。主要分布于河漫灘及Ⅰ、Ⅱ級階地部位，含水層具雙層結(jié)構(gòu)，上部為松散的砂礫卵石層，下部為含泥沙卵石層[6]。含水層兩側(cè)及底部以古近系紅層為隔水邊界，地下水徑流通暢。

碎屑巖類孔隙水含水層為構(gòu)成山前丘陵的新近、古近系的紅色碎屑沉積，該地層夾多層透水性差的泥巖、石膏層巖。由圖像可以推斷一些相對隔水層的分布，沿山前坡麓和基巖殘山地帶分布的該層相對富水，其余地段有相對隔水層的分布。

塊狀巖類裂隙水主要分布于小峽口處，出露面積較小，該類含水層由加里東期中酸性侵入巖構(gòu)成，補給條件差，富水性一般。

2.3.3 控水構(gòu)造及其控水作用

本區(qū)近南北向及北北東向展布的斷裂，主要控制松散巖類孔隙水與碎屑巖類孔隙水的總體布局。

調(diào)查區(qū)內(nèi)湟水河斷裂和南川西岸斷裂切割了第三紀紅色沉積和第四紀黃土堆積，使河谷兩岸形成河川地貌，并使覆蓋在第三紀紅色巖系上面的黃土抬升到遠離侵蝕基準面的位置，加之黃土較強的透水性，使得黃土丘陵區(qū)嚴重缺乏水資源。

2.4 工程地質(zhì)遙感解譯

2.4.1 巖體類型及特征

巖體工程地質(zhì)類型劃分主要依據(jù)為：巖石建造類型、強度分級標準、巖體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造等。西寧市區(qū)基本烈度為Ⅶ度，屬現(xiàn)代地質(zhì)構(gòu)造活動的基本穩(wěn)定區(qū)[7]。

參考前人的資料，在基礎(chǔ)地質(zhì)解譯的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域巖性組合、構(gòu)造發(fā)育程度、風(fēng)化程度、地理地貌特征等的分析研究，調(diào)查區(qū)巖體類型以堅硬塊狀巖漿巖和極軟弱層狀碎屑巖為主。

此次工程地質(zhì)遙感解譯使用的數(shù)據(jù)為做過融合處理的GF-2號真彩色影像。

（1）堅硬塊狀巖漿巖：分布極少，主要為加里東期、燕山期的花崗巖、花崗閃長巖及閃長巖組成，在影像上層狀地質(zhì)體的層理或塊狀地質(zhì)體特征清晰。

（2）極軟弱層狀碎屑巖：分布面積為173.32km2。侏羅系砂泥巖主要露于湟水河兩岸中低山區(qū)，白堊系砂泥巖地層主要分布在小峽一帶。在影像上層狀地質(zhì)體的層理或塊狀地質(zhì)體特征較清晰，未風(fēng)化或微風(fēng)化。

表1 工程地質(zhì)類型面積統(tǒng)計表

2.4.2 土體類型及特征

土體廣泛分布于區(qū)內(nèi)山前沖洪積平原、寬谷平原，主要為洪沖積、風(fēng)積等細粒物質(zhì)，厚度一般在數(shù)十厘米—數(shù)米，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙度大，壓縮性強，承載力低，是一種對工程不利的土體，但其多具雙層結(jié)構(gòu)，往往下伏砂礫石層。砂礫、卵石土分布于河谷地帶和沖洪積扇，沉積物顆粒粗細相間，結(jié)構(gòu)較致密，孔隙度較小。主要以砂礫石土和砂性土為主。

（1）黃土類土（粉土）：廣泛分布于丘陵區(qū)頂部，由黃土和黃土狀土組成。

（2）砂卵礫類土（礫石土）：分布在湟水河及其一級支流Ⅰ、Ⅱ階地與各支溝溝口，由晚全新世沖積、洪積砂卵礫石層組成。

（3）混雜堆積類土(粘性土)：分布于湟水河兩側(cè)低山丘陵邊緣陡坡地帶，以晚更新世與全新世殘積、坡積亞砂土或亞粘土層為主組成。

2.5 地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯

西寧盆地工程地質(zhì)環(huán)境脆弱，內(nèi)動力運動劇烈，河流侵蝕作用強，滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育[8]。查清西寧中心城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型、規(guī)模、分布，對城市規(guī)劃建設(shè)至關(guān)重要。地質(zhì)災(zāi)害解譯圈定了由人類活動引起的地質(zhì)災(zāi)害點及其集中發(fā)育區(qū)，測量了地質(zhì)災(zāi)害體的展布方向和影響面積。

滑坡、古滑坡線性行跡均按影像圖上實際分布形態(tài)、大小或長度予以標注，過長的泥石流溝在圈繪中對其剝蝕區(qū)、流通區(qū)有所省略。經(jīng)過詳細的室內(nèi)研判，野外踏勘、對比分析解譯出崩塌3處，滑坡29處，泥石流8處，不穩(wěn)定斜坡39處。

2.5.1 崩塌、滑坡及其解譯標志

由于滑坡體具有明顯的地貌及相關(guān)特征，如滑動面、滑坡壁、滑坡周界、滑坡臺坎、滑坡裂縫等，所以應(yīng)用遙感圖像解譯滑坡，可以通過影像的紋理、色調(diào)、陰影等解譯標志來判譯滑坡的分布、位置、面積和形態(tài)特征（圖4）。

崩塌、滑坡同屬斜坡變形現(xiàn)象，因此在形成環(huán)境和產(chǎn)生機理方面具相似性，其區(qū)別在于崩塌體組分具分離、傾斜翻轉(zhuǎn)、散堆于坡腳下的現(xiàn)象，而每次崩落物均離開原有的裂面。在遙感圖像上顯示圖斑不規(guī)則、有粗糙感，崩塌面為陡壁，邊界呈淺色調(diào)弧形鋸齒狀細線、陡坎和塊石等標志（圖5）。

2.5.2 不穩(wěn)定斜坡的遙感解譯

不穩(wěn)定斜坡多見較陡山坡，表面粗糙，植被蓋度極低或極不均勻，基巖巖層多順坡向產(chǎn)出，表面發(fā)育橫向微紋理，分布滾石或碎裂巖塊。影像上看，一些不穩(wěn)定斜坡隨剝蝕加劇，或水文地質(zhì)條件變化，較易轉(zhuǎn)化為滑坡或崩塌。本次調(diào)查在西寧地區(qū)共解譯出不穩(wěn)定斜坡39處。

圖4 滑坡遙感影像特征

圖5 崩塌遙感影像特征

2.5.3 泥石流的遙感解譯

形成面狀泥石流的黃土地區(qū)溝壑縱橫，植被已破壞，在影像上比較直觀，其堆積區(qū)易于判讀，間接標志如農(nóng)田等規(guī)則地物被覆蓋、破壞。

潛在的泥石流一般溝口堆積扇不明顯，但補給區(qū)、流通區(qū)特征明顯[9]。

調(diào)查區(qū)的泥石流往往沿第三紀紅色碎屑巖、泥巖和第四紀黃土構(gòu)成的斜坡上，呈平行狀沖溝形式分布，在影像上泥石流的頂部呈弧形，山坡陡峻，色調(diào)深淺不一（圖6）。經(jīng)過室內(nèi)解譯和室外驗證，西寧地區(qū)發(fā)育有泥石流溝8處。

圖6 泥石流遙感影像特征

3 討論與結(jié)論

（1）采用兩期的影像對調(diào)查區(qū)不同地區(qū)的階地對比分析，共解譯出四級階地，均分布在西寧市南川河、北川河和湟水河，對人類工程活動的大規(guī)模改造所破壞的原始階地進行了還原。

（2）本次工作解譯出南川河斷裂、北川河?xùn)|岸和西岸斷裂、湟水河斷裂等4條控制性斷裂。重新厘定了調(diào)查區(qū)內(nèi)地層分布，編繪了區(qū)域地質(zhì)圖，為野外工作提供了借鑒基礎(chǔ)。

（3）高分辨率遙感影像能反映災(zāi)害體的微地貌形態(tài)，可以用于識別地質(zhì)災(zāi)害體的邊界范圍、位置等重要信息。經(jīng)過綜合分析，區(qū)內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型主要為崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡。

綜上分析，利用高分辨率遙感影像提取西寧市范圍內(nèi)宏觀的基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)，以及微觀的工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害等要素及其分布情況，補充了地面調(diào)查的不足，一定程度上指導(dǎo)了地面工作部署，是地質(zhì)調(diào)查、監(jiān)測手段中不可或缺的重要部分。