遙感技術在浦建龍梅鐵路地質選線中的應用

田利川

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300142)

廣義遙感技術指從遠距離感知目標反射或自身輻射的電磁波、可見光、 衛星云圖、紅外線，對目標進行探測和識別的技術[1]。本文中遙感技術是指利用人們所掌握的地學知識，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有關的地貌、地層巖性、地質構造、不良地質、水文地質等地質現象的過程[2]。傳統的鐵路選線設計中，單純依靠選線人員所收集區域地質資料和鐵路技術指標，在地形圖上進行紙上定線，選出幾個可能的線路方案，然后對線路所經過區域地質情況、環保要求，以及重大工程進行比對、實地踏勘，經反復比較，定性給出一個較為經濟、合理的線路方案[3]。顯然，傳統選線方法在很大程度上受選線人員經驗、技術水平影響，不能科學的、全面的定量比對各方案的優略，尤其在地質條件復雜的山區，傳統選線方法受地形、交通等條件限制，難以準確、全面地反映區域工程地質概況，在選線過程中缺點更加明顯。而通過遙感影像分析解釋，結合少量野外靶區地質調查，就能全面、快速、有效地完成區域工程地質選線工作。

1　研究區概況

浦建龍梅鐵路浦寧段位于閩北、閩西山區，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、低山丘陵區、丘陵和山間盆地區四種類型，地表植被發育[4]。研究區地層除早第三系、志留系、早泥盆系缺失外，從新生界至元古界均有出露，以火成巖及淺變質巖為主。區域構造屬于歐亞板塊的東南部，大地構造屬華南褶皺系的武夷島海褶帶，福建一級構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]。沿線區域經歷了多期、多階段的構造運動，斷裂構造較為發育，主要構造行跡為北東、北北東向，與鐵路走向基本一致，斷裂構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、閩西山區地貌類型多樣，植被茂密，滑坡、泥石流等地質災害多發，區域斷裂構造發育，是影響鐵路工程地質選線的主要因素，本次遙感地質解譯以不良地質解譯和地質構造解譯為主。根據研究區的地物條件，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全色數據和11.7 m分辨率AVNIR彩色數據的融和，獲得了覆蓋全區的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　地質災害解譯

研究區影像范圍內的災害主要為三大類：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。

淺層碎屑流是風化殼土體滑動崩解破壞。在研究區潮濕高溫的環境下，山體表層普遍發育厚層棕紅色軟弱風化殼。在強降雨條件下，降水通過松散的表層風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，在風化殼底部易形成軟弱滑動帶，同時風化殼層吸水荷重增加，二者共同作用下上層風化殼沿層面發生破壞，在運動過程中滑體解體崩落，形成淺層碎屑流。后期降水進一步沖蝕，形成現今裸露的滑體表面，在遙感影像上表現為明顯的高亮圖斑。淺層碎屑流是研究區分布最廣、數量最多的地質災害體。研究區共解譯出該類災害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該區域泥石流的形成條件特征確定：①流域內有松散的堆積物(包括裸露的巖土體、群發的淺層碎屑流等)；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，規劃鐵路通過的兩處泥石流物源區，其中驗證點R041所在的泥石流區域面積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，由高低兩塊匯水區域組成，高位匯水區植被覆蓋茂密，內部支溝特征明顯，水流落差大；低位匯水區相對平緩，但地表松散物影像特征明顯，溝口緊湊。根據其坡降比，頂趾高差及流域內松散堆積物堆積分布，推測該處為一大型泥石流溝。現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。研究區共解譯出88處泥石流物源區，90處泥石流溝口(其中有2處物源區各有2個溝口)。北部中生代火成巖地區分布較集中，流域范圍小，危險性低。中部、南部地區相對較少，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，上部的巖體及風化殼已經滑動或失穩的斜坡。研究區巖體成層性差，巖性以較堅硬的花崗巖、淺變質巖為主，沒有發育順層滑坡的構造條件，因此該類災害在區域分布有限，僅解譯出21處，其中高威脅大方量滑坡的發育主要受控于斷裂的展布。研究區內最大一處深層基巖滑坡，位于五夫鎮古亭水庫北側山坡，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南園組火山巖與古生代中下統大金山組變質巖的接觸帶，區域斷裂沿接觸帶通過，表現為高陡的斷層壁，也是該滑坡的后壁。目前滑體穩定，但在強降雨、地震和水庫水位提高情況有復活可能，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場對比

4　斷裂解譯

研究區經歷了多期、多階段的構造運動。根據研究區斷裂帶的特點初步分析，將其劃分為主斷裂、次斷裂和節理斷裂三個級別。

主斷裂規模較大，延伸可達數百千米，寬幾至幾十千米，切割較深，至少切穿結晶基底，對沉積、巖漿、成礦等有明顯控制作用，具長期活動特征，常為區域次級構造單元邊界。這一級別的斷裂區內有崇安—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，斷裂兩側往往具有地貌和巖性的突變性，常切割大片突出巖體時構成負地形，具粗糙感。已有的地質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　區域地質構造解譯圖

崇安—石城斷裂帶橫貫研究區南部，在解譯圖上由多條NE向為主的斷裂構成，根據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，經和平鎮、龍湖鎮，南至泰寧羊店鄉一帶，直線距離約100 km，總體走向35°～40°。北段斷裂是區域構造重要的控制線，斷裂兩側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分布，是SE側的侵入巖與NW側的火山-沉積巖的主要分界線。龍湖-茅店解譯特征為結構單一，連續完整，控制著SE側晚白堊砂礫巖與NW側元古—中生代變質侵入巖的地貌單位。

中段斷裂由兩段組成“一縱一斜”，涉及范圍北起黃坊，經小溪口 至均口一帶， “一縱”總體走向約20°，基本與規劃線路走向一致，“一斜”與規劃線路斜交，走向40-45°。其中北段的“一縱”部分(黃坊—均口)解譯特征為NE向寬谷、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?，控制著北東向安遠—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北—橫鎖鎮南。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，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。節理斷裂是具有巖體節理特征的平直構造線，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，主要是局部擠壓應力場作用的結果，該類斷裂破碎帶較窄。次斷裂和節理斷裂在全區均有分布，其規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　鐵路地質選線

根據遙感圖像對不良地質及構造的解釋結果，結合少量現場地質調查，準確確定了對線路選線影響較大的不良地質及斷裂構造位置及影響范圍。流域遠程泥石流溝與深層基巖滑坡單體危害性較大，鐵路應盡量繞避，如無法繞避需選擇在最有利區域以簡單工程穿越。淺層碎屑流災害空間分布上多發，該類災害體可治可防，單體威脅不大，但在淺層碎屑流易發區修建鐵路，開挖邊坡易引發滑坡，運營期在極端氣候和地震條件下存在地質災害安全隱患。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，應盡量繞避該類災害集中發育區(如泰寧小滑坡群)。主斷裂及其影響范圍、次斷裂、節理斷裂構造發育區構造裂隙、節理裂隙發育，巖土體被切割得支離破碎，工程性質較差，線路應盡量避開該類區域，如無法避讓，應以路基等簡單工程形式大角度穿越斷裂。

6　結束語

遙感技術在復雜山區鐵路地質選線中具有以下無可比擬的優勢：①有利于大面積地質調查，可以提高工程地質勘察質量，加快勘察效率，改善勞動條件，對線路通過地區工程地質條件作出宏觀評價。②地質條件復雜的山區，地質信息豐富，在影像上一目了然，有利于綜合分析。③地形陡峻、交通困難、地面調查難以進行的地區，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.遙感技術導論[M].北京：科學出版社，2004

[2]TB10041—2003鐵路工程地質遙感技術規程[S]

[3]寧銳.基于RS和GIS的鐵路選線設計及綜合評價模型初探[J].鐵道勘察，2006(6)

[4]福建省地質調查研究院. 邵武幅1∶25萬區域地質調查報告(修測)[R].福州：福建省地質調查研究院，2004

[5]福建省地質礦產局.福建省區域地質志[M].北京：地質出版社，1985

[6]鐵道第三勘察設計院集團有限公司.浦建龍梅鐵路工程地質報告[R].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2010