基于GF-1遙感和GIS數據翠亨新區地質災害特征及成因分析

張宇佳, 周萬蓬*, 張振森, 李永豐, 李銘鯤

(1.東華理工大學 核資源與環境國家重點實驗室,江西 南昌 330013;2.東華理工大學 江西省數字國土重點實驗室,江西 南昌 330013;3.廣東省地質局第十地質大隊,廣東 中山 528427)

0 引 言

隨著遙感技術的快速發展，遙感的應用領域、技術手段不斷擴大和日趨成熟[1]，在地質災害調查工作中獲得了廣泛應用[2-3]。目前遙感技術和地理信息系統技術廣泛應用于地質災害體的解譯提取[4-5]、影響因素分析、危險性評價[6-7]、災害動態監測與防治[8]，以及后期災害數據庫的建設[9]等工作。對比傳統的地質災害調查，遙感技術能夠更有效地獲取地表信息，與地理信息系統結合使用，可大大提高地質災害調查的效率[10]。

遙感技術在城市地質調查工作中可廣泛應用于城市工程建設條件、城市地下空間探測(地下水)等相關調查[11]。中山市翠亨新區地理位置優越，經濟發展迅猛，但區內地質災害發生頻繁，嚴重制約著城市基礎設施建設。前人依據傳統的野外地質災害調查(路線調查)對中山市主要地質災害進行了統計，對地質災害的分布特征、規律進行了初步的統計分析，提出了簡略的防治建議[12]。在全國進行大比例尺城市地質調查的背景下，傳統的地質災害調查方式不適宜大比例尺的城市地質調查，而遙感影像數據，特別是高分辨率遙感影像數據可以快速實現對地質環境和地質災害信息的調查[12]。本次研究將遙感技術應用于中山市翠亨新區1∶10 000城市地質調查中，采用高分辨率遙感技術，精細解譯地質背景及地質災害特征，分析災害體與地質因子之間的成因關系。

高分一號遙感數據廣泛應用于災害地質調查，尤其在地質災害信息提取與發育特征研究方面的應用[13-14]。通過高分遙感影像和DEM(digital elevation model)數據解譯，可直觀地顯示地質災害的分布狀況[15]。基于對研究區地形地貌等特征的綜合考慮，本次研究選取高分一號衛星影像作為目視解譯的主要影像，通過影像預處理，結合搜集到的其他地質資料及Google Earth影像對中山市翠亨新區進行地質災害信息解譯和提取工作，并分析已發生地質災害點與斷層、巖性、地層等地質背景因子之間的關系，及時更新中山市翠亨新區的地質災害信息，以期為當地政府城市建設決策提供基礎地質背景資料。

1 研究區概況與數據來源

翠亨新區位于中山市東部，其所處的大地構造單元為華南褶皺系粵中坳陷西南緣，區內斷裂較為發育，主體受北東向構造控制，出露的地質體主要為白堊世、侏羅世、奧陶世的深成侵入巖(細粒-中粗粒似斑狀黑云母二長花崗巖)及第四系沉積物。研究區的地形地貌以丘陵和平原為主，地勢總體西高東低，屬珠江口三角洲平原區，可分為南朗鎮與馬鞍島兩部分，地貌類型簡單。

本次遙感數據選用分辨率為2 m的高分一號影像數據、資源一號(ZY-1 02C)衛星數據、Google影像數據及數字高程模型(gigital eldvation model，DEM)數據，利用ENVI5.1對高分一號數據與ZY-1 02C衛星數據進行數據預處理，用于1∶10 000地質災害解譯底圖，Google影像數據用于該區基礎地質信息及地質災害點解譯成圖，DEM數據用于獲取該區地災點的坡度、坡向等信息。同時結合前人中小比例尺的地質資料、野外踏勘及路線調查，對地質災害解譯結果進行對比驗證。

2 地質災害遙感解譯與分析

2.1 解譯標志的建立

對地質災害的解譯主要包括對地質災害體解譯以及對災害體發生的地質背景解譯。研究區內的地質災害體包括滑坡、崩塌、不穩定斜坡，其遙感圖像目視解譯標志如表1所示。地質背景主要包括地質構造、地層巖性、地形地貌，在遙感影像上，不同的地質背景因子存在不同的解譯標志。通過高分遙感影像與多光譜影像的波段融合，加強了斷裂構造在影像圖上的的線性特征、色調標志、影紋特征、地形地貌特征、水文土壤特征，增強了目視解譯的準確度。地層巖性和地貌類型解譯由于植被覆蓋嚴重，主要依據前人地質資料及路線調查確定。

表1 翠亨新區地質災害典型遙感解譯標志Table 1 Typical Remote Sensing Interpretation Signs of Geological Hazards in Cuiheng area

2.2 解譯結果分析

綜合運用各類解譯標志，通過遙感圖像目視解譯法和野外驗證，對翠亨新區的地質背景和地質災害體進行了詳細解譯，地質背景解譯包括斷層、地形地貌和地層巖性。

通過遙感解譯與野外調查、驗證，識別出區內4條大斷裂(圖1)，從北到南、從西向東依次為沙溪-中山港斷裂、五桂山北斷裂、五桂山南斷裂以及白坭-沙灣斷裂。五桂山南斷裂可見十分典型的斷裂影像標志，走向大致57°，在地貌上可見斷層三角面發育，斷面較平直，山谷山脊線性影像清晰，野外驗證其破碎帶寬30～50 m，斷層角礫巖、硅化碎裂花崗巖、壓碎硅質巖等構造巖十分發育，帶內及其旁側發育著密集石英細脈群，且巖石經受強烈擠壓破碎。白坭-沙灣斷裂為新發現的斷裂，為正斷層性質。在研究區西側近五桂山山區，依據影像線性特征及水系、地貌錯動等間接標志，解譯出24條中小型斷裂。

通過遙感地貌范圍圈定及野外驗證，研究區內解譯出6類地貌類型(圖1)，在五桂山地區以花崗巖剝蝕低山丘陵地貌為主，影像上表面較粗糙，呈團塊狀，為丘陵正地形；交切關系明顯，山脊線清晰，地表侵蝕切割程度明顯，樹枝狀水系發育，建有多座水庫，由于植被發育，多呈綠色色調；沖洪積平原地貌、河海堆積平原地貌和人工填土分別分布在南朗和攬邊、馬鞍島以及河海交匯邊緣地區，改造較強，影像上地勢平坦，水系交匯，城鎮密集；結晶巖剝蝕殘丘地貌零星分布在馬鞍島附近；山麓斜坡和谷地堆積地貌主要分布在五桂山山前谷地。由于區內植被覆蓋嚴重，導致影像光譜信息反映的都是植被的光譜信息，對研究區內的8類巖性信息主要是根據區域地質調查報告確定，因此本研究中不再贅述。

圖1 翠亨新區遙感影像數據及地形地貌、災害點及斷裂疊合圖Fig.1 Remote sensing image and overlay map of landform types, disaster points and faults in Cuiheng new area

經野外驗證，翠亨新區共解譯出較大的地質災害點61處，其中崩塌6處，滑坡31處，泥石流1處，不穩定斜坡23處。面積在1 762.8～143 552.1 m2，規模以中小型居多，集中分布在五桂山余脈地區。結合地質災害規模劃分標準，對解譯的災害面積數據進行數量與面積分級，結果顯示，翠亨新區主要發育中小型滑坡、不穩定斜坡，大型地質災害點較少；從地質災害數量來看，平面面積104～105 m2的災害體數量最多，占57.38%。

3 地質災害控制因子分析

地質災害是在一定的環境條件下形成，一般受地質條件、自然環境條件以及多種誘發因素制約[16]。近年來研究者利用GIS(geographic information system)的空間分析功能對造成地質災害的多種因素進行量化分析應用較廣[7,13]，本文利用GIS著重分析地形地貌、斷裂構造、地層巖性三個方面對災害體分布的影響，探討地質災害體的發育及分布規律。

3.1 地形地貌與地質災害的關系

研究區地形地貌與地質災害的發育有著強烈的相關性。從災害點分布的空間位置與地貌類型疊加情況分析可知：44處地質災害點分布在花崗巖剝蝕低山丘陵區，占解譯災害點的72%，該區地形呈現西部向東部大幅降低，山坡陡，溝谷短小而急促，大部分山谷呈“V”形。這種地形條件為地質災害的發生提供了致災物源和通道，大部分滑坡和不穩定斜坡發育在翠亨新區中西部剝蝕侵蝕低山丘陵及山前谷地(圖1)。

斜坡體的穩定性決定了地質災害隱患點的穩定性，坡度、坡向、高度等因素的差異間接控制了不穩定斜坡向滑坡和崩塌發展的趨勢[17-18]。將地形量化為坡度、高程、坡向等具體的量化值，分析其與地質災害點的分布頻率與數量，發現地質災害點主要發育在高程范圍為51～150 m、坡度范圍為23°～40°、坡向范圍為102°～167°及300°～360°的地區。統計表明，在坡度為23°～40°的范圍內地質災害分布32處，以不穩定斜坡為主。該地形條件下巖土體穩定性低，植被覆蓋率低。不穩定斜坡多發育較多裂隙、節理，雨水沖刷條件下更易轉化為泥石流。經野外實地考察，高程為150 m左右的中低山地貌，地勢較陡，表層為第四系覆蓋層，以花崗巖類等脆性巖層和軟硬相間的松散巖石風化物為主，滑體結構破碎，易受外力影響，遇水穩定性降低快，故滑坡多易在溝谷處發生。

3.2 地層巖性、構造與地質災害的關系

地質災害的發展與地層巖性密不可分，地層巖性決定著巖土體的力學性質，巖土體的穩定性在一定程度上制約著地質災害的發展和分布。通過對地質災害點與巖石地層分布空間疊加分析，結果顯示大部分的滑坡和不穩定斜坡都位于相對堅硬的巖層范圍內，如不同地層年代的二長花崗巖巖體、花崗斑巖巖體，結合該區域內山麓地貌，較堅硬巖石破碎、節理發育易形成不穩定斜坡，外力擾動形成崩塌的可能性大大增加。

研究區地質構造以斷裂為主。斷裂控制著巖體結構構造的發育程度，間接地控制地質災害的發展和分布[19]，斷裂錯動形成的固體碎裂物為地質災害的發生提供了部分物源，促進了地質災害的發生。本文通過建立斷層的多級緩沖區來探討斷層與地質災害分布之間的空間關系。結果顯示，大斷裂與地質災害關系不明顯，而在次生小斷裂600 m的影響范圍內發育了近41處地質災害，占總數的67.2%。這可能由于研究區大斷裂硅化蝕變強烈，使大斷裂附近巖石具備更強的力學性質，再加上大斷裂影響范圍大，斷裂帶內部易于形成相一致的巖土體條件，而次生斷裂附近，構造透鏡體發育、巖石破碎、后期蝕變膠結弱，再著中低山的地貌條件和降雨沖刷的自然因素影響，更易形成滑坡和不穩定斜坡。同時顯示次生斷層破碎帶附近地段地質災害群發育明顯，呈線狀沿斷裂帶附近展布。

3.3 討 論

通過定量、定性分析地質災害體與各影響因素之間的關系，可以看出地質災害與研究區的地形、巖性和地質構造關系密切。在野外路線調查與觀測發現，地質災害點多發生在斷層附近，線性分布特征較為明顯，主要是分布在次級斷裂廣泛發育的花崗巖地區，由于斷層通過的地區多發生斷層錯動，造成巖體破碎程度更高，其形成的碎屑物質為地質災害的發生提供了物質來源，也是地質災害發生的基礎，而花崗巖較強的抗侵蝕能力形成研究區內由西北向東南傾斜的斜坡，為地質災害的發生提供了地形條件。同時斷層發育改變了巖土體的力學性質，巖體由于卸荷作用更易形成不穩定巖體，在適當的外力條件或水文條件下更易發展為崩塌和滑坡等地質災害。綜合分析地形、巖性和地質構造3種控制因素中，本文認為斷層對地質災害的發生影響明顯，其具體機理仍需進一步進行調查與探討。

4 結 論

綜合高分遙感影像數據、基礎地理信息數據及地質數據，解譯了中山市翠亨新區的地質災害，同時綜合分析影響地質災害體發生的地質條件，分析各地質背景因子下地質災害的空間分布特征和成因分析，本次研究得出以下主要結論。

1)利用高分辨率遙感影像可以快速準確地解譯識別中小范圍地區的構造、巖性以及地形地貌，準確地解譯滑坡、崩塌等地質災害，獲取地質災害的類型、位置、形態等基本特征。運用GIS技術可以得到地質災害體分布的高程、坡度、主要巖性等災害特征參數信息，便于預測潛在地質災害的發生。

2)本次翠亨新區城市地質調查中，解譯出較大的地質災害點61處，其中滑坡(包含潛在滑坡)31處，崩塌和潛在崩塌點6處，泥石流1處，不穩定斜坡23處；從平面面積分級統計來看，該區內地質災害以中小型居多，偶見有大型的災害體。

3)從災害體分布與各環境因子之間的關系來看，翠亨新區地質災害點主要分布在50～130 m的低山丘陵區，地勢相對陡峭，表層覆蓋層較厚，在坡度為23°～40°五桂山余脈地區的地質災害數量分布最多，該坡度范圍以山麓斜坡地貌為主，地層巖性以剝侵蝕的二長花崗巖為主，坡體結構破碎松散，易受外力影響形成滑坡等地質災害，同時在次級小斷裂廣泛發育的地區，巖石松動破碎，易形成不穩定斜坡。這將是今后地質災害防治的重點地區。

4)從中山市翠亨新區地質災害與地質背景因素分析來看，地質災害的發生、分布與高程(海拔51～150 m)、地形坡度(23°～40°)、次一級斷裂、地貌類型及地層巖性密切相關，其中次級斷裂對地質災害的發生影響更大。