遥感技术在浦建龙梅铁路地质选线中的应用

田利川

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

广义遥感技术指从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、 卫星云图、红外线，对目标进行探测和识别的技术[1]。本文中遥感技术是指利用人们所掌握的地学知识，通过各种手段和方法，对遥感影像进行分析，达到识别与工程建设有关的地貌、地层岩性、地质构造、不良地质、水文地质等地质现象的过程[2]。传统的铁路选线设计中，单纯依靠选线人员所收集区域地质资料和铁路技术指标，在地形图上进行纸上定线，选出几个可能的线路方案，然后对线路所经过区域地质情况、环保要求，以及重大工程进行比对、实地踏勘，经反复比较，定性给出一个较为经济、合理的线路方案[3]。显然，传统选线方法在很大程度上受选线人员经验、技术水平影响，不能科学的、全面的定量比对各方案的优略，尤其在地质条件复杂的山区，传统选线方法受地形、交通等条件限制，难以准确、全面地反映区域工程地质概况，在选线过程中缺点更加明显。而通过遥感影像分析解释，结合少量野外靶区地质调查，就能全面、快速、有效地完成区域工程地质选线工作。

1 研究区概况

浦建龙梅铁路浦宁段位于闽北、闽西山区，由北自南走行于武夷山山脉及杉岭山脉的东坡，峰岭耸峙，丘陵连绵，河谷、盆地穿插其间，地貌大致可分为中低山区、低山丘陵区、丘陵和山间盆地区四种类型，地表植被发育[4]。研究区地层除早第三系、志留系、早泥盆系缺失外，从新生界至元古界均有出露，以火成岩及浅变质岩为主。区域构造属于欧亚板块的东南部，大地构造属华南褶皱系的武夷岛海褶带，福建一级构造单元闽西北隆起带和闽西北隆起带与闽西南拗陷带之间的宁化—南平的侵入断裂带上[5]。沿线区域经历了多期、多阶段的构造运动，断裂构造较为发育，主要构造行迹为北东、北北东向，与铁路走向基本一致，断裂构造对铁路工程选线具有控制性作用[6]。

2 遥感图像选择

浦建龙梅铁路浦宁段所在闽北、闽西山区地貌类型多样，植被茂密，滑坡、泥石流等地质灾害多发，区域断裂构造发育，是影响铁路工程地质选线的主要因素，本次遥感地质解译以不良地质解译和地质构造解译为主。根据研究区的地物条件，选用ALOS 3、2、1波段合成真彩色图像，同时采用IHS图像融合方法，通过对2.7 m分辨率Prism全色数据和11.7 m分辨率AVNIR彩色数据的融和，获得了覆盖全区的2.7 m彩色遥感影像(图1)。

图1 2.7 m分辨率的ALOS彩色融合遥感影像

3 地质灾害解译

研究区影像范围内的灾害主要为三大类：①浅层碎屑流(小型浅层滑坡、错落)；②流域远程泥石流；③深层基岩滑坡。其中浅层碎屑流分布广、数量多，流域远程泥石流分布有限，深层基岩滑坡相对较少。

浅层碎屑流是风化壳土体滑动崩解破坏。在研究区潮湿高温的环境下，山体表层普遍发育厚层棕红色软弱风化壳。在强降雨条件下，降水通过松散的表层风化壳渗透到隔水基岩表面，形成浅层滞水，增加了上部土体孔隙水压力，土体强度显著降低，在风化壳底部易形成软弱滑动带，同时风化壳层吸水荷重增加，二者共同作用下上层风化壳沿层面发生破坏，在运动过程中滑体解体崩落，形成浅层碎屑流。后期降水进一步冲蚀，形成现今裸露的滑体表面，在遥感影像上表现为明显的高亮图斑。浅层碎屑流是研究区分布最广、数量最多的地质灾害体。研究区共解译出该类灾害561处，在均口—溪口，泰宁—朱口段分布最集中。

流域远程泥石流的遥感解译特征是根据该区域泥石流的形成条件特征确定：①流域内有松散的堆积物(包括裸露的岩土体、群发的浅层碎屑流等)；②流域坡降显著，沟谷顶趾高差大；③沟口相对流域面积狭窄。

均口北12 km处，规划铁路通过的两处泥石流物源区，其中验证点R041所在的泥石流区域面积10.9 km2，顶趾高差达1120 m，主沟长7 km。该泥石流流域具有较特殊的葫芦形特征，由高低两块汇水区域组成，高位汇水区植被覆盖茂密，内部支沟特征明显，水流落差大；低位汇水区相对平缓，但地表松散物影像特征明显，沟口紧凑。根据其坡降比，顶趾高差及流域内松散堆积物堆积分布，推测该处为一大型泥石流沟。现场验证可见沟口洪积的次磨圆的泥石流漂砾，砾径一般1.0～2.0 m，为分选性极差的泥石流堆积物。研究区共解译出88处泥石流物源区，90处泥石流沟口(其中有2处物源区各有2个沟口)。北部中生代火成岩地区分布较集中，流域范围小，危险性低。中部、南部地区相对较少，但受地貌条件控制，流域面积广，顶趾高差大，危险性高。

深层基岩滑坡指滑带位于基岩内，上部的岩体及风化壳已经滑动或失稳的斜坡。研究区岩体成层性差，岩性以较坚硬的花岗岩、浅变质岩为主，没有发育顺层滑坡的构造条件，因此该类灾害在区域分布有限，仅解译出21处，其中高威胁大方量滑坡的发育主要受控于断裂的展布。研究区内最大一处深层基岩滑坡，位于五夫镇古亭水库北侧山坡，坡脚直抵水库，主坡向约60°，滑体长1 100 m，宽330 m，顶趾高差约400 m，厚约20～50 m，体积约500万m3，滑体坡度约30°(图2)。所处地带为侏罗系上统南园组火山岩与古生代中下统大金山组变质岩的接触带，区域断裂沿接触带通过，表现为高陡的断层壁，也是该滑坡的后壁。目前滑体稳定，但在强降雨、地震和水库水位提高情况有复活可能，同时该滑坡附近有多处沿同一断裂带滑坡，其形成机制与该滑坡类似。

图2 五夫附近断裂控制基岩大型滑坡体遥感影像与现场对比

4 断裂解译

研究区经历了多期、多阶段的构造运动。根据研究区断裂带的特点初步分析，将其划分为主断裂、次断裂和节理断裂三个级别。

主断裂规模较大，延伸可达数百千米，宽几至几十千米，切割较深，至少切穿结晶基底，对沉积、岩浆、成矿等有明显控制作用，具长期活动特征，常为区域次级构造单元边界。这一级别的断裂区内有崇安—石城和浦城—尤溪断裂带等。该类断裂的遥感影像线性纹理特征明显，断裂两侧往往具有地貌和岩性的突变性，常切割大片突出岩体时构成负地形，具粗糙感。已有的地质工作对该类断裂带存在的认识具有很高的一致性，本次工作通过高分辨率的遥感影像进一步精确定位其展布和各分支的连接。本文以崇安—石城断裂为例说明该类断裂带遥感解译特征。

图3 区域地质构造解译图

崇安—石城断裂带横贯研究区南部，在解译图上由多条NE向为主的断裂构成，根据断裂切割特征将该断裂分为北段、中段、南段分别加以论述(图3)。北段断裂北起邵武以北桥下镇，经和平镇、龙湖镇，南至泰宁羊店乡一带，直线距离约100 km，总体走向35°～40°。北段断裂是区域构造重要的控制线，断裂两侧地貌单位和地层岩性陡变，线性特征明显，邵武-龙湖解译特征为宽阔的断层沟谷、断层破碎带和断层挤压隆起带的断续分布，是SE侧的侵入岩与NW侧的火山-沉积岩的主要分界线。龙湖-茅店解译特征为结构单一，连续完整，控制着SE侧晚白垩砂砾岩与NW侧元古—中生代变质侵入岩的地貌单位。

中段断裂由两段组成“一纵一斜”，涉及范围北起黄坊，经小溪口 至均口一带， “一纵”总体走向约20°，基本与规划线路走向一致，“一斜”与规划线路斜交，走向40-45°。其中北段的“一纵”部分(黄坊—均口)解译特征为NE向宽谷、小盆地和断层破碎带的成串展布。“一斜”为崇安—石城断裂带的一部分，控制着北东向安远—均口的断陷宽谷和水系，是一条深大断裂， 解译的遥感与地貌特征明显。

南段断裂由三部分组成，总体走向NE-NNE，三者近平行。涉及线路范围为中沙镇北—横锁镇南。遥感特征清晰明显，北部的两条NE向近平行断裂的断层破碎带图斑平直连续，后期人类工程活动(道路)等更加深了线性特征。北段为中沙—庙前断裂，中段位于宁化—湖村一线。最南部一条表现为NNW走向的隆起山脊和切割山体的断层谷，由若干近平行的分支组成。

次断裂则一般只切割盖层，或者更深些，可达基底；对岩浆、沉积等具有一定的控制作用；形成时代较新，主要为中、新生代时期活动的断裂。该类断裂的遥感影像特征表现为：线性特征明显，突出的岩脉线性分布，控制局部地貌，水平位错同一地层。节理断裂是具有岩体节理特征的平直构造线，一般延长几千米至十几千米，往往成组分布，一般只切割盖层。该类断裂一般限制在同一地层范围内，主要是局部挤压应力场作用的结果，该类断裂破碎带较窄。次断裂和节理断裂在全区均有分布，其规模和长度虽然不如主断裂，但其破碎带同样也会对施工造成影响，且分布更加隐蔽。

5 铁路地质选线

根据遥感图像对不良地质及构造的解释结果，结合少量现场地质调查，准确确定了对线路选线影响较大的不良地质及断裂构造位置及影响范围。流域远程泥石流沟与深层基岩滑坡单体危害性较大，铁路应尽量绕避，如无法绕避需选择在最有利区域以简单工程穿越。浅层碎屑流灾害空间分布上多发，该类灾害体可治可防，单体威胁不大，但在浅层碎屑流易发区修建铁路，开挖边坡易引发滑坡，运营期在极端气候和地震条件下存在地质灾害安全隐患。因此需要投入一定工程量进行治理，这将影响工程造价和施工进度，应尽量绕避该类灾害集中发育区(如泰宁小滑坡群)。主断裂及其影响范围、次断裂、节理断裂构造发育区构造裂隙、节理裂隙发育，岩土体被切割得支离破碎，工程性质较差，线路应尽量避开该类区域，如无法避让，应以路基等简单工程形式大角度穿越断裂。

6 结束语

遥感技术在复杂山区铁路地质选线中具有以下无可比拟的优势：①有利于大面积地质调查，可以提高工程地质勘察质量，加快勘察效率，改善劳动条件，对线路通过地区工程地质条件作出宏观评价。②地质条件复杂的山区，地质信息丰富，在影像上一目了然，有利于综合分析。③地形陡峻、交通困难、地面调查难以进行的地区，利用遥感图像解译，可不受交通条件制约，同时可大大提高效率[2]。

[1] 常庆瑞,等.遥感技术导论[M].北京：科学出版社，2004

[2] TB10041—2003 铁路工程地质遥感技术规程[S]

[3] 宁锐.基于RS和GIS的铁路选线设计及综合评价模型初探[J].铁道勘察，2006(6)

[4] 福建省地质调查研究院. 邵武幅1∶25万区域地质调查报告(修测)[R].福州：福建省地质调查研究院，2004

[5] 福建省地质矿产局.福建省区域地质志[M].北京：地质出版社，1985

[6] 铁道第三勘察设计院集团有限公司.浦建龙梅铁路工程地质报告[R].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2010