遥感技术在福清—平潭高速公路工程地质勘察中的应用

2021-05-07朱正勇郭志杏

资源环境与工程 2021年2期

关键词：遥感技术工程地质剪切

朱正勇，郭志杏，胡飞，方臣

(1.湖北省地质调查院,湖北武汉 430034;2.福建省交通规划设计院有限公司,福建福州 350004)

进入21世纪以来，遥感正在向高分辨率、高光谱等方向发展。目前在轨运行的各种民用高分辨率遥感卫星主要来源于法国、俄罗斯、美国、中国等国家。

遥感技术开始在地质灾害调查中应用，可追溯到20世纪70年代末期。在国外，遥感技术应用比较好的有美国、日本、欧盟等。从上世纪80年代中期起，为了调查宝成、宝天、成昆等铁路沿线地质灾害分布及其危害，对其沿线分别进行了大规模的航空摄影。

遥感技术在公路部门的应用是在20世纪80年代，从根本上改变了传统的公路勘测方法。公路部门应用一体化集成技术综合处理，生成出来的带透视效果的三维透视图，为公路设计人员提供了在电脑上分析工程地质环境的方便条件，取得了一定的效果。

传统的地面调查方法，由于视野所限或交通不便等给区域地质调查带来许多困难。本次研究运用多源遥感技术视域广、信息量丰富、实时性强的优势，客观、真实地反映线路地质环境条件和不良地质现象信息，为高速公路建设前期选线阶段提供重要的地质资料和决策依据。其优势及意义主要体现在以下几个方面：①使不完整的区域地质资料得到有效补充;②利用遥感技术可以发现各种不良地质现象;③修测已有资料上反映的断裂构造及解译新的构造;④有效查明设计线路两侧主要区域地质问题，确定设计路线方案。

1 概述

调查区位于闽东火山断拗带和闽东南沿海断隆带的交界部位,是环太平洋大陆边缘构造活动带的一部分,经历了多期次、多阶段的构造活动与改造,主要表现为燕山期以来的构造活动特征。长乐—凤山北东东向、盘谷—莆田北西向、长庆—嵩口南北向断裂带断续发育,基本控制了调查区构造格局[1]。

福清—平潭高速公路(平潭第三通道)工程线路总长约48 km(陆地路线总长约30 km),路基宽度33.5 m,设计时速100 km/h。线路途经福清市渔溪镇、龙田镇、港头镇、三山镇,终于平潭福平大道。本项目采用遥感解译与野外调查方法调查所涉范围内岩石、断裂构造发育情况。设计在充分研究该区地形地貌、地质构造、灾害地质和当地社会经济发展等资料的基础上,提出贯穿线K,比较线CK、AK、DK。

2 遥感技术在高速公路调查中的特点

遥感图像信息的宏观真实性、实时性和信息丰富性,为资源环境调查及公路工程勘察设计提供了最方便快捷、准确实用的依据。高速公路为一线状布局工程,线路长,工程构造物(路堑、隧道、立交桥等)跨区大、地质条件复杂,其要求布局合理,因而对地形、地貌、工程地质条件具有较高要求[2]。

遥感技术具有不受恶劣环境与交通条件影响的特点,面对沟谷峭壁、沙漠、湿地等可很好地发挥其优势,可有效地保障工程地质调查的顺利进行。

3 遥感技术方法

3.1 遥感图像数据源

遥感技术在福清—平潭高速公路地质勘察所引用的遥感图像数据源为高分二号(精度为0.8 m),影像采集时间为2018年4月,图像中无云雪覆盖,水体覆盖较少,基岩露头良好,图像清晰，影像可解译程度高，适合遥感地质解译,能满足1∶10 000区域工程地质调查的要求。

3.2 遥感图像数据处理

线路展布区地处福建省福清市沿海地区,以丘陵、山谷、平原为特征,地形起伏不大,陆地卫星在该地区所采集的卫星图像存在有一定程度的几何变形。因此,在进行遥感图像融合处理、空间配准和图幅无缝镶嵌之前,须进行遥感图像的几何校正,以利于遥感解译工作的顺利开展。

(1) 几何校正。具体采用ERDAS IMAGINE和MAPGIS计算机软件为支撑平台,以校正过的1∶10 000比例尺地形图作为对应参照图,并按照比例要求分别在地形图和遥感影像图上均匀选取相对应的地物点、地形点,作为图像校正的几何控制点。

(2) 图像融合与增强。运用ERDAS IMAGINE遥感处理软件对高分二号数据的4、3、2、1波段和PAN全色波段进行图像融合处理,既充分利用了全色波段较高空间分辨率,又保留了原始多光谱的彩色信息,最终合成空间分辨率为0.8 m的四波段遥感图像,同时利用线性拉伸、直方图均衡化等方法进行图像增强处理,突出构造信息特征。

3.3 工作流程

遥感地质解译中以地质资料为基础、遥感影像信息为依据、野外调查为骨架,采取影像信息追索、延伸和逻辑推理的思路,经过遥感图像的系统解译—野外调查—补充解译—综合研究的工作步骤,最后完成图件和报告[3](工作流程见图1)。

图1 工作流程图Fig.1 Work flow chart

4 线路工程解译

本工程贯通线K起点位于上径镇小坝村(K0+000),终点位于石回屿K39+294;比较线CK起点位于北陈村(CK28+511),终点位于露湖洞(CK39+294);比较线AK起点位于会安(AK35+860),终点位于东沙(AK38+700);比较线DK起点位于北园(DK33+900),终点位于东沙(DK38+512)。在卫星遥感影像上,各类地质体都以其自身的特点反映出不同的遥感信息,通过对这些影像特征信息的分析,建立起符合本地区特点的遥感地质解译标志,再结合已有的地质资料,划分解译分区。通过对遥感图像的解译,将线路区划分为两个工程线路段,即火山岩段(K0+000～K11+087),岩浆岩—第四系段(K11+087～K39+294),其中比较线均位于岩浆岩—第四系段(见图2)。现将各路段主要工程地质条件简述如下：

4.1 火山岩段

起点位于上径镇小坝村附近,终点位于西焦村(K0+000～K11+087),地貌上属于丘陵地貌,由呈北北东向山脊与宽阔山间盆地相间组成,工程地质分区上属于坚硬—半坚硬的火山岩区,地形上最高点为285 m,最低点为15 m,该区出露岩石为火山岩,岩性有安山岩、英安岩、流纹岩等,局部见炭硅质、凝灰质砂岩等,属于坚硬—半坚硬工程地区(Ⅱ)。本线段发育有：断裂F1、上铺断裂(F2)、洋尾窑断裂(F3)、西焦村断裂(F4)、剪切带(Q1、Q2),线位与构造线近垂直。仅见少量不稳定斜坡和滑坡等地质灾害,总体上该段工程地质条件较好。

4.2 岩浆岩—第四系段

5 地层岩性解译

拟建线路区基岩主体为火山岩、岩浆岩(见图2)。岩石出露稳定,解译标志清晰。依据遥感影像特征,建立起区内地层岩性的解译标志[4],从而对其进行解译,详见表1。

表1 福清—平潭(陆域部分)地层岩性遥感解译标志表Table 1 Remote sensing interpretation marks of stratigraphic lithology from Fuqing-Pingtan (continental part)

6 构造解译

拟建线路区位于闽东火山断拗带和闽东南沿海断隆带的交界部位,长乐—凤山北北东向断裂基本控制了拟建线路区的构造格局。断层与剪切带呈北东向展布,具压扭性特征,影像上表现为线型或带状特征,断裂依次见有F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10,剪切带依次见有Q1、Q2、Q3、Q4、Q5(见图2)。上述断裂及剪切带遥感信息丰富：

图2 福清—平潭高速公路(陆域部分)遥感工程地质平面图Fig.2 Remote sensing engineering geological plan of Fuqing-Pingtan Expressway (land part)1.第四系冲积—海积；2.第四系残积—洪冲积；3.晚侏罗世南园组火山岩(流纹岩、安山岩、英安岩、玄武岩及相应凝灰岩、含砾火山岩等)；4.晚侏罗世(斑状、似斑状、含斑)细粒(中粗粒)花岗闪长岩、花岗岩；5.地层分界线；6.断层；7.剪切带；8.工程线位。

(1) 遥感影像具线状发育特征。

(2) 断裂两侧影像背景值有显著差异,其接触部位为断裂通过处。

(3) 水系弯曲,拐点有规律分布,其连线为断裂带。

(4) 线型体两侧的地质体在影像色调和纹形构造特征上有明显的差异[5]。

(5) 线状构造本身具有特有的地形、直线状发育的水系、冲沟。

(6) 具有线状负地形，直线型沟谷，不同纹理分界线，地貌分类界线。

(7) 剪切带主体发育于断裂带及其两侧,主要表现为岩石片理化,节理密集发育。

断裂及剪切带野外调查特征：

(1) 断裂。倾向南东或北西,倾角大(>60°),断裂中多组节理发育,平行于断裂面的节理密集发育,使岩石片理化,且可见弯曲,以靡棱岩、碎裂岩、断裂角砾岩为主。晚期酸性岩脉和基性岩脉侵入,表现有多期构造活动叠加的特征。

(2) 剪切带。剪切带主体发育于断裂带及其两侧,主要表现为岩石片理化,局部见弱弯曲及共轭节理发育,且岩石中裂隙密集发育,易碎裂,可见岩石绿泥石化、绿帘石化等特征。

如断裂F3、F5及剪切带Q4特征如下：

断裂F3影像上呈串珠状水沟、沟谷负地形,野外调查见节理密集发育,碎裂岩与断裂角砾岩发育(见图3)。