交２０１０年７月 通科技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巫奉高速公路工程地质遥感勘察 余绍淮 陈楚江 张 霄 （中交第二公路勘察设计研究院有限公司 武汉摘要４３００５６） 针对巫奉高速公路地形地貌、地质条件复杂，滑坡、崩塌、岩溶等不良地质现象发育的特 点，运用多级地质遥感勘察手段，基于地学遥感分析技术．采用Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋、ＳＰＯＴ一５、１：８ ０００ 航空立体像，对等多源、多尺度、多时相遥感影像数据，从宏观到微观研究路线沿线的地质灾害现 象及其区域分布规律，并从工程地质勘察的角度提出公路建设应注意的问题。 关键词 工程地质遥感 山区公路 地质条件评价 图像融合 国家重点公路杭州至兰州线巫山至奉节段为 山岭重丘区双向４车道高速公路，是重庆市“二环 八射”主骨架公路网的重要组成部分，是连接三峡 息融合处理，实现灾害地质体的多级遥感勘察识 别，满足了公路工程地质灾害地质体的定位精度。 １．１几何校正与数字镶嵌 工程区域地形起伏较大，Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋、 库区的重要通道，设计车速８０ ｋｍ／ｈ，路基宽度 ２４．５ ＩＴＩ，路线全长５９．５５３ ｋｍ。路线方案整体位 于重庆市巫山县、奉节县境内的长江北岸山区，区 ＳＰＯＴ一５卫星图像的几何畸变明显。在对卫星图 像进行融合处理、数字镶嵌及遥感解译前，必须对 其进行几何纠正与空间配准。卫星图像的几何纠 正以该地区ｌ：１０ ０００比例尺的地形图为参照图 域地貌属构造侵蚀低山、中低山、局部显中山斜坡 地貌，地貌受地质构造、岩性控制明显，山岭走向 近东西向，与地层走向及区域构造线基本一致。 像，分别在地形图与待纠正卫星图像上选取相同 的地物点、地形点作为图像纠正的几何控制点，然 后进行多项式几何纠正。为了更好地统一处理、 沿线地质复杂，地形陡峭，线路展布区总体地势东 高西低，各种不良地质现象广泛发育。 常规的工程地质勘察手段由于受视域、交通、 地形等条件的限制，很难在较短时间内获得工程 解译与分析，在对图像进行空间配准、信息增强、 几何纠正和色度调整后，进行了卫星图像的数字 镶嵌。 地质条件准确、全面的认识，地质条件复杂的困难 山区更是如此。然而，工程地质遥感技术具有周 期性短、概括性好、宏观性强、信息量多等特点，非 １．２遥感信息融合 遥感图像融合处理是增强图像空间分辨率最 有效的方法之一。本文采用Ｋ—Ｌ变换、小波变 换、ＩＨＳ变换、Ｂｒｏｖｅｙ变换等多种融合处理方法， 对工程地区的Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋、ＳＰＯＴ－５等多源、 常适合进行地质条件复杂的山区高等级公路工程 地质勘察。为此，作者利用Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋、 ＳＰＯＴ一５、１：８ ０００航空立体像对等多源、多尺度、 多时相遥感影像数据，基于多级地学遥感分析技 术对路线走廊进行了工程地质遥感勘察。 １遥感图像处理与ＧＩＳ制图 多尺度、多时相卫星图像进行了融合处理。通过 对原始遥感数据进行信息融合处理，使得融合后 的图像产品的空间分辨率成倍提高，并保留了原 始多光谱图像的光谱信息，极大地提高了地质现 象、地物、地形的可识别能力，提高了地质遥感解 译的精度与准确度，更有利于遥感专题的应用。 针对不同的遥感专题应用，选取不同种类、不 同空间分辨率、不同融合处理方法的融合图像进 行工程地质遥感勘察及遥感专题图件制作。 １．３遥感信息采集与ＧＩＳ制图 初测阶段公路工程灾害地质体的定位与识别 的空间信息处理应满足１：１０ ０００以上的精度要 求。采用１５ ｍ／３０ ＩＴ／．空间分辨率的Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋、５ ｒｎ分辨率的ｓＰＯＴ一５以及１：８ ０００比 例尺的航空立体像对等多源数据，并进行遥感信 收稿日期：２０１０—０６—１２ 基于ＧＩＳ平台的专题解译制图是公路工程 ２０１０年７月 余绍淮等：巫奉高速公路工程地质遥感勘察 ２３ 地质遥感的核心内容之一，是遥感影像上所提取 线南侧穿越长江两岸。轴部地表出露纵、横张裂 构成脊骨状特征，在背斜两翼及核部未见规模较 大的断裂。 的地学信息遥感数据的具体实现。在地理信息系 统软件平台上，以处理后的遥感图像为背景，以 Ｃｏｖｅｒａｇｅ图层作为专题数据采集作业的工作目 标层。采集时，既要保证对影像图形结构信息的 宏观全面的区域理解，又要保证每个弧段数据采 集的几何准确性。在进行地学信息遥感数据采集 时，利用ＧＩＳ软件系统提供的强大的图形编辑环 境和显示背景环境，在制图时充分利用遥感影像 信息、已有的地质图件等作为信息采集和区域不 良地质现象分析的参考信息源，借以提高专业系 列图的质量和准确性。 ２工程地质遥感解译 ２．１地层岩性 区内出露地层较完整，地表为第四系全新统 崩坡积层、坡残积层，但厚度不大，沟谷中零星分 布冲洪积堆积物。地层分布上西段为大片中生代 红色地层，进入线路中段后，出露地层以巴东组 一、二段为主。线路东段出露地层仍以巴东组为 主，但褶皱发育，在摩天岭隧道进口至大宁河路段 出露嘉陵江组地层。基岩以中生代陆相和海相巨 厚沉积为特征，主要为侏罗系中统上沙溪庙组、下 沙溪庙组、中下统自流井组；三叠系上统须家河 组、中统巴东组、下统嘉陵江组等。 ２．２地质构造 线路展布区所处一级构造单元为新华夏系第 三隆起带和第三沉降带之结合部位，属四川沉降 褶皱带之川东褶皱带的一部分。北缘与北西向的 大巴山弧形构造斜接、重接复合。区域内褶皱发 育，大型断裂构造稀少，总的构造方向为北东、北 东东向。 结合遥感图像的光谱信息与空间信息特征， 综合运用色调（色彩）、水系网络、构造地貌等解译 标志，互相印证、互相补充，保证了地质构造解译 的深度与可信度。 ２．２．１褶皱构造 路线所在区域地处大巴山弧、川东褶带、川鄂 湘黔隆起褶带结合部，区域内褶皱构造发育，邻近 路线方案的有横石溪背斜、巫山向斜、齐岳山背斜 等褶皱构造，见图１所示。 （１）横石溪背斜。横石溪背斜在遥感影像上 特征表现明显，背斜轴向Ｎ６０～７Ｏ Ｅ，在公路路 图１ Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋图像上的褶皱构造 （２）巫山向斜。巫山向斜在巫山县穿越长江 向两端延伸较远，向斜轴向为Ｎ４５～６Ｏ Ｅ，在遥 感影像上表现为一谷地。巫山向斜主要由三迭系 中统巴东组地层组成，向斜南西段出露有三迭系 上统须家河组地层。核部产状平缓，路线经过该 向斜北西翼。 （３）齐岳山背斜。齐岳山背斜在奉节县东侧 穿越长江，两端延伸远，为复式背斜，背斜轴向为 Ｎ６０，构造较复杂，与路线的关系较密切。背斜 两侧次级褶皱发育，呈左行雁行式排列，两侧影像 具有明显的对称性，在该背斜的西北端，局部可见 该背斜的弧形转折端。 ２．２．２ 断裂构造 路线展布区内大型断裂构造稀少，地质构造 西段较简单，东段较复杂，主要构造为齐岳山断裂 及其衍生的一些同方向的小的断裂、节理构造。 从宏观区域地质上分析，路线方案总体平行于齐 岳山断裂带，除了整体上受北东一北东东向齐岳 山断裂带的影响外，局部地段还存在有一些小的 断裂构造，见图２所示。 图２ Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋图像上的断裂构造 （１）骡坪隧道。骡坪隧道段的主体构造为齐 岳山背斜，地质构造相对较复杂。除了邻近北东 向的齐岳山断裂带外，还有一北西向断裂构造在 ＡＫ８＋７００附近与齐岳山断裂带相交。岩体受２ ２４ 余绍淮等：巫奉高速公路工程地质遥感勘察 ｔ ２Ｏｌ０年７月 个方向断裂构造的控制作用及多组节理交切 体较为破碎，岩层易沿结构面形成危岩而产生崩 塌。此外，在ＧＫ５附近还发育有小规模的北东向 断裂构造。 （２）摩天岭隧道。在遥感卫星图像上，摩天 岭隧道段的影像特征十分破碎，发育有一组规模 较小的、近于平行的、北东向的断裂构造，线性影 像特征清晰。摩天岭隧道垂直通过此断裂构造 带。由于此处断裂构造、节理、裂隙较发育，在层 面、节理的交切下，岩体完整性变差，岩体十分破 碎，发生滑塌、崩塌的可能性较大。隧道出口以 ５５。左右的斜交角通过齐岳山断裂构造。 ２．３岩溶地貌 岩溶地貌景观具有独特的地貌形态特征，在 遥感图像上极易识别。遥感解译表明，该地区的 岩溶主要发生在质地较纯的可溶石灰岩、白云质 灰岩、灰岩地层中，岩溶地区的边界与地层岩性的 边界基本一致，见图３所示。 路线走廊带大部分处于非岩溶地区，岩溶较 不发育，但在线路遇灰岩、泥灰岩路段，岩层普遍 具溶蚀现象。其中，摩天岭隧道、比较线Ａ线的 骡坪隧道两处受岩溶地貌的影响较严重。 图３ Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋图像上的岩溶地貌 ２．４不良地质现象 路线经过区域地形陡峭，区域内小型断层、褶 皱发育，岩石完整性较差，岩层节理及层理发育， 岩性软硬相间，且易风化，发育有滑坡、岩溶、崩 塌、泥石流等多种不良地质现象。 ２．４．１滑坡与崩塌 综合分析利用ＥＴＭ十、ＳＰＯＴ－－５遥感图像 信息，结合地质遥感解译标志，对工程区域内的滑 坡、崩塌等不良地质现象现行了宏观遥感解译。 在此基础上，采用航空立体像对在ＪＸ４数字摄影 测量工作站上进行了滑坡、崩塌的专题解译，特别 是对不良地质最为发育的Ｋ５～Ｋ８、Ｋ１８～Ｋ２２等 路段进行了重点解译。遥感解译表明，区域内大 规模的滑坡、崩塌较少，但中、小规模的不良地质 现象极为发育，它们在航空像对上的形态要素清 晰，可分辨性好，立体感强。 图４为滑坡的航空像对。箭头所示为一典型 的滑帔，滑坡的围椅状后壁清晰可见，具有较高的 滑坡陡坎，滑坡前缘穿过公路，虽然经过清理但在 公路的另一侧尚可见部分堆积物，滑坡表面植被稀 疏，呈“醉汉林”形式，表明该滑坡是新近发生的。 图４航空像对上的滑坡 ２．４．２岩体破碎带 通过对路线区域内的断裂构造进行解译，发 现摩天岭隧道处存在有一组平行的、北东向的小 型断裂。由于受此组断裂构造与齐岳山断裂带的 控制作用，此处节理、裂隙较为发育，岩体完整性 较差，影像特征破碎，遥感解译表明该段为岩体破 碎带。同时，该路段也是滑坡、崩塌等不良地质易 发地段。 ３工程地质条件评价 工程地质遥感勘察表明，路线工程地质条件 总体较好，但局部路段受断裂构造、岩溶、岩体破 碎带的影响较大，部分路段还发育有较多的滑坡、 崩塌、不稳定斜坡等不良地质现象。见图５所示。 图５遥感解译的部分灾害地质体（ＳＩ （）Ｔ一５） ３．１ Ｋ０＋０００～Ｋｌ５＋０００ 该段主要存在有北东东向、北西向两组大的 断裂构造，二者在ＡＫ８＋７００附近相交，同时，在 ２Ｏｌ０年７月 余绍淮等：巫奉高速公路工程地质遥感勘察 ＧＫ５以西还存在有一条近北西向的断裂构造。 构造、节理、裂隙等，滑塌、崩塌等不良地质现象。 同时，该路段也是岩溶发育地区和岩石强风化带。 岩溶和构造裂隙是影响摩天岭隧道洞身段的主要 因素，而风化裂隙主要发生在地表浅层，对洞口会 有一定影响。 此外，该段还存在有一组北东向的小型节理、断裂 构造。受断裂构造影响，此处岩体较为破碎，断裂 南东盘沿沟一带滑坡、崩塌较多，较大程度影响路 线安全，隧道工程开挖易诱发崩塌等地质灾害。 比较线Ａ线的骡坪隧道位于岩溶地区，水文 地质条件相对复杂，隧道洞身段可能遇溶洞、溶隙 等岩溶形态，地下水也可能对骡坪隧道构成威胁。 该段存在的不良地质体主要有Ｋ５４＋０５０、 ＭＫ５５＋４４０、ＭＫ５７＋０００、ＩＫ５９＋４００等处的滑 坡以及Ｋ４５＋５６０、Ｋ４６＋８００、Ｋ５３＋７７０、Ｋ５６＋ 同时，该隧道位于两个断裂构造的相交部位，节 ７１０、ＭＫ５７＋１００右侧等处的崩塌，对线路的稳定 理、次级褶皱发育，岩石完整性遭到破坏，施工难 度大。 该路段中小规模的滑坡及不稳定斜坡较 发育。其中在ＧＫ３＋３００、Ｋ５十７００、Ｋ６＋３００、 ＧＫ２＋７５０、Ｋ８＋２００、Ｋ１０＋６００等处的滑坡体离 路线方案较近，对路线安全有一定影响。 ３．２ Ｋ１５＋０００～Ｋ４２＋０００ 从遥感图像上分析，该段以北有一条与路线 近于平行的断裂构造。同时，Ｋ２２～Ｋ２８段还有 一条近东西向的断裂构造，断层三角面发育较好。 公路路线走向基本与上述断裂构造平行但有一 定距离，断裂构造本身不会对公路工程有直接 影响。但受上述两组断裂构造的影响，断裂附近的 崩塌、滑坡分布较多，对路基和桥涵安全有较大 影响。 Ｋ１８～Ｋ２２段地形陡峭，山高谷深，具有有利 的滑坡、崩塌发育条件，发育了许多中、小型的滑 坡与崩塌体，由于这些滑坡均属浅层滑坡，路线方 案在此以隧道方式通过，隧道埋深大，滑坡、崩塌 等不良地质体对路线的影响不大。 Ｋ２２￣Ｋ３１段沿线发育了众多的崩塌、滑坡 等不良地质现象，其中Ｋ２２十７００、Ｋ２３十８００、 Ｋ２５＋３００、ＣＫ２７＋２５０等处的滑坡体，Ｋ２３＋ ５００、Ｋ２５＋４００、Ｋ２６十５００、ＣＫ２８＋８００等处的不 稳定斜坡及Ｋ２３＋４６０、Ｋ２４＋５５０、Ｋ２８＋８９０等 处的崩塌体对路线有一定影响。 ３．３ Ｋ４２＋０００～Ｋ５８＋０００ 该段工程地质条件相对较差。摩天岭隧道处 发育有一组北东向的断裂构造，该断裂为张扭性 断裂，断距不大，断层两盘岩石破碎，落水洞、岩溶 漏斗、岩溶洼地等岩溶形态较发育，并多分布在断 裂走向一线。此外，该段还发育有许多小的断裂 性及路基安全会有一定的影响。 ３．４ Ｋ５８＋０００～Ｋ６５＋０００ 该路段岩体略显破碎，没有大的断裂构造， 节理、裂隙不发育，工程地质条件相对较好。在 Ｋ６０＋４１０处存在有一滑坡体，线路从滑坡体前缘 通过，工程开挖可能导致滑坡体复活，影响路基 安全。 ４结语 在国家重点公路杭州至兰州线巫山至奉节 段的工程地质遥感勘察中，采用基于Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋、ＳＰＯＴ一５、航空立体像对等多源、多尺 度、多时相遥感影像数据的信息融合、图像分析与 多级遥感识别技术，获取了路线走廊带内多方位、 高可信度的地质信息，特别是灾害地质体的分布 位置、规模大小及其对公路工程的危害等信息，为 灾害地质的防治和不良地质体的绕避提供了全新 高效的方法和丰富的信息源，并从工程地质勘察 的角度提出公路建设应注意的问题，极大地提高 了工作效率，缩短了工期，减少了外业工作量，降 低了勘察成本。 参考文献 ［１］朱亮璞，承继成，潘德杨，等．遥感图像地质解译教 程［Ｍ］．ｊＥ京：地质出版社，１９８１． Ｉ－Ｚ］朱亮璞．遥感地质学［Ｍ］．北京：地质出版社．１９９４． １－３３余绍淮，杨志军．遥感影像数据融合方法及其对比 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