三维遥感技术在十宜铁路地质选线中的应用

冯光胜

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063）

三维遥感技术在十宜铁路地质选线中的应用

冯光胜

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063）

介绍如何利用遥感技术生成的三维可视化图进行相关的地质要素判读和铁路选线，分析对比线路工程地质条件，有一定的实际应用参考价值。

十宜铁路；遥感；三维可视化；铁路选线

随着空间技术的飞速发展，遥感图像宏观、逼真、直观、丰富的信息为铁路、公路工程地质选线、工程可行性研究、路线工程地质条件评价提供了有利条件[1]。而三维遥感可视化技术能再现工作区的真实三维场景，真实反映地形地物、地貌地质状况，具有直观性、操作性强和可视化等特点。能快速有效查明线路沿线的地质构造、地层岩性和不良地质等，为复杂山区铁路工程地质选线及优化线路方案提供更高效、快捷的工具[]。

十宜铁路位于鄂西北山区，走廊带地势险峻、交通极其困难、工程地质条件复杂，且工期短、任务紧。因此利用基于WebGIS平台开发的三维遥感可视化技术结合高分辨率遥感影像（Alos、SPOT和QuickBird）进行三维解译，快速查清沿线区域地质、地层岩性及重大不良地质体等，为方案比选和快速稳定方案提供可靠的大比例工程地质资料。

1 区域概况

十宜铁路起于十堰，经房县、兴山、三峡止于宜昌，线路全长约250 km。总体走向SN向，自北向南横穿大巴山山脉东端之武当山、神农架－荆山两大山系。沿线地势险峻、河谷深切、交通极其困难、桥隧比达90%以上。测区构造作用强烈，先后经历了扬子、加里东、华西-印支、燕山-喜山等构造旋回的演化[3]。测区断裂构造发育，主要有NW、NWW、NE、NEE及EW向断裂构造。区内地层出露较全，自元古界-新生代地层均有分布。可溶岩大面积出露，岩溶较发育，滑坡、崩塌等不良地质体多见，工程地质条件复杂。

2 工程地质三维遥感可视化解译分析

2.1 遥感数据处理

本次遥感解译数据源为ETM、SPOT、Alos和Quick-Bird等，对影像进行了最有利工程地质解译标志的判识的波段组合，如 ETM 543+8、SPOT432+Pan假彩色合成等。其中ETM用于大面积遥感解译，SPOT、Alos和QuickBird等高分辨率影像校正、融合后，主要用于方案沿线的带状遥感解译。

2.2 三维遥感模型的建立

利用矢量化1:50 000地形图生成DEM三维地形模型，制作ETM、Alos和SPOT假彩色影像作为三维表面的纹理信息。将线路方案、区域地质资料、地理信息等以图层方式叠加至三维表面上，构建真实的三维可视化工程地质遥感模型。从而反演测区实景，对研究区地质构造、地层岩性、不良地质等进行全面的解译、分析和评价。

2.3 地形地貌

十宜铁路沿线多属构造溶蚀-侵蚀中、低山区及丘陵区，根据沿线各段的平均高程值及地貌影像特征，将线路沿线地貌划分为丘陵区（Ⅱ）、低山区（Ⅲ）和中山区（Ⅳ）三大地貌单元类型，每个地貌单元又进一步划分为两个次级单元类型。各地貌单元类型及影像特征见表1。

表1 地貌单元分区表

2.4 工程地质岩组解译

测区地层发育较全，自元古代－新生代地层均有出露，根据不同成因、不同成分岩石的影像特征，结合地质体解译标志，将测区内的岩层划分为碎屑岩岩组、碳酸盐岩岩组、变质岩岩组及花岗岩等工程地质岩组。其中碎屑岩岩组包括志留系的砂页岩、侏罗系的含煤砂砾岩及白垩-老三系红层等，地貌上多构成低山丘陵区。碳酸盐岩岩组包括震旦系、寒武系、奥陶系、泥盆系、二叠系及三叠系等白云岩、白云质灰岩及灰岩等，影像上多呈橘子皮状纹理特征，岩溶较发育，多构成溶蚀沟谷、峰丘洼地等岩溶地貌。变质岩岩组主要为元古界武当群的中、浅变质岩系，主要分布于区内青峰大断裂以北的地区，多构成中低山地貌。花岗岩岩组主包括黄陵花岗岩及闪长岩，主要分布于黄陵背斜核部，即大老岭一带，影像特征明显，易于与其他岩组分开，地貌上多构成中低山区。

2.5 地质构造解译

测区地质构造极其发育，根据断裂构造的色调、形状（如断层崖和断层三角面等[4]）等直接判读标志及地层和岩体被错断、地貌形态及其差异、水系格局及其演变、泉水出露的展布等间接判读标志[5]，提取了测区内的断裂构造，并对断裂构造的分布及走向特征、断层性质等分析[6]，根据分析结果，区内断裂构造主要有NE、NNE、NW、NWW及EW向断裂，这些断裂构造具有以下特征：深、大断裂以一条或几条主干断裂为主，伴随多条平行断层，组成断裂带；断裂带宽几公里至几十公里不等，其中，主干断裂破碎带宽度一般在30～150 m。

基于工程地质条件考虑，对线路有较大影响的深大断裂主要4条，其特征分别如下：

1）白河－石花街大断裂（RF1及其平行的一组断层）：位于线路起点的武当复背斜与两陨复背斜交接处，总体呈北西向延伸，西至陕西白河，东至茨河。影像上断裂线性特征显示清楚，地貌上沿断裂多见断裂谷地和断层陡崖，见图1。该断裂由一系列平行密集断层组成，其中主干断裂破碎带宽约150m。该断裂控制着元古代-古生代的沉积、火山喷发和花

岗岩的侵入。

图1 白河-石花街断裂及断层陡崖

2）青峰大断裂（RF2及其平行的一组构造）：走向 NEE-EW，为一区域性大断裂，亦为秦岭褶皱系和扬子准地台的分界线，由一系列冲断层组成。区内分布于青峰-房县一线，控制着第三系红色断陷盆地的分布，影响着南河水系的发育。影像上线性延伸反映清晰。

3）阳日湾大断裂（RF3）：为一压性断裂，呈WE向延伸，由多条近平行断裂组成，沿断裂挤压破碎明显，分布于区内阳日镇附近。该断裂将南北分割成两个显著不同的形变区域，北部为紧密线状褶皱及冲断层发育，南部地层产状平缓多为正常褶皱。该断裂控制着南河水系的发育。

4）新华大断裂（RF4）：大体呈NNE向，该断裂北抵青峰大断裂，向南经秭归、长阳背斜转折处，与来凤断裂相接。形成于燕山期，压剪性明显，控制着白俄系红盆的形成和发展及香溪河的发育。断裂交于线位AK160处，破碎带宽约120m，影像特征明显，见图2。

图2 新华断裂三维显示

2.6 不良地质解译

测区地势陡峻、构造发育、可溶岩分布广泛，故岩溶、岩堆、滑坡及崩塌等不良地质体较发育。

1）岩溶：测区可溶岩分布较广，岩溶较发育。可溶岩岩性主要为震旦系的白云岩、寒武-奥陶系的白云岩、白云质灰岩，及三叠系的厚层灰岩等，其中以三叠系灰岩岩溶最为发育，溶槽、溶沟、落水洞、溶洞、暗河等均有发育，见图3、4，对工程地质选线影响较大。

图3 仙女山隧道出口右侧490 m处暗河

图4 仙女山隧道岩溶落水洞（直径10 m）

2）山体变形：通过遥感解译，发现测区内有较多大小规模不等的滑坡、崩塌、岩堆等不良地质体发育。其中滑坡主要分布于山体坡脚缓坡、河流沿岸，尤其是陡崖下缓坡地段，见图5，崩塌及危岩、落石主要分布在峡谷陡崖、山体斜坡陡崖地段，见图6。这些不良地质体对方案的选择有着重要的影响，选线过程中应予以绕避。

图5 叶家山隧道滑坡

图6 AK168左40 m处崩塌堆积

3 线路工程地质条件比选及结果分析

十宜铁路沿线地势陡峻、河谷深切，地质条件复杂，因此线路方案比选需考虑的因素有：①岩溶发育程度及穿越岩溶发育区的线路长短；②过大断裂带的宽窄；③次级断层对线路的影响，特别是岩溶隧道的断层；④所经地层岩性的软硬及风化破碎程度；⑤滑坡、崩塌、堆积体等不良地质及特殊岩土的影响等。基于以上几点，十宜铁路的重点选线地段主要为十堰-三峡段，该段又可分为三段进行方案比选。

3.1 十堰－房县、青峰段

线路走行于大巴山山脉东端的武当山区，沿线岩性主要为元古界-震旦系的中、浅变质岩系。该段岩性相对较好，但岩性偏软易风化，地表覆盖层较厚，滑坡、溜坍及堆积体等不良地质较发育。AK方案自十堰六里坪车站引出后，经武当山东、葫芦堡至青峰镇以东。该段有三大比较方案，即AⅠK、AⅡK和AⅢK方案。各方案工程地质条件基本相近，但 AK方案线路最长，平面条件亦差，且沿线多处有滑坡、溜坍等不良地质体发育，工程地质条件较差。AⅠK和AⅡK方案线路长度及平面条件基本相同，但均为长隧道方案，工程量大，且隧道进、出口均有不良地质体发育，工程地质条件一般。而 AⅢK方案线路最短，平面条件亦好，线路基本以短隧道群通过，工程量相对较小。虽局部有不良地质体发育，但优化后基本可予以绕避，工程地质条件较其他方案为优（见图7）。通过多方案比较，认为 AⅢK方案为最优方案，建议将改方案作为推荐方案，后经专家论证一致通过，将该方案作为推荐方案，取代原AK方案。

图7 十堰—三峡段方案比选前线位

3.2 房县、青峰—兴山段

线路自房县、青峰引出，经马桥镇后至兴山县。沿线岩性主要为元古界-震旦系的白云岩、硅质岩，寒武-奥陶系白云岩、白云质灰岩及志留系砂页岩等。其中寒武-奥陶系碳酸盐岩岩溶较发育，是控制该段地质选线的重要因素之一。该段主要有三大比选方案，其中 AK方案主要走行于新华大断裂以东地区，沿线多为寒武-奥陶系的碳酸盐岩，岩溶较发育，工程地质条件较差，且线路长，平面条件亦差。AⅠK方案较之AK方案，虽线路长度、平面条件均较AK方案好，但该方案基本沿新华大断裂而行，断裂带岩性破碎，滑坡、崩塌、堆积体等不良地质发育，且岩溶亦发育，故工程地质条件较AK方案差。AⅡK方案自房县引出后，经马桥镇至兴山县，该方案虽房县-马桥段工程地质条件较好，沿线主要为元古界-震旦系白云岩和硅质岩，岩性较坚且岩溶不发育，但马桥-兴山段与AⅠK方案相似，基本平行新华大断裂而行，工程地质条件较差。如该方案马桥-兴山段向西适当偏移，绕避新华大断裂则更好。经过多方案比较后，遥感推荐了由房县-阳日镇-兴山方案（见图 9），该方案基本行走于元古界-震旦系的白云岩和硅质岩地层中，白云岩岩溶不发育，工程地质条件较好。该建议得到了专家的一致赞同。

3.3 兴山—三峡段

线路基本行走在香溪河东岸的中低山区，沿线岩性主要为震旦-奥陶系白云岩、白云质灰岩，志留系砂页岩及燕山期花岗岩等。该段主要有二大比较方案，即绕避大老岭方案和穿花岗岩岩体方案，其中绕避大老岭方案主要行走在志留系的碎屑岩地层中，岩性尚可，但线路较长，平面条件相对较差，且岩性偏软变形较大，易风化剥落，沿线多处有滑坡、溜坍及堆积体等不良地质体发育。穿花岗岩岩体方案虽局部岩溶发育，但总体岩性较好，且线路短、平面好、工程造价低。遥感通过方案的分析、比选，从而肯定了穿花岗岩岩体方案（图8）。

图8 方案比选后线位

4 结 语

十宜铁路工期短，任务紧，加上地势陡峻，地质条件复杂，利用常规手段来进行工程地质选线难以完成。本次利用三维遥感可视化技术结合高分辨率影像进行三维遥感工程地质选线，完成全线1:5万工程地质解译，加深地质工作范围完成1:1万工程地质解译。基本查明了沿线地形地貌、地层岩性、地质构造及不良地质体的发育、分布情况，以及断裂带的宽度、不良地质体的规模大小等，为工程地质选线提供了高精度、大比例的工程地质调查资料。同时经多方案的工程地质比选，选出了最佳方案，达到短时间内稳定方案、缩短选线周期的目的。该方法较之以往遥感大面积选线，实现了由平面到立体、定性化解译到定量化解译的飞跃，为工程地质选线准确地提供了地质资料，值得进一步研究和推广应用。

[1] 卓宝熙.遥感原理和工程地质解译[M].北京：中国铁道出版社，1995

[2] 吕希奎，易思蓉.基于遥感数据的选线三维地理环境建模方法[J].勘测技术，2006，S1：208-212

[3] 地质专报一区域地质第20号，湖北省区域地质志[M].北京：地质出版社，1990

[4] 张明华.西藏墨脱公路断裂构造遥感分析及信息提取[J].国土资源遥感，2006，67：56-60

[5] 魏永明，蔺启忠，王学潮，等.南水北调西线工程区活动断裂构造遥感研究[J].遥感学报，2005，9（5）：616-622

[6] 王云平.遥感解译在京承高速公路勘察设计中的应用[J].公路，2007，7：148-151

App lication of Remote Sensing Technique to Geological Route Selection of Shiyan-Yichang Railway

FENG Guangsheng
(China Rail way Si Yuan Su rvey and De sign Group Co.,Ltd.，Wu han 430063,China)

The thesisintroduced how touse remotesensing interpretationof the relatedgeological factor and geological route selection of railway by useof 3D visualized image which produced by remote sensing technique,itanalyzed and contrasted the engineering geological condition of railway.It has an certain reference value for actual application.

Shi-Yi railway；remote sensing；3D visualization；geological route selection of railway

2009-08-03

项目来源：铁道部科研项目（2008K08）。

P237

B

1672-4623(2010)02-0096-004

冯光胜，硕士，主要从事工程地质遥感工作。