遥感技术在库格铁路阿尔金山区地质选线中的应用

杨新亮

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

遥感技术在库格铁路阿尔金山区地质选线中的应用

杨新亮

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

阿尔金山地区山高坡陡、地质构造复杂、不良地质多且规模大，这些都为库尔勒至格尔木铁路地质选线带来较大的困难。因此，充分发挥遥感技术的优势，收集遥感图像及地形、地质图，进行遥感图像处理与提取地学信息，并相互叠加，根据图像反映的各类影像特征，综合野外调查，建立该区域的解译标志，开展中、大比例尺的遥感地质判释。综合应用遥感解译和地质调查手段，查明了测区地质构造和重大不良地质的分布特征，为大面积工程地质选线、优化线路方案提供了重要依据，为工程地质测绘勘探布置提供了指导性意见。

遥感技术;铁路选线;应用;地质构造;解译

遥感技术作为一门新兴的综合性高新技术，以信息宏观、准确、系统和实时等特点，为铁路工程地质勘察选线提供了先进的技术手段。针对新建铁路库尔勒至格尔木铁路(以下简称库格铁路)阿尔金山越岭区地质构造和地质灾害发育的特点，在地质加深阶段通过对美国资源卫星TM数字图像和中、大比例尺黑白航片的解译，使越岭区大面积工程地质勘察选线达到了事半功倍的效果。

1 工程概况

库格铁路位于青海省西部与新疆维吾尔自治区东南部，线路东起青海省格尔木市，沿昆仑山北麓、柴达木盆地南缘西行，翻越阿尔金山支脉阿卡腾能山垭口，横穿索尔库里走廊带，沿尧勒萨依迂回展线至巴什考供，进入塔里木盆地，经若羌、尉梨至新疆巴音郭楞蒙古自治州库尔勒市，全长约1 223 km［1］。

2 遥感技术

2.1 应用遥感技术的目的

库格铁路穿越的阿尔金山区基岩边坡陡峭，断裂构造、滑坡、崩塌、泥石流等发育，且该区环境恶劣、交通困难，因此，采用综合勘察方法，在地质加深阶段进行遥感工程地质工作，能有效地解决测区地质构造及重大不良地质体的判定，可以查明阿尔金山区规划线路及比较线路走廊带地质构造及滑坡、崩塌、泥石流等地质现象与灾害，不仅从宏观上优化线路设计方案、规避线路方案设计风险、铁路投资风险及日后的铁路运营风险［2］，而且也极大地提高了工程质量和工程技术人员的认识深度。

2.2 遥感数据及图像处理方法

(1)为了准确解译阿尔金山越岭区地质信息，以美国陆地资源卫星Landsat TM5数字图像为主要信息源，局部区域利用大比例尺黑白航片数据，进行工作区宏观及微观地质构造和不良地质(滑坡、崩塌、泥石流等)的判释，为地质调查和综合地质选线服务。

(2)经过信息统计比较，对于TM5多光谱数据选择 TM7－4－2 波段进行信息增强，并以 7(R)、4(G)、2(B)的顺序合成，图像清晰度好，层次比较丰富，近似于真彩色，有利于地质解译;对于黑白航片数据，在完成数字摄影测量工作站的坐标定向处理，实现航空照片数字化后，通过红蓝立体模式借助计算机实现立体影像，进行三维立体判读，影像直观地展示了地质现象的三维立体特征，且航片数据比例尺较大，在快速、准确解译不良地质体中起到较好作用［3］。

(3)充分发挥地理信息平台的优势，收集既有区域地质、区域矿产资料、不同尺度的航卫片及判释成果进行相互套合、叠加，互相验证，进行地质判释和核对工作。

上述不同数据的图像处理方法，经对比解译，相互印证，可以提高工程地质解译成果的可靠性。

2.3 实施程序

针对阿尔金山越岭区地质条件复杂现状，采取工程遥感地质信息处理及调查验证方法，在工作中，建立可靠的地质解译标志，以目视判读为基本方法，经过初步解译—三人以上相互解译—野外调查验证—复判—确认，将解译成果转到遥感影像图上，在充分收集并有效利用既有资料的基础上，加注各项地质要素内容，完成遥感地质解译图，从而提出遥感地质解译选线意见。

3 遥感技术的应用

3.1 地质构造解译及选线意见

3.1.1 地质构造解译标志

在分辨率为30m的TM卫星遥感图像及1∶1万大比例尺航片上测区构造形迹具有典型的解译标志，主要表现为线性和环形形迹，线性形迹一般表现为断裂构造，环形形迹则表现为构造透镜体［4］，经遥感判释，工作区以断裂构造为主，具体如下。

(1)色调异常

主要为受断裂控制的地层条带表现出强烈的色调差异［5］，测区侵入岩体的分布与蓟县系地层之间存在明显的色带异常，是受构造控制的结果。如七面峰至木孜布拉克之间的地层在TM7(R)、4(G)、2(B)的彩色合成影像上表现出明显的色调差异(图1):东西向构造北盘西端花岗岩岩体(γ2)以浅绿色色调为主，南盘又被两组北东向断裂分隔成3个色带，西侧以肉红色色调为主，为蓟县系斯米尔布拉克组地层(Zjs)，中间以青兰色色调为主，为蓟县系卓阿布拉克组地层(Zjzh)，东侧以灰白色色调为主，为巴什考供沉降区中的第三纪地层(E－N)。

(2)地貌的强烈反差

阿尔金褶断带表现为隆起区与沉降区相间分布的构造格局，且沉降区一般为断陷盆地，因此在隆起区与沉降区的边缘往往存在地貌上的强烈反差。隆起区表现为中高山体，沉降区表现为相对平坦的盆地地貌特征，二者的接触带上存在着两种截然不同的地貌相接，一般为断裂构造的位置。如巴什考供沉降区与马特克－卡拉山隆起区的线性分界线(图2)。

图2 巴什考供断陷盆地

(3)水系及冲沟网密度的差异及雁列式扭动

水系及冲沟是构造解译的一个重要标志，特别是在盆地的边缘或新构造运动强烈地区，水系及冲沟极为发育。如在亚普恰萨依附近的红柳沟内，从遥感影像中清晰可见，有一典型的线性负地形影像特征(图3)，其北侧为蓟县系木孜萨依组地层(Zjm)，水系冲沟稀疏宽大，而南侧为晚元古代第一次侵入的辉长岩岩体(υ2)，水系冲沟呈现典型的致密树枝状、鸡爪状分布，二者的接触带为东西向展布的红柳沟断裂。这是构造控制地层边界所表现出水系冲沟密度差异的典型表现，遥感解译特征与现场调查完全吻合［6］。(4)地貌呈线性负地形［7］

图3 红柳沟断裂构造控制水系冲沟密度的差异

这是断裂构造最典型的解译标志，也是测区最普遍的解译标志。遥感影像中，可见一系列平直如刀切状或舒缓波状的线性负地形影像特征，这些负地形影像特征并不是某个单独的沟谷负地形，而是明显具有连续性或间断连续性的线性影像特征，并且切割山体，破坏山体完整的空间地貌形态，这种展布格局一般为断裂构造最突出的影像标志。如:阔纳布拉克地区断裂构造表现为两组交叉呈“X”形的北东向线性负地形影像特征。

(5)与山体走向垂直或斜交的“切割线”

测区的线性构造有一类表现为其走向明显垂直或斜交于山体，好似山体被切割一样，并沿某一方向断续延伸，且与区域总体的山体、水系格局不协调，这一般是断裂构造作用的结果，这一特征在航片中显示的极为清晰。

3.1.2 构造解译特征

根据以上建立的解译标志，并结合区域地质资料及现场调查验证，将线路走行区的主干构造遥感解译特征描述如表1所示。

表1 库格铁路阿尔金山区主干构造断裂遥感影像特征与地质特征对照

3.1.3 断裂构造区选线原则和主要方案比选

(1)选线原则

由于测区新构造活动强烈，规模较大的断裂构造多具有不同程度的活动性，特别是北东、北向和近东西向断裂带，历史上曾发生过中强地震。因此，在阿尔金山越岭区选线时遵循:①从整体布局上，尽量选择以断层最少的位置通过，在必须通过断层时，线路应与断层大角度相交，缩短通过断裂带的距离，同时避免顺断层带进行选线;②测区断裂构造形成时间较短，断层带较破碎且含水，工程地质条件差，断层交汇在一起构成多处断层构造交汇区，线路应尽量避免通过断层交汇区;③在设计时应加强抗震设防的措施［8］。

(2)主要线路方案比选

根据构造解译结果，线路方案在阿尔金山区展布形式与断裂构造的关系比较清晰:巴什考供－红柳沟越岭方案中各比较方案线路走形于红柳沟挤压断裂带与喀拉萨依挤压带的交界部位，与红柳沟挤压带(构造透镜体)基本平行，与喀拉萨依挤压带斜交，其所穿越的断裂构造最多，地质条件均劣于推荐线路方案;巴什考供—七面峰段长隧道方案中推荐方案线路垂直穿越了巴什考供北东向断裂带中的构造扁豆体及其中的北东向断裂系，在乙压加拉克山附近又垂直穿越了乙亚加拉克山弧形断裂挤压带中的东西向断裂，通过断裂带距离短，地质条件均好于长隧道各比较方案。

另外，对于遥感解译和地质调绘互相验证确定的断裂构造，下阶段勘察中仍需开展物探工作，在物性参数异常部位布置适量钻探加以验证，进一步确定断裂性质和断裂带物质组成。

3.2 不良地质解译及选线意见

测区滑坡、崩塌、泥石流等不良地质分布于阿尔金山越岭地段，阿尔金中低山区沟谷基岩裸露，沟谷两岸不同程度地发育着滑坡及崩塌;南北山麓岩石风化严重，岩体破碎，具有较丰富的残、坡积层，其中一些季节性河沟属于轻微－中等泥石流沟，并在山前形成洪积扇及漫流，通过详细的遥感信息处理和航片的立体解译，同时开展野外调查验证，最后利用大比例尺航片对阿尔金山地区的滑坡、崩塌、泥石流等不良地质体进行详细的判读，其中不良地质影像解译标志和选线原则如下所述。

(1)滑坡

阿尔金山沟谷两岸发育的滑坡解译标志明显，滑坡壁高陡，一般呈直线或折线形，滑壁周界明显，形态受岩性、岩层倾角以及构造结构面的控制，滑坡主滑面为陡倾角时，滑坡地貌不明显，主滑面为缓倾角时，滑坡地貌较明显。按照该解译标志，解译出沿线滑坡主要分布在AK573～AK578段，规模大小不一、滑体较厚，斜坡稳定性差，整治困难，建议优化该段线路方案。因此，选线时对大型滑坡及滑坡群应予绕避;当滑坡规模小，边界条件清楚，整治技术方案可行、经济合理时，线路可选择有利于滑坡稳定的安全的部位通过。

(2)崩塌

崩塌是陡峻山坡上岩块、土体在重力作用下，发生突然的急剧的倾落运动［9］，解译的主要标志有:①坡体大于45°且高差较大，或坡体呈孤立山嘴，或凹形陡坡;②坡体内部裂隙发育，尤其垂直和平行斜坡延伸方向的陡裂隙发育或顺坡裂隙及软弱带发育，坡体上部已有拉张裂隙发育，并且切割坡体的裂隙、裂缝即将可能贯通，使之与母体(山体)形成了分离之势。结合以上解译标志，并通过坡形影像色调、植被、崩塌的边缘轮廓和下部岩堆发育情况等综合判定［10］，解译出测区一系列崩塌，多发育在巴什考拱至七面峰之间的沟谷两岸。如:AK605+550右侧50m处岩质崩塌(图4)，厚1～2m，长177m，宽116m，后缘呈弧状，后壁陡立，表面坎坷不平，岩体破碎，具粗糙感，经现场调查验证，和遥感解译圈出的范围基本一致，由于该崩塌距推荐线路方案较近，对铁路工程有一定的影响，建议对推荐线路该段方案进一步优化。因此，在崩塌地段选线时尽量避开具崩塌的不稳定斜坡，减少对山坡扰动，同时避免隧道出现浅埋，尽可能向山内侧靠，减少隧道偏压。

(3)泥石流

分布于阿尔金山南北山麓沟口及支沟位置，大多属于季节性泥石流，在突降暴雨时，可形成沟谷型泥石流，在山前可形成洪积扇、漫流。判读遥感图像时，一般根据形成区、流通区、堆积区等特征确定泥石流沟［11］。形成区一般呈瓢形，山坡陡峻，岩石风化严重，松散固体物质丰富;流通区沟床较直，纵坡较形成地段缓，但较堆积地段陡，沟谷一般较窄，两侧山坡坡表较稳定;堆积区位于沟谷出口处，纵坡平缓，常形成洪积扇或冲出锥，洪积扇轮廓明显，在航片上呈浅色调，扇面无固定沟槽，多呈漫流状态。如AK646+000左侧1 km发育一大型泥石流沟(图5)，其流通区沟床较顺直，沟床中松散物质少，沟谷出口处，纵坡平缓，形成洪积扇，洪积扇轮廓明显，线路方案从堆积区附近洪积扇上通过，对工程有一定影响，建议优化该段线路方案。因此，泥石流区选线时对于大型泥石流尽量在流通区通过，且桥涵工程要留足净空。

图4 AK605+550右侧50m崩塌(航片)

图5 AK646+000左侧1 km泥石流沟(航片)

4 结语

(1)利用航、卫片判读出的断裂构造，是从遥感影像特征解译出来的，这些构造某些可能在野外找不到证据，但是这些构造却深刻地反映了区域地质演化情况，对于理解测区构造总体特征和构造格架大有裨益，在初测及后续阶段综合勘探中，仍需修正完善［12］。

(2)滑坡、崩塌、泥石流主要分布在阿尔金山越岭地段，对线路方案影响较大。通过遥感解译，测区滑坡、崩塌、泥石流具有以下特征:一是阿尔金山区植被覆盖度极低，山体表面受风化和冻融侵蚀极为严重，山体表面有薄层第四系堆积层，它们是不良地质的物质来源;二是测区断裂构造极为发育，岩体破碎，边坡稳定性差，断裂构造控制着区内不良地质的发育，某些泥石流沟本身就是断裂所在位置;三是人为活动是不良地质发生的外在动力，测区矿藏丰富，大面积的山体开挖和筑路，造成了规模较大的不稳定的边坡，成为崩塌的发源地。

(3)库格铁路遥感应用证明，遥感在前期方案研究阶段和初测前地质加深阶段应用确有实效，省时、省工、优质，可以应对重大方案比选抉择和应急方案的取舍，因此遥感方法是勘察流程中主要内容之一，在实际勘察计划、作业上都应予以重视。

［1］中铁第一勘察设计院集团有限公司．新建库尔勒至格尔木铁路预可行性研究报告［R］．西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2010．

［2］曹成度．卫星遥感影像在铁路选线中的应用［J］．铁道勘察，2006(6):23－25．

［3］韩玲．TM与ETM影像融合用于地质构造解译［J］．遥感信息，2004(2):35－37．

［4］TB10041—2003，铁路工程地质遥感技术规程［S］．

［5］高山．长大隧道三维可视化遥感地质解译技术应用［J］．铁道工程学报，2011(11):13－18．

［6］中铁第一勘察设计院集团有限公司．新建库尔勒至格尔木铁路初测前遥感地质解译报告［R］．西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2010．

［7］刘亚林．多源遥感技术在铁路工程地质勘察中的应用研究［J］．铁道标准设计，2013(5):13－15．

［8］TB10012—2007，铁路工程地质勘察规范［S］．

［9］TB10027—2012，铁路工程不良地质勘察规程［S］．

［10］方利，车晓明．宝天铁路增建二线滑坡与崩塌调查中的遥感技术应用［J］．铁道工程学报，2006(12):243－247．

［11］邵虹波，唐川，李为乐．滇西某铁路拟选线路地质灾害遥感解译特征研究［J］．防灾减灾工程学报，2009(3):342－345．

［12］王英武．遥感技术在宜万铁路工程地质选线中的应用［J］．铁道工程学报，2006(12):82－84．

Application of Remote Sensing Technology in Engineering Geological Route Selection in Altun M ountain Area for Korla-Golmud Railway

YANG Xin-liang

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co．，Ltd．，Xi'an 710043，China)

In Alton Mountain areas，there aremany high mountains in the form of steep slopes，together with many complicated，unfavorable and large-scale geological structures，giving rise to great difficulty on engineering geological route selection for Korla-Golmud Railway．For this reason，remote sensing technology was employed in order to take full advantage of remote sensing technology．After collecting remote sensing images as well as topographical and geological maps，the remote sensing images were processed，the geo-science information was extracted，and the data were overlapped with each other．Furthermore，based on different image features，and comprehensively in combination with field survey，the interpretationmarks of this region were established so as to do remote sensing geological interpretation in medium and large scale．As a result，by comprehensively using remote sensing interpretation and geological survey，the distribution pattern of geological structures and severely unfavorable geology in this region were ascertained．This practical application on infrared detection technology can provide an important basis for large-scale engineering geological route selection and for route scheme optimization，serving as guidance for arrangement of engineering geologicalmapping and surveying．

remote sensing technology;route selection;application;geological structure;interpretation

U212.32

A

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．002

1004－2954(2014)03－0005－05

2013－01－06;

2013－06－24

杨新亮(1979—)，男，高级工程师，2002年毕业于西南交通大学水文地质与工程地质专业，工学学士，E-mail:2401782441@qq．com。