从基础地质角度研究洞庭湖流域水蚀荒漠化状况及成因

从基础地质角度研究洞庭湖流域水蚀荒漠化状况及成因

黄树春，赵帅军，杨玲，刘志尧

(湖南省地质环境监测总站，长沙 410007)

主要研究地质环境调查与监测。

摘要：利用2008年CBERS-02遥感影像，结合其他资料,调查洞庭湖流域水蚀荒漠化状况，总结水蚀荒漠化特点及分布规律，从基础地质角度研究水蚀荒漠化成因规律，为从根本上治理水蚀荒漠化提供科学依据。

关键词：洞庭湖流域；水蚀荒漠化；基础地质；成因规律

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.03.020

收稿日期：2015-04-20

基金项目：长江流域基础地质遥感调查与监测(1212010911081)

作者简介：黄树春(1980-)，男(汉)，湖北黄冈，硕士

中图分类号：S157.1献标志码：A

0引言

洞庭湖流域是长江的二级流域，包括湘资沅澧四大水系，面积为262 891 km2,涉及到湖南、广西、贵州、湖北、重庆等地，湖南占该流域的82.7%。由于多方面的原因，水蚀荒漠化较严重，部分地区生态环境差，制约着当地经济的发展，已成为当前影响该流域生态环境的主要问题之一。水蚀荒漠化的影响因子多，相关文献研究也较多，但从基础地质角度进行的系统的分析很少。本文从基础地质的角度全面分析水蚀荒漠化与构造、地层岩性和地貌的关系，研究水蚀荒漠化的形成及变化规律，为科学治理水蚀荒漠化提供依据。

1数据源

主要利用CBERS-02卫星影像、地形图、地质图、地貌图、土地利用图、坡度图以及降水和工程建设等，CBERS影像是时相为2008年，分辨率为19.5 m，地形图、土地利用现状图、坡度图比例尺为1∶25万，地质图和地貌图比例尺为1∶50万。

2调查方法

2.1　遥感图像处理

本文遥感图像处理主要包括：图像预处理、波段组合、正射纠正、镶嵌、彩色融合等。

2.2　水蚀荒漠化信息提取

水蚀荒漠化提取涉及专业领域广，技术难度大，为了准确提取各类因子信息，提取过程中主要采取目视解译法、人机交互解译法、计算机自动分类法、图像增强处理法等。

2.3　水蚀荒漠化与基础地质关系研究方法

主要采用空间分析法，将水蚀荒漠化与地貌图、地质图叠加分析，来研究基础地质与水蚀荒漠化的关系。

3水蚀荒漠化状况

洞庭湖流域水蚀荒漠化面积为14 265.09 km2，占流域面积的5.43%，以轻度和中度为主。轻度水蚀荒漠化面积占总水蚀荒漠化面积的64.77%，主要分布于湘西北、渝东南、湘中和湘南等地区；中度水蚀荒漠化面积占总荒漠化的31.98%，主要分布于湘西、张家界、黔中部等；重度荒漠化较少。见表1和图1～2。

表1　洞庭湖流域水蚀荒漠化状况统计表

4水蚀荒漠化与构造地貌关系分析

构造运动是地貌演化的前提[1]。构造运动引起的势能重组，是引起水蚀荒漠化和搬运的根源。剧烈的构造运动形成了陆地、海洋以及山地、盆地和平原地貌的分异，从而也为地貌演化提供了动力和方向。构造和地貌这2个因素在对水蚀荒漠化的影响中，并没有明显的区别。因此，在水蚀荒漠化影响因素的分析中，将二者结合了起来进行探讨。

图1　各级水蚀荒漠化面积占总荒漠化面积饼状图

图2　洞庭湖流域水蚀荒漠化分布及典型区域示意图

4.1　水蚀荒漠严重区与构造褶皱带、台褶带分布关系

水蚀荒漠化的面积、严重程度分布是与一系列的构造褶皱带(主要是褶皱与断裂)密切相关的，而这些褶皱带大多是板块内部地块之间的碰撞或断陷地带，是构造水平运动和垂直运动作用的结果，洞庭湖流域上游水蚀荒漠化较严重区对应华南褶皱系的湘赣桂粤褶皱带及上扬子台褶带西部。

4.2　主要水蚀荒漠严重区与地貌地势分布关系

洞庭湖流域的地貌地势总体情况是北面低，东南西面高，形成向北开口的马蹄形盆地。地貌的形成和演化与构造运动息息相关，各种地貌类型的形成、分布特征及其格局也与该地各种不同时期、不同机制的构造运动密切相关。

通过统计分析(表2和图3)，水蚀荒漠化在低山地貌中分布最多，面积为6 825 km2,占总水蚀荒漠化面积的47.84%，其次分别是丘陵地貌和中山地貌；从各地貌中的水蚀荒漠化程度来看，中山地貌水蚀荒漠化最为严重，荒漠化面积占该地貌单元面积的6.61%，其次为低山地貌和丘陵地貌，分别为6.45%和6.08%。

表2　各地貌单元及其内水蚀荒漠化面积统计表　　km 2

图3　各地貌单元面积及其内水蚀荒面积对比 柱状图

从表2可知，主要水蚀荒漠化较严重地区的地貌地势都呈现以山地丘陵(中、低山和丘陵区)地貌形态为主，地势起伏较大，而且水蚀荒漠化的主要严重区与主要山地丘陵的分布特点和格局具有很好的一致性，这也正好印证了上述构造挤压运动形成的褶皱带、台褶带对地貌的影响，并与荒漠化主要较严重地区三者形成良好的一致性。

通过水蚀荒漠化主要严重区与构造地貌之间的分布关系，可以总结出以上三者之间的对应关系：洞庭湖流域西部、南部水蚀荒漠化严重区，对应湘赣桂粤褶皱带、上扬子台褶带西部，对应雪峰山脉、武陵山脉和南岭山脉。

4.3　洞庭湖流域主要水蚀荒漠严重区与地势分布关系

将水蚀荒漠化较严重区西部和南部，分别编制2条东西和南北向的地势起伏剖面图，如图4～7。

图4　雪峰山—武陵山区地势分布图

图5　雪峰山—武陵山区东西向AB(a)与南北 向CD(b)地势起伏度剖面图

图6　南岭山区地势分布图

图7　南岭山区东西向AB(a)与南北向CD(b) 地势起伏度剖面图

构造上属上扬子台褶带和湘赣桂粤褶皱带。褶皱盖层发育，新构造差异性隆升为主。洞庭湖流域西部地区，处于雪峰山—武陵山区，南部处于南岭山脉中，地貌上以中低山及丘陵为主。丘陵坡度一般大于15°,部分山区甚至超过45°，据统计≥25°的坡地占53%，在重力作用下，流水侵蚀作用强烈，地表侵蚀严重，水蚀荒漠化程度严重。

图4～5显示，雪峰山—武陵山区，地势起伏度在250～500 m之间，东西向分异的地势起伏度在200～500 m之间，集中分布在400～500 m区间，南北向分异的地势起伏度在200～400 m之间，集中区间在300 m左右。

南岭山区，海拔在1 000～2 000 m之间，地势起伏度在东西向分异为300～600 m，集中区间在300～500 m，东西向分异在250～600 m，集中区间在250～500 m(图6～7)。可见，洞庭湖流域的荒漠化较严重程度是与该地区较陡的坡度和较大的地势高差明显相关的。

5水蚀荒漠化与地层岩性关系分析

5.1　洞庭湖流域的岩性简述

洞庭湖流域地层分布广泛，发育较全，从元古界至新生界均存在。其中新生界面积最多，为80 954 km2,占全流域面积的30.79%，其他面积从大至小分别为元古界、下古生界、上古生界、中生界和岩浆岩。

5.2　水蚀荒漠化与地层岩性的关系

主要地层内水蚀荒漠化面积统计表(见表3)，其中下古生界地层中水蚀荒漠化面积最大，为4 117.80 km2,占总水蚀荒漠化面积的28.87%；其次为中生界地层中水蚀荒漠化，面积为2 936 km2,占总水蚀荒漠化面积的20.59%，其余地层中水蚀荒漠化面积从大至小分别为：残坡积、上古生界、元古界、冲洪积、第三系、岩浆岩等。从水蚀荒漠化与相应地层面积比来看(严重程度)，水蚀荒漠化较严重发生在中生界地层，占本地层面积的11.56%，其他严重程度从大到小依次分别为：第三系、下古生界、残坡积、上古生界、冰碛物、元古界、冲洪积、酸性岩浆岩等。

表3　各地层及其内水蚀荒漠化面积统计表

为了进一步说明水蚀荒漠化与地层岩性的关系，根据流域内主要荒漠化分布情况，划定了9个水蚀荒漠化典型的区域(如图2)，各区域主要地理位置、荒漠化程度、主要地层岩性及主要受控岩性见表4，通过表4可看出，流域内发生水蚀荒漠化地区主要受控岩性为灰岩，其次为页岩、白云岩和砂岩。

5.3　洞庭湖流域的水蚀荒漠化原因分析

水蚀荒漠化程度总体上为轻度和中度，多呈面状分布。主要受控岩性为灰岩，其次为页岩、白云岩和砂岩。

灰岩、页岩、白云岩都属于碳酸盐岩类。碳酸盐岩系抗风蚀能力强, 成土过程缓慢，风化层缺乏,单位面积可侵蚀固体量很少,但它易受到侵蚀,碳酸盐岩在含有CO2的水作用下,形成重碳酸钙直接溶解,由于母岩易溶物质含量很高,且易淋失,而酸不溶物的含量通常<15%,仅有10%左右的物质残留下来形成土壤[2]。 土体浅薄，岩体裂隙，漏斗发育，地表持水力低，抗冲刷能力弱，再加上生态系统单一、不合理人为活动、暴雨等其他因素影响，水蚀荒漠化极易形成。

该区域内发生的水蚀荒漠化多处于河流上中游地区，以下蚀流水地质作用为主，对水蚀荒漠化的发生起到了决定性的作用。而该地区的主要岩性为灰岩，为河流的下蚀作用提供了有利条件。

砂岩发生水蚀荒漠化也较多，该部分地层主要是由白垩系和第三系陆相沉积而成，一般上覆盖层厚度较小，成岩程度低，砂粒间胶结程度差，结构强度低，在高温多湿、干湿季节分明的亚热带气候条件下，极易风化剥落、崩落和遭流水侵蚀，加上不合理的人为因素，该区域极易产生水蚀荒漠化。

6结语

利用2008年前后CBERS卫星遥感影像调查洞庭湖流域水蚀荒漠化状况，摸清了水蚀荒漠化分布特征，从基础地质的角度较全面地分析了水蚀荒漠化与地质环境的关系，为从地学的角度治理水蚀荒漠化提供了依据。由于遥感技术是从区域性角度上分析的，所以从微观上如岩性组合特点、节理和裂隙发育程度等与水蚀荒漠化的关系有待进一步分析。

表4　洞庭湖流域荒漠化地区地层岩性统计表

参考文献

[1] 刘同庆，陈有明，杨则东，等.长江中下游水土流失特征及相关因子分析[J].国土资源遥感，2010(S1)：140-143.

[2] 李林立，况明生，蒋勇军. 我国西南岩溶地区土地石漠化研究[J]. 地域研究与开发，2003(3): 71-74.

A study on water-eroded desertification status and causes of the Dongting Lake from the

perspective of elementary geology

HUANG Shu-chun, et al.

(HunanProvinceGeologicalEnvironmentalMonitoringStation,Changsha410007,China)

Abstract：By using the CBERS-02 remote sensing images in 2008 and combining other materials, this paper investigates the water-eroded desertification status of the Dongting Lake and summarizes the characteristics of water-eroded desertification and the distribution regularities. It studies the causes of water-eroded desertification from the perspective of elementary geology, and provides scientific basis for the management and treatment to water-eroded desertification.

Key words：Dongting Lake watershed; water-eroded desertification; elementary geological; cause and laws