遥感技术在额尔古纳市奇乾地区工程岩土体调查中的应用*

王少华

(黑龙江省地质调查研究总院)

0　引言

奇乾地区-位于额尔古纳市境内的中俄边境地区，地处偏僻边防地区，人烟稀少，交通不便.该地区以往调查工作程度较低，调查领域仍处于空白.随着国土资源利用、国防建设方面等多方面的需求，基于遥感技术手段开展工程地质调查逐渐成为当前研究的热点之一.

钟宇[1]等选取岩溶地层岩性等因子运用模糊算法和组件式GIS技术对武汉市武昌区岩溶塌陷危险性等级进行了评估；刘峻山[2]运用基于地貌、地层岩性等因素对西南岩溶区某机场地质特征和工程地质分区进行了研究；李佳[3]等利用POS-BP算法开展了岩质边坡开挖卸荷的应用研究；杨金中[4]基于遥感技术在工程地质选址工作中工作内容(地貌条件、岩土体条件、地质构造条件、地质灾害发育情况、水文地质和工程地质条件)和工作方法，指出了遥感工程地质选址工作中应注意的问题.周莉[5]等将遥感技术应用于重庆市黔江-彭水段高速公路的工程地质调查，解决常规地面地质调查难以解决的问题.

该文主要采用遥感目视解译与实地验证相结合的方式，运用类比、推演等方法进行工程地质的解译，不仅能查清研究区内不良的地质现象，又能在较短时间内掌握该地区的工程地质概况.

1　研究区概况

1.1　交通位置

额尔古纳河奇乾地区位于内蒙古自治区额尔古纳市境内，中俄界河—额尔古纳河的下游.交通条件较差，仅有3条县级公路贯穿，其他道路均为砂石路.地表大部分为原始森林，河谷两侧沼泽遍布，徒步行走困难.

1.2　地形地貌

地处额尔古纳河河畔，大兴安岭北部原始森林腹地.四面环山，海拔最高点高平山，海拔1223m，最低点海拔365m，平均650m.地势为复杂的山岳地形，孤立的山峰和丘陵较少，大多数彼此连接，构成成排的山系(如图1所示).

图1 　研究区地势图

1.3　地质概况

研究区位于额尔古纳新元古造山带上，地层区划前中生代属大兴安岭地层分区额尔古纳地层小区；中生界属滨太平洋地层区、大兴安岭-燕山地层分区、博克图-二连浩特地层小区.

(1)地层

研究区内地层分布零星，主要集中在奇乾乡以东至大营、以北的乌玛等地.区内出露的地层有第四系全新统洪冲积物(Qhpal)、上更新统一级阶地(Qp3)、上更新统冰碛物(Qp3gl)、上更新统坡积物(Qp3sl)、白垩系下统梅勒图组(K1mL)、侏罗系中统额木尔河群绣峰组(J2x)、震旦系额尔古纳河组(Ze)、新元古界南华系佳疙瘩组(Nhj)、古元古界兴华渡口岩群(Pt1X.)，共计9个单元.

(2)侵入岩

研究区内侵入岩十分发育，是额尔古纳岩浆岩带的重要组成部分，分别划归新元古代、二叠纪、三叠纪、侏罗纪.岩浆活动以新元古代、三叠纪和侏罗纪中酸性侵入岩为主体.

(3)变质岩

区内变质岩石繁杂多样，以区域变质岩最为发育，分布较广.变质岩石类型主要为斜长角闪岩类、长英质粒岩类、片岩类、片麻岩、大理岩、板岩类、千枚岩类、灰岩类.

(4)火山岩

区内火山活动经历了古元古代、新元古代及中生代3个时期.古元古代、新元古代火山岩分布较为局限.中生代火山岩区内有下白垩统梅勒图组，呈北东向线状产出.

1.4　断裂构造

研究区内断裂构造显示的比较清晰，且十分发育.其分布具有一定的规律，主要的断裂多集中成带状分布，形成不同方向的断裂构造带.从走向上可分为NE、NW2个方向的断裂.

2　工作方法

2.1　数据源及数据处理

所使用的数据源：(1)遥感影像数据：2016年6月RapidEye数据、Landsat-8卫星数据；(2)1∶5万数字地形图；(3)DEM数据；(4)实地验证形成的观测记录资料、实地照片；(5)采集岩石样品、岩石单轴饱和抗压测试数据.

遥感数据处理采用ENVI 5.2图像处理软件实现影像的波段组合、正射校正、影像融合、镶嵌配准、影像裁剪等工作；ArcGIS 10.1软件进行遥感解译工作.参考基准来源于1∶5万地形图，DEM数据通过1∶5万地形图提取的等高线内插计算生成.根据1:5万遥感影像平面图制作规范，正射校正的误差精度控制在0.5个像素之内.

2.2　研究内容

利用2016年遥感影像进行研究区工程地质背景，解译工程地质类型，确定土体和岩石性质，分析地质特征，划定分布范围.工程地质调查对象包括土体、岩石两大类，8个二级类.将土体划分为巨粒类土、粗粒类土、细粒类土3类.

2.3　工作方法及技术路线

(1)技术路线

基于遥感技术手段开展工程地质遥感调查工作主要是采用2016年RapidEye、Landsat-8卫星遥感影像，在收集以往基础地质资料的基础上，通过建立岩土体的解译标志，采用类比、推演等方法进行基础地质的解译(如图2所示).同时，根据野外验证情况及采集岩石样品进行力学测试结果，形成基础地质解译成果向工程地质解译成果的转换的转化工作.

(2)工作方法

①岩性解译

图2　技术路线

在开展工程地质解译前，首先完成研究区的基础地质遥感解译，以影像单元为依据，从影纹、水系、色调等特征区分不同地质单元，结合已有的1∶25万比例尺区域地质调查资料，初步确定各个地质单元岩性属性，后根据野外调查验证成果进行修正完善.

②岩石风化程度解译

岩石的风化程度不仅取决于本身岩性，同时与岩石的所处的地貌、外部环境等一系列因素密切相关.

在自然界，影响风化作用的各种因素多是联合作用的.在本次工作过程中，对岩石风化程度的解译需要准确确定岩性的基础之上，结合本地区气候、地形等外界因素进行综合判定.

③土体解译

针对第四系松散堆积物的遥感解译：

ⅰ.残坡积：主要分布于丘陵沟谷坡脚一带，一般都是砂质粘土，粉土夹碎石.主要成因是基岩风化壳经过外力搬运作用形成.

ⅱ.冲洪积：主要分布于河床，河漫滩及阶地上一般为砂土，砂砾卵石土.

3　调查结果分析

结合研究区内岩土体工程特点和部分岩体单轴抗压强度测试数据(见表1)，将坚硬岩划分为4级、较坚硬岩划分为2级、较软岩划分1级、极软岩划分1级、巨粒土划分3级、粗粒类土划分2级，共解译13个工程岩土体亚类型(见表2)，解译圈定了不同工程岩土体的单元界线、空间分布范围.

表1研究区部分岩体单轴抗压强度测试数据

表2 　研究区工程岩土体类型及对应岩性

3.1　岩体类型及工程地质特征

研究区内岩体类型以坚硬岩B和坚硬岩C为主，其次为较软岩、较坚硬岩A和B.土体类型以巨粒混合土、砾类土为主，主要分布在低山丘陵区及河床、河漫滩等，其次为巨粒土.

(1)坚硬岩

①坚硬岩A:致密块状、杏仁状玄武岩、玄武安山岩

在伊利、三里沟呈小面积分布及奇乾及阿巴河左岸等地，岩性组合为安山岩、杏仁状玄武岩、安山玄武岩，地层属于白垩系下统梅勒图组(K1mL).岩石坚硬性脆，块状结构，工程地质性质好.玄武岩岩石原生柱状节理发育，岩体体积节理数2～3条/m3，岩体完整性属较完整级，性状坚硬、抗风化能力较强.

②坚硬岩B:细粒闪长岩、花岗闪长岩

主要分布在乌玛-腰甸附近的乌玛河两岸以及十一站附近，呈长条带状分布.岩性以闪长岩为主，见辉长闪长岩(Pt3v-δ).花岗闪长岩在工作区内零星分布，时代为中二叠纪.岩石风化裂隙和原生裂隙均较发育，呈碎裂状，岩体完整性属较完整级，抗风化能力较强，岩石属于弱风化.工程地质性质较好，一般抗压强度高.

③坚硬岩C：中粗粒二长花岗岩、钾长花岗岩、中基性杂岩、片麻岩

主要分布在乌玛-腰甸以北、大河湾-奇乾乡-大林卡沟、古林子-小岭前等地.呈岩基、岩株状产出，组成岩体的岩性主要为花岗岩、二长花岗岩、钾长花岗岩，其时代属于新元古代、二叠纪、三叠纪、侏罗纪等.岩石表面易风化剥蚀，风化后呈粉白色.花岗岩类岩石坚硬性脆，块状结构，易风化，抗风化能力较弱.片麻岩工程地质性质较好，一般抗压强度高.岩石完整程度较好(如图3所示).

图3 　坚硬岩C：细粒角闪黑云花岗闪长岩影像特征及验证点实地照片

(2)较坚硬岩

较坚硬岩A：卵石粗砾岩夹长石砂岩、斜长角闪片岩、大理岩

小面积分布于乌玛-腰甸一带，在奇乾乡、小岭前、大吉岭等地零星分布.地层岩性组合为侏罗系中统秀峰组(J2x)卵石粗砾岩夹粗粒岩屑长石砂岩、粗粒长石砂岩和盆地边缘相砂砾岩、砂岩等，古元古界兴华渡口岩群(Pt1X.)的透闪石大理岩.卵石粗砾岩岩石多数为泥质胶结或凝灰质胶结，胶结程度差，属弱胶结.

(3)较软岩

较软岩A：板岩

主要分布在奇乾乡-大林卡沟-拉布拉斯沟一带.主要由南华系佳疙瘩组(Nhj)一套绢云母板岩、炭质板岩.呈团块状分布，工程地质性质较差，一般抗压强度低，抗剪强度相对较低，易风化，节理裂隙较发育，岩石较为破碎.

(4)极软岩

极软岩A

全风化的各种岩石.工作区内极软岩主要分布在奇乾乡、岭后东北山附近.岩性主要为全风化的二长花岗岩(P2ηγ),全风化的斜长角闪岩(Pt1X.).工程地质性质极差，一般抗压强度低，抗剪强度相对较低，节理裂隙较发育，多呈风化砂砾，仅局部见块石.

3.2　土体类型及工程地质特征

(1)巨粒土：漂石、块石

位于乌玛河之流伊里吉奇河河床附近，河床之上见漂石堆积，地层属于全新统冰碛物(Qhgl).

(2)巨粒混合土：漂石(块石)混合土

主要分布在尖山、红花坡、松岭一带，主要有巨石、砂砾石组成，厚度大于5m.地层属于上更新统冰碛物(Qp3gl).

(3)巨粒混合土：卵石(碎石)混合土

主要分布在山脚的坡积物.主要分布在地势较高的沟谷出口地带，为季节性流水作用的洪冲积物沉积.主要由分选和磨圆较差的砾石、粘土及工作区花岗岩类风化土组成.含碎石硬化粘土土分布不均匀，且厚度小于1m.地层属于上更新统坡积物(Qp3gl).

(4)砾类土：含细粒土砾

主要有河床、河漫滩等，是第四纪沉积物形成的主要地貌形态，且分布广泛，多集中在山口沟谷、河谷等地带.河床及河漫滩堆积：河床沉积呈条带状分布，变化较大，沉积物主要为砂、砾和卵石为主(如图4所示).地层属于全新统洪冲积(Qhpal).

4　结论

工程地质中岩体类型、土体类型及其厚度是影响工程稳定性的一个重要因素.利用传统方式的工程地质调查方式很难在短时间内掌握该地区的工程地质基本情况.采用遥感技术手段进行岩性、土体解译，将其转化成工程岩土体调查成果，为该地区工程地质综合性调查提供了前期的基础数据和技术手段.

采用遥感技术手段能够快速、准确调查岩体土体类型、分布范围、面积等因素，判定岩体风化程度、推算土体厚度.岩土体类型的划分主要是根据成因类型及其粒度成分性质和主要工程地质特征进行一级划分，然后根据其垂向结构特征进行二级划分，从而确定岩土体工程地质类型.

图4　砾类土：含细粒土砾影像特征及验证点实地照片

工程岩土体分布调查需要综合地貌条件、岩土体条件、地质构造条件、地质灾害发育情况、水文地质和工程地质条件等多种因素，该文基于遥感技术对工程岩土体调查技术方法进行了探索，形成了一套基于遥感技术对工程岩土体信息进行快速提取及转化的方法和技术流程.针对调查工作程度较低，交通条件差的边远地区提供了快速掌握其工程地质概况有效的手段，同时拓宽了遥感地质应用的领域.

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