基于GF-1遥感和GIS数据翠亨新区地质灾害特征及成因分析

张宇佳, 周万蓬*, 张振森, 李永丰, 李铭鲲

(1.东华理工大学 核资源与环境国家重点实验室,江西 南昌 330013;2.东华理工大学 江西省数字国土重点实验室,江西 南昌 330013;3.广东省地质局第十地质大队,广东 中山 528427)

0 引 言

随着遥感技术的快速发展，遥感的应用领域、技术手段不断扩大和日趋成熟[1]，在地质灾害调查工作中获得了广泛应用[2-3]。目前遥感技术和地理信息系统技术广泛应用于地质灾害体的解译提取[4-5]、影响因素分析、危险性评价[6-7]、灾害动态监测与防治[8]，以及后期灾害数据库的建设[9]等工作。对比传统的地质灾害调查，遥感技术能够更有效地获取地表信息，与地理信息系统结合使用，可大大提高地质灾害调查的效率[10]。

遥感技术在城市地质调查工作中可广泛应用于城市工程建设条件、城市地下空间探测(地下水)等相关调查[11]。中山市翠亨新区地理位置优越，经济发展迅猛，但区内地质灾害发生频繁，严重制约着城市基础设施建设。前人依据传统的野外地质灾害调查(路线调查)对中山市主要地质灾害进行了统计，对地质灾害的分布特征、规律进行了初步的统计分析，提出了简略的防治建议[12]。在全国进行大比例尺城市地质调查的背景下，传统的地质灾害调查方式不适宜大比例尺的城市地质调查，而遥感影像数据，特别是高分辨率遥感影像数据可以快速实现对地质环境和地质灾害信息的调查[12]。本次研究将遥感技术应用于中山市翠亨新区1∶10 000城市地质调查中，采用高分辨率遥感技术，精细解译地质背景及地质灾害特征，分析灾害体与地质因子之间的成因关系。

高分一号遥感数据广泛应用于灾害地质调查，尤其在地质灾害信息提取与发育特征研究方面的应用[13-14]。通过高分遥感影像和DEM(digital elevation model)数据解译，可直观地显示地质灾害的分布状况[15]。基于对研究区地形地貌等特征的综合考虑，本次研究选取高分一号卫星影像作为目视解译的主要影像，通过影像预处理，结合搜集到的其他地质资料及Google Earth影像对中山市翠亨新区进行地质灾害信息解译和提取工作，并分析已发生地质灾害点与断层、岩性、地层等地质背景因子之间的关系，及时更新中山市翠亨新区的地质灾害信息，以期为当地政府城市建设决策提供基础地质背景资料。

1 研究区概况与数据来源

翠亨新区位于中山市东部，其所处的大地构造单元为华南褶皱系粤中坳陷西南缘，区内断裂较为发育，主体受北东向构造控制，出露的地质体主要为白垩世、侏罗世、奥陶世的深成侵入岩(细粒-中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩)及第四系沉积物。研究区的地形地貌以丘陵和平原为主，地势总体西高东低，属珠江口三角洲平原区，可分为南朗镇与马鞍岛两部分，地貌类型简单。

本次遥感数据选用分辨率为2 m的高分一号影像数据、资源一号(ZY-1 02C)卫星数据、Google影像数据及数字高程模型(gigital eldvation model，DEM)数据，利用ENVI5.1对高分一号数据与ZY-1 02C卫星数据进行数据预处理，用于1∶10 000地质灾害解译底图，Google影像数据用于该区基础地质信息及地质灾害点解译成图，DEM数据用于获取该区地灾点的坡度、坡向等信息。同时结合前人中小比例尺的地质资料、野外踏勘及路线调查，对地质灾害解译结果进行对比验证。

2 地质灾害遥感解译与分析

2.1 解译标志的建立

对地质灾害的解译主要包括对地质灾害体解译以及对灾害体发生的地质背景解译。研究区内的地质灾害体包括滑坡、崩塌、不稳定斜坡，其遥感图像目视解译标志如表1所示。地质背景主要包括地质构造、地层岩性、地形地貌，在遥感影像上，不同的地质背景因子存在不同的解译标志。通过高分遥感影像与多光谱影像的波段融合，加强了断裂构造在影像图上的的线性特征、色调标志、影纹特征、地形地貌特征、水文土壤特征，增强了目视解译的准确度。地层岩性和地貌类型解译由于植被覆盖严重，主要依据前人地质资料及路线调查确定。

表1 翠亨新区地质灾害典型遥感解译标志Table 1 Typical Remote Sensing Interpretation Signs of Geological Hazards in Cuiheng area

2.2 解译结果分析

综合运用各类解译标志，通过遥感图像目视解译法和野外验证，对翠亨新区的地质背景和地质灾害体进行了详细解译，地质背景解译包括断层、地形地貌和地层岩性。

通过遥感解译与野外调查、验证，识别出区内4条大断裂(图1)，从北到南、从西向东依次为沙溪-中山港断裂、五桂山北断裂、五桂山南断裂以及白坭-沙湾断裂。五桂山南断裂可见十分典型的断裂影像标志，走向大致57°，在地貌上可见断层三角面发育，断面较平直，山谷山脊线性影像清晰，野外验证其破碎带宽30～50 m，断层角砾岩、硅化碎裂花岗岩、压碎硅质岩等构造岩十分发育，带内及其旁侧发育着密集石英细脉群，且岩石经受强烈挤压破碎。白坭-沙湾断裂为新发现的断裂，为正断层性质。在研究区西侧近五桂山山区，依据影像线性特征及水系、地貌错动等间接标志，解译出24条中小型断裂。

通过遥感地貌范围圈定及野外验证，研究区内解译出6类地貌类型(图1)，在五桂山地区以花岗岩剥蚀低山丘陵地貌为主，影像上表面较粗糙，呈团块状，为丘陵正地形；交切关系明显，山脊线清晰，地表侵蚀切割程度明显，树枝状水系发育，建有多座水库，由于植被发育，多呈绿色色调；冲洪积平原地貌、河海堆积平原地貌和人工填土分别分布在南朗和揽边、马鞍岛以及河海交汇边缘地区，改造较强，影像上地势平坦，水系交汇，城镇密集；结晶岩剥蚀残丘地貌零星分布在马鞍岛附近；山麓斜坡和谷地堆积地貌主要分布在五桂山山前谷地。由于区内植被覆盖严重，导致影像光谱信息反映的都是植被的光谱信息，对研究区内的8类岩性信息主要是根据区域地质调查报告确定，因此本研究中不再赘述。

图1 翠亨新区遥感影像数据及地形地貌、灾害点及断裂叠合图Fig.1 Remote sensing image and overlay map of landform types, disaster points and faults in Cuiheng new area

经野外验证，翠亨新区共解译出较大的地质灾害点61处，其中崩塌6处，滑坡31处，泥石流1处，不稳定斜坡23处。面积在1 762.8～143 552.1 m2，规模以中小型居多，集中分布在五桂山余脉地区。结合地质灾害规模划分标准，对解译的灾害面积数据进行数量与面积分级，结果显示，翠亨新区主要发育中小型滑坡、不稳定斜坡，大型地质灾害点较少；从地质灾害数量来看，平面面积104～105 m2的灾害体数量最多，占57.38%。

3 地质灾害控制因子分析

地质灾害是在一定的环境条件下形成，一般受地质条件、自然环境条件以及多种诱发因素制约[16]。近年来研究者利用GIS(geographic information system)的空间分析功能对造成地质灾害的多种因素进行量化分析应用较广[7,13]，本文利用GIS着重分析地形地貌、断裂构造、地层岩性三个方面对灾害体分布的影响，探讨地质灾害体的发育及分布规律。

3.1 地形地貌与地质灾害的关系

研究区地形地貌与地质灾害的发育有着强烈的相关性。从灾害点分布的空间位置与地貌类型叠加情况分析可知：44处地质灾害点分布在花岗岩剥蚀低山丘陵区，占解译灾害点的72%，该区地形呈现西部向东部大幅降低，山坡陡，沟谷短小而急促，大部分山谷呈“V”形。这种地形条件为地质灾害的发生提供了致灾物源和通道，大部分滑坡和不稳定斜坡发育在翠亨新区中西部剥蚀侵蚀低山丘陵及山前谷地(图1)。

斜坡体的稳定性决定了地质灾害隐患点的稳定性，坡度、坡向、高度等因素的差异间接控制了不稳定斜坡向滑坡和崩塌发展的趋势[17-18]。将地形量化为坡度、高程、坡向等具体的量化值，分析其与地质灾害点的分布频率与数量，发现地质灾害点主要发育在高程范围为51～150 m、坡度范围为23°～40°、坡向范围为102°～167°及300°～360°的地区。统计表明，在坡度为23°～40°的范围内地质灾害分布32处，以不稳定斜坡为主。该地形条件下岩土体稳定性低，植被覆盖率低。不稳定斜坡多发育较多裂隙、节理，雨水冲刷条件下更易转化为泥石流。经野外实地考察，高程为150 m左右的中低山地貌，地势较陡，表层为第四系覆盖层，以花岗岩类等脆性岩层和软硬相间的松散岩石风化物为主，滑体结构破碎，易受外力影响，遇水稳定性降低快，故滑坡多易在沟谷处发生。

3.2 地层岩性、构造与地质灾害的关系

地质灾害的发展与地层岩性密不可分，地层岩性决定着岩土体的力学性质，岩土体的稳定性在一定程度上制约着地质灾害的发展和分布。通过对地质灾害点与岩石地层分布空间叠加分析，结果显示大部分的滑坡和不稳定斜坡都位于相对坚硬的岩层范围内，如不同地层年代的二长花岗岩岩体、花岗斑岩岩体，结合该区域内山麓地貌，较坚硬岩石破碎、节理发育易形成不稳定斜坡，外力扰动形成崩塌的可能性大大增加。

研究区地质构造以断裂为主。断裂控制着岩体结构构造的发育程度，间接地控制地质灾害的发展和分布[19]，断裂错动形成的固体碎裂物为地质灾害的发生提供了部分物源，促进了地质灾害的发生。本文通过建立断层的多级缓冲区来探讨断层与地质灾害分布之间的空间关系。结果显示，大断裂与地质灾害关系不明显，而在次生小断裂600 m的影响范围内发育了近41处地质灾害，占总数的67.2%。这可能由于研究区大断裂硅化蚀变强烈，使大断裂附近岩石具备更强的力学性质，再加上大断裂影响范围大，断裂带内部易于形成相一致的岩土体条件，而次生断裂附近，构造透镜体发育、岩石破碎、后期蚀变胶结弱，再着中低山的地貌条件和降雨冲刷的自然因素影响，更易形成滑坡和不稳定斜坡。同时显示次生断层破碎带附近地段地质灾害群发育明显，呈线状沿断裂带附近展布。

3.3 讨 论

通过定量、定性分析地质灾害体与各影响因素之间的关系，可以看出地质灾害与研究区的地形、岩性和地质构造关系密切。在野外路线调查与观测发现，地质灾害点多发生在断层附近，线性分布特征较为明显，主要是分布在次级断裂广泛发育的花岗岩地区，由于断层通过的地区多发生断层错动，造成岩体破碎程度更高，其形成的碎屑物质为地质灾害的发生提供了物质来源，也是地质灾害发生的基础，而花岗岩较强的抗侵蚀能力形成研究区内由西北向东南倾斜的斜坡，为地质灾害的发生提供了地形条件。同时断层发育改变了岩土体的力学性质，岩体由于卸荷作用更易形成不稳定岩体，在适当的外力条件或水文条件下更易发展为崩塌和滑坡等地质灾害。综合分析地形、岩性和地质构造3种控制因素中，本文认为断层对地质灾害的发生影响明显，其具体机理仍需进一步进行调查与探讨。

4 结 论

综合高分遥感影像数据、基础地理信息数据及地质数据，解译了中山市翠亨新区的地质灾害，同时综合分析影响地质灾害体发生的地质条件，分析各地质背景因子下地质灾害的空间分布特征和成因分析，本次研究得出以下主要结论。

1)利用高分辨率遥感影像可以快速准确地解译识别中小范围地区的构造、岩性以及地形地貌，准确地解译滑坡、崩塌等地质灾害，获取地质灾害的类型、位置、形态等基本特征。运用GIS技术可以得到地质灾害体分布的高程、坡度、主要岩性等灾害特征参数信息，便于预测潜在地质灾害的发生。

2)本次翠亨新区城市地质调查中，解译出较大的地质灾害点61处，其中滑坡(包含潜在滑坡)31处，崩塌和潜在崩塌点6处，泥石流1处，不稳定斜坡23处；从平面面积分级统计来看，该区内地质灾害以中小型居多，偶见有大型的灾害体。

3)从灾害体分布与各环境因子之间的关系来看，翠亨新区地质灾害点主要分布在50～130 m的低山丘陵区，地势相对陡峭，表层覆盖层较厚，在坡度为23°～40°五桂山余脉地区的地质灾害数量分布最多，该坡度范围以山麓斜坡地貌为主，地层岩性以剥侵蚀的二长花岗岩为主，坡体结构破碎松散，易受外力影响形成滑坡等地质灾害，同时在次级小断裂广泛发育的地区，岩石松动破碎，易形成不稳定斜坡。这将是今后地质灾害防治的重点地区。

4)从中山市翠亨新区地质灾害与地质背景因素分析来看，地质灾害的发生、分布与高程(海拔51～150 m)、地形坡度(23°～40°)、次一级断裂、地貌类型及地层岩性密切相关，其中次级断裂对地质灾害的发生影响更大。