遥感解译在川藏铁路昌都至林芝段的应用研究

路瀚，孙海龙，周明霞，李进

(1.中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院，武汉 430074；2.中国冶金地质总局西北地质勘查院，西安 710119；3.吉林省煤炭地质调查总院,长春 130033;4.西安星火地探遥感科技有限公司,西安 710016)

0 引言

遥感技术是20世纪70年代迅速发展起来的一门综合性探测技术，经过30多年的发展，该技术已广泛应用于资源环境调查与监测、军事、地质调查和城市规划等多个领域。究其原因，在于遥感技术具有客观性、时效性、宏观性、综合性与经济性等特点。

遥感影像具有覆盖范围广、获取速度快、信息量丰富等特点，因而在资源、环境、地质等领域得到广泛应用[1-6]。通过多波段遥感图像综合分析、对比及解译，结合数字图像处理技术，能快速识别公路、铁路等线路工程中包括地质灾害在内的各种工程及地质信息，定性或定量地预测滑坡、泥石流等地质灾害发展趋势、活动频度、变化规律，科学地评价工程地质条件及区域地质环境[7-12]，有效地指导线路工程勘察及设计工作，弥补常规地面调查劳动强度大、工期长、花费大等不足。

遥感解译图像能够真实、准确、直观地表现出地壳运动的构造形迹和空间格架，为区域构造地质研究和填图提供了多层次、多尺度和多信息源的构造图像。在遥感图像的地质解译中，断裂构造解译效果最好，能够从浅表层到深部、从静态到动态、从单一信息到多学科信息对区域构造进行综合分析。

1 研究意义

2018年9月，中国铁路总公司召开川藏铁路雅安至林芝段预可行性研究评审会；10月，习近平主持召开中央财经委员会第三次会议，全面启动川藏铁路规划建设。

川藏铁路是连接四川省与西藏自治区的快速铁路，呈近东西走向，为第二条进藏铁路，也是西南地区的干线之一。川藏铁路东起成都，经雅安后穿过二郎山隧道进入甘孜藏族自治州；经康定、理塘、白玉后跨过金沙江，进入西藏自治区贡觉、昌都、波密、林芝至拉萨，全长1514 km，图1为川藏铁路昌都至林芝(简称“CD-LZ”)段线路图。

图1 川藏铁路CD-LZ段线路图

川藏铁路是西藏自治区对外运输通道的重要组成部分，对于完善西藏铁路网结构、改善沿线交通基础设施条件、促进西藏经济社会发展、增进中华民族团结具有重要意义。对促进四川西部、青藏高原东部地区交通不便的城镇和四川省内甘孜、阿坝等少数民族自治州经济社会发展具有十分重要的意义。川藏铁路建设，是促进民族团结、维护国家统一、巩固边疆稳定的需要，是促进西藏经济社会发展的需要，是贯彻落实党中央治藏方略的重大举措。

通过遥感工程地质解译和野外调查，全面查明路线方案走廊带的工程地质条件，重点查清影响主要桥梁和隧道工程的地质因素，为路线工程地质条件评价、路线方案走向和比选及工程设置提供地质依据。

本次遥感解译范围及比例尺：①利用卫星图像对各路线方案走廊带进行1∶10 000遥感解译，1∶10 000解译范围为拟建路线两侧各2 km、明线段范围；②利用卫星图像对各路线方案走廊带进行1∶50 000遥感解译，解译范围为拟建路线两侧各15 km。

2 基本方法

遥感解译即为从遥感图像中识别和提取某种影像，赋予特定的属性和内涵以及测量特征参数的专业化过程。

以遥感资料为信息源，以地质体、地质构造和地质现象对电磁波谱响应的特征影像为依据，通过图像解译提取地质信息，测量地质参数，填绘地质图件和研究地质问题的过程(行为)。遥感数据的收集，它包括遥感数据、地理数据和地质资料的收集，是遥感地质调查工作的基础。

本次研究采用计算机综合解译，解译前熟悉已有地质资料，再结合遥感影像图进行资料综合对比分析，建立解译标志，然后在ArcGIS平台上依据遥感影像解译标志进行解译，勾绘岩性分界线、断裂构造等。解译过程中遵循先从地质条件简单、地质研究程度高和地质资料丰富的地区开始，再延到地质条件复杂、地质研究程度低和地质资料较少的地区；从区域性宏观解译逐渐向局部性微观问题过渡；从直观信息提取逐渐向隐晦信息提取过渡，遵循循序渐进、反复解译的原则。

3 技术方法

3.1 遥感解译内容

本次研究遥感解译内容主要包括6个方面。

(1)地形地貌：①地貌类型、成因及分区界线；②地貌与地层和地质构造之间的关系；③地貌个体特征、组合关系及分布规律。

(2)地层岩性：①参照已有地质资料确定地层、岩性和岩层产状；②岩性和地层的划分必须遵循从宏观到微观的原则，从界到组，按工程地质条件以组划分，厚度可根据分辨率和地质学解译进行推断；对路线区域有影响的岩性和地层进行勾绘。

(3)地质构造：①断裂的位置、规模、走向及性质，判断断裂破碎带的宽度；②断裂与路线的关系；③褶皱类型、轴线走向、长度和倾覆方向。

(4)水文地质：①大型泉水点或泉群出露位置和范围；②地下水的补给、径流、排泄、分布范围及相关关系。

(5)不良地质：①圈定活动断裂、滑坡、泥石流、崩塌、溜砂坡及岩堆不良地质范围；②研究不良地质现象或潜在不良地质现象的分布规律，分析其产生原因、危害程度、发展趋势及其与路线之间的关系。

(6)第四纪地质：①圈定第四纪坡积、崩积、冲积、洪积、河漫滩、河流阶地等地貌范围；②分析地貌与岩性、地层和地质构造的关系；③第四纪地质的分布与路线之间的关系。

3.2 技术路线

采用遥感信息分析、工程地质遥感解译和野外验证相结合的方法，以GF-2+Landsat-8图像信息为依据，以计算机信息提取为手段，以工程地质遥感解译、野外实地验证及铁路工程地质综合分析为重点，对路线走廊带的地形地貌、地层岩性、地质构造、不良地质及特殊地质现象进行全面的工程地质条件解译和调查验证，为路线方案优选和工点布设提供详实的工程地质资料，具体技术路线如图2所示。

图2 技术路线框图

3.3 工作方法

3.3.1 收集基础资料

主要包括路线走廊带区域地质调查资料(1∶200 000、1∶250 000)、区域水文地质调查资料(1∶1000 000)及路线工程地质调查资料的收集(川藏公路沿线重点病害地段整治调查报告；1∶500 000川藏公路沿线地质灾害工程地质调查报告；川藏公路病害整治工程可行性研究总报告；1∶50 000 G0613线和G4218线邦达机场至邦达兵站、林芝市公路遥感工程地质调查报告)。

遥感数据包括：Landsat-8 OLI_TIRS数据和高分二号(GF-2)数据，Landsat-8 OLI_TIRS数据一共有11个波段，其中波段1～7、9为可见光波段，空间分辨率为30 m；波段8为全色波段，分辨率为15 m；波段10～11为热红外波段，空间分辨率为100 m。路线方案跨Landsat-8 OLI_TIRS数据共6景，轨道号分别为133/39、133/40、134/39、134/40、135/39、135/40，各景数据获取时间及云量情况见表1。卫星图像数据清晰，仅在雪线以上有雪盖区，云层覆盖部分地区基本无干扰条带，数据质量好，满足本次工程地质遥感解译的需要。

表1 路线走廊带Landsat-8图像数据参数一览表

高分二号卫星数据搭载有2台高分辨率1.0 m全色、4.0 m多光谱相机，包括蓝、绿、红和近红外4个波段，光谱范围分别为0.45～0.52 μm，0.52～0.59 μm，0.63～0.69 μm，0.77～0.89 μm。星下点空间分辨率可达0.8 m。路线走廊带内共141景(图3)。卫星图像数据清晰，满足本次遥感地质解译需要。

图3 GF-2遥感数据分布图

3.3.2 遥感图像处理与制作

本次遥感影像图制作选取多光谱数据3、2、1波段组合，再将合成图像与全色波段进行融合处理。该方案既能较好反映地层岩性，又能较好反映地质灾害体及地貌类型边界。采用几何精校正、色彩匹配、图像镶嵌等方法完成影像图制作，通过岩性及构造信息增强处理实现岩石类型或类型组合的提取。通过DEM提取地形直观反映地形地貌的变化、微地貌线性特征变化和断裂带的存在。

影像信息增强处理包括以背景影像图制作为目的和以计算机自动信息提取为目的两种。前者包括反差增强、边缘增强、彩色增强及彩色变换增强(数据融合)，后者需进行多种图像处理(如比值运算、差值运算及主成分分析等)，保留主要信息，最大限度地减少波段的相关性，将图像恢复到RGB彩色空间，达到增强或提取有用信息的目的。

3.3.3 野外调查与验证

对解译成果进行野外实地调查与验证并补充修改，对尚未确定的地层界线、岩性界线及对路线有影响断裂构造进行100%的野外验证。重点对活动断裂构造开展调查验证，获取影像上无法得到的信息，如地层厚度和岩层产状等。对不良地质抽取10%的初步解译成果进行验证，对路线附近的大中型不良地质点开展100%的野外验证及进一步调查。为确保遥感解译成果的准确性，野外调查中参照了奥维互动地图，对规模较小的地质体、不良地质现象验证效果较好。

3.3.4 综合解译

根据初步解译和野外调查与验证的成果，对路线走廊带的地貌、地层岩性、构造、水文地质、不良地质及特殊地质进行重新解译与圈定，使解译成果更全面、准确地反映工程地质条件和地质状况。

3.3.5 编制解译成果图件

在室内解译的基础上，通过野外调查和验证、补充和修改后，提交最终的遥感解译成果系列图，主要包括1∶10 000、1∶50 000遥感工程地质解译图及地貌图、地层分区图和地质构造的小插图等。

4 遥感解译与分析

4.1 地形地貌解译

根据遥感图像成像规律，不同地貌类型在遥感图像上所显示的不同解译标志，如地物类型的反射光谱，以及色调、形状、大小、纹理、结构、图形等图像特征的不同，使得各类宏观地貌景观特征的区别较为明显。一般图像上，山地、丘陵与平原之间的界线十分清晰，山地、丘陵间地表起伏的大小可用立体感强弱、图像上阴影的宽窄加以识别。平原既无立体，也无阴影可利用，但平原耕地居多，因而，影像特征易于判读。通过总结目视解译及野外实地考察的结果，可将地貌景观划分为地层类景观、构造类景观、地壳运动类景观和新构造运动景观等。

4.2 地质构造遥感解译

昌都至波密(简称“CD-BM”)段路线走廊带位于三江缝合带及周边地区，以北西向断裂为主，北西西向和近东西向次之，由于断裂的多期活动及分段性，造成不同方向、不同性质断裂的多次叠加和交切改造，形成复杂多样的构造形态。在GF-2+Landsat-8卫星影像上最直观的特征表现为线性影像异常带(图4)。

图4 CD-BM段主要断裂构造图

主要断裂带有：胆巴哇断裂(F1)、余马桶断裂(F2)、瓦拖断裂(F3)、澜沧江结合带西界断裂—扎西错—亚隆断裂(F5)、金达断裂(F6)、羊达断裂(F10)、怒江断裂南段(F12)、杂那东断裂(F15)、打龙弄断裂(F17)、麦牙断裂(F18)、洛隆—八宿断裂(F24)、康夏断裂(F26)、江云断裂(F30)、拉不学断裂(F32)、巴曲—东村断裂(F36)，共15条断裂，断裂性质以逆断裂为主，断面倾角变化较大。

4.3 不良地质遥感解译

川藏铁路CD-LZ路线走廊带东起昌都，到达夏里经过洛隆、过多吉进入波密。地处青藏高原东南部，属构造剥蚀高山峡谷、冰川冰缘作用高山地貌，沿线跨越澜沧江、色曲、玉曲、怒江、冷曲、波堆藏布江、帕隆藏布江、培龙贡支、东久曲，地表水系发育，山高坡陡，海拔5000 m以上的高山与2000 m左右的深谷紧挨在一起，山高坡陡，谷深水急。在西段伯舒拉岭至林芝一带，现代冰川积雪盘踞的高山区有丰富的冰雪融水，大气降水多且集中，暴雨强度大。山区年降水量一般在400～700 mm左右，最大可达2000 mm以上，不良地质主要以滑坡、泥石流、岩堆等为主。在东段昌都向伯舒拉岭一带，降水量逐渐减少，河流下切强烈，谷缘与谷底高差达1500～3000 m，河谷多为峡谷，水流湍急。在干流和支流的两侧冲沟和支沟形成羽状排列的峡谷，沟床狭窄纵坡大。由于河流密集，河间山体很窄，地面极为崎岖破碎，切割深度大，谷坡陡，一般为40°～60°，易发生地质灾害，图5为川藏铁路CD-BM段路线走廊带不良地质解译图。

图5 川藏铁路CD-BM段路线走廊带不良地质解译图

图6为川藏铁路BM-LZ段路线走廊带不良地质解译图，该段路线走廊带东起波密经过古乡、索通到达通麦镇，向西经过拉月、东久到达鲁朗镇，最终进入林芝。区域新构造运动活跃，地震频发，风化剥蚀作用强烈，岩石破碎，第四纪松散堆积物广泛分布，主要为冰碛物、雪崩堆积物、岩崩和滑坡堆积物、残坡积物及阶地松散堆积物，造成了崩塌、滑坡、泥石流、岩堆、溜坍等浅表地质灾害异常发育。

图6 川藏铁路BM-LZ 段路线走廊带不良地质解译图

通过遥感解译和野外调查，在CD-LZ贯通线(CK)方案、CD-BM(经八宿)方案(ICK)、波密—通麦(经倾多)方案(IVCK)走廊带共解译出泥石流、崩塌、滑坡、溜砂坡、溜坍、岩堆等不良地质体2998处(图5、图6)。其中滑坡368处，崩塌146处、冰川泥石流328处，沟谷泥石流252处，坡面泥石流359处，岩堆742处，溜砂坡498处，溜坍126处，危岩179处。

对路线有较大影响的不良地质体有242处，包括冰川泥石流56处(35处巨型，19处大型，1处中型，1处小型)，沟谷泥石流31处(20处巨型，10处大型，1处中型)，坡面泥石流20处(9处巨型，9处大型，2处中型)，滑坡33处(15处特大型，11处大型，7处中型)，岩堆45处(33处特大型，12处大型)，崩塌12处(8处特大型，4处大型)，溜砂坡15处(13处特大型，2处大型)，危岩19处(6处特大型，8处大型，5处中型)，溜坍11处(8处特大型，3处大型)。

4.4 不良地质分布特征

4.4.1 沿江分布特征

路线方案走廊带内滑坡集中发育在色曲段、同卡—怒江大桥—夏里段、江云村—伯舒拉岭段、排龙—雅江段；崩塌、岩堆集中发育在色曲段、怒江及其支流、德曲沿线、曲宗藏布及其支流及排龙—雅江段；泥石流集中发育在同卡—夏里段、拥巴、德曲沿线、波密—通麦段、易贡藏布段及东久—排龙段。而色曲、八曲、怒江及其支流、德曲及帕隆藏布下游排龙—雅江段是区内新生滑坡、崩塌、岩堆的集中发育地区。

4.4.2 沿活动断裂带分布特征

色曲段位于澜沧江断裂带的西界断裂(F5)破碎带中，八曲段位于班公湖—怒江结合带中的麦牙活动断裂(F18)中，波密—通麦段位于嘉黎—迫龙藏布断裂带(F48)中，排龙—鲁朗段位于雅鲁藏布江构造混杂岩带边界断裂(F51)中，通麦—排龙段位于通麦—通灯断裂带(F42)上。根据滑坡、崩塌、岩堆及泥石流的沿江分布特征，初步认为沿班公湖—怒江结合带，嘉黎断裂带发育的滑坡、泥石流数量多、密度大；沿澜沧江结合带、雅鲁藏布江构造混杂岩带边界断裂带(F51、F53)分布的崩塌、岩堆、泥石流数量多，且是新生滑坡、崩塌、岩堆的集中分布区。由于沿雅鲁藏布江构造混杂岩带边界断裂(F51、F53)、班公湖—怒江结合带内部断裂(F18)活动性强于嘉黎—迫龙藏布断裂带(F5、F7、F8)及澜沧江结合带边界断裂(F5)，其不良地质发育程度更为强烈。

4.4.3 阳坡比阴坡不良地质更为发育

帕隆藏布江沿岸的波密—通麦段和易贡藏布段，阳坡植被茂密程度和覆盖度相对于阴坡均比较低，基岩及坡残积出露面积比阴坡大；阳坡积雪较高，地形较陡，土层较薄，松散固体物质丰富，地表径流与冰雪融水较多。因此，滑坡、泥石流在帕隆藏布江北岸(阳坡)比南岸(阴坡)数量多、规模大，且易发性更强。

5 结论

通过遥感信息分析、工程地质遥感解译及野外验证相结合的方法，以GF-2+Landsat-8卫星图像信息为依据，对“新建川藏线CD-LZ段遥感工程地质解译”路线走廊带的地形地貌、地层岩性、地质构造及不良地质进行了全面的工程地质条件解译，为路线方案优选和桥隧工程布设提供了详实的工程地质资料。

利用遥感解译对路线中的地形地貌、断裂构造及不良地质体等进行了全方位的解译，节省了很多勘察成本，技术方法应用比较合理，为该路线进行全面勘察规划。整合路线方案，形成了对选线进行多源、多时相、多角度和全域的对比分析。通过采用三维虚拟仿真辅助选线系统，为路线方案预审查提供了支撑。

致谢

对在本文研究中给予帮助的老师和同学表示真心的谢忱,对于本文的编辑、审稿专家表示感谢!