第一作者简介: 刘智(1972-),男,工程师,主要从事遥感应用研究。
以TM影像获取的地质环境信息为基础,采用多因子赋值定量评价法对西南三江流域地质环境稳定性进行分析评价,将其划分为稳定区、较稳定区、较不稳定区和不稳定区4个级别,为区域性地质环境遥感综合评价提出了新的思路和方法。
Based on information of geological environment obtained by TM image and adopting the quantitative evaluation method of multi-factor assignment, the authors analyzed and evaluated the stability of geological environment in the Three-River basin and divided the region into stable area, relatively stable area, relatively unstable area and unstable area. This study has put forward a new train of thought and method for regional comprehensive evaluation of geo-environment based on regional sensing.
西南三江地区在国家经济社会发展中具有重要地位。该区水利资源丰富, 是我国重要的有色金属、贵金属矿的后备基地, 同时也是我国及国际上重要的生态环境保护区, 在国家经济发展规划及国家安全政策制定中占有日益重要的地位。但由于区内地质构造复杂, 断裂极为发育, 岩石类型多, 第四纪地壳活动强烈, 地震、地质灾害发生频率高, 地质环境较脆弱, 开发与环境保护矛盾极其突出, 区域地质环境的稳定程度直接影响经济活动的开展和持续发展的进程。以往对区域地质环境综合研究较少, 区域地质环境稳定性的评价更没有统一的标准, 区内基础地质环境稳定性与变迁等问题缺乏科学的研究与评价, 以致不能较好地满足国家对解决区域资源与环境的协调发展需求。鉴于此, 本文对该区地质环境遥感综合评价方法进行了初探, 为区域性地质环境的综合评价提出了新思路。
西南三江地区地貌类型复杂多样, 总体上属高原山地地貌, 地势北高南低、西高东低。北段位居青藏高原东部, 高原面保持完整, 地形起伏平缓, 相对高差较小, 平均海拔一般在4 500~5 000 m以上。中段为藏东川西高山纵向岭谷区, 属于青藏高原东南部和云贵高原的过渡地带, 相对高差在1 000~2 000 m以上, 山势苍莽, 峡谷幽深, 呈现险峻的高山峡谷地貌。横断山系的中部, 大约在北纬28° ~30° 之间, 由于新构造运动强烈抬升, 金沙江、怒江河谷深切达1 000~3 000 m, 成为闻名世界的怒江、澜沧江、金沙江“ 三江并流区” 。南段地势西北高, 东南低, 海拔一般在1 000~2 000 m, 山岭基本上以南北及北西走向为主, 相对高差300~500 m, 高原地形较为明显。
西南三江地区南北跨度大(跨纬度13° ), 海拔高差悬殊, 气候分带明显。北部气温较低, 有终年覆盖的雪山分布; 中部温和至暖热; 南部则属于亚热带气候。在同一地区内, 高山谷地间温差也很大, “ 立体气候” 特征明显。南部雨量充沛, 中北部为一般的湿润地区。
西南三江流域大地构造位置处于华南板块与印度板块北缘的藏滇板块之结合部位, 经历了元古大洋、元古大洋闭合、萌特提斯洋、古特提斯洋、新特提斯洋及新特斯洋闭合后欧亚大陆形成6个漫长的地质演化发展阶段, 形成了不同地质时期大量的地质构造形迹, 仅区内深切入地幔的深大断裂就有8条, 延伸长数百公里的区域性大断裂40余条, 并由不同方向不同性质断裂组成网络状构造系统及多个构造-岩浆岩带。西南三江流域区在欧亚大陆形成后进入了喜马拉雅运动及新构造运动发展阶段, 使原各分离的板块(体)在汇聚、碰撞及俯冲作用下形成了统一的陆壳刚体, 并使该区总体强烈抬升, 海拔高度达3 000 m以上, 形成了著名的“ 世界屋脊” — — 青藏高原地貌景观。
基础地质环境包括地貌、坡度、地层岩性、地质构造(包括活动断裂)、第四纪地质、地质灾害及地震等要素, 区域稳定性常受地应力(内因)和表层外动力(外因)的综合作用影响。通过对遥感获得的信息和实际资料的综合分析, 把影响区域稳定性的地质环境要素转化为地质环境评价的主要因子, 即构造断裂强度和密度, 岩石(体)抗压、抗剪强度, 地貌类型, 地形坡度, 地震强度及地质灾害发育程度等。
断裂是地壳活动所留下的痕迹, 是指示地壳活动性的重要标志, 断裂的规模、密度与地质环境稳定性关系十分密切。本次遥感调查理顺了区内构造格架。遥感解译结果显示, 在区内主要断裂中, 1级断裂10条, 2级断裂24条, 解译的3、4级断裂占工作区内3、4级断裂总数的70%左右, 其中新解译主要断裂14条。西南三江地区构造活动具有网络断裂的特点, 在三江地区新构造频繁活动, 即在第四纪以来具有同一固结的地壳结构, 同一构造动力来源的环境下, 形成较完整、一致的网络状活动断裂特征。
断裂密集区主要沿1级断裂及其两侧和不同方向断裂交汇部位分布。从地域来看, 玉树、杂多、丁青、洛隆以西, 甘孜— 新龙— 理塘— 乡城以东与冕宁— 木里以西地区的两片区断裂发育程度较低, 为断裂稀疏区和较稀疏区。玉树、杂多、丁青、洛隆以东与甘孜— 新龙— 理塘— 乡城以西地区断裂较发育, 为断裂较密集区和密集区。而西昌(凉山地区)、攀枝花地区以及云南大部断裂发育不均衡, 断裂稀疏区、密集区二者兼有。
根据1:50万地质图中岩性地层的划分, 参考长江流域地层岩石饱和抗压强度的测试标准, 将本区地层岩石的饱和抗压强度分为极坚硬岩石区、坚硬岩石区、较坚硬岩石区和柔软岩石区4类(表1)。
区内较坚硬岩石类分布面积最广, 主要分布于三江地区北部、得荣— 乡城、西昌— 盐源— 会理以及云南省大部; 其次为坚硬岩石类, 主要分布于杂多— 玉树— 德格— 巴塘— 稻城— 木里、比如— 八宿— 贡山— 腾冲、凤庆— 勐海、南涧— 元阳和永善— 富民等区域; 极坚硬岩石类和柔软岩石类较少, 前者分布于生达北东、八宿、义敦格聂等地火山岩、花岗岩类岩石, 后者仅分布藏东昌都— 察雅及云南双柏一带。
遵照根据区域地貌形态和成因类型划分地貌单元的原则, 依据遥感影像特征划分了全区地貌单元: 1级地貌单元2个、2级地貌单元3个、3级地貌单元7个、4级地貌单元15个。坡度因子利用1:25万电子地图计算得到, 坡度划分为: 0° ~15° 、15° ~25° 、25° ~35° 及35° ~90° 共4级。西南三江地区地面坡度≤ 25° 的坡地占全区面积的65%左右, 其中除了位于高原腹地的三江源区有大面积成片的≤ 25° 的坡面以外, 其余主要分布于通天河两岸、石渠、贡觉盆地、甘孜、理塘、中甸(香格里拉)以及极高山带以东人口密集的川西南及云贵高原一带。大于35° 的坡地仅占很小的一部分, 并且局限分布于岩体分布区以及峡谷河段两岸, 如伯舒拉岭北东侧岩体分布区以及玉龙雪山、锦屏山的东西两侧的峡谷部位就见有陡立的峡谷坡地。
西南三江流域是我国强烈地震频繁活动带之一。19世纪中期以来, 全区5级以上地震的总次数达599次, 其中云南343次、四川140次、青海82次、西藏34次, 分别占全区地震总数的57%、23%、14%和6%。三江流域6级以上地震142个, 其中金沙江、雅砻江及澜沧江流域地震强度大, 频率高。地震活动主要与区内复杂的地质构造和近期地壳频繁活动有关。按地震活动强度及分布特征, 西南三江流域划分为19个地震带。
重点对区内主要交通干线、主干水系两岸、主要居民点以及活动断裂附近地质灾害进行解译, 掌握工作区内不同类型地质灾害体的分布特征, 共解译出滑坡、崩塌、泥石流地质灾害体325处, 其中崩塌点84处、滑坡119处、泥石流122处。地质灾害相对发育的地段与区内活动断裂关系较密切。西南三江流域地质灾害主要分布于金沙江流域及澜沧江流域, 西昌— 攀枝花地区及东川小江河段是地质灾害易发、多发地区。
3.1.1 评价单元的划分
为了便于评价, 采用网格单元法将全区划分为网格单元, 并对每个因子按网格单元进行赋值。具体如下:
(1)2 km× 2 km网格划分太小, 数据采集过程中空值太多, 不能满足计算要求。
(2)5 km× 5 km网格划分适中, 数据采集过程中有部分空值, 在计算过程中需要进行二次插值。
(3)10 km× 10 km网格划分适中, 数据采集完全, 预测精度和实际情况符合, 满足项目要求。
(4)20 km× 20 km网格划分过大, 数据采集完全, 预测精度太粗, 不能满足项目要求。
因评价尺度为1:100万, 根据综合研究, 采用10 km× 10 km网格为最小评价单元对全区进行了划分。
3.1.2 单因子评价标准
根据选择的6个因子, 由熟悉该区地质情况的专家根据区内地质环境现状和自身地质工作经验, 分别制订6个单因子的评价标准(表2), 因子总分为80分。
3.1.3 评分方法
(1)构造断裂。断裂分4级, 其中3、4级断裂参与评价时, 以原长度计算; 1、2级断裂参与评价时, 分别乘以不同权值。其中1级断裂的长度=长度× 2; 2级断裂的长度=长度× 1.5。按100 km2分割以后, 统计各栅格单元中断裂的加权长度, 根据表2中对应的分值赋值。
(2)岩石饱和抗压强度。利用1:50万地质图编制工作区岩石饱和抗压强度图, 根据不同的岩石组合赋予不同的抗压值。按100 km2分割以后, 单元格的抗压值Rc由式(1)计算, 即
Rc=
式中, Si为栅格单元内第i种类型占格网面积大小的百分比; Rci为第i种岩石组合的抗压值。对应表2为每一单元格评分。
(3)地震。本次仅选择5级以上的地震参与评价。不同震级的地震点理想化地赋予不同的影响范围(缓冲区), 并给予相应分值(表2), 小于5级地震或无地震发生区赋予背景值15分。栅格单元的分值取该单元内最小的分值。
(4)地质灾害。地质灾害点分为大型、中型灾害。统计灾害点个数时, 一个中型灾害点计1个, 一个大型灾害点计2个。栅格单元内按此原则计算灾害点个数, 对应表2赋予相应分值。
(5)地形坡度。按单元格内25° 以上坡度所占该单元格的面积百分比来评分。
(6)地貌。编制工作区地貌区划图, 由专家根据不同地貌单元分区特征分别赋予10~4.5之间不同分值, 这里仅考虑地貌因素。分割后, 评分方式同抗压值的计算。
在单因子评价完成后, 对6个因子进行层叠计算。在单因子评价过程中, 所给分值已反映了该因子的权重, 因此综合评价时, 将栅格单元内各因子的分值相加即得到该单元的得分。
根据上述6个因子在每个“ 区块” 的综合得分值, 将区内地质环境划分为稳定区(A级, 分值70~80)、较稳定区(B级, 分值65~70)、较不稳定区(C级, 分值60~65)及不稳定区(D级, 分值≤ 60)4个级别。在全区71个分区中, 稳定区10个、较稳定区13个、较不稳定区17个、不稳定区31个(图1)。
(1)稳定区。地势变化小, 多为高原台地、盆地及平坝, 地形坡度平缓, 断裂不发育且密度低, 地震、地质灾害极少发生。
(2)较稳定区。该类型分布广, 同稳定区特点近似, 只是断裂发育程度稍高, 偶有小级别的地震发生。
(3)较不稳定区。主要分布在主要深大断裂带及川西南区, 多为高原高山峡谷地貌区, 地形坡度陡, 新构造活动强烈, 地震活动频繁, 地质灾害多。
(4)不稳定区。多位于深大断裂、断裂交汇部位, 其新断裂构造活动强烈, 地震震级高, 破坏性大, 地形坡度陡, 地貌类型复杂。
区内地质环境总体以较稳定区和较不稳定区为主, 两类面积占该区总面积的75%。“ 不稳定区” 集中分布于比如— 丁青— 类乌齐— 昌都— 芒康— 甘孜一线以南、施甸— 元谋— 昆明以北的深切割地区, 多沿区域性深大断裂及主干河流分布。
地质环境稳定性受多种因素综合作用影响, 其中主要由地质构造断裂、岩石饱和抗压强度、地貌类型、地形坡度、地震及地质灾害等主要因素控制和影响。西南三江流域地质环境划分为4级, 即稳定区、较稳定区、较不稳定区和不稳定区, 其中稳定区面积12.17万km2, 占三江流域总面积的14%; 较稳定区面积43.27万km2, 占总面积的50%; 较不稳定区面积21.84万km2, 占总面积的25%; 不稳定区面积9.80万km2, 占总面积的11%。由此可见, 西南三江流域地质环境多属较稳定区和较不稳定区, 介于稳定区与不稳定区二者之间, 目前地质环境状况总体较好, 仅少量地区较差。但由于该区特殊的地理、地质构造环境, 地壳运动至今仍在继续, 不稳定因素仍在持续作用, 地震及滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害随时都有可能发生, 给在建或将建工程及地质环境、人居环境带来不利影响, 保护好该区地质环境和自然生态环境任务依然艰巨。
建议政府或有关部门进一步加强该区地质环境、自然生态环境保护, 进一步开展区内地质环境综合研究、评价工作; 近期应对不稳定区或规划工程待建区开展1:10万或1:5万中、大比例尺的遥感综合调查及环境评价, 为区内水利、铁路、公路及城镇等工程的选址、选线、建设, 矿产资源开发及地质、自然生态环境保护提供基础资料。
The authors have declared that no competing interests exist.
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