引用本文
赵志芳, 党伟, 王瑞雪, 于其芬. 基于证据权重法的区域地质环境稳定性遥感评价研究[J]. 国土资源遥感, 2010,22(s1): 9-13
ZHAO Zhi-fang, DANG Wei, WANG Rui-xue, YU Qi-fen. A Remote Sensing Stability Assessment Study of the Geological Environment Based on the Evidence Weight Method[J]. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES,2010,22(s1): 9-13  
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基于证据权重法的区域地质环境稳定性遥感评价研究
赵志芳1, 党伟2, 王瑞雪3, 于其芬3
1.云南大学,昆明 650091
2.云南省地质调查局,昆明 650051
3.昆明理工大学,昆明 650093

第一作者简介: 赵志芳(1971-),女,教授,博士,从事遥感地质应用研究十余年。

收稿日期: 2010-04-21
基金: 中国地质调查局基础类项目“西南三江区域地质环境遥感地质综合调查”(编号:1212010911094)
摘要

西南三江地区活动构造发育,地质灾害与地震频发,区域地质环境稳定性成为影响该区人居环境最为重要和突出的问题。为快速有效评价区内地质环境的稳定性状况,采用遥感与地理信息技术,结合地质成因进行稳定性相关因子分析,以区域地质环境遥感调查因子,如地震、地质灾害、活动断裂、岩性及地貌等,作为基础地质环境要素,利用证据权重法开展了云南省金沙江流域稳定性定量评价研究,对区域地质环境稳定性进行了分区。结果表明,基于权重的区域地质环境遥感定量评价方法具有较好的可行性,其结果可为区域国土资源规划提供有效的信息基础及决策支持服务。

关键词: 稳定性评价; 遥感调查; 证据权重法; 云南境内金沙江流域
中图分类号:TP79 文献标志码:A 文章编号:1001-070X(2010)增刊-0009-05
A Remote Sensing Stability Assessment Study of the Geological Environment Based on the Evidence Weight Method
ZHAO Zhi-fang1, DANG Wei2, WANG Rui-xue3, YU Qi-fen3
1.Yunnan University, Kunming 650091, China
2.Yunnan Geological Survey, Kunming 650051, China
3.Kunming Institute of Technology, Kunming 650093, China
Abstract

Active structures as well as geological disasters and earthquakes frequently occur in Sanjiang region, and hence regional geological environment stability becomes the most important problem in the study area, which affects seriously many aspects of people’s life. To evaluate the stability of the study area quickly and effectively, this paper adopted remote sensing and GIS technologies to analyze the geological factors related to the stability. With the Weight Method of Evidence based on such regional geological environmental factors as earthquake, geological disaster, active fault, litohology and geomorphology, the authors made a quantitative assessment of the stability in Jinshajiang area of Yunnan province and divided geological environment stability areas. On such a basis, this study not only probed into the quantitative assessment technology and methods for regional geological environment assessment but also provided effective information base and decision support for resources development.

Keyword: Stability assessment; Remote sensing investigation; Weight method of evidence; Jinshajiang area in Yunnan province
0 引言

西南三江地区由于地处印度洋板块与欧亚板块的结合部位, 再加上受青藏高原隆升的影响, 区内地质构造及应力状况复杂, 地震及地质灾害频发, 是中国的地震和地质灾害多发中心, 因此, 对区内地质环境稳定性进行评价具有重要的现实意义。

相关研究成果表明, 构造结点通常为构造应力的聚集点, 也是构造应力的释放点。如华北地区、江淮— 黄海地区及川滇地区的地震震中呈网络状分布[1, 2, 3]; 文献[4, 5, 6, 7]认为, 组成区内构造格架的早、晚两期线性构造形成的网格状构造, 是区内地震多发的构造因素; 文献[8]提出, 在全面综合分析、评价一个地区的地壳稳定性中, 往往要求重点考虑构造稳定性, 并同时考虑地面稳定性和地壳表层介质稳定性; 文献[9]采用遥感等手段, 开展了云南省地质构造与地壳稳定性评价研究, 采用地质构造、地球物理、地震活动和工程地质条件等4方面因素进行了地质构造稳定性定性评价分区; 文献[10]以构造稳定性评价为主兼顾其他因素的原则, 应用模糊数学综合评价方法, 在确定唐山地区主要断裂同时, 对唐山地区的地壳深部结构、新构造活动及现今构造活动、地壳表层结构及岩土力学性质、地震活动及其危险性进行了定量化评价及稳定性初步探讨; 文献[11]认为, 通过整合卫星遥感、地质、物化探、地震、地温、深部构造、区域变异及地壳升降等信息, 利用计算机技术, 可以达到对地质灾害的预测、预报。Tralli等[12]提出了利用遥感技术进行地震、火山、泥石流及海岸洪水的监测。

总结以往研究成果发现, 其研究主要着重于影响地质环境稳定性的构造因子研究, 并探索性提出了地质环境稳定性研究的思路, 成果以定性研究居多, 尚未有较深入的地质环境稳定性定量、定位评价研究。针对这一情况, 本文在前人研究基础上, 选取地质环境问题较为突出的云南境内金沙江流域作为示范区, 拟以地质环境稳定性评价为主线, 以遥感影像为数据源, 基于证据权重法探索性开展区域地质环境稳定性定量评价, 以快速摸清区域地质环境稳定性状况, 从而为区域国土资源可持续发展与规划提供客观信息基础与决策支持。

1 研究区地质环境概况

西南三江云南境内金沙江流域面积约11.07万km2。行政区划涉及云南省迪庆州、丽江市、大理州、楚雄市、昆明市、曲靖市及昭通市等。区内气候类型多样, 从亚寒带(中甸县、昭通市)至亚热带(金沙江沿岸)均有分布。地貌类型以中高山及高原湖泊为主。

据TM图像显示, 区内地质构造较为发育, 活动性强, NE向、NW向两组构造成带状展布, 且滇西北以NW向构造发育为主, 滇东北主要发育NE向构造。区内地层岩性单元多样, 从第四系冲洪积物、二叠系煤系地层到寒武系灯影组灰岩均有分布。

研究区内地质灾害频发, 以崩塌、滑坡和泥石流为主, 其中沿小江断裂带分布的东川泥石流点多、面广, 有“ 泥石流博物馆” 之称。据统计, 区内共发生小型以上地质灾害(崩塌、滑坡、泥石流)事件395个, 其中崩塌5个, 滑坡125个, 泥石流265个[13]。

研究区内地震也时有发生。据历史资料显示, 截止2008年年底, 区内共发生5级以上地震127次。其中, 以地震震级统计, 6级以下地震共102次, 6~7级地震19次, 7级以上地震6次; 以年代统计, 1900年前发生5级以上地震24次, 1900~1949年发生5级以上地震20次, 1949年到现今发生5级以上地震83次[14]。

2 技术方法

采用遥感技术提取或编译区域地质环境要素信息, 基于GIS平台开展区域地质环境稳定性评价。

2.1 数据源

(1)遥感数据源。采用Landsat 5 TM数据, 具体信息如表1所示。

表1 西南三江云南境内金沙江流域TM数据

(2)区域地质环境数据。来源于云南省1:25万地层岩性、地震和地质灾害图。

2.2 软件平台

软件平台包括图形处理软件MapGIS 6.7和遥感图像处理软件PCI 10.0; 区域地质环境评价平台则采用MRAS矿产资源预测与评价系统。

2.3 图像处理及区域地质环境要素信息提取

2.3.1 图像处理

对TM数据进行分景几何纠正, 并镶嵌调色处理, 形成具有高斯投影信息(6° 分带, 涉及17带和18带; 北京54坐标系, 1940年克拉索夫椭球体, 下同)的影像。基于经验进行TM5、TM4、TM3假彩色合成, 并按1:25万标准图幅图框裁剪影像, 经图件整饰形成1:25万标准图幅影像地图。

2.3.2 区域地质环境要素信息提取

区域地质环境要素包括地震、地质灾害、活动构造以及地貌等, 这些信息的提取以1:25万标准图幅影像地图为基础, 分别形成地震、地质灾害、活动构造以及地貌等专题图子分幅成果。其中地震要素通过收集资料获得; 地质灾害以收集资料为主, 同时解译重点工程区及金沙江两侧的地质灾害, 编译形成研究区地质灾害分布图; 地貌以成因+构造+物质形态为原则, 以遥感解译为主, 划分地貌单元小区; 坡度等根据地形资料按0° ~15° 、15° ~25° 、25° ~35° 以及> 35° 四个等级划分。最为重要的区域地质环境因子为活动构造, 它在图像上以线性延伸形迹清晰、并以具有明显色带差异为特征, 在遥感图像上影像特征清晰。活动构造包括新生活动断裂与继承性活动断裂, 即第四纪以来仍具有活动性的断裂均属此范畴。根据上述活动构造的解译标志, 在遥感图像上全面提取区内地质构造形迹, 形成研究区活动构造分布图。

考虑到研究涉及2个高斯投影6° 带, 不便于形成统一区域图件, 影响了下一步地质环境评价, 区域地质环境因子最终成果统一改为兰伯特等角圆锥投影, 以达到研究区内投影不分带、成图不存在带间缝隙的问题。相关图件统一编绘成1:100万图件。

2.4 评价方法及其应用

2.4.1 证据权重法

证据权重法是一种地学统计方法, 它采用基于贝叶斯(Bayes)的统计分析模式, 通过对一些与矿产形成相关的地学信息图层的加权叠加复合, 来进行矿产远景区的预测[6]。其数学表达式为

ln[o(Y|Z1Z2)]=ln[p(Y+)/p(Y-)]+ln[p(Z1|Y+)/p(Z1|Y-)]+ln[p(Z2|Y+)/p(Z2|Y-)]=W0+W1+W2(1)

式中, o(Y|Z1Z2)为预测找矿远景区变量Y在二态控矿地质因素Z1、Z2条件下的后验概率比; p(Y)为Y的先验概率, Y表示需要预测的找矿远景区二态变量, 它通常用存在状态(Y+)和不存在状态(Y-)来表示; Zj(j=1, 2)表示控矿地质因素, 如Z1表示控制预测变量的第一个因素, Z2表示控制预测变量的第二个因素。

式(1)表明, 后验概率比可通过先验概率比来计算, W0是Y的先验概率比的对数值, Wj(j=1, 2)分别表示上述方程右端的后两项。

2.4.2 区域地质环境稳定性评价

借用成矿预测理念, 以地质灾害(地震视为地质灾害的最高形式)类同于矿(床)点, 以稳定性评价为主线和目标, 以遥感所能直观有效反映的地质构造、地层岩性、地貌及坡度等为评价因子, 采用证据权重法进行区域地质环境稳定性(地震预测与地质灾害预测)评价。为充分反映区域稳定性状况, 本研究选用10 km× 10 km为评价基本单元。

(1)地震预测评价。采用证据权重法进行地震预测评价时, 以地震分布为目标图层, 并基于统计分析选取活动构造级别、活动构造密度、方位、交汇部位及地层岩组为预测因子图层(表2)。

表2 地震预测评价因子图层

图1 地震频率与构造方位统计直方图

图2 地震频率与地层岩性组统计直方图

基于地震因子图层, 采用MRAS开展基于证据权重法的地震预测评价, 据后验概率比编制地震预测评价图(图3)。其中, 后验概率比大于0.117(即11.7%)区域视为地震极易发生区。

(2)地质灾害预测评价。采用证据权重法进行地质灾害预测评价时, 以地质灾害分布为目标图层, 并基于统计分析选取有利活动构造、地层岩性组、地貌单元及坡度为预测因子(表3)。

图3 研究区地震预测评价

表3 地质灾害预测评价因子图层

图4 地质灾害频率与构造方位统计直方图

图5 地质灾害频率与地层单元统计直方图

基于地质灾害因子图层, 采用MRAS开展基于证据权重法地质灾害预测评价, 据后验概率比编制地质灾害预测评价图(图6)。其中, 后验概率比大于50%的区域视为地质灾害极易发生区。

图6 研究区地质灾害预测评价

3 分析与评价
3.1 分析评价原则

以地震和地质灾害的发生视为地壳不稳定性的直接表现, 将地震和地质灾害都极易发生的区域划为极不稳定区; 地震和地质灾害较易发生的区域划为次不稳定区; 地震和地质灾害发生概率均较低的区域划为稳定区。

3.2 区域地质环境稳定性分区

综合以上地震预测评价与地质灾害预测评价成果, 武定— 东川— 会泽一带地震易于发生, 地质灾害发生频率及可能性也大, 评价为极不稳定区; 丽江、昭通、彝良— 永善一带地震及地质灾害发生可能性较低, 评价为次不稳定性区; 中甸、威宁等地地震、地质灾害发生频率可能性均较低, 评价为较稳定区。

4 结论与讨论
4.1 结论

(1)探索性开展的区域地质环境稳定性评价与已有的地质认识及规律较为吻合, 展示了该研究方法具有一定的可行性和推广性。

(2)提供的地质环境稳定性评价分区成果, 是以遥感数据客观反映的地质环境因子为数据源, 并依据专家经验进行客观评价所得, 其数据基础保障程度高, 评价方法科学, 成果实用性强, 可直接作为国土资源规划与人居环境建设规划决策依据。

4.2 讨论

(1)本研究仅在小实验区内(127个地震点/395个地灾点)开展了探索, 目前仅依赖经验确定因子图层, 未能对地质过程的非线性进行系统分析, 研究方法需要进一步完善。

(2)在目前研究中, 地质环境稳定性评价仅简单假定以地震/地质灾害形式表现, 但实际上地质环境稳定性评价是一个较为复杂的系统过程, 其中地震/地质灾害的机理、地震中地应力的释放及次生地质灾害与岩石抗压强度等的关系、活动断裂如何影响地震/地质灾害等, 都有待深入量化分析与反演, 基于研究基础上方可对地质环境稳定性评价作出全面系统评价。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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