研究区位于湖南省西南部, 雪峰山东南麓, 南岭北缘, 资水上游, 地处邵阳市西南5县中心, 涉及湖南省邵阳市新宁县、武冈市以及洞口县(图1)。地理坐标为N26° 40'~27° 00', E110° 45'~111° 00', 为2个1∶ 5万比例尺标准图幅, 总面积为917.84 km²。研究区属中亚热带季风湿润气候, 气候温和、四季分明、热量充足、雨量集中; 河流属于资江流域, 其2大支流(赧水和夫夷水)自西向东斜贯研究区。研究区出露的地层包括泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系和第四系, 缺失前寒武系、寒武系、奥陶系、志留系、侏罗系和白垩系。纯碳酸盐岩地层包括泥盆系锡矿山组下段(D₃x)、长龙界组上段(D₃c¹)、石炭系马栏边组(C₁m)、石磴子组(C₁s)、大浦组(C₂d)、马坪组(CP₁m)、二叠系栖霞组(P₂q); 碳酸盐岩夹碎屑岩地层包括泥盆系孟公坳组(D₃m)、长龙界组下段(D₃c²)、石炭系梓门桥组(C₁z)、三叠系张家坪组(T₁z)、二叠系孤峰组(P₂g); 碎屑岩夹碳酸盐岩地层包括泥盆系佘田桥组(D₃s); 碎屑岩地层包括泥盆系欧家冲组(D₃o)、石炭系测水组(C₁c)、天鹅坪组(C₁t)、龙潭组(P₃l)、大隆组(P₃d)。碳酸盐岩出露区超过研究区的80%。工作区位于雪峰山加里东褶皱带东缘、印支期祁阳弧顶外弧接壤部位, 北邻白马山— 龙山东西向隆起构造带, 南邻越城岭— 苗儿山隆起构造带。地质构造以南北向的断层和复式褶皱为主。

图1

Fig.1

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	图1 研究区地理位置图Fig.1 Location map of the study area

使用2013年7月1日时相的高分一号数据, 经过波段合成、正射纠正、配准、融合及镶嵌等数字图像处理流程, 最后生成的覆盖研究区的数字正射影像为本次研究使用的遥感图像。遥感图像是由B3(R), B4(G), B2(B)彩色合成图像与全色波段融合的正射影像, 空间分辨率2 m, 模拟自然真彩色, 影像色度均匀, 反差适中, 立体层次感强, 线性形迹清晰, 满足本次水文地质环境地质遥感解译的需求。

根据已有地质资料和实地调查, 研究区含水岩组包括灰岩溶洞裂隙水含水岩组、白云岩溶洞裂隙水含水岩组、碳酸盐岩夹碎屑岩溶洞裂隙水含水岩组、碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶洞水含水岩组、碎屑岩基岩裂隙水含水岩组和松散岩类孔隙水含水岩组。

2.1.1 灰岩溶洞裂隙水含水岩组

灰岩是各类碳酸盐岩中最易溶的岩石类型, 容易形成峰林及峰丛等典型岩溶地貌, 如图2所示。

图2

Fig.2

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	图2 灰岩的典型影像Fig.2 Typical image of limestone

工作区的覆盖层较厚, 植被茂盛, 相对高差较小, 以溶丘谷地(洼地)地貌为主。遥感图上, 灰岩通常形成了非常典型的影像特征: 颜色以墨绿色为主, 夹红色, 墨绿色是针叶林的显示, 红色是人类活动区的显示; 具花生米的外部形态, 山脊浑圆, 发育灰岩陡坎等典型灰岩地貌; 影像正看多为网格状、蜂窝状及刀砍状, 倒看则似豹斑状及斑点状。

2.1.2 白云岩溶洞裂隙水含水岩组

白云岩较之灰岩而言可溶程度差距较大, 很难形成峰林及峰丛等典型的岩溶地貌。在遥感图像上(图3)。

图3

Fig.3

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	图3 白云岩的典型影像Fig.3 Typical image of dolomite

白云岩区的色调以灰绿色为主夹墨绿色红色, 灰绿色是荒草地的显示(研究区白云岩的植被以荒草为主), 墨绿色和红色是有林地和人类活动区的显示; 形态上呈块状, 山脊较灰岩尖, 较碎屑岩圆润; 白云岩表面具有特殊的刀砍状花纹, 这是白云岩最重要的解译标志。

2.1.3 碳酸盐岩夹碎屑岩溶洞裂隙水含水岩组

碳酸盐岩夹碎屑岩的影像特征(如图4)接近于纯碳酸盐岩。如果地表出露的碳酸盐岩为灰岩, 则影像特征与灰岩相似; 如果地表出露的碳酸盐岩为白云岩, 其影像特征与白云岩相似。如图4所示, 岩性为灰岩夹粉砂岩, 山脊没有纯灰岩的山脊圆润, 水系较纯灰岩区水系明显发育。

图4

Fig.4

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	图4 碳酸盐岩夹碎屑岩的典型影像Fig.4 Typical image of carbonate rocks with clastic rocks

2.1.4 碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶洞水含水岩组

碎屑岩夹碳酸盐岩影像特征以碎屑岩的影像特征为主, 颜色为紫色夹杂少量绿色, 影像倒看发育一些馒头状构造, 发育不很典型的峰林或峰丛地貌。如图5所示, 岩性砂岩夹灰岩, 影像上多近直线状的沟谷, 山脊较碎屑岩圆润, 较碳酸盐岩尖利。

图5

Fig.5

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	图5 碎屑岩夹碳酸盐岩的典型影像Fig.5 Typical image of clastic rocks intercalated intercalated with carbonate rocks

2.1.5 碎屑岩基岩裂隙水含水岩组

碎屑岩的风化作用较为强烈, 以有林地和耕地为主, 人类活动较碳酸盐岩区强烈。图像上色调为绿色夹紫红色, 山脊及沟谷通常为线状, 山体形状多为棱角状, 水系丰富(图6)。

图6

Fig.6

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	图6 碎屑岩的典型影像Fig.6 Typical image of clastic rocks

2.1.6 松散岩类孔隙水含水岩组

松散堆积物上人类活动强烈, 多耕地, 道路, 水利设施等, 相比其他基岩区, 其影像特征明显, 色调多为紫红色。

工作区主要的线性构造为断层、节理、裂隙。断层的解译标志有6种:

1)呈直线状展布的河流、沟谷、湖盆等线性负地形, 这种负地形具有明显的方向性, 延伸较远, 不同于一般的侵蚀负地形;

2)呈直线状分布的地形陡坎、垭口、陡崖或断层三角面。地形上的陡坎、陡崖、垭口的直线状分布, 并延伸一定距离是大多数断裂所具有的特征, 较年轻或有新活动的断裂往往有断层三角面存在;

3)山体或地层错位, 与山体、地层走向斜交或垂直的断层, 由于两盘相对扭动, 使山体、地层错位, 形成线性异常影像;

4)影像具有明显的水系直角弯转、山脊错动、穿过山脊的线性影像;

5)相邻水系同步扭曲。这是平移断层的地貌显示之一, 以支流平行水系的同步扭曲为典型;

6)两侧景观特征不同的界面。规模较大的断裂, 两侧地形地貌、水系、色调、影纹等景观特征往往大不相同。

节理、裂隙主要是直线状或者近于直线状沟谷及线性展布的多条较小规模沟谷。与断层的遥感解译标志相比, 线性影像没有明显的水系同步弯曲、山脊错动等影像特征, 如图7所示。

图7

Fig.7

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	图7 线性影像遥感解译标志Fig.7 Remote sensing interpretation marks of linear image

控制性水点包括泉点、地下河出入口、伏流出入口、消水洞、岩溶洼地、岩溶天窗等反映区域水文地质特征的点。泉点是含水层或含水通道与地面相交处产生地下水涌出地表的现象, 是地下水的天然露头, 是地下水的一种重要排泄方式。泉点解译是水文地质遥感解译的重要内容之一。泉点解译既要确定泉点的空间位置, 又要根据地形地貌和地质构造判断其性质和类型, 最后结合野外实地调查工作圈定泉域。泉点是具有完整的补径排条件的, 在水文地质遥感解译过程中通常从“ 排” 着手, 地下水转换为地表水的天然露头处。在遥感影像上通常都有明显的特征, 而最大的特点是泉水形成的溪沟或者池塘, 周围通常伴有异常的植被茂盛, 这是泉点最为清晰直接的解译标志。

在遥感图像上的不规则线状的植被异常茂盛, 附近有水库、池塘等地表水域, 其上游存在泉点。干涸河道的出水处, 可识别为泉点, 如图8(a)所示。在河道的上游有较大型的块石散落, 没有明显的地表流水, 在大块石消失的部位, 有水体出现, 此干涸河道的出水处即为泉点, 如图8(b)。

图8

Fig.8

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	图8 泉点的遥感解译标志Ⅰ Fig.8 Remote sensing interpretation marks of spring Ⅰ

图9中, 泉具有“ 泉、溪沟、植被茂盛” 的典型影像组合特征。溪沟的源头就是泉点的位置, 泉点位于岩溶峰体的坡脚, 泉水从NE向的张裂隙中流出, 形成明显的地表径流, 沿溪沟有异常的植被茂盛。

图9

Fig.9

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	图9 泉点的遥感解译标志Ⅱ Fig.9 Remote sensing interpretation marks of spring Ⅱ

泉点的间接解译标志通常是各类地形、地质要素的组合。如图10所示, 2处面积较大的池塘没有地表河水补给, 常年保持较恒定水位。在池塘东部可见隐约的植被异常茂盛, 有细小的溪沟与池塘相连; 该异常植被茂盛点位于白云岩与碎屑岩的不整合接触带附近, 为强岩溶发育带, 地下水丰富, 在地形相对低洼处受隔水层(碎屑岩)阻隔形成溢流泉。

图10

Fig.10

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	图10 泉点的遥感解译标志Ⅲ Fig.10 Remote sensing interpretation marks of spring Ⅲ

1)湖背冲泉。该泉位于岩溶谷地的边缘、岩溶丘陵的坡脚, 2014年8月28日实测流量27.2 L/s。在岩溶谷地中可见明显的小河道, 其源头位于谷地边缘, 而在丘陵斜坡上未见水沟, 小河道的源头就是岩溶大泉(图11)。

图11

Fig.11

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	图11 湖背冲泉的影像特征与实地照片Fig.11 Image features and field photo of Hubeichong Spring

2)学堂村泉。该泉位于岩溶谷地的中部, 在谷地中部出现直径约10 m的近圆形水潭, 小河道在此明显变宽, 应有大量的地下水补给, 2014年9月13日实测流量14.58 L/s(图12)。

图12

Fig.12

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	图12 学堂泉的影像特征与实地照片Fig.12 Image features and field photo of Xuetang Spring

岩溶地下河系统是西南岩溶区最重要的水文地质现象。如图13所示, 在研究区东北解译出一近SN向的岩溶地下河系统, 该地下河系统的主管道沿一近SN向线性构造发育。如图13(b), 在谷地边缘、峰体坡脚处地表河由地下河入口转入地下向北流动。中间可见蓝黑色的长方形色带(图13(c)), 这是岩溶天窗在遥感影像上的显示。地下河经过该岩溶天窗后继续向北流动, 在一岩溶陡坎下由地下河出口出露于地表, 如图13(d)所示, 下游可见明显的地表河。

图13

Fig.13

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	图13 岩溶地下河系统影像图Fig.13 Image of karst underground river system

上述3类解译成果是水文地质野外调查的基础性资料, 水文地质遥感解译成果可以有效提高水文地质填图的效率和精度。如图13(c)解译出的岩溶天窗, 它离四周的公路直线最近5 km, 野外调查时极易漏掉, 或者追索该点时需耗费大量人财物力。遥感解译成果可以将野外工作人员直接引导到该点, 降低劳动强度, 确保成果质量。

研究区的水文地质遥感解译图如图14所示。

图14

Fig.14

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	图14 水文地质遥感解译图Fig.14 Remote sensing interpretation map image of hydrogeology