遥感在寻找岩溶浅层地下水中的应用

谌大为 　张哨琳 　石剑龙
（广西遥感中心）

　　田东县作登—印茶地区是岩溶干旱片，我们正该旱片中应用遥感技术， 并与水文、物探工作结合，首先圈出蓄水地段，对其中的缺水村屯及附近范围进行详细解译划出找水靶区，在找水靶区中以物探方法确定含水空间部位，经钻探验证，找到了地下水，解决了部分村屯人畜饮用水。取得了初步成效，为扶贫找水作出了贡献。
　　一、水文地质概况
　　本片年平均气温21℃，多年平均降雨量l257.3mm：5～9月为丰水期，12月至次年3月为枯水期。蒸发量大，附近巴东多年平均蒸发量达1954.5mm。
　　本片地表仅有龙须河，源于本片南侧碎屑岩山区，流经本片中部，汇入右江，属右江水系。
　　本片出露地层有泥盆系，石碳系及二叠系，为碳酸盐岩，岩性较纯，以灰岩为主，局部夹白云岩。本片由三个短轴背斜构造构成，呈北东向展布。其核部为（或r），翼部为，外围为（碎屑岩）。断裂构造发育，有北东向、南北向、北西向组合的构造格架。压性、压扭性、张性性质的较多。节理、大型节理亦相当发育。
　　地貌可分为构造溶蚀峰丛洼地、构造溶蚀峰丛洼地谷地两种。前一种分布于本片西部，后一种位于中、东部。
　　含水岩组由上古生界纯碳酸盐岩地层构成，以灰岩为主，质纯，中厚度结构，裂隙溶洞发育，地下水主要赋存在生裂隙溶洞中，管道状岩溶发育，形成祖对独立的管道，受地质构造控制，褶皱轴部、翼部、倾伏断及断裂带， 岩溶发育强烈。
　　本片有地下河5条、地表泉水37处，总泉流量达425.25L/S。
　　二、影像特征
　　在TM5、4、3合成的假彩色影像图（1：5万）上，木片显示出典型的岩溶影像特征。
　　影纹呈花生壳状、蠕虫状、脊垄状、网格状。洼地、谷地、干沟为浅红色及白、深兰或褐色板点、斑块。山体的南坡为黄绿色、白色、北部色彩较暗。
　　单个山体、洼地（谷地）规模不大，但其排到多呈北东向，有一定的延伸，有一定的横向错移。
　　本片中部局部地段，影纹略有不同，“花生壳”较小且相连，绿色稍深， 洼地范围更小。它大体反映了白云岩含量较高的范围。
　　解译中，断裂、节理主要依据山体、洼地、谷地、干沟的排列和错动、断层三角面来识别。谷地、洼地、干沟依据浅红色和地貌来判别。岩性则主要依据影纹加以区分，由于本片主要为灰岩和灰岩夹白云岩，故只划分出灰岩和白云岩。水体则以颜色（深兰色）和形状来确定。详细解译标志在此不多述。
　　由于是为寻找浅层地下水服务的，因而，本次解译只解译了断裂构造（节理）、洼地（谷地、干沟）和水体。并制成线状构造密度等值线图、洼地面积等值线图。
　　三、富水因素
　　通过本片37处泉的统计，影响或反映本片岩溶浅层地下水富集的主要因素有如下几个：
　　1．岩性
　　本片岩性宏观上均为碳酸盐岩，然而在微观上各时代地层有一定的差异，各时代平均泉流量与地层时代的关系如图1所示。

　　2．断裂构造
　　众所周知，岩溶发育与断裂构造关系密切，本次工作解译了线状构造（包括断裂和节理），计算单位面积内线状构造的长度和（即线状构造密度），图2中表现出了泉流量与线状构造密度的关系。
　　3．岩溶洼地面积
　　岩溶洼地（包括谷地、干沟），在一定程度上反映了岩溶发育程度，本次解译了岩溶洼地面积，图3中反映了泉流量与岩溶洼地面积的关系。

　　4．相对高程
　　一般来说，高程大，地下水贫泛，高程小，地下水丰富，从图4可看出这种关系。对泉流量与相对右江的高程进行了回归分析，图4中的回归曲线，经F检验，F＝27.68>F0.01＝11.26，说明回归函数是可信的。

　　当然影响或反映富水的因素还有很多，如植被、土壤水份、地表水体等，由于多种原因，本次圈定富水地段时，仅选用上述四个因素。
　　四、 富水地段的圈定
　　1．圈定方法
　　目前使用的资料，不可能直接发现地下水，或直接确定钻探孔位，因而只能圈出相对富水地段。这种相对富水地段是一个模糊概念，故本次用模糊数学中模糊综合评价的方法进行圈定，其数学模型如下：

　　该矩阵中行为某因素、列为评价等级。即表示第i个因素在第 j个等级上的赋值。

　　2．富水地段的模糊综合评价
　　根据前面的统计分析：我们选择评价因素有地层时代、线状构造密度、岩溶洼地面积和相对高程等四种因素，即n=4。
　　评价等级分为不利、一般、较有利和有利等四种，即m＝4。
　　于是模糊综合评价的应用公式为：

　　　　　　　　　　　　　　1＜≤1+C　　　　 　属富水有利级
　　　　　　　　　　　　　　1＋C＜≤1+2C 　　　属富水较有利级
　　　　　　　　　　　　　　1+2C＜≤1+3C 　　　属富水一般级
　　　　　　　　　　　　　　1＋3C＜≤1+4C　　 　属富水不利级
　　本次计算中，C=0.75
　　值系根据图1～图4的关系曲线给予予赋值，如表1所示。
　　权值的确定是根据专家意见综合统计而得，现列于表1。
　　按1：5万地形图上的公里网，将本片分成1k㎡的小区域，量测（读）出每个个区域内的地层时代、线状构造密度、洼地面积和相对高程，按表1所列数据给予赋值，利用计算机计算出每个小区域的值。并依植勾绘等值线图。
　　五、效 果
　　用上述方法圈出的富水有利地区，从以下四方面可以看出取得了一定的效果。
　　1．本干旱片已知泉37处，其总流量为425.25L／S、分布在富水有利地段内有泉3处；其流量和总流量的9.18%。分布在富水较有利地段内有泉31处。其流量占86.5O%，分布在富水一般地区有泉3处，其流量占4.32%。可见有91.89%的泉、95.68%的泉流量分布在富水有利、较有利选段内，所圈出的地段确实为富水有利、较有利地段。

　　2．富水有、较有利地段，主要分布在背斜构造的倾伏端、翼部和轴部，与水文地质上的结论相符合。
　　3．本片地下河出口、天窗、溶井、溶潭共有59处，分布在富水有利地段中占8.47%，富水有利地段占67.8%，富水一般地段中占23．7%。地下河出口均在富水较有利地段中。
　　4．在扶贫找水工作中，对本干旱片中5个缺水村屯进行了工作。其中有4个村屯分布在圈上的富水较有利地段，1个在富水一般地段。共布孔5口，有4孔打到地下水而成井，有1口孔水量不够，但其附近有地下河。
　　其中有三个村屯，在圈定富水较有利的区域内，进行了进一步详细解译，圈出了找水靶区，在靶区内作了地面电法，确定含水部位的空间位置，据此布孔验证，结果3孔均见水，两孔水量达到要求。从以上结果可看出，本次工作取得了一定效果。
　　六、体 会
　　本次工作是在自治区政府加大扶贫力度的背景下进行的，应用遥感技术寻找岩溶浅层地下水仅是试点；还有许多问题值得探讨；工作中我们有如下体会：
　　1．广西有41%的国土面积为碳酸盐岩区域；其中万亩以上干旱片有几十个；由于缺水，严重制约了经济发展，成为贫困地区。经多年努力，基本解决了5OO人以上缺水村屯的人、畜饮用水。50O人以下的村屯多以山塘、水柜方式解决饮用水，大量的农业生产明水尚未解决，而且山塘、水柜中的储水受降雨影响大，储水时间长，水质易受污染而变质，因此，在碳酸盐岩干旱区；开发利用地下水是势在必行，遥感技术在此项工作中可以较好地发挥作用。
　　2．在寻找岩溶浅层地下水工作中遥感发挥的作用。从以往的面积工作中，寻找岩溶浅层地下水比较成边的工作程序是：在l：2O万水文地质调查的基础上，首先应用遥感资料（TM或SPOT），从宏观上圈出找水有利地区，在该地区中进行较大比例尺的水文地质调查（针对缺水地区），用正规或路线、踏勘的方法）确定找水地段，在找水地段用航片进行详细解译，找出找水靶区，在靶区应用物探方法确定含水部位的空间位置，最后钻探验证，水量符合要求则可成并开发使用。遥感在其中的作用即为圈定找水有利地区和找水靶区，缩短工作周期，提高命中率，降低成本。
　　3．本次圈定富水有利地段时，选用了岩性、线状构造、洼地面积和高程等四个因素，圈出的富水有利地段有不尽人意之处。还可以考虑如下的因素：距主断裂的距离、距背斜轴的距离。汇水面积等地下水控制因素；泉、井、漏斗、溶井、溶潭、地下河、地下河天窗等反映岩溶发育程度的因素：植该覆盖、土壤水分、地表水体等地下水在地表的影响因素。评价因素多而复杂，有的因素，在遥感资料中可以解译出，有的不能解译，因而要根据实际情况；合理的选择诸多因素中起主导作用的因素，尤其是遥感可以解译（包括应用数据处理手段）的因素。
　　本次工作仅是开始，由于水平有限，可能有不少错误，敬请批评、指教。