從基礎(chǔ)地質(zhì)角度研究洞庭湖流域水蝕荒漠化狀況及成因

從基礎(chǔ)地質(zhì)角度研究洞庭湖流域水蝕荒漠化狀況及成因

黃樹(shù)春，趙帥軍，楊玲，劉志堯

(湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，長(zhǎng)沙 410007)

主要研究地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測(cè)。

摘要：利用2008年CBERS-02遙感影像，結(jié)合其他資料,調(diào)查洞庭湖流域水蝕荒漠化狀況，總結(jié)水蝕荒漠化特點(diǎn)及分布規(guī)律，從基礎(chǔ)地質(zhì)角度研究水蝕荒漠化成因規(guī)律，為從根本上治理水蝕荒漠化提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：洞庭湖流域；水蝕荒漠化；基礎(chǔ)地質(zhì)；成因規(guī)律

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.03.020

收稿日期：2015-04-20

基金項(xiàng)目：長(zhǎng)江流域基礎(chǔ)地質(zhì)遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)(1212010911081)

作者簡(jiǎn)介：黃樹(shù)春(1980-)，男(漢)，湖北黃岡，碩士

中圖分類號(hào)：S157.1獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

洞庭湖流域是長(zhǎng)江的二級(jí)流域，包括湘資沅澧四大水系，面積為262 891 km2,涉及到湖南、廣西、貴州、湖北、重慶等地，湖南占該流域的82.7%。由于多方面的原因，水蝕荒漠化較嚴(yán)重，部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境差，制約著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，已成為當(dāng)前影響該流域生態(tài)環(huán)境的主要問(wèn)題之一。水蝕荒漠化的影響因子多，相關(guān)文獻(xiàn)研究也較多，但從基礎(chǔ)地質(zhì)角度進(jìn)行的系統(tǒng)的分析很少。本文從基礎(chǔ)地質(zhì)的角度全面分析水蝕荒漠化與構(gòu)造、地層巖性和地貌的關(guān)系，研究水蝕荒漠化的形成及變化規(guī)律，為科學(xué)治理水蝕荒漠化提供依據(jù)。

1數(shù)據(jù)源

主要利用CBERS-02衛(wèi)星影像、地形圖、地質(zhì)圖、地貌圖、土地利用圖、坡度圖以及降水和工程建設(shè)等，CBERS影像是時(shí)相為2008年，分辨率為19.5 m，地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖、坡度圖比例尺為1∶25萬(wàn)，地質(zhì)圖和地貌圖比例尺為1∶50萬(wàn)。

2調(diào)查方法

2.1　遙感圖像處理

本文遙感圖像處理主要包括：圖像預(yù)處理、波段組合、正射糾正、鑲嵌、彩色融合等。

2.2　水蝕荒漠化信息提取

水蝕荒漠化提取涉及專業(yè)領(lǐng)域廣，技術(shù)難度大，為了準(zhǔn)確提取各類因子信息，提取過(guò)程中主要采取目視解譯法、人機(jī)交互解譯法、計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類法、圖像增強(qiáng)處理法等。

2.3　水蝕荒漠化與基礎(chǔ)地質(zhì)關(guān)系研究方法

主要采用空間分析法，將水蝕荒漠化與地貌圖、地質(zhì)圖疊加分析，來(lái)研究基礎(chǔ)地質(zhì)與水蝕荒漠化的關(guān)系。

3水蝕荒漠化狀況

洞庭湖流域水蝕荒漠化面積為14 265.09 km2，占流域面積的5.43%，以輕度和中度為主。輕度水蝕荒漠化面積占總水蝕荒漠化面積的64.77%，主要分布于湘西北、渝東南、湘中和湘南等地區(qū)；中度水蝕荒漠化面積占總荒漠化的31.98%，主要分布于湘西、張家界、黔中部等；重度荒漠化較少。見(jiàn)表1和圖1～2。

表1　洞庭湖流域水蝕荒漠化狀況統(tǒng)計(jì)表

4水蝕荒漠化與構(gòu)造地貌關(guān)系分析

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是地貌演化的前提[1]。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的勢(shì)能重組，是引起水蝕荒漠化和搬運(yùn)的根源。劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成了陸地、海洋以及山地、盆地和平原地貌的分異，從而也為地貌演化提供了動(dòng)力和方向。構(gòu)造和地貌這2個(gè)因素在對(duì)水蝕荒漠化的影響中，并沒(méi)有明顯的區(qū)別。因此，在水蝕荒漠化影響因素的分析中，將二者結(jié)合了起來(lái)進(jìn)行探討。

圖1　各級(jí)水蝕荒漠化面積占總荒漠化面積餅狀圖

圖2　洞庭湖流域水蝕荒漠化分布及典型區(qū)域示意圖

4.1　水蝕荒漠嚴(yán)重區(qū)與構(gòu)造褶皺帶、臺(tái)褶帶分布關(guān)系

水蝕荒漠化的面積、嚴(yán)重程度分布是與一系列的構(gòu)造褶皺帶(主要是褶皺與斷裂)密切相關(guān)的，而這些褶皺帶大多是板塊內(nèi)部地塊之間的碰撞或斷陷地帶，是構(gòu)造水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)作用的結(jié)果，洞庭湖流域上游水蝕荒漠化較嚴(yán)重區(qū)對(duì)應(yīng)華南褶皺系的湘贛桂粵褶皺帶及上揚(yáng)子臺(tái)褶帶西部。

4.2　主要水蝕荒漠嚴(yán)重區(qū)與地貌地勢(shì)分布關(guān)系

洞庭湖流域的地貌地勢(shì)總體情況是北面低，東南西面高，形成向北開(kāi)口的馬蹄形盆地。地貌的形成和演化與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)息息相關(guān)，各種地貌類型的形成、分布特征及其格局也與該地各種不同時(shí)期、不同機(jī)制的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析(表2和圖3)，水蝕荒漠化在低山地貌中分布最多，面積為6 825 km2,占總水蝕荒漠化面積的47.84%，其次分別是丘陵地貌和中山地貌；從各地貌中的水蝕荒漠化程度來(lái)看，中山地貌水蝕荒漠化最為嚴(yán)重，荒漠化面積占該地貌單元面積的6.61%，其次為低山地貌和丘陵地貌，分別為6.45%和6.08%。

表2　各地貌單元及其內(nèi)水蝕荒漠化面積統(tǒng)計(jì)表　　km 2

圖3　各地貌單元面積及其內(nèi)水蝕荒面積對(duì)比 柱狀圖

從表2可知，主要水蝕荒漠化較嚴(yán)重地區(qū)的地貌地勢(shì)都呈現(xiàn)以山地丘陵(中、低山和丘陵區(qū))地貌形態(tài)為主，地勢(shì)起伏較大，而且水蝕荒漠化的主要嚴(yán)重區(qū)與主要山地丘陵的分布特點(diǎn)和格局具有很好的一致性，這也正好印證了上述構(gòu)造擠壓運(yùn)動(dòng)形成的褶皺帶、臺(tái)褶帶對(duì)地貌的影響，并與荒漠化主要較嚴(yán)重地區(qū)三者形成良好的一致性。

通過(guò)水蝕荒漠化主要嚴(yán)重區(qū)與構(gòu)造地貌之間的分布關(guān)系，可以總結(jié)出以上三者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：洞庭湖流域西部、南部水蝕荒漠化嚴(yán)重區(qū)，對(duì)應(yīng)湘贛桂粵褶皺帶、上揚(yáng)子臺(tái)褶帶西部，對(duì)應(yīng)雪峰山脈、武陵山脈和南嶺山脈。

4.3　洞庭湖流域主要水蝕荒漠嚴(yán)重區(qū)與地勢(shì)分布關(guān)系

將水蝕荒漠化較嚴(yán)重區(qū)西部和南部，分別編制2條東西和南北向的地勢(shì)起伏剖面圖，如圖4～7。

圖4　雪峰山—武陵山區(qū)地勢(shì)分布圖

圖5　雪峰山—武陵山區(qū)東西向AB(a)與南北 向CD(b)地勢(shì)起伏度剖面圖

圖6　南嶺山區(qū)地勢(shì)分布圖

圖7　南嶺山區(qū)東西向AB(a)與南北向CD(b) 地勢(shì)起伏度剖面圖

構(gòu)造上屬上揚(yáng)子臺(tái)褶帶和湘贛桂粵褶皺帶。褶皺蓋層發(fā)育，新構(gòu)造差異性隆升為主。洞庭湖流域西部地區(qū)，處于雪峰山—武陵山區(qū)，南部處于南嶺山脈中，地貌上以中低山及丘陵為主。丘陵坡度一般大于15°,部分山區(qū)甚至超過(guò)45°，據(jù)統(tǒng)計(jì)≥25°的坡地占53%，在重力作用下，流水侵蝕作用強(qiáng)烈，地表侵蝕嚴(yán)重，水蝕荒漠化程度嚴(yán)重。

圖4～5顯示，雪峰山—武陵山區(qū)，地勢(shì)起伏度在250～500 m之間，東西向分異的地勢(shì)起伏度在200～500 m之間，集中分布在400～500 m區(qū)間，南北向分異的地勢(shì)起伏度在200～400 m之間，集中區(qū)間在300 m左右。

南嶺山區(qū)，海拔在1 000～2 000 m之間，地勢(shì)起伏度在東西向分異為300～600 m，集中區(qū)間在300～500 m，東西向分異在250～600 m，集中區(qū)間在250～500 m(圖6～7)?？梢?jiàn)，洞庭湖流域的荒漠化較嚴(yán)重程度是與該地區(qū)較陡的坡度和較大的地勢(shì)高差明顯相關(guān)的。

5水蝕荒漠化與地層巖性關(guān)系分析

5.1　洞庭湖流域的巖性簡(jiǎn)述

洞庭湖流域地層分布廣泛，發(fā)育較全，從元古界至新生界均存在。其中新生界面積最多，為80 954 km2,占全流域面積的30.79%，其他面積從大至小分別為元古界、下古生界、上古生界、中生界和巖漿巖。

5.2　水蝕荒漠化與地層巖性的關(guān)系

主要地層內(nèi)水蝕荒漠化面積統(tǒng)計(jì)表(見(jiàn)表3)，其中下古生界地層中水蝕荒漠化面積最大，為4 117.80 km2,占總水蝕荒漠化面積的28.87%；其次為中生界地層中水蝕荒漠化，面積為2 936 km2,占總水蝕荒漠化面積的20.59%，其余地層中水蝕荒漠化面積從大至小分別為：殘坡積、上古生界、元古界、沖洪積、第三系、巖漿巖等。從水蝕荒漠化與相應(yīng)地層面積比來(lái)看(嚴(yán)重程度)，水蝕荒漠化較嚴(yán)重發(fā)生在中生界地層，占本地層面積的11.56%，其他嚴(yán)重程度從大到小依次分別為：第三系、下古生界、殘坡積、上古生界、冰磧物、元古界、沖洪積、酸性巖漿巖等。

表3　各地層及其內(nèi)水蝕荒漠化面積統(tǒng)計(jì)表

為了進(jìn)一步說(shuō)明水蝕荒漠化與地層巖性的關(guān)系，根據(jù)流域內(nèi)主要荒漠化分布情況，劃定了9個(gè)水蝕荒漠化典型的區(qū)域(如圖2)，各區(qū)域主要地理位置、荒漠化程度、主要地層巖性及主要受控巖性見(jiàn)表4，通過(guò)表4可看出，流域內(nèi)發(fā)生水蝕荒漠化地區(qū)主要受控巖性為灰?guī)r，其次為頁(yè)巖、白云巖和砂巖。

5.3　洞庭湖流域的水蝕荒漠化原因分析

水蝕荒漠化程度總體上為輕度和中度，多呈面狀分布。主要受控巖性為灰?guī)r，其次為頁(yè)巖、白云巖和砂巖。

灰?guī)r、頁(yè)巖、白云巖都屬于碳酸鹽巖類。碳酸鹽巖系抗風(fēng)蝕能力強(qiáng), 成土過(guò)程緩慢，風(fēng)化層缺乏,單位面積可侵蝕固體量很少,但它易受到侵蝕,碳酸鹽巖在含有CO2的水作用下,形成重碳酸鈣直接溶解,由于母巖易溶物質(zhì)含量很高,且易淋失,而酸不溶物的含量通常<15%,僅有10%左右的物質(zhì)殘留下來(lái)形成土壤[2]。 土體淺薄，巖體裂隙，漏斗發(fā)育，地表持水力低，抗沖刷能力弱，再加上生態(tài)系統(tǒng)單一、不合理人為活動(dòng)、暴雨等其他因素影響，水蝕荒漠化極易形成。

該區(qū)域內(nèi)發(fā)生的水蝕荒漠化多處于河流上中游地區(qū)，以下蝕流水地質(zhì)作用為主，對(duì)水蝕荒漠化的發(fā)生起到了決定性的作用。而該地區(qū)的主要巖性為灰?guī)r，為河流的下蝕作用提供了有利條件。

砂巖發(fā)生水蝕荒漠化也較多，該部分地層主要是由白堊系和第三系陸相沉積而成，一般上覆蓋層厚度較小，成巖程度低，砂粒間膠結(jié)程度差，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，在高溫多濕、干濕季節(jié)分明的亞熱帶氣候條件下，極易風(fēng)化剝落、崩落和遭流水侵蝕，加上不合理的人為因素，該區(qū)域極易產(chǎn)生水蝕荒漠化。

6結(jié)語(yǔ)

利用2008年前后CBERS衛(wèi)星遙感影像調(diào)查洞庭湖流域水蝕荒漠化狀況，摸清了水蝕荒漠化分布特征，從基礎(chǔ)地質(zhì)的角度較全面地分析了水蝕荒漠化與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系，為從地學(xué)的角度治理水蝕荒漠化提供了依據(jù)。由于遙感技術(shù)是從區(qū)域性角度上分析的，所以從微觀上如巖性組合特點(diǎn)、節(jié)理和裂隙發(fā)育程度等與水蝕荒漠化的關(guān)系有待進(jìn)一步分析。

表4　洞庭湖流域荒漠化地區(qū)地層巖性統(tǒng)計(jì)表

參考文獻(xiàn)

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[2] 李林立，況明生，蔣勇軍. 我國(guó)西南巖溶地區(qū)土地石漠化研究[J]. 地域研究與開(kāi)發(fā)，2003(3): 71-74.

A study on water-eroded desertification status and causes of the Dongting Lake from the

perspective of elementary geology

HUANG Shu-chun, et al.

(HunanProvinceGeologicalEnvironmentalMonitoringStation,Changsha410007,China)

Abstract：By using the CBERS-02 remote sensing images in 2008 and combining other materials, this paper investigates the water-eroded desertification status of the Dongting Lake and summarizes the characteristics of water-eroded desertification and the distribution regularities. It studies the causes of water-eroded desertification from the perspective of elementary geology, and provides scientific basis for the management and treatment to water-eroded desertification.

Key words：Dongting Lake watershed; water-eroded desertification; elementary geological; cause and laws