面向地質(zhì)災(zāi)害防治的第四系空間信息提取研究

葉潤(rùn)青，李士垚，牛瑞卿

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心(中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心)，湖北 武漢 430205；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢 430074)

第四系空間分布及其厚度信息是可持續(xù)農(nóng)業(yè)、土地利用管理決策的主要依據(jù)，也是山區(qū)重大工程建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)防治工作中的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象[1]。第四系空間分布及其堆積厚度是影響斜坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，多種地質(zhì)災(zāi)害(如滑坡、土壤侵蝕、地震砂土液化等)的破壞強(qiáng)度及發(fā)生概率也與之相關(guān)[2-4]。第四系厚度還影響地下水動(dòng)力過程，隨著第四系厚度的增加土體孔隙水壓力增大，不利于斜坡穩(wěn)定[5]；在強(qiáng)降雨或地震作用下，淺層土質(zhì)滑坡易發(fā)于第四系分布區(qū)[6]。然而，地質(zhì)圖并未提供第四系厚度信息。傳統(tǒng)的確定第四系厚度的調(diào)查手段如鉆孔、探槽等山地工程以及地球物理手段只限于局部(如滑坡)勘查，不適用于區(qū)域調(diào)查工作的需求。

第四系厚度可概化為是加深、堆積和搬運(yùn)的函數(shù)[7]。其中，加深(deepening processes)是指底部基巖風(fēng)化導(dǎo)致土壤厚度從底部向下增厚的過程；堆積(upbuilding)是指由于沉積和有機(jī)物堆積等作用使得土壤厚度由表層往上增厚的過程；搬運(yùn)(removals)是指土層受侵蝕、剝蝕等作用使得土體缺失以及溶濾等質(zhì)量虧損的過程。如McKenzie等[8]采用回歸樹建立線性模型，并以數(shù)字地形和γ射線調(diào)查數(shù)據(jù)為解釋變量，開展了土壤性質(zhì)的預(yù)測(cè)研究；Tsai等[9]建立了土壤-地形回歸模型，并進(jìn)行了土層深度預(yù)測(cè)。第四系受時(shí)-空多變要素控制和影響，如過去和現(xiàn)在的土地利用狀態(tài)、地層巖性和風(fēng)化剝蝕等，其厚度難以用單一地形因子與回歸模型估計(jì)[10]。

通過收集以往地質(zhì)調(diào)查工作中獲取的第四系厚度資料，運(yùn)用空間插值算法可以估算區(qū)域第四系空間分布情況。但是，利用傳統(tǒng)的空間插值算法的制圖效率和制圖精度均不理想。信息技術(shù)的發(fā)展為地學(xué)研究提供了新技術(shù)、新方法，如地理信息系統(tǒng)、遙感、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)為信息的獲取與分析提供了強(qiáng)有力的支撐。如郭培虹等[11]提出了從遙感影像中提取水體泥沙指數(shù)識(shí)別水庫(kù)第一岸坡土質(zhì)和巖質(zhì)分布的方法，可以確定高植被覆蓋區(qū)近岸斜坡的巖土性質(zhì)，但無(wú)法獲取土層厚度信息；劉磊等[12]分析了三峽庫(kù)區(qū)萬(wàn)州主城區(qū)的沉積標(biāo)志、地貌標(biāo)志與區(qū)域第四系分布之間的關(guān)系，并利用標(biāo)志因子構(gòu)建了基于隨機(jī)森林算法的第四系厚度估算模型，編繪了區(qū)域第四系厚度空間分布圖。

基于以上研究，本文以三峽庫(kù)首區(qū)秭歸段為研究區(qū)，在遙感影像、地質(zhì)圖、地形圖、地面調(diào)查和勘查資料等多源數(shù)據(jù)的支持下，利用C5.0決策樹構(gòu)建了第四系空間分布及其相對(duì)厚度信息提取模型，編繪了研究區(qū)第四系相對(duì)厚度空間分布圖。

1 研究方法

1.1 技術(shù)路線

圖1 第四系相對(duì)厚度及其空間分布信息提取的技術(shù)流程圖Fig.1 Technical flow chart for extracting the relative thickness and spatial distribution information of Quaternary

本研究基于多源數(shù)據(jù)的第四系空間分布及其堆積厚度信息提取的技術(shù)路線如下：在收集遙感影像、地形圖、地質(zhì)圖以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，獲取第四系厚度評(píng)價(jià)因子專題圖，建立第四系相對(duì)厚度C5.0決策樹模型，估算區(qū)域第四系相對(duì)厚度，并編繪區(qū)域第四系相對(duì)厚度空間分布圖。具體的技術(shù)流程如下(見圖1)：①研究區(qū)數(shù)據(jù)收集，包括Landsat-7 ETM+多光譜影像數(shù)據(jù)、高空間分辨率DMC(Digital Mapping Camera)數(shù)字航空影像數(shù)據(jù)、1∶1萬(wàn)地形圖和1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖以及工程勘查、野外調(diào)查數(shù)據(jù)等；②第四系厚度評(píng)價(jià)因子提取，并利用多源數(shù)據(jù)生成第四系厚度評(píng)價(jià)因子專題圖，包括地層巖性、坡度、水系多級(jí)緩沖區(qū)、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、影像光譜特征中的亮度(Brightness)和影像紋理特征中的灰度共生矩陣對(duì)比度(GLCM contrast)共6個(gè)評(píng)價(jià)因子專題圖件，并通過收集、整理勘查資料且輔以遙感解譯和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來(lái)獲取已知區(qū)域第四系厚度數(shù)據(jù)(即分類樣本)；③第四系相對(duì)厚度C5.0決策樹模型的建立，并估算區(qū)域第四系相對(duì)厚度，生成第四系相對(duì)厚度空間分布圖。

1.2 C5.0決策樹算法原理

決策樹算法是數(shù)據(jù)挖掘中的經(jīng)典分類算法，可以揭示數(shù)據(jù)集中的結(jié)構(gòu)化信息，適用于探測(cè)式知識(shí)發(fā)現(xiàn)。決策樹可以處理高維數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)和分類步驟簡(jiǎn)單快速，也往往具有較好的準(zhǔn)確率。獲取的知識(shí)用樹的形式直觀表示、易于理解。Quinlan等[13]開發(fā)了ID3算法用來(lái)構(gòu)造決策樹，并在剪枝技術(shù)和派生規(guī)則等方面對(duì)ID3算法做出了較大改進(jìn)，提出了C4.5算法，既適用于分類問題，又適用于回歸問題[13-14]。C5.0算法通過在分類過程中增加Boosting方法等改進(jìn)策略提高了分類精度和算法性能[13-14]。SPSS Clementine等數(shù)據(jù)挖掘軟件中提供了C5.0算法實(shí)現(xiàn)。

C5.0算法使用信息增益率作為屬性選擇度量，依據(jù)信息增益率最大的屬性對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分。通?？梢杂萌缦碌姆椒ㄓ?jì)算C5.0決策樹算法中的信息增益率[15]：

設(shè)數(shù)據(jù)集S為訓(xùn)練樣本集，假定類標(biāo)號(hào)屬性具有m個(gè)不同的值，定義了m個(gè)不同的類Ci(i= 1,2,…,m)。設(shè)Ci,S是S中Ci類的樣本集合，|Ci,S|和|S|分別為Ci,S和S中樣本的個(gè)數(shù)。則集合S分類所需的期望信息量可定義為：

(1)

式中：pi是任意樣本屬于Ci的概率，并用 |Ci,S|/|S|來(lái)估計(jì)。

設(shè)依照屬性X劃分S，X具有v個(gè)不同的觀測(cè)值{x1,x2,…,xv}，則S可被分成v個(gè)子集{S1,S2,…,Sv}。其中，Sj為S中屬性X的取值為xj的子集，j=1,2,…,v。在分類的過程中，如果X被選為決策屬性，則根據(jù)屬性X可以將樣本集劃分到不同的分枝中。設(shè)|Sij|表示子集Sj中屬于Ci類的樣本數(shù)量，則基于按X劃分對(duì)S的樣本分類所需的期望信息量為：

(2)

其中，(|S1j|+|S2j|+…+|Smj|)/|S|是第j個(gè)分類的權(quán)重。

由此可得屬性X作為決策分類屬性的信息增益：

Gain(X)=Info(S)-InfoX(S)

(3)

信息增益傾向于選擇具有大量值的屬性，使用增益率來(lái)減少這種偏倚。增益率使用分裂信息值將信息增益規(guī)范化，即：

(4)

則信息增益率為：

(5)

2 研究區(qū)概況

三峽庫(kù)首區(qū)秭歸段(寬約4 km、長(zhǎng)約42 km)人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，滑坡地質(zhì)災(zāi)害密集發(fā)育。該區(qū)域地處中國(guó)地形第二階梯向第三階梯的過渡地帶，是川東褶皺與鄂西山地會(huì)合部位，為中、低山侵蝕峽谷地貌(含西陵峽西段和秭歸盆地)[16]。研究區(qū)地層發(fā)育較完整，除缺失泥盆系下統(tǒng)、石炭系上統(tǒng)及下統(tǒng)、白堊系大部分以及第三系地層外，自前震旦系至第四系地層皆有出露(見圖2)，總體上地層具有自東向西漸新展布的規(guī)律[17]。香溪河以東地區(qū)為峽谷區(qū)，三疊系以老的地層連續(xù)出露，主要為碳酸鹽巖；香溪河以西地區(qū)主要出露三疊系中統(tǒng)至侏羅系(T2—J)地層，以碎屑巖為主，巖性為砂巖、粉砂巖和頁(yè)巖。褶皺是區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造形式，主要發(fā)育黃陵背斜和秭歸向斜。區(qū)內(nèi)地層巖性多樣、構(gòu)造復(fù)雜，不僅提供了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育條件，還控制了空間孕災(zāi)環(huán)境的差異，部分地層(如巴東組)被稱為易滑地層[18-19]。研究區(qū)是三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)，也是災(zāi)害重點(diǎn)防治區(qū)域之一，曾在1985年發(fā)生了新灘滑坡、2003年發(fā)生了千將坪特大型滑坡[20-21]，近年來(lái)不斷有滑坡險(xiǎn)情出現(xiàn)，如白水河滑坡、臥沙溪滑坡等。由于區(qū)內(nèi)大部分滑坡、不穩(wěn)定斜坡、塌岸發(fā)生在土質(zhì)岸坡，即為第四系堆積層滑坡，因此第四系識(shí)別和厚度信息提取成為關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

圖2 研究區(qū)域構(gòu)造綱要圖[17]Fig.2 Regional geological and tectonic framework map of the study area[17]1.斷層；2.背斜；3.向斜；4.中生代地層；5.晚古生代地層；6.早古生代地層；7.震旦系地層；8.晚元古代地層；9.中元古代地層；10.研究區(qū)邊界

研究區(qū)內(nèi)第四系覆蓋較廣，是滑坡地質(zhì)災(zāi)害的主要物質(zhì)組成，包括人工堆積層(Qml)、滑坡堆積層(Qdel)、沖積層(Qal)、坡積層(Qdl)。據(jù)多個(gè)滑坡鉆孔揭示，沿長(zhǎng)江兩岸的河流階地或山麓平臺(tái)均分布有第四系沖洪積物、崩坡積物、風(fēng)化殘積層、古滑坡堆積層、古崩塌堆積層，最大厚度超過50 m。

3 第四系相對(duì)厚度與空間分布信息提取

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

3.1.1 遙感解譯及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)

在三峽庫(kù)區(qū)大壩建設(shè)、移民遷建和地質(zhì)災(zāi)害防治工作中，已經(jīng)獲取了部分區(qū)域第四系覆蓋層信息，包括土層位置、厚度、邊界，在此基礎(chǔ)上，本文收集了研究區(qū)內(nèi)52處滑坡勘查資料，包括堆積層土體的厚度及其分布位置，但勘查資料缺少薄層土質(zhì)區(qū)和巖質(zhì)區(qū)樣本，為此采用遙感解譯輔以野外調(diào)查方式補(bǔ)充薄層土質(zhì)區(qū)和巖質(zhì)區(qū)樣本。遙感解譯是利用高分辨率DMC航空影像數(shù)據(jù)(此數(shù)據(jù)由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警指導(dǎo)中心提供)，其地面空間分辨率為0.2 m，目視解譯可以準(zhǔn)確地識(shí)別土地覆蓋類型(如基巖出露)，并結(jié)合地面調(diào)查可確定薄層土質(zhì)區(qū)和巖質(zhì)區(qū)。經(jīng)資料收集和遙感解譯獲得了研究區(qū)第四系厚度訓(xùn)練樣本總面積為15.59 km2，為研究區(qū)總面積的2.99%，并將區(qū)內(nèi)第四系巖土體厚度劃分為4個(gè)相對(duì)等級(jí)，分別為巖質(zhì)區(qū)(基巖出露或土層堆積厚度小于1 m)、薄層土質(zhì)區(qū)(1～5 m)、中層土質(zhì)區(qū)(5～10 m)和厚層土質(zhì)區(qū)(大于10 m)。

3.1.2 地質(zhì)圖

作為第四系松散堆積物的物源，巖性無(wú)疑是第四系特征的控制因素，因此將地層巖性作為第四系厚度的評(píng)價(jià)因子之一。研究區(qū)地層巖性可分為兩類：碳酸鹽巖和碎屑巖。其中，碳酸鹽巖主要是由灰?guī)r和白云巖組成，巖石強(qiáng)度高、硬度大，巖石抗風(fēng)化能力強(qiáng)，表面第四系覆蓋層薄，集中分布在研究區(qū)香溪河和童莊河以東；而碎屑巖是由砂巖、粉砂巖、泥巖組成，巖石強(qiáng)度相對(duì)低、硬度小，巖石抗風(fēng)化能力弱，形成相對(duì)厚的第四系覆蓋層,主要分布在香溪河和童莊河以西和新灘附近。

3.1.3 地形圖

山區(qū)地形坡度控制了第四系的搬運(yùn)和堆積，緩坡有利于巖石風(fēng)化碎屑物的堆積，易形成較厚的第四系覆蓋層，而陡坡則以剝蝕為主，表面第四系覆蓋層薄。坡度主要是用來(lái)衡量地形陡緩或地表高程的變化率，故將其選擇為第四系厚度評(píng)價(jià)因子之一。坡度可從數(shù)字高程模型(DEM)中提取，而DEM由地形等高線生成。因此，本文由收集的19幅1∶1萬(wàn)地形圖(等高距為10 m)制作了研究區(qū)DEM。研究區(qū)坡度分布范圍集中在35°以下，主要為中、緩坡，第四系厚度與斜坡坡度的關(guān)系總體上呈反比，即隨著坡度的增加第四系厚度變薄，當(dāng)坡度大于60°時(shí)一般為基巖裸露。

河流岸坡的第四系剝蝕是由高處往低處的搬運(yùn)過程，最終匯入長(zhǎng)江或其支流。一般情況下，斜坡上第四系堆積物也是自上而下變厚，因此本文將水系多級(jí)緩沖區(qū)作為第四系厚度的評(píng)價(jià)因子之一。

3.1.4 Landsat-7 ETM+多光譜影像數(shù)據(jù)

Landsat-7 ETM+多光譜影像數(shù)據(jù)獲取時(shí)間為2000年5月14日，其空間分辨率為30 m，經(jīng)輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正等預(yù)處理后，獲取歸一化植被指數(shù)以及影像光譜特征中的亮度和影像紋理特征中的灰度共生矩陣對(duì)比度作為第四系厚度的評(píng)價(jià)因子。

圖3 研究區(qū)Landsat-7 ETM+多光譜影像示例圖Fig.3 Landsat-7 ETM+ image of the study area

三峽庫(kù)區(qū)人類活動(dòng)強(qiáng)烈，主要是農(nóng)業(yè)活動(dòng)和移民城鎮(zhèn)建設(shè)，土地資源相對(duì)緊張，因此大部分第四系較厚堆積層區(qū)已成為農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)居民用地。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示，研究區(qū)第四系厚度與土地覆蓋具有較大的相關(guān)性，例如高植被覆蓋區(qū)下面第四系堆積層薄，甚至是巖質(zhì)區(qū)；而植被稀少或無(wú)植被區(qū)，如耕地、裸地、居民區(qū)則往往是厚層第四系覆蓋。歸一化植被指數(shù)(NDVI)在一定程度反映了植被覆蓋和土地利用情況，因此選取NDVI作為第四系厚度的評(píng)價(jià)因子。本文選取ETM+多光譜影像近紅外波段(Band 4)和紅光波段(Band 3)數(shù)據(jù)通過波段運(yùn)算提取了研究區(qū)的NDVI。

第四系厚度與土地覆蓋類型組合也具有較強(qiáng)的相關(guān)性，土質(zhì)區(qū)(尤其是厚層土覆蓋區(qū))的地表覆蓋類型主要是耕地、裸地、居民區(qū)(農(nóng)村居民點(diǎn)，房屋比較分散)、稀疏植被等多種地物類型組合，在遙感影像上呈現(xiàn)特定的紋理特征，因此可采用圖像分割及面向?qū)ο笮畔⑻崛〖夹g(shù)研究第四系厚度與地物組合之間的關(guān)系，即利用多尺度分割算法將鄰域中具有相似的光譜和紋理特征像素聚類為一個(gè)對(duì)象，然后獲取對(duì)象的光譜和紋理特征。多尺度分割算法既能很好地反映圖像鄰域間的空間關(guān)系，又提供了更靈活的表示形式，因此對(duì)于圖像信息的進(jìn)一步提煉十分有益[22]，其原理是通過多尺度策略對(duì)每個(gè)像素鄰域關(guān)系(上下文內(nèi)容)自適應(yīng)模擬和聚類[23]。在eCognition軟件平臺(tái)中，對(duì)Landsat-7 ETM+多光譜影像數(shù)據(jù)進(jìn)行多尺度分割，使用控制單一變量選優(yōu)的策略，利用ESP2工具可得到較為理想的多尺度分割參數(shù)：尺度參數(shù)Scale=44，形狀指數(shù)Shape=0.2，緊置度Compactness=0.5[24-25]。經(jīng)與第四系厚度樣本對(duì)比分析，選擇影像光譜特征中的亮度(Brightness)和影像紋理特征中的灰度共生矩陣對(duì)比度(GLCM contrast)作為第四系厚度的評(píng)價(jià)因子。

如上所選取的評(píng)價(jià)因子變量多源數(shù)據(jù)可用間隔尺度、有序尺度和名義尺度3種類型表示。其中，間隔尺度的變量用實(shí)數(shù)表示，如坡度為0°～90°；名義尺度的變量用特征狀態(tài)表示，如地層巖性用碳酸鹽巖類和碎屑巖類描述；有序尺度的變量用有序等級(jí)表示，如第四系厚度用薄層、中層、厚層描述。另外，坡度、NDVI、Brightness、GLCM contrast評(píng)價(jià)因子使用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法進(jìn)行重分類，將連續(xù)性評(píng)價(jià)因子變量離散化，各評(píng)價(jià)因子重分類情況見表1和圖4。

表1 第四系厚度評(píng)價(jià)因子的分類

圖4 第四系厚度評(píng)價(jià)因子的分類圖Fig.4 Map of Quaternary thickness estimating factors

3.2 第四系相對(duì)厚度與空間分布信息提取

在數(shù)據(jù)挖掘SPSS Clementine軟件中，基于前述分析得到的6個(gè)第四系厚度評(píng)價(jià)因子，利用C5.0決策樹算法對(duì)訓(xùn)練樣本學(xué)習(xí)，構(gòu)建第四系相對(duì)厚度分類模型，生成研究區(qū)第四系相對(duì)厚度估算結(jié)果(見表2)，并在ArcGIS軟件中制作研究區(qū)第四系相對(duì)厚度空間分布圖(見圖5)。

由表2可知，研究區(qū)第四系覆蓋區(qū)域面積占研究區(qū)總面積的73.48%，巖質(zhì)區(qū)為26.52%。第四系覆蓋區(qū)中，厚層、中層、薄層土質(zhì)區(qū)域面積占研究區(qū)總面積的百分比分別為32.13%、4.28%和37.07%。

表2 第四系相對(duì)厚度信息提取結(jié)果統(tǒng)計(jì)

圖5 第四系相對(duì)厚度分區(qū)及基巖分布圖Fig.5 Map of spatial distribution for Quaternary relative thickness and the bedrock

利用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和遙感解譯數(shù)據(jù)的一部分(50%)作為檢驗(yàn)樣本，在ENVI軟件中通過混淆矩陣計(jì)算得到分類的總體精度為75.79%，Kappa系數(shù)為0.68，表明第四系相對(duì)厚度的分類精度中等。

3.3 討論

通過對(duì)比分析圖4和圖5可以得出區(qū)域上第四系相對(duì)厚度及其空間分布具有如下規(guī)律：

(1) 第四系空間分布及其堆積厚度由巖性控制，厚層土質(zhì)覆蓋區(qū)主要分布在碎屑巖中，碳酸鹽巖則是以薄層土質(zhì)覆蓋區(qū)和巖質(zhì)區(qū)占主導(dǎo)。

(2) 第四系厚度與水系具有相關(guān)性，隨著離岸距離的增大，第四系厚度具有由厚變薄的趨勢(shì)。但從局部范圍來(lái)看，第四系相對(duì)厚度及其空間分布由坡度控制，坡度越大，第四系厚度越?。磺业谒南迪鄬?duì)厚度及其空間分布與NDVI以及影像的光譜、紋理等因素存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，厚層土質(zhì)區(qū)主要分布于居民建筑區(qū)、耕地、裸地和稀疏植被覆蓋區(qū)。

研究區(qū)172 m高水位蓄水期間(2008年11月)塌岸現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示：區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)19個(gè)塌岸，均為土質(zhì)塌岸；從塌岸數(shù)量上看，發(fā)育在厚層土質(zhì)區(qū)的塌岸有11處、薄層土質(zhì)區(qū)的塌岸有8處；從塌岸規(guī)模上看，厚層土質(zhì)區(qū)的塌岸規(guī)模總體上大于薄層土質(zhì)區(qū)，9處較大規(guī)模的塌岸中有7處發(fā)育在厚層土質(zhì)區(qū)中。上述塌岸現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果反映了此研究結(jié)果可為庫(kù)岸再造和塌岸防治提供科學(xué)依據(jù)。

根據(jù)第四系空間分布及其堆積厚度信息提取結(jié)果，將研究區(qū)長(zhǎng)江干流及其主要支流岸坡第四系相對(duì)厚度劃分為若干段，其中長(zhǎng)江干流岸坡第四系相對(duì)厚度劃分為11段，具體描述見表3。

表3 研究區(qū)長(zhǎng)江干流及其主要支流岸坡第四系相對(duì)厚度分段

由表3統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：以厚層、中層第四系覆蓋為主的岸坡長(zhǎng)度為79.3 km(其中長(zhǎng)江干流為45.2 km)，以巖質(zhì)和薄層第四系覆蓋為主的岸坡長(zhǎng)度為47.9 km(其中長(zhǎng)江干流為38.9 km)。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)目前工程地質(zhì)中，尤其是三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治中普遍關(guān)注的庫(kù)岸斜坡中第四系空間分布及其堆積厚度問題，在多源數(shù)據(jù)的支持下，提出了第四系空間分布及其堆積厚度信息提取方法。以三峽庫(kù)首區(qū)秭歸段為研究區(qū)，在收集遙感影像、地質(zhì)圖、地形圖以及勘查資料等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過分析第四系空間分布及其厚度的成因和控制因素，確定地層巖性、坡度、水系多級(jí)緩沖區(qū)、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、影像光譜特征中的亮度、影像紋理特征中的灰度共生矩陣對(duì)比度共6個(gè)評(píng)價(jià)因子，通過收集現(xiàn)場(chǎng)勘查、野外調(diào)查資料以及將高分辨遙感影像解譯的方式獲取的已知區(qū)域第四系空間分布及其厚度作為樣本，經(jīng)C5.0決策樹模型學(xué)習(xí)建立了第四系相對(duì)厚度估算模型，估算區(qū)域第四系相對(duì)厚度，并編繪研究區(qū)第四系相對(duì)厚度空間分布圖。結(jié)果表明：①區(qū)域內(nèi)第四系的空間分布及其堆積厚度由巖性控制，其與水系的相關(guān)性較強(qiáng)，而局部則受坡度控制；②遙感技術(shù)是第四系空間分布信息獲取和分析的有效手段，不僅利用Landsat ETM+影像獲取了第四系厚度評(píng)價(jià)因子(如歸一化植被指數(shù)、影像光譜和紋理因子)，還通過高分辨率DMC航空影像解譯，并結(jié)合地面調(diào)查獲取了巖質(zhì)和薄層土質(zhì)區(qū)，而采用多尺度分割算法提取對(duì)象的光譜和紋理信息，有利于分析第四系厚度與土地覆蓋類型組合的關(guān)系，表明遙感影像的光譜、紋理特征可較為真實(shí)地反映第四系的空間分布信息；③172 m高水位蓄水期間的塌岸調(diào)查結(jié)果佐證了第四系厚層區(qū)劃結(jié)果的可信度，該研究結(jié)果在庫(kù)岸再造和塌岸防治方面具有一定的參考價(jià)值。

致謝：感謝中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警指導(dǎo)中心的支持與幫助，感謝彭令、趙艷南、江齊英、吳婷和許霄霄的幫助。