青藏铁路沿线构造裂缝的地质特征及工程危害

通过l：2000活动断裂勘测与地质灾害调查，在青藏铁路沿线鉴别出24条不同规模、不同宽度的构造裂缝带。青藏铁路沿线构造裂缝主要沿活动断层分布，呈线性排列，产状稳定，延伸较长，成群产出，与现今构造变形、断层运动及断层破碎带不均匀冻胀存在成因联系，常形成密集的构造裂缝带。构造裂缝带宽20-2400m。构造裂缝对青藏铁路、青藏公路及沿线工程安全具有不良影响，能够产生显著的灾害效应，如切割错断路基，产生路面塌陷，诱发不均匀冻胀变形，影响工程质量和行车速度，对车站、房屋、管道也将产生不同程度的破坏作用。     

青藏铁路沿线的地裂缝及工程影响

通过大比例尺野外地质调查和跨季节对比观测,发现青藏铁路沿线发育地震破裂、断层裂缝、冻土裂缝与冰裂缝4种不同类型的地裂缝。典型地震破裂包括西大滩古地震破裂、昆仑山南缘地震破裂、可可西里古地震破裂、崩错地震破裂、谷露盆西地震破裂、羊八井-当雄盆西地震破裂;地震破裂规模大,产状稳定,与地震鼓包、地震陡坎、地震凹陷有序组合,是地表构造变形的重要形式,属内动力成因地裂缝。断层裂缝沿断层破碎带定向分布,产状稳定,成群产出,与断层活动、地下水运移、不均匀冻胀存在密切的关系,是构造变形与融冻变形联合、内外动力耦合产生的复合成因地裂缝。冻土裂缝和冰裂缝属外营力成因地裂缝,是冻土与冰层不均匀融冻变形的重要表现形式。地震破裂、断层裂缝和冻土裂缝对青藏公路、青藏铁路及沿线工程安全具有不良影响,这些地裂缝切割错断路基,形成路面破裂和路基滑塌,产生显著的灾害效应。     

青藏高原北部风火山活动断裂系及工程危害性研究

风火山活动断裂系由风山北麓活动断裂、风火山活动断理解、二道沟活动断裂、二道沟南活动断裂所组成，其中发育不同方向、不同规模、不同性质的活动断层。风火山北麓F24断层自22100a以来平均左旋走滑运动速度为4.07mm/a，二道沟F26－4断层自16300a以来平均左旋走滑运动速度为1.10mm/a，二道沟南F27，F27－1，F27－8断层在晚更新世晚期－全新世平均左旋走滑运动速度分别为3.52,2.98,0.51mm/a，断层F26－4，F27，F27－1，F27－8尚存在0.12-0.51mm/a的垂直运动速度分量。沿风火山活动断裂系发育不均匀冻胀、冰丘、构造裂缝带和地震等地质灾害，对青藏铁路、青藏公路、输油管道等线路工程具有不同程度的危害性。     

青藏公路普通填土路基长期变形特征与路基病害调查分析

基于长期监测系统2004－2011年现场监测数据,系统分析青藏公路近年来冻土路基变形特征及路基病害原因。结果表明,目前青藏公路普通填土路基变形主要以融沉变形为主,且沉降变形仍将继续发展。根据路基各部位变形速率的差异性,可以将路基变形划分为均匀与不均匀变形两大类。路基平均沉降速率在2～55 mm/a之间,河流沟谷地带路基变形速率最大,山区路基变形速率次之,其他地貌区路基变形速率最小。路基纵向变形对路面影响较大,主要形成波浪等病害,对道路行车舒适性与安全性有较大隐患。路基横向变形主要产生路基纵向裂隙病害,导致路基向变形较严重一侧坍塌,对路基整体稳定性有较大影响。通过2012年对青藏公路路基病害的调查研究发现,青藏公路多年冻土区路基优、良、中、次、差的比例分别为57.39% 、28.12%、9.71%、4.60%、0.17%。通过对青藏公路普通填土路基长期变形特征的分析,期望为青藏公路的整治维修提供参考,同时为未来青藏高速公路的设计和维护提供依据。     

青藏公路路基变形分析

为研究青藏公路多年冻土人为上限在退化过程中对路基变形产生的影响过程和程度, 在唐古拉山以南选择了3处具有代表性的路面进行了为期2 a的路面变形观测. 资料表明, 在多年冻土人为上限退化过程中随着公路路基结构、冻土类型的不同, 路基变形从冻胀和融沉过程、冻胀量和融沉量、发生的时间都有很大的不同. 在高含冰量多年冻土区采用半挖半填结构产生的路基变形最为剧烈, 在含冰量相对少且采用较高路堤结构的地段路基变形过程相对平缓. 同时结合探地雷达的勘察结果对路基下的融化区、多年冻土区的内部结构进行了分析. 结果显示,多年冻土人为上限的下移、地下冰的融化会在多年冻土人为上限以上的地质体中导致较强烈的层间错动和扰动.     

青藏铁路沿线南北向活动构造及对路基工程的影响

通过地表路线地质观测、不同比例尺的活动构造填图及不同深度的地球物理探测,证实青藏铁路沿线发育近南北向活动构造带,表现为活动断层、地壳形变、第四纪断陷盆地、建造、地震活动、温泉线性分布及比较显著的地球物理异常。青藏铁路沿线近南北构造带现今活动性比较强烈,未来尚有增强趋势,能够诱发多种类型的地质灾害,对铁路路基、公路路基和永久建筑产生不同程度的工程危害。      

可可西里东部活动断裂的地质特征

通过大比例尺地质勘测、路线观测、探槽揭露和综合分析,在青藏铁路可可西里段沿线鉴别出14条活动走滑断层,组成五道梁活动断裂、可可西里山北活动断裂和可可西里山南活动断裂,构成可可西里东部活动走滑断裂系。典型断层F_(16),F_(16-4),F_(17-2),F_(17-3),F_(18-4)切割最新地层的年龄分别为4500a,5.33万a,3700 a,1.53万a,6000 a,反映可可西里东部走滑断裂系在晚更新世晚期—全新世具有强烈活动;估算断层平均走滑运动速度分别为1.50 mm/a,0.39 mm/a,7.76 mm/a,6.76 mm/a,3.27mm/a。部分活动走滑断层发育砂质构造楔、地震陡坎和砂土液化现象,反映可可西里东部走滑断裂系具有强烈的地震活动性。断裂活动能够产生多种不同类型的地质灾害,对青藏公路、青藏铁路及永久性重大工程安全具有不良影响。     

青藏铁路多年冻土区路基变形裂缝发生机理及其防治

青藏铁路多年冻土区路基工程的修建,改变了路基基底多年冻土的热量平衡状态.通过对青藏铁路多年冻土区试验工程和已经施工的路基工程所发生的变形裂缝的调查和分析,认为多年冻土区路基几何尺寸不对称和路基边坡坡向不同导致的路基人为上限形态不同,是造成多年冻土区路基温度场不对称以及基底土体冻结融化过程不同步的主要原因,也是造成路基变形裂缝的主要原因.文章在此基础上提出了减少或消除路基温度场不对称,从而减少或消除这类变形裂缝的主要工程结构形式和工程措施,作者的看法和结论已经在2003年青藏铁路冻土区路基工程设计和成形路基补强工程措施设计中得到广泛应用.     

青藏高原气候转暖与冻土工程的关系

工程作用和气候转暖影响加剧了工程下部多年冻土的退化,导致冻土工程稳定性发生显著变化。本文从气候转暖和工程活动下多年冻土变化和冻融灾害的视角探讨了气候转暖与工程稳定性的关系,给出了青藏高原气候转暖下活动层厚度、冻土温度等变化和青藏公路和青藏铁路工程下部多年冻土上限、冻土温度和路基变形等特征。同时,系统梳理了青藏高原冻土工程防治冻土融化的工程技术措施,讨论了未来气候变暖下青藏高原多年冻土的变化特征及其对冻土工程服役性的影响。青藏高原多年冻土在过去数十年来发生了不同程度的退化,工程作用加速了工程下部多年冻土退化,严重影响工程稳定性。青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的技术措施,但冻土工程仅能适应气候变暖1 ℃的情况。未来气候变暖1.5 ℃,青藏铁路冻土工程的补强措施需尽早谋划。     

东昆仑断裂粘滑错动对青藏铁路变形效应的数值模拟

东昆仑断裂是青藏高原北部现今仍在强烈活动的地震断裂之一,该断裂的未来地震活动及其突发性粘滑错动是青藏铁路面临的重大工程地质问题。基于东昆仑断裂的运动学特征,通过分别加入8 m和3 m的水平左旋位移,模拟了东昆仑断裂未来地震活动时震中位于铁路线附近和远离铁路2种情形下的铁路变形效应。模拟结果表明：震中位于铁路线附近时,断裂南侧基岩和第四系均发生8 m的左旋走滑位移,而铁路附近的第四系水平位移明显减小,铁轨和道床没有明显的断错,表现为4~5 m的连续左旋弯曲变形;铁路东、西两侧形成NE向的张裂陷和NW向的地震鼓包,而道床和铁轨的垂直位移幅度较小。震中远离铁路时的变形效应与震中位于铁路线附近时的变形相似,但位移幅度减小,铁轨和道床形成1~2 m的连续左旋弯曲变形。因此,东昆仑断裂未来再次发生7~8级强烈地震时,无论地震震中远离铁路还是在铁路附近,其断裂的突发性粘滑错动都将导致青藏铁路的大变形和破坏。     

青海西南部乌丽活动断裂系的地质特征及灾害效应

乌丽活动断裂系发育于乌丽山地，是青藏高原北部重要的区域性活动构造体系，由乌丽北山活动断裂、乌丽盆缘活动断裂和乌丽南山活动断裂所组成，主要包括17条不同规模、不同性质的活动断层。大部分活动断层属左旋斜滑断层，部分活动断层为左旋走滑断层。据地质观测资料估算，典型活动断层全新世左旋走滑速度分量为1．2—3．5mm／a、垂直下滑速度分量为0．5—3．5mm／a。沿乌丽活动断裂系发育5条宽100—400m的构造裂缝带、大量串珠状冰丘群与少量移动冰丘，构造裂缝产生的高密度地表破裂和移动冰丘造成的地表拱曲变形是影响青藏铁路、公路线路工程安全的主要地质灾害。     

Migrating pingos in the permafrost region of the Tibetan Plateau, China and their hazard along the Golmud–Lhasa railway

Most pingos in the permafrost region of the high northern Tibetan Plateau form along active fault zones and many change position annually along the zones and thus appear to migrate. The fault zones conduct geothermal heat, which thins permafrost, and control cool to hot springs in the region. They maintain ground-water circulation through broken rock in an open system to supply water for pingo growth during the winter in overlying fluvial and lacustrian deposits. Springs remain after the pingos thaw in the summer. Fault movement, earthquakes and man's activities cause the water pathways supplying pingos to shift and consequently the pingos migrate.

The hazard posed to the new Golmud–Lhasa railway across the plateau by migrating pingos is restricted to active fault zones, but is serious, as these zones are common and generate large earthquakes. Pingos have damaged the highway and the oil pipeline adjacent to the railway since 2001. One caused tilting and breaking of a bridge pier and destroyed a highway bridge across the Chumaerhe fault. Another has already caused minor damage to a new railway bridge. Furthermore, the construction of a bridge pier in the North Wuli fault zone in July–August 2003 created a conduit for a new spring, which created a pingo during the following winter. Measures taken to drain the ground-water via a tunnel worked well and prevented damage before the railway tracks were laid. However, pier vibrations from subsequent train motion disrupted the drain and led to new springs, which may induce further pingo growth beneath the bridge.

The migrating pingos result from active fault movement promoting artesian ground-water circulation and changing water pathways under the seasonal temperature variations in the permafrost region. They pose a serious hazard to railway construction, which, in turn can further disturb the ground-water conduits and affect pingo migration.     

青藏高原东南缘活动断裂地质灾害效应研究现状

青藏高原东南缘不同性质、不同类型、不同特点活动断裂发育且较为活跃,自2008年汶川地震发生以来,相继发生了玉树地震、庐山地震、鲁甸地震等。地震引发、触发、诱发产生了大量地质灾害,造成了惨重的生命财产损失。通过收集与分析相关资料,对青藏高原东南缘活动断裂地质灾害效应研究进展与取得成果进行了归纳总结,从活动断裂地质灾害主要控制因素,地质灾害发育特征、空间分布规律、演化模式、形成机制,不同性质断裂控制效应、断裂两盘差异效应、地震动参数效应、地形地貌效应等地质环境效应和地质灾害力学效应等方面进行了综述。在此基础上,对活动断裂地质灾害效应研究中存在的如不同类型活动断裂和不同震级地震与地震地质灾害相关性、以及地震地质灾害监测与风险评估等问题或重点研究方向进行了探讨,其研究结果为地震地质灾害致灾机理、风险评估、防灾减灾等研究提供参考。      

川藏铁路雅安—林芝段典型地质灾害与工程地质问题

川藏铁路是中国正在规划建设的重点工程,穿越地形地貌和地质构造都极为复杂的青藏高原东部。铁路沿线活动断裂发育、地震频发,新建铁路雅安—林芝段直接穿越或近距离展布于龙门山断裂带、鲜水河断裂带等10条大型区域性活动断裂带,部分断裂活动速率值达10 mm/a,潜在强震危险性高。在内外动力耦合作用下,铁路沿线地质灾害极为发育,密集分布于大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江及其一级支流、活动断裂带和公路沿线,其中高位远程滑坡及链式灾害、深层蠕变-剧滑型滑坡、地震滑坡等灾害危害严重,成为了铁路建设的“拦路虎”。铁路沿线处于以水平构造应力为主导的高地应力环境,穿越华南主体应力区、龙门山—松潘应力区、川滇应力区、墨脱—昌都应力区和喜马拉雅应力区等5个大的一级构造应力区;雅安—康定段最大主应力方向为NWW—NW向,并向林芝方向呈现NNE向偏转,地应力在平面和垂向空间上表现为强烈局部差异性,如折多山某隧道地应力测试结果揭示了在垂向上存在应力释放区。在高地应力条件下,铁路沿线深埋隧道潜在围岩岩爆和大变形危害风险大。铁路建设应加强活动断裂安全避让、重大地质灾害早期识别和监测预警、深埋隧道地应力和岩爆大变形超前预测预报等工作,科学指导铁路选线与防灾减灾。     

大陆构造变形与地震活动——以青藏高原为例

大陆内部构造变形和地震活动往往突显出复杂的、区域性的特征,很难用板块构造理论来解释。青藏高原是大陆构造变形的典型实例,具有不同构造变形的分区特征,不仅表现在物质组成、地形地貌和断裂组合等方面的不同,而且还表现出不同的地震活动特征。东昆仑断裂带以北的青藏高原北部地块,主要发育一系列挤压环境下的盆岭构造,表现为以连续变形为特征的上地壳挤压缩短变形;高原中北部巴颜喀拉地块,具有整体向东运动的特点,变形主要集中在其边缘,表现为刚性块体运动特征。在东部,由于稳定的四川盆地(扬子地块)的阻挡,位于龙日坝和龙门山断裂带之间相对坚硬的龙门山地区受到东西向强烈挤压,西部边界为伸展变形;在高原中央腹地羌塘地块西部,由于上地壳物质在向东挤出的驱动下不断变形,沿一系列小型正断层和走滑断层以伸展变形为主,表现为弥散型变形特征。相比之下,羌塘地块的东部向东-南东方向挤出,在大型走滑断层之间形成一个刚性块体;高原南部地块以东西向伸展的南北向裂谷系为主要变形特征,高原南缘以南北向挤压的大型逆冲断裂系为特征。历史地震和仪器记录的大地震(M≥8)只发生在高原东北和东南部的大型走滑带,以及东部和南部边缘的大型逆冲断裂上,沿后者更为频发。到目前为止,高原其他地区只发生了8级以下地震。青藏高原这种分区域的地壳变形形式和地震活动分布是大陆构造变形的重要特征。     

牛首山-罗山断裂带北段柳木高断裂第四纪活动特征

牛首山-罗山断裂带是青藏高原东北缘弧形断裂系最外缘断裂带,自南向北由固原断裂、罗山东麓断裂、牛首山断裂及三关口断裂组成。通过遥感解译、野外调查及探槽揭露等方法对牛首山断裂北段柳木高断裂第四纪几何学、运动学特征进行了研究,并通过断层截切地层关系及年代学测试,限定了该断裂第四纪演化过程及全新世的地震事件。研究结果表明,柳木高断裂上新世至晚更新世自南西向北东逆冲,晚更新世至全新世左行走滑逆冲,表现为正花状构造,而全新世则发生了正倾滑运动。全新世期间,1690±30 yr BP（公元320-415）之后发生了一次古地震事件,推测柳木高断裂可能是公元876年青铜峡南6.5级地震的发震断裂。柳木高断裂第四纪早期活动特征与固原断裂、罗山东麓断裂及牛首山断裂一致,是青藏高原北东向持续扩展引起的,而全新世的正倾滑运动可能与银川地堑的伸展作用有关。      

Active Faulting Pattern,Present-day Tectonic Stress Field and Block Kinematics in the East Tibetan Plateau

This paper examines major active faults and the present-day tectonic stress field in the East Tibetan Plateau by integrating available data from published literature and proposes a block kinematics model of the region.It shows that the East Tibetan Plateau is dominated by strike-slip and reverse faulting stress regimes and that the maximum horizontal stress is roughly consistent with the contemporary velocity field,except for the west Qinling range where it parallels the striking of the major strike-slip...