陆相湖盆沉积物滑塌变形研究进展

陆相湖盆中沉积物滑塌常造成复杂的同沉积变形,对确定古地震事件、古地形等有重要作用,系统研究滑塌变形体系有助于厘清变形成因、理解变形机理和深化区域构造背景认识。笔者等梳理国内外滑塌变形研究进展,总结沉积物顺坡滑塌的形成条件、滑塌变形特征,尤其是滑塌褶皱的形态演化、伴生构造、对古斜坡的指示、有关滑塌变形的物理模拟等,并结合野外变形成因的识别,探讨滑塌成因与后期构造成因变形的有效鉴别标志。综合分析认为,陆相湖盆滑塌变形与重力流沉积密不可分,单一滑塌体的褶皱形态从滑塌体后缘到前缘由圆柱状褶皱、紧闭等厚直立褶皱转变为蘑菇状褶皱,演化过程可划分为多个阶段。在滑塌褶皱中存在逆冲断层、碎屑脉体、不规则侵蚀面、软布丁构造等,引起滑塌变形的机制可分为应力作用机制和液化作用机制。物理模拟因其可改变材料物理参数的优势,可能成为未来滑塌变形的重要研究方向。指出在鉴别滑塌成因变形和后期构造成因变形研究中仍然存在较多争议,其中未固结沉积物的活化、再改造、生物扰动、液化现象的存在是确定软沉积物变形的关键,变形构造在大尺度、层系规模上具有相同的应力场并与区域构造背景相符合是后期构造成因变形的最有力证据。     

陆相湖盆沉积物滑塌变形研究进展

陆相湖盆中沉积物滑塌常造成复杂的同沉积变形,对确定古地震事件、古地形等有重要作用,系统研究滑塌变形体系有助于厘清变形成因、理解变形机理和深化区域构造背景认识。本文梳理国内外滑塌变形研究进展,总结沉积物顺坡滑塌的形成条件、滑塌变形特征,尤其是滑塌褶皱的形态演化、伴生构造、对古斜坡的指示、有关滑塌变形的物理模拟等,并结合野外变形成因的识别,探讨滑塌成因与后期构造成因变形的有效鉴别标志。综合分析认为,陆相湖盆滑塌变形与重力流沉积密不可分,单一滑塌体的褶皱形态从滑塌体后缘到前缘由圆柱状褶皱、紧闭等厚直立褶皱转变为蘑菇状褶皱,演化过程可划分为多个阶段。在滑塌褶皱中存在逆冲断层、碎屑脉体、不规则侵蚀面、软布丁构造等,引起滑塌变形的机制可分为应力作用机制和液化作用机制。物理模拟因其可改变材料物理参数的优势,可能成为未来滑塌变形的重要研究方向。指出在鉴别滑塌成因变形和后期构造成因变形研究中仍然存在较多争议,其中未固结沉积物的活化、再改造、生物扰动、液化现象的存在是确定软沉积物变形的关键,变形构造在大尺度、层系规模上具有相同的应力场并与区域构造背景相符合是后期构造成因变形的最有力证据。     

几种较特殊的地震成因软变形沉积构造

地震形成的软沉积变形构造是一种重要的沉积构造, 广泛分布于各个时代的各种地层中。近期在对宁夏固原市杨郎镇境内的寺口子下白垩统乃家河组剖面和北京南口林场中元古代剖面考察时发现了几种较特殊软沉积变形构造, 分别是: 软变形褶皱、软变形宽U形构造、软变形宽弧形构造、软变形平卧"V"形构造、软变形"Ω"形构造、球状枕状构造、软双重构造及软窗棂构造。这些构造的共同特征是: 1)大部是一种连续变形, 揭示它们是在未固结的塑性状态下形成的; 2)几何学特征具有突变性, 与正常的沉积构造极度不和谐, 无法从正常沉积和构造变形的角度得到合理解释; 3)都发生在粒度较细的岩层中; 4)整个岩层受扰动强烈, 显得很"杂乱"; 5)尺度相对较大; 6)一般都有一个或两个再作用面(或剪切面)。我们认为它们是被一种强烈的沉积后改造作用形成的, 与地震(诱发)密切相关, 是一种地震成因的软变形沉积构造。     

Numerical analysis of block stone displacements in ancient masonry structures: A new method to estimate historic ground motions

An innovative approach is presented, in which the discontinuous deformation analysis (DDA) method is used to estimate historic ground motions by back analysis of unique structural failures in archaeological sites. Two archaeological sites in Israel are investigated using this new approach and results are presented in terms of displacement evolution of selected structural elements in the studied masonry structure. The response of the structure is studied up to the point of incipient failure, in a mechanism similar to the one observed in the field. Structural response is found to be very sensitive to dynamic parameters of the loading function such as amplitude and frequency. Prior to back analysis of case studies, two validations are presented. Both compare the performance of DDA with analytical solutions and present strong agreement between the two. Using comprehensive sensitivity analyses, the most likely peak ground acceleration (PGA) and frequency that must have driven the observed block displacements are found for the two case studies—the Nabatean city of Mamshit and the medieval fortress of Nimrod in southern and northern Israel, respectively. It is found that horizontal peak ground accelerations (HPGA) of 0.5g and 1g were required to generate the observed deformations in Mamshit and Nimrod, respectively. Although these might seem too high, considering structural and topographic amplifications it is concluded that the analyses suggest ground motions of 0.2g at a frequency of 1.5 Hz for Mamshit and up to 0.4g at a frequency of 1 Hz for Nimrod. These values provide constraints on the seismic risk associated with these regions as appears in the local building code using a completely independent approach. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

古高梁河演变及其与古蓟城的关系*

古高梁河对北京城的选址和发展起到了重要作用。以往研究者对古高梁河的名称界定不一致,古河道的年代和规模也比较模糊。借助多年来实地考察的成果,选取古高梁河沿线的典型剖面,用¹⁴C、光释光、热释光等测年方式,结合地貌学、考古学和历史地理学的方法,确定古河道的年代,以此近似地复原古高梁河的演变和分布特征。通过以上分析,得出以下结论: (1)古高梁河的称呼比“三海大河”的称呼更恰当,表达全新世中晚期由石景山经“三海”到亦庄的永定河故道。(2)古高梁河河道发育的年代上限在5000—4000 a BP,下限应在西汉末年至东汉初年。(3)古高梁河规模比古清河和古 水小。(4)古蓟城的选址与古高梁河密切相关,古蓟城选址于古高梁河与古 水故道之间的高地之上,是古高梁河要津上的城池。     

安徽花山古代大型地下洞室群工程地质条件与变形破坏规律研究

本文从工程地质条件和岩石力学两方面对古洞室群围岩的变形破坏规律，特别是支顶岩柱拉裂和剪裂破坏及顶板掉块等进行了研究，对洞室群的稳定性做出了初步评价。在此基础上，提出了以防止地表水沿裂隙入渗和建立一个高效监测系统为主要手段的建议。     

饱和可液化土中地下结构在震后固结中的响应

饱和可液化土中地下结构在强震作用下会由于土层液化而上浮,从而对地下结构造成破坏。可液化土在地震结束之后,将由于超静孔隙水压力的消散而产生固结变形,而地下结构在土层震后固结过程中的响应是一个值得研究的问题。以地下结构在土层震后固结过程中的垂直位移为重点,应用非线性动力两相体有限元方法研究饱和可液化土和地下结构相互作用体系在地震后土层固结过程中的响应。研究结果表明,地下结构的上浮趋势不会在地震结束时立即结束,而是在土层超静孔隙水压力经过一段时间的重分布及消散以后停止,之后地下结构有一定的沉降位移,但沉降位移远小于上浮位移,因此地下结构在震后会残留向上的垂直位移。文中还讨论了土层的应力路径响应、水压消散过程及截断墙与土层渗透系数对地下结构在震后固结过程中响应的影响,试图讨论饱和可液化土中地下结构在震后固结中响应的机理。     

地铁隧道盾构施工引起的古城墙变形规律及其控制技术

以西安地铁2号线区间隧道下穿南门古城墙工程为依托,通过建立FLAC3D数值模型对可能的3种施工方案进行了对比分析,建议将管片支护及壁后注浆、城门基础范围内土体化学注浆加固和城墙南面基础附近施工钻孔灌注桩的联合变形控制方案作为最优的可行性方案,并对该方案引起的古城墙变形规律进行了预测研究,根据预测结果制定了监测方案。工程实践表明,建议的古城墙变形控制施工技术是合理的,隧道施工时引起的城墙和地表变形值处于安全值范围内。得到的地铁隧道盾构施工引起的古城墙变形规律及其控制技术对西安地铁1号线下穿东西古城墙的安全施工具有借鉴价值。     

基于SBAS- InSAR技术的西藏雄巴古滑坡变形特征

大型古滑坡及其强变形和复活灾害日益频发,已造成重大灾害事件和严重损失.古滑坡的发育、变形影响因素多、机理复杂和识别难度大,本文采用SBAS-InSAR技术,结合遥感解译,获取了金沙江西岸雄巴村古滑坡2017年10月至2020年6月间的地表变形特征.研究表明,雄巴古滑坡方量巨大,可达2.6×108～6×108 m3,根据InSAR形变监测结果,滑坡前缘发育H1和H2等2个大型强变形区,变形级别分为4级:极强变形区(-132.1 mm/a≤VLOS＜-58.5 mm/a)、强变形区(-58.5 mm/a≤VLOS＜-20.3 mm/a)、中等变形区(-20.3 mm/a≤VLOS＜l.8 mm/a)和弱变形区(1.8 mm/a≤VLOS＜55.4 mm/a);其中H1变形区,最大累计变形量达203.8 mm,H2变形区变形量达302.1 mm.受金沙江河流侵蚀,特别是上游75 km的2018年10月和11月白格2次滑坡-堵江-溃坝-泥石流/洪水灾害链对雄巴古滑坡坡脚的侵蚀,加剧了雄巴古滑坡的变形,其中H1变形区的蠕滑速率是白格滑坡灾害链发生前的14～16倍,灾害链引起H2区发生变形,雄巴古滑坡整体呈现牵引式复活状态.基于SBAS-InSAR的形变监测结果得到了野外的验证,目前H1变形区前缘出现局部垮塌,滑体中横向和竖向裂缝发育,局部呈现拉张状态.雄巴古滑坡目前呈现持续变形中,部分地段为加速变形,雄巴古滑坡发生大规模复活将导致堰塞金沙江-溃坝-泥石流灾害链,应加强雄巴古滑坡的空—天—地一体化监测预警,为该区正在规划建设的重大工程和流域性地质安全风险提供技术支撑和科学依据.     

中国软沉积物变形构造及地震岩研究简评①

近30年(1987—2016)来,中国的软沉积物变形构造、地震岩、震积岩及古地震研究,取得了很大的进展和成绩。但是,在国内中文期刊中已发表的约140篇文章和已出版的一些专著中,几乎都把具软沉积物变形构造的岩层当作地震岩。可喜的是,中国石油大学(华东)的老师们和学生们,对山东青岛灵山岛下白垩统中的软沉积物变形构造的研究,却有多种不同的观点,呈现出了一种活跃的学术气氛。笔者等的看法是: (1)软沉积物变形构造是一种沉积构造,它有多种成因,它是一个很好的沉积学和地质学术语,应继续地和更广泛地使用下去。(2)地震岩是专指由地震引起的具软沉积物变形构造的岩层,它是具多成因的软沉积物变形构造的岩层的一种,不能把所有的具软沉积构造的岩层都当作地震岩。有的地质学家建议废弃地震岩这一术语。(3)震积岩是“seismites”(地震岩)的误译,不宜再继续使用。(4)由于地震岩和震积岩这两个术语在国内外已使用多年,要废弃它们或不再继续使用它们,应得到国内外的多数地质学家的同意才行。     

库车新生代构造性质和变形时间

库车构造位于南天山古生代碰撞造山带之南,为塔里木盆地最北的一个构造带。它自北而南可分为边缘逆冲（ 隐伏构造楔） 、斯的克背斜带、北部线性背斜带、拜城盆地、南部背斜带。每个背斜带又包含有若干逆冲断层相关褶皱,它们是断层转折褶皱、断层传播褶皱、滑脱褶皱、断层传播 滑脱混生褶皱、双重逆冲构造、突发构造、三角带构造。底部逆冲断层向南变浅,堆叠逆冲岩席向南变薄,总体上形成一个向南的逆冲构造楔。逆冲断层在斯的克背斜带侵位最早（２５ Ｍａ） ,在北部线性背斜带为１６９ Ｍａ,拜城盆地中的大宛其背斜为３６ Ｍａ,南部背斜带为５３ Ｍａ（ 北部） 和１８ Ｍａ（ 南部） ,变形作用向南变新。库车构造是印 藏板块碰撞的内陆构造响应,是二叠纪前陆盆地复活而成的再生前陆盆地变形带     

陕西禾草沟煤矿工业场地主厂房段古滑坡变形破坏特征及稳定性分析

工程建设引发禾草沟煤矿工业场地主厂房段古滑坡复活,通过野外调查和测量、钻探、探槽、变形监测、室内试验和数值计算,分析该古滑坡的复活原因及变形破坏特征;采用改进的数值计算法对古滑坡的稳定性进行分析,古滑坡在天然条件下处于稳定状态;对古滑坡复活采用"削头压脚"措施后,稳定性满足安全要求,这对古滑坡的治理设计提供了理论依据。同时,该措施能节约工程投资,缩短工期,具有良好的经济效益。     

青藏高原隆升对中国构造-地貌形成、气候环境变迁与古人类迁徙的影响

对中国新生代以来构造-地貌形成的认识,必须建立新生代重大环境事件的年代序列,既需要不同地区构造变形、隆升年代学的依据,又需要宏观背景的把握。现今中国大陆构造-地貌格架及相关问题,诸如青藏高原的隆升、西部北西西向盆-山地貌和东部北北东向阶梯状盆-山地貌的形成时代、发育过程等,一直是地学界关注但尚未得到统一认识的一些重要科学问题。20世纪70年代以来通过青藏高原隆升的研究、提供了大量隆升年代学和古高程信息的数据,使得对其开展定量分析成为可能。青藏高原何时形成现今的高原面貌?这是国内外学者长期争议的科学问题。笔者从20世纪80年代对柴达木盆地及其邻区开展了20余年研究,发现柴达木作为一个现今的高原盆地经历了青藏高原隆升的全过程,高原隆升和环境变迁的所有事件,在盆地的沉积、构造上都有比较完整的记录,因此它可以作为青藏高原隆升大阶段划分的最佳参考时空坐标,并依此提出古近纪期间(55~24 Ma)青藏高原整体并未隆升;青藏—闽粤高原的初次隆升发生在中新世早—中期(23~17 Ma),上新世晚期—早更新世基本被夷平;形成现今高原面貌的末次快速隆升发生在上新世晚期—早更新世(3.6~0.8 Ma)和中更新世之间。新生代以来由于青藏高原的隆升和中国构造-地貌格架的形成,直接影响了中国和全球气候环境的变迁以及古人类迁徙的路径,因此需要地质学家、古气候和古人类学家共同探索,对中国及亚洲新生代以来古地貌、古气候变迁的历史和中国古人类的发源与迁徙得出科学的结论。本文通过青藏高原分阶段隆升依据的论证,阐明青藏高原隆升与中国构造地貌形成、气候环境变迁的关系,并探讨中国古人类迁徙的可能路径。     

西藏樟木口岸特大型古滑坡形成机理分析

滑坡是樟木口岸主要的地质灾害,对樟木口岸古滑坡的研究是关系口岸可持续发展的最重要因素之一。通过口岸地质灾害整体勘察,以地质分析为基础,重新认识了古滑坡的规模、性质及机理。分析发现樟木口岸并非坐落在一个古滑坡体上,而是发育两个大型古滑坡,基岩顶面附近的残坡积粉质粘土或粉土与降雨是古滑坡形成的主控因素。古滑坡是由岩质崩滑形成的堆积物演变而成的碎石土滑坡,岩质崩滑的变形机制是弯曲—拉裂—压碎模式,古滑坡的形成机理为滑移—拉裂破坏模式。     

Soft-sediment deformation structures in the Late Quaternary sediments of Ladakh: Evidence for multiple phases of seismic tremors in the North western Himalayan Region

The exposed Quaternary sections of Ladakh show evidence of seismicity during the late Quaternary. Multiple levels of soft-sediment deformation structures (seismites) are recorded from the Quaternary sediments of the Spituk-Leh, along Indus Suture Zone (ISZ) and the Khalsar palaeolakes, along Shyok Suture Zone (SSZ) and Karakoraum Fault (KF). The studied sections are a part of two major tectonically formed palaeolakes at 35,000 yr BP. Nine levels of seismites from Spituk-Leh and eight levels from Khalsar sections are recorded. The deformed sediments comprise of clay, silts and sand and are restricted to a single stratigraphic layers bounded by undeformed beds suggesting synsedimentary deformation. The various deformational structures identified are simple and complex convolutes, pinch and swell bedding, microfolds and microfaults, flame-like structures, pseudonodules, clay diapirs, ball and pillow structures, pillar structures, sedimentary dykes and mud lenses. The release of stress along the ISZ, SSZ and KF, may have been responsible for inducing seismicity in the area during the late Quaternary times which may have caused liquefaction as a direct consequence of permanent deformation of ground surface due to earthquakes of large magnitudes (>5 intensity). The chronological data suggests release of stresses along ISZ, SSZ and KF in the form of earthquakes between 35,000 yr BP to approximately the Last Glacial Maxima (LGM) as evident form the available chronology.     

Superposed deformation and inherited structures in an ancient dilational step-over zone: Post-mortem of the Rengali Province,India

In the eastern Indian shield, a dextral strike-slip system juxtaposed the Archaean Singhbhum Province against the Proterozoic Eastern Ghats Belt at ∼490–470 Ma. Two WNW–ESE trending strands of the strike-slip system enclose a multiply deformed (D₁ to D₃) intervening domain called the Rengali Province, with D₃ representing dextral shearing. In a granulite lens within the province, an early fabric (S_gr) was deformed by an amphibolite facies D₁–D₂ deformation continuum in the late Archaean time, forming cylindrical folds. In the surrounding quartzofeldspathic gneisses, quartzites and mica schists of the province, superimposition of syn-D₃ shortening on D₁-D₂ folds generated complex non-cylindrical geometries; the granulites escaped D₃ strain. Microstructures in the province-bounding shear zones confirm that D₃ deformation was associated with mylonitization, dynamic recrystallization and greenschist facies metamorphism. In the quartzites, syn-D₃ folds can be correlated with rotation of D₁–D₂ structures through the shortening zone of bounding dextral shears. Since the province-bounding shears form a step-over zone, the structural complexity within the Rengali Province arises from superposition of syn-D₃ shortening structures on initially asympathetically oriented inherited cylindrical D₁-D₂ folds. Hydrous fluid channeling causing greenschist facies metamorphism and quartz vein emplacement accompanied D₃ as the step-over zone was dilational in nature.     

沉积物的地震及古地震效应*

古地震是依据地层中保留的沉积物变形记录而确定的。系统归纳总结地震诱发沉积物变形将为古地震研究提供理论基础,也有助于野外调查辨认这些记录。作者提出了一个初步的、供讨论与补充修正的地震触发沉积物变形分类的方案。变形的成因机制是分类的基础。这些特殊沉积物变形主要与地震有关,但其中一些变形往往也受其他多种因素的影响,因此要确定地震成因变形必须详尽研究相关的区域地质背景构造。     

山东省灵山岛早白垩世软沉积物变形构造特征*

利用野外露头和镜下薄片等资料、地质统计等方法, 对山东省灵山岛老虎嘴剖面和船厂滑塌剖面软沉积物变形构造分布特征和形成期次进行了研究。船厂剖面发育滑塌褶皱、负载构造、阶梯断层、布丁构造、球—枕构造等典型的软沉积物变形构造;老虎嘴剖面发育层内褶皱、微阶梯断层、层内角砾岩等。根据形成时间、发育部位和形态特征, 将船厂剖面变形划分为滑塌前变形和滑塌中变形, 滑塌前变形又可以细分滑塌体下部变形和滑塌体内部变形。滑塌褶皱具有多级别、多尺度的特点;以厚岩层组成的滑塌褶皱为主, 尺寸为米级;岩层内部纹层形成的次级褶皱为辅, 尺寸为毫米级。滑塌过程中岩层不同部位应力不同, 伴生其他变形构造, 如拉张形成的布丁构造和挤压形成剪切褶皱等。滑塌前已经形成的负载构造等在滑塌过程中保持原来形态, 不因地层变形而变形。这些古地震触发形成的软沉积变形构造证明灵山岛在早白垩世古地震活动频繁。     

徐州地区全新世古河道地电特征研究

古河道调查对于防震减灾、城市规划和地下水资源合理开发利用具有重要意义,本文针对徐州地区岩、土层具有显著电性差异的特点,采用高密度电阻率法对全新世古河道进行探测.首先通过地电模型数值模拟和钻孔附近现场试验探讨高密度电阻率法探测全新世古河道的有效性及装置形式选择;然后对高密度电阻率法断面、平面及三维成果图进行分析;最后通过钻孔资料对高密度电阻率法探测结果进行验证.理论研究及工程实践结果表明,徐州地区全新世古河道在电阻率图件上表现出典型的电场响应特征,通过响应特征分析可以获得古河道形态及地层结构等信息;高密度电阻率法偶极-偶极装置对覆盖层结构变化极为敏感,异常强度大,并且在地层分层方面具有明显优势,可作为古河道调查的首选装置;通过在调查区内布置多条测线,并借助三维可视化软件平台可以实现目标体三维空间解释,解释结果直观地展现出全新世古河道三维形态及空间展布特征.     

大渡河新华古滑坡体成因机制及稳定性研究

新华古滑坡体位于拟建水电站坝址线上游12km处,体积巨大,水库设计蓄水高程在滑体剪出口之上,且该区属高烈度区,滑体一旦失稳,可能造成涌浪、甚至堵江和堰塞溃坝,影响严重。目前,古滑体有拉裂缝等变形迹象,属滑移拉裂性质,且古滑坡变形属重力蠕滑性质。稳定性评价结果表明,在天然、暴雨、蓄水及水位骤降等工况下,滑体均处于基本稳定状态。而在考虑地震时,其稳定性迅速降低,滑体有可能整体失稳。