青藏高原地壳地震纵波速度的层析成像

本次研究利用地方地震台站的数据开展青藏高原地壳地震波速度的三维层析成像研究,得到分辨率达到1°×1°×20 km的地壳纵波三维速度结构,揭示了青藏高原地壳内部地壳波速结构特征。结果表明,青藏高原P波波速随深度产生巨大变化,说明地壳内部发生了大规模的层间拆离和水平剪切,用传统的地块运动不能准确地描述地壳物质运动。从P波波速扰动图上看到,青藏高原上地壳和上地幔的P波波速扰动为大范围正异常区,可以认为青藏高原在同碰撞和后碰撞期频繁的岩浆活动和结晶作用,造成了现今相对比较坚固的上地壳和岩石圈地幔,使青藏高原保持一个整体。分布在可可西里和羌塘北部的高钾质和钾质火山岩带,反映为青藏高原地壳的P波波速扰动负异常带,从上地壳到下地壳都有分布。说明由于大陆碰撞使三叠纪的东昆仑缝合带重新破裂,造成大量地幔流体物质上涌和火山爆发,对高原的形成和隆升都有一定的贡献。通过地震层析成像取得的三维地壳波速图像,进一步证实了由密度扰动三维成像指出的存在青藏高原下地壳流和新生代裂谷深部到达了中地壳底部的结论。     

西藏新生代裂谷系成因的探讨

通过区域重力场的三维密度扰动成像和地震层析成像研究,我们确定西藏新生代裂谷系反映为上中地壳低密度带,延深可达到42 km;同时,青藏高原下地壳也有低密度和低地震波速的物质蠕动流。和东非大裂谷等其他裂谷带不同,西藏新生代裂谷通常是多条平行裂谷组成的裂谷系,它的形成机制也是特殊的,可称为陆—陆俯冲型裂谷系。印度板块的陆—陆俯冲造成的正交方向拉张与西藏新生代裂谷系形成密切相关。地震变形空白区和陆—陆俯冲型裂谷带空间分布之间有一定的对应关系,即裂谷带的源头指向地震变形空白区。陆—陆俯冲型裂谷系的发育过程可分为以下四个环节:①陆—陆俯冲造成前沿带的地壳破裂和地震;②地震变形空白区地应力集中;③挤压地应力向俯冲带前方发散并且转化为張应力,造成前沿带正交方向的地壳破裂和地震;④大地震后应力释放,产生的回跳继续使地壳变形,每一次地震都促使裂谷的进一步发育。青藏高原的下地壳物质蠕动流对中上地壳产生的底辟作用,也促进了西藏新生代裂谷系的形成。地壳拆离面前端上中地壳的成倍加厚使温度升高,造成下地壳流向上挤出,从而使上中地壳張裂。特提斯大洋板块俯冲下去的残块在软流圈下沉也使软流圈上涌,也导致下地壳物质蠕动和西藏新生代裂谷系的形成。     

海南岛新生代玄武质熔岩源区中再循环物质及其年龄的限定:来自Hf-Sr-Nd-Pb同位素的制约

再循环洋壳和沉积物在壳.幔循环过程中扮演着重要的角色。前人研究指出板片俯冲与海南地幔柱形成关系密切,然而地幔柱源区中是否存在再循环沉积物仍然不得而知。本文将首次报导海南岛新生代玄武质熔岩的Hf同位素,并将新的Sr-Nd-Pb同位素与前人数据相结合,限定再循环物质的组成及其年龄。与同位素地幔趋势相比,给定εNd时,海南岛玄武质熔岩的εHf值更低;而且Eu/Eu*>1、Sr/Sr*>1,与Al2O3、MgO都不存在相关性,说明Eu和Sr的正异常是继承了源区的特征,指示源区中存在再循环洋壳物质的参与。海南岛玄武质熔岩的Ce/Pb与εNd、εHf呈正相关关系,Nd/Pb与87Sr/86Sr呈负相关关系,它们都指向了沉积物端元。根据εHf-εNd模型和Pb同位素演化模型,推断源区中再循环洋壳和沉积物相对年轻,其年龄应小于1.0Ga。这些再循环洋壳和沉积物将进入深部地幔,并与地幔中的橄榄岩反应形成二阶段辉石岩,随着海南地幔柱不断上升而发生熔融,最终熔体喷发至地表形成海南岛玄武质熔岩。     

考虑土体参数空间变异性的边坡大变形破坏模式研究

边坡失稳是涉及土体大变形的动态演化过程,该过程往往决定了滑坡失事后果。传统的边坡稳定分析方法如极限平衡方法与有限元方法难以模拟边坡失稳演化过程,尤其是失稳后的土体变形破坏过程。边坡失稳受到多重不确定性因素影响,其中一个重要因素是土体参数的空间分布不均匀性。在考虑土体参数的空间不均匀分布情况下,本文采用一种随机极限平衡-物质点法研究边坡不同破坏模式的动态演化过程,同时利用极限平衡方法简单、高效的优点和物质点方法模拟土体大变形破坏的能力。以一个两层不排水土坡算例为例,识别了4种不同的边坡破坏模式（即浅层、中层、深层和渐进）,研究了它们的演化过程与土体参数的空间分布之间的关系。结果表明边坡的破坏模式演化过程与土体参数的空间分布密切相关,强调了岩土工程勘察信息对充分表征土体参数空间变异性的重要作用。     

红砂岩风化土湿化特性的三轴试验研究

针对红砂岩风化土遇水易湿化、崩解,从而影响路基填筑体稳定性的问题,选取某高速公路红砂岩风化料,采用单线法,在两种密度条件下进行了三轴湿化变形试验,分析了密度、围压和应力水平对湿化轴向应变的影响规律,并对湿化后试样的后续剪切强度进行了研究。试验结果表明:随着围压的增大和应力水平的提高,红砂岩风化料的湿化轴向变形有明显提高;而随着密实度的增加,湿化轴向变形有所减小。同一围压下,湿化轴向应变随着应力水平的增长而增大,两者近似呈线性关系。湿化后试样的峰值强度随应力水平的增加略有降低,而且普遍低于饱和状态试样的峰值强度。     

水库库盘变形的特征及其地质成因分析

不同于一般的库岸变形,库盘变形、谷幅变形是水库蓄水引起的新的工程地质问题,直接关系到水库大坝的安全运行。监测发现,已建的多座水库在蓄水过程中库盘出现下沉或抬升变形。本文以库盘变形较为典型的溪洛渡、铜街子、江垭、锦屏一级、小湾几个水电站为例,基于水电站所处的地质环境,从水库蓄水引起的区域水文地质条件变化角度分析库盘变形的地质成因条件。研究发现,地形地貌、地层岩性、地质构造和水文地质条件是发生库盘、谷幅变形的内在因素,而水库蓄水位、蓄水过程是诱发库盘、谷幅变形最重要的外在因素,外因通过内因而起作用。研究成果将为在建、待建水电工程建立正确的库盘变形、谷幅变形物理模型,准确计算、分析、预测可能发生的库盘、谷幅变形提供科学依据。     

浙西下寒武统大陈岭组地震液化脉微量元素特征研究

地震液化脉是地震作用引起的软沉积变形的重要构造之一,前人对脉体形态学和动力学做了大量的研究工作,但对其成因的微观地球化学行为研究较少。笔者采取开化裴岭脚剖面2期地震事件沉积的3套地震液化脉层样品21块,分别对其脉体和含脉体围岩做了微量元素分析。结果显示,液化脉中Cs、Ba、Th、Zr、Hf、Cr、Rb、Nb等反映陆源性质元素明显高于含脉体围岩,而Sr、Y、Ni反映海相沉积特征元素则表现为含脉体围岩高于脉体。通过对V、Mo富集度和微量元素特征参数Sr/Ba、Th/U等的综合研究,发现液化脉体表现为氧化环境,含脉体围岩为还原环境,且脉体和围岩均具有淡水作用特点。研究认为,早寒武世大陈岭期白云质灰岩沉积过程中有蚀源区陆源碎屑物的补入;在地震突发振动力作用下,富含水的软沉积层液化泄水,因化学沉积物和碎屑沉积物性质的差异,塑性碳酸盐沉积物随水部分流失,使得单位体积内碳酸盐沉积含量低于围岩,导致脉体中更富陆源物质;地震事件沉积层属潮上带,特别是地震液化泄水后期至成岩期,含地震液化脉沉积层曾暴露地表,受后期陆源物的再补给及大气降水淋滤蚀变作用影响,表现为古气候和古盐度异常,为浙西大陈岭组浅水沉积提供了地球化学的证据。     

帕米尔弧形构造带的构造过程与地貌特征

帕米尔弧形构造带是印度-欧亚板块碰撞变形最强烈的地区之一,是研究构造过程、地貌演化以及气候变化及其相互作用的理想场所。本文基于前人的研究成果,对帕米尔弧形构造带新生代构造单元、地貌特征和动力学演化模型进行了总结归纳,包括:主要构造单元的活动起止时间、活动量及活动速率;帕米尔弧形构造带现今的地貌特征(水系和冰川的分布);帕米尔弧形构造带6种主要的地球动力学演化模型的主要样式、优点及限制。论文提出了帕米尔弧形构造带晚新生代构造研究的三个重要的科学问题:精细厘定构造带内部的不同断裂带运动学特征和相互关系;深部地质过程与浅部响应相结合,探讨构造带形成的深部地质过程控制;将构造过程、气候特征与地貌演化作为一个耦合系统开展研究。     

高速公路缓倾红层软岩滑坡形成机制及防治措施研究

以缓倾红层软岩地区某新建高速公路路堑开挖滑坡为例,通过对该滑坡形成过程、致灾因素及变形机制进行分析,结果表明:前缘开挖临空条件、大气降雨是滑坡产生的主要因素,高边坡开挖形成临空面,降雨使岩体处于饱水状态,在裂缝扩张力及静水压力作用下,形成垂直裂隙并向岩体深部发展,剪断岩层局部层面结构面,最后贯通形成滑面滑动致灾。滑坡前缘反压堆载、后缘裂缝遮盖防雨,坡面截排水、位移监控等应急措施止滑效果较好,推荐采用支挡工程+清方方案处治滑坡。建议缓倾红层软岩边坡加固设计贯彻分级支挡思路,以提高边坡稳定性及施工安全性。     

汶马高速通化隧道进口边坡变形特征及机理

在建的汶(川)马(尔康)高速公路通化1号隧道进口边坡倾倒变形特征明显,其稳定性控制汶马高速公路建设及运营安全。通过野外勘察查明倾倒变形体的空间发育特征,依据其倾倒强弱程度将倾倒体划分为倾倒坠覆区、强倾倒变形区和弱倾倒变形区,根据其变形特征进行了稳定性评价,并提出了针对性治理措施建议。