三峽引水工程秦巴段地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究.pdf

1、本文結(jié)合中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“三峽引水工程秦巴段地殼穩(wěn)定性調(diào)查評(píng)價(jià)”的核心內(nèi)容，在搜集整理前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查、室內(nèi)分析測(cè)試和應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬試驗(yàn)，運(yùn)用多學(xué)科的理論和方法，圍繞三峽引水工程地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問(wèn)題，重點(diǎn)開展了以下幾方面的研究工作：①秦巴地區(qū)巖石圈特別是地殼結(jié)構(gòu)和地球物理場(chǎng)特征②新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)③活動(dòng)斷裂④地應(yīng)力場(chǎng)⑤地震活動(dòng)⑥巖土體與地面穩(wěn)定性分析⑦區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)⑧三峽引水工程秦巴段工程場(chǎng)地地殼穩(wěn)定性評(píng)

2、價(jià)，取得了以下新進(jìn)展和認(rèn)識(shí)： 1、地質(zhì)背景秦巴地區(qū)巖石圈具有上部構(gòu)造線方向呈東西向，下部物理場(chǎng)結(jié)構(gòu)呈南北向，中間為水平流變層的“立交橋式”三維結(jié)構(gòu)特征。在中新生代，華北地塊和揚(yáng)子地塊的中下地殼相向向秦嶺造山帶俯沖，相應(yīng)的秦巴地區(qū)的中上地殼分別向南北兩側(cè)逆沖，橫剖面上呈不對(duì)稱扇形的幾何形態(tài)。秦嶺造山帶經(jīng)歷了中新生代陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)以后，鑄成現(xiàn)今構(gòu)造線呈東西向延伸的基本構(gòu)造格架。 2、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)秦巴地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有繼承性、新生

3、性、間歇式抬升以及凹陷與掀斜運(yùn)動(dòng)共存的特點(diǎn)。受巖石圈特別是地殼結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成和應(yīng)力環(huán)境等因素的影響，該區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度具有北強(qiáng)南弱，西強(qiáng)東弱的特點(diǎn)。根據(jù)夷平面、剝蝕臺(tái)地、河流階地等標(biāo)志可以將秦巴地區(qū)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劃分為：①E2-E3②N1-N21③N22-Q1④Q2-現(xiàn)今四個(gè)發(fā)展階段，除渭河盆地以外，秦巴地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度有逐漸減弱的趨勢(shì)，現(xiàn)今秦巴山區(qū)以整體的東西向掀斜運(yùn)動(dòng)為主，差異升降運(yùn)動(dòng)不明顯。自新生代以來(lái)，秦巴地區(qū)隆升速率總體保

4、持在0.1mm/a-0.2mm/a的水平，這種隆升是非勻速的，時(shí)快時(shí)慢，具有間歇式抬升的特點(diǎn)，自中新世中期(17.8MaB.p.)特別是中更新世以來(lái)隆升速率總體在加快，全新世隆升速率最高。依據(jù)上述新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)性的差異，將秦巴地區(qū)分割為一系列的構(gòu)造區(qū)帶。 3、活動(dòng)斷裂在整理分析國(guó)內(nèi)外活動(dòng)斷裂定義的基礎(chǔ)上，并結(jié)合秦巴地區(qū)活動(dòng)斷裂的活動(dòng)歷史，將中更新世以來(lái)有過(guò)明顯活動(dòng)跡象的斷裂定義為活動(dòng)斷裂。在分析總結(jié)國(guó)內(nèi)外活動(dòng)斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度劃分方

5、案的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)大陸活動(dòng)斷裂的實(shí)際情況，提出活動(dòng)斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度的五度劃分方案：Ⅰ度為極強(qiáng)活動(dòng)斷裂(S≥10；Ms≥8；巖石圈斷裂)；Ⅱ度為強(qiáng)活動(dòng)斷裂(1≤S＜10；6≤Ms＜8；巖石圈斷裂或地殼斷裂)、Ⅱ度中等強(qiáng)度活動(dòng)斷裂(0.1≤S＜1；5≤Ms＜6；地殼斷裂)、Ⅳ度為弱活動(dòng)斷裂(0.01≤S＜0.1；3≤Ms＜5；基底斷裂)、Ⅴ度為極弱活動(dòng)斷裂(S＜0.01；Ms＜3；蓋層斷裂)。秦巴地區(qū)活動(dòng)斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度總體上呈逐漸減弱的趨勢(shì)

6、(渭河盆地中的活動(dòng)斷裂除外)，受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化的影響，自中更新世以來(lái)，區(qū)域上近東西向的活動(dòng)斷裂以左旋走滑剪切為主要活動(dòng)方式，晚更新世以來(lái)活動(dòng)已明顯減弱。對(duì)測(cè)區(qū)15條規(guī)模較大的活動(dòng)斷裂進(jìn)行了活動(dòng)強(qiáng)度級(jí)別的劃分：強(qiáng)活動(dòng)斷裂1條，中等強(qiáng)度活動(dòng)斷裂5條，弱活動(dòng)斷裂9條，極弱活動(dòng)斷裂2條，即大部分活動(dòng)斷裂活動(dòng)強(qiáng)度較低。并對(duì)這些活動(dòng)斷裂的工程穩(wěn)定性進(jìn)行了簡(jiǎn)要評(píng)估。 4、地應(yīng)力場(chǎng)重點(diǎn)討論了秦巴地區(qū)中新生代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的演化規(guī)律、現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力

7、場(chǎng)和3000m深度以內(nèi)地應(yīng)力的分布規(guī)律，同時(shí)，為配合地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)工作分別進(jìn)行了區(qū)域和測(cè)區(qū)兩個(gè)層次的應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬研究。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，秦巴山區(qū)(秦嶺造山帶東秦嶺部分)地下一定深度以下巖層中殘留有古構(gòu)造應(yīng)力，并且其強(qiáng)度還較高，這對(duì)于充分認(rèn)識(shí)該區(qū)地應(yīng)力的組成和分布狀態(tài)，對(duì)于將來(lái)引水線路的規(guī)劃設(shè)計(jì)具有重要的理論和工程意義。研究結(jié)果表明，現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主壓應(yīng)力方向以北東向?yàn)橹?，而秦巴山區(qū)地殼淺部的地應(yīng)力主壓應(yīng)力方向卻為近南北方向。在斷裂帶內(nèi)尤其

8、是不同方向斷裂的交匯部位、斷裂的端點(diǎn)、被周圍低彈模包圍的高彈模地塊內(nèi)常常出現(xiàn)地應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時(shí)，斷裂帶內(nèi)主壓應(yīng)力方向始終與斷裂的走向保持垂直，在不同方向斷裂的交匯部位主壓應(yīng)力的方向常常發(fā)生偏轉(zhuǎn)，另外，斷裂走向的變化也可引起主壓應(yīng)力方向的偏轉(zhuǎn)。 5、地震活動(dòng)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)秦巴地區(qū)歷史上共發(fā)生3級(jí)以上地震191次，其中8級(jí)以上地震1次；7級(jí)地震2次；6-6.9級(jí)地震5次；5-5.9級(jí)地震31次；4-4.9級(jí)以上地震50次；3-3.9

9、級(jí)以上地震102次?？傮w上以5級(jí)以下地震居多，中強(qiáng)地震較少，并且震源深度較淺。秦巴地區(qū)地震活動(dòng)具有西強(qiáng)東弱，北強(qiáng)南弱的特點(diǎn)，中強(qiáng)地震主要沿不同地塊之間的邊界斷裂、不同方向構(gòu)造的復(fù)合疊加部位、不同方向斷裂的交匯部位展布。根據(jù)秦巴地區(qū)地震活動(dòng)的時(shí)空分布規(guī)律、地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖、地震烈度區(qū)劃圖以及該區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，推測(cè)未來(lái)地震活動(dòng)對(duì)引水隧道的影響不太大。 6、巖土體穩(wěn)定性分析秦巴地區(qū)的各種土體成分復(fù)雜、土質(zhì)疏松、密度較低、具膨脹

10、性粘土礦物含量較高，因此，土體的穩(wěn)定性較低，而巖體的穩(wěn)定性條件總體上較好。 7、地面穩(wěn)定性與地質(zhì)災(zāi)害分析秦巴地區(qū)地面穩(wěn)定性問(wèn)題主要涉及崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫、地面塌陷等。研究表明秦巴地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的分布存在空間上的分異性：在渭河盆地中滑坡以黃土滑坡為主；秦巴山區(qū)的滑坡以小型淺層堆積層滑坡為主，在漢江河谷分布一些膨脹土滑坡和巖質(zhì)滑坡；大巴山以南中生代紅層中的滑坡以中厚層巖質(zhì)滑坡為主。崩滑流沿主要的斷裂帶、河流、交通線分布，形成縱

11、橫東西南北的地質(zhì)災(zāi)害鏈，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有群發(fā)性、鏈生性的特點(diǎn)，崩滑流地質(zhì)災(zāi)害在成因上相聯(lián)系，在時(shí)空上先后、彼此相依。秦巴地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生受降雨、地形、巖性和結(jié)構(gòu)面、活動(dòng)斷裂、人類活動(dòng)等因素的影響，是內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用和外動(dòng)力地質(zhì)作用相互轉(zhuǎn)化的結(jié)果，也是大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈耦合的反映。崩滑流在引水線路的南部地區(qū)對(duì)線路影響較大，在深埋輸水隧道進(jìn)出口也有一定的影響，其它地區(qū)可不予考慮。 8、秦巴地區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究區(qū)域地

12、殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的原則是以構(gòu)造穩(wěn)定性為主、結(jié)合巖土體穩(wěn)定性和地面穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，選擇對(duì)區(qū)域地殼穩(wěn)定性影響較大的7個(gè)因素作為評(píng)價(jià)因子，建立了模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，在模糊數(shù)學(xué)計(jì)算分析的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了秦巴地區(qū)地殼穩(wěn)定性分區(qū)評(píng)價(jià)研究，結(jié)果表明，秦巴地區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性總體上較好，宏觀上南部較北部穩(wěn)定性更好。共劃分了28區(qū)帶，其中不穩(wěn)定區(qū)只有1個(gè)，面積約為1200km2，占區(qū)域總面積(26*104km2)的0.46﹪，離三峽引水工程引水隧洞較遠(yuǎn)，對(duì)工

13、程的穩(wěn)定性影響較弱；較不穩(wěn)定區(qū)帶4個(gè)，面積約為1.25*104km2，占區(qū)域總面積的4.80﹪；較穩(wěn)定區(qū)帶12個(gè)，面積約為4.95*104km2，占區(qū)域總面積的19.05﹪；穩(wěn)定區(qū)帶11個(gè)，面積約為19.68*104km2，占區(qū)域總面積的75.69﹪。 9、三峽引水工程秦巴段工程場(chǎng)地地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究為了提高區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的精度和適用性，主要針對(duì)引水深埋長(zhǎng)隧道的穩(wěn)定性問(wèn)題，分構(gòu)造穩(wěn)定性和巖體穩(wěn)定性兩個(gè)層次，選取影響穩(wěn)定性的主

14、要因素作為評(píng)價(jià)因子，分別建立了模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，并進(jìn)行了模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了三峽引水工程秦巴段工程場(chǎng)地地殼穩(wěn)定性2級(jí)分區(qū)評(píng)價(jià)。地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，三峽引水工程場(chǎng)地地殼穩(wěn)定性程度較高，適合興建大型引水工程。在30個(gè)區(qū)帶中，較不穩(wěn)定區(qū)(1個(gè))面積約為699km2，僅占工程場(chǎng)地總面積(約為52577km2)的1.3﹪；較穩(wěn)定區(qū)帶(8個(gè))面積約為15826km2，占工程場(chǎng)地總面積的30.1﹪；穩(wěn)定區(qū)帶(21個(gè))面積約為360