喜马拉雅造山带工程效应及中尼铁路工程地质分区

黄艺丹 姚令侃 谭礼 郭沉稳 LaluPrasad Paudel

黄艺丹, 姚令侃, 谭礼, 等. 2020. 喜马拉雅造山带工程效应及中尼铁路工程地质分区[J]. 工程地质学报, 28(2): 421-430. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-513
引用本文: 黄艺丹, 姚令侃, 谭礼, 等. 2020. 喜马拉雅造山带工程效应及中尼铁路工程地质分区[J]. 工程地质学报, 28(2): 421-430. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-513
Huang Yidan, Yao Lingkan, Tan Li, et al. 2020. Engineering effect of the Himalayan orogen and engineering geological zoning of China-Nepal railway[J]. Journal of Engineering Geology, 28(2): 421-430. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-513
Citation: Huang Yidan, Yao Lingkan, Tan Li, et al. 2020. Engineering effect of the Himalayan orogen and engineering geological zoning of China-Nepal railway[J]. Journal of Engineering Geology, 28(2): 421-430. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-513

喜马拉雅造山带工程效应及中尼铁路工程地质分区

doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-513
基金项目: 

国家自然科学基金 41902302

中国科学院国际伙伴计划“一带一路”科技合作项目 131551KYSB20180042

四川省科技计划项目 20GJHZ0205

四川省科技计划项目 2019YFG0001

中铁二院工程集团有限责任公司科研项目“喜马拉雅造山带跨境铁路减灾选线关键问题研究” KYY2020054(20-22)

详细信息
    作者简介:

    黄艺丹(1982-),女,博士,副教授,主要从事铁路公路灾害防治及安全技术. E-mail:huangyidan@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    姚令侃(1953-),男,博士,教授,主要从事铁路公路灾害防治及安全技术. E-mail:yaolk@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: P542.2

ENGINEERING EFFECT OF THE HIMALAYAN OROGEN AND ENGINEERING GEOLOGICAL ZONING OF CHINA-NEPAL RAILWAY

Funds: 

the National Natural Science Foundation of China 41902302

the International S & T Cooperation Project of the Chinese Academy of Sciences 131551KYSB20180042

Sichuan Science and Technology Program 20GJHZ0205

Sichuan Science and Technology Program 2019YFG0001

the Project of China Railway Eryuan Engineering Group Co. Ltd. KYY2020054(20-22)

  • 摘要: 造山带内动力作用的工程效应是地学与工程领域基础科学研究的前沿问题。结合GIS技术和相关地学理论,对喜马拉雅造山带由构造划分的高喜马拉雅、低喜马拉雅和特提斯喜马拉雅3个地块进行研究,揭示不同地块工程地质特性和灾害效应受内动力制约的普适性规律。提出:在挤压碰撞造山机制作用下快速隆升的高、低喜马拉雅,地震以逆冲型为主,地震强度大、频率高,水平应力相对较大,主应力方向近NE-WS方向,地形向大高差发展、河流下切强烈,山地灾害严重;而属于拆离地系,处于相对沉陷状态的特提斯喜马拉雅,地震以正断型为主,地震活动性相对较弱,水平应力相对较小,主应力方向近E-W方向,地形演化向着减弱地势的趋向发展,雪崩灾害严重;此外,高喜马拉雅特有的海洋性冰川地貌、冰湖和冰川泥石流,可能是控制跨喜马拉雅山铁路线路方案的重要问题。基于上述各地块工程效应存在显著差异的认识,提出以构造划分作为铁路工程地质分区的建议,并以拟建中尼铁路交通廊道为例,绘制了工程地质分区图。研究有助于将造山带理论推进到工程应用层面,为铁路大范围方案比选阶段,广域、高效、低成本地获取信息提供了新途径。
  • 图  1  喜马拉雅造山带构造简图

    Figure  1.  Simplified tectonic map of the Himalayan orogen

    图  2  喜马拉雅造山带构造剖面示意

    Figure  2.  Schematic geologic cross sections across the Himalayan orogen

    图  3  喜马拉雅造山带主要构造单元平面图

    Figure  3.  The major tectonic subdivisions of the Himalayan orogen

    图  4  喜马拉雅造山带地震类型

    NF.正断型;NS.正断-走滑型;SS.走滑型;TF.逆冲型;TS.逆冲-走滑型;UD.应力状态未知

    Figure  4.  Earthquake types of the Himalayan orogen

    图  5  研究区水系折线化

    Figure  5.  Drainage linearization of study region

    图  6  各地块水系方向分布玫瑰图及主应力方向

    Figure  6.  Rose diagram of water system distribution and direction of field stress in different blocks

    图  7  跨喜马拉雅山河流

    Figure  7.  The rivers of the Himalayas

    图  8  青藏高原冰川分布

    红线为大陆型冰川和海洋性冰川的分界线,红线以北为大陆性冰川、以南为海洋性冰川

    Figure  8.  Distribution of glaciers on the Qinghai-Tibet Plateau

    图  9  中国至尼泊尔铁路示意图

    Figure  9.  Schematic of China-Nepal Railway

    图  10  中尼铁路吉隆藏布廊道工程地质分区图

    Figure  10.  Engineering geology zoning map of China-Nepal Railway along Gyirong river

    表  1  各地块地震类型占比

    Table  1.   Proportion of earthquake types in different blocks

    地块 正断型/% 正断-走滑型/% 走滑型/% 逆冲型/% 逆冲-走滑型/%
    特提斯喜马拉雅 45.5 9.1 40.9 0 0
    高喜马拉雅 0 0 34.4 59.4 0
    低喜马拉雅 4.0 0 28.0 64.0 4.0
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    表  2  各地块地震活动性参数

    Table  2.   Seismic activity parameters of different blocks

    地块 地震数目 b v4 地震活动性排序
    特提斯喜马拉雅 313 1.23 4.15 3
    高喜马拉雅 651 1.05 9.18 1
    低喜马拉雅 581 1.12 8.79 2
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    表  3  各地块地震能量密度

    Table  3.   Seismic energy density of different blocks

    地块 面积/km2 总能量/面积/J·km-2 地震能量密度排序
    特提斯喜马拉雅 244883.3 60841.67 3
    高喜马拉雅 185251.6 430864.20 1
    低喜马拉雅 96102.3 423588.49 2
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    表  4  各地块4级及以上震源深度

    Table  4.   Focal depths of earthquakes with 4 magnitude and above in different blocks

    地块 平均震源深度/km < 20 km地震比例/% >20 km地震比例/% 震源深度排序
    特提斯喜马拉雅 30.58 26.09 73.91 3
    高喜马拉雅 28.19 35.71 64.29 2
    低喜马拉雅 21.92 50.75 49.25 1
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    表  5  各地块地貌指标

    Table  5.   Landform indices of different blocks

    地块 平均海拔/m 地形起伏度/m 地表切割深度/m 坡度/(°)
    特提斯喜马拉雅 4785 647.6 292.9 16.5
    高喜马拉雅 3394 1060.8 510.5 25.7
    低喜马拉雅 1675 873.9 416.0 24.2
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    表  6  河流纵坡

    Table  6.   Longitudinal slopes of rivers

    河流名称 河段地块
    特提斯喜马拉雅 高喜马拉雅 低喜马拉雅
    R1 0.0140 0.0233 0.0038
    R2 0.0552 0.0632 0.0073
    R3 0.0284 0.0319 0.0090
    R4 0.0228 0.0088 0.0089
    R5 0.0500 0.0350 0.0066
    R6 0.0475 0.0344 0.0087
    R7 0.0206 0.0351 0.0152
    R8 0.0199 0.0551 0.0054
    R9 0.0021 0.0228 0.0131
    平均值 0.0289 0.0344 0.0087
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    表  7  各地块山地灾害的主要类型及发展趋势

    Table  7.   Main types and trend of mountain hazards in different blocks

    地块 主要灾害 特殊灾害 灾害发展趋势
    特提斯喜马拉雅 崩滑、滑坡 雪崩 平缓
    高喜马拉雅 崩塌、滑坡、泥石流 冰川泥石流、冰湖溃决、雪崩 加剧
    低喜马拉雅 滑坡、崩塌、降雨泥石流 增强
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    表  8  中尼铁路吉隆藏布廊道工程地质分区表

    Table  8.   Engineering geology zoning table of China-Nepal Railway along Gyirong river

    工程地质分段范围及所属地块 地貌特征 地质构造 地层岩性 地震 气象及水文地质 地质灾害 主要工程地质问题
    Ⅰ区:吉隆县—隆目特提斯喜马拉雅 高山峡谷区,地形较为陡峻,河流下切程度较强,河流纵坡较陡 构造活动表现为相对下降运动,水平地应力相对较小,主应力方向近东西向 砂岩、砂泥岩、白云岩、灰岩和页岩等沉积岩为主。岩体破裂程度相对较高 地震类型以正断型为主,属高烈度地震区 干旱寒冷气候区。主要接受大气降水和冰川融水补给,石灰岩和白云岩分布区存在岩溶裂隙水 崩塌、滑坡、雪崩 岩性复杂,对南北向的隧道工程,地应力方向与隧道轴线大角度相交,对隧道工程不利
    Ⅱ区:隆目—Syabru Bensi高喜马拉雅 极高山峡谷区,地形极为陡峻,河流强烈下切,河流纵坡陡峻 构造活动表现为整体上升运动,水平地应力相对较大,主应力方向近北东向,岩体主要承受挤压应力 以片麻岩、花岗岩和片岩为主。岩体破裂程度相对较低 地震类型以逆冲型为主,地震活动强度大、频率高,对工程不利影响严重 温带气候区,海洋性冰川覆盖区。主要为大气降水和降雪,因地形起伏,切割深度大,一般无法形成大片的补给径流区,高山峡谷地形有利于排水,地下水不丰富 崩塌、滑坡、雪崩;冰川泥石流、冰湖溃决 地震活动性强;冰川泥石流、高地应力、高地温等都可能成为影响线路方案的控制性问题。对南北向的隧道工程,地应力方向与隧道轴线大角度相交,对隧道工程不利;岩石以硬岩为主,岩层受强烈的挤压作用,隧道工程需注意岩爆问题
    Ⅲ-1区:SyabruBensi-Betrawati低喜马拉雅 中-高山峡谷区,地形陡峻,河流下切相对较弱,河流纵坡相对较缓 构造活动表现为整体上升运动,水平地应力相对中等,地应力方向近北东向,岩体主要承受挤压应力 页岩、泥岩、石英砂岩及其变质岩等堆积而成的混杂岩。岩体破裂程度相对中等 地震类型以逆冲型为主,地震活动强度大、频率高,对工程不利影响严重 温带至亚热带气候区。主要为大气降水,混杂岩地区构造裂隙含水层、风化带裂隙含水层发育 滑坡、崩塌、降雨泥石流 地震活动性强;高地应力、高地温都可能对隧道工程造成影响。对南北向的隧道工程,地应力方向与隧道轴线大角度相交,对隧道工程不利;软岩分布较多,隧道工程需注意围岩大变形问题
    Ⅲ-2区:SyabruBensi-加德满都高喜马拉雅 同Ⅱ区
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-22
  • 修回日期:  2020-01-18
  • 刊出日期:  2020-04-25

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