青藏铁路活动断裂调查与监测重要进展

青藏铁路活动断裂调查与监测重要进展　
（２００５年）　
一、基本情况
工作项目“青藏铁路活动断裂调查与监测”隶属于中国地质调查局“国家重大工程区域地壳稳定性调查与评价”计划项目，起止时间为2005年1月—2007年12月。

项目工作性质属综合研究，归口管理部门为中国地质调查局水文地质环境地质部，实施单位为中国地质科学院地质力学研究所，主要协作单位为成都理工大学信息工程学院和中国地震局第二监测中心。

项目总体目标任务：对青藏铁路沿线重要活动断裂及诱发地质灾害，应用先进的技术方法，开展详细调查、定量观测与综合监测，提高对青藏高原现今构造活动性和地质灾害形成演化机理的认识水平，为高寒环境地质灾害监测预警系统建设积累必要经验，为青藏铁路安全运营和减灾防灾服务。

项目2005年工作任务：（1）对青藏高原北部重要活动断裂进行详细调查与定量观测；（2）对断裂诱发地质灾害进行跨季节对比观测；（3）建立羊八井地应力综合监测站；（4）完成昆仑山南部InSAR 遥感测量和东西大滩谷地Quickbird遥感解译；（5）建立青藏铁路沿线活动断裂GPS观测局域网，进行首期GPS测量。

二、完成实物工作量
2005年项目实际完成的实物工作量包括：（1）野外观测：路线地质调查1000km，对16个地质灾害点进行了冬季和夏季对比观测；（2）探槽开挖和详细编录100m3；（3）高精度遥感数据处理：对昆仑山南部8000km2的InSAR遥感数据进行了三维地形合成和地壳变形分析，对东、西大滩谷地120 km2范围进行了Quick Bird遥感图象处理、地形校正和初步解译；（4）GPS布设15点，完成15点测量标
志的埋设任务和首期GPS测量，获得高精度观测资料；（5）地应力钻探600m，包括西大滩180m、安多120m、羊八井300m；（6）数值模拟：完成数值模拟1000计算机时，分析移动冰丘的工程灾害效应；（7）测试分析：完成热释光测年100件，选送裂变径迹测年样品4件、39Ar-40Ar测年样品4件，新采集测年样品185件；（8）学术论文：完成8篇学术论文，在国际核心期刊Engineering Geology发表论文1篇，在国内核心期刊地质论评、地质通报、现代地质发表论文6篇。

青藏铁路活动断裂调查与监测2005年完成实物工作量一览表
设计工作量
工作项目
技术条件计量单位总工作量
2005年度
设计工作量2005年度实际完成实物工作量
一、地质勘测困难—复杂 活动断裂与地质灾害调查路线地质调查困难—复杂　km 3000　1000　1000km
二、遥感解译km240300 8100 活动断裂位移调查
1、InSAR II km240000 8000 8000 km2
3、Quickbird II km2300 100 120 km2
三、地应力综合监测 地应力综合监测
1、地应力钻探困难—复杂　m 900　300　600m
2、地应力综合监测站困难—复杂站4　1　建立3个地应力监测站
四、GPS测量断裂位移测量
1、GPS测点布设困难—复杂　点12　12　15点
2、GPS测量困难—复杂　点72　12　15点
五、岩矿实验件120　60　100件
六、槽探土石方m3　300　100　100 m3
七、其它地质工作
移动冰丘数值模拟　计算机时3000 1000　1000计算机时
三、工作进展和主要成果
2005年度，经过全体人员的共同努力，项目圆满完成了年度计划任务，并在活动断裂观测、古地震鉴别、GPS测量、卫星雷达遥感干涉测量（InSAR）、地应力综合监测、地质灾害调查与数值模拟各个方面，都取得重要进展，产生了显著的社会效益和学术影响。

2005年工作进展和主要成果包括：
（1）对西大滩活动断裂、库赛湖活动断裂、可可西里活动断裂进行了大型探槽工程揭露，对东昆仑活动断裂系进行了详细的年代学测试分析，发现全新世断裂运动和地震活动的新证据；对西大滩断裂、库赛湖断裂、二道沟盆北活动断裂、格仁错活动断裂的分段性和活动时代进行了系统观测，对昆仑山活动断裂的运动速度和强震复发周期进行了精确估算。

根据大型探槽观测和热释光测年资料，发现西大滩断裂东段最早古地震发生于距今5万年前，晚更新世发生过4次强烈古地震，全新世发生过5次强烈古地震事件；西大滩断裂西段最早古地震发生于约1万年前，全新世共发生4次强烈古地震事件，最近一期古地震发生于距今1000年前。

库赛湖断裂自5000年以来（全新世晚期）共发生3次强烈古地震事件，最近一期强烈地震为2001年11月14日发生的昆仑山口西8.1级地震。

发现可可西里山南断裂晚更新世具有多期强烈活动，最近一期Ms7.5级左右的古地震发生于18.4~19.4ka B.P.。

发现二道沟盆北活动断裂在晚更新世晚期约13~14 ka B.P.和16.5 ka B.P.曾经发生2期Ms7.0级左右的古地震事件。

（2）完成15点GPS测量标志的布设任务，建立青藏铁路唐古拉—拉萨段和拉萨地块中部的地壳形变与活动断裂GPS监测局域网；完成首期GPS测量任务，取得高精度的观测数据。

GPS首期观测整个测区分为2个分区进行观测，采用固定站+流动站漫游方式；其中固定站有：拉萨（JZ21，LHAS）、格尔木（JB30，）、
QZGPS7；同时将周围连续观测站德令哈（JZ20，DLHA）、西宁（JZ18，XNIN）等点也作为固定站。

首期GPS观测每点观测两个时段，且每个时段不少于22小时，野外观测时间为2005年9月03日~2005年9月14日。

在野外作业小组对GPS观测数据进行100%自查、自检的基础上，课题组织专家对野外GPS观测接收的数据进行了详细检查，发现野外观测记录完整、可靠、清晰、美观，所有观测数据都达到了优良标准，能够满足活动断裂监测需要。

（3）完成昆仑山地区InSAR遥感资料处理任务，获得昆仑山8.1级地震前地壳变形的高精度遥感观测资料；完成东大滩和西大滩的Quickbird遥感图像处理与地质解译，获得西大滩地震变形带的高分辨率遥感图像。

遥感课题组从设计流程、分解任务、选购数据、处理数据到信息解译，始终将认真、负责贯穿于每一个步骤、每一个环节，将所有图件、资料都规范在GIS软件进行统一管理，编制了昆仑山南部库赛湖地区的形变场图、相关图、相干图和地壳变形等值线图，制作了虚拟景观三维可视化影像动画片。

根据卫星雷达遥感干涉测量（InSAR）资料，从库赛湖地区提取了8.1级地震前1年的地壳形变场，发现变形条纹基本与发震断裂走向一致，并向两边不均匀展开，在断裂附近有3-6cm的异常变形，地壳变形从破裂位置向南逐渐增大，在30km 范围内地壳形变从3cm 增加到6cm，为分析昆仑山8.1级地震机理提供了重要线索。

（4）完成西大滩、安多、羊八井的地应力钻探任务，对西大滩180m孔和安多120m孔进行了水压致裂法地应力测量；在西大滩钻孔完成了地应力、地形变、地温、地下水位、气温监测仪器的安装和调试；实现了数据自动传输和对监测设备的远程控制，在昆仑山地区建立了我国第一个现代化的全自动地应力综合监测站，实现了地应力
测量从定点定时、人工操作、一次性测量向无人值守的全自动实时监测的技术突破。

目前昆仑山地应力综合监测站已经安全运行100天，数据采集、数据传输、数据接收、数据储存全部实现了自动化，系统运行状况良好。

于12月下旬新建安多和羊八井2个地应力综合监测站，目前正在调试设备，将于近期开始采集和传输数据，在经过半年试运行之后，将于2006年6月开始传输有效监测数据。

（5）完成断裂诱发地质灾害的冬季和夏季对比观测任务，对不冻泉移动冰丘、83道班移动冰丘、85道班移动冰丘、86道班移动冰丘和错那湖东岸砂害的演化过程及工程影响进行了详细观测。

在青藏公路83道班东侧铁路大桥中部，2004年3月观测到厚约50cm的冰幔和一个高达2.5m的冰丘，冰丘锥顶已抵达路轨下方的横梁；部分墩台由于地下冰层的冻胀和顶托作用，发生透入性横向破裂，影响墩台的工程质量。

2005年2月在铁路大桥北部观测到厚度达140-160cm的厚层冰幔填埋了8组桥墩，局部冰层顶部已经抵达路轨下方的横梁；桥墩底部厚达1m的残留冰丘一直持续到2005年6月尚未完全消融，说明移动冰丘每年的发育周期可以长达6-7个月。

（6）应用三维数值模拟技术，定量计算分析了移动冰丘对输油管道与桥墩的拱曲变形和破坏作用，发现移动冰丘能够产生高达15~20MPa的冻胀应力，导致冰丘和冻土发生永久性的塑性变形，导致输油管道和桥墩等工程设施变形和破坏。

数值模拟显示，移动冰丘在桥墩内部能够产生超过钢筋混凝土强度的应力集中，在输油管道内部产生超过钢管塑性屈服极限的应力和应变集中区，为常年冻土地区工程设计和青藏铁路沿线地质灾害防治提供了定量标准，具有非常重要的工程应用价值。

（7）发现牦牛横穿青藏铁路及灾害隐患，初步圈定牦牛成群横穿铁路路基的区段，提出了相应的工程防治建议，并以公函方式（地
力[2005]11号《关于青藏铁路沿线若干灾害隐患的函》）于3月14日报送国家青藏铁路项目办公室、铁道部鉴定中心、铁道第一勘察设计院，受到青藏铁路项目办公室、铁道部领导与青藏铁路设计部门的重视。

铁道第一勘察设计院根据项目提供的资料和建议，组织设计部门和施工单位对牦牛穿越铁路等灾害隐患采取了必要的防治措施；在青藏铁路部分路段建立了钢丝防护网，防治大型动物横穿铁路路基，确保铁路运输安全。

（8）将地质调查与科学研究有机地结合在一起，在为青藏铁路沿线地质灾害防治提供技术资料的同时，及时将优秀成果整理出来，在国内外核心期刊公开发表，有效地扩大项目成果的学术影响。

2005年在国际核心期刊（Engineering Geology）发表学术论文1篇，在国内核心期刊地质论评、现代地质、地质通报、地球学报、地震地质发表论文6篇，产生了重要的学术影响。