隧道穿越活动性断层处置技术的探讨

在地下工程建设中,特别对于山区公路隧道,活动性断层的影响和破坏程度比其他类型工程更加明显。文章结合目前国内外应对隧道穿越活动性断层的主流研究思路,以某山区公路隧道为例,尝试提出一种具体可实施的综合处理措施,通过洞身超挖、衬砌节段设计、节段间柔性连接设计以及剪切缝设计等多种设计相结合,以保证隧道顺利通过断层影响带,满足隧道运营期间的安全性和耐久性要求。

山区公路隧道工程中穿越活动性断层处置施工技术

地下工程施工环境复杂,活动性断层的破坏力较强,且在山区公路隧道中更为明显。论文结合工程实例,通过超前地质预报了解不良地质的分布情况,在此基础上详细探讨了穿越活动性断层处置的施工技术,以确保隧道施工的安全性。

雅鲁藏布江断裂带东段现今地应力测量与断层活动性分析

为获取位于雅鲁藏布江断裂带东段加查县新建水电站工程场区的地应力状态,探讨雅鲁藏布江断裂带东段活动性,采用自主研发的新一代水压致裂地应力测试技术,实测获取了工程场区的地应力状态,并在收集雅鲁藏布江断裂带沿线地应力数据基础上,结合摩尔-库仑破裂准则,对其断层活动性进行了探讨。结果表明:(1)在工程厂区内122.75~418.75 m深度,实测最大水平主应力SH介于6.07~37.62MPa之间,最小水平主应力Sh介于3.13~20.33MPa之间,最大水平主应力优势方向为北北东向;(2)主应力关系总体表现为SH>Sh>Sv(Sv为垂向主应力),应力结构有利于逆断层的孕育和活动;(3)实测及收集的大部分数据应力莫尔圆与摩擦系数为0.6的破坏临界线相交,表明整体上雅鲁藏布江断裂带东段发生滑动失稳的风险较高,其中西侧贡嘎至朗县一带风险高于东侧林芝地区。

定日县岗嘎地堑盆地隐伏断层氡气特征及其活动性分析

在中尼铁路的前期地质勘查工作中,岗嘎地堑盆地的活动断层对于铁路选址的影响是不可忽略的因素。为查明岗嘎地堑盆地的盆地边界断层、3个地垒的边界正断层以及其他隐伏断层的位置与活动性,开展了土壤氡气测量工作。通过测量,查明了盆地的东侧、西侧、北侧3个边界断层的大致位置,明确了3个地垒边界正断层的位置及其延伸走向。对盆地内断层的活动性进行了分析,北侧断层的活动性整体强于南侧,东侧强于西侧。研究可为中尼铁路的选址工作提供科学依据。

井下断层活动的定量监测及其对冲击地压的影响研究

为建立断层活动与冲击地压之间的定量关系,实现煤矿冲击地压有效防控。通过理论分析义马矿区地质构造环境,以及耿村煤矿13200工作面与断层影响带的相对位置关系,研究了断裂构造对冲击地压的宏观控制作用。计算了井田构造应力并进行了构造应力区划分,分析了构造应力分区对冲击地压的控制作用。提出了井下断层活动性的定量监测方法,构建了“震源区煤岩体与动力核区尺度等量,震源能量随传递距离逐渐衰减”的模型,建立了大能量微震事件与断层活动的关系,确定了断层活动性对冲击地压的影响。研究结果表明:义马煤田内相对复杂的逆冲推覆构造体系,构成了义马矿区冲击地压的地质构造背景条件。F_(16)断层的影响带范围为7000~7600 m,13200工作面全部处于F_(16)断层的影响带内,在开采活动的影响下进一步增大了冲击地压的发生危险。Ⅰ-2断裂、Ⅲ-4断裂和Ⅳ-7断裂等控制的区域是冲击地压和大能量微震事件显现的主要区域,且冲击地压和大能量微震事件大多位于应力梯度区范围内。在大能量微震事件孕育和发生期间,F_(16)断层位移分别增长50 mm和45 mm;大能量微震事件发生前,断层活动拉力的增幅均相对最高,分别为2.58 kN和2.93 kN,断层位移量的快速增加和较高的应力增幅构成了大能量微震事件的主要能量来源。表明大能量微震事件和冲击地压的发生均与断层的活动联系紧密。井下断层的实际定量监测方法可以广泛应用于矿井冲击地压预测与防控的指导工作中。

城市活动断层探测和断层活动性评价问题

根据近年来城市活动断层探测与地震危险性评价的实际工作,归纳了探测工作中在地质地貌、地球化学和地球物理探测中存在的问题,针对性提出了相应的建议,以进一步推进这一工作。

隐伏断层活动性分段的汞地球化学标志初探

用测汞法对隐伏断层活动性进行分段，并就汞的地球化学标志进行了初步探讨。研究表明，当隐伏断层的上断点埋深较浅（几米～几十米），且该断层上各测线的汞含量背景均值接近时，用测汞法进行断层活动性分段可能是有效的。

塔里木盆地西部断层的活动性与封闭性

研究区位于塔里木盆地西部,主要跨越巴楚断隆和阿瓦提凹陷两个构造单元。自寒武纪以来,本区主要经历了三次挤压作用,形成了第一期北西向、第二期南北向和第三期北西向褶皱和断裂构造。断层活动性是断层封闭性研究的基础和关键。活动断层的主体部分是开启的,但即使是强烈活动的断层,只要在储层或生油层附近发育较多的泥岩层构成与之相接的泥岩剪切带,断层的这些部分仍然具有封闭性。断层的封闭性应该在断层活动性研究的基础上作进一步分析。塔里木盆地西部断层的活动性与封闭性研究表明,第一期北西向断层在中寒武世—泥盆纪和第三纪—第四纪、第二期南北向断层在晚二叠世和第三纪—第四纪、第三期北西向断层自老第三纪形成以来主体部分分别处于开启状态。

南水北调西线一期工程区断层活动性及其对工程的影响分析

基于对南水北调西线一期工程区活动断层及其工程效应和遥感解译的2次现场考察工作,提出如下初步认识:(1) 工程区NW向断层的活动方式以左旋走滑为主;近SN向的横向断层较为发育,并多为右旋运动。(2) 由于马尔康基底隆起和年保花岗岩体的遏制作用,断层的活动性表现出自NW向SE减弱的趋势。清水河北断层等区域性断层活动性及其对工程的影响为向区内减弱或趋于终止。(3) 断层活动性对工程的影响主要表现为断层及断层带的变形、断层活动构造应力场对深埋长隧洞的影响,以及对水库诱发地震的影响。

断层泥石英微形貌特征在断层活动性研究中的意义

断层泥是断层活动的信息载体,其中的石英颗粒微形貌特征能够反映断层活动方式、期次和活动年代。利用环境扫描电镜,对西藏拉萨那林拉卡断裂白定段断层泥石英样品进行了溶蚀微形貌统计分析及应力痕迹微形貌观察。结果表明:石英颗粒呈现出以钟乳状为主和桔皮状为主的两种截然不同的溶蚀微形貌特征。对照Kanaori Y等关于石英微形貌与年代关系的图谱可知,该断层形成以后至少有过两次再活动,其活动年代分别为上新世至早更新世和中更新世。这与热释光定年法确定该断层最后一次活动时间为287.08 Ka±24.40 Ka的结果相吻合;另外,代表晚期活动特征的应力痕迹微形貌观察结果显示,同一石英颗粒上发育了代表蠕滑和粘滑两种滑动的阶步状刻痕(蠕滑)-撞击碎裂痕(粘滑)组合,以及阶步状刻痕(蠕滑)-贝壳状断口(粘滑)-平直擦线(粘滑)的组合,说明该断层在晚期(中更新世)曾经历了蠕滑和粘滑两种滑动方式。代表蠕滑的阶步状刻痕清晰突显,而代表粘滑的线状擦痕明显受到溶蚀,这说明粘滑运动在先,蠕滑运动在后。此外,擦痕线的叠加、切穿现象还表明,断层在中更新世的滑动至少有3个亚期次。综合应力痕迹微形貌特征认为,3个亚期次滑动的前两次表现为粘滑,第三次为蠕滑或粘滑向蠕滑过渡类型。

几何弯曲断层活动性的模拟

运用有限元法建立大尺度几何弯曲断层(长约750 km)的二维模型,并利用接触单元技术模拟断层间的作用,模拟了几千年时间尺度内走滑断层的活动,探讨了具有一定几何形态断层对断层系统活动的影响.几何弯曲的断层导致了应力的集中,而且在断层的地震事件中起到了抑制作用,但是也为孕育大震提供了条件.和平直断层的模拟结果比较得知,断层的儿何弯曲不仅影响地震破裂长度、改变了地震滑移量,也很大程度影响了能量释放的空间位置,改变了地震轮回周期.此外,弯曲断层应力的不均匀也使主震前往往有前震发生.另外通过模拟可以看出.弯曲断层活动表现出明显的特征地震,使得地震一频次曲线偏离GR公式,说明了对单个断层而言,特征地震可能更能体现断层的地震活动,这对我们进行地震预测和危险性分析有着很重要的参考意义.

断层活动性和封闭性的定量评价及与油气运聚的关系——以车西洼陷曹家庄断阶带为例

在定量评价车西洼陷曹家庄断阶带4条生长断层活动性和封闭性的基础上,研究了断层与油气运聚的关系。结果表明,研究区烃源岩大量生烃期与断层停止活动时间具有较好的匹配关系,源上油气藏油气富集程度和宏观分布与馆陶期断层活动时间和活动部位有关;此外,原油地球化学指标特征揭示了油气成藏还受断层切割成熟烃源岩层位控制,研究区3条正向正断层馆陶期活动部位为源上油气藏油气运移的主要通道;泥岩涂抹特征与油气显示关系表明,研究区形成断层侧向封堵的条件为泥岩涂抹势CSP>22,断层泥比率SGR>0.73,泥岩涂抹因子SSF<1.5,其主要影响因素为砂泥岩发育情况、断层断距的大小和断层两侧岩性对置关系,正向正断层封闭性较反向正断层封闭性好。

松辽盆地南部孤店断层活动性分析及其控藏作用

通过去压实校正使地层厚度恢复到沉积时期的厚度,根据地层古厚度计算孤店断层反转前不同时期的生长指数,利用反转率法衡量孤店断层反转过程中不同部位活动的强弱.在研究孤店断层活动规律的基础上,分析孤店断层活动对研究区扶余油层成藏的控制作用.研究表明,营城组沉积时期孤店断层活动性较强,至泉头组沉积时期其活动性逐渐降低,嫩江组沉积末期孤店断层发生反转.明水组沉积末期的断层反转活动对嫩江组沉积末期运移并成藏的油气有破坏作用,油气成藏取决于孤店断层的反转强度及孤店断层的侧向封闭性.活动强度小的断层末端受到的破坏程度较小、断层侧向封闭性较好,对油气的保存有积极作用,为井位部署的有利区.

吐哈盆地哈密坳陷逆断层活动性及演化

在构造解释及断层受力机制分析的基础上,根据逆断层两盘剥蚀与沉积的关系,将哈密坳陷逆断层活动的地质模型归纳为单向逆冲型、逆冲生长型和基底抬升型,并提出针对这3种类型逆断层活动量的计算方法,对主要断层在印支期、燕山期和喜山期的活动强度进行研究。结果表明:火石镇凹陷内的断层在印支期活动最为强烈,燕山期断层活动变弱,喜山期只有南部边界断层活动增强;三堡凹陷内的断层在印支期开始活动,燕山期断层活动最为强烈,喜山期断层基本停止活动;断层活动的差异性直接影响着各凹陷构造格局的形成与演化,火石镇凹陷构造格局早在印支运动就基本定型,而三堡凹陷的构造格局在晚燕山运动后才最终定型。

应用断点移动法分析断层活动性

利用断点移动法可以定量分析断层活动性。断点移动法从断点移动距离、断点移动速率和断点移动角度3个方面综合分析断层活动性,具有精确表征断层在不同时期和不同部位的活动性、定位断层运动方向、判断断层活动类型和可操作性强等优点。运用断点移动法对柴达木盆地阿拉尔断层的活动性进行了精细解剖,阿拉尔断层各部位垂向移动距离和横向移动距离存在明显的差异性;断层活动强度在晚渐新世(E^2_3)及晚上新世(N^3_2)最大,中上新世(N^2_2)为活动最弱期;构造演化过程中,阿拉尔断层西部为高角度断层向低角度断层演化,断层中部和东部为低角度断层向高角度断层演化。

中国煤矿矿区地应力场特征与断层活动性分析

地应力场研究是岩石力学与采矿工程中的一项重要工作,随着煤矿向深部开采,地应力的作用更加凸显。通过回归分析优化处理后的中国煤矿矿区219组实测地应力数据,对中国煤矿矿区地应力场分布特征及其与断层活动性的关系有一些新的认识。目前中国煤矿矿区的地应力场类型主要以σ_H>σ_h>σ_v型和σ_H>σ_v>σ_h型为主,但σ_H>σ_v>σ_h型居多;研究区以高地应力值矿区居多,中等应力和超高应力值矿区也占有一定比例,低应力值矿区最少;最大水平主应力、最小水平主应力与垂直主应力均随深度呈几乎线性增长关系,水平构造应力处于主导地位;随着埋深的增加,3个侧压系数呈现减小的趋势,KH向1.31趋近,Kh向0.74趋近,Kav向1.03趋近;水平差应力值分布离散,其大小范围为0.85~19.51 MPa,平均为8.80 MPa;最大与最小水平主应力的比值主要集中在1.50~2.00;在当前的应力状态下,摩擦因数取0.6,1.0时,研究区断层不易出现滑动失稳现象,在整体评价研究区断层稳定性时,断层滑动失稳标准取摩擦因数为0.6比较合适。

滇中主要活断层现今活动性研究

为研究滇中地区主要断层的活动特征,利用1999—2007年和2011—2017年2期GPS观测资料以及地质资料,基于Okada位错模型反演了研究区域主要断层的滑动速率和闭锁深度。结果表明:(1)红河断裂带的走滑速率为(1.5±1.6)～(4.7±1.5) mm/a,倾滑速率为(-3.6±1.6)～(1.9±2.4) mm/a,断裂南段的活动性更强;(2)无量山断裂和南华—楚雄—建水断裂的走滑速率为(4.0±1.6)～(5.6±1.5) mm/a和(4.8±1.4)～(6.6±1.6) mm/a,倾滑速率分别为(-0.7±1.5)～(0.2±1.4) mm/a和(-5.8±1.5)～(1.7±1.8)mm/a;(3)红河断裂带元江—元阳段和洱源—弥渡段、无量山断裂带和南华—楚雄—建水断裂带西段处于震间闭锁状态,闭锁深度分别为6.8 km,7 km和7.2 km。

口泉断裂断层气地球化学变化特征及断层活动性

2015年对口泉断裂进行了3期断层气地球化学重复观测,分析了中段石井村剖面和北段上皇庄剖面CO_2、Rn、Hg浓度及通量时空变化特征,发现这两条剖面内CO_2、Rn浓度及通量时空变化特征基本一致。石井村剖面CO_2通量、Rn浓度及通量高于上皇庄剖面。上皇庄剖面Hg浓度及通量3期随时间持续上升。认为口泉断裂断层活动活跃,第四纪活动性中段高于北段,且北段断层活动呈增强趋势。

民丰洼陷断层活动性及其对层序的控制作用

民丰洼陷发育了两套断裂体系:北部的陈南断层和中部的民丰断裂带。首先通过地层去压实校正使地层厚度恢复到沉积时期的厚度,然后根据地层古厚度计算出陈南断层和民丰主断层不同时期的落差和生长指数。研究表明,陈南断层在沙三段沉积早、中期活动强烈,到沙三段沉积晚期、沙二段沉积期活动性降低;而民丰主断层在沙三段沉积早、中期还未形成,到沙三段沉积晚期开始形成。由于两条断层活动的差异性,民丰洼陷沙三段下、沙三段中地层厚度北厚南薄,呈楔状;沙三段上、沙二段地层厚度北薄南厚,呈反楔状。地层厚度的变化特征表明,断层的活动性控制了该区层序的发育。

新疆特克斯河下游河段断层活动性研究

新疆特克斯河上拟修建的恰普其海电站和山口电站位于断裂构造发育、新活动强烈的天山地区。野外地质研究表明，工程区的５条主要断层在第四纪均有活动。对采自工程区的特克斯河断层和Ｆ＿１断层上的各种断层岩样品，应用变形岩石显微构造分析法、石英颗粒表面形貌法和热释光测年法进行了综合分析测试，结果表明，早期沿断层部位发生过慢速率的韧性变形作用，后沿韧性变形带发生脆性破裂。断层主活动期在上新世末期到早更新世，断层活动时的差异应力为１３０ＭＰａ，以挤压为主。更新世以后，断层活动强度大大减弱，但仍有明显活动，断层最后一次较强烈活动的下限时代为晚更新世末或全新世初。为确保工程安全，在最后确定场址时应尽可能避开活断层，在工程设计上也应增加一定的安全措施。