川藏高速巴塘-芒康段地质灾害遥感综合早期识别研究

G4218高速公路所处的巴塘—芒康段位于金沙江河谷至高原的过渡带,新构造活动强烈,岩体破碎,地质灾害问题频发,该地区高速公路的修建和维护面临着巨大的挑战。传统地面地质调查手段在公路选线和地灾评价分析及稳定性评价等多方面面临诸多困难,利用光学遥感对地质灾害点解译,并与InSAR变形观测技术相结合,有望能高效、准确地调查区域内地质灾害点,并揭示其发育和分布规律。在青藏高原高山峡谷区特殊的地质条件下,总结了该区域常见的地质灾害类型,针对研究地区灾害类型特点,结合遥感技术提出公路遥感综合识别技术方法。利用该方法对巴塘—芒康段进行灾害调查,在充分掌握了光学遥感目视解译技术与InSAR技术的情况下,辅以野外地质调查、GIS空间分析、工程地质类比等工作,得到如下结论:1)研究区内光学目视遥感解译出固有地质灾害670处,结合4种SAR数据的InSAR技术解译出活动地质灾害数量220处;2)研究区不同类型地质灾害的发育规律随着地形地貌、地质条件和地质灾害等影响因子的变化存在较大差异,光学遥感解译和InSAR解译出的地质灾害在空间分布上和地层岩性上均存在一定差别;3)根据野外工作对比分析,判断光学遥感解译结果和In-SAR解译结果与二者的解译方式、影像的成像条件及滑坡的活动性存在一定的关系,二者不能直接进行检验互查;4)综合遥感技术方法的使用在青藏高原高山峡谷区的公路建设中具有普适性,其充分利用了光学遥感解译技术和InSAR变形观测技术的互补性,在节约时间成本的基础上,对区域的地质灾害发展情况有了更加全面、准确的了解。

基于易滑地质结构与多源数据差异的岩溶山区大型崩滑灾害识别研究

岩溶山区地质环境复杂且脆弱,重特大崩滑地质灾害时有发生。如果对岩溶山区的地质环境认知不准,将直接导致对灾害识别能力不足。文章围绕岩溶山区裸露型岩溶陡崖、复合岩组型斜坡以及非裸露型岩溶斜坡3类基本易滑地质结构差异,探讨多源数据条件下更具适用性的识别探测方法。对于空间影响面积小的厚层岩溶陡崖结构,星-地组合识别方法更加适用,基于GNSS的识别探测方式可在获得动态变形趋势基础上,对可能发生的失稳模式进行初步预判,同时可对InSAR解译的地表位移进行矢量化校正,有利于提高对具有相同或相近SAR数据条件地区的灾害识别程度。对于具有较大空间影响面积的斜坡区域,可优先选用基于InSAR的遥感技术来获取地表变形结果,对于有致灾风险的大变形区还可结合易滑地质结构及外部影响因素对其可能失稳模式进行预判或反演分析。任何灾害识别方式都有其局限性,在实践中可根据不同地质结构特征与灾害类型特点,通过多源、多维度监测来构建综合识别体系,探索更具适用性的识别探测与数据分析新思路。

岩溶山区崩滑灾害变形破坏地质模式分类

岩溶山区特殊的地质结构导致崩塌、滑坡等地质灾害时常发生,带来了严重的人员伤亡和经济社会损失。研究岩溶山区崩滑灾害特征,建立相应的变形破坏地质模式,对于岩溶山区崩滑灾害风险防控与治理工程具有重要理论意义与指导价值。文章以典型地质灾害形成演化过程为例,在系统地分析研究区典型崩滑灾害地质背景、影响因素、动力学与运动学特征的基础上,提出了岩溶山区崩滑灾害变形破坏地质模式,得出以下主要结论:(1)影响崩滑成灾基本因素(崩滑灾害体势能、岩溶结构面、岩组结构、斜坡地貌和斜坡结构)、影响因素(水文地质条件、工程活动、地震、降雨)和变形运动特征(运动形式和变形机制)三个方面,据此建立了岩溶山区崩滑灾害地质分类指标体系。(2)结合研究区特征对模型体系里面的每个要素进行系统分析,崩滑灾害的发生是各个要素相互组合、相互作用的结果。(3)总结了研究区内5种典型崩滑地质模式:高势能反倾降雨型高速远程滑坡—碎屑流模型、高势能斜倾视向采矿型高速远程崩滑灾害模型、超高势能横向陡倾地震型高速远程滑坡、高势能采矿型高速崩塌—碎屑流模型、低势能差异风化崩塌模型。为后续开展物理模拟、数值模拟、稳定性计算和变形破坏预测等工作奠定基础。下一步将更加深入全面地建立研究区的崩滑灾害模式,并进行崩滑灾害的危险性分级工作。

西藏嘉黎断裂带沿线高位链式地质灾害发育特征分析

西藏嘉黎断裂带沿线高位链式地质灾害十分发育,多次在易贡藏布、帕隆藏布及雅鲁藏布江下游造成流域性灾害链破坏,如易贡高位滑坡灾害链、古乡高位泥石流灾害链、尖母普曲高位崩塌灾害链、米堆冰湖溃决灾害链等。本文基于实地调研,并结合前人资料,总结了嘉黎断裂带沿线高位链式地质灾害的成灾模式,认为其可划分为“高位崩滑-碎屑流-堵江-洪水灾害链”、“高位崩滑-堵江-洪水灾害链”、“高位泥石流-堵江-洪水灾害链”、“冰湖溃决灾害链”等4种类型。本文还从地质构造与地震、地貌与水系、冰川、气象等4个方面分析了高位链式地质灾害的孕灾条件,并对其成因及发展趋势进行了探讨,认为在当前条件下,随着全球变暖加剧和人类工程活动增强,嘉黎断裂带沿线高位链式地质灾害的发生将更加频繁。

西藏然乌湖口高位地质灾害变形特征分析

青藏高原持续隆升使得其周缘地带地质灾害频发,复杂的地质背景,造就了帕隆藏布流域链式灾害发育、堵江致灾风险高的特点。近年来,地处帕隆藏布流域的然乌湖口地质灾害变形强烈,本文通过光学遥感与InSAR监测技术,对然乌湖口82道班沟内进行风险物源识别,解译出研究区共存在高位冰崩、崩塌、冰碛物、崩滑体4种风险物源类型,针对各风险物源的遥感解译数据进行特征分析,综合然乌湖流域内的地质背景,阐述风险物源的致灾因素及成灾模式。结合InSAR监测结果,将然乌湖口右岸斜坡体及上部解译风险物源区划分为82道班、迫隆与哑隆三个高风险区,并依据变形监测结果进行形变特征分析。

西南岩溶山区大型崩滑灾害研究的关键问题

我国西南岩溶山区地质环境脆弱,人类工程活动强烈,群死群伤的灾难性滑坡频发,造成严重的人员与财产损失。文章概述了西南岩溶山区大型崩滑灾害基本特征和防灾减灾的难点,提出了目前研究中亟待解决的关键科学技术问题,包括岩溶地质结构与管道流的相互孕灾机理、地下采动下大型崩滑灾害形成机制、灾害高位远程动力成灾模式、灾害早期识别与空间预测。针对这些问题,文章提出如下研究思路:通过多学科联合,重点研究岩溶山区大型崩滑灾害链的孕育发生规律与成灾模式,揭示岩溶管道-裂隙-孔隙地下水动力作用及孕灾过程和地下采动、库水波动等工程扰动环境下山体劣化损伤效应,构建岩溶崩滑灾害高速远程动力致灾机制与风险预测方法,形成早期识别、监测预警与综合防控技术及示范,为我国岩溶山区城镇化建设、重大工程安全运营提供科技支撑。

西南煤系地层山区采动型崩滑灾害研究关键问题

文章在分析采矿型崩滑灾害发育特征的基础上,得出西南煤系地层山区地下采动型崩滑灾害常发生在层状碳酸盐岩与碎屑岩地层组成的褶皱翼部和核部的陡崖带上,与地形地貌、地层结构与地下采矿工程活动等因素关系密切,并指出薄矿层开采诱发大型山体崩滑灾害的具体过程:①采空后覆岩顶板塌落—覆岩顶板离层,采空区上覆岩层内部及层间自下而上应力传递;②地下水运移通道形成,并加快更大范围岩体结构破坏及扩展,加速了岩体结构面的松动与破坏;③上覆岩层不均匀沉降导致坡脚压裂,山体大型岩体结构面逐渐拉剪或压剪变形扩展,最终山体发生累积损伤与大规模崩滑灾害。此外,传统经验公式的计算方法对此类采矿型崩滑灾害已不适用,建议开展西南煤系地层山区地质结构与地下采动诱发崩滑灾害的相互作用关系、薄矿层采空区上部山体累积断裂损伤—岩体松动、裂隙扩展-岩溶管道流、裂隙流变化的链式响应机制、地下采动型崩滑灾害评价方法等关键科学问题的研究,以推动采矿型地质灾害防灾减灾工作的发展。

采动作用下上硬下软型缓倾岩质高边坡变形机理试验研究

我国西南岩溶山区地质环境复杂,地下开采活动频繁,大型崩滑灾害频发。为了了解上硬下软缓倾岩质边坡下覆矿层开采时坡体的沉降与地裂缝发育规律,以贵州普洒崩塌为例,通过相似模型试验,研究采动作用下,坡体的地表沉降、内部位移、层间压力变化规律、以及采动诱发的地裂缝发育情况。研究表明:在地下开采情况下,坡体地表沉降和内部位移随开采宽度增加呈线性增大;当开采宽度约为采高的16倍时,地表沉降突增,并伴随裂缝出现;测点越靠近地裂缝,沉降变化率越大,地裂缝发生位置与地表沉降变化率最大的测点大致出现在同一区域;掘进工作面推进时,采空区上方顶板岩层出现卸荷区域,压应力减小,而采动工作面煤层上方岩体出现层间挤压区域,压应力增加;采空区上方大于20倍采高范围以外,岩体层间压力受地下开采活动的扰动影响微弱。本研究为西南岩溶山区在地下采动作用下,对山体崩滑的早期识别与破坏机制分析具有一定的参考意义。

滑坡冲击铲刮变量的计算方法研究

高速远程滑坡运动过程中,冲击铲刮效应不仅增加滑坡的体积与规模,而且会增大滑坡成灾范围,风险预测与判断出现明显误差,导致灾难性事件的发生。目前对于高速滑坡的铲刮深度、铲刮范围和铲刮体积等变量计算往往是采用基于经验的铲刮率算法,其是通过体积增量来反算铲刮变量的数学方法,而实际情况中高速滑坡的冲击铲刮是滑体冲击力和地表可铲刮材料之间的力学屈服破坏作用的结果。本文基于接触力学、弹塑性力学和岩土力学,提出了地表可铲刮层在附加冲击荷载作用下铲刮变量的理论计算方法,认为竖向冲击和切向剪切是滑体冲击铲刮过程的两种主要作用方式。结合实际岩土体材料参数,发现不考虑切向荷载时,铲刮层塑性区主要以竖向破裂区为主,考虑切向荷载时,铲刮层塑性区沿切向迁移,直至塑性边界贯通至地表,符合实际情况,实现了对铲刮变量的定量化计算。

滇西高黎贡山南段腾越隧道沿线岩石-构造特征及其工程影响

横断山地区的复杂地质构造条件是制约滇西大环线、沿边高速和滇中城市群高速路网等重点工程规划与建设的最突出问题。以拟穿越横断山南段高黎贡山的超长深埋公路隧道(腾越隧道)为例,基于隧道工程区详细的岩石地层、构造地质与工程地质勘查资料,对该区的隧道围岩、地质构造以及相关的水热活动特征等进行了详细剖析,总结了面临的主要工程问题。结果表明:高黎贡山南段是较为典型的以韧性剪切带及所夹持的花岗岩体和变质岩块为主构成的动力变质变形带;隧道工程区主要包含9类岩石工程单元,主体以形成于上地壳下部至中地壳的中深层次变质岩类和花岗岩类为主;对工程建设可能产生显著影响的主要断裂带有10条,分属怒江断裂系、高黎贡山断裂系(或泸水—瑞丽断裂系)和龙川江断裂系三大构造体系,并控制了区域上主要水热活动带,其中第四纪仍可能存在活动性的断裂带有5条,高黎贡山西侧边界断裂带是影响隧道工程的主要活动断裂。综合分析结果表明,研究区隧道围岩的工程地质属性多属于较破碎的坚硬—较坚硬岩,高地应力和高地温将是影响隧道工程稳定性的主要因素,其次是变质岩和花岗岩的岩体特性与构造节理发育程度,以及相关的断裂涌水和花岗岩区段的密集节理带透水问题。

青藏高原泛三江并流区活动性滑坡InSAR初步识别与发育规律分析

青藏高原的怒江、澜沧江和金沙江泛三江并流区是青藏高原地质环境研究和自然资源开发的关键带,因此,全覆盖地调查该区活动性滑坡,研究其发育分布规律具有重要意义。以泛三江并流区17.9×10^4 km^2研究区为例,示范了InSAR大数据处理→滑坡解译→发育规律分析→重点区段剖析的滑坡InSAR调查工作流程和关键技术,获得了研究区海拔4000 m以下的的活动性滑坡数据。结果表明:1)现有的SAR数据源、InSAR技术和解译方法可以满足开展大区域中小比例尺活动性滑坡识别的需求,开展全国滑坡InSAR调查时机已经成熟;2)设计的“相位共振增强PRE-InSAR”技术,针对大冗余SAR观测的快速计算,可以消除大部分不利的干涉条件,突出滑坡的位置、范围和活动强度,有效地完成适合大区域滑坡识别的InSAR数据处理,技术上具有推广潜力;3)辅助地貌和光学遥感图像解译,考虑地层岩性、制灾机理、诱发因素,总结出三江并流区活动性滑坡的10类发育地貌位置;4)共解译海拔4000 m以下活动性滑坡904处,主要分布在金沙江的汪布堆—波罗、松雄、中心绒,怒江的八宿,澜沧江的察雅、囊谦、德钦、黄登水库8个区段;5)活动性滑坡主要是古(老)滑坡堆积体的复活,对其影响大的环境要素依次是河流侵蚀、地形坡度、地层岩性、降水气温,活动构造和地震对活动性滑坡的影响在空间分布上并不直接显著,地灾与人类活动互馈是本区域滑坡发育的一大特点;6)InSAR识别结果较全面、客观地反映了活动性滑坡的自然发育规律,加深了对泛三江地区滑坡灾害的认识,但也应该看到,InSAR观测和活动性滑坡的解译具有多解性,制定标准化的InSAR识别工作流程,进行多源数据的融合观测是下一步努力的方向。

八宿巨型滑坡的发现及其意义

巨型滑坡全球不常见,但是破坏性极强,其识别对于加深区域构造背景的认识、防灾减灾和工程建设均有指导意义。基于遥感解译、无人机地形测绘和现场调查,报道了新发现的八宿巨型滑坡及其残留堆积体特征,初步分析了成因机制与演变过程,估算了滑坡方量。主要结论如下:1)八宿滑坡发育于怒江缝合带的夏里—八宿裂谷带内,岩性以古生界嘉玉桥岩群大理岩组和侏罗系马里组变质砂泥岩为主,上部岩层产状为陡倾顺坡向,下部岩层产状为陡倾逆坡向,岸坡结构总体上为上硬下软。2)滑坡区横跨冷曲的左右两岸,长约7200 m,宽约4800 m,面积约22.5 km^(2),估算方量约35×10^(8) m^(3),目前残余方量约14×10^(8) m^(3),是国内已经确认的方量最大的滑坡。3)滑坡极可能属于历史地震诱发的高速堵江滑坡,堰塞坝高度约185 m,堆积体碎裂化严重,且在冷曲右岸爬升超过600 m。滑坡形成后,堆积区历经了堰塞坝溃决、多拉寺次级滑坡、泥石流堆积与冲刷、表面流水冲刷等改造过程,但滑坡地貌特征整体保存良好。由于滑坡和泥石流堵江,冷曲在滑坡区先后两次改道。4)从滑坡与冷曲的演变过程来看,推测滑坡的发生时间应在晚更新世,即八宿滑坡为古滑坡。5)八宿巨型滑坡的发现说明迄今为止对青藏高原地质环境的认知仍然十分有限;川藏铁路等工程建设应加强基础地质与工程地质研究,以及地质灾害风险论证,确保施工与运行期安全。

贵州水城“7.23”高位远程滑坡冲击铲刮效应分析

以2019年贵州水城“7.23”滑坡为例,采用现场调查、无人机航测和数值模拟技术,分析了滑坡的运动过程和冲击铲刮特征,结果表明:(1)水城“7.23”滑坡属典型的高位远程滑坡,滑体高位启动后冲击下方凸起山脊,铲刮地表残坡积土层,并解体形成碎屑流,最大铲刮深度可达11 m;(2)模拟结果显示,滑坡运动最大速度为30 m∙s^-1,最大动能达8900 kJ,铲刮体积达46×10^4 m^3,最终体积为116×10^4 m^3,灾害放大效应明显;(3)水城滑坡的冲击铲刮过程可分为冲击嵌入→剪切推覆→裹挟混合三个阶段。

冰川密林陡谷区活动性滑坡InSAR精细识别--以澜沧江梅里雪山段为例

西南山区地质灾害频发,近年来,茂县滑坡、白格滑坡、水城滑坡等多起大型滑坡灾害表明,灾难型滑坡事件的发生不仅与该地区易孕育地质灾害的条件有关,无法准确识别与监控滑坡灾害的发育发展情况也是主要因素之一。本文利用基于主动式微波遥感成像的InSAR技术,针对传统的地面式地质灾害调查手段与光学遥感技术受限的高山地区,以海拔高、地形陡,夏秋季山高林密、多降雨,春冬季天气寒冷、多降雪的澜沧江梅里雪山段为例,开展活动性地质灾害识别的研究。使用多源遥感数据,包括SAR与多时相传统光学遥感影像,以及PALSAR–1/2和升、降轨的Sentinel–1数据,展开多时段、多角度、多波长、多空间分辨率的组合对地观测;结合D-InSAR、IPTA-InSAR和Stacking计算结果,人机交互及目视解译,并利用Google Earth平台多时相光学遥感数据及3维地貌进行核验。针对典型滑坡灾害进行地面核验,结合现场调查结果与InSAR计算结果分析其稳定性,得到如下成果:1)共识别滑坡地质灾害92处,其中:位于澜沧江河谷段的滑坡地质灾害共76处(占总解译数的82.6%),澜沧江支流解译5处,德钦县城周边地区解译滑坡11处;滑坡平面面积大于20×104 m2的有26处,占解译总数的28.3%。澜沧江河谷区二叠系、三叠系软弱地层沿河谷分布,加上地形、降雨、水库蓄水作用等多重因素影响,沿河谷多发育活动性大型、快速活动滑坡灾害。2)梅里水滑坡是河谷中典型的高位变形滑坡,快速变形区位置集中且海拔较高,有较大势能,河谷内发现多处类似的高位变形活动现象。3)亚贡滑坡在数据观测时段(2007—2019年)一直存在变形情况,且规模巨大,发育的次级滑体有更快的变形速率,滑坡体前缘变形破坏严重,变形度率达7~11 cm/a,威胁滑坡中部平台上居民及耕地安全。4)德钦县城观测范围内共识别11处滑坡变形体,包括丁羊丁滑坡、归巴顶滑坡两处蠕变型滑坡,局部变形现象明显,仍处于发展阶段。5)InSAR技术可同时监测多种灾害类型,县城周边发育4条大型泥石流沟,物源区和流通区都有不同程度的变形现象;高海拔区冰碛物活动频繁、变形量大,除冰碛物与冰雪相互作用形成的冰碛物滑坡外,多处高山斜坡风化破碎严重,也存在较强的变形现象。高山地区多轨道、多类型SAR数据组合的方式可有效弥补SAR卫星自身成像缺陷,提高可观测面积。与多种InSAR算法的结合,可以发挥不同SAR数据的长处,提高活动性滑坡的识别精度;在澜沧江高寒、陡峭、多植被的山区,短波长的Sentinel–1数据可以通过大数据量的Stacking计算显著改善计算效果,长波段的PALSAR1/2数据在恶劣条件下有更好的适应性,在IPTA-InSAR的结果中有更好的表现。

水压致裂地应力测量中系统柔度影响试验研究

为了系统研究水压致裂测量中测试系统柔度的影响作用,利用新型水压致裂测试系统开展了现场试验。试验通过监测水压致裂测试过程中井口、压裂段和封隔器压力变化特征,分析了测试系统柔度对压裂参数和主应力的影响。结果表明,测试系统柔度影响会造成井口的压裂参数Ps,Pr,Pb和SH值总体上大于压裂段对应结果。井口和压裂段的Ps,Pr,Pb,SH之间的绝对差值分布范围分别为0~0.375,0~0.75,0.125~0.875和-0.25~0.875 MPa,相对差值分布范围分别为0~5%,0~6%,0~4%和0~5%。Pb绝对差值除受测试系统柔度影响控制外,还受地层力学性质和地应力水平影响,而测试系统柔度影响Pr绝对差值机制复杂,需要进一步补充流量数据分析。同时,利用新型水压致裂测试系统,提出了准确获取关闭压力的新方法--关闭试验法。试验数据表明,关闭试验法能有效消除测试系统柔度和管路摩阻对Ps的影响,提高关闭压力结果准确性。使用压裂段压力数据、关闭试验方法能有效降低测试系统柔度和管路摩阻等对压裂参数和主应力结果的影响,而在仅使用井口压力数据时,建议对Ps,Pr,Pb和SH按照最大5%,6%,4%和5%的比例折减修正。

结合InSAR与离散元模拟的岩湾山体变形破坏趋势研究

金沙江下游溪洛渡库区蓄水后岩湾反倾山体产生变形,两次实地调查了边坡的变形情况,使用合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)识别并比较蓄水前后边坡的变形特征,结合离散元颗粒流方法 (particle flow code, PFC)模拟预测其未来的变形破坏趋势,得到以下结论:(1)边坡的变形主要受边坡结构、地应力、岩性和水库蓄水的影响,其变形机制可概括为蓄水后浸水位以下岩体产生压缩变形,上部较软岩体对前缘的变形响应产生倾倒变形和层间错动,折断后岩体在重力作用下挤压前缘岩体,产生沿折断面的切层蠕滑变形。(2)蓄水后边坡视线向变形速率呈现出从InSAR变形边界由外向内逐渐递增的特征,PFC模拟结果与该变形特征相一致,InSAR监测大变形区的地层岩性为泥质灰岩和页岩互层,力学性质相对上下地层更差、更易变形,与InSAR变形特征相对应。(3)预测边坡的失稳趋势是结构面作用下浅层岩体塌方以及坡体上部的裂缝加宽,而不是整体的切层滑动。

南京下蜀土的地球化学特征及其物源指示意义

风尘堆积的物源研究对于揭示物源区的环境演化状况、重建古风场强度和古大气环流格局等都具有重要的意义。目前长江下游地区下蜀土的物质来源问题仍然存在争议。为了解决这一争议问题,本文以南京泰山新村下蜀土剖面为研究对象,开展了系统的地球化学研究。通过对南京下蜀土的常量元素、微量元素、Nd同位素进行测试,并与黄土高原同期黄土进行对比分析,探讨其对长江下游下蜀土的物源指示意义。南京下蜀土与北方黄土具有相似的常、微量元素UCC标准化曲线和稀土元素球粒陨石标准化曲线,但是它的Zr、Hf含量较高,Tl、Pb含量较低,且具有较高的SiO2/Al2O3、TiO2/Al2O3、Nb/Ta和GdN/YbN,较低的SiO2/TiO2、Zr/Hf、Y/Ho、Lu/Hf和εNd(0)值,说明南京下蜀土的物质来源明显有别于黄土高原黄土。南京下蜀土与长江中游下蜀土在地球化学特征方面有较多的相似性,指示其物质来源与中游下蜀土的物质来源相似,主要来源于长江中下游地区的松散沉积物。