晚更新世曲龙滑坡堵江事件分析及堵江运动特征数值模拟研究

发布时间：2020-03-20 09:02

【摘要】：曲龙滑坡堵江事件位于金沙江上游奔子栏—巴塘一带,该区域受青藏高原隆升影响,地质构造活动强烈,地质环境复杂,早期大型滑坡堵江事件多发。历史资料表明,超过90%的堰塞湖的形成都是因地震诱发的高速滑坡堵江塑造而成。金沙江上游是我国西南区域规模最大、水资源潜力最大的江河之一,开展早期滑坡堵江事件分析研究工作,对了解金沙江历史地质环境,进而保障金沙江上游水资源的安全开发利用具有十分重大意义。本次研究以曲龙滑坡堵江事件为研究对象,通过堰塞湖规模调查,堰塞体残余分布特征调查,物源区地形地貌特征及物质调查和湖湘沉积物测年分析,结合青藏高原隆升历史背景,现今及早期冰川冰蚀地貌发育特征,大型滑坡堵江事件成因机制等,初步认识了曲龙滑坡堵江事件发生时期的地质环境及形成过程,并进行了诱发曲龙堵江滑坡的地震参数计算及快速滑坡崩解后形成的高速远程碎屑流的运动特征数值分析。在上述工作的基础上,论文阐述了曲龙滑坡堵江事件的历史演化过程,其主要成果如下:1.通过曲龙早期滑坡堵江事件调查,发现堵江堰塞体及堰塞湖规模巨大,堰塞体现场估算方量超过了2×10~8 m~3,堰塞湖内沉积层厚度达到了100 m左右。2.通过现今与早期冰川冰蚀地貌特征及早期冰碛物物质粒度分布特征分析,辨别了曲龙物源区为早期冰川冰蚀地貌,内部堆积物质为早期岩屑冰碛物。3.通过大量搜集大型滑坡堵江事件成因机制资料,发现触发堰塞湖形成的大型滑坡堵江事件往往是因地震导致的快速滑坡塑造而成。结合现今冰川冰蚀地貌岩屑冰碛物的堆积及流动状况,确认了曲龙沟上部早期堵江滑坡地形及分析了滑坡运动机制。4.通过大量搜集青藏高原隆升背景资料及以气候变化为标志的第四纪地层划分资料,结合堰塞湖内沉积物质光释光年代学测量,综合判断出曲龙滑坡堵江事件发生于倒数第二次冰期结束,末次间冰期开始的过渡时期,这一时期青藏高原隆升极其剧烈,气候变化敏感。5.根据曲龙滑坡堵江事件发生的地质历史年代,分析出曲龙早期堵江滑坡物质应为倒数第二次冰期内形成的冰碛物,结合藏东南地区野外冰碛物大型直剪及物理测试相关数据资料,合理给出了曲龙早期滑坡物质物理力学参数。6.根据Jibson(2015)提出的利用震区早期滑坡对早期地震参数进行分析过程方法,对诱发曲龙堵江冰碛体滑坡的地震参数进行反分析,并结合该区域地震点分布,得出当震中位于迪庆一带时,诱发曲龙冰碛体滑坡进而触发曲龙滑坡堵江事件的地震震级为8.0级左右,当震中位于巴塘一带时,诱发曲龙冰碛体滑坡进而触发曲龙滑坡堵江事件的地震震级为9.0级左右。7.通过曲龙滑坡失稳后形成的高速远程碎屑流的堵江运动特征数值模拟分析,该高速远程碎屑流最大速度达到了41m/s左右,其堵塞了早期的金沙江河道,整个河道内堵塞物质整体厚度达到了100 m,最大达到了111 m,堵塞河道长度超过了4.5 km,并且靠因都坝村平台一侧高速碎屑流漫过了因都坝平台前端。8.通过对早期曲龙滑坡堵江事件的详细调查分析及曲龙滑坡失稳后形成的高速远程碎屑流的堵江运动特征数值模拟分析成果,基本上清晰地阐述曲龙滑坡堵江事件的历史演化过程,表明了巨厚层湖相沉积物形成的合理性及堵江体残余物质空间分布的合理性。另外,为了研究曲龙滑坡失稳后形成的高速远程碎屑流的堵江运动特征,本次研究构建了Well-Balanced型的浅水流模型,及自主开发相应的国内软件SFLOW浅水流数值模型软件,模型及软件具有以下特色和创新:1.模型使用了复杂地形数字化处理技术(Complex Terrain Digital Processing Techique),其能够有效、快捷地实现将对复杂研究区域地形数据的数字化提取,处理与存储。2.模型采用了限制坡度线性重构技术(Slope Limited Linear Reconstruction Techique)保证数值格式和谐,避免数值震荡问题,提高数值空间精度。3.模型综合考虑了干湿边界处理的难题,给出保证水量守恒,避免模拟时产生负水深的处理方式,并在此基础上,给出一种干湿踪迹辨别技术(Dry-Wet Tracking Techique),加快数值模拟时的迭代速度。4.模型给出了底床摩擦源项全隐式格式处理过程,避免一般的显示和半隐式格式处理带来的数值不稳定,并基于摩擦力的物理特性,对底摩擦项处理给出合理的限制,保证数值计算结果的合理性。5.SFLOW软件采用C++语言编程,并安装了程序开发框架及工具Qt,提供了人性化的用户界面,它包含了菜单模块(包括数据加载,输出等功能),计算工程数据监测模块,计算进度显示模块和计算结果显示模块,每个模块都有各自的显示区域,通过复杂地形下浅水流物理性流动测试及两次实际案例模拟结果对照分析,SFLOW浅水流数值计算软件模拟计算结果是合理的,其软件程序代码是有效的。
【图文】：

冰川冰,地貌特征,冰碛物

区域内爆发了历史最大的一次冰川活动。据研究考证，当时在藏东南区域其冰川规模数倍甚至十倍于现代的冰川规模，冰川活动的最低海拔在 2000 m 左右。然后，随着青藏高原喜马拉雅山脉海拔不断提高，一直到末次间冰期之前，其海拔高度在不断隆升过程中逐渐影响了西南季风，但还没有完全阻割西南季风进入青藏高原内部极其周边区域，如倒数第二次冰期内在青藏高原大多数山系周边都有冰碛物记录，不过这一时期内，冰川规模呈衰退态势，冰川活动最低海拔逐渐抬高。进入末次间冰期之后，青藏高原南部喜马拉雅山脉隆升到了足够的海拔高度，阻断了大部分西南气旋进入青藏高原内部，青藏高原内部极其边缘气候变得日益干燥，冰川作用规模及范围加速缩小。2.5.1 现今冰川痕迹研究区域内在现今海拔 4500 m 左右以上区域存在大量冰川冰蚀地貌，其中位于图2.6 中 A 位置处冰碛物堆积情形见图 2.9。从图 2.9 中冰碛物 1，冰碛物 2 和冰碛物 3 的发育位置可以看出，随之冰川活动的不断衰退，所形成的岩屑坡或岩屑锥不断后退。冰斗地形

曲线,区域,标准粒径,物质

2.5.2 早期冰川痕迹根据现今冰川冰蚀地貌特征，并结合地质调查资料，发现在叶里贡区域存在早期冰川活动，区域地形地貌见图 2.10，从叶里贡区域地形地貌特征可以意识到该区域早期物质极有可能是早期冰川活动所导致的结果。为了验证这一判断，我们对叶里贡区域进行了现场调查走访，见图 2.11。根据现场地质调查，叶里贡村靠后山冰雪融化的水源生活，见图 2.11c。村内及村头有巨大块石散落分布，见图 2.11d 和 2.11e。此外，我们在叶里贡村某干燥露头剖面取得 2 个平行样品，通过现场及室内筛析试验，对叶里贡早期物质粒度成分进行了测试与分析，，叶里贡筛分取样点见图 2.11f，其样品物质粒度筛分结果见表 2.1。根据表 2.1，以小于某标准粒径值的叶里贡样品物质重量百分比为纵坐标，以该标准粒径值为横坐标，绘制出半对数坐系标系下的叶里贡物质的颗粒累积百分比含量曲线，详见图 2.12。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P642.22

【参考文献】