龙门山断裂带内动力作用与表生灾变效应的能量耦合研究

发布时间：2020-06-01 11:42

【摘要】：地壳内动力作用与表生灾变过程的耦合效应是一个既基础、又前沿的科学问题。尤其是龙门山断裂带地区,地壳构造动力学环境极其复杂、表生地质作用十分强烈,严重制约着山区城镇建设和国民经济的推进和发展。论文以龙门山断裂带内动力作用与表生灾变效应的能量耦合研究为主题,通过对汶川大地震核心地段(清平-汉旺绵远河流域)地质剖面以及岩体结构特征的现场实测调查,运用2.0×2.0m精测控制网中的0.3 m×0.3 m岩体节理裂隙统计、岩体节理密度计算方法,查明断裂带地壳岩体块断结构系统的序列特征,据此精确厘定龙门山断裂的构造破裂影响带。在此基础上,通过对断裂带构造破裂影响带分区特征的系统分析,重点研究岩体结构的分形几何特征(包括岩体结构分形特征和岩体块度分形特征)、岩体裂隙分形和块度分形的相关关系。进而利用块度分形特征从岩体力学实验(冲击,三轴压缩)等理论研究其能量分布特征,建立较为准确的地质-岩体-能量模型。最后通过该能量模型结合汶川地震诱发地质灾害特征,从岩体能量特征与汶川地震地质灾害的区域统计规律和典型性单体地震滑坡能量与区域岩体能量特征的耦合计算两方面深入讨论其与地质灾害的相关性,研究成果在龙门山断裂带内动力作用与表生灾变效应耦合以及地壳断裂带的内动力过程与地壳表层灾变系统的演化研究领域取得最新进展。论文取得的主要成果如下:(1)断裂带对两侧地壳岩体结构的显著控制作用被限定于某一范围并具有显著的分带性分布特征。基于岩体密度和累积密度曲线的研究成果,得出断裂强烈错动影响范围的岩体,自断裂带向两侧可依次分为“破碎岩带、强破裂岩带、破裂岩带”等三个岩带的分类-分带性研究成果。中央断裂带(清平-汉旺典型剖面)上盘强烈影响范围宽度为3034.0m,其中破碎岩带宽226m、强破裂岩带宽1148m、破裂岩带宽1360m。中央断裂带下盘强烈影响范围明显小于上盘,其宽度仅为1174.0m,上、下盘效应十分显著。前山断裂带上盘构造破裂岩带宽度为1352.0m,明显小于中央断裂带。次级断层通过区域,岩体节理密度显著增高,累积密度增长较快。(2)运用Benoit和PCAS软件计算岩体的裂隙分形维和块度分形维。裂隙分形维数值在1.1-1.5之间,在32号点前后,裂隙分形维和块度分形维均为下降趋势陡升为上升趋势,在46号点裂隙分形维和块度分形维急剧下降,与节理密度曲线保持一致的变化性。块度分形维方面,在18号点分形维数急剧下降,该区域为中央断裂带下盘岩体的破裂岩带区域;在3号点,分形维数上升,进入前山断裂带破裂岩带区域。次级断层发育对分形的维数具有较大的影响。岩体越碎,节理裂隙密度越大,裂隙分形维越大,块度分形维越大,反之亦然。(3)岩体块度分形维和能量具有一定的相关性,其数学模型公式为y=0.297x+1.899,岩体的能量密度随着距前山断裂带距离的变化而变化,显示一定的波峰波谷特征。在断裂带通过的区域,表现为波峰,能量密度较大。中央断裂带的能量释放亦具有典型的“上盘效应”。次级断层通过,岩体的能量密度亦较高,剖面上对断裂带区域岩体的能量进行分区,共分为5个能量集中区域:1区(1-3号点)为前山断裂带上盘能量较高区域,2区(4-6号点)和3区(9-13号点)均为由次级断层所致的高能量分布区,4区(18号点-中央断裂带)为中央断裂带下盘岩体的能量高段区域,5区(中央断裂带-47号点)为中央断裂带上盘岩体的能量集中区域。平面上亦具有同样分布特征。(4)龙门山断裂带(清平剖面)岩体能量分区及其与地质灾害耦合效应主要反映在两方面。1)在岩体能量特征与汶川地震地质灾害的区域统计规律方面,特大型滑坡主要分布在5区(中央断裂带上盘能量高值区);大型滑坡主要分布在各岩体能量高值区,占研究区内全部大型滑坡数目的67%,其中有54%的大型滑坡分布在5区;中型滑坡方面,主要分布在中央断裂带上盘能量高值区,3区次级断层能量高值区,4区中央断裂带下盘能量高值区,分别占研究区内全部中型滑坡数目的19%,17%和14%;小型滑坡方面,主要集中在5区(中央断裂带上盘能量高值区),5区后中央断裂带上盘能量低值区,中央断裂带下盘能量高值区(4区)和2区至3区之间能量低值区,分别占研究区内全部小型滑坡数目的33%,24%,14%和10%。2)以遥感解译所获取的研究区汶川地震面积大于50000m~2大型滑坡的基本信息为基础。研究区内大型滑坡共16处,其中分布在岩体高能量区11处(占总大型滑坡数量的68.75%)。总体来看,超过百万方的大型滑坡共有14处,其中11处位于龙门山断裂带岩体的高能量释放区域,占超百万方大型滑坡总数量的78.6%。具有典型性的小天池滑坡和文家沟滑坡却例外地分布于龙门山断裂带岩体的低能量释放区域。(5)典型性单体地震滑坡能量与区域岩体能量特征的耦合计算方面,采用收集典型单体的滑坡初速度(启动)数据,进而计算其启动临界动能,大光包滑坡的启动临界动能(13.2j/kg)占该山体破裂总能量(200j/kg)的6.6%。同样地,得到文家沟滑坡启动临界动能(11.53 j/kg)占该山体破裂总能量(30j/kg)的38.4%,天池乡滑坡启动临界动能(2.67 j/kg)占该山体破裂总能量(3.8j/kg)的70.2%。
【图文】：

模型图,龙门山,推覆构造带,发震构造

表现为纯粹的逆冲型运动，，最大垂直位移约 4 m；另破裂带连接映秀-北川破裂和汉旺破裂，其长约 6km走滑兼逆冲运动形式。力学机制方面，徐锡伟等（2008），X Xu et al.（200盆地之间的地形高差是上地壳逆断层及其相关褶皱，汶川地震是龙门山地壳缩短的直接表现（图 1-1）在龙门山构造带深部约 20km 处存在一条高导低阻硬层中间的软弱带，是管道流模式的重要证据（等，2008；Bai et al.,2010）。张培震等（2009，201究，提出了汶川地震的孕育和发生是由变形单元、闭的多单元组合模式（图 1-2）。并进一步论证 2008 年为汶川地震断层是一种上陡下缓的铲式结构，在地韧转换带，汇入塑性流动层（图 1-3）。这种发震断裂重要作用就是将水平挤压缩短转换为龙门山的垂直；岳中琦科学网博客）。

组合模式,卡通,多单元

汶川地震孕育和发生的多单元组合模式卡通图
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P315

【参考文献】