挽近期构造活动

如题所述

在上一章中,我们讨论了本管线工程所处的区域大地构造单元位置,主要研究的是燕山期造山运动及其以前各地质历史时期不同大地构造单元构造发展演化的概况,它对管线工程地质灾害的成生和活动有一定影响。但是,新生代以来的挽近期构造活动对地质灾害的成生和活动关系更为密切,所以将着重讨论这个问题。

(一)挽近期中国大陆地块附近的板块活动

燕山运动奠定了中国大陆的基本构造格架,并结束了华北地块与华南地块间长期构造分异的“南北对峙”格局,但是一次更大的新的地质事件却在孕育中。处于欧亚大陆板块东端的中国地块,其西南缘的印度次大陆板块和东缘的太平洋板块分别从SSW和NEE方向推移过来,它们在始新世晚期与中国地块相碰并向下俯冲。持续的构造活动导致青藏地块挤压隆起,激发了喜马拉雅造山运动;而东部地块拉张陷落,形成裂谷和平原,这就使得挽近期以来,中国大陆构造格架处于“东西对峙”的局面。

古中国地块原被海洋所包围,古生代末期时中国地块与西伯利亚地块碰撞,中亚—蒙古大洋关闭,激起华力西造山运动,导致了欧亚古陆的形成。由于中国大陆地块的刚性较差,而在其北面的西伯利亚地块巨大而坚硬,阻抗变形能力很强,就使得挟持于几大板块之间的中国大陆地块内部积聚了特别强大的构造应力,成为现代板内构造活动最强烈的地区之一,对中国大陆地质灾害的成生起着主导的制约作用。

根据卫片解译、莫尔纳滑线场理论分析和地应力实测资料表明,中国大陆现代构造应力场空间分布具明显的分带现象(图4-1)。西部的青藏高原和新疆一带主要为潜在逆断型,最大主应力σ1总体呈近南北向,最小主应力σ3大致直立,形成一系列呈NWW—SEE走向的巨大弧形褶皱山系及逆断层带。青藏高原至今地壳仍不断隆起,厚达70km,成为世界上地壳厚度最大的地块。东部的华北地块和东南沿海属张剪走滑型,最大主应力σ1水平分布,其方向由东北—华北—华南为NE向—近E—W向—NW向,呈现由内陆向沿海的放射状分布;最小主应力σ3也水平分布,且沿着向东凸出的弧形线呈有规则的环状分布,它往往呈拉应力状态,少数地区σ1近直立,为潜在正断型,如汾渭地堑。区内正断层和裂谷型断陷盆地、地堑发育,在地貌上丘陵、低山与平原、盆地往往相间分布,其方向为NE—NNE向。中国大陆的中部正好位于最大主应力迹线由近南北向近东西方向的转折部位,σ1的方向变化较大,地应力状态属潜在走滑型,以巨大的左旋活动断裂为特征,由南往北其走向由近S—N向,经NNW、NW向,而逐渐转为近E—W向甚至NEE向,形成为南北向活动构造带,是我国大陆地震活动最强烈的地段之一。

图4-1 中国大陆及邻近地区现代构造应力状态

1.强烈挤压区;2.中等挤压区;3.张应力区;4.活动逆断层;5.活动走滑断层;6.断陷裂谷及活动正断层;7.板块作用方向

板块相互作用导致了我国大陆由西往东形成各不相同的现代构造应力场和大地构造格架,它对我国不同地域地质灾害的成生起着主导的控制作用,首先控制了活动断裂和地震等内动力地质灾害。又由于板块作用制约了地形地貌和气候气象环境,因而对崩塌、滑坡、泥石流等各种外动力山地地质灾害也起着控制作用。从地质灾害活动强度和致灾程度来看,中、西部地区要明显大于东部地区。

(二)板块活动对地形和气候的影响

由于板块的相互作用,使我国形成了西高东低台阶状地形格局,可明显地划分出3个阶梯。最高一级台阶为青藏高原,平均海拔4000m以上:第二级台阶为青藏高原以北和以东的塔里木盆地、内蒙古高原、黄土高原、四川盆地和云贵高原,海拔一般1000~2000m;第三级台阶以松辽平原、黄淮海平原、长江中下游平原和低山、丘陵为主,海拔平原区200m以下,低山、丘陵区一般也不超过1000m。第二、第三级台阶间为呈北北东向高耸的山脉,如大兴安岭、太行山等。

第二台阶及其两侧的边缘转折地带,地面起伏较大,尤其边缘山地地面高差悬殊,谷坡陡峻,往往是地质灾害的易发区或危险区。

青藏高原的崛起,对我国气候的影响极大。在上新世时期,青藏地块海拔仅1000m左右,属湿热亚热带环境。但自早更新世以来青藏地块急剧隆起,喜马拉雅山、昆仑山等巨大山体上升到4000m以上,高空西南风环流被阻隔,高原气候向干寒发展,逐渐形成了西伯利亚高压。

青藏高原崛起后大气环流形势改变,中国大陆季候风盛行,气温和降水量的地区性和季节性变化都极大。冬季盛行西北风,寒冷干燥,南北温差很大;而夏季全国普遍高温多雨,降水集中,多灾害性暴雨天气。在西北和内蒙广大地域内,气候十分干燥,土地沙化严重,扬沙和沙尘暴天气频发。

(三)挽近期板块活动对管线工程地质灾害的制约作用

挽近期的板块活动导致我国地质、地形和气候环境都发生了极大变化,对地质灾害成生和活动的制约作用十分明显,主要体现了地质灾害的区域性分布规律。现分析一下兰州—郑州—长沙成品管道工程经过地段地质灾害的区域性分布特点。

综合管线经过地段的地质、地形和气候环境,地质灾害的分布可明显地划出两个区段,即兰州—郑州段和郑州—长沙段。

1.兰州—郑州段

兰州—郑州段(含山西支干线)地处我国大地形地貌单元的第二台阶(含东缘的阶梯),总的特征是黄土广泛分布的高原、断陷盆地和丘陵低山。由西往东地形逐渐降低,由2400m以上降至200m左右。

最西的甘肃段地处受印度板块强烈推挤的青藏地块东北缘的祁连山褶皱带。现代构造应力属潜在走滑—逆断型,主压应力迹线由近南北向向近东北向转折部位,逆冲—走滑断裂较发育,主要代表性断裂为祁连山断裂带、六盘山断裂带和天水—宝鸡断裂,历史上曾发生过7级以上地震多次,最强的地震是1920年海原8.5级巨震。这里是黄土高原的腹地,地形上处于我国大地形地貌单元的第二台阶,临近第一台阶青藏高原。因南有西秦岭高山阻挡,湿陷性黄土厚度大且工程地质性质较差。气候干旱,年降水量350~500mm,而且降水不均匀,每年七八月的雨汛期强降雨,诱发崩塌、滑坡、泥石流以及黄土的湿陷和潜蚀灾害。此外,几次大地震导致的崩塌、滑坡遗迹至今仍历历在目,总地说地质灾害发育较严重。

陕西段和山西段地处华北地台汾渭新裂陷带中,南侧为秦岭褶皱系。该裂谷带是由于太平洋板块向欧亚大陆板块之下俯冲而形成的,现代构造应力属潜在正断型和张剪走滑型,最大主应力铅直或近东西向,正断层较发育,主要代表性断裂为渭河断裂、岐山—乾县断裂、华山山前断裂、中条山北麓断裂、罗云山山前断裂、霍山—大阳断裂、太谷断裂和交城断裂等裂谷边界断裂,管线还穿越了裂谷内部众多的断裂。裂谷带内构造复杂,现代构造活动强烈,有典藉记载以来发生过7级以上强烈地震多次,最强的地震是1303年9月25日赵城、洪洞8级巨震和1556年2月2日华县8.25级巨震,裂谷带南段较北段地震强度大。这里湿陷性黄土广泛分布,工程地质性质较差。地形上处于我国大地形地貌单元的第二台阶。因南有秦岭阻挡,属半干旱大陆性季风气候,年降水量450~600mm,且降水不均,多集中于夏秋季的雨汛期,常有强降雨,而诱发崩塌、滑坡灾害和黄土湿陷及潜蚀等灾害。在构造和抽水活动作用下,本段又是我国地裂缝灾害最严重的地区。此外,在山西境内大量开采煤炭等矿产资源,采空塌陷又是一类突出的地质灾害。总的说,陕西段和山西段地质灾害类型多,灾情较严重。

河南豫西段在区域上位于华北地台南缘与秦岭褶皱系交接过渡地段,其东侧为豫皖拗陷。很显然,在此区域构造背景下,管线地段构造条件较复杂,现代构造应力属张剪走滑型,代表性断裂为温塘断裂、新安—临汝断裂、封门口—五指岭断裂和老鸦陈断裂等,断裂现代活动相对较弱。历史上未发生过≥7级的地震。管线地段大部分为黄土所覆,其湿陷性较弱。地形上正好处于我国大地形地貌单元从第二台阶向第三台阶的过渡地带,以丘陵低山为特征,属暖温带半温润季风气候,年降水量600~650mm,主要的地质灾害是小型的黄土崩塌和滑坡以及湿陷和潜蚀;此外,还有采煤引起的地面塌陷等。总地说,河南段地质灾害发育相对较弱。

2.郑州—长沙段

郑州—长沙段地处我国大地形地貌单元的第三台阶,其总体特征是冲洪积土体广布,平原与丘陵低山并存,地势较低平。海拔高程平原:30~200m(北高南低),丘陵低山150~300m。总体上来说,现代构造活动不强烈,据实测和震源机制解,现代构造应力属潜在正断或张剪走滑型,由北往南主压应力迹线由近东西向转为SEE—NWW向。按区域构造特征和地质灾害成生的关系,可分为河南段、河南—湖北段和湖北—湖南段三段讨论。

河南段主要受太平洋板块俯冲作用的影响,挽近期地壳拉张陷落,为华北拗陷区的一部分,内部再由深断裂为界划分更次一级构造单元。与管线有关的代表性断裂有禹州—太康断裂、鲁山—漯河断裂和遂平—汝南断裂等,这些断裂皆呈近东西向和SE—NW向,与管线交切;历史上未曾发生过>6级的地震,应该说现代构造活动性是较弱的。本地段地表广布冲洪积粉土和粉质粘土,其中北段有黄土状土,淮河水系各河谷则砂砾类土发育。地势平坦开阔,为黄淮平原和淮河平原的一部分,海拔标高60~160m。气候属暖温带半湿润季风气候,降水多集中于夏、秋两季,年均降水量650~1000mm。主要地质灾害为河岸和采砂坑崩塌,还有采空塌陷和膨胀土的胀缩变形灾害,一般规模较小,灾情不严重。

河南—湖北段为二省交界的大别山(丘陵低山)区,区域一级构造为秦岭—大别褶皱系,呈近东西向展布。与管线有关的代表性断裂有信阳—方集断裂、桐柏—青山口断裂,均与管线交切,断裂现代活动性不强,未曾有大于5级的地震发生。本地段基岩裸露,风化较强烈。地形起伏较大,海拔标高150~300m。属亚热带湿润气候,年均降水量1100~1200mm。地质灾害主要为小规模崩塌、滑坡和泥石流,还有采矿、采砂坑的边坡滑塌灾害。

湖北—湖南段区域一级构造单元属扬子地台。与管线有关的代表性断裂主要有平坝断裂(襄樊—广济断裂的一支)、新市—宁乡断裂、湘乡—湘潭断裂和连云山—衡阳—零陵断裂,皆为正断性质。这些断裂现代活动性不强,历史上地震震级未超过5.5级。地形上为长江中游平原和江南丘陵低山,海拔标高平原区30~70m,丘陵低山区150~250m。属亚热带湿润气候,年均降水量1200~1400mm。地质灾害有:岩溶地面塌陷和采空塌陷,小型滑坡、崩塌(包括岸崩和采石坑)、泥石流灾害,尚有膨胀土胀缩和软土沉陷灾害等。总地说,本段地质灾害危险性较小。

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