金沙江丽江段五至七级电站区域地壳稳定性研究
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摘要
金沙江丽江段五至七级电站依次是金安桥电站、龙开口电站和鲁地拉电站,它们地处滇西北活动构造区,区内地质环境脆弱、新构造运动强烈、强震活动频繁、地质灾害十分严重。目前这三个电站的区域地壳稳定性研究程度还很薄弱,因此研究水电工程区的地壳稳定性具有重大的理论意义和现实意义。
本项研究采用多学科的理论和方法,以地震危险性分析和地质灾害危险性研究为主线,分别对研究区活动断裂、深部构造特征、构造应力场、地震活动性和浅表层地质灾害进行了研究。在评价过程中紧紧抓住地震和地质灾害两个单因子对区域地壳稳定性的重要影响,将定性分析和定量评价相结合,考虑地震作用下地质灾害可能产生的破坏效应,从内外动力耦合的角度,综合评价了3个水电站工程区的区域地壳稳定性。取得了以下主要结论和认识：
(1)研究区存在7条较大活动断裂,这7条断裂绝大部分在全新世有活动,仅清水一周城断裂在中更新世中晚期活动,全新世以来活动不明显。其中,程海断裂带对鲁地拉库区影响较大。
(2)研究区地壳呈多层结构,且具有横向和纵向上的不均一性；壳内低速高导层的存在,有利于地壳圈层间的滑动；地球物理强烈异常区、带与活动断裂和地震关系密切。
(3)研究区中、强震分布相对集中,主要分布在大理—洱源、剑川、丽江等地；地震成层性明显,10km深处为地震活动的重要界面；历史强震具有周期性,可划分出6个地震活跃期；结合深部构造研究,总结了5个与地震孕育密切相关的特殊物理环境；最后选取丽江7.0级地震作为典型震例,从深浅两个构造层次分析地震成因机理。
(4)运用ANSYS软件模拟区域构造应力场,模拟结果显示在断裂带内最大主压应力和最小主压应力均有显著的减小,在断裂的交汇处和转折端,应力容易集中。应变能在宾川、永胜、洱源、大理西部等地相对集中。位移方向主要为SSE向,这与区域GPS监测资料相吻合。
(5)研究区主要的地质灾害类型为滑坡、泥石流、崩塌和地面塌陷。总结了7个与地质灾害强烈发育密切相关的因素。选取鲁地拉水电工程区作为典型库区段,调查表明库区主要地质灾害为滑坡、崩塌(塌岸)、泥石流。在库长为100km的河段内,发育着81处地质灾害点,总平均线密度D为0.81个/km；分析认为地质灾害具有不同河谷的区段性、支流口(沟口)地质灾害的成群性、左岸与右岸地质灾害的差异性等特点。最后应用Logistic回归模型对鲁地拉库区段地质灾害易发性和危险性进行评价,结果显示鲁地拉库区地质灾害高易发区占41%,在降雨和地震条件下,地质灾害高危险区分别占46%和52%。
(6)在研究区划分出了3个7.5级潜在震源区,2个7.0级潜在震源区和3个6.5级潜在震源区。采用基于GIS的层次分析法,选取7个指标对研究区区域地壳稳定性进行了分区评价,结果显示不稳定区占20%,鲁地拉电站区域地壳稳定性差。最后采用定性分析和定量评价相结合的手段,综合评判认为：金安桥水电站和龙开口水电站区域地壳稳定性较差,鲁地拉电站区域地壳稳定性差。
5 to 7 Step Hydropower Station in Jinshajiang River, Lijiang Section, followed by Jinanqiao Hydropower Station, Longkaikou Hydropower Station, Ludila Hydropower Station. They are located in active structure in NW Yunnan. In this area, the geological environment is complex, the new tectonic movement is very strong, strong earthquake is very frequent and the geo-hazards are serious. The research degree of three Hydropower Stations'regional crustal stability is still weak. Therefore, it has a important Theoretical and practical signification that evaluating the regional crustal stability of Hydropower Station.
In this research, multi-disciplinary theories and methods are used. The thesis around two main lines wich the one is seismic risk analysis and the other is assessment of geological hazard. The thesis respectively studies the active faults, deep structural features, tectonic stress field, seismic activity and geological hazards in the study area. The paper mainly discuses the mechanism, laws of earthquake and geo-hazards, and their influences on regional crustal stability. Combining with qualitative analysis and quantitative evaluation, considering earthquake, geological hazards may cause serious destruction. In the perspective of coupling of endogenic and exogenic geological processes, comprehensive evaluation of regional crustal stability in hydropower project area. The main conclusions in this paper include following aspects:
1. There are seven large active faults in study area, most of them move in the Holocene, only Qingshui-Zhoucheng fault active in the middle and late Pleistocene, didn't obvious move from Holocene. Chenghai fault has a great effect to Ludila Hydropower Station.
2. The crust has a multi-layer structure in the study area, and has horizontal and vertical heterogeneity. The lower velocity (high-conductivity) layer is beneficial to slide between the crust circles. The Strong geophysical anomaly areas are closely related with active faults and earthquakes.
3. Mid-strong earthquakes are relative concentrated in study area. Earthquakes are mainly distributed in Dali-Erhai, Jianchuan, Lijiang. Earthquakes have obvious stratification. The 10km depth is an important interface of seismic activity. Earthquake has periodicity, has 6 Seismic active periods. The paper summarizes the five special physical environments which closely related with the earthquake. Taking Lijiang Ms7.0 earthquake a typical example, the paper analyses the special and regular and mechanism of strong earthquake.
4. This thesis uses ANSYS software to simulate the regional tectonic stress field. Simulation results show that the maximum principal stress and the minimum principal stress in the fault zone are decreased remarkably, the stress is easily concentrated in intersection and transition site of fault, Strain energy is relatively concentrated in Bingchuan, Yongsheng, Eryuan and west of Dali. The stress displacement is mainly to SSE direction. This is consistent with the regional GPS monitoring data.
5. The main type of geo-hazard is landslip, landslide, debris flow and ground subsidence. The thesis summarizes seven aspects factors which closely related to the strong growth of geological disasters. Taking Ludila Hydropower Project Reservoir as a typical section, by the field geological investigation, we find that the main type of geo-hazard is landslip, landslide and the debris flow. There are 84 geo-hazards along the 100km river; the line density is 0.81 per kilometer. The distribution of geological disasters varies from sections of valley, clusters in tributary mouth or ditches mouth and is different in left and right bank. At last, the paper uses Logistic regression model to evaluating susceptibility and risk of Ludila Hydropower Project Reservoir's geological hazards. The results show that the percentage of high geological hazards susceptibility zone in Ludila Hydropower Project Reservoir is 41%. In rainfall and earthquake conditions, the percentage of high geological hazards risk zone in Ludila Hydropower Project Reservoir is 46% and 52%.
6. The study area is divided into three Ms 7.5 potential seismic sources, two Ms 7.0 potential seismic sources and three Ms 6.5 potential seismic sources. This paper also uses the method which based on ArcGIS 9.2 platform's AHP and selects 7 indicators to evaluate the regional crustal stability. The results show that the percentage of unstable region is 20%, Ludila hydropower project reservoir's crustal stability is less stable. Combining with qualitative analysis and quantitative evaluation, the comprehensive evaluation result is that Jinanqiao Hydropower Project Reservoir and Longkaikou Hydropower Project Reservoir's regional crustal stability is less stable. Ludila Hydropower Project Reservoir's crustal stability is poor.
本项研究采用多学科的理论和方法,以地震危险性分析和地质灾害危险性研究为主线,分别对研究区活动断裂、深部构造特征、构造应力场、地震活动性和浅表层地质灾害进行了研究。在评价过程中紧紧抓住地震和地质灾害两个单因子对区域地壳稳定性的重要影响,将定性分析和定量评价相结合,考虑地震作用下地质灾害可能产生的破坏效应,从内外动力耦合的角度,综合评价了3个水电站工程区的区域地壳稳定性。取得了以下主要结论和认识：
(1)研究区存在7条较大活动断裂,这7条断裂绝大部分在全新世有活动,仅清水一周城断裂在中更新世中晚期活动,全新世以来活动不明显。其中,程海断裂带对鲁地拉库区影响较大。
(2)研究区地壳呈多层结构,且具有横向和纵向上的不均一性；壳内低速高导层的存在,有利于地壳圈层间的滑动；地球物理强烈异常区、带与活动断裂和地震关系密切。
(3)研究区中、强震分布相对集中,主要分布在大理—洱源、剑川、丽江等地；地震成层性明显,10km深处为地震活动的重要界面；历史强震具有周期性,可划分出6个地震活跃期；结合深部构造研究,总结了5个与地震孕育密切相关的特殊物理环境；最后选取丽江7.0级地震作为典型震例,从深浅两个构造层次分析地震成因机理。
(4)运用ANSYS软件模拟区域构造应力场,模拟结果显示在断裂带内最大主压应力和最小主压应力均有显著的减小,在断裂的交汇处和转折端,应力容易集中。应变能在宾川、永胜、洱源、大理西部等地相对集中。位移方向主要为SSE向,这与区域GPS监测资料相吻合。
(5)研究区主要的地质灾害类型为滑坡、泥石流、崩塌和地面塌陷。总结了7个与地质灾害强烈发育密切相关的因素。选取鲁地拉水电工程区作为典型库区段,调查表明库区主要地质灾害为滑坡、崩塌(塌岸)、泥石流。在库长为100km的河段内,发育着81处地质灾害点,总平均线密度D为0.81个/km；分析认为地质灾害具有不同河谷的区段性、支流口(沟口)地质灾害的成群性、左岸与右岸地质灾害的差异性等特点。最后应用Logistic回归模型对鲁地拉库区段地质灾害易发性和危险性进行评价,结果显示鲁地拉库区地质灾害高易发区占41%,在降雨和地震条件下,地质灾害高危险区分别占46%和52%。
(6)在研究区划分出了3个7.5级潜在震源区,2个7.0级潜在震源区和3个6.5级潜在震源区。采用基于GIS的层次分析法,选取7个指标对研究区区域地壳稳定性进行了分区评价,结果显示不稳定区占20%,鲁地拉电站区域地壳稳定性差。最后采用定性分析和定量评价相结合的手段,综合评判认为：金安桥水电站和龙开口水电站区域地壳稳定性较差,鲁地拉电站区域地壳稳定性差。
5 to 7 Step Hydropower Station in Jinshajiang River, Lijiang Section, followed by Jinanqiao Hydropower Station, Longkaikou Hydropower Station, Ludila Hydropower Station. They are located in active structure in NW Yunnan. In this area, the geological environment is complex, the new tectonic movement is very strong, strong earthquake is very frequent and the geo-hazards are serious. The research degree of three Hydropower Stations'regional crustal stability is still weak. Therefore, it has a important Theoretical and practical signification that evaluating the regional crustal stability of Hydropower Station.
In this research, multi-disciplinary theories and methods are used. The thesis around two main lines wich the one is seismic risk analysis and the other is assessment of geological hazard. The thesis respectively studies the active faults, deep structural features, tectonic stress field, seismic activity and geological hazards in the study area. The paper mainly discuses the mechanism, laws of earthquake and geo-hazards, and their influences on regional crustal stability. Combining with qualitative analysis and quantitative evaluation, considering earthquake, geological hazards may cause serious destruction. In the perspective of coupling of endogenic and exogenic geological processes, comprehensive evaluation of regional crustal stability in hydropower project area. The main conclusions in this paper include following aspects:
1. There are seven large active faults in study area, most of them move in the Holocene, only Qingshui-Zhoucheng fault active in the middle and late Pleistocene, didn't obvious move from Holocene. Chenghai fault has a great effect to Ludila Hydropower Station.
2. The crust has a multi-layer structure in the study area, and has horizontal and vertical heterogeneity. The lower velocity (high-conductivity) layer is beneficial to slide between the crust circles. The Strong geophysical anomaly areas are closely related with active faults and earthquakes.
3. Mid-strong earthquakes are relative concentrated in study area. Earthquakes are mainly distributed in Dali-Erhai, Jianchuan, Lijiang. Earthquakes have obvious stratification. The 10km depth is an important interface of seismic activity. Earthquake has periodicity, has 6 Seismic active periods. The paper summarizes the five special physical environments which closely related with the earthquake. Taking Lijiang Ms7.0 earthquake a typical example, the paper analyses the special and regular and mechanism of strong earthquake.
4. This thesis uses ANSYS software to simulate the regional tectonic stress field. Simulation results show that the maximum principal stress and the minimum principal stress in the fault zone are decreased remarkably, the stress is easily concentrated in intersection and transition site of fault, Strain energy is relatively concentrated in Bingchuan, Yongsheng, Eryuan and west of Dali. The stress displacement is mainly to SSE direction. This is consistent with the regional GPS monitoring data.
5. The main type of geo-hazard is landslip, landslide, debris flow and ground subsidence. The thesis summarizes seven aspects factors which closely related to the strong growth of geological disasters. Taking Ludila Hydropower Project Reservoir as a typical section, by the field geological investigation, we find that the main type of geo-hazard is landslip, landslide and the debris flow. There are 84 geo-hazards along the 100km river; the line density is 0.81 per kilometer. The distribution of geological disasters varies from sections of valley, clusters in tributary mouth or ditches mouth and is different in left and right bank. At last, the paper uses Logistic regression model to evaluating susceptibility and risk of Ludila Hydropower Project Reservoir's geological hazards. The results show that the percentage of high geological hazards susceptibility zone in Ludila Hydropower Project Reservoir is 41%. In rainfall and earthquake conditions, the percentage of high geological hazards risk zone in Ludila Hydropower Project Reservoir is 46% and 52%.
6. The study area is divided into three Ms 7.5 potential seismic sources, two Ms 7.0 potential seismic sources and three Ms 6.5 potential seismic sources. This paper also uses the method which based on ArcGIS 9.2 platform's AHP and selects 7 indicators to evaluate the regional crustal stability. The results show that the percentage of unstable region is 20%, Ludila hydropower project reservoir's crustal stability is less stable. Combining with qualitative analysis and quantitative evaluation, the comprehensive evaluation result is that Jinanqiao Hydropower Project Reservoir and Longkaikou Hydropower Project Reservoir's regional crustal stability is less stable. Ludila Hydropower Project Reservoir's crustal stability is poor.
引文
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