阿爾金山北緣斷裂的構(gòu)造特征及鐵路選線建議

張玉璽

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 西安　 710043)

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阿爾金山北緣斷裂的構(gòu)造特征及鐵路選線建議

張玉璽

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 西安 710043)

摘要：以格庫(kù)鐵路勘察為項(xiàng)目依托，對(duì)阿爾金山北緣斷裂的構(gòu)造屬性、成因和基本特征進(jìn)行研究。采用AMT物探、測(cè)氡相結(jié)合的物探方法，結(jié)合詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，查明該斷裂帶位于兩大微地塊的邊界，阿爾金山北緣山腳下，為一區(qū)域性構(gòu)造斷裂帶，主斷層寬30～200 m，傾角40°～80°，傾向南，為一逆沖斷層，影響帶寬度為1 000～3 000 m，規(guī)模巨大，帶內(nèi)主要不良地質(zhì)為泥石流和危巖落石。準(zhǔn)確查明該斷裂帶的以上特征，為鐵路工程選線提供重要參考，結(jié)合區(qū)段的工程地質(zhì)特征，提出合理的工程措施建議。

關(guān)鍵詞：格庫(kù)鐵路；斷裂構(gòu)造；AMT物探；測(cè)氡法

在格庫(kù)鐵路勘察的項(xiàng)目背景下，研究阿爾金山北緣斷裂的構(gòu)造特征，研究范圍為其中一段，也是比較有代表性的一段，通過(guò)分析前人成果和區(qū)域資料，采用兩種物探方法相互驗(yàn)證并結(jié)合詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查，查明了阿爾金山北緣斷裂的性質(zhì)、規(guī)模、走行方向、準(zhǔn)確位置等基本屬性，其結(jié)論可以指導(dǎo)鐵路工程地質(zhì)選線，提出合理的工程措施建議。

1研究對(duì)象的構(gòu)造屬性、成因

研究區(qū)域位于青藏高原北緣，阿爾金山北麓，該區(qū)的構(gòu)造板塊屬一級(jí)構(gòu)造單元塔里木-中朝板塊內(nèi)，二級(jí)構(gòu)造單元屬塔里木古陸，位于阿爾金斷隆和塔里木中央地塊兩個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元的分界地帶。研究區(qū)域構(gòu)造略圖及地理位置示意如圖1所示。阿爾金斷隆位于塔里木盆地東南緣，北側(cè)以阿爾金山北緣隱伏斷裂為界，斷塊區(qū)以太古宙麻粒巖為基底，古元古代和中元古代沉積，薊縣紀(jì)末受阿爾金山運(yùn)動(dòng)碰撞隆起成山，后以剝蝕為主，局部間有沉積，受多期次巖漿巖侵入，變質(zhì)作用明顯；塔里木中央地塊為塔里木板塊最大的古陸區(qū)，盆地為震旦紀(jì)-第三紀(jì)多類型之原型盆地的疊加，巨厚的中-新生代沉積物覆蓋，古老基底巖石未見出露[1-3]。

圖1　研究區(qū)域構(gòu)造略圖及地理位置示意

關(guān)于阿爾金斷隆的成因，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，自新生代以來(lái)，印度板塊與亞歐大陸的碰撞，導(dǎo)致青藏區(qū)地殼遭受巨大的擠壓，增厚縮短，大幅度抬升，形成世界上平均海拔最高的高原[4]。青藏高原形成過(guò)程中的地殼新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，向北傳遞影響到新疆地區(qū)，尤其是與塔里木盆地相接觸的阿爾金山地帶，其現(xiàn)代地貌景觀的形成，便是該構(gòu)造作用的結(jié)果。青藏構(gòu)造塊體在強(qiáng)烈抬升的同時(shí)，內(nèi)部物質(zhì)也東移，其間形成一系列的走滑或逆走滑大斷裂，形成了阿爾金斷隆。該微地塊內(nèi)阿爾金斷裂帶即為青藏塊體西北部與塔里木古陸塊的分界斷裂，是一條以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主的巨型斷裂帶，經(jīng)歷了多期的演變、運(yùn)動(dòng)[5-6]。

青藏高原的隆升受來(lái)自塔里木地塊的滯后阻力，青藏高原的隆升速度，從南到北有愈來(lái)愈慢的趨勢(shì)，到阿爾金斷裂北緣阿克塞一帶減到數(shù)mm/a～5.2 mm/a[6]。青藏高原北緣，特別是阿爾金斷隆微地塊動(dòng)力擠壓作用明顯[7-11]。

2阿爾金山北緣斷裂帶的基本特征

2.1地理位置及初步分析

本文的研究對(duì)象阿爾金山北緣斷裂帶位于阿爾金山北緣，阿爾金山北低中山區(qū)向山前沖洪積平原區(qū)的山麓過(guò)渡地帶[12]，高層落差大，地貌特征明顯，與工程相關(guān)的段落即研究長(zhǎng)度約25 km。該斷裂帶兩側(cè)地貌變化明顯，從衛(wèi)星影像上看，地形陡緩交界處構(gòu)造痕跡十分明顯，可見明顯的斷裂痕跡，低中山區(qū)邊緣可見數(shù)條斷裂交錯(cuò)延伸，與主斷裂呈樹狀分布，多數(shù)北向斷裂延伸至北側(cè)覆蓋層下隱伏，山前水系及地形局部有錯(cuò)斷痕跡，構(gòu)造跡象清晰，由此可見該斷裂規(guī)模巨大。北緣斷裂的衛(wèi)星影像及工程位置如圖2所示。

圖2　北緣斷裂的衛(wèi)星影像及工程位置示意

2.2物探成果及分析

本次研究中采用音頻大地電磁法(AMT)與測(cè)氡法相結(jié)合的物探方法，結(jié)合線路走向，共布置6條物探剖面，完成探測(cè)剖面長(zhǎng)度共9 550 m，探測(cè)深度達(dá)到地表下1 000～1 200 m。

從垂直線路方向的典型斷面來(lái)看，沿剖面方向電阻率的分布呈現(xiàn)為淺部、深部為高阻，中部斷層區(qū)域呈現(xiàn)為低阻的特征。以此來(lái)推測(cè)劃分，斷層發(fā)育區(qū)電阻率ρ在0～500 Ω·m范圍，靠山側(cè)淺部及底部推測(cè)為薊縣系或更老高阻地層，電阻率為：500～3 000 Ω·m。音頻大地電磁法成果如圖3所示。

圖3　音頻大地電磁法(AMT)成果

同時(shí)，斷面在山前斷裂位置向遠(yuǎn)處測(cè)點(diǎn)淺部區(qū)域均有高阻-低阻-高阻-低阻呈香腸狀的異常特征，結(jié)合測(cè)氡曲線分析(圖4)，物探推測(cè)此段區(qū)域由于山前斷裂構(gòu)造影響形成的斷裂帶及影響帶，帶內(nèi)薊縣系片巖夾大理巖節(jié)理裂隙發(fā)育或局部支斷層巖體破碎所致[13]。

圖4　測(cè)氡法成果

由以上物探成果斷面，可以初步判定，該斷裂帶主斷層位置臨近山腳下，為1條主斷層和至少2條以上平行次級(jí)斷層組成的區(qū)域性斷裂帶，主斷層帶寬100～200 m，傾角60°～80°，傾向南，為逆沖斷層，一條次級(jí)斷層帶寬30～100 m，傾角40°～70°，傾向南。該斷層應(yīng)為兩大板塊的界線，規(guī)模巨大，斷層主要隱伏于第四系洪積覆蓋層下，主斷裂地下深部延伸向青藏板塊底部，呈現(xiàn)出碰撞、擠壓、隆起的板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征。地質(zhì)成果解譯見圖5。

圖5　地質(zhì)成果解譯

2.3構(gòu)造特征分析

通過(guò)衛(wèi)星影響資料，物探成果分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查的結(jié)論，可以判定該斷裂為板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的一巨型斷裂帶，位于兩地塊的結(jié)合部位，因斷帶物質(zhì)受山前剝蝕、搬運(yùn)、沉積，其主斷裂面主要位于第四系覆蓋層下，為山前隱伏斷裂，主斷層寬30～200 m，斷裂面傾角40°～80°，傾向南，為一逆沖斷層。北側(cè)斷裂帶及影響帶隱伏于第四系地層下，南側(cè)斷裂影響帶位于低中山區(qū)前緣，該斷裂影響帶寬度為1 000～3 000 m。低中山區(qū)前緣巖層主要為一套中等變質(zhì)巖系，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和剝蝕作用，影響帶內(nèi)巖層產(chǎn)狀多變，局部可見鏡面及擦痕，巖體受擠壓過(guò)程，節(jié)理裂隙發(fā)育，揉皺極為發(fā)育，破碎帶內(nèi)主要為壓碎巖體、斷層角礫，局部有糜棱化現(xiàn)象。

3其他工程地質(zhì)特性

3.1自然地理?xiàng)l件

阿爾金山低中山區(qū)位于亞歐大陸內(nèi)部，屬典型的大陸型干旱性氣候區(qū)，氣候異常干旱、寒冷、多風(fēng)少雨，晝夜溫差大。北緣靠近山前地帶，風(fēng)的頻率高，風(fēng)力強(qiáng)，一經(jīng)起風(fēng)，便飛沙走石，能見度極低，年平均氣溫略高，年平均降水量、降雪量稍大，雨季集中，有瞬時(shí)洪水危害。根據(jù)場(chǎng)地地震安評(píng)的初步結(jié)論，結(jié)合本區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件及工程設(shè)置情況，地震動(dòng)峰值加速度0.15g，抗震基本烈度為Ⅶ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s[14]。

受區(qū)域構(gòu)造影響嚴(yán)重，基巖裂隙水普遍發(fā)育。廣泛分布于巖體的原生及風(fēng)化節(jié)理、構(gòu)造裂隙中，局部存在斷層構(gòu)造裂隙水，多分布于斷裂帶及影響帶中，具有一定承壓性，在補(bǔ)給條件較充足的條件下，斷裂帶及其影響帶一般為中等富水，局部為強(qiáng)富水區(qū)。

3.2地層巖性特征

本段出露的地層巖性主要為山前覆蓋的第四系沖洪積粉土、砂類土及碎石類土，其中以碎石類土為主；斷層帶內(nèi)主要為壓碎巖、斷層角礫、糜棱巖等構(gòu)造巖類，山腳處影響帶內(nèi)可見元古界薊縣系片巖、大理巖等原巖基本特征。典型地層剖面見圖6。

圖6　典型地層剖面

其兩種主要構(gòu)造巖類特征如下。

壓碎巖(Tr)：深灰色、灰白色為主，局部灰黑色，碎裂狀、塊狀，原巖大理巖、片巖為主，基質(zhì)多為巖粉、鈣質(zhì)、鐵質(zhì)等，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，礦物成分以角閃石、石英為主，裂隙發(fā)育-很發(fā)育。

斷層角礫(Fb)：深灰色，夾銹黃色、紅褐色，多呈角礫狀、碎塊狀，原巖成分主要有大理巖、片巖、千枚巖等，部分近乎未膠結(jié)，部分為巖粉、泥質(zhì)半膠結(jié)，少數(shù)鈣質(zhì)硅質(zhì)半膠結(jié)。

3.3不良地質(zhì)特征

段落內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為泥石流、危巖落石[15，16]。

區(qū)域內(nèi)自南向北高程落差大，受構(gòu)造作用影響巖體破碎，加之特殊的地理氣候特征，物理風(fēng)化作用強(qiáng)烈，第四系碎屑物質(zhì)來(lái)源較豐富，雨季有短時(shí)降水洪流，沿溝槽、溝谷極易發(fā)生泥石流。

該段線路經(jīng)過(guò)的大小泥石流溝共43處，絕大多數(shù)為小型、溝谷型，以水石流為主，多為初期-旺盛期。線路多走行于泥石流溝通過(guò)區(qū)和堆積區(qū)，泥石流對(duì)線路的危害程度多為輕微-中等，局部較嚴(yán)重。

段落內(nèi)南側(cè)山體陡峭、基巖裸露、風(fēng)化作用強(qiáng)烈，易形成危巖、落石，對(duì)鐵路工程具一定的危害。

4鐵路選線及工程措施建議

4.1線路概況

圖7　段內(nèi)線路工程地質(zhì)平面

圖8　段內(nèi)線路工程地質(zhì)縱斷面

格庫(kù)鐵路新建正線長(zhǎng)度1 213.948 km，自青海格爾木市起，沿柴達(dá)木盆地南緣向西，翻越阿爾金山進(jìn)入塔里木盆地，向北沿盆地東北部抵達(dá)新疆庫(kù)爾勒市，線路采用Ⅰ級(jí)、單線、電氣化鐵路標(biāo)準(zhǔn)。本區(qū)域段落范圍內(nèi)約120 km線路長(zhǎng)度內(nèi)高程驟降，由海拔約2 900 m，迅速降為1 100 m，北緣斷裂段處于16‰限坡足坡地段，線路方案選擇余地小，須長(zhǎng)距離走行于該斷裂破碎帶及其影響帶內(nèi)，加之泥石流、危巖落石的不良地質(zhì)危害所帶來(lái)的工程地質(zhì)問(wèn)題，對(duì)該段線路的局部方案優(yōu)化和工程設(shè)置要求較高。段內(nèi)線路工程地質(zhì)平、縱斷面分別如圖7、圖8所示。同時(shí)，線路經(jīng)過(guò)的山腳下及山前洪積漫流區(qū)泥石流發(fā)育，山坡側(cè)危巖、落石常突然發(fā)生，危害性較大，為了降低以上不良地質(zhì)對(duì)鐵路工程造成的損失和危害，保證線路的安全建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，該段工程應(yīng)采取必要的防治措施。

4.2選線及工程措施建議

(1)線路應(yīng)避免以重、特大工程長(zhǎng)距離走行于主斷層位置，線路無(wú)法繞避主斷層位置時(shí)，應(yīng)選擇大角度相交通過(guò)。

(2)線路應(yīng)避免以隧道方式通過(guò)該段落。路基工程確實(shí)繞避泥石流困難并且其規(guī)模和危害都比較小的情況下，應(yīng)加強(qiáng)泥石流的疏導(dǎo)工程；可以在其堆積區(qū)前緣以路堤填方工程通過(guò)，并留夠橋涵工程的數(shù)量及規(guī)模，不應(yīng)以路塹工程通過(guò)泥石流堆積區(qū)。

(3)應(yīng)以橋梁方式垂直跨越泥石流狹窄流通區(qū)的直線段，避免走行于泥石流堆積扇頂位置。橋梁工程應(yīng)盡可能加大孔徑留足凈空，為泥石流的排放預(yù)留足夠的高度和寬度，橋臺(tái)側(cè)需設(shè)置導(dǎo)流設(shè)施；若泥石流的組成物質(zhì)塊石顆粒巨大，容易對(duì)橋墩造成危害時(shí)，應(yīng)避免在溝心設(shè)置橋墩，若無(wú)法避免時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)橋墩的防護(hù)措施。

(4)靠山側(cè)山體陡峭，受斷裂帶構(gòu)造影響，巖體破碎，工程性質(zhì)差，應(yīng)避免選擇陡坡掛線，不宜設(shè)置深挖高填工程。在坡面穩(wěn)定的地段，對(duì)軟質(zhì)易風(fēng)化巖質(zhì)邊坡，緩坡可采取噴漿、抹面，陡坡可采用護(hù)墻等措施；對(duì)硬質(zhì)巖質(zhì)邊坡，應(yīng)灌漿填縫，必要時(shí)設(shè)置錨桿；若存在坡面巖石突出或有不穩(wěn)定孤石時(shí)，應(yīng)予以清除。在坡面不夠穩(wěn)定的地段，應(yīng)放坡刷坡，采取主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，并加強(qiáng)地表排水[17]。

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Tectonic Characteristics of North Altyn Border Fault and Suggestions for Railway Route Selection

ZHANG Yu-xi

(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.， Xi’an 710043， China)

Abstract：Based on the survey of Golmud-Korla railway， this paper studies the tectonic attribute， genesis and features of the north Altyn border fault. With AMT geophysical prospecting method and in combination with radon method and detailed geological investigation， it is ascertained that the fault is located in the two micro block boundaries， at the foot of northern margin of the Altyn Mountains， and is a regional tectonic fault zone. The main fault is 30～200 m wide at 40°～80° angle， dipping to the south， and a thrust fault with 1 000～3 000 m affected width， characterized by mud-rock flow and rockfall in the huge fault zone. Identification of the above features helps providing important references for route selection and recommendations for proper engineering measures in the light of the geological conditions of the project．

Key words：Golmud-Korla Railway; Fault structure; AMT geophysical prospecting; Radon method

中圖分類號(hào)：U212.32

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.04.003

文章編號(hào)：1004-2954(2015)04-0009-04

作者簡(jiǎn)介：張玉璽(1984—)，男，工程師，2009年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，工學(xué)碩士，E-mail：xyz84124@163.com。

收稿日期：2014-11-25； 修回日期：2014-12-11