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青藏高原东北缘活动断层科考与代古寺水库地震危险性评估 精选

已有 17284 次阅读 2022-7-20 09:40 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记

本文是我门下的翟梦阳博士生所写,反映了他在科考青藏高原东北缘活断层时的见闻、思考和认识,亦展现了他基于科考工作的升华——科学评估了代古寺水库地震危险性。鉴于这些工作或对有关部门和人士有所裨益,故借助我的博客发表。

在第二次青藏高原综合科学考察项目某课题的资助下,2019831日至922日,我和薛师兄参加了青藏高原东北缘的科考工作,其地处青藏高原向北东方向扩展的前缘部位,北邻阿拉善地块,东接鄂尔多斯地块(图1)。受印度-欧亚板块碰撞的影响,青藏高原东北缘地壳变形强烈,活动断层发育,地震活动频发,地震危险性很高。例如,青藏高原东北缘曾发生1920年宁夏海原MS8.51927年甘肃古浪MS8.01932年甘肃玉门昌马MS7.8地震,造成了严重的人员伤亡和财产损失。

此次科考范围包括兰州市以西的甘肃省大部分区域,以及新疆哈密市周边区域;科考主体路线沿河西走廊延伸,沿线主要城市为兰州、白银、武威、金昌、张掖、酒泉、嘉峪关、玉门、敦煌和哈密,全长近1500公里。河西走廊位于青藏高原东北缘(图1),前者东起乌鞘岭,西至新疆交界,南北介于南山(祁连山和阿尔金山)和北山(马鬃山、合黎山和龙首山)之间,长约900公里,宽数公里至近百公里,为西北-东南走向的狭长堆积平原。

                                               1 青藏高原东北缘活动构造展布(郑文俊, 2016

F1.祁连-海原断层带,F2.阿尔金断层带,F3.西秦岭断层带,F4.东昆仑断层带,

F5.香山-天景山断层带,F6.陇县-岐山-马召断层,F7.六盘山断层带,F8.党河南山断层,

F9.野马河-大雪山断层,F10.昌马-俄博断层带,F11.祁连山北缘断层带,F12.玉门断层,

F13.嘉峪关断层,F14.金塔南山断层,F15.合黎山南缘断层,F16.龙首山断层带,

F17.鄂拉山断层,F18.拉脊山断层,F19.柴达木盆地北缘断层带,F20.雅布赖山断层,

F21.三关口-牛首山断层,F22.贺兰山西麓断层,F23.罗山东麓断层,F24.黄河断层

         2019831日,我和薛师兄乘坐飞机从北京抵达兰州。91日,所有科考队员从兰州市地质宾馆出发,开始第二次青藏高原科考之旅。一路上,我们首次领略了祖国大西北地区雄伟壮观的自然风光。例如,规模宏大的刘家峡水库,风景旖旎的“塞上江南”——金张掖,凝结着劳动人民无数汗水的八步沙林场以及广阔无垠的戈壁滩,都给我们留下了深刻印象。由于路程较远,且野外踏勘时路况较差,车辆在路途中偶尔会遭遇到抛锚的情况,但总体过程还算比较顺利。需提醒的是,高速公路上行车一定要注意安全。有一天,我们在科考途中,曾目睹一起大卡车侧翻事故,所幸并无人员伤亡(图2)。


2 卡车侧翻事故现场

我和薛师兄所在小组的科考任务是调研青藏高原东北缘的主要活动断层。由于科考范围较大,我们采用了由大到小、由面及点的工作方法。我们通常借助典型的地质、地貌和水文地质特征对其进行鉴别,包括地层不连续、断层三角面、断层陡坎、断层破碎带、水系或冲沟的旋转错断、地表破裂带等(图3)。我们研究活动断层的工作流程为:

1)通过解译航卫片、分析地质图和查阅有关资料,推断断层的大致位置和活动性质。

2)通过无人机获取研究区的精细化影像(图4a),识别通过航卫片难以辨清的冲洪积扇、冲沟水系错断等断层活动标志,以进一步厘清断层的活动性质。

3)实地测量断层面产状(图4b),获取其走向、倾向、倾角等信息;根据观察到的断层擦痕、牵引构造、拖曳褶皱等信息,识别断层的运动方向(图4c)。例如,观察和用手抚摸擦痕时,由粗到细、由深入浅、触感光滑的方向,指示对盘运动的方向。

4)采集断层岩和断层泥样品(图4d),通过分析其结构和成分特征,可判定断层的基本属性(脆性断层还是韧性断层)、活动时间及其形成时的温压条件。


3 青藏高原东北缘活动断层调研

4  活动断层野外调研方法

白龙江引水工程是我国拟建的一项跨流域长距离调水工程,其将长江流域白龙江(嘉陵江支流)水源引入黄河流域甘肃陇东地区,以解决该地区的水资源短缺问题。该引水工程由水源枢纽、输水总干线、输水干线和末端备用水库四部分组成,其中位于甘肃省迭部县、地处青藏高原东北缘地区的代古寺水库是白龙江引水工程的水源枢纽(图5)。因此,科学评估代古寺水库的地震危险性,就成了一个极其重要的问题。基于野外工作掌握的第一手资料,结合多锁固段脆性破裂理论,我觉得能够给出该问题的科学解答。于是乎,我开展了如下工作:

1)分析了代古寺水库所在地震区——海原地震区——地震趋势(图6);

2)根据海原地震区主要活动断层的发震潜力,预判了未来标志性地震的发震断层(图7);

3)根据发震断层空间展布特征,预判了未来标志性地震的震中位置(图7);

4)根据上述结果和地震烈度衰减关系,计算了代古寺水库的地震烈度,并提出了抗震设防建议。 

5  代古寺水库及其周围地区地震构造图


6  误差修正后海原地震区MS5.5地震的CBS与时间关系


7  海原地震区内断层与MS6.6地震分布

上述工作完成后,我打算据此写篇论文。那么,是以英文形式发在国际SCI期刊还是以中文形式发在国内中文期刊呢?我当时颇感踌躇。经过斟酌,我觉得若论文发在国内中文期刊,国内有关部门和人士看到的可能性大,这既有助于其做出科学决策,也能响应把论文写在祖国大地上的时代呼唤。鉴于此,我撰写了论文初稿,并经秦老师和其他团队成员多次修改后,投稿至《工程地质学报》。现在,论文已正式刊出,感兴趣的人士可通过附录中的链接阅读之。

最后,我谈三点科研体会:

1)大自然是最好也是最真实的实验室,野外工作可使我们获得了解大自然的第一手资料,这是室内实验室无法比拟的。

2)此次科考经历使我充分认识到,理论、实验和数值模拟研究应更加注重调研对象的地质属性和特征。

3)地质体的演变过程极其复杂;为揭示其奥秘,我们应以“大胆假设、小心求证”为行动指南。显然,求证是重中之重,而野外工作是重要的求证方式。

参考

郑文俊, 袁道阳, 张培震, . 2016. 青藏高原东北缘活动构造几何图像、运动转换与高原扩展[J]. 第四纪研究, 36(4): 775-788.

附录:

翟梦阳, 秦四清, 薛雷, . 2022. 白龙江引水工程代古寺水库及其周围地区地震危险性评估[J]. 工程地质学报, 30(3): 920-930. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2022-0111

http://www.gcdz.org/article/doi/10.13544/j.cnki.jeg.2022-0111



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