以下内容摘抄自《川藏铁路通麦‒鲁朗段浅层结构背景噪声成像》花茜,裴顺平,郭震,蔡福龙,丁林,薛晓添,李磊,李佳蔚,刘翰林,刘巍
关键词:川藏铁路;短周期密集台阵;背景噪声层析成像;S波速度结构;地震学
文章编号:1000-2383(2022)09-3447-16
摘 要
为探明川藏铁路通麦‒鲁朗段浅层地质结构特征,有效评估铁路沿线地质灾害风险,保障铁路设施安全运转,基于短周期密集台阵波形数据利用背景噪声层析成像技术获得了浅地表高分辨率的S波精细速度结构,并结合地质调查结果,精确判断沿线断层几何形态及活动特征。S波速度结构和地质调查结果显示沿线低速区和断层分布有很好的对应关系,断裂F1~F6较好地控制了下方低速区的几何形态。结合地质及地震资料可推断:(1)米林Ms6.9地震发震构造可能属于一条由一系列叠瓦状和背冲式断裂组成的断裂体系,该断裂体系的地震活动存在不断向北西端发育的趋势,地震危险性较高。在断裂体系北西端的拉月隧道,未来可能有较强的地震活动性。(2)嘉黎断裂南支西兴拉断裂在剖面处属于隐伏断裂,F5和F6可能都属于贡日嘎布曲分支,呈高角度W倾,强烈的壳内破碎带特征,可能与嘉黎断裂不断地高角度右旋逆冲剪切运动有关。(3)研究区密集的断裂控制着地下热流循环,高温流体的溶蚀作用加剧了构造作用中岩体的破碎程度,降低了岩体稳定性,易引发多种类型的地质灾害;因此,川藏铁路通麦‒鲁朗段应配备能有效应对地质灾害的监测预警系统及应急机制,保障隧道及铁路设施的正常运转。 1引言
川藏铁路是现今我国正在规划建设的一项重大铁路工程,东起成都,向西途径雅安、康定、理塘、贡觉、昌都、波密、林芝、山南、终于拉萨,全长1570 km,几乎穿过整个青藏高原中东部(郭长宝等,2021)。川藏铁路沿线地形地貌复杂,构造活动强烈,跨越多条活动断裂、河流和构造地块,这些频繁发育各类地质灾害的活动区域增加了川藏铁路建设和维护的难度。目前,成都到雅安段和林芝到拉萨段分别于2018年和2021年建成通车,雅安到林芝段(雅林段)仍在修建之中。雅林段途径11条全新世活动断裂,存在17段地温异常区(徐正宣等,2021),复杂的地质地形条件和气候条件,使工程建设面临着前所未有的挑战。川藏铁路工程前期规划研究表明雅林段地形高差显著、山地灾害频发、水热问题严重、构造活动异常活跃,因此深埋隧道(如:康定隧道及拉月隧道)线路长、坡度大,同时可能遭遇高温高压、岩爆、地热、突发性涌水及软岩大变形等重大工程地质问题(漆继红等,2021;郭长宝等,2017)。其中米林‒波密段深大隧道最多,现已规划易贡隧道、通麦隧道、拉月隧道、鲁朗隧道、色季拉山隧道5个隧道,完成钻孔101个,包含较多高地应力、高地温区块。由此可见,雅林段的顺利完工及运营需要做好完善的地质灾害早期识别评估、风险防控及应急保障工作,清晰地探明规划线路下方的地壳结构特征是工程地质研究的重要参考指标。
受印度板块不断地北东向碰撞和俯冲影响,雅鲁藏布江缝合带在该区域发生急剧转折,形成了顺时针偏转的拇指状构造——喜马拉雅东构造结(简称东构造结),其中东构造结顶端是该区域现今构造变形最强烈的地区,孕育了多种性质的断裂体系,右旋走滑的嘉黎断裂、东久‒米林断裂、雅鲁藏布江缝合带等多条断裂带在这里交汇(Ding et al., 2001;白玲等,2017),体现出复杂的构造应力状态。近50年来,东构造结共发生3.0级以上地震2000余次,4.5级以上地震240余次,大部分的地震活动集中在东构造结顶端区域(白玲等,2019),5级以上地震沿主要断裂展布(尹凤玲等,2018),1992年以来,约每12年左右发生一次M1.6.0级以上地震(韩佳东等,2019)。2017年11月米林Ms6.9级地震沿NW‐SE向破裂后,余震活动持续,同时该区域应力水平较高,仍存在大震危险性(Peng et al.,2018)。强烈的断层活动还会引起破碎带岩体失稳,对隧道围岩稳定性具有潜在危害。雅林段的拉月隧道便位于构造运动最活跃的东构造结顶端,全长31.7 km,最大埋深2080 m,是工程量和危险性最大的隧道之一。因此本文在拉月隧道南侧约2 km,平行于隧道布设了一条40余公里的线性短周期密集台阵,通过对该条线性剖面浅地表的结构研究,讨论该区域浅层壳内活动构造的几何特征,有效评估活动断层对川藏铁路的影响。
背景噪声互相关方法以时间随机、成本较低等优势逐渐成为壳幔结构反演的主要方法(Yao et al.,2008;Liang and Langston,2009;Li et al., 2009)。利用短周期密集台阵波形数据,通过对高频信号的保留可获得高分辨率的浅地表结构,现已广泛应用于城市空间环境、活断层、火山、地质资源探测等领域(Wang et al., 2018,2019b; Li et al., 2019;俞贵平等,2020;李玲利等,2020;He et al., 2021)。此外,震源机制解(杨宜海等,2021;易桂喜等,2021)和余震精定位(Liu et al., 2020)也可以提供断裂几何形态的重要信息。因此,研究将基于布设在通麦-鲁朗段的短周期密集台阵,通过噪声成像方法获得浅层高分辨率的壳内精细结构,结合地质及地震资料分析该段地壳浅层结构特征和断裂性质,合理评估区域断层活动性,为川藏铁路拉月隧道的灾害防控工作提供资料。
图 1 研究区区域构造背景及台站分布
2数据与方法
研究组于2021年4月在拉月隧道南侧通麦‒鲁朗段,沿318国道线性布设了78台短周期流动密集台阵(SmartSolo IGU‐16HR EB 3C短周期地震仪,频带范围0.2~150.0 Hz),台站分布如图1所示,台间距500 m,全长约40余公里,监测时长约40 d。本研究选取为期37 d的Z分量波形数据,利用背景噪声互相关方法进行层析成像反演,获取沿线S波速度结构剖面。
2.1 数据预处理
对原始数据的处理流程包括:数据预处理,时域互相关计算,时频相位加权叠加,图像分析法提取频散曲线及S波层析成像。其中,原始数据的预处理采用去趋势、去均值、降采样(50 Hz)、带通滤波(0.2~2.0 Hz)、频谱白化、时域归一化的处理过程。时域互相关计算及相位加权叠加采用双台法(Roux et al., 2005;Campillo and Roux,2015)获取经验格林函数。时频图像分析法(FTAN;Yao et al., 2006)基于基阶面波格林函数在时间域内的远场近似原则进行多重滤波,对获得的经验格林函数进行基阶群速度及相速度频散曲线的提取。
2.2 经验格林函数和面波频散信息
计算经验格林函数时,对每日不同频段的背景噪声分别进行互相关计算后再加权叠加得到单日互相关函数,将37 d互相关函数全部加权叠加并求导,最终获得2527条经验格林函数。图2展示了按台间距排列的1~3 s及3~5 s两个频段的部分信噪比(SNR)大于5的经验格林函数波形,两个频段的面波显示了明显的面波走时曲线,速度主要集中在2.5~3.0km/s。同时,面波信号呈现出强烈的非收敛性,低频段(3~5 s)的面波收敛性比高频段(1~3 s)要好,信噪比也更高。由于面波信号主要受地壳非均匀性影响,低频面波比高频面波具有更好的穿透深度和较慢的衰减性,因此受浅层地壳强非均匀性影响较弱,而高频面波的非收敛性及信噪比在很大程度上受到了浅层地表结构强非均匀性的控制(田原等,2020)。在瑞雷面波频散曲线提取的过程中,依据基阶面波格林函数在时间域内的远场近似原则,笔者只拾取台间距大于1.5倍波长,信噪比大于5的格林函数波形。可获取的面波周期为0.5~5.0 s,去除其中具有较大速度突变的频散曲线后,最终共获得1887条5 s内的相速度及群速度频散曲线。频散曲线的数量随周期的增大逐渐减小,瑞雷面波平均群速度小于2.4 km/s,平均相速度则略大于2.4 km/s(图3)。
2.3 S波层析成像反演
面波频散信息到三维S波速度的反演是基于快速行进方(Rawlinson and Sambridge,2004)和小波变换的稀疏性约束方法(Fang et al., 2016)的一步法三维表面波层析成像反演(Fang et al., 2015)。该方法的优势在于考虑了复杂介质中面波传播的射线弯曲效应,增加了真实频散数据的拟合度。因此,为获得可靠的反演结果,该方法需要给予合适的反演参数λ。λ是控制反演的平滑参数,用来平衡数据残差和模型光滑度,λ越大,模型越光滑,对初始模型的依赖也越强,λ越小,数据拟合度越强,可能会造成一定的计算误差。有效的运用L‐curve分析法(Pan et al., 2019)可选取合适的参数λ进行反演,从而确保反演的可靠性。图4展示了λ小于20的L‐curve曲线,其中曲线的拐点位置对应的λ值即为最佳值,反演中取λ=1.39。另一方面,在初始模型的设置中,考虑到浅地表壳内速度非均匀性较大,大范围的壳幔速度结构模型无法作为局部区域浅层速度变化的参考,因此对线性初始模型的设置结合了面波频散的速度范围和递增的经验公式v(i)=minvel+dep(i)×0.2,其中i为层数,minvel为最小S波速度值,dep(i)为第i层的深度,v(i)为第i层的S波速度。
经过20次迭代反演后,初始模型和每次迭代的平均速度模型如图5所示,其中最终反演的平均速度模型(蓝色实线)在1.8~3.0 km/s范围内表现为递增的变化形式,4 km以内与初始模型较为一致,在纵向上不存在大范围的速度异常层。
3测试与对比
为证明反演结果的可靠性,笔者对面波频散曲线及成像结果进行了不同的测试和对比。
3.1 敏感核测试
根据经验公式Vp=1.7321Vs,密度rho=1.741Vp×0.25,设置该区域的包括Vs、Vp及rho在内的一维初始模型,分别计算不同频率的平均面波群速度频散曲线和平均相速度频散曲线对不同深度的敏感性。从图6中可以看出,群速度频散曲线和相速度频散曲线随频率的减小敏感深度逐渐增加,群速度频散曲线的敏感深度范围较相速度更大,0.2~0.3Hz的群速度和相速度对7km范围深度的速度结构仍有较好的敏感性。
3.2 检测板测试
由于线性台阵的射线分布不同于二维平面台阵,高密度射线区主要沿剖面走向分布,垂直于剖面走向没有射线分布。因此,平面上笔者仅在垂直于剖面的方向设置速度扰动(图7a)。将每一层划分为0.012°× 0.012°的网格,理论模型的平面异常速度网格设为0.048°× 0.048°,速度扰动设为± 0.5km/s,所有反演参数与实际资料反演参数相同,反演后获得的输出模型如图7b~7d所示,不同深度切片(1.4 km、2.6 km、4.0 km)垂直于剖面走向方向都具有明显的速度变化,可较好地恢复检测板模型的速度扰动,说明本次的频散曲线分布可有效地反演真实速度模型。同时,0.048°×0.048°的网格大小经测试是可恢复的最小网格。因此,三维反演的速度结构可较好地分辨横向5km以内的速度异常体。剖面的检测板测试可用于分辨模型的纵向分辨率,笔者在浅层和深层分别设置了400 m和500 m厚度的高速异常体作为输入模型(图8a),速度异常为+0.6km/s。输出模型可较清晰地反映两个异常体的形态和速度大小(图8b),因此,模型浅层(<2.6km)的纵向分辨率可达400 m,深层(>2.6km)的纵向分辨率约500 m。
图 7 不同深度的平面检测板测试
图 8 剖面检测板测试
3.3 走时残差对比
反演后,笔者还计算了第一次迭代和最后一次迭代反演的走时残差,走时残差的平均值从反演前的-1.58s下降到-0.61s,标准差由2.06s收敛至1.73s,反演后呈现了较好的正态分布(图9),说明反演方法具有较好的稳定性。
图 9 反演前后面波走时残差分布
3.4 成像结果对比
在研究区密集台阵观测的时段中,玛多Ms7.4地震发生在研究区的NE方向,98.34°E、34.59°N的位置,笔者从记录的波形中截取了清晰的玛多地震完整震相。这提供了一个利用近震面波双台法(Knopoff,1972)提取相速度频散曲线的机会,进而利用与背景噪声相同的层析成像方法(如2.3节所述)反演,可验证背景噪声成像结果的可靠性。考虑到近震面波双台法提取的频散曲线仅是面波相速度信息,笔者同样仅取背景噪声互相关提取的面波相速度频散曲线进行单独反演,综合对比两者的成像结果。
近震面波双台法提取频散曲线的数据处理过程如下:截取主震面波波形(长度80 s),滤波(<1 Hz)后进行双台互相关,对互相关函数利用FTAN方法(如2.1节所述)提取相速度频散曲线。由于玛多主震到各台的连线和双台连线之间的夹角约20°,在提取中笔者将这一角度进行了到时校正,校正到双台连线的方向,以得到精确的到时差。最终利用双台法提取的相速度频散曲线共1091条。
图 10 背景噪声成像和近震面波成像结果对比
三维反演时的反演参数和初始模型都与背景噪声相速度频散曲线反演相同,反演后的结果如图10所示。两个剖面的低速异常结构特征具有较高的一致性,剖面东部较西部而言一致性更强,可能是远台接收到的玛多地震面波信噪比较低,频散曲线分布较稀疏所致。总体看来,背景噪声反演结果具有较高的可靠性和分辨率,速度结构特征更清晰明确,特别是相速度和群速度频散曲线结合反演,对速度异常结构约束性更强,在小区域精细结构研究中有不可替代的优势。由此可知,短周期背景噪声成像虽在一定程度上受到地壳浅层非均匀性的影响,高频相干噪声呈现一定弥散性,面波格林函数信号显示的信噪比不高,但按要求提取的频散曲线仍具有反映真实模型的能力。
4结果与讨论
4.1反演结果
根据S波速度剖面成像结果,结合研究组地质调查获得的剖面出露断裂数据F1~F6及以北2 km范围的拉月隧道内钻孔数据(地温、应力;中铁二局提供)进行对比分析。如图11所示,剖面由西向东地表依次出露NW‐SE向断裂F1~F6,途径拉月温泉群、排龙温泉群、及常青温泉群。壳内2 km以上速度结构具有明显的横向非均匀性,呈高低速相间排列特征,F1~F6较好地对应了下方不同低速区。
F1下方对应了结构较小的低速体边缘。F2位于低速体1的西边界,低速体1呈高角度E倾形态,2km深度以上低速明显(约1.6 km/s)且集中,向下延伸至4 km左右,再次出现横向上局部低速结构,速度约2.0 km/s。低速体1北侧约2 km处是拉月隧道钻孔8,钻孔8显示了区域异常高地温现象,温度达58.3℃,由于低速体1与钻孔8距离很近,笔者推测低速体1的形成可能与高地温环境有关。F3和F4壳内以低速体2为特征,呈现明显的W倾,埋深约为2 km,具有高角度铲形结构,伴随发育了拉月温泉群和排龙温泉群。F5下方低速区3倾向W,高角度铲形结构,宽约4 km,厚约2 km,伴随发育了95℃的常青温泉群。F6下方低速区4是剖面中低速范围最大的区域,宽约5 km,厚约5 km,呈现近乎直立的高角度W倾特征。拉月隧道钻孔5对应了低速体1和2之间的高速区,显示了高地应力值(43 MPa)。由此可见,速度反演结果与地质构造及勘探地球物理数据有较好的一致性。研究区丰富的温泉资源揭示了该区域存在3个必要地质条件,富水层、地下热源和丰富断裂(Li et al., 2021),较高的地温和塑性破碎带都可能是导致近地表低速的原因。低速体1、2、3沿倾向向深部延伸至4.5km左右汇聚成一个低速区(图11黑色点线圈出),结合拉月、排龙和常青温泉群的地表位置,笔者推测该低速区可能反映了温泉的壳内供给区,意味着3处温泉可能具有相同的地下水源,随不同断裂向上运移,高度发育的断裂体系或破碎带作为良好的载流通道控制着流体的地下循环,循环深度约为4.5km。这一认识与水文地化研究成果(彭琪,2020)有较好的一致性。该区域中下地壳广泛的低速结构(程成等,2017)和较高的热流值(85~95 mW/m2;姜光政,2016)可能为浅层流体循环提供了持续性的热源。
4.2断层结构特征讨论
断裂带下方的速度结构可以反映断裂带的几何形态和深部延展趋势,揭示隐伏断层。根据获取的高分辨率成像结果,笔者推测了研究区内多条断裂的结构特征,其中F1、F2为E倾,F2~F6为W倾;F3~F5具有更高的断裂倾角,反映了高角度铲形构造。笔者将结合地震、地质资料对断裂的具体结构特征进行深入探讨。
4.2.1雅鲁藏布江缝合带
雅鲁藏布江缝合带位于东构造结前缘,呈拇指状形态,将南迦巴瓦构造体与以北的拉萨块体分隔开,具有强烈的韧性剪切作用、复杂的构造动力学机制和多期次活动特征。该缝合带被多个分段断裂分隔为性质和演化各异的4段主要韧性剪切带,分别是墨脱‒阿尼桥韧性走滑剪切带、拉月‒迫隆乡韧性逆冲剪切带、鲁朗‒拉月左行走滑剪切带、嘎玛‒米林左行伸展转换剪切带(许志琴等,2008)。其中拉月‒迫隆乡韧性逆冲剪切带和鲁朗‒拉月左行走滑剪切带穿过了笔者的研究区域。
与许志琴等(2008)的地质研究结果对比可知,F1是拉月‒迫隆乡韧性逆冲剪切带和鲁朗‒拉月左行走滑剪切带的NW‐SE向的分段断裂,F4是弧形展布的拉月‒迫隆乡韧性逆冲剪切带。笔者的结果显示F1具有NW向、NE倾特征,浅地表发育厚约1.5km的低速体,由于埋深较浅,考虑为破碎带或流体侵入所致(图11)。彭琪(2020)通过地质调查确定该断层为左旋平移走滑,走向NW,倾向NE,倾角约50°~80°,局部呈直立,地表断裂带宽度约50m,发育碎裂岩、断层角砾岩等,与笔者的结果有较好的一致性。壳内低速结构特征显示F4具有高角度W倾特征,浅部发育高角度铲形结构,考虑到紧靠F4发育的排龙温泉群,浅部低速异常可能为高温流体侵入断裂破碎带所致。许志琴等(2008)认为拉月‒迫隆乡韧性剪切带发育大量具有挤压机制的逆冲断裂褶皱构造,岩石具有强烈的糜棱岩化,这种塑性变形机制反映了高温流体的催化作用。
图 11 反演后的 S 波速度剖面成像
4.2.2 2017年米林Ms6.9地震序列发震断裂
2017年在研究剖面以南约18km发生了米林Ms6.9地震(29.87°±0.01°N,95.02°±0.01°E,震源深度10 ± 2 km;白玲等,2017)。前人对该地震序列做了大量研究,发现有多条发震断裂,米林地震的发生同时触发了其他次级断裂的地震活动(图1)。主震发震断裂方面,地震精定位结果指出发震断裂为NW走向、NE倾的高角度逆冲断裂(尹昕忠等,2018;叶进等,2020;Xie et al., 2021),同震形变场结果也同样指示了NE倾的逆冲断层形变场特征(刘云华等,2018;王林等,2019)。地震重定位结果对余震发震断裂的几何形态仍存在一定的争议,部分结果表明余震分布显示了明显的SW倾发震构造(韩佳东等,2019;Wang et al., 2020),也有结果表明余震发震断裂也具有显著NE向陡倾特征(叶进等,2020)。发震断裂位置方面,目前研究普遍认为米林地震序列主要发生在西兴拉断裂西南侧的2~3条近乎平行的次级断裂上(韦伟等,2018;Xiong et al., 2019;Wang et al., 2020;叶进等,2020)。
通过对比以上研究成果,笔者选取叶进等(2020)给出的3条发震断裂位置,包括1条主震发震断裂及2条余震发震断裂(图1)。三条发震断裂都位于F2到F3之间,其中余震发震断裂1与F2重合,主震发震断裂和余震发震断裂2地表无断裂露头,说明其在北西端暂未破裂至地表,呈隐伏断裂形式。结合F2、F3下方的低速结构特征(图11)可推断:F2走向NW,高角度E倾,断裂向下延深至5km以下,与米林主震发震断裂及余震发震断裂1具有一致的断裂性质(叶进等,2020),笔者推测F2可能是余震发震断裂1在剖面的地表露头;F3走向NW,高角度W倾,与余震发震断裂2具有较一致的断裂性质(Wang et al., 2020)。由此可见,F2、F3和米林地震序列的发震构造可能组成了一系列走向近乎平行、倾向相同或相对、倾角相近的叠瓦状和背冲式断裂体系。历史地震分布研究表明米林地震序列处在一条NW‐SE向展布的长约280km的地震密集带上,米林地震位于该地震密集带的北西端,可能指示了一个新的断裂体系(唐方头等,2019),这与笔者的推测相吻合。Xie et al(2021)根据最大破裂面积推测该断裂体系未来有产生Mw7.7地震的能力。库仑应力模拟结果也表明,历史大震事件频发加剧了该区域的地震风险(Xiong et al., 2019)。米林地震发震断裂已穿过研究剖面,地震活动呈现向断裂两端继续扩散的趋势,两端相对较低的b值,预示着仍存在较高地震危险性(Peng et al., 2018)。因此,处在具有强烈活动性的断裂体系北西端的拉月隧道,在未来可能发生较频繁的地震活动,将对川藏铁路的维护及灾害防治工作带来较大影响,应予以重视。
4.2.3 嘉黎断裂
嘉黎断裂横跨剖面东端(图1),经通麦沿易贡藏布江展布,走向为NWW,是一条大型的右旋走滑剪切带(许志琴等,2011),右旋滑动速率可达5~20 mm/a(Armijo et al., 1989),其构造演化较复杂,分段性明显且断裂性质多样(胡波等,2011;王晓楠等,2018),是东构造结最主要的活动断层之一。嘉黎断裂在易贡‒通麦段附近自北向南分为3个分支,北支从南侧错断易贡藏布,由NWW向90°转弯沿SSW方向汇入帕隆藏布延展;中支贡日嘎布曲分支沿易贡藏布,经过通麦向SE方向延伸;南支为西兴拉‒达木断裂,但受自然条件的限制,SE方向缺少断层出露的相关地质证据(丁林和来庆洲,2003),因此断层详细的地表展布暂不可知。
西兴拉断裂作为嘉黎断裂中段的一个分支断裂,研究程度较低,根据Ding et al.(2001)的刻画(图1),西兴拉断裂始于加拉白垒峰及山间谷地发育的大型冰川,以NNW的曲线走向,终于易贡湖区域,大致从F4以东的区域穿过研究剖面。但F5具有较明显的NW‐SE走向,与西兴拉断裂NNW走向不符,笔者推测西兴拉断裂在该处并没有地表露头,属于隐伏断裂。速度结构显示F5为W倾的深大断裂(图11),下方震源机制解(李鸿儒等,2021)反映了其右旋走滑特征。F5的断裂性质与嘉黎断裂通麦段的性质(赵远方等,2021)一致,因此笔者推测F5可能为嘉黎断裂系的一个次级断裂。
根据丁林和来庆洲(2003)的描述,F6应为中支贡日嘎布曲分支。成像结果显示其呈高角度W倾,下方低速体宽约5 km,深约5 km(图11)。李鸿儒等(2021)认为贡日嘎布曲分支由多条断裂组成,宽度达10 km以上,并伴随强烈断层破碎带,破碎带内发育大量糜棱岩及冰川,因此F6下方的低速体反映了浅层破碎带的几何特征;此外,贡日嘎布曲分支沿易贡藏布河谷两岸有新老两条断裂平行展布,由于F5与F6几何特征的相似性(图11),笔者推测走向近乎平行、倾向相同的F5和F6可能为新老两条断裂,与西兴拉断裂共属于嘉黎断裂系。深部结构研究表明嘉黎断裂附近壳幔具有垂直连续的SE走向变形模式(Gan et al., 2007;崔仲雄和裴顺平,2009;常利军等,2015;Wang et al., 2019a),现今活动主要受到印度板块的俯冲影响,壳幔整体右旋挤压作用强烈,断裂带两侧深部结构具有较大差异,复杂的构造环境加剧了嘉黎断裂的断层活动性(Fu et al., 2010;Dong et al., 2016;Bao et al., 2020),是嘉黎断裂地震频繁发生的主要原因。
综上所述,研究区通麦‒鲁朗段现今仍处于强烈的构造挤压作用下,断层交错复杂,隐伏断裂较多,存在多个活动性较强的断裂体系,普遍发育强烈的地表破碎带,由于温泉分布广泛,壳内高温流体富盈,可能长期伴随着流体的溶蚀作用(漆继红等,2021),加剧了构造作用中岩体的破碎程度,造成岩体极差的稳定性,更易引发多种类型的地质灾害。因此,川藏铁路通麦‒鲁朗段应配备有效应对地质灾害的监测预警系统及应急机制,保障隧道及铁路设施的正常运转。
结 论
短周期密集台阵背景噪声层析成像技术可较好地还原浅地表精细S波速度结构,能够在低成本、高效的数据收集和分析过程中,对壳内速度异常体进行准确识别,进一步准确判断断层几何特征。结合地质构造及地震资料,可有效进行线路规划、工程安全评价及后期地质灾害评估。本研究利用布设在通麦‒鲁朗的短周期线性台阵获得了研究区S波速度剖面成像,经过讨论得到以下几点认识:
(1)米林地震主震发震断裂和余震发震断裂2,为隐伏断裂,推测余震发震断裂1可能在剖面处存在地表露头F2;米林地震发震构造可能属于一条由一系列走向近乎平行、倾向相同或相反、倾角相近的叠瓦状和背冲式断裂组成的断裂体系,该断裂体系的地震活动存在不断向北西端发育的趋势,地震危险性较高。处在具有强烈活动性的断裂体系北西端的拉月隧道,未来可能有较频繁的地震活动,将对川藏铁路的维护及灾害防治工作带来较大影响,应予以重视。
(2)嘉黎断裂南支西兴拉断裂在剖面处未破裂至地表,属于隐伏断裂,F5和F6可能都属于贡日嘎布曲分支,呈高角度W倾,强烈壳内破碎带特征,可能与嘉黎断裂不断地高角度右旋逆冲剪切运动有关,嘉黎断裂较强的断层活动性和深部构造是该区域地震活动频繁的主要原因。
(3)研究区大部分断裂都具有较大的断层破碎带,F3、F4、F5还伴随发育温泉群,控制着地下热流循环,高温流体的溶蚀作用,加剧了构造作用中岩体的破碎程度,造成岩体极差的稳定性,易引发多种类型的地质灾害;此外,南迦巴瓦构造结顶端现今仍处于强烈的构造挤压作用下,断层交错复杂,活动性强,为地质灾害的发生提供了动力环境;因此,川藏铁路通麦‒鲁朗段应配备有效应对地质灾害的监测预警系统及应急机制,保障隧道及铁路设施的正常运转。