阿尔金山北缘断裂的构造特征及铁路选线建议

张玉玺

(中铁第一勘察设计院集团有限公司， 西安　 710043)



阿尔金山北缘断裂的构造特征及铁路选线建议

张玉玺

(中铁第一勘察设计院集团有限公司， 西安 710043)

摘要：以格库铁路勘察为项目依托，对阿尔金山北缘断裂的构造属性、成因和基本特征进行研究。采用AMT物探、测氡相结合的物探方法，结合详细的地质调查，查明该断裂带位于两大微地块的边界，阿尔金山北缘山脚下，为一区域性构造断裂带，主断层宽30～200 m，倾角40°～80°，倾向南，为一逆冲断层，影响带宽度为1 000～3 000 m，规模巨大，带内主要不良地质为泥石流和危岩落石。准确查明该断裂带的以上特征，为铁路工程选线提供重要参考，结合区段的工程地质特征，提出合理的工程措施建议。

关键词：格库铁路；断裂构造；AMT物探；测氡法

在格库铁路勘察的项目背景下，研究阿尔金山北缘断裂的构造特征，研究范围为其中一段，也是比较有代表性的一段，通过分析前人成果和区域资料，采用两种物探方法相互验证并结合详细地质调查，查明了阿尔金山北缘断裂的性质、规模、走行方向、准确位置等基本属性，其结论可以指导铁路工程地质选线，提出合理的工程措施建议。

1研究对象的构造属性、成因

研究区域位于青藏高原北缘，阿尔金山北麓，该区的构造板块属一级构造单元塔里木-中朝板块内，二级构造单元属塔里木古陆，位于阿尔金断隆和塔里木中央地块两个三级构造单元的分界地带。研究区域构造略图及地理位置示意如图1所示。阿尔金断隆位于塔里木盆地东南缘，北侧以阿尔金山北缘隐伏断裂为界，断块区以太古宙麻粒岩为基底，古元古代和中元古代沉积，蓟县纪末受阿尔金山运动碰撞隆起成山，后以剥蚀为主，局部间有沉积，受多期次岩浆岩侵入，变质作用明显；塔里木中央地块为塔里木板块最大的古陆区，盆地为震旦纪-第三纪多类型之原型盆地的叠加，巨厚的中-新生代沉积物覆盖，古老基底岩石未见出露[1-3]。

图1　研究区域构造略图及地理位置示意

关于阿尔金断隆的成因，多数学者认为，自新生代以来，印度板块与亚欧大陆的碰撞，导致青藏区地壳遭受巨大的挤压，增厚缩短，大幅度抬升，形成世界上平均海拔最高的高原[4]。青藏高原形成过程中的地壳新构造运动，向北传递影响到新疆地区，尤其是与塔里木盆地相接触的阿尔金山地带，其现代地貌景观的形成，便是该构造作用的结果。青藏构造块体在强烈抬升的同时，内部物质也东移，其间形成一系列的走滑或逆走滑大断裂，形成了阿尔金断隆。该微地块内阿尔金断裂带即为青藏块体西北部与塔里木古陆块的分界断裂，是一条以左旋走滑运动为主的巨型断裂带，经历了多期的演变、运动[5-6]。

青藏高原的隆升受来自塔里木地块的滞后阻力，青藏高原的隆升速度，从南到北有愈来愈慢的趋势，到阿尔金断裂北缘阿克塞一带减到数mm/a～5.2 mm/a[6]。青藏高原北缘，特别是阿尔金断隆微地块动力挤压作用明显[7-11]。

2阿尔金山北缘断裂带的基本特征

2.1地理位置及初步分析

本文的研究对象阿尔金山北缘断裂带位于阿尔金山北缘，阿尔金山北低中山区向山前冲洪积平原区的山麓过渡地带[12]，高层落差大，地貌特征明显，与工程相关的段落即研究长度约25 km。该断裂带两侧地貌变化明显，从卫星影像上看，地形陡缓交界处构造痕迹十分明显，可见明显的断裂痕迹，低中山区边缘可见数条断裂交错延伸，与主断裂呈树状分布，多数北向断裂延伸至北侧覆盖层下隐伏，山前水系及地形局部有错断痕迹，构造迹象清晰，由此可见该断裂规模巨大。北缘断裂的卫星影像及工程位置如图2所示。

图2　北缘断裂的卫星影像及工程位置示意

2.2物探成果及分析

本次研究中采用音频大地电磁法(AMT)与测氡法相结合的物探方法，结合线路走向，共布置6条物探剖面，完成探测剖面长度共9 550 m，探测深度达到地表下1 000～1 200 m。

从垂直线路方向的典型断面来看，沿剖面方向电阻率的分布呈现为浅部、深部为高阻，中部断层区域呈现为低阻的特征。以此来推测划分，断层发育区电阻率ρ在0～500 Ω·m范围，靠山侧浅部及底部推测为蓟县系或更老高阻地层，电阻率为：500～3 000 Ω·m。音频大地电磁法成果如图3所示。

图3　音频大地电磁法(AMT)成果

同时，断面在山前断裂位置向远处测点浅部区域均有高阻-低阻-高阻-低阻呈香肠状的异常特征，结合测氡曲线分析(图4)，物探推测此段区域由于山前断裂构造影响形成的断裂带及影响带，带内蓟县系片岩夹大理岩节理裂隙发育或局部支断层岩体破碎所致[13]。

图4　测氡法成果

由以上物探成果断面，可以初步判定，该断裂带主断层位置临近山脚下，为1条主断层和至少2条以上平行次级断层组成的区域性断裂带，主断层带宽100～200 m，倾角60°～80°，倾向南，为逆冲断层，一条次级断层带宽30～100 m，倾角40°～70°，倾向南。该断层应为两大板块的界线，规模巨大，断层主要隐伏于第四系洪积覆盖层下，主断裂地下深部延伸向青藏板块底部，呈现出碰撞、挤压、隆起的板块构造运动特征。地质成果解译见图5。

图5　地质成果解译

2.3构造特征分析

通过卫星影响资料，物探成果分析，结合现场地质调查的结论，可以判定该断裂为板块构造运动形成的一巨型断裂带，位于两地块的结合部位，因断带物质受山前剥蚀、搬运、沉积，其主断裂面主要位于第四系覆盖层下，为山前隐伏断裂，主断层宽30～200 m，断裂面倾角40°～80°，倾向南，为一逆冲断层。北侧断裂带及影响带隐伏于第四系地层下，南侧断裂影响带位于低中山区前缘，该断裂影响带宽度为1 000～3 000 m。低中山区前缘岩层主要为一套中等变质岩系，受构造运动和剥蚀作用，影响带内岩层产状多变，局部可见镜面及擦痕，岩体受挤压过程，节理裂隙发育，揉皱极为发育，破碎带内主要为压碎岩体、断层角砾，局部有糜棱化现象。

3其他工程地质特性

3.1自然地理条件

阿尔金山低中山区位于亚欧大陆内部，属典型的大陆型干旱性气候区，气候异常干旱、寒冷、多风少雨，昼夜温差大。北缘靠近山前地带，风的频率高，风力强，一经起风，便飞沙走石，能见度极低，年平均气温略高，年平均降水量、降雪量稍大，雨季集中，有瞬时洪水危害。根据场地地震安评的初步结论，结合本区工程地质和水文地质条件及工程设置情况，地震动峰值加速度0.15g，抗震基本烈度为Ⅶ度，地震动反应谱特征周期为0.35 s[14]。

受区域构造影响严重，基岩裂隙水普遍发育。广泛分布于岩体的原生及风化节理、构造裂隙中，局部存在断层构造裂隙水，多分布于断裂带及影响带中，具有一定承压性，在补给条件较充足的条件下，断裂带及其影响带一般为中等富水，局部为强富水区。

3.2地层岩性特征

本段出露的地层岩性主要为山前覆盖的第四系冲洪积粉土、砂类土及碎石类土，其中以碎石类土为主；断层带内主要为压碎岩、断层角砾、糜棱岩等构造岩类，山脚处影响带内可见元古界蓟县系片岩、大理岩等原岩基本特征。典型地层剖面见图6。

图6　典型地层剖面

其两种主要构造岩类特征如下。

压碎岩(Tr)：深灰色、灰白色为主，局部灰黑色，碎裂状、块状，原岩大理岩、片岩为主，基质多为岩粉、钙质、铁质等，岩质较坚硬，矿物成分以角闪石、石英为主，裂隙发育-很发育。

断层角砾(Fb)：深灰色，夹锈黄色、红褐色，多呈角砾状、碎块状，原岩成分主要有大理岩、片岩、千枚岩等，部分近乎未胶结，部分为岩粉、泥质半胶结，少数钙质硅质半胶结。

3.3不良地质特征

段落内不良地质现象主要为泥石流、危岩落石[15，16]。

区域内自南向北高程落差大，受构造作用影响岩体破碎，加之特殊的地理气候特征，物理风化作用强烈，第四系碎屑物质来源较丰富，雨季有短时降水洪流，沿沟槽、沟谷极易发生泥石流。

该段线路经过的大小泥石流沟共43处，绝大多数为小型、沟谷型，以水石流为主，多为初期-旺盛期。线路多走行于泥石流沟通过区和堆积区，泥石流对线路的危害程度多为轻微-中等，局部较严重。

段落内南侧山体陡峭、基岩裸露、风化作用强烈，易形成危岩、落石，对铁路工程具一定的危害。

4铁路选线及工程措施建议

4.1线路概况

图7　段内线路工程地质平面

图8　段内线路工程地质纵断面

格库铁路新建正线长度1 213.948 km，自青海格尔木市起，沿柴达木盆地南缘向西，翻越阿尔金山进入塔里木盆地，向北沿盆地东北部抵达新疆库尔勒市，线路采用Ⅰ级、单线、电气化铁路标准。本区域段落范围内约120 km线路长度内高程骤降，由海拔约2 900 m，迅速降为1 100 m，北缘断裂段处于16‰限坡足坡地段，线路方案选择余地小，须长距离走行于该断裂破碎带及其影响带内，加之泥石流、危岩落石的不良地质危害所带来的工程地质问题，对该段线路的局部方案优化和工程设置要求较高。段内线路工程地质平、纵断面分别如图7、图8所示。同时，线路经过的山脚下及山前洪积漫流区泥石流发育，山坡侧危岩、落石常突然发生，危害性较大，为了降低以上不良地质对铁路工程造成的损失和危害，保证线路的安全建设和运营，该段工程应采取必要的防治措施。

4.2选线及工程措施建议

(1)线路应避免以重、特大工程长距离走行于主断层位置，线路无法绕避主断层位置时，应选择大角度相交通过。

(2)线路应避免以隧道方式通过该段落。路基工程确实绕避泥石流困难并且其规模和危害都比较小的情况下，应加强泥石流的疏导工程；可以在其堆积区前缘以路堤填方工程通过，并留够桥涵工程的数量及规模，不应以路堑工程通过泥石流堆积区。

(3)应以桥梁方式垂直跨越泥石流狭窄流通区的直线段，避免走行于泥石流堆积扇顶位置。桥梁工程应尽可能加大孔径留足净空，为泥石流的排放预留足够的高度和宽度，桥台侧需设置导流设施；若泥石流的组成物质块石颗粒巨大，容易对桥墩造成危害时，应避免在沟心设置桥墩，若无法避免时，应加强桥墩的防护措施。

(4)靠山侧山体陡峭，受断裂带构造影响，岩体破碎，工程性质差，应避免选择陡坡挂线，不宜设置深挖高填工程。在坡面稳定的地段，对软质易风化岩质边坡，缓坡可采取喷浆、抹面，陡坡可采用护墙等措施；对硬质岩质边坡，应灌浆填缝，必要时设置锚杆；若存在坡面岩石突出或有不稳定孤石时，应予以清除。在坡面不够稳定的地段，应放坡刷坡，采取主动防护网进行防护，并加强地表排水[17]。

参考文献：

[1]肖序常，何国琦，等.新疆及邻区大地构造图[M].北京:地质出版社，2006.

[2]潘桂棠，肖庆辉，陆松年，等.中国大地构造单元划分[J].中国地质， 2009，36(1):1-16，28.

[3]潘桂棠,李兴振,王立全,等.青藏高原及邻区大地构造单元初步划分[J].地质通报，2002(11):701-707.

[4]中国地质调查局.区域地质调查报告·苏吾什杰幅[Z].北京:中国地质调查局，2003.

[5]伍跃中,李荣社,王战,等.阿尔金山各边界断裂的归属性[J].地球科学(中国地质大学学报)，2007，9(5):662-670.

[6]国家地震局“阿尔金山活动断裂带”课题组.阿尔金山活动断裂带[M].北京:地震出版社，1992.

[7]肖序常，王军.青藏高原构造演化及隆升的简要评述[J].地质论评，1998(4):372-381.

[8]伍跃中.阿尔金山的构造归属及其构造运动特征[J].地球科学与环境学报，2008(2):111-117.

[9]郑剑东.阿尔金山大地构造及其演化[J].现代地质，1991(4):347-354.

[10]侯珍清，王多杰.阿尔金山北缘断裂带(东北段)基本特征及其与地震的关系[J].西北地震学报，1982(3):71-77.

[11]刘永江，Franz Neubauer,葛肖虹,等.阿尔金断裂带年代学和阿尔金山隆升[J].地质科学，2007(1):134-146，188.

[12]铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京:中国铁道出版社，1999.

[13]甘肃铁道综合工程勘察院有限公司.新建格库铁路定测阿尔金山北缘山前断裂工程物理勘探报告[R].兰州:甘肃铁道综合工程勘察院有限公司，2014.

[14]中铁第一勘察设计院集团有限公司.新建铁路格尔木至库尔勒线初步设计第四篇(地质)[R].西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2014.

[15]中铁二院工程集团有限责任公司.铁路工程不良地质勘察规程[S].北京:中国铁道出版社，2012.

[16]铁道第一勘察设计院.铁路工程地质勘察规范[S].北京:中国铁道出版社，2007.

[17]郭书云.石太线路基边坡危岩落石整治方案研究[J].铁道标准设计，2014(2):4-7.

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

中图分类号：U212.32

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.04.003

文章编号：1004-2954(2015)04-0009-04

作者简介：张玉玺(1984—)，男，工程师，2009年毕业于中国地质大学，工学硕士，E-mail：xyz84124@163.com。

收稿日期：2014-11-25； 修回日期：2014-12-11