通过综合集成大瑞铁路沿线22幅1 :5万区域地质调查成果^[2]、铁路优选线两侧各2 km廊带区1:2.5万区域地质专项调查成果、地球物理资料和最新地质构造研究成果, 查明了铁路沿线区域不同地层分区的地层序列(图2)、主要沉积地层单元及其岩性特征、主要岩浆岩与火山岩及其岩石特征、地质构造单元及其组成特征, 以及主要构造形迹及其特征等, 建立了区域地层-岩石-构造格架, 厘定基岩岩石地层单位71个, 松散沉积体类型19个。查明了岩浆活动的时空分布规律, 建立了5大阶段7个期次的活动序列, 包括:奥陶纪(主要阶段:492~482 Ma)、三叠纪(主要阶段:225~215 Ma)、白垩纪(主要阶段:118~70 Ma)、古近纪(主要阶段:63~34 Ma)和新近纪(包括:21 Ma左右、16~10 Ma和2.8 Ma以来等3个次级阶段)等。前人在怒江河谷区, 仅发现了拔河150 m以下的主要由中更新世以来冲积层组成的5级低阶地, 本次工作通过对怒江河谷和保山断陷盆地晚新生代地质演化的深入剖析, 首次鉴别出13级河谷阶地(图3)^[3]。提出了新构造运动的3个阶段, 即14~8 Ma期间地壳强烈活动期, 8~4 Ma期间地壳中等活动且趋于稳定, 约4 Ma以来新构造运动整体较弱或趋于相对稳定。总结了区域地形地貌特征和夷平面分布及时代、区域地球物理场和壳幔深部结构特征。在上述工作基础上, 开创性地编制了国家公益性地质调查历史上首张铁路沿线1 :2.5万地质图。该图在精细表达103个岩石地层填图单位和地质体基础上, 突出表达了不同性质构造, 以及玄武岩层、岩溶层、破灰岩等与工程建设密切相关的特殊地质体, 极大提升了基础地质调查精度和水平, 充分体现了服务于国家重大工程建设的针对性和实用性。

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 大瑞铁路沿线区域岩石地层单元划分与对比图Fig.2 Lithostratigraphic unit division and comparison chart of Dali-Ruili railway crossing area

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 坝湾— 登高怒江河谷横剖面图 1. 网纹化砂砾石; 2. 黏土; 3. 砂; 4. 砾石; 5. 洪坡积碎石层; 6. 基岩Fig.3 Cross sectional drawing of Bawan-Denggao in Nujiang River Valley

根据铁路优选线廊带区1 :2.5万专项地质调查成果, 全面分析总结了该区的工程地质条件与主要工程地质问题。综合划分了18个工程地质亚区、5个工程地质区, 并总结了各区的工程地质环境特征。将铁路沿线的工程地质岩组划分为24个岩体和7个土体, 测试研究了主要岩土体的工程地质特征与力学性质, 并对占铁路全线长度65%的隧道工程的围岩进行了分级评价, 划分为5级, 提出以I级和III级为主, 同时总结了不同围岩区段铁路建设面临的主要工程问题。查明铁路沿线主要地质灾害类型及其分布, 梳理出崩塌(危岩)、滑坡和泥石流等各类地质灾害共计169处, 评价了危害较大的79处地质灾害特征及其工程影响, 并进行了地质灾害易发性综合评价及分区, 划分出7个高易发区、8个中易发区和6个低易发区(图4)。重点对大瑞铁路永平— 潞西段的工程地质环境及主要工程问题进行了分段归纳与总结, 逐一分析评价了永平— 蒲缥段、马鞍山(或营盘山)隧道群段、高黎贡山越岭段和潞西— 三台山段等主要工程地段的工程地质环境特点及工程施工, 尤其是隧道施工中可能遇到的主要工程地质问题, 指出各工程地段应重点关注的工程地质问题包括:地下岩溶作用、断裂破碎带导致的突水涌泥、隧道顺层问题、岩爆、软岩变形、破灰岩导致的岩体碎裂松动与塌方、高温地热和弃渣环境问题等, 其中沙子坡组“ 破灰岩” 和芒棒组(软岩)地层等对工程威胁最大, 综合提出了防治建议(图5)。在上述工作基础上, 编制了铁路沿线1 :2.5万带状工程地质图和说明书, 该图更精细表达了主要岩土体的类型、空间分布、结构构造及其工程特性, 以及活动断裂、地质灾害和“ 破灰岩” 等特殊岩土体的位置; 精细刻画了工程地质断面, 指出了不同岩性段的主要工程地质问题, 为国家重大工程的选线设计及建设提供了实用性地质资料和重要的基础地质依据。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 大瑞铁路沿线地质灾害区划图Fig.4 Distribution of geological disasters along the Dali-Ruili railway

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 大瑞铁路高黎贡山越岭段地质与工程地质综合断面图（局部）Fig.5 Section of the basic geological and engineering geological conditions of Yueling in Gaoligong Mountains along Dall-Rull rallway

大瑞铁路从东向西分别穿越的维西— 乔后断裂带、澜沧江断裂带、怒江断裂带和龙陵— 瑞丽断裂带等都是分隔不同构造单元的超岩石圈或岩石圈断裂带, 区域规模大, 地质历史上经历过多期活动, 这些断裂带的第四纪活动性如何, 是否会显著影响铁路工程的稳定性, 是铁路选线、设计及施工中面对的首要问题。早期的调查研究比较关注这些断裂的地质构造形迹及特征, 第四纪活动性一直未有可靠的证据和定论^[1]。本次工作综合运用高精度遥感解译、地表调查和年代学测试分析, 并结合12条电磁测深剖面和微地震等资料, 从活动构造体系、活动断裂与地震活动等3个方面入手, 全面分析了铁路沿线最新地表变形特征与主要活动断裂的分布及运动学特征, 取得了众多新认识。在前人提出的由弧形的鲜水河— 小江断裂带所围限的川滇断块内部^{[4, 5, 6, 7, 8, 9]}, 进一步细分出由次一级弧形左旋走滑变形带及其围限的次级断块所构成的、整体凸向东的“ 中甸— 大理— 瑞丽弧形活动构造带” , 是该区最活跃的活动变形带, 与川滇地块东部的鲜水河— 小江断裂带及它们所围限的活动地块一起构成了“ 川滇弧形旋扭活动构造体系” 。在铁路沿线区域共153条断裂中, 判定并归并出14条第四纪与晚第四纪活动断裂带, 重点研究了其中对铁路设计施工以及安全运营可能产生显著影响的10条主要活动断裂带, 从东到西包括:点苍山东麓断裂、云龙— 永平断裂带、保山断裂带、蒲缥— 施甸断裂、太平— 罗明坝断裂、镇安断裂带、龙新共轭断裂系、黄连河共轭断裂系、龙川江断裂和畹町断裂带, 将主要活动断裂带的活动强度划分为3个层次:活动强烈的块体边界断裂带、活动中等的块体内部断裂带、活动相对较弱的第四纪新生断裂带或老断裂带的局部复活或继承性活动部分, 确定了活动断裂的空间分布、几何学与运动学特征, 并分别估算了活动速率, 综合划分了活动级别^[10](表1, 图6)。研究还提出维西— 乔后断裂、澜沧江断裂、怒江断裂和龙陵— 瑞丽断裂等区域性重大断裂带在古近纪— 新近纪及之前曾经强烈活动, 但大部分地段晚第四纪活动性已不显著, 因此, 对区域地壳稳定性和工程场地的稳定性影响有限。同时, 在历史强震资料分析基础上, 综合活动断裂研究成果, 对铁路沿线地区重新进行了地震烈度划分。结果表明, 该区对铁路未来安全可能产生显著影响的高烈度区(指潜在地震烈度大于等于Ⅷ 的区域)从东到西包括:大理— 弥渡、永平、保山、蒲缥-施甸、太平— 罗明坝、镇安— 荆竹坪(高黎贡)和瑞丽— 畹町7个分区, 其中需要特别防范大地震活动对铁路安全产生影响的区域主要是大理、保山、蒲缥和瑞丽-畹町地段^[10]。上述工作为全面地认识滇西南及铁路沿线的现今地壳活动性与地壳稳定性提供了重要地质构造依据。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 大瑞铁路沿线区域主要活动断裂带基本特征与活动性一览图 Table 1 The basic characteristics and activity of the main active fault zones along the Dali-Ruili railway

表1 大瑞铁路沿线区域主要活动断裂带基本特征与活动性一览图 Table 1 The basic characteristics and activity of the main active fault zones along the Dali-Ruili railway

图6

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 大瑞铁路沿线区域新构造与活动断裂图Fig.5 The regional neotectonic and active faults along the Dail-Ruili railway

基于最新的活动断裂研究及1 :2.5万工程地质调查成果, 结合地应力和岩石力学实验数据, 完成大瑞铁路沿线区域二维应力场数值模拟研究、高黎贡山越岭段超长隧道工程场地的三维应力场数值模拟及隧道断面稳定性模拟研究^[11]。系统获得了隧道工程区整体三维应力、轴线剖面应力、隧道断面应力等分布状况(图7, 图8)。结果发现, 高黎贡山地段在区域上属于构造应力的相对集中区, 特别是其中的镇安— 勐冒段以及NW向断裂带上的构造应力最为集中, 稳定性较差。重力是高黎贡山越岭段隧道工程区地应力场的主要控制因素, 隧道埋深越大, 应力越大。隧道轴线上最大主应力在23~33 MPa之间, 最小主应力在2~17 MPa之间, 中间主应力在6~22 MPa之间。数值模拟结果约束了岩爆危险性或岩爆强度的上限和下限, 并给出了高黎贡山隧道工程沿线强岩爆危险区段及软岩大变形易发地段的预判结果。上述研究成果为高黎贡山越岭段的重新选线及工程设计提供了重要参考及依据。

图7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 隧道工程区最小主应力分布云图(左侧为隧道西段, 右侧为隧道东段)Fig.7 The minimum principal stress contours of the tunnel project (the left side is the western part of the tunnel, the right side is the eastern part of the tunnel)

图8

Fig.8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 隧道工程区最大主应力分布云图(左侧为隧道西段, 右侧为隧道东段)Fig.8 The maximum principal stress contours of the tunnel project (the left side is the western part of the tunnel, the right side is the eastern part of the tunnel)