昌都地区孜拉山交通廊道地温场分布及隧址区地热模拟研究

作     者：王衍飞 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：巫锡勇

授予年度：2021年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：高温热害 温度解译 有限元热分析 地温场 地温预测 

摘      要：昌都地区作为西藏与四川交壤的桥头堡,是川藏铁路进藏的第一道天险。孜拉山交通廊道东起金沙江,西至多木曲,地处三江地热带,地质构造与地热条件极为复杂。据现场调查,研究区地热水出露较少,仅见于隧道出口端的夏日村。但据钻井资料显示,隧道存在地热异常区。因此,有必要对研究区隧道穿越段地温分布特征进行研究,为相关隧道建设热害防治提供参考。本文以昌都地区孜拉山交通廊道拟建隧道隧址区为研究区域,基于研究区地形地貌、区域地质构造和水文地质条件确定研究区地热地质条件。利用卫星遥感,宏观圈划地表地热异常分布区范围,结合区域水化学特征,探究研究区地温传递方式;结合区域文献资料和现场钻孔资料,查明区域地温场的空间分布特征,给出影响地温场的控制因素,基于隧道线路对研究区不同高程地温场温度做出预测;综合利用水文地质条件、工程地质条件等多种信息,构建区域地温场的概念模型,并结合数值模拟手段,模拟区域地温场演化特征,揭示沿隧道里程高温热害分布情况。得出如下结论:(1)孜拉山交通廊道遥感解译发现,地温异常点主要分布在隧址区外西边和东南部,现场调查在地温异常点的夏日温泉温度可达43℃。(2)在区域水化学特征分析及夏日温泉成因分析基础上,结合钻井资料,认为隧址区基本不存在深部热水,拟建隧道高地温主要由深埋增温引起。(3)根据钻井测温结果,隧址区花岗闪长岩地温梯度为平均地温梯度为28.3℃/km,片麻岩平均地温梯度为8.03℃/km;二长花岗岩平均地温梯度为14.82℃/km。(4)研究区钻井实测温度曲线显示,研究区温度与深度整体呈现正相关,部分钻井受地下冷水对流出现先减小再增大的趋势。对地温梯度垂向分布特征分析揭示,研究区地温梯度随深度变化整体上表现为缓慢增长,局部受岩石破碎程度出现较大波动。(5)研究区温度分布主要受地层岩性和导热活动断层控制,地层岩性导热率不同导致热流传递速率不同,导热断层则为深部热源提供良好的导热通道。研究区受浅层冷水循环影响区域较少,为次要因素。(6)用钻井曲线的拟合方程预测隧址区深部地温,在3055m高程平面地温异常点温度可达54℃,在3388m高程平面地温异常点温度可达42℃。(7)对隧址区温度场数值模拟结果分析可知,隧道高温热害段主要在里程D4K724～D4K733段,隧道洞身最高温可达52℃,这段也是隧道全段埋深最大的区域,在热害分级中,属于轻微热害～较严重热害。其余里程段低于或略微高于28℃地温线。