冷湖賽什騰山天文臺(tái)工程地質(zhì)選址評(píng)價(jià)

周 保 ，孫 皓 ，魏賽拉加 ，張 睿 ，張俊才 ，王 棟 ，嚴(yán)慧珺 ，隋 嘉

（1.青海省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站, 青海 西寧 810000；2.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730000）

天文臺(tái)選址決定了觀測(cè)的質(zhì)量，國(guó)際公認(rèn)能達(dá)到下一代望遠(yuǎn)鏡建造和運(yùn)行要求的優(yōu)良天文觀測(cè)臺(tái)址都在西半球，如智利北部山區(qū)[1]、美國(guó)夏威夷莫納卡亞峰和南極內(nèi)陸冰穹地區(qū)[2]。自1996年起中國(guó)科學(xué)院開展天文臺(tái)臺(tái)址調(diào)研，提出了優(yōu)質(zhì)臺(tái)址普查、定點(diǎn)勘測(cè)的工作建議[3-4]。20世紀(jì)初，我國(guó)相繼建設(shè)了紫金山天文臺(tái)、興隆觀測(cè)基地、貴州FAST射電望遠(yuǎn)鏡等，一大批重要的天文設(shè)備陸續(xù)投入使用且獲得了大量科研成果[5-8]。為了打破我國(guó)光學(xué)天文觀測(cè)發(fā)展的瓶頸，選址團(tuán)隊(duì)克服重重困難，在我國(guó)青海省海西州冷湖地區(qū)也找到了與西半球具有同等優(yōu)良觀測(cè)條件的地區(qū)[9]。冷湖天文臺(tái)填補(bǔ)了東半球光學(xué)觀測(cè)的缺失，可以形成一個(gè)24 h的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。冷湖新臺(tái)址的發(fā)現(xiàn)，不僅為我國(guó)光學(xué)天文發(fā)展創(chuàng)造了重大機(jī)遇，也是國(guó)際光學(xué)天文發(fā)展的寶貴資源[10]。

為了確保天文觀測(cè)設(shè)備良好平穩(wěn)運(yùn)行，必須進(jìn)行不同層次的工程場(chǎng)址評(píng)價(jià)。工程場(chǎng)址評(píng)價(jià)在我國(guó)經(jīng)歷了定性到定量、單因素到多因素的發(fā)展過(guò)程[11-12]。地質(zhì)基礎(chǔ)理論、軟弱結(jié)構(gòu)面控制理論、巖體結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)控制觀、安全島理論[13]等都在工程選址及場(chǎng)址評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用[14-17]。本研究通過(guò)智能算法確定區(qū)域工程地質(zhì)條件穩(wěn)定性，通過(guò)InSAR監(jiān)測(cè)重點(diǎn)工作區(qū)的地形形變，模擬地震作用下的邊坡三維響應(yīng)，結(jié)合人工地面調(diào)查評(píng)價(jià)平臺(tái)穩(wěn)定性并推薦優(yōu)勢(shì)平臺(tái)。

1 研究區(qū)工程地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)環(huán)境特征

賽什騰山是祁連山系支脈，位于柴達(dá)木盆地北部?jī)?nèi)側(cè)、冷湖鎮(zhèn)東部，隔蘇干湖與安南壩山湖相望；南為德宗馬海湖沉積平原，西部在丁字口附近傾沒，東部在嗷嘮河與馬海大阪分界。山峰高且陡峭，主峰海拔4 576 m。賽什騰山年均氣溫3 °C，終年寒冷多風(fēng)，年均降水僅42 mm，晴夜數(shù)多，視寧度高，十分適合天文臺(tái)項(xiàng)目建設(shè)。

新生代印度洋板塊與歐亞大陸的碰撞與隨后的持續(xù)會(huì)聚改變了高原內(nèi)部及周邊的巖石圈構(gòu)造和應(yīng)力展布，導(dǎo)致了青藏高原的大規(guī)模隆升，昆侖山、阿爾金山、祁連山進(jìn)一步隆褶上升，在柴達(dá)木盆地北緣出現(xiàn)了一系列的相互分割的中生代斷陷盆地，而賽什騰凹陷正是此時(shí)期形成的[18]。賽什騰山地層出露較全，時(shí)代跨度大，古元古代至新生代地層均有不同程度的分布[19]。研究區(qū)南側(cè)有區(qū)域性斷裂——柴北緣斷裂帶，距離重點(diǎn)工作區(qū)約10 km（圖1）。

圖1 研究區(qū)自然地質(zhì)環(huán)境Fig.1 Natural geological environment of the study area

1.2 重點(diǎn)工作區(qū)地層巖性特征

重點(diǎn)工作區(qū)位于研究區(qū)中部，面積約14.5 km2，為本次主要研究地質(zhì)體，區(qū)域內(nèi)以中粗粒二長(zhǎng)花崗巖為主、達(dá)肯大坂巖群片麻巖和晚奧陶世輝長(zhǎng)巖次之，局部被第四紀(jì)巖體覆蓋。經(jīng)實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面調(diào)查，主要發(fā)育3組節(jié)理，其中東南向節(jié)理為主節(jié)理，另發(fā)育北東向和北西向的2組節(jié)理。中粗粒二長(zhǎng)花崗巖為灰紅色，塊狀構(gòu)造；主要由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、黑云母組成。副礦物有磁鐵礦、鋯石、磷灰石。次生礦物主要為絹云母、高嶺土、綠泥石及不透明礦物。

1.3 工程概況

現(xiàn)階段重點(diǎn)工作區(qū)內(nèi)共建有2處場(chǎng)地平臺(tái)，分別為高程3 830 m、總面積5 861.5 m2的MASTA望遠(yuǎn)鏡陣列平臺(tái)和高程4 200 m、總面積7 465.9 m2的WFST望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)，稱為已建平臺(tái)，均由削方平整山脊形成；2處空置望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)高程為4 100 m和4 000 m，稱為空置平臺(tái)，目前正在進(jìn)行道路建設(shè)，還未進(jìn)行平臺(tái)施工。同時(shí)基于不同層次的工程場(chǎng)址評(píng)價(jià)結(jié)果推薦出高程為4 300 m與4 050 m的2處適宜工程布設(shè)的平臺(tái)，稱為推薦平臺(tái)（圖2）。

圖2 重點(diǎn)工作區(qū)Fig.2 Key working areas

2 選址評(píng)價(jià)方法

為了確保已建平臺(tái)和空置平臺(tái)的穩(wěn)定性，進(jìn)行了平臺(tái)、重點(diǎn)工作區(qū)和區(qū)域3個(gè)層次的工程地質(zhì)條件穩(wěn)定性分析。首先進(jìn)行人工地面踏勘，獲取平臺(tái)附近地質(zhì)剖面，分析斷層節(jié)理、構(gòu)造分布狀況，采取巖石樣品，用FLAC3D模擬地震作用下已建平臺(tái)的邊坡三維響應(yīng)確定平臺(tái)穩(wěn)定性；隨后在重點(diǎn)工作區(qū)使用InSAR監(jiān)測(cè)分析地形形變，確定重點(diǎn)工作區(qū)工程地質(zhì)穩(wěn)定性；最后使用智能算法對(duì)賽什騰山地區(qū)進(jìn)行區(qū)域工程地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)級(jí)，(8,10]分為適宜、(6,8]分為較適宜、(4,6]分為中等、(2,4]分為較不適宜、(0,2]分為不適宜，按得分確定地理及區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件的適宜性。

2.1 工程地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

2.1.1 評(píng)價(jià)因子選擇與處理過(guò)程

前人研究中[20-23]選擇過(guò)地質(zhì)構(gòu)造、巖土體強(qiáng)度、工程地質(zhì)類型、風(fēng)化程度、不良地質(zhì)災(zāi)害、基礎(chǔ)自然環(huán)境、土地覆被、地形坡度、道路分布密度、等級(jí)公路距離、水域分布密度等評(píng)價(jià)因子。綜合前人研究和實(shí)地情況對(duì)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行了優(yōu)選，共選取9個(gè)評(píng)價(jià)因子，涉及自然地理?xiàng)l件和地質(zhì)條件2個(gè)方面：自然地理環(huán)境方面包括高程、地表高差、坡度、多年平均降水量；地質(zhì)環(huán)境方面包括動(dòng)峰值、地震活動(dòng)核密度、巖土體強(qiáng)度、斷層穩(wěn)定性，把節(jié)理發(fā)育狀況和坡向2個(gè)參數(shù)組合成節(jié)理穩(wěn)定性。為了使分類獲得較好的效果，對(duì)評(píng)價(jià)因子的影響方式進(jìn)行矢量統(tǒng)一，將正指標(biāo)和逆指標(biāo)按照式（1）（2）進(jìn)行處理。

對(duì)于正指標(biāo)：

對(duì)于逆指標(biāo)：

式中：e——自然對(duì)數(shù)的底數(shù)；

xij——第i個(gè)區(qū)劃單元的第j個(gè)指標(biāo)實(shí)際值；

yij——評(píng)價(jià)指標(biāo)規(guī)范化值；

sup (m)——評(píng)價(jià)指標(biāo)危險(xiǎn)等級(jí)取值的上確界；

inf (m)——評(píng)價(jià)指標(biāo)危險(xiǎn)等級(jí)取值的下確界。

高程數(shù)據(jù)分辨率為12.5 m，下載自NASA（https://earthdata.nasa.gov/）ALOS 12.5 m DEM數(shù)據(jù)集。坡度和坡向數(shù)據(jù)由海拔高度計(jì)算得出，分辨率同樣為12.5 m。地表高差數(shù)據(jù)同樣提取自DEM數(shù)據(jù)集。降水?dāng)?shù)據(jù)下載自資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn/）。動(dòng)峰值加速度矢量化自《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》青海部分。矢量化后使用FLAC3D對(duì)動(dòng)峰值放大效應(yīng)進(jìn)行模擬，通過(guò)放大效應(yīng)的模擬結(jié)果結(jié)合海拔獲得動(dòng)峰值評(píng)價(jià)因子。通過(guò)研究區(qū)周邊歷史地震數(shù)據(jù)的震級(jí)計(jì)算地震核密度評(píng)價(jià)因子。

通過(guò)實(shí)地調(diào)查，將該地區(qū)的斷層分為4個(gè)等級(jí)[24]：1級(jí)為柴北緣斷裂帶，2級(jí)為研究區(qū)主導(dǎo)斷裂構(gòu)造，3級(jí)為研究區(qū)次級(jí)斷裂構(gòu)造且斷裂長(zhǎng)度大于2 000 m，4級(jí)為研究區(qū)次級(jí)斷裂構(gòu)造且斷裂長(zhǎng)度小于2 000 m，使用緩沖區(qū)分析分別進(jìn)行賦值，賦值距離與賦值結(jié)果見表1，然后將賦值結(jié)果進(jìn)行疊加求和得出研究區(qū)斷層穩(wěn)定性，賦值結(jié)果越高表示斷層穩(wěn)定性越差，越不適合工程建設(shè)。

表1 斷層賦值表Table 1 Fault assignment table

巖土體強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)自青海省工程地質(zhì)圖。輔以青海省大柴旦行委蘇干湖南地區(qū)1∶5萬(wàn)地質(zhì)礦產(chǎn)圖對(duì)巖土體強(qiáng)度進(jìn)行了細(xì)化，然后根據(jù)不同巖性強(qiáng)度進(jìn)行賦值，如表2所示。

表2 巖體、土體強(qiáng)度狀況賦值表Table 2 Assignment of rock mass and soil condition

節(jié)理、劈理、千枚理發(fā)育狀況同樣矢量化自青海省大柴旦行委蘇干湖南地區(qū)1∶5萬(wàn)地質(zhì)礦產(chǎn)圖。共提取351個(gè)節(jié)理發(fā)育數(shù)據(jù)，通過(guò)克里金插值法將其插值到整個(gè)研究區(qū)，同時(shí)在插值過(guò)程中以巖性作為障礙數(shù)據(jù)。使用坡向減去節(jié)理、劈理、千枚理發(fā)育狀況，然后將其結(jié)果求絕對(duì)值，接著將大于180°的數(shù)據(jù)乘以-1加360°，得到節(jié)理、劈理、千枚理發(fā)育穩(wěn)定狀況（圖3）。通過(guò)上述方式可以得到節(jié)理、劈理、千枚理與坡向的絕對(duì)差值，差值越大工程地質(zhì)條件越穩(wěn)定。

圖3 節(jié)理穩(wěn)定性Fig.3 Joint stability

2.1.2 訓(xùn)練樣本獲取與智能算法

本研究提出優(yōu)選區(qū)結(jié)合K-mean非監(jiān)督分類來(lái)確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練樣本。優(yōu)選區(qū)是通過(guò)考量天文臺(tái)實(shí)際建設(shè)情況和數(shù)據(jù)分析難度，選取關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)作為限制條件，從研究區(qū)篩選出一個(gè)或幾個(gè)潛在重點(diǎn)工作區(qū)，進(jìn)行天文臺(tái)臺(tái)址評(píng)價(jià)與篩選工作。

通過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得所有評(píng)價(jià)因子的重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)Gini系數(shù)，篩選出高程、高差、斷層結(jié)構(gòu)和巖土體強(qiáng)度4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。海拔越高空氣越稀薄，大氣中雜質(zhì)越少，對(duì)觀測(cè)一些暗星更有利，所以選擇了海拔3 800 m以上的區(qū)域；地表高差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致施工難度巨大及建筑失穩(wěn)，所以選擇15 m以下的區(qū)域作為判斷依據(jù)；根據(jù)活斷層區(qū)建筑原則及防治對(duì)策，建筑物場(chǎng)址一般應(yīng)避開活動(dòng)斷裂帶；必須在活斷層地區(qū)興建的建筑物，應(yīng)盡可能地選擇相對(duì)穩(wěn)定地塊即“安全島”，盡量將重大建筑物布置在斷層的下盤；巖土體強(qiáng)度會(huì)直接影響工程能否實(shí)施與實(shí)施后的適宜性，需選擇巖土體強(qiáng)度賦值在6分較堅(jiān)硬及其以上的區(qū)域。最后篩選出4塊區(qū)域分別以A、B、C、D命名（圖4）。4個(gè)區(qū)域中巖性強(qiáng)度從大到小的排序依次為A大于C，D大于B。

圖4 優(yōu)選區(qū)Fig.4 Preferred areas

K-mean是一種無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是把相似的對(duì)象歸到同一簇中，簇內(nèi)的對(duì)象越相似，聚類的效果越好[25]。首先在優(yōu)選區(qū)內(nèi)創(chuàng)建隨機(jī)點(diǎn)1 000個(gè)，抽取所有隨機(jī)點(diǎn)上的評(píng)價(jià)因子，然后使用K-mean進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)4個(gè)優(yōu)選區(qū)內(nèi)的分類結(jié)果。如果優(yōu)選區(qū)內(nèi)的分類結(jié)果排序符合巖土體強(qiáng)度的順序，則保留這次分類結(jié)果作為訓(xùn)練樣本，否則重新進(jìn)行K-mean分類，設(shè)定運(yùn)行10萬(wàn)次。

BP算法的基本思想是數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播后得到輸出結(jié)果，如果實(shí)際輸出與期望輸出不相符，則將輸出誤差以某種形式通過(guò)隱藏層向輸入層逐層反向傳播，并將誤差分配到各層的所有單元，從而得到所有單元的誤差信號(hào)，并以此誤差信號(hào)來(lái)修正連接權(quán)值[26-27]。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練過(guò)程如下：step1網(wǎng)絡(luò)初始化，給各連接權(quán)值分別賦一個(gè)區(qū)間(-1,1)內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，設(shè)定誤差函數(shù)e，給定計(jì)算精度值ε和最大學(xué)習(xí)次數(shù)M，在本研究中設(shè)定的ε為10-3，M為1萬(wàn)次。step2隨機(jī)選取，隨機(jī)選取第k個(gè)輸入樣本以及對(duì)應(yīng)的期望輸出。step3計(jì)算隱含層各神經(jīng)元的輸入和輸出。step4利用網(wǎng)絡(luò)期望輸出和實(shí)際輸出，計(jì)算誤差函數(shù)對(duì)輸出層的各神經(jīng)元的偏導(dǎo)數(shù)。step5利用隱含層到輸出層的連接權(quán)值、輸出層和隱含層的輸出計(jì)算誤差函數(shù)對(duì)隱含層各神經(jīng)元的偏導(dǎo)數(shù)。step6利用輸出層各神經(jīng)元的偏導(dǎo)數(shù)和隱含層各神經(jīng)元的輸出來(lái)修正連接權(quán)值。step7利用隱含層各神經(jīng)元的偏導(dǎo)數(shù)和輸入層各神經(jīng)元的輸入修正連接權(quán)值。step8計(jì)算全局誤差e。step9判斷網(wǎng)絡(luò)誤差是否滿足要求。當(dāng)誤差達(dá)到預(yù)設(shè)精度或?qū)W習(xí)次數(shù)大于設(shè)定的最大次數(shù)，則結(jié)束算法。否則，選取下一個(gè)學(xué)習(xí)樣本及對(duì)應(yīng)的期望輸出，返回到step3進(jìn)入下一輪學(xué)習(xí)。簡(jiǎn)單而言使用訓(xùn)練樣本通過(guò)黑箱算法模擬結(jié)果、訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)計(jì)算精度和誤差對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià)反向傳播誤差，最終使用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬[28]。

2.2 人工地面詳查內(nèi)容

圍繞已建平臺(tái)、空置平臺(tái)和推薦平臺(tái)進(jìn)行巖土體樣品采集和地質(zhì)剖面調(diào)查。人工地面詳查包括以下內(nèi)容：1∶2 000地質(zhì)災(zāi)害和地質(zhì)環(huán)境條件調(diào)查7 km2，地質(zhì)剖面5條共8.5 km，地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查點(diǎn)3處，地質(zhì)環(huán)境調(diào)查點(diǎn)47處，斷層節(jié)理調(diào)查點(diǎn)20處，巖土體樣品21件并進(jìn)行抗剪、抗壓試驗(yàn)。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

3.1 區(qū)域工程地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果

由區(qū)域工程地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，6分以上較適宜的地區(qū)主要集中在“優(yōu)選區(qū)”附近且6分以上的區(qū)域僅占到全區(qū)3.3%。

A區(qū)域?yàn)槎B紀(jì)犬牙溝組巖漿巖堅(jiān)硬塊狀侵入巖巖組，硬度與穩(wěn)定性最高，面積為18.3 km2，巖體堅(jiān)硬施工條件好。B區(qū)域?yàn)楹浼o(jì)碎屑巖組變質(zhì)巖較堅(jiān)硬層、礫、砂、板、千枚巖組，硬度與穩(wěn)定性最差，6分以上評(píng)級(jí)區(qū)域面積最小，面積為8.3 km2，廣布灰綠色玄武安山巖、大理巖、硅質(zhì)巖。C區(qū)域?yàn)橥韸W陶世巖體，6分以上評(píng)級(jí)面積與B區(qū)域相似，主要為二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英花崗閃長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖。D區(qū)域6分以上區(qū)域面積較大但地形狹長(zhǎng)，同樣位于奧陶紀(jì)巖體。C區(qū)域和D區(qū)域巖土體硬度與穩(wěn)定性相同，面積分別為3.8 km2和15.5 km2（圖5）。

圖5 區(qū)域工程地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)Fig.5 Evaluation of the regional engineering geological stability

根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的平臺(tái)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果（表3）可以看出2個(gè)已建場(chǎng)地中，適宜性評(píng)分較高的是4 200 m平臺(tái)，根據(jù)研究區(qū)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果推薦了2個(gè)平臺(tái)（4 300 m平臺(tái)和4 050 m平臺(tái)）。6個(gè)平臺(tái)的工程建設(shè)適宜性均在較適宜范圍之上。

表3 平臺(tái)工程適宜性評(píng)價(jià)Table 3 Platform engineering suitability evaluation

對(duì)比A、B、C、D四區(qū)，A區(qū)域有B、C、D無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。A區(qū)域開口方向面向西南方向，臨近公路，便于人工和建筑機(jī)械車輛進(jìn)入，施工十分方便。B、C、D區(qū)域都被斷層包圍且開口方向多面向北方，施工不便；而且B、C區(qū)域沒有評(píng)分7分以上的區(qū)域。D區(qū)域雖然存在較為集中連片的7分以上評(píng)級(jí)區(qū)域，但附近存在金礦，地磁異常較為嚴(yán)重[29-30]，對(duì)天文臺(tái)存在信號(hào)干擾。所以在A區(qū)域內(nèi)劃定重點(diǎn)工作區(qū)。

3.2 重點(diǎn)工作區(qū)工程地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果

重點(diǎn)工作區(qū)采用Sentinel-1A數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，工作模式為IW，極化方式為VH，數(shù)據(jù)產(chǎn)品為SLC，地面分辨率為5～20 m，共采用了2018年2月—2020年10月的38期數(shù)據(jù)。SBAS-InSAR是通過(guò)給時(shí)間基線和空間基線大小設(shè)定合理的閾值，將覆蓋同一地區(qū)的影像分成若干個(gè)集合。通過(guò)這種方式獲得的時(shí)間基線和空間基線都是小基線集，最后利用最小二乘法或者奇異值分解法將多個(gè)小基線集聯(lián)合起來(lái)求解。最后通過(guò)時(shí)間序列干涉對(duì)（圖6）來(lái)反演地表形變。

圖6 所有干涉對(duì)的時(shí)空基線圖Fig.6 Spatio-temporal baseline of all interference pairs

2018年2月—2020年10月重點(diǎn)工作區(qū)內(nèi)部分區(qū)域發(fā)生了較為明顯的沉降現(xiàn)象，沉降區(qū)呈斑塊狀分布于重點(diǎn)工作區(qū)中部及北部地區(qū)，整體沉降量均較小，最大沉降量?jī)H15 mm，最大年均形變速率為7.18 mm/a。發(fā)生沉降的區(qū)域在工作區(qū)內(nèi)整體呈線型展布，結(jié)合高分2號(hào)遙感影像分析可知，沉降區(qū)與山脊走勢(shì)較為吻合。將道路與地表形變圖進(jìn)行疊加（圖7），可見沉降區(qū)域的分布與重點(diǎn)工作區(qū)內(nèi)所修建的山區(qū)道路高度一致，說(shuō)明重點(diǎn)工作區(qū)沉降的發(fā)生與山區(qū)道路的修建有較為密切的關(guān)系。由于山區(qū)道路的修建，坡體松散堆積體增加，并破壞了山體原有的結(jié)構(gòu)，致使該區(qū)域風(fēng)化剝蝕作用加劇，在雨水沖刷作用下坡體物質(zhì)向下運(yùn)移速度增加。

圖7 地表累積形變量Fig.7 Map showing the surface cumulative deformation

InSAR數(shù)據(jù)處理結(jié)果必須與光學(xué)影像相結(jié)合，為保證結(jié)果的合理性，本項(xiàng)目中InSAR處理結(jié)果與工作區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)在時(shí)間及空間上都能高度吻合，并且工作過(guò)程中使用的數(shù)據(jù)期數(shù)、DEM精度等其他要素都達(dá)到了精度要求。因此本次InSAR處理結(jié)果是可信的，可做參考。

3.3 地震作用下已建平臺(tái)邊坡三維動(dòng)力響應(yīng)

4 200 m平臺(tái)所用數(shù)值模型確定為邊長(zhǎng)300 m的正方形區(qū)域，豎直范圍從地表（最高處高程約4 200 m）延伸至基巖內(nèi)一定深度（模型底面高程約4 090 m），單元邊長(zhǎng)為5 m。3 830 m平臺(tái)所用數(shù)值模型同樣為邊長(zhǎng)為300 m的正方形區(qū)域（圖8），豎直范圍從地表（最高處高程約3 830 m）延伸至基巖內(nèi)一定深度（模型底面高程約3 670 m）。

圖8 地震作用下邊坡三維動(dòng)力響應(yīng)Fig.8 3D dynamic response of slope under the earthquake action

數(shù)值模擬初始靜力邊界條件：模型前后、左右側(cè)面施加水平方向的約束，即其邊界節(jié)點(diǎn)水平位移為0。模型底部施加固定約束，即底部邊界節(jié)點(diǎn)垂直和水平位移也均為0。初始地應(yīng)力參考實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和部分修正后的理論數(shù)據(jù)。

數(shù)值模擬動(dòng)力邊界條件：模型邊界采用FLAC3D內(nèi)置的黏滯邊界和自由場(chǎng)邊界。自由場(chǎng)邊界為自動(dòng)生成的一維網(wǎng)格，參數(shù)特性繼承了主網(wǎng)格邊界的網(wǎng)格和參數(shù)。自由場(chǎng)邊界與主網(wǎng)格邊界之間用若干黏滯阻尼器連接，黏滯阻尼器的水平和豎直分量之間各自獨(dú)立存在。以上2種人工邊界使得地震波在邊界不會(huì)產(chǎn)生反射效應(yīng)，使得波動(dòng)在截?cái)辔恢脻M足原連續(xù)介質(zhì)中的輻射現(xiàn)象[31]。

在FLAC3D中選取應(yīng)力符合屈服準(zhǔn)則的區(qū)域（或稱塑性區(qū)）觀察潛在破壞區(qū)域的范圍。塑性區(qū)標(biāo)識(shí)以不同的顏色顯示兩種類型的破壞機(jī)制：剪切破壞（shear failure）和拉伸破壞（tensile failure）。在上述模型中，當(dāng)動(dòng)力計(jì)算時(shí)間為60 s，山梁表層均未出現(xiàn)塑性區(qū)破壞，說(shuō)明在該區(qū)域進(jìn)行天文臺(tái)建設(shè)較為適宜。

4 200 m平臺(tái)和3 830 m平臺(tái)坡頂在地震作用時(shí)均產(chǎn)生顯著的動(dòng)力放大效應(yīng)，放大系數(shù)約為基底的7～11倍。其中水平向（EW向）的放大系數(shù)為8.5～11.2倍，垂向放大系數(shù)7.2～7.8倍，垂向放大系數(shù)小于水平向放大系數(shù)。因此，需注意天文臺(tái)斜坡頂部的地震波場(chǎng)地放大作用影響，該放大系數(shù)在目前參數(shù)條件下可達(dá)到基底輸入地震波加速度的7～11倍，如此大的場(chǎng)地放大效應(yīng)易對(duì)坡頂上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

3.4 評(píng)價(jià)優(yōu)勢(shì)及監(jiān)測(cè)建議

使用K-mean非監(jiān)督分類結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的工程場(chǎng)址穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以避免人為因素對(duì)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行權(quán)重賦值帶來(lái)的評(píng)價(jià)結(jié)果誤差。人工賦值具有較強(qiáng)的主觀性，評(píng)價(jià)結(jié)果直接取決于評(píng)價(jià)因子的準(zhǔn)確性和評(píng)價(jià)因子權(quán)重設(shè)定人員的專業(yè)技術(shù)水平。機(jī)器學(xué)習(xí)算法通過(guò)大量的運(yùn)算，不斷試錯(cuò)學(xué)習(xí)，提高評(píng)價(jià)精度，其評(píng)價(jià)結(jié)果較為真實(shí)可靠。在今后的工作中可以通過(guò)改進(jìn)算法模型和改進(jìn)評(píng)價(jià)因子兩個(gè)方面來(lái)提升穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果的精度。改進(jìn)評(píng)價(jià)因子體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是修改評(píng)價(jià)因子的種類，二是通過(guò)提高評(píng)價(jià)因子的精度來(lái)提高估算精度。

最后提出監(jiān)測(cè)建議：（1）為確保工程安全及設(shè)備正常使用，盡量減少在填方區(qū)布設(shè)工程及重要設(shè)備；（2）在填方邊坡要依據(jù)巖土工程地質(zhì)條件，保證邊坡坡度小于自然休止角，人工開挖或填筑形成的碎石土邊坡要做適當(dāng)工程處理。

4 平臺(tái)工程地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果

3 830 mMASTA平臺(tái)在望遠(yuǎn)鏡陣列北側(cè)有一處斷層出露。斷層產(chǎn)狀235°∠10°，與賽什騰山望北溝斷裂走向基本一致，判斷為望北溝斷裂的次級(jí)斷裂，斷層受到255°—75°方向的應(yīng)力擠壓形成，斷層破碎帶寬50～150 cm，斷層帶內(nèi)巖性為斷層泥和花崗碎裂巖，根據(jù)斷層產(chǎn)狀和擦痕，野外判斷該斷層為逆斷層。MASTA望遠(yuǎn)鏡陣列位于斷層上盤，在平臺(tái)西南側(cè)追溯該斷層時(shí)未發(fā)現(xiàn)其他露頭，該斷層產(chǎn)狀較緩，斷層兩層巖體未發(fā)現(xiàn)明顯位移，現(xiàn)今較穩(wěn)定，因此該斷層對(duì)平臺(tái)穩(wěn)定性影響較小。研究組對(duì)平臺(tái)附近不穩(wěn)定斜坡可能發(fā)生的變形破壞方式、滑坡變形量、活動(dòng)頻率等進(jìn)行了詳細(xì)的分析，同時(shí)根據(jù)不穩(wěn)定斜坡監(jiān)測(cè)規(guī)范，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際踏勘情況，在3 830 m平臺(tái)安裝GNSS測(cè)站3臺(tái)，基準(zhǔn)站1臺(tái)。

4 200 mWFST平臺(tái)場(chǎng)地已完成開挖平整，在野外開挖探槽時(shí)發(fā)現(xiàn)了一處斷層破碎帶。該斷層穿過(guò)LAMOST望遠(yuǎn)鏡基礎(chǔ)位置，開挖出露地層為二疊紀(jì)侵入中粗粒二長(zhǎng)花崗巖。探槽內(nèi)0～0.4 m為人工填土；0.4～2.5 m為風(fēng)化中粗粒二長(zhǎng)花崗巖；2.5～3.0 m為中粗粒二長(zhǎng)花崗巖，抗壓強(qiáng)度56.5 MPa。斷層產(chǎn)狀350°∠35°，走向260°，破碎帶厚3.3 m，破碎帶巖性主要為斷層泥及花崗質(zhì)碎裂巖，根據(jù)野外判斷為逆斷層。建議望遠(yuǎn)鏡基礎(chǔ)施工前應(yīng)做詳細(xì)的勘查設(shè)計(jì)，保證在施工完成后望遠(yuǎn)鏡基座的穩(wěn)定性。

4 100 m空置平臺(tái)和4 000 m空置平臺(tái)場(chǎng)地內(nèi)及周邊未發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶及斷裂構(gòu)造通過(guò)，初步判斷在后期工程建設(shè)中較穩(wěn)定，適宜工程布設(shè)。

4 300 m推薦平臺(tái)原始地貌為構(gòu)造高山山脊，未見沖溝，坡度15°～20°。巖性為二疊紀(jì)侵入中粗粒二長(zhǎng)花崗巖，巖塊體密度為2.54 g/cm3，干燥狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度56.5 MPa，彈性模量3.81×104MPa，泊松比0.15。4 050 m推薦平臺(tái)巖性為達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖，片麻巖顏色灰黑色呈片理化，巖塊體密度為2.63 g/cm3，干燥狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度86 MPa，彈性模量1.23×104MPa，泊松比0.04，黏聚力7.25 MPa，內(nèi)摩擦角30.9°?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果表明，2處推薦平臺(tái)所在場(chǎng)地內(nèi)及周邊未發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶及斷裂構(gòu)造通過(guò)，巖性穩(wěn)定強(qiáng)度高，初步判斷在后期工程建設(shè)中較穩(wěn)定，適宜工程布設(shè)，平臺(tái)場(chǎng)地可采用削除頂部巖體方式進(jìn)行場(chǎng)地整平。

5 結(jié)論

（1）使用K-mean非監(jiān)督分類結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行區(qū)域工程地質(zhì)條件穩(wěn)定性分析可以避免人為因素對(duì)評(píng)價(jià)因子權(quán)重賦值帶來(lái)的評(píng)價(jià)結(jié)果誤差。4個(gè)存在較適宜以上的區(qū)域中，A區(qū)域有著B、C、D區(qū)域無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果為賽什騰山未來(lái)的天文臺(tái)建設(shè)推薦了2個(gè)平臺(tái)。

（2）應(yīng)用InSAR監(jiān)測(cè)地形形變，分析場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定性，使用FLAC3D模擬地震作用下已建平臺(tái)的邊坡三維動(dòng)力響應(yīng)，結(jié)合人工地質(zhì)剖面調(diào)查得出3 830 m平臺(tái)與4 200 m平臺(tái)附近存在斷層，但附近巖體未發(fā)生明顯位移，說(shuō)明斷層對(duì)天文臺(tái)建設(shè)影響不大。

（3）根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果提出4 300 m與4 050 m 2處推薦平臺(tái)，根據(jù)巖體室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，判斷2處空置平臺(tái)和2處推薦平臺(tái)所在場(chǎng)地內(nèi)及周邊未發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶及斷裂構(gòu)造通過(guò)，巖性穩(wěn)定強(qiáng)度高較穩(wěn)定，適宜工程布設(shè)。在未來(lái)可采取消除頂部巖體的方式進(jìn)行場(chǎng)地整平。