梁學戰(zhàn)，陳洪凱，唐紅梅

(重慶交通大學巖土工程研究所，重慶400074)

青藏高原東部邊緣地區(qū)，山高谷深，坡地物質處于不穩(wěn)定狀態(tài)，加上季風性暴雨侵襲，所以第四紀以來泥石流活動十分頻繁。很多學者通過對青藏高原東部邊緣地區(qū)第四紀泥石流堆積剖面的研究，發(fā)現了很多第四紀泥石流活動的特點，其中比較有代表性的有:陳洪凱［1－2］等通過泥石流活動與氣候變化的關系，對青藏高原東部邊緣地區(qū)幾個典型泥石流堆積剖面進行分析，指出溫(或熱)濕、涼(或冷)濕氣候均有利于泥石流的活動，泥石流活動與氣候變化的干濕周期變化比較吻合;李永化［3－4］等參考絕對年齡測試結果、基于地球化學分析和區(qū)域地層對比等手段，對青藏高原東部邊緣多個第四紀泥石流堆積剖面進行了分析，指出泥石流發(fā)育與區(qū)域乃至全球性氣候波動呈現出大致同步的規(guī)律性;史正濤［5］等根據不同時期泥石流堆積體分布的地貌部位、巖相特征、堆積體及其上發(fā)育的古土壤的化學特征、孢粉組臺和部分絕對年代資料，將小江流域的泥石流活動初步劃分5個強盛期，各期泥石流都是暴雨型泥石流。

文獻分析發(fā)現，很多學者對青藏高原東部邊緣地區(qū)第四紀泥石流活動規(guī)律的研究主要是以氣候的周期性變化為依據，特別是冰期與間冰期的周期旋回，但是通過對青藏高原東部邊緣地區(qū)第四紀泥石流沉積層大量的實地考查和資料分析發(fā)現，控制泥石流活動周期是多種環(huán)境因素相互耦合作用的結果，并且不同區(qū)域有不同的主控因素。古泥石流的研究可以幫助我們尋找現代泥石流廣泛發(fā)育的歷史原因［6］，因此通過對青藏高原東部邊緣地區(qū)最具代表性、泥石流發(fā)育最嚴重(爆發(fā)頻繁、強度大)的白龍江流域、小江流域古泥石流發(fā)育特性的研究，結合現代泥石流發(fā)育的環(huán)境［7－8］，就可以了解不同區(qū)域、不同溝谷泥石流的發(fā)育規(guī)律，預測它的發(fā)展趨勢，為現代泥石流的工程防治提供理論依據［9］。

1 代表性泥石流沉積剖面

在每一級階地上選取有代表性的泥石流堆積剖面，以階地形成的先后順序來分析白龍江流域和小江流域第四紀以來的泥石流活動過程，因為在相鄰區(qū)域，階地形成越早其拔河高程越高，所以把階地沉積剖面按剖面頂部的拔河高程在同一張坐標圖上描出(圖1、圖3)，通過分析泥石流堆積層在階地剖面中的分布特點并結合泥石流堆積層的側年數據(圖2、圖4)對兩流域的第四紀泥石流活動過程進行對比。

1.1 白龍江流域代表性泥石流堆積剖面及年代

白龍江流域代表性泥石流堆積剖面特征按拔河高程(圖1)及堆積年代(圖2)依次為:

T6剖面以舟曲縣城東山頂剃頭坡混雜堆積層為代表，頂面距江面395m，泥石流堆積層厚2m，通過與蘭州附近的黃河階地［10］進行對比分析，可以推斷這一時期泥石流大約發(fā)育于1.5 Ma B.P.。T5階地為侵蝕階地，在舟曲、迭部一帶均未發(fā)現泥石流堆積層，基巖臺面上直接覆8～10m厚的黃土。T4在隴南市區(qū)后山泉家溝一帶的白龍江邊，階地面拔河280m，階地下部，可以見到一期泥石流堆積，厚度約30余m，根據泥石流堆積物分布的地貌部位、膠結程度以及與離石黃土的沉積接觸關系可以推斷，泥石流堆積層形成于早更新世末至中更新世初(約0.73 Ma B.P.)［3］。T3見于白龍江中游地區(qū)柳城鎮(zhèn)磚廠附近，頂面拔河約134m，階地剖面中有明顯的3期泥石流堆積。泥石流堆積①和②均厚30余m，泥石流相①和②初步估計分別形成于42.5～56.5萬 a B.P.和16.5 ～24.5 萬 a B.P.;剖面頂部為 10余m厚的風成黃土，黃土中發(fā)育有7層古土壤和1m厚的泥石流堆積 ③ ，泥石流相層下部黃土年齡為(116.8 ±9.9)ka B.P.(TL)，因此，該階地屬于中更新世的產物［1］。T2階地在武都縣城附近白龍江對岸三河沿岸的柏林寺附近階地剖面，階地頂部距河面約59m，河流相沉積上覆30m厚的馬蘭黃土，馬蘭黃土地層中經常見到夾有小股泥石流透鏡體，測得其朽木年齡為49.5 ka，14C及熱釋光年齡為52 ～25 ka B.P.［11－12］，可知這一時期泥石流的發(fā)生時間大約在50～25 ka B.P.左右。T1階地在沿白龍江沿岸的許多溝口附近形成兩級或三級泥石流扇形地，階地一般高出河面5～8m，它直接覆蓋在河流礫石層之上，許多泥石流扇直抵江邊，經14C年代測定，年齡在4～5 ka B.P.?，F代泥石流堆積，由于人類活動的參與，3 ka來流域內的泥石流規(guī)模及范圍與前期相比有擴大趨勢。

圖1 白龍江流域代表性泥石流堆積剖面Fig.1 Typical debris flow deposition profile in Bailongjiang River basin

圖2 白龍江流域泥石流堆積剖面地質年代Fig.2 Geological age of debris flow deposition profile in Bailongjiang River basin

1.2 小江流域代表性泥石流堆積剖面及年代

在小江流域，小江河谷地貌在新構造運動的影響下，形成了明顯的7級階(臺)地，且每級臺地均有泥石流發(fā)育，代表性泥石流堆積剖面(圖3)及沉積年代(圖4)按拔河高程依次為:

圖3 小江流域代表性泥石流堆積剖面Fig.3 Typical debris flow deposition profile in Xiaojiang River basin

在小江河谷最高一級階(臺)地(T6或T7)以位于蔣家溝附近的多照溝臺地下部的臺地沉積為代表(圖3)，剖面頂部拔河1 000m，有2層巨厚的泥石流堆積層，分別形成于元謀運動和金沙江運動，兩層泥石流相均夾于厚層的河流相及洪積扇相沉積物之中［13］，ESR 年代為 1.42 Ma B.P.［14］。在小江流域上雞冠石臺地剖面，位于海拔1 450～1 600m的T5階地，頂面拔河高度530m臺地沉積地層厚約90m，下部為是泥石流和水石流混雜堆積物;中部為1套厚達70m的泥石流堆積層;上部為1套紅色黏土層，山原紅壤發(fā)育年齡測算年0.985 Ma B.P.［13］，屬于小江流域早更新世晚期的泥石流堆積物。在上雞冠石臺地剖面下部T4階地上，有厚度74m的下雞冠石臺地剖面，頂面拔河高度320m，泥石流以多層具有懸浮分選遞變性質的泥粒層組成，ESR年代為0.562 Ma B.P.［13］。小江河谷T3階地上堆積了厚層的泥石流臺地，代表性剖面為蔣家溝溝口外的泥得坪臺地，頂面拔河280m，總厚度106m，地層巖性分為3層，下部為亞黏土、粉砂夾礫石層組成;中部為厚度85m的泥石流堆積物;上部為紅色黏土、亞黏土層和1層夾有紅色黏土、亞黏土的礫石層，ESR測年為0.218 Ma B.P.。T2階地選擇在蔣家溝溝口對面、小江的左岸的達朵臺地剖面，為1座高出小江江面約200m的堆積臺地，沉積地層總厚195m左右，泥石流堆積與河流沉積交互堆積，ESR測年結果為14 ka B.P.左右。在小江流域沿岸較大支溝T1階地上部覆蓋有大規(guī)模的泥石流堆積扇，以小江沿岸拔河約40m何家堡剖面為代表，剖面總厚度22m，下部為褐色黏土層，厚約4m，其ESR年齡為 7.3 ka B.P.［14］，上段為近代泥石流堆積層?，F代泥石流堆積，與白龍江流域相似，3 ka來由于人類活動的參與，流域內的泥石流規(guī)模及范圍與前期相比有擴大趨勢。

圖4 小江流域泥石流堆積剖面地質年代［15］Fig.4 Geological age of debris flow deposition profile in Xiaojiang River basin

2 泥石流活動分期

根據以上對代表性泥石流堆積剖面的分析，按階梯形成的先后順序和泥石流活動的時間規(guī)律，結合泥石流沉積層的測年數據(圖2、圖4)，可系統(tǒng)的對小江流域和白龍江流域泥石流活動進行分期，白龍江流域及小江流域在第四紀時期內的泥石流活動均可分為8期(表1、表2)。

表1 白龍江流域第四紀泥石流活動周期劃分Tab.1 Division of the Quaternary debris flow activity period in Bailongjiang River basin

表2 小江流域第四紀泥石流活周期劃分［15］Tab.2 Division of the Quaternary debris flow activity period in Xiaojiang River basin

3 泥石流活動與冰期、間冰期氣候特征比較

根據文獻［1］、文獻［16－18］可知，青藏高原東部邊緣山區(qū)自第四紀以來泥石流多屬于暴雨泥石流，不同的泥石流形成區(qū)在冰期、間冰期泥石流活動特征不同。

3.1 間冰期

第四紀期間，季風環(huán)流已經形成，間冰期的所處的氣候環(huán)境與現代氣候環(huán)境概況大致相同。

緯度位置較低的小江流域在間冰期的早期，在低緯行星風系向北擴展的過程中，南部洋面的濕潤氣流北上頻繁，當同滯留在小江流域北方來的冷空氣相遇時，常形成鋒面，降雨充沛［19］，泥石流活動頻繁。在間冰期的夏季，西南季風更加強烈，降水更加豐沛，在地表物質處于一定數量的情況下，形成的泥石流以稀性或加沙水流為主，而且這一時期的河流水量較大，河谷兩側的泥石流容易被河水搬運帶走，因此這一時期形成泥石流堆積層較少，在泥石流堆積層中顯示的是泥石流活動較弱期。位于青藏高原東北邊緣的白龍江流域緯度較高，間冰期在低緯行星風系向北擴展的過程中，南部洋面的濕潤氣流在北上的過程中，受地形及其它大氣環(huán)流的阻擋作用到達白龍江流域與北下的冷空氣相遇時水汽減少，勢力減弱，形成的鋒面強度遠小于小江流域，降水較少，所以形成泥石流以黏性和亞黏性為主，地表徑流較少，容易形成泥石流堆積層。

3.2 冰期

根據李吉均［20］等的研究，冰期時的大氣環(huán)流形式如圖5。由圖5可知，隨著冰期來臨，位于北緯40°～60°的西風帶南移，在青藏高原西側由于青藏高原的阻擋，分為南北兩支西風激流，且終年存在。

小江流域在北緯25°45'～26°35'，由圖 5 可知，南支西風激流影響小江流域。在冰期的夏季，西風帶較冬季時北移，繞青藏高原南側的南支西風激流勢力收斂減弱，但仍然維持在小江流域附近。而夏季太陽直射點北移，小江流域位于熱赤道附近，小江流域地面增溫使地面空氣受熱上升，從而誘導南部洋面西南季風的濕潤氣流由南向北推進至小江流域附近，與南支西風激流輻合形成鋒面，產生冰期期間的主要降雨過程。所以冰期時小江流域降水依然存在，只是降水減少，如果具備足夠的地表松散物質和合適的坡度條件，就會形成粘性較大的泥石流，而且由于此時小江河流徑流量較小，小江兩岸泥石流堆積作用明顯。

白龍江流域緯度位置較小江流域高，由圖5可以看出，整個冰期期間都受到西風帶繞青藏高原的北支西風激流的影響，且西風的勢力較強。即使在夏季西風帶北移，在緯度較高的白龍江流域依然受到勢力強勁的西風激流的影響，南部洋面的暖濕的西南季風和東部洋面濕潤的東南季風，很難到達白龍江流域附近，不容易產生降雨，形成了白龍江流域冰期干冷的氣候，此時白龍江流域難以形成泥石流。

圖5 末次冰期中的夏季環(huán)流形式［20］Fig.5 Form of summer circulation in the last glacial stage

4 泥石流發(fā)育過程分析

根據對青藏高原東部邊緣地區(qū)泥石流堆積層及活動周期的分析，結合泥石流活動與冰期間冰期氣候特征的比較，青藏高原東部邊緣地區(qū)泥石流活動過程表現出一致性和非平衡性的特點。

4.1 泥石流發(fā)育過程的一致性

1)小江流域與白龍江第四紀泥石流活動劃分的期數基本相同，均可劃分為8期泥石流，且其年代有一定的相關性。

2)泥石流開始發(fā)育的最早年代基本相同。新構造運動以來，當早更新世青藏高原面平均海拔高度上升到2 000m時，現代東亞季風環(huán)流尤其是印度洋季風(即西南季風)的形成，早更新世季風的形成給處于季風邊緣帶的青藏高原東部邊緣地區(qū)帶來暴雨天氣，為泥石流的發(fā)生提供了誘發(fā)因子，受青藏高原新構造運動以來階段性隆升的影響［10］，本區(qū)也呈區(qū)域性的間歇式抬升，間歇式抬升不僅為泥石流發(fā)生提供合適的地貌條件，也為泥石流發(fā)生提供了豐富的松散固體物質，所以青藏高原東部邊緣地區(qū)泥石流發(fā)生的最早時間均在早更新世。

3)青藏高原東部邊緣地區(qū)間冰期暖濕環(huán)境均有泥石流發(fā)育。

4.2 泥石流發(fā)育過程的非平衡性

1)泥石流堆積剖面結構不同。小江流域泥石流堆積剖面在地層中連續(xù)性較好，幾乎分布在每個地層，稀性泥石流、亞黏性泥石流、水石流居多;而白龍江流域泥石流堆積剖面連續(xù)性不好，在地層中缺失較多，黏性泥石流居多。說明小江流域的泥石流活動幾乎貫穿整個第四紀時期，很少間斷;而甘肅白龍江流域第四紀期間泥石流活動間歇期長、間斷較多。

2)冰期環(huán)境的泥石流活動差異大，間冰期堆積作用不同。小江流域冰期夏季降水依然存在，泥石流發(fā)育，且泥石流堆積較大;而白龍江流域在冰期不容易產生降雨，冰期時難以形成泥石流;間冰期小江流域降水多，地表徑流過大，堆積作用小于白龍江流域，泥石流堆積層較少。

3)泥石流活動周期的主控因素不同。緯度較低的小江流域，第四紀泥石流堆積層與新構造運動的間歇抬升［17］有很好的共軛關系，即每次新構造運動后都會發(fā)育泥石流，在地貌上表現在每一階地形成后或每一構造期后不管氣候處于冰期還是間冰期都會有泥石流發(fā)生，產生泥石流堆積層，隨著新構造運動的間歇性平靜，大量松散物質消耗殆盡，大的地表起伏逐漸平緩，泥石流活動逐漸消失，這樣小江流域的一個泥石流活動期至此得以完成，直到出現下一個新構造運動的發(fā)生，所以第四紀以來新構造運動控制了小江流域泥石流大的活動周期。

緯度較高的白龍江流域新構造運動與泥石流沉積層的共軛性較差，第5級階地沒發(fā)現泥石流沉積層，第3級階地有3期泥石流發(fā)育(圖1)。當一次構造運動間歇性抬升活動發(fā)生之后，氣候期處在間冰期或冰期的間冰段時會發(fā)生泥石流，而處于冰期時受干燥的西風控制，降水少，一般不會有泥石流發(fā)生。若一次新構造運動完全與干冷氣候相對應，即使有需要的地貌條件和豐富的物質基礎，在此次新構造運動期間將不會有泥石流發(fā)生;若一次構造運動中有若干次冷干和暖濕氣候的劇烈變化，則會出現多次泥石流發(fā)育期，所以第四紀以來冷干與暖濕的氣候周期旋回控制了白龍江流域的第四紀泥石流活動周期。

5 結論

1)通過對青藏高原東部邊緣地區(qū)各階地剖面的分析，第四紀以來青藏高原東部邊緣地區(qū)泥石流活動具有周期性特點，根據階地、泥石流沉積剖面與地質年代的關系，把白龍江流域和小江流域第四紀以來的泥石流活動周期均分為8期。

2)根據對青藏高原東部邊緣地區(qū)泥石流堆積及活動周期的分析，結合泥石流活動與冰期間冰期氣候特征的比較，得出青藏高原東部邊遠地區(qū)第四紀泥石流活動過程既具有泥石流活動周期數基本相同、泥石流開始發(fā)育的最早年代基本相同、間冰期暖濕環(huán)境均有泥石流發(fā)育的一致性特點，也有泥石流剖面結構不同、冰期環(huán)境的泥石流活動差異大、泥石流活動周期的主控因素不同的非平衡特性。

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