劉廣岳， 鄒德富， 楊 斌， 杜二計(jì)， 周華云， 肖 瑤， 趙 林，譚昌海， 胡國杰， 龐強(qiáng)強(qiáng)， 王 武， 孫 哲， 朱小凡，殷秀峰， 汪凌霄， 李智斌， 謝昌衛(wèi)

（1.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青海藏北高原冰凍圈特殊環(huán)境與災(zāi)害國家野外科學(xué)觀測研究站，甘肅蘭州 730000； 2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 3.中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源綜合調(diào)查指揮中心，北京 100055；4.南京信息工程大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210044）

0 引言

青藏高原及其周邊地區(qū)是長江、黃河、雅魯藏布江等亞洲10 多條主要河流的發(fā)源地，素有“亞洲水塔”之稱，以氣候變暖為主要特征的全球變化正在對(duì)其產(chǎn)生巨大影響[1-2］。多年凍土及其變化顯著影響著區(qū)域水文過程[3-5］，主要表現(xiàn)在凍土的隔水性或弱透水性影響產(chǎn)匯流過程和活動(dòng)層水循環(huán)[6］，地下冰的形成和融化影響地下水的補(bǔ)給釋放、徑流路徑和排泄過程[6-7］，多年凍土區(qū)特殊下墊面及其凍融過程通過影響地面加熱場來影響近地表空氣對(duì)流過程和區(qū)域大氣環(huán)流，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)降水過程的影響。青藏高原現(xiàn)存多年凍土的總面積約106萬平方千米[8］，地下冰儲(chǔ)量折合成水量約12.7 萬億立方米[4］，受氣候變化影響，高原廣泛分布的多年凍土及地下冰變化將深刻影響江河湖源區(qū)的區(qū)域水文循環(huán)和水資源分配，進(jìn)而影響下游的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)[9］，有研究表明多年凍土退化對(duì)江河源區(qū)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)開始逐步顯現(xiàn)[10］。

唐古拉山各拉丹冬南坡是西藏面積最大的湖泊——色林錯(cuò)的發(fā)源地，而北坡孕育了長江的西源沱沱河，但該區(qū)域多年凍土的特征和空間分布狀況鮮有報(bào)道，多年凍土數(shù)據(jù)幾近空白。隨著青藏高原第二次綜合科學(xué)考察項(xiàng)目的啟動(dòng)，多年凍土對(duì)亞洲水塔的影響專題考察分隊(duì)選擇將這片區(qū)域作為重點(diǎn)調(diào)查區(qū)。本次考察主要圍繞以下三個(gè)科學(xué)目標(biāo)開展工作：①建立各拉丹冬南北坡多年凍土監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，查明江湖源區(qū)多年凍土發(fā)育和空間分布特征；②揭示江湖源區(qū)多年凍土地下冰賦存情況，探索地下冰對(duì)區(qū)域水文循環(huán)的調(diào)節(jié)機(jī)制；③針對(duì)不同的地貌類型和水文特征，進(jìn)行土壤、水體采樣和指標(biāo)檢測，獲取區(qū)域的現(xiàn)代凍土環(huán)境、歷史氣候和沉積特征。

科學(xué)考察分為兩階段完成：①南坡湖源區(qū)考察于2019 年10 月15 日完成踏勘，11 月1 日至11 月20日正式開展，參加考察的單位有中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、南京信息工程大學(xué)；②北坡江源區(qū)考察于2020 年10 月8 日完成踏勘，10 月12 日至11 月22 日開展正式科考，除上述兩單位外，中國地質(zhì)調(diào)查局應(yīng)用地質(zhì)研究中心、中國科學(xué)院青藏高原研究所也參加了第二階段的考察。通過兩階段考察獲取了各拉丹冬南北坡江湖源區(qū)多年凍土分布與特征的第一手資料，為機(jī)理分析、數(shù)值模擬及情景預(yù)估奠定基礎(chǔ)。

1 考察區(qū)域和路線

1.1 色林錯(cuò)上游扎加藏布源區(qū)考察

扎加藏布是西藏境內(nèi)最長的內(nèi)流河，第一階段考察主要位于扎加藏布源區(qū)（圖1），地理范圍位于32°18′56″~33°19′52″N、90°10′05″~92°13′50″E，面積約1.20×104km2，區(qū)域邊界線長約0.90×103km，行政區(qū)劃主要屬于西藏自治區(qū)安多縣崗尼鄉(xiāng)和色務(wù)鄉(xiāng)。北部唐古拉山各拉丹冬雪山是源區(qū)內(nèi)河流的主要發(fā)源地。考察的范圍主要位于高山河谷地帶，地形復(fù)雜，海拔在4 697~5 192 m，平均為5 046 m。地表以高寒草原景觀為主，盆地低洼地帶或者河流兩側(cè)部分地區(qū)有高寒沼澤草甸發(fā)育。崗尼鄉(xiāng)南部的丘陵地帶有煤層出露及開采痕跡，為20世紀(jì)60—80 年代西藏土門煤礦遺址。高山陡坡多為碎屑裸土和裸巖，第四紀(jì)沉積物相對(duì)較厚，中部山區(qū)有第三系紅土出露。根據(jù)源區(qū)南部安多氣象站（32°21′N、91°06′E，海拔4 800 m）最新觀測資料（2010—2017年）顯示，多年平均氣溫-1.4 ℃，最冷月1 月的平均氣溫-13.5 ℃，最暖月7 月平均氣溫8.8 ℃；多年平均降水量314 mm。因此，屬高原亞寒帶半干旱氣候。區(qū)域氣溫升高轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生于1997—1998年，與高原氣溫整體升高的時(shí)間相吻合[11］。有研究表明，1979—2017 年間源區(qū)的氣溫升高速率在0.02~0.04 ℃·a-1，較色林錯(cuò)流域下游季節(jié)凍土區(qū)要小得多[12］。本階段考察的路線和點(diǎn)位見圖1。

圖1 各拉丹冬南北坡江湖源區(qū)考察區(qū)域、路線及點(diǎn)位分布圖Fig. 1 Map of study area，survey routes and sites in source area of the rivers and lakes on northern and southern slopes of Mt. Geladandong

1.2 長江上游沱沱河源區(qū)考察

沱沱河發(fā)源于唐古拉山主峰各拉丹冬西南部的姜根迪如冰川，自南向北流向葫蘆湖方向，之后在構(gòu)造地形作用下轉(zhuǎn)為自西向東，呈倒寫的“L”形。第二階段的考察主要位于沱沱河源區(qū)（沱沱河沿水文站以上流域，見圖1）?？疾靺^(qū)地處高原腹地可可西里地區(qū)南部，介于33°22′56″~34°54′41″N、90°32′34″~92°29′07″E，面積約1.58×104km2，邊界線長約1.12×103km。泉水和濕地發(fā)育，是青藏高原濕地的主要分布區(qū)之一。地勢(shì)較高，南北均有高山，地形相對(duì)封閉，區(qū)域海拔最高達(dá)6 522 m，最低海拔為4 532 m，平均約4 950 m。高空受到西風(fēng)帶控制，南部有唐古拉山阻擋，來自印度洋孟加拉灣的水汽不容易到達(dá)，因此氣候干旱，終年低溫[13］。沱沱河流域多年平均氣溫為-4.2 ℃；年平均降水量約為283 mm，降水集中在7—9月；多年平均徑流量為26.2 m3·s-1，徑流深約51.9 mm（沱沱河水文站，1981—2015年）[14］?？疾靺^(qū)域、路線及重要點(diǎn)位主要位于沱沱河與唐古拉山以及109國道包圍的范圍內(nèi)（圖1）。

2 調(diào)查方法和工作量

2.1 調(diào)查方法

野外調(diào)查中兩個(gè)階段的考察均以鉆孔位置作為區(qū)域的主要控制點(diǎn)。為滿足鉆孔對(duì)于研究區(qū)不同下墊面、不同地形條件、不同多年凍土類型的代表性和控制性，孔位的選擇在交通可達(dá)和保障機(jī)臺(tái)穩(wěn)定安全的原則下，充分考慮了海拔、沉積類型、下墊面狀況、水文因素等因素的變化。鉆探方法首先被用來查明或確認(rèn)多年凍土是否存在，獲取沉積物類型和多年凍土的基本特征，如埋藏深度、厚度、地下冰分布狀況等信息；同時(shí)鉆孔巖心的采取，現(xiàn)場測定容重和含水量，并送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤理化性質(zhì)等基礎(chǔ)物理參數(shù)的測定；終孔后在鉆孔內(nèi)布設(shè)溫度測量探頭，測量垂直剖面上地溫及其變化。鉆探深度的設(shè)計(jì)，主要參考多年凍土厚度以及地下冰的發(fā)育狀況，且盡可能獲取年變化深度以下的地溫梯度，最小深度設(shè)計(jì)為20 m，多數(shù)設(shè)計(jì)為30~50 m，個(gè)別厚層地下冰發(fā)育的孔位設(shè)計(jì)為100 m?？犹绞倾@探手段的重要補(bǔ)充，也是判斷淺層巖土結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、多年凍土的有無、活動(dòng)層厚度和地下冰狀況的主要手段。通過比鉆孔采樣更精細(xì)和完整的采樣，可以獲取淺層土壤的基本物理、化學(xué)、生物性質(zhì)。

2019 年完成了對(duì)扎加藏布源區(qū)考察的鉆探工作，布設(shè)了鉆孔地溫觀測孔，目前采用人工觀測方式，觀測頻率為每年2~4次；2020年開展了對(duì)沱沱河源區(qū)多年凍土的調(diào)查，采用了鉆探坑探相結(jié)合、深淺坑相結(jié)合的方案（圖1）。隨后在多數(shù)場點(diǎn)安裝了活動(dòng)層水熱觀測系統(tǒng)或者凍土地溫觀測系統(tǒng)，采用自動(dòng)數(shù)字采集儀自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。安裝設(shè)備的型號(hào)等信息見表1。用于活動(dòng)層水熱觀測的傳感器中，HC2A-S3、SI-411 布設(shè)于地表以上1.5 m 處，HFP01布設(shè)于地表以下5 cm，CS655 在地表以下1 m 內(nèi)布設(shè)6 層，深度統(tǒng)一，分別為5、10、20、40、70、100 cm，1 m以下布設(shè)4層，深度根據(jù)不同點(diǎn)位活動(dòng)層厚度確定，原則上盡可能達(dá)到多年凍土上限以下20 cm，實(shí)際最大布設(shè)深度在1.8~5.8 m。用以凍土地溫觀測的熱敏電阻傳感器在地表下20 m 內(nèi)布設(shè)深度統(tǒng)一，0~5 m 采樣間隔為0.5 m，5~10 m 采樣間隔為1 m，10~20 m 采樣間隔為2 m，20~50 m 采樣間隔不統(tǒng)一，為5m或者10 m，50m以上采樣間隔為10 m。

表1 各拉丹冬南北坡江湖源區(qū)定點(diǎn)監(jiān)測儀器設(shè)備Table 1 Equipment used for in-situ measurement of hydro-thermal dynamics of active layer and permafrost thermal regime on northern and southern slopes of Mt. Geladandong

為較大范圍獲取調(diào)查區(qū)淺地層的沉積結(jié)構(gòu)、活動(dòng)層厚度等特征和深部的地電特征、多年凍土可能的下限信息等，本次考察采用了探地雷達(dá)方法（GPR）[15-16］和瞬變電磁法（TEM）[17-18］，并以鉆探和坑探點(diǎn)為對(duì)照和驗(yàn)證點(diǎn)開展勘探點(diǎn)的布設(shè)。GPR裝置采用的是瑞典MALA探地雷達(dá)，TEM 方法采用美國Zonge 公司生產(chǎn)的GDP32-II 型多功能電法工作站。除此以外，還開展了區(qū)域景觀與地貌的勘察。在踏勘和選線階段依賴衛(wèi)星遙感對(duì)宏觀的地貌景觀進(jìn)行目視識(shí)別，在正式調(diào)查階段，利用無人機(jī)航拍和數(shù)字?jǐn)z影等手段，考察和記錄了部分觀測場地的地表狀況，以及典型位置的景觀與地貌。

2.2 工作量

扎加藏布源區(qū)[圖2（a）］考察共鉆取鉆孔7 個(gè)，總進(jìn)尺200 m，其中50 m 鉆孔1 個(gè)，30 m 鉆孔3 個(gè)，20 m 鉆孔3 個(gè)；采集土壤樣本81 件以及容重與含水量現(xiàn)場測試樣本148 件。完成TEM 測點(diǎn)131 個(gè)；完成GPR 剖面近40 km，其中能夠反映活動(dòng)層厚度和凍土分布狀態(tài)的代表性長剖面11條；采集無人機(jī)和數(shù)字?jǐn)z影資料約10 G。沱沱河源區(qū)考察[圖2（b）］階段共完成鉆孔32 個(gè)，總進(jìn)尺1 200 m，最大鉆探深度100 m，最小18 m，其中包括100 m鉆孔1個(gè)，50 m鉆孔9個(gè)，30~50 m 之間鉆孔19個(gè)，小于30 m 鉆孔3個(gè)；完成活動(dòng)層探坑20 個(gè)、表層淺坑106 個(gè)；采集鉆孔巖心樣本、表層土壤樣本、冰水樣本等各類樣本1.18 萬件；完成TEM 測點(diǎn)364 個(gè)；完成GPR 剖面總長度近40 km；獲取各類影像資料約100 G；建成的多年凍土與環(huán)境綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)包括30 個(gè)多年凍土鉆孔地溫定點(diǎn)觀測場和20 個(gè)活動(dòng)層水熱動(dòng)態(tài)定點(diǎn)觀測場。

圖2 色林錯(cuò)上游扎加藏布源區(qū)和長江上游沱沱河源區(qū)重點(diǎn)考察區(qū)域及勘察點(diǎn)位、剖面布設(shè)Fig. 2 Key investigation area，profiles and sites in source area of the Zhaga Zangbo River，a tributary of upper Selin Co Lake（a）and in source area of the Tuotuo River，upper reaches of the Yangtze River（b）

3 初步結(jié)果與分析

3.1 色林錯(cuò)上游扎加藏布源區(qū)

3.1.1 地貌與沉積類型

考察區(qū)域位于唐古拉山南麓，地貌和沉積類型較為復(fù)雜。最北部以高山和河流深谷為主，地勢(shì)宏大；中間地帶則以低山丘陵和河流谷地為主，地形并不開闊；而到了南部海拔4 900 m 以下的地帶，則為河流沖刷形成的小平原。普遍的冰緣地貌類型有凍脹草丘、巖屑坡等，在斜坡地帶發(fā)育有規(guī)模較小的石冰川[圖3（a）］。山區(qū)巖石風(fēng)化程度高，第三系巖層裸露，坡面穩(wěn)定性較差。山腳、河谷地帶的地層以沖洪積相為主，盆地、洼地分布有埋藏較淺的湖相沉積物。

圖3 扎加藏布源區(qū)和沱沱河源區(qū)的典型冰緣地貌Fig. 3 Several kinds of typical periglacial landforms discovered in source area of the Zhaga Zangbo River and source area of the Tuotuo River：a rock glacier（a），weathered bedrock and kurums（debris slope）（b），a small cirque glacier（c），debris slope（d），polygon soil（e），thermokast lakes and pingos（f），retrogressive thaw slump（g）and a perennial pingo（h）（The photos were taken on November 10，2020，and the white dot marks the location of borehole dilled at the top of pingo）

圖4~5分別展示了部分鉆孔的巖心影像和鉆孔柱狀圖。SLC01 和SLC03 的地層中存在具有沖洪積特征的風(fēng)化煤層[圖4（a），圖5］；除了SLC06 和SLC07 多為巖性鉆心外，SLC01 至SLC05 的地層中均出現(xiàn)了紅色黏土層（圖4~5）。風(fēng)化煤層、紅土等指示層的出現(xiàn)，一定程度上反映了區(qū)域的沉積過程。例如SLC01 孔和SLC03 號(hào)孔，位于同一條河流谷地的沖洪積地層上，但位于上游的SLC03 孔（孔口海拔4 986 m）黑色風(fēng)化煤層出現(xiàn)的深度位于地表以下17 m，而下游的SLC01號(hào)孔（孔口海拔4 934 m）的煤層出現(xiàn)于2 m，揭示了同一地貌單元表層第四紀(jì)松散物質(zhì)的凈沉積率存在巨大差異。厚層紅色黏土層的出現(xiàn)，揭示了該區(qū)域歷史時(shí)期曾經(jīng)相當(dāng)長一段時(shí)間處于溫濕氣候條件下。在SLC05 孔19 m深度黏土層中發(fā)現(xiàn)石膏顆粒，推斷該孔所在盆地可能曾被湖水覆蓋。位于山麓的SLC07 孔揭示了地表下存在直徑15 m 左右、由周邊山體風(fēng)化崩解滾落的巨型灰?guī)r巖塊。

圖4 扎加藏布源區(qū)的典型鉆孔巖心Fig. 4 Typical drilling cores in source area of the Zhaga Zangbo River from different boreholes：red clay，black weathered coal seam and segregated ice in Borehole SLC03（a），segregated ice in red clay layer（b）and a thick layer of red clay in Borehole SLC04（c）

圖5 扎加藏布源區(qū)的典型鉆孔柱狀圖Fig. 5 Typical drill column diagrams in source area of the Zhaga Zangbo River

3.1.2 多年凍土特征與分布

扎加藏布源區(qū)北部高山帶為連續(xù)多年凍土區(qū)，中部河流縱橫，發(fā)育河流融區(qū)，為島狀多年凍土區(qū)；南部4 900 m 以下，多為季節(jié)凍土區(qū)。根據(jù)GPR 探測到的結(jié)果表明，多年凍土區(qū)的活動(dòng)層厚度在2.5~3.5 m 范圍內(nèi)變化，河流融區(qū)的周邊等地的多年凍土區(qū)活動(dòng)層厚度可以達(dá)到4 m 以上。基于TEM 的結(jié)果，則顯示探測到的多年凍土下限范圍在13~45 m間，多數(shù)測點(diǎn)在20~30 m。而且，從地貌部位來看，低洼地帶多年凍土層偏厚，山坡地帶偏薄。這與鉆探揭示的特征似相吻合。鉆孔揭示了多年凍土最厚的位置在地勢(shì)相對(duì)低洼、植被條件發(fā)育良好的SCL02 和SCL03 孔，而位于山頂、海拔更高的SCL06 孔反而厚度較薄。測溫顯示，海拔范圍4 871~5 059 m，15 m 地溫在-1.6~1.9 ℃范圍內(nèi)變化，地溫約以0.56 ℃·（100m）-1的梯度隨海拔升高而降低。鉆探和物探都揭示出，調(diào)查顯示多年凍土下界位于海拔4 900 m，其中考察區(qū)東部邊界位于SLC01 號(hào)孔（4 934 m，凍土下限位于17 m）附近，南部邊界位于SLC04 號(hào)孔（4 909 m，凍土下限位于15 m）附近。綜合調(diào)查顯示，當(dāng)前多年凍土分布產(chǎn)品展示的多年凍土區(qū)面積仍然普遍偏大[8］。

3.1.3 地下冰狀況

SLC01、SLC03、SLC04 號(hào)孔都位于河流谷地間的高寒草甸地帶，地表凍脹草丘發(fā)育，反映了較好的水分條件，SLC02 孔則位于二級(jí)河流階地之上，盡管地表的高寒草甸已經(jīng)退化，且表層土壤為風(fēng)沙堆積，但深層的巖心顯示，其與SLC04 孔有相同的物質(zhì)來源，且深層水分條件良好。鉆探揭示了幾個(gè)地點(diǎn)都有多層地下冰發(fā)育，冰體多呈顆粒狀和層狀，最大的含土冰層厚度可以達(dá)到15 cm。而在山頂?shù)腟LC06 孔和位于山腳附近的SLC07 孔，主要是風(fēng)化基巖或者整體狀巖塊，鉆進(jìn)打磨時(shí)間較長，鉆心中沒有發(fā)現(xiàn)冰，但兩孔的15 m 地溫分別為-0.7 ℃和-1.6 ℃。而SLC05號(hào)孔海拔在4 871 m左右，盡管地層含水率仍然較高，且存在有厚層黏土，已經(jīng)沒有多年凍土存在，地溫高達(dá)1.9 ℃。

3.2 長江上游沱沱河源區(qū)

3.2.1 地貌與沉積類型

沱沱河源區(qū)以高山、盆地和河流谷地為主要地貌類型[圖2（b）］，水系多沿全新世新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的不同斷裂構(gòu)造帶溯源發(fā)育，地貌形態(tài)和沉積特征也受到新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈影響[19］。并且，區(qū)域內(nèi)斷裂帶較藏北高原北部仍然保持較強(qiáng)的活躍性[20］，也造成了該區(qū)域具有較高的地?zé)岜尘啊，斍l(xiāng)以西約40 km的河谷地帶[圖6（a）~（b）］至更遠(yuǎn)的沱沱河左岸階地上存在多處溫泉露頭（出水溫度為25~30 ℃）[圖6（c）］。除了溫泉外，山區(qū)坡面或者坡腳部位的巖塊或者砂礫石分布區(qū)常見冷泉涌出[圖6（d）］，往往水量不大卻數(shù)量眾多，這些溫泉和冷泉成為區(qū)域內(nèi)河流的重要補(bǔ)給源之一。區(qū)域內(nèi)第四紀(jì)的沉積類型以沖洪積和坡殘積為主。TTH07 鉆孔揭示雀莫山北部的山前緩坡上沖洪積相地層厚度達(dá)到了近100 m；而在海拔較高以及坡度較陡的地帶，往往直接覆蓋巖石風(fēng)化物或者僅有薄層土覆蓋，例如位于低山或者丘陵平緩頂部的TTH03、TTH22 號(hào)孔等。不同地貌位置沉積物的凈沉積速率明顯不同。例如，TTH05 號(hào)孔地表高寒草甸和淺層土壤十分發(fā)育，但松散層厚度僅有4.6 m，而與其地表景觀十分相似且距離接近的TTH06 號(hào)孔松散層厚度可以達(dá)到近50 m。湖相沉積主要出現(xiàn)于考察區(qū)東部的TTH27 和北部的TTH17 附近。這些區(qū)域現(xiàn)在仍有廣泛的熱融湖塘發(fā)育，風(fēng)沙堆積和沙漠化主要發(fā)現(xiàn)于瑪章錯(cuò)欽和日九錯(cuò)之間沱沱河的兩岸，在TTH18南側(cè)發(fā)現(xiàn)十幾米高的沙丘。

圖6 沱沱河源區(qū)不同類型的泉水Fig. 6 Different kinds of springs in source area of the Tuotuo River：a hot spring with outlet water temperature above 55 ℃（a），travertines at the mouth of a hot spring（b），a small hot spring on the left bank of the upper Tuotuo River（c）and a small cold spring flowing out of gravels at the foot of slope（d）

3.2.2 多年凍土特征與分布

由于地形和沉積類型復(fù)雜，受水分和植被的影響，沱沱河源頭多年凍土區(qū)活動(dòng)層厚度存在巨大空間異質(zhì)性。利用GPR 方法探測到的活動(dòng)層厚度分析，沼澤草甸活動(dòng)層厚度在1.8~2.3 m 范圍內(nèi)變化，平均厚度為2.0 m；高寒草甸活動(dòng)層最大厚度為3.6 m，最小厚度為2.1 m，平均厚度為2.7 m；高寒草原和荒漠草原區(qū)探測得到活動(dòng)層最小厚度為2.3 m，最大的厚度可以達(dá)到6 m，平均厚度達(dá)到3.5 m 以上?；顒?dòng)層最厚的地帶多分布于河床或者河漫灘的邊緣地帶，可達(dá)到5~6 m。基于鉆探和初步的測溫結(jié)果判斷，沱沱河及通天河兩岸區(qū)域存在較寬的融區(qū)。特別是沱沱河周邊除了受到水體的影響外，同時(shí)受到構(gòu)造地?zé)嵋蛩氐挠绊?，而且在沙漠化較嚴(yán)重的地帶還受到輻射滲透作用影響。現(xiàn)有資料顯示，溫度最高的鉆孔位于沱沱河右岸的TTH12 鉆孔，同時(shí)受到河流融區(qū)和地?zé)岬挠绊懀ǜ浇?00 m 山坡上有溫泉涌出），溫度最低的鉆孔位于松散沉積層最厚（≥50 m）的TTH06 和TTH07，15 m 地溫均低于-2 ℃。在排除河流融區(qū)和構(gòu)造地?zé)嵊绊懙你@孔后，發(fā)現(xiàn)孔口海拔在4 650~4 800 m 區(qū)間的多年凍土鉆孔地溫（15 m 深度處）都在0 ℃附近浮動(dòng)，說明這個(gè)海拔帶主要分布邊緣多年凍土，凍土分布連續(xù)性較差；大于4 800 m 鉆孔的地溫對(duì)海拔響應(yīng)敏感，以1.06 ℃·（100m）-1的梯度隨海拔增加而降低。目前的資料顯示，凍土厚度最大鉆孔位于TTH07（孔口海拔5 005 m，多年凍土下限約90 m），厚度最小鉆孔為TTH11（孔口海拔4 960 m，僅地表以下3.5~8 m 為多年凍土）。TTH11 號(hào)鉆孔與最大的熱泉處于同一地貌單元，且距離僅1 km，高地?zé)岜尘昂偷責(zé)崽荻仁潜佣嗄陜鐾涟l(fā)育的主要原因。

3.2.3 地下冰狀況

地下冰的含量較大的地方主要分布在山坳（TTH06）、山腳（TTH27）和山前緩坡（TTH07）等地勢(shì)相對(duì)低洼、排水性不良、松散沉積層厚的地帶。而在靠近河床或者河漫灘，以及基巖埋深淺的地貌部分，凍土含冰量相對(duì)較少。相似的地貌部位，海拔越高，地溫越低，凍土越厚，往往具有更好的地下冰發(fā)育條件。山頂和陡坡的風(fēng)化基巖區(qū)，由于松散層厚度薄，排水性好，往往地下冰含量較少，但在多年凍土上限附近仍然可以發(fā)育厚層地下冰層，例如位于山頂?shù)腡TH03。江源區(qū)地下冰厚度最大的位置為TTH07，肉眼可見冰體出現(xiàn)的最大深度為72 m左右，且冰層分布具有明顯的交替性特征，判斷其為共生型多年凍土。地下冰在垂直剖面上主要分布于土壤顆粒較小的砂壤土、粉砂土和亞黏土地層內(nèi)部，在砂壤土中主要發(fā)育孔隙冰和冰包裹體，在粉砂土中發(fā)育有冰透鏡體和微層狀冰，在亞黏土主要發(fā)育層狀冰和純冰層；在巖塊縫合處或者碎石縫隙中發(fā)育有膠結(jié)冰和裂隙冰。

3.2.4 典型冰緣現(xiàn)象

多年凍土區(qū)凍融作用對(duì)區(qū)域內(nèi)的地形地貌有著強(qiáng)烈塑造作用，除了沼澤草甸或者高寒草甸常見凍融草丘外，多種冰緣地貌類型被發(fā)現(xiàn)?？疾靺^(qū)中部雀莫山東側(cè)仍有小型冰斗冰川[圖3（c）］存在，冰川下緣約在5 300 m 海拔；該冰川附近山體存在大片巖屑坡[圖3（d）］，反映了強(qiáng)烈的寒凍風(fēng)化作用。在瑪曲鄉(xiāng)北部15 km 左右的山頂緩坡上也發(fā)現(xiàn)了石海。沱沱河左岸小溫泉附近發(fā)現(xiàn)了同時(shí)受到凍脹分選和鹽裂作用影響的構(gòu)造多邊形土[圖3（e）］，直徑約在0.2~1.0 m。經(jīng)過考察，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域具備發(fā)育凍脹丘的條件，特別是在TTH9 號(hào)孔北部發(fā)現(xiàn)直徑在100 m 左右的圓形冰核丘[圖3（h）］，鉆探揭示丘頂?shù)乇?.2 m 以下發(fā)育11 m 厚的純冰層，隆起區(qū)面積超過昆侖山埡口凍脹丘[21］，且與黃河源區(qū)發(fā)現(xiàn)的冰土型凍脹丘有著結(jié)構(gòu)上的不同[22］，是目前長江源區(qū)發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大、結(jié)構(gòu)最完整的冰核型凍脹丘，被命名為“江源1號(hào)”凍脹丘。同時(shí)，在瑪曲鄉(xiāng)北部20 km 的沖積盆地也發(fā)現(xiàn)了熱融湖塘與凍脹丘交替集群發(fā)育的景觀[圖3（f）］。不同規(guī)模的熱融滑塌現(xiàn)象也在山地陰坡和河湖岸邊侵蝕區(qū)被發(fā)現(xiàn)[圖3（g）］。

4 討論

4.1 各拉丹冬南北坡多年凍土特征比較

通過表2可以對(duì)兩個(gè)考察區(qū)域多年凍土發(fā)育相關(guān)特征進(jìn)行綜合對(duì)比。各拉丹冬南坡湖源區(qū)平均海拔比北坡江源區(qū)高出近100 m，氣候相對(duì)濕潤，但氣溫較高，地上和地下水系發(fā)育程度明顯不及后者，這可能是北坡多年凍土整體發(fā)育狀況明顯好于南坡的主因。湖源區(qū)與江源區(qū)考察的范圍均覆蓋了從多年凍土到季節(jié)凍土的完整過渡。兩區(qū)域凍土發(fā)育均主要受控于海拔因素，但反映出不同的局地特征。位于各拉丹冬南坡的湖源區(qū)多年凍土溫度高、厚度較薄，除了海拔因素外，凍土分布的異質(zhì)性主要來源于局地的植被和地層沉積狀況；而北坡江源區(qū)多年凍土地溫和厚度空間差異性極大。既發(fā)育富含地下冰、厚度達(dá)百米的多年凍土，也較多存在年平均地溫大于2 ℃的情況[圖2（b）］，反映了構(gòu)造地?zé)?、河流融區(qū)以及地下水文對(duì)該區(qū)域凍土發(fā)育的綜合影響。

表2 各拉丹冬南北坡多年凍土狀況對(duì)比Table 2 Comparison of permafrost status on northern and southern slopes of Mt. Geladandong

河流融區(qū)對(duì)于多年凍土發(fā)育的影響，普遍表現(xiàn)在兩個(gè)調(diào)查區(qū)的活動(dòng)層監(jiān)測結(jié)果當(dāng)中。鄰近河床或者河漫灘的部位，活動(dòng)層厚度普遍大于4 m。鉆孔測溫也表明，在河流兩岸的鉆孔比海拔相近的其他鉆孔具有更高的地溫，例如SLC02、TTH13、TTH24 等（圖2）。但對(duì)于江源區(qū)，鉆孔內(nèi)異常的高溫更多反映了構(gòu)造地?zé)岬挠绊?。從地質(zhì)構(gòu)造來看，江源區(qū)位于羌塘盆地唐古拉山中央隆起帶北坡，構(gòu)造巖漿活動(dòng)是地?zé)岬闹饕獊碓碵23］。自TTH13 向東到TTH24 一線，均有規(guī)模不等的溫泉發(fā)育，其中TTH13 至TTH11 段溫泉最密集，出水溫度也最高。在沱沱河和沱沱河兩岸，河流融區(qū)的影響疊加到地?zé)嵊绊懼?，造成了TTH13、TTH12、TTH24 等點(diǎn)位的年平均地溫均在0 ℃以上。江源區(qū)所具有的高地?zé)岜尘氨憩F(xiàn)和原因，與同樣位于唐古拉山北坡溫泉盆地的情形具有相似性[23］。

沉積類型和含冰/水量的差異導(dǎo)致了地層熱物理性質(zhì)的顯著差異，年變化深度以下地?zé)崽荻鹊牟町悓?dǎo)致不同地貌部位或沉積類型凍土發(fā)育狀況迥異。兩個(gè)考察區(qū)均反映出在同一地貌單元內(nèi)低洼地帶凍土厚、山頂?shù)貛鐾帘〉奶卣?，例如SLC02和SLC06。由于前者地層為沖洪積沉積物構(gòu)成，具有更高的細(xì)顆粒物含量和含冰/水量，年變化深度以下地溫梯度接近零梯度，后者地層主要由風(fēng)化碎石土和基巖構(gòu)成，地溫隨深度的變化迅速。

4.2 地下冰與冰緣地貌

膠結(jié)冰是兩個(gè)區(qū)域廣泛存在的地下冰賦存類型。除了膠結(jié)冰外，各拉丹冬南坡鉆孔中巖心中可見的地下冰類型主要為發(fā)育于細(xì)顆粒土中的分凝冰，以顆粒狀、微層狀、層狀等為主要形式；但在各拉丹冬北坡，部分鉆孔的鉆芯中除了存在分凝冰外，還存在侵入冰，例如構(gòu)成“江源1號(hào)”凍脹丘的冰層主要為侵入冰。江源區(qū)具有豐富的地表和地下水系，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)河流、泉水、湖泊、湖塘眾多，同時(shí)為多年凍土地下冰的形成提供了充分的水分條件。多年生冰核型凍脹丘的形成，也反映了地下水條件對(duì)于局地多年凍土發(fā)育的影響[24］。

冰緣地貌的發(fā)育主要取決于當(dāng)?shù)氐臍夂?、地形和巖性，也受水文和植被條件影響。強(qiáng)烈的寒凍風(fēng)化作用在兩個(gè)考察區(qū)均有所體現(xiàn)，主要表現(xiàn)在廣泛發(fā)育的山區(qū)巖屑坡地貌。但是，對(duì)于由凍融作用產(chǎn)生的冰緣地貌類型，江源區(qū)的多樣性明顯高于湖源區(qū)，比如廣泛發(fā)育的熱融湖塘、熱融滑塌、構(gòu)造多邊形土，以及多個(gè)被發(fā)現(xiàn)的多年生凍脹丘。地下冰含量影響凍脹和熱融作用發(fā)生的程度。因此，兩個(gè)考察區(qū)之間冰緣地貌多樣性的差異，與地下冰含量的高低程度具有很大關(guān)聯(lián)?；钴S型石冰川常常被發(fā)現(xiàn)于現(xiàn)代高山多年凍土下界附近，并被作為指示多年凍土存在的標(biāo)志[25］。在湖源區(qū)5 050 m 附近山麓的陽坡發(fā)現(xiàn)了巖屑錐/倒石堆型小型石冰川，可能在一定程度上指示了該區(qū)域的連續(xù)多年凍土的下界。

4.3 物探方法在多年凍土特征探測中的應(yīng)用效果

物探方法的應(yīng)用增加了多年凍土特征的可識(shí)別性。GPR 方法對(duì)于河流附近的活動(dòng)層底板和融區(qū)邊界識(shí)別效果較好，在中等粒徑物質(zhì)組成的地層能較好地反映剖面上活動(dòng)層底板的水平變化，但存在粗顆粒物地層活動(dòng)層底板信號(hào)識(shí)別效果不佳，以及黏土質(zhì)地層探測深度較淺的局限性。TEM 方法在厚層松散層中可以用于輔助鉆探方法推斷多年凍土的下限深度[18］，但在淺埋藏基巖條件下效果仍具有較大不確定性，該方法能夠反映出明顯的水平方向電性異常，例如含有厚層地下冰的凍脹丘位置，具有探測多年凍土地下冰/水的應(yīng)用潛力[24］。

5 結(jié)論與展望

通過在青藏高原各拉丹冬南北坡開展多年凍土綜合科學(xué)考察，初步得到以下結(jié)論：

（1）各拉丹冬南坡多年凍土下界海拔約為4 900 m，北坡為4 650 m。前者多年凍土分布主要受海拔控制，而北坡分布除了受海拔因素控制外，同時(shí)受到構(gòu)造地?zé)?、河流融區(qū)等局地要素的綜合影響，多年凍土分布狀況較南坡復(fù)雜?；顒?dòng)層厚度受局地下墊面水分和植被因素影響顯著，GPR 探測到的活動(dòng)層厚度極大值往往出現(xiàn)在河流融區(qū)附近。多年凍土下限受地溫梯度影響顯著，年平均地溫?zé)o法完全解釋多年凍土厚度的空間異質(zhì)性。

（2）扎加藏布源區(qū)鉆探揭示了較厚的細(xì)顆粒沉積物，地下冰類型以膠結(jié)和分凝冰為主；沱沱河源區(qū)沉積類型更為復(fù)雜，總體以沖洪積和坡殘積為主，復(fù)雜的沉積物類型導(dǎo)致了冷生構(gòu)造的多樣性，除了膠結(jié)和分凝冰外，部分區(qū)域存在侵入冰。在沱沱河源區(qū)雀莫山北麓緩坡第一次利用百米鉆孔揭示了厚層沖洪積松散層中發(fā)育的、連續(xù)分布的厚度大于50 m 含土冰層。各拉丹冬北坡多年凍土地下冰的含量和賦存形式復(fù)雜性遠(yuǎn)大于南坡。

（3）沱沱河源區(qū)冰緣地貌類型豐富，構(gòu)造多邊形土、石海、熱融滑塌、熱融湖塘和凍脹丘等均有發(fā)育。在本區(qū)域首次發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)完整的多年生冰核型凍脹丘，并發(fā)現(xiàn)熱融湖塘與凍脹丘集群發(fā)育的現(xiàn)象。扎加藏布源區(qū)冰緣地貌類型較沱沱河源區(qū)少得多，但有小型石冰川被發(fā)現(xiàn)。冰緣地貌的多樣性一定程度上反映了兩個(gè)考察區(qū)地下冰狀況的差異。

目前，沱沱河源區(qū)考察工作完成不久，鉆孔地溫或者活動(dòng)層水熱數(shù)據(jù)尚不穩(wěn)定，扎加藏布源區(qū)以人工觀測為主，可用資料仍然有限，而且連續(xù)可靠的凍土測溫和活動(dòng)層水熱監(jiān)測資料需要積累，物探資料的處理和分析也尚未深入，加強(qiáng)遙感分析和數(shù)值模擬可能是短期提高區(qū)域研究深度的有效途徑。本次考察成果亦可為后期開展區(qū)域古氣候與沉積環(huán)境重建，多年凍土及冰緣地貌演化過程，與氣候—凍土—水文交互影響的機(jī)理與數(shù)值模擬等方面的研究提供支持。

致謝：感謝第二次青藏高原綜合科學(xué)考察項(xiàng)目組科考辦、西藏自治區(qū)科技廳、林業(yè)和草原局，感謝沱沱河源區(qū)考察合作單位中國地質(zhì)調(diào)查局應(yīng)用地質(zhì)研究中心提供的鉆探工作和設(shè)備支持，感謝盛煜研究員、康世昌研究員、吳通華研究員、吳曉東研究員、劉勇勤研究員、趙井東研究員對(duì)本次考察工作的指導(dǎo)幫助，感謝王翀、趙擁華、遲鴻飛、劉世博、辛贊品、劉亞東等參加多年凍土對(duì)亞洲水塔的影響專題江湖源區(qū)考察的全體成員。