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长江上游沱沱河源区多年冻土发育特征.docx
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长江上游沱沱河源区多年冻土发育特征.docx
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中国境内的青藏高原现有多年冻土面积约为 1.06×10
6
km
2[ 1 ]
,是全球中
低纬度地区海拔最高、面积最大的多年冻土分布区
[ 2]
。与其他地区相比,青
藏高原多年冻土具有连续性差、活动层厚、多年冻土层薄和富冰高温特征
[ 3-
4]
,对气候变化极为敏感
[ 4]
。与北半球的平均水平相比,青藏高原升温速率
和幅度都更加剧烈
[ 5-6]
,这也进一步加剧了该区域多年冻土的退化
[ 7-11]
,并对
青藏高原多年冻土区及其周边地区的生态环境、水文循环和区域气候产生着重
要的影响
[ 12-14]
。
多年冻土是漫长地质历史时期地球表层岩土层与气候相互作用的产物,地
下 冰 广 泛 发 育 , 最 新 结 果 显 示 , 青 藏 高 原 多 年 冻 土 总 地 下 冰 储 量 约 为
1.27×10
12
km
3
的水当量
[ 3]
。多年冻土退化导致地下冰消融
[ 15]
,使青藏高原
多年冻土内部大量的地下冰正以“源”的形式参与到发源于高原上的众多河流的
水循环过程中,改变了区域乃至全球的水循环
[ 16-19]
。沱沱河源区作为长江的
主要发源地,气候变暖显著改变了长江源区的径流
[ 20-23]
。尽管已有研究表明
沱沱河源区分布有大片连续的多年冻土
[ 1, 24]
,但受多年冻土制图分辨率较低
(≥1 km)与交通条件等诸多因素限制
[ 25]
,有关沱沱河源区具体的多年冻土
特征还鲜有报道;加之高平原和河谷地带的多年冻土大多处于零梯度阶段,面
临着严峻的退化趋势
[ 26]
,查明沱沱河源区多年冻土的发育状况变得十分必要。
多年冻土调查是查明多年冻土发育特征的较为科学直观的方式之一,可为
地球科学研究、环境保护和工程建设提供科学支撑
[ 27]
。青藏高原多年冻土调
查始于 20 世纪 60 年代
[ 28]
,主要服务于资源调查与工程建设需要,且大多局
限于青藏工程走廊沿线
[ 29-31]
;况且青藏高原多年冻土是其地质历史的产物,
受局域尺度上地形地貌等因素的影响,多年冻土活动层厚度、多年冻土厚度和
地下冰发育特征都存在较大的空间差异
[ 2]
。这使得利用已有资料评估沱沱河
源区的多年冻土发育状况仍然存在不足。基于第二次青藏高原综合科学考察研
究“多年冻土对亚洲水塔的影响”子专题和“青藏高原自然资源要素综合观测”项
目,2020 年 10—11 月项目组以钻探、坑探和地球物理勘探等方式完成了沱沱
河源区的多年冻土调查。调查结果包括钻探数量 32 个,最大钻探深度 100 m,
坑探数量 20 个,采集岩芯土壤样品 3 485 件,安装地温观测设备 30 套和活动
层水热系统 20 套,为研究沱沱河源区多年冻土分布、多年冻土厚度和地下冰
的垂直剖面发育特征提供了充实的基础数据。本研究根据现场钻探的钻孔编目
资料结合其他野外现场考察资料,估算了沱沱河源区多年冻土和融区的大致分
布、多年冻土上限和下限深度、多年冻土厚度,并定性评估了研究区内地下冰
的发育状况,研究结果拟为后续该区域多年冻土的模式模拟、特征演化和未来
评估等研究提供参考。
1 研究区概况
本次科考的研究区位于青藏高原多年冻土区腹地
[ 1]
,由部分沱沱河流域
和部分通天河流域组成,前者是指该流域内沱沱河国家气象站(92.44° E,
34.22° N, 4 540 m)的上游区域,后者是指青藏公路与通天河相交处(92.36°
E , 33.87° N , 4 580 m ) 的 上 游 区 域 。 研 究 区 介 于 90°29′~92°32′ E ,
33°22′~35°54′ N 之间,总面积约为 2.07×10
4
km
2
,其中沱沱河流域面积约为
1.65×10
4
km
2
,通天河流域面积约为 0.42×10
4
km
2
,由于沱沱河流域是长江的
正源,本文为了简洁将研究区称为沱沱河源区(图 1)。据 2015 年统计数据,
研究区冰川和湖泊面积分别约为 600 km
2
和 300 km
2
,约占流域面积的 1%
[ 32-
33]
。研究区地质构造分布在巴颜喀拉褶皱带和唐古拉褶皱带之间,出露地层主
要为二叠纪至第四纪的海陆交互相沉积
[ 34]
,地形起伏较大,山势总体呈现西
北-东南走向,平均海拔 4 976 m。受印度洋-孟加拉湾的湿气流和西风带系统
扰动的影响
[ 35-36]
,沱沱河源区属于大陆高山半干旱半湿润气候特征,气象站
(92°26′ E,33°13′ N,海拔 4 533 m)观测数据显示(国家气象科学数据中心:
http://data.cma.cn/),2000—2019 年期间年平均降水量为 336 mm,降水
主要集中在 4—10 月,年平均气温为-2.7 ℃。
图 1
图 1 研究区、钻孔分布与冻土研究剖面线(其中 W-E-1 和 W-E-2 为东-西冻土研
究剖面线;S-N-1 和 S-N-2 为南-北冻土研究剖面线)
Fig. 1 Study area, borehole distribution and frozen soil research profile
(W-E-1 and W-E-2 are east-west frozen soil research profile lines; S-N-1 and
S-N-2 are the south-north frozen soil research profile lines)
2 数据与方法
2.1 调查 方 法 和 数据获 取
本次科考在研究区内共布设 32 个钻孔,所有钻孔分布均严格依据多年冻
土调查方法
[ 37]
。为了后续研究的科学客观,本文将所有钻孔大致分为 4 个冻
土研究剖面线,即 W-E-1、W-E-2、S-N-1 和 S-N-2(图 1)。本次科考所有
钻孔所在位置的坡度均在 1°~15°范围,属于平坦或缓坡范围,且覆盖了研究
区内不同的地貌和植被类型,钻探总进尺 1 200 m,最大深度 100 m,最小深
度 18 m,钻孔的具体信息见表 1。
表 1 钻孔基本信息
Table 1 Basic information of boreholes
地理位置
钻孔编
号
经度/E
纬度/N
海拔
/m
钻探深
度/m
地貌
类型
植被类
型
TTH-
01
91.56°
34.01°
4
840
50
山前洪
积扇
高寒沼
泽草甸
TTH-
02
91.54°
34.04°
4
790
30
河流阶
地
高寒草
原
TTH-
03
91.56°
34.09°
4
930
30
风化残
丘
高寒荒
漠
地理位置
钻孔编
号
经度/E
纬度/N
海拔
/m
钻探深
度/m
地貌
类型
植被类
型
TTH-
04
91.50°
34.07°
4
850
50
山间洪
积滩
高寒沼
泽草甸
TTH-
05
91.45°
34.07°
4
950
30
山前残
坡积
高寒草
甸
TTH-
06
91.39°
34.05°
5
065
50
山间洪
积滩
高寒沼
泽草甸
TTH-
07
91.36°
34.05°
5
005
100
山前洪
积扇
高寒草
甸
TTH-
08
91.30°
34.02°
4
940
50
山前洪
积扇
高寒草
甸
TTH-
09
91.24°
34.02°
4
890
50
河流冲
积扇
高寒草
原
TTH-
10
91.12°
33.99°
5
030
24
山间洪
积滩
高寒草
甸
TTH-
11
91.08°
33.99°
4
960
30
山前残
坡积
高寒草
原
TTH-
12
91.05°
34.01°
4
870
30
山前洪
积扇
高寒荒
漠
TTH-
13
91.03°
34.01°
4
870
30
冲积洪
积扇
高寒草
原
TTH-
14
90.96°
33.99°
4
945
30
河流阶
地
高寒草
原
TTH-
15
90.91°
33.98°
5
010
30
河流阶
地
高寒草
原
TTH-
16
91.54°
34.16°
4
830
30
山间洪
积滩
高寒沼
泽草甸
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