阿尼玛卿山冰崩链生灾害基本特征分析

张俊才，周 保，曹小岩，魏赛拉加

（青海省地质环境监测总站，青海 西宁810008）

近年来，随着全球气候变暖、雪线上升，冰川退缩和冻土退化正成为影响生态安全的重要因素，并受到全社会日益关注。在青藏高原，冰川退缩、冰川融水增加等引起的冰崩、冰湖溃决、冰川泥石流、冰崩碎屑流堰塞湖溃决洪水等单体灾害及链生灾害时有发生，造成人员伤亡、财产损失，并导致高原生态环境恶化［1-5］。例如，我国西藏地区冰川跃动和消融退化导致的冰湖溃决洪水（泥石流）灾害非常突出，20世纪以来产生了27次冰湖溃决事件［2］。2000年4月9日，西藏波密县易贡藏布发生巨型高速滑坡，形成了滑坡碎屑流堰塞湖溃决洪水灾害链，其形成与气温升高、冰川融化密切相关［3］；2016年5月16日，新疆阿克陶县公格尔九别峰发生冰川跃动和冰崩［4］；2016年7月17日，西藏日土县东汝乡出现罕见的冰崩，9月21日其附近的冰川又一次发生罕见的大范围冰崩［5］；2018年10月17日，西藏米林县雅鲁藏布江左岸色东普沟发生冰崩碎屑流，堵塞雅鲁藏布江形成堰塞湖。在阿尼玛卿地区，冰川退缩明显，具体表现为自小冰期以来冰川明显退缩，尤其是近几十年来，无论是面积还是长度都有加速退缩的趋势，未来冰川将处于持续退缩之中［6］。阿尼玛卿山冰川退缩而引起的冰崩链生灾害频发，其西南坡晓玛沟内于2004年2月［7］、2007年10月8日［8］和2016年10月6日先后发生了3次冰崩碎屑流堰塞湖溃决洪水灾害，因其具有代表性而被编入《中国典型滑坡》［9］。2016年10月9日，笔者对该冰崩碎屑流灾害进行了现场应急调查，在现场调查和以往调查监测资料的基础上，深入分析阿尼玛卿山冰崩链生灾害的基本特征，为该地区冰崩链生灾害成因机理和监测预警研究提供基础依据。

1 研究区地质环境背景

研究区阿尼玛卿山系东昆仑延伸段，山体呈北西—东南走向。主峰玛卿岗日由3个高程在6000m以上的峰尖组成，最高峰高程6282m，山麓冲洪积扇区及河谷平缓地带高程为4295～4530m。区内年平均气温-10.2℃，冬季极端最低温度-52.6℃，年降水量约为300mm，夏季最高气温为15℃左右（4100m高程处）。每年5—9月为暖季，雨热同期，降水和冰雪融水汇集迅速；10月至次年4月为冷季，常为冰雪所覆盖，系冰冻期。区内山体地势高峻，气候寒冷，冰峰雄峙，冰川面积约为99km2，有冰川57条，山体东北坡多为山谷冰川，西南坡多为冰斗冰川和悬冰川。其中：位于东北坡的哈龙冰川长7.7km，面积23.5km2，垂直高差达1800m，是黄河流域最长、最大的冰川；西南坡多条沟谷冰斗冰川和悬冰川发育，为冰崩碎屑流易发区域，晓玛沟内近年来先后产生了3次大规模冰崩碎屑流。阿尼玛卿山西南坡的地表水系主要有青龙沟及其支沟前龙沟、晓玛沟等，青龙沟径流自南向北，在研究区内晓玛沟、前龙沟从东、西两侧汇入，沟谷流水主要受冰雪融水和大气降水补给。前龙沟、晓玛沟流量很小，青龙沟流量较大，据2004年5—10月的监测资料［10］，青龙沟流量一般为 0.43～0.69m3／s，降水较多、气温较高时可达 4.2～4.3m3／s。

据《青海省区域地质志》［11］，研究区地处松潘—甘孜印支褶皱系阿尼玛卿优地槽带，断裂褶皱非常发育，博卡雷克塔格—阿尼玛卿深断裂带自西向东贯穿研究区北部，倾向南西，倾角 50°～60°，延伸长度达1000km。研究区地处区域背斜的北翼，表现为单斜地层，倾向北东。出露地层主要为上三叠统巴颜喀拉山群上亚群（T3by3），岩性为砂岩组，具体为灰、灰绿色中—厚层中—细粒长石质杂砂岩、杂砂质长石砂岩夹黑色千枚状板岩及少量紫灰色砂岩，上部夹薄层灰岩，厚756～2300m。其中：晓玛沟沟脑基岩以千枚状板岩为主，局部夹长石砂岩，沟谷中部至下游区域均以长石砂岩为主，上覆大量的冰碛物、冰水堆积物、冲洪积物、冰崩碎屑流等第四系堆积物，因高程高、含冰量大，构成富冰多年冻土。

2 冰崩链生灾害基本特征

近年来，随着全球气候变暖，区域降水增多，阿尼玛卿山冰崩频发，冰崩引发的链生灾害严重影响当地牧民群众和下游百姓的生命财产和生产生活。2004年以来，阿尼玛卿山南坡晓玛沟先后产生了3次冰崩—碎屑流—堰塞湖—溃决洪水链式灾害，其发生时间分别为2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日，目前冰川裂缝十分发育，冰崩链生灾害再次发生的可能性极大。其中：2004年2月产生的冰崩灾害规模最大，危害最为严重，也为后续灾害的形成提供了便利条件。

根据现场调查和历史遥感影像分析，阿尼玛卿山晓玛沟冰崩链生灾害的形成过程如下：冰川因融化退缩，出现多条密集深大裂缝，在自重作用下脱离山体，刨蚀、携裹冰川底部千枚状板岩、砂质板岩等基岩，顺势向晓玛沟中央快速滑移，并进一步铲刮、携裹沟谷内由冰崩堆积物、冰碛物、冰水堆积物和地下冰构成的富冰多年冻土，同时大规模解体破碎并以碎屑流的形式向晓玛沟中下游方向高速运动，长距离运移5.5km后堆积于晓玛沟冲洪积扇区及青龙沟、前龙沟交汇区域，具有高速、远程的特点（见图1）。同时，碎屑流堆积物将青龙沟堵塞，形成松散坝体，随着上游来水逐渐增加成为堰塞湖。在坝体冰块融化、渗透变形、河水冲刷等作用下溃决泄流，形成洪水灾害，对下游地区造成经济损失。下面分冰崩源区、刨蚀流通区、碎屑流主堆积区、堰塞坝及堰塞湖、溃决洪水等5部分详述该冰崩链生灾害的基本特征。

图1 阿尼玛卿山晓玛沟冰崩链生灾害范围（据天地图）

2.1 冰崩源区特征

冰崩源区位于阿尼玛卿山西南坡晓玛沟沟脑冰川发育处。据GoogleEarth，冰崩区域在平面上呈树杈形，上部高程约为5 920 m，下部高程约为5 300 m，高差约为620 m，纵长约为1 150 m，横宽约为750 m，断面形态呈上陡下缓，上部坡度可达40°，下部坡度约为15°，整体坡度约为28°。冰崩发生前该区域冰川覆盖，但冰川在逐年消融退化，2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日三期冰崩发生后，冰川分布范围大面积缩小，残留冰川表面深大裂缝密布，目前为潜在冰崩源区。三期冰崩发育区域均在晓玛沟沟脑冰川，但发育区域和物质组成有所差异，例如2004年冰崩主要发育在冰川中下部，2007年冰崩、2016年冰崩在以往冰崩区周围发育。同时，2004年冰崩对后续冰崩的产生起到了促进作用，例如造成冰川前缘临空，冰崩过程中牵引后部变形等，因此冰崩发生后残留冰川中深大拉张裂缝密集平行分布，在遥感影像和调查照片中清晰可见（见图1、图2）。

图2 冰崩源区和刨蚀流通区（2004年冰崩后）［7］

因缺乏有效的测量数据，且冰川在重力作用下崩塌现象在持续进行，只是当冰崩规模较大时才形成大规模冰崩碎屑流冲出晓玛沟而被人发现，因此很难比较精确地给出一次冰崩发生时冰崩方量数据。此处以2004年冰崩为例，从冰崩发生前后遥感影像、前人调查照片大致估算其崩塌方量。根据2003年和2004年遥感影像对比，2004年冰崩源区长约850 m，平均宽约400 m，冰川及刨蚀板岩层的厚度按40 m估算，崩塌方量约为1 360万m3。

2.2 刨蚀流通区特征

刨蚀流通区位于晓玛沟中上游，在平面上呈长条状。据 Google Earth，刨蚀流通区长约 2 800 m，宽260～350 m不等，前部高程约为4 560 m，后部高程约为5 300 m，高差约为740 m，沟谷纵坡降为26.4%。阿尼玛卿山现代冰川发育，在山体南北两侧各沟谷内冰川消融后退形成的冰碛物、冰水堆积物等松散堆积物广泛分布，其厚度因山体岩性、冰川作用强度、地形条件等有所差异，沟谷断面形态呈U形，冰崩碎屑流发育；晓玛沟亦是如此。因地处高海拔多年冻土区，沟谷内冰碛物、冰水堆积物等松散堆积物大量分布，冰雪融水成为松散层地下水持续补给来源，因而沟谷松散堆积层实为富冰多年冻土，其由地下冰胶结，具有整体性好、力学强度较高的特点。

冰崩发生后，晓玛沟地形得以重新塑造。由冰川块体及其刨蚀的碎屑块石构成的冰崩体在快速前进过程中，沿途刨蚀、铲刮、携裹沟谷内大量的富冰多年冻土，并进一步产生解体破碎，向沟谷下游方向运动，同时重新塑造了沟谷地形。据现场调查和遥感影像分析，沟床刨蚀深度可达40 m，其断面形态由U形转变为V形。冰崩体不断解体破碎，在刨蚀流通区表现出明显的碎屑流特征，例如碎屑流残留部分具有与沟谷中心线一致的流线形态，在沟谷转弯处亦发生转弯，表明已转化为碎屑流（见图3）。同时，因碎屑流各部分所受运动阻力存在差异，运动速度也存在明显不同，越靠近沟谷中心部位的碎屑流体运动速度越快，越靠近碎屑流体表层的运动速度越快，因此碎屑流残留部分主要集中于沟谷底部、沟谷谷坡等运动阻力较大、运动速度较慢的区域，形成沟谷两侧垄状堆积和沟谷底部堆积等堆积形态。刨蚀流通区碎屑流堆积物以黑色板岩碎屑颗粒为主，含少量冰块。

图3 刨蚀流通区残留堆积表现出流态特征

2.3 碎屑流主堆积区特征

碎屑流主堆积区位于晓玛沟出山口冲洪积扇及青龙沟、前龙沟交汇区域，在平面上总体呈扇形，堆积范围和厚度因各次冰崩碎屑流的动力条件和体积规模、所在区域地形条件不同等有所差异。其中：2004年2月的冰崩碎屑流堆积范围和规模最大，据2004年调查资料［7］和历史影像测量，堆积范围达 2.15 km2，堆积厚度平均约为10 m，堆积方量为2 150万m3；2007年10月8日的冰崩碎屑流堆积范围和规模次之，据2007年调查资料［8］和历史影像测量，堆积范围为 1.09 km2，堆积厚度平均约为6 m，堆积方量为654万m3；2016年10月6日冰崩碎屑流堆积范围和规模最小，据2016年10月8日现场调查和影像测量，堆积范围为0.85 km2，堆积厚度平均约为5 m，堆积方量为425万m3。

据现场调查和简易测量，碎屑流主堆积区堆积物主要为冰块、富冰多年冻土块体及岩石碎屑，总体上堆积物含冰量为60%～70%，岩石碎屑物含量为30%～40%，在不同冰碎屑混合块体中有所差异。纯冰块粒径一般为20～50 cm，最大约为8 m；岩石碎屑成分主要为软弱的黑色千枚状板岩、灰白色砂质板岩，粒径小于10 cm，极个别达到1.2 m左右（见图4）。堆积物架空现象十分严重，冰块融化形成大小不等的陷坑及地表细流，在堆积物前缘青龙沟河道边可见深大裂缝。经过较长时间待冰体融化后，黑灰色、灰白色岩石碎屑杂乱无序堆积，与新产生的冰崩碎屑流堆积物形成明显反差（见图5）。

图4 2016年冰崩后碎屑流主堆积区形态

图5 不同期次冰崩碎屑流堆积物叠置关系

2.4 堰塞坝及堰塞湖特征

在碎屑流主堆积区的前缘，碎屑流高速运动至青龙沟时地形突变、运动受阻，碎屑流填埋沟谷并冲上对岸，形成了松散的堆积坝，堵塞青龙沟形成了堰塞湖。2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日产生的冰崩碎屑流均不同程度地堵塞青龙沟，但因各期次冰崩碎屑流的动力条件、体积规模、运动速度存在差异，堰塞坝尺寸、方量以及气温、河水流量等不同，形成的堰塞湖数量、规模、保存时间也不同。根据以往调查监测资料［7-8，10，12］和 2016 年 10 月 8 日现场调查成果，统计了各期次冰崩碎屑流形成的堰塞坝、堰塞湖的主要特征，见表1。

表1 各期次冰崩碎屑流堰塞坝及堰塞湖主要特征

由于堰塞坝的物质成分为冰块、富冰多年冻土块体及岩石碎屑，坝体结构松散，渗透性好，冰块融化导致沉陷变形，因此堰塞坝抵抗冲刷和渗透变形的能力差，易产生溃决引发洪水。2004年2月冰崩碎屑流形成的堰塞坝规模最大，堰塞湖蓄水量也最大（见图6），保存时间最久，各级政府部门高度重视，成立监测工作组对堰塞坝、堰塞湖变化情况及时开展了动态调查监测，形成了较丰富的资料。

依据2004年4月14日、4月23日、5月1日、5月7日、5月18日采用 GPS调查和水位标尺观测资料［10-13］，梳理了青龙沟堰塞坝、堰塞湖在不同时期的动态变化特征，包括堰塞坝的长度、宽度、厚度、方量、暗河长度和堰塞湖的长度、宽度、最大水深、平均水深、蓄水量等，详见表2。同时，全站仪定点位移监测数据［12］表明，2004年5月1日至10月20日坝体累计下沉变形1.70～11.07 m。 可见，随着时间的推移，堰塞坝的宽度、厚度和方量逐渐减小，暗河长度逐渐增加，堰塞湖的分布范围、水深及蓄水量先增大后减小，这主要与气温升高、上游来水量增加及其导致的坝体冰块融化、渗透变形、河水冲刷等作用有关。至2005年7月初，堰塞湖因水量逐渐增大，水位呈波动式持续上升。

图6 2004年冰崩碎屑流堆积坝及青龙沟堰塞湖

表2 2004年青龙沟堰塞坝、堰塞湖动态变化特征

2.5 堰塞湖溃决洪水特征

2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日冰崩产生的堰塞湖均因坝体溃决产生了洪水。由于不同时间形成的堰塞坝、堰塞湖规模存在差异，因此堰塞湖溃决产生的洪水规模不同，其中2004年2月形成的冰崩堰塞湖溃决洪水规模最大，险情等级最高，对下游地区造成了较大损失。

据以往调查监测资料［10］，2005年7月4日12时许，位于堰塞坝中部表面的一个融湖水位上升，并向下游漫溢，预示了青龙沟堰塞湖湖水通过坝体中的融蚀通道外泄，14时许青龙沟堰塞湖溃决，湖水迅速下泄，形成含冰块的洪水。当日16时许，洪峰到达下大武乡桥。7月5日8时，最大洪峰506 m3／s到达下游兴海县大米滩水文站（距堰塞坝约180 km）。据大米滩水文站测得的流量：5日6时15分，流量为360 m3／s；7时12 分，流量为460 m3／s；8 时00 分，流量为506 m3／s（最大洪峰）；11时 45分，流量为 350 m3／s；12时 30分，流量为 300 m3／s；14 时 20 分，流量为 200 m3／s；15时30分，流量为150 m3／s，之后流量逐渐减小。至7月6日，堰塞坝尚有24万m3残留体，堰塞湖湖底尚残留约3 000 m3水体。青龙沟河水经残留水体后又经坝体融蚀深沟向下游流出，前龙沟堰塞湖及堰塞坝中段原先存在的融湖湖水已全部外泄。残留堰塞坝不断垮塌，堵塞沟谷，造成河水暂时壅水，被冲开后形成含冰块的阵发洪水。至此，堰塞湖以自然溃决方式基本消亡。

3 结 论

（1）阿尼玛卿山晓玛沟冰崩链生灾害的形式为冰崩—碎屑流—堰塞湖—溃决洪水灾害链，是较为典型的高寒地区山地灾害链，且在同一区域多次发生同样类型的链生灾害，具有明显的空间和时间双重灾害链属性。

（2）阿尼玛卿山冰崩碎屑流具有高速、远程的特点，运动距离长达5.5 km，其形成和堆积范围可分为冰崩源区、刨蚀流通区、碎屑流主堆积区，各区域内碎屑运动速度、形态等具有明显的差异性，在刨蚀流通区和碎屑流主堆积区内表现出明显的流态特征。

（3）阿尼玛卿山冰崩链生灾害的发生过程为：冰川退缩消融产生多次崩塌，刨蚀、铲刮沟谷内由冰崩堆积物、冰碛物、冰水堆积物等构成的富冰多年冻土，产生大规模解体破碎，冲出晓玛沟后向青龙沟方向高速运动，并堵塞青龙沟、前龙沟形成堰塞湖，随着时间不断推移，堰塞坝体逐渐被冲刷和溶蚀，堰塞湖最终溃决形成洪水灾害，波及下游地区。

（4）冰崩碎屑流堰塞坝由冰块、岩石碎屑和富冰冻土块体构成，具有强度低、抗冲刷能力差的特点，因此在同样的条件下，堰塞湖保存时间主要取决于入湖流量、气温、堰塞坝规模特别是顺河长度和高度等条件。