波堆藏布及洛隆县巴村河谷区域冰碛粒径特征对比分析

武 龙,侯羿腾,汪 波

(1. 西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川成都 611756; 2. 中铁西南科学研究有限公司，四川成都 611731； 3. 青海省有色第一地质勘察院,青海西宁 810000)

随着川藏铁路的修建，其中雅安至林芝段行走于青藏高原及其边缘地带，穿越横断山、念青唐古拉山、喜马拉雅山等三大山脉，跨越大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江等五大水系。西藏地区冰川运动十分强烈，冰碛物的分布十分广泛，尤其在西藏境内的波密到林芝一段存在大量冰碛层。

对冰碛物的研究发现冰碛物是由冰川搬运堆积，未经其他外力特别是冰融水改造的沉积物，主要由漂石、砾石、卵石、砂、粉砂及黏土等物质组成，是一种无分选、无定向、无磨圆、无层理、级配差、结构复杂、架空现象普遍，块石含量大、力学特征差异大、粒径范围很宽的堆积体[1]。

刘昌以西藏巴河冲久电站为例，对覆盖层深厚，结构较松散，渗透系数较大，岩性、岩相和厚度变化大，成因类型复杂，物理力学性质差异较大的冰碛物的特征、工程特性、主要工程地质问题进行评价，提出了工程处理措施[2]。徐鼎平基于对太和铁矿西端帮冰碛土边坡研究，将冰碛土试样导入FLAC3d软件数值模拟，得到综合分析冰碛边坡稳定性的方法，其中冰碛体粒径特征是主要控制因素之一[3]。

袁广详在帕隆藏布流域许多典型的高陡冰碛边坡的研究中指出冰碛物具有粒度分布范围广、粗粒含量多等与其他沉积物不同的粒度特征。冰碛土的力学强度一般强于其他堆积体，但受不同粒径颗粒的含量及分布、形成时代的影响,其力学特征也有所差异[4]。马泽平总结了川藏交通廊道不同区段的冰碛物高程分布的分布规律；通过室内颗粒分析实验，测出该地区冰碛物颗粒的不均匀系数很大，并缺失一些粒径[5]。

川藏铁路沿线多处无法避开冰碛层，这使得在冰碛物中进行铁路建设是必须要面对的问题。国内目前对于冰碛物尚没有系统的研究，对在冰碛层中进行铁路施工建设的研究更是少之又少，因此对于川藏铁路沿线冰碛体性质的研究迫在眉睫。

本文基于野外实地调查，结合工程钻探的勘察成果，基于图像识别和现场量测手段，将岩芯长度概化为岩块直径，运用数理统计理论对每个工点的钻孔岩芯长度进行统计分析，结合测线法现场量测的岩块粒径数据，综合确定冰碛岩石块体的粒径范围，进而分析得出每个区域冰碛物岩块的岩性特征及粒径级配，为之后研究冰碛岩土体物理力学性质及工程性质提供基础。

1 工程地质条件

本文拟对波堆藏布区域、洛隆县巴村河谷区域的冰碛岩土体特征进行调查研究，具体位置如图1所示。

图1 研究区域位置

波堆藏布调查区域地处雅鲁藏布江梯形大拐弯内、外侧，研究区地形复杂，山高谷深，坡面陡峻，冰川与冰碛物发育，岩体破碎、崩塌、滑坡与流砂十分活跃。本区出露的地层主要有石炭系来姑组、石炭系-二叠系洛巴堆组、侏罗系马里组和第四系。波堆藏布调查区域为东段南北向构造与西段东西向构造的过渡区，主要构造线方向为北北西向，表现为大规模北北西向展布的花岗岩体，小规模北北西或北西向的断层和褶皱。

洛隆县境内地势南北高，中部较低，呈扇形向东北方向倾斜，地势起伏大，沟壑纵横，路况险峻，河流密布，湖泊众多，冰山雪峰、干热河谷与原始森林、高山草甸相间并存，地形地貌复杂多样。洛隆县巴村河谷调查区地形地貌为高山宽谷地貌，调查区高程分布于3 700～5 200 m之间，河谷两侧山峰高差大，坡度陡。

洛隆县巴村河谷研究区地层结构复杂，出露地层繁多，主要有：第四系崩坡积物，崩落石块母岩成分主要为变质砂岩、大理岩及板岩；新生界古近系宗白群，主要岩性为紫红色砾岩、含砾砂岩及泥岩；白垩系下统多尼组，主要岩性为灰色板岩夹同色变质砂岩及煤层；古生界二叠系下统石。

2 冰碛物特征

对波堆藏布、洛隆县巴村河谷区域的冰碛岩土体进行了现场勘查，对冰碛岩土体进行实地测量(图2、图3)，基于测线法原理，运用图像处理软件对现场测量照片进行量测，得到调查区域冰碛砾石的实际长度，从而对调查区域冰碛岩土体粒径进行初步分析。

图2 波堆藏布区域冰碛物粒径测量

图3 洛隆县巴村河谷区域冰碛物粒径测量

2.1 波堆藏布区域

波堆藏布区域调查了3个点，根据现场调查发现，调查点1的冰碛物，胶结性较好，棱角分明、无磨圆，粒径分选性差、大小不一；调查点2现场可见植物根系，冰碛物胶结程度一般，冰碛块石棱角分明，分选性差；调查点3一定深度可见植物根茎，冰碛物胶结程度较好，冰碛块石棱角比较分明、部分磨圆，粒径大小不一、分选性一般。

通过对调查点1～3冰碛岩土体各粒径范围的砾石长度进行数据统计，分析各调查点不同粒径范围砾石累计长度所占百分比，知该区域的冰碛岩土体主要集中在粒径0～15 cm范围之间，具体见表1。基于现场测量，调查点1冰碛粒径最大为43.5 cm，调查点2最大粒径为30.3 cm，调查点3冰碛粒径最大为25.2 cm。

2.2 在洛隆县巴村河谷区域

洛隆县巴村河谷区域调查了两个点。调查点1冰碛块石粒径大小不一，块石和细砂土混杂，分选性差，大的块径可达1.8 m，一定深度内可见植物根系，冰碛大多呈棱角、次棱角状，极少有磨圆，砾石成份以花岗岩为主。调查点2冰碛物粒径多在0.2-0.5 m，极少数粒径大于1 m，冰碛物大多呈棱角、次棱角状，极少数有磨圆(表2)。

表1 波堆藏布区域各粒径范围砾石含量 %

表2 洛隆县巴村河谷区域各粒径范围砾石含量 %

通过对调查点1和调查点2的冰碛岩土体进行了多组粒径测量，对各个粒径范围的砾石长度进行数据统计，得出各调查点不同粒径范围砾石累计长度所占百分比，知该区域的冰碛岩土体主要集中在粒径0～15 cm范围之间，具体见表2。基于现场测量，调查点1冰碛粒径最大为102.2 cm，调查点2最大粒径为46.9 cm。

3 岩芯统计分析

通过图像处理软件对波堆藏布区域、洛隆县巴村河谷区域的钻孔岩芯砾石粒径长度进行测量，运用数理统计方法对统计的砾石长度进行分析，从而得到研究区域的冰碛岩土体粒径特征。

波堆藏布区域拟选取具有代表性的两个钻孔，钻孔BDZB-1和钻孔BDZB-2。

钻孔BDZB-1经纬度为N3321231.9900，E404553.4400，地面高程2 830.22 m，钻孔岩芯主要为角砾土、块石土，砾石原岩主要为花岗岩、板岩、砂岩。钻孔孔深70 m，共统计1 141个数据。钻孔BDZB-2经纬度为N3318553.2500，E465833.5010，地面高程2 755.69 m，在钻孔深度60 m以上钻孔岩芯主要为角砾土、块石土，砾石原岩主要为花岗岩、板岩、石英砂岩，在钻孔深度60 m至65 m为石英啥岩，块状构造。钻孔孔深65m，共统计 1 269个数据。

洛隆县巴村河谷区域拟选取具有代表性的两个钻孔，钻孔LLBC-1和钻孔LLBC-2。

LLBC-1岩芯砾石原岩主要为花岗岩、板岩，呈棱角状，其余主要为砂土充填。经纬度为N3353749.7127，E516569.2834，地面高程3 806.37 m，钻孔孔深85 m，共统计有 1173个数据。钻孔LLBC-2经纬度为N3353973.5700，E516705.1200，地面高程3 808.42 m，在深度54.0 m以上，岩芯为碎石土、卵石土、圆砾土、砾砂等，砾石原岩为花岗岩、板岩，钻孔深度54～85 m，岩芯为板岩，板状构造。钻孔孔深85 m，共统计956个数据。

通过对钻孔岩芯砾石粒径的统计分析，得出各钻孔不同粒径的砾石含量，详见表3。同时对各个钻孔进行数据分析，从而得出砾石粒径平均值、中位数、最大值、粒径标准差以及各钻孔全程数据的偏度和峰值，详见表4。

表3 钻孔各粒径范围砾石含量 %

表4 钻孔岩芯砾石粒径数据参数值 cm

在波堆藏布区域，钻孔BDZB-1中粒径最大砾石出现在深度45～50 m区间，在钻孔BDZB-2中，出现在深度45～50 m区间。在洛隆县巴村河谷区域，钻孔LLBC-1中粒径最大砾石出现在深度35～40 m区间，在钻孔LLBC-2中，出现在深度65～70 m区间。

笔者运用Origin软件，利用钻孔中所有砾石直径数据进行绘图，通过对x轴求对数之后，得出钻孔岩芯块石粒径长度的累计曲线，横坐标(按对数比例尺)表示某一粒径，纵坐标表示小于某一粒径的块石百分含量，详见图4～图7。

图4 钻孔BDZB-1块石粒径长度累计曲线

图5 钻孔BDZB-2块石粒径长度累计曲线

图6 钻孔LLBC-1块石粒径长度累计曲线

图7 钻孔LLBC-2块石粒径长度累计曲线

如图，钻孔BDZB-1粒径小于10 cm的砾石达90 %，其中在4～10 cm区间的砾石含量最多。钻孔BDZB-2粒径小于15 cm的砾石约占90 %，其中在粒径3～10 cm区间的砾石含量最多。钻孔LLBC-1粒径小于20 cm的砾石达90 %，其中在4～15 cm区间砾石含量最多。钻孔LLBC-2粒径小于30 cm的砾石达90 %，其中在5～30 cm区间砾石含量最多。

4 结论

(1)波堆藏布区域冰碛岩土体胶结较好，棱角分明，少数磨圆，粒径大小不一，分选性差，砾石粒径平均值约为4 cm，最大粒径在20～50 cm区间。现场调查发现冰碛块石集中在5～15 cm区间，其次是15～20 cm区间。由钻孔岩芯统计知，该区域冰碛块石集中在0～10 cm区间，结合钻孔块石粒径长度曲线可知，冰碛块石主要集中在4～10 cm区间。

(2)洛隆县巴村河谷区域冰碛岩土体砾石呈棱角状，极少磨圆，粒径大小不一，分选性差，砾石粒径平均值约为6.5 cm，最大粒径约在40～100 cm区间。现场调查发现冰碛块石集中在5～10 cm区间，其次是0～5 cm区间和10～15 cm区间。由钻孔岩芯统计知，该区域冰碛块石集中在0～15 cm区间，结合钻孔块石粒径长度曲线可知，冰碛块石主要集中在4～30 cm区间。

(3)对比分析波堆藏布区域和洛隆县巴村河谷区域，两个区域的冰碛砾石集中在0～15 cm区间，而洛隆县巴村河谷区域粒径大于15 cm的冰碛块石较波堆藏布区域含量较多，且洛隆县巴村河谷区域出现粒径大于等于1 m块石。