青藏高原腹地各拉丹冬南北坡多年冻土考察初步结果

刘广岳， 邹德富， 杨 斌， 杜二计， 周华云， 肖 瑶， 赵 林，谭昌海， 胡国杰， 庞强强， 王 武， 孙 哲， 朱小凡，殷秀峰， 汪凌霄， 李智斌， 谢昌卫

（1.中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室青海藏北高原冰冻圈特殊环境与灾害国家野外科学观测研究站，甘肃兰州 730000； 2.中国科学院大学，北京 100049； 3.中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心，北京 100055；4.南京信息工程大学地理科学学院，江苏南京 210044）

0 引言

青藏高原及其周边地区是长江、黄河、雅鲁藏布江等亚洲10 多条主要河流的发源地，素有“亚洲水塔”之称，以气候变暖为主要特征的全球变化正在对其产生巨大影响[1-2］。多年冻土及其变化显著影响着区域水文过程[3-5］，主要表现在冻土的隔水性或弱透水性影响产汇流过程和活动层水循环[6］，地下冰的形成和融化影响地下水的补给释放、径流路径和排泄过程[6-7］，多年冻土区特殊下垫面及其冻融过程通过影响地面加热场来影响近地表空气对流过程和区域大气环流，进而导致对降水过程的影响。青藏高原现存多年冻土的总面积约106万平方千米[8］，地下冰储量折合成水量约12.7 万亿立方米[4］，受气候变化影响，高原广泛分布的多年冻土及地下冰变化将深刻影响江河湖源区的区域水文循环和水资源分配，进而影响下游的社会经济发展和生态建设[9］，有研究表明多年冻土退化对江河源区的潜在生态风险已经开始逐步显现[10］。

唐古拉山各拉丹冬南坡是西藏面积最大的湖泊——色林错的发源地，而北坡孕育了长江的西源沱沱河，但该区域多年冻土的特征和空间分布状况鲜有报道，多年冻土数据几近空白。随着青藏高原第二次综合科学考察项目的启动，多年冻土对亚洲水塔的影响专题考察分队选择将这片区域作为重点调查区。本次考察主要围绕以下三个科学目标开展工作：①建立各拉丹冬南北坡多年冻土监测网络，查明江湖源区多年冻土发育和空间分布特征；②揭示江湖源区多年冻土地下冰赋存情况，探索地下冰对区域水文循环的调节机制；③针对不同的地貌类型和水文特征，进行土壤、水体采样和指标检测，获取区域的现代冻土环境、历史气候和沉积特征。

科学考察分为两阶段完成：①南坡湖源区考察于2019 年10 月15 日完成踏勘，11 月1 日至11 月20日正式开展，参加考察的单位有中国科学院西北生态环境资源研究院、南京信息工程大学；②北坡江源区考察于2020 年10 月8 日完成踏勘，10 月12 日至11 月22 日开展正式科考，除上述两单位外，中国地质调查局应用地质研究中心、中国科学院青藏高原研究所也参加了第二阶段的考察。通过两阶段考察获取了各拉丹冬南北坡江湖源区多年冻土分布与特征的第一手资料，为机理分析、数值模拟及情景预估奠定基础。

1 考察区域和路线

1.1 色林错上游扎加藏布源区考察

扎加藏布是西藏境内最长的内流河，第一阶段考察主要位于扎加藏布源区（图1），地理范围位于32°18′56″~33°19′52″N、90°10′05″~92°13′50″E，面积约1.20×104km2，区域边界线长约0.90×103km，行政区划主要属于西藏自治区安多县岗尼乡和色务乡。北部唐古拉山各拉丹冬雪山是源区内河流的主要发源地。考察的范围主要位于高山河谷地带，地形复杂，海拔在4 697~5 192 m，平均为5 046 m。地表以高寒草原景观为主，盆地低洼地带或者河流两侧部分地区有高寒沼泽草甸发育。岗尼乡南部的丘陵地带有煤层出露及开采痕迹，为20世纪60—80 年代西藏土门煤矿遗址。高山陡坡多为碎屑裸土和裸岩，第四纪沉积物相对较厚，中部山区有第三系红土出露。根据源区南部安多气象站（32°21′N、91°06′E，海拔4 800 m）最新观测资料（2010—2017年）显示，多年平均气温-1.4 ℃，最冷月1 月的平均气温-13.5 ℃，最暖月7 月平均气温8.8 ℃；多年平均降水量314 mm。因此，属高原亚寒带半干旱气候。区域气温升高转折点发生于1997—1998年，与高原气温整体升高的时间相吻合[11］。有研究表明，1979—2017 年间源区的气温升高速率在0.02~0.04 ℃·a-1，较色林错流域下游季节冻土区要小得多[12］。本阶段考察的路线和点位见图1。

图1 各拉丹冬南北坡江湖源区考察区域、路线及点位分布图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 长江上游沱沱河源区考察

沱沱河发源于唐古拉山主峰各拉丹冬西南部的姜根迪如冰川，自南向北流向葫芦湖方向，之后在构造地形作用下转为自西向东，呈倒写的“L”形。第二阶段的考察主要位于沱沱河源区（沱沱河沿水文站以上流域，见图1）。考察区地处高原腹地可可西里地区南部，介于33°22′56″~34°54′41″N、90°32′34″~92°29′07″E，面积约1.58×104km2，边界线长约1.12×103km。泉水和湿地发育，是青藏高原湿地的主要分布区之一。地势较高，南北均有高山，地形相对封闭，区域海拔最高达6 522 m，最低海拔为4 532 m，平均约4 950 m。高空受到西风带控制，南部有唐古拉山阻挡，来自印度洋孟加拉湾的水汽不容易到达，因此气候干旱，终年低温[13］。沱沱河流域多年平均气温为-4.2 ℃；年平均降水量约为283 mm，降水集中在7—9月；多年平均径流量为26.2 m3·s-1，径流深约51.9 mm（沱沱河水文站，1981—2015年）[14］。考察区域、路线及重要点位主要位于沱沱河与唐古拉山以及109国道包围的范围内（图1）。

2 调查方法和工作量

2.1 调查方法

野外调查中两个阶段的考察均以钻孔位置作为区域的主要控制点。为满足钻孔对于研究区不同下垫面、不同地形条件、不同多年冻土类型的代表性和控制性，孔位的选择在交通可达和保障机台稳定安全的原则下，充分考虑了海拔、沉积类型、下垫面状况、水文因素等因素的变化。钻探方法首先被用来查明或确认多年冻土是否存在，获取沉积物类型和多年冻土的基本特征，如埋藏深度、厚度、地下冰分布状况等信息；同时钻孔岩心的采取，现场测定容重和含水量，并送实验室进行土壤理化性质等基础物理参数的测定；终孔后在钻孔内布设温度测量探头，测量垂直剖面上地温及其变化。钻探深度的设计，主要参考多年冻土厚度以及地下冰的发育状况，且尽可能获取年变化深度以下的地温梯度，最小深度设计为20 m，多数设计为30~50 m，个别厚层地下冰发育的孔位设计为100 m。坑探是钻探手段的重要补充，也是判断浅层岩土结构和性质、多年冻土的有无、活动层厚度和地下冰状况的主要手段。通过比钻孔采样更精细和完整的采样，可以获取浅层土壤的基本物理、化学、生物性质。

2019 年完成了对扎加藏布源区考察的钻探工作，布设了钻孔地温观测孔，目前采用人工观测方式，观测频率为每年2~4次；2020年开展了对沱沱河源区多年冻土的调查，采用了钻探坑探相结合、深浅坑相结合的方案（图1）。随后在多数场点安装了活动层水热观测系统或者冻土地温观测系统，采用自动数字采集仪自动记录数据。安装设备的型号等信息见表1。用于活动层水热观测的传感器中，HC2A-S3、SI-411 布设于地表以上1.5 m 处，HFP01布设于地表以下5 cm，CS655 在地表以下1 m 内布设6 层，深度统一，分别为5、10、20、40、70、100 cm，1 m以下布设4层，深度根据不同点位活动层厚度确定，原则上尽可能达到多年冻土上限以下20 cm，实际最大布设深度在1.8~5.8 m。用以冻土地温观测的热敏电阻传感器在地表下20 m 内布设深度统一，0~5 m 采样间隔为0.5 m，5~10 m 采样间隔为1 m，10~20 m 采样间隔为2 m，20~50 m 采样间隔不统一，为5m或者10 m，50m以上采样间隔为10 m。

表1 各拉丹冬南北坡江湖源区定点监测仪器设备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

为较大范围获取调查区浅地层的沉积结构、活动层厚度等特征和深部的地电特征、多年冻土可能的下限信息等，本次考察采用了探地雷达方法（GPR）[15-16］和瞬变电磁法（TEM）[17-18］，并以钻探和坑探点为对照和验证点开展勘探点的布设。GPR装置采用的是瑞典MALA探地雷达，TEM 方法采用美国Zonge 公司生产的GDP32-II 型多功能电法工作站。除此以外，还开展了区域景观与地貌的勘察。在踏勘和选线阶段依赖卫星遥感对宏观的地貌景观进行目视识别，在正式调查阶段，利用无人机航拍和数字摄影等手段，考察和记录了部分观测场地的地表状况，以及典型位置的景观与地貌。

2.2 工作量

扎加藏布源区[图2（a）］考察共钻取钻孔7 个，总进尺200 m，其中50 m 钻孔1 个，30 m 钻孔3 个，20 m 钻孔3 个；采集土壤样本81 件以及容重与含水量现场测试样本148 件。完成TEM 测点131 个；完成GPR 剖面近40 km，其中能够反映活动层厚度和冻土分布状态的代表性长剖面11条；采集无人机和数字摄影资料约10 G。沱沱河源区考察[图2（b）］阶段共完成钻孔32 个，总进尺1 200 m，最大钻探深度100 m，最小18 m，其中包括100 m钻孔1个，50 m钻孔9个，30~50 m 之间钻孔19个，小于30 m 钻孔3个；完成活动层探坑20 个、表层浅坑106 个；采集钻孔岩心样本、表层土壤样本、冰水样本等各类样本1.18 万件；完成TEM 测点364 个；完成GPR 剖面总长度近40 km；获取各类影像资料约100 G；建成的多年冻土与环境综合监测网络包括30 个多年冻土钻孔地温定点观测场和20 个活动层水热动态定点观测场。

图2 色林错上游扎加藏布源区和长江上游沱沱河源区重点考察区域及勘察点位、剖面布设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 初步结果与分析

3.1 色林错上游扎加藏布源区

3.1.1 地貌与沉积类型

考察区域位于唐古拉山南麓，地貌和沉积类型较为复杂。最北部以高山和河流深谷为主，地势宏大；中间地带则以低山丘陵和河流谷地为主，地形并不开阔；而到了南部海拔4 900 m 以下的地带，则为河流冲刷形成的小平原。普遍的冰缘地貌类型有冻胀草丘、岩屑坡等，在斜坡地带发育有规模较小的石冰川[图3（a）］。山区岩石风化程度高，第三系岩层裸露，坡面稳定性较差。山脚、河谷地带的地层以冲洪积相为主，盆地、洼地分布有埋藏较浅的湖相沉积物。

图3 扎加藏布源区和沱沱河源区的典型冰缘地貌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）

图4~5分别展示了部分钻孔的岩心影像和钻孔柱状图。SLC01 和SLC03 的地层中存在具有冲洪积特征的风化煤层[图4（a），图5］；除了SLC06 和SLC07 多为岩性钻心外，SLC01 至SLC05 的地层中均出现了红色黏土层（图4~5）。风化煤层、红土等指示层的出现，一定程度上反映了区域的沉积过程。例如SLC01 孔和SLC03 号孔，位于同一条河流谷地的冲洪积地层上，但位于上游的SLC03 孔（孔口海拔4 986 m）黑色风化煤层出现的深度位于地表以下17 m，而下游的SLC01号孔（孔口海拔4 934 m）的煤层出现于2 m，揭示了同一地貌单元表层第四纪松散物质的净沉积率存在巨大差异。厚层红色黏土层的出现，揭示了该区域历史时期曾经相当长一段时间处于温湿气候条件下。在SLC05 孔19 m深度黏土层中发现石膏颗粒，推断该孔所在盆地可能曾被湖水覆盖。位于山麓的SLC07 孔揭示了地表下存在直径15 m 左右、由周边山体风化崩解滚落的巨型灰岩岩块。

图4 扎加藏布源区的典型钻孔岩心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）

图5 扎加藏布源区的典型钻孔柱状图Fig. 5 Typical drill column diagrams in source area of the Zhaga Zangbo River

3.1.2 多年冻土特征与分布

扎加藏布源区北部高山带为连续多年冻土区，中部河流纵横，发育河流融区，为岛状多年冻土区；南部4 900 m 以下，多为季节冻土区。根据GPR 探测到的结果表明，多年冻土区的活动层厚度在2.5~3.5 m 范围内变化，河流融区的周边等地的多年冻土区活动层厚度可以达到4 m 以上。基于TEM 的结果，则显示探测到的多年冻土下限范围在13~45 m间，多数测点在20~30 m。而且，从地貌部位来看，低洼地带多年冻土层偏厚，山坡地带偏薄。这与钻探揭示的特征似相吻合。钻孔揭示了多年冻土最厚的位置在地势相对低洼、植被条件发育良好的SCL02 和SCL03 孔，而位于山顶、海拔更高的SCL06 孔反而厚度较薄。测温显示，海拔范围4 871~5 059 m，15 m 地温在-1.6~1.9 ℃范围内变化，地温约以0.56 ℃·（100m）-1的梯度随海拔升高而降低。钻探和物探都揭示出，调查显示多年冻土下界位于海拔4 900 m，其中考察区东部边界位于SLC01 号孔（4 934 m，冻土下限位于17 m）附近，南部边界位于SLC04 号孔（4 909 m，冻土下限位于15 m）附近。综合调查显示，当前多年冻土分布产品展示的多年冻土区面积仍然普遍偏大[8］。

3.1.3 地下冰状况

SLC01、SLC03、SLC04 号孔都位于河流谷地间的高寒草甸地带，地表冻胀草丘发育，反映了较好的水分条件，SLC02 孔则位于二级河流阶地之上，尽管地表的高寒草甸已经退化，且表层土壤为风沙堆积，但深层的岩心显示，其与SLC04 孔有相同的物质来源，且深层水分条件良好。钻探揭示了几个地点都有多层地下冰发育，冰体多呈颗粒状和层状，最大的含土冰层厚度可以达到15 cm。而在山顶的SLC06 孔和位于山脚附近的SLC07 孔，主要是风化基岩或者整体状岩块，钻进打磨时间较长，钻心中没有发现冰，但两孔的15 m 地温分别为-0.7 ℃和-1.6 ℃。而SLC05号孔海拔在4 871 m左右，尽管地层含水率仍然较高，且存在有厚层黏土，已经没有多年冻土存在，地温高达1.9 ℃。

3.2 长江上游沱沱河源区

3.2.1 地貌与沉积类型

沱沱河源区以高山、盆地和河流谷地为主要地貌类型[图2（b）］，水系多沿全新世新构造运动形成的不同断裂构造带溯源发育，地貌形态和沉积特征也受到新构造运动的强烈影响[19］。并且，区域内断裂带较藏北高原北部仍然保持较强的活跃性[20］，也造成了该区域具有较高的地热背景。玛曲乡以西约40 km的河谷地带[图6（a）~（b）］至更远的沱沱河左岸阶地上存在多处温泉露头（出水温度为25~30 ℃）[图6（c）］。除了温泉外，山区坡面或者坡脚部位的岩块或者砂砾石分布区常见冷泉涌出[图6（d）］，往往水量不大却数量众多，这些温泉和冷泉成为区域内河流的重要补给源之一。区域内第四纪的沉积类型以冲洪积和坡残积为主。TTH07 钻孔揭示雀莫山北部的山前缓坡上冲洪积相地层厚度达到了近100 m；而在海拔较高以及坡度较陡的地带，往往直接覆盖岩石风化物或者仅有薄层土覆盖，例如位于低山或者丘陵平缓顶部的TTH03、TTH22 号孔等。不同地貌位置沉积物的净沉积速率明显不同。例如，TTH05 号孔地表高寒草甸和浅层土壤十分发育，但松散层厚度仅有4.6 m，而与其地表景观十分相似且距离接近的TTH06 号孔松散层厚度可以达到近50 m。湖相沉积主要出现于考察区东部的TTH27 和北部的TTH17 附近。这些区域现在仍有广泛的热融湖塘发育，风沙堆积和沙漠化主要发现于玛章错钦和日九错之间沱沱河的两岸，在TTH18南侧发现十几米高的沙丘。

图6 沱沱河源区不同类型的泉水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 多年冻土特征与分布

由于地形和沉积类型复杂，受水分和植被的影响，沱沱河源头多年冻土区活动层厚度存在巨大空间异质性。利用GPR 方法探测到的活动层厚度分析，沼泽草甸活动层厚度在1.8~2.3 m 范围内变化，平均厚度为2.0 m；高寒草甸活动层最大厚度为3.6 m，最小厚度为2.1 m，平均厚度为2.7 m；高寒草原和荒漠草原区探测得到活动层最小厚度为2.3 m，最大的厚度可以达到6 m，平均厚度达到3.5 m 以上。活动层最厚的地带多分布于河床或者河漫滩的边缘地带，可达到5~6 m。基于钻探和初步的测温结果判断，沱沱河及通天河两岸区域存在较宽的融区。特别是沱沱河周边除了受到水体的影响外，同时受到构造地热因素的影响，而且在沙漠化较严重的地带还受到辐射渗透作用影响。现有资料显示，温度最高的钻孔位于沱沱河右岸的TTH12 钻孔，同时受到河流融区和地热的影响（附近500 m 山坡上有温泉涌出），温度最低的钻孔位于松散沉积层最厚（≥50 m）的TTH06 和TTH07，15 m 地温均低于-2 ℃。在排除河流融区和构造地热影响的钻孔后，发现孔口海拔在4 650~4 800 m 区间的多年冻土钻孔地温（15 m 深度处）都在0 ℃附近浮动，说明这个海拔带主要分布边缘多年冻土，冻土分布连续性较差；大于4 800 m 钻孔的地温对海拔响应敏感，以1.06 ℃·（100m）-1的梯度随海拔增加而降低。目前的资料显示，冻土厚度最大钻孔位于TTH07（孔口海拔5 005 m，多年冻土下限约90 m），厚度最小钻孔为TTH11（孔口海拔4 960 m，仅地表以下3.5~8 m 为多年冻土）。TTH11 号钻孔与最大的热泉处于同一地貌单元，且距离仅1 km，高地热背景和地热梯度是薄层多年冻土发育的主要原因。

3.2.3 地下冰状况

地下冰的含量较大的地方主要分布在山坳（TTH06）、山脚（TTH27）和山前缓坡（TTH07）等地势相对低洼、排水性不良、松散沉积层厚的地带。而在靠近河床或者河漫滩，以及基岩埋深浅的地貌部分，冻土含冰量相对较少。相似的地貌部位，海拔越高，地温越低，冻土越厚，往往具有更好的地下冰发育条件。山顶和陡坡的风化基岩区，由于松散层厚度薄，排水性好，往往地下冰含量较少，但在多年冻土上限附近仍然可以发育厚层地下冰层，例如位于山顶的TTH03。江源区地下冰厚度最大的位置为TTH07，肉眼可见冰体出现的最大深度为72 m左右，且冰层分布具有明显的交替性特征，判断其为共生型多年冻土。地下冰在垂直剖面上主要分布于土壤颗粒较小的砂壤土、粉砂土和亚黏土地层内部，在砂壤土中主要发育孔隙冰和冰包裹体，在粉砂土中发育有冰透镜体和微层状冰，在亚黏土主要发育层状冰和纯冰层；在岩块缝合处或者碎石缝隙中发育有胶结冰和裂隙冰。

3.2.4 典型冰缘现象

多年冻土区冻融作用对区域内的地形地貌有着强烈塑造作用，除了沼泽草甸或者高寒草甸常见冻融草丘外，多种冰缘地貌类型被发现。考察区中部雀莫山东侧仍有小型冰斗冰川[图3（c）］存在，冰川下缘约在5 300 m 海拔；该冰川附近山体存在大片岩屑坡[图3（d）］，反映了强烈的寒冻风化作用。在玛曲乡北部15 km 左右的山顶缓坡上也发现了石海。沱沱河左岸小温泉附近发现了同时受到冻胀分选和盐裂作用影响的构造多边形土[图3（e）］，直径约在0.2~1.0 m。经过考察，发现该区域具备发育冻胀丘的条件，特别是在TTH9 号孔北部发现直径在100 m 左右的圆形冰核丘[图3（h）］，钻探揭示丘顶地表1.2 m 以下发育11 m 厚的纯冰层，隆起区面积超过昆仑山垭口冻胀丘[21］，且与黄河源区发现的冰土型冻胀丘有着结构上的不同[22］，是目前长江源区发现的规模最大、结构最完整的冰核型冻胀丘，被命名为“江源1号”冻胀丘。同时，在玛曲乡北部20 km 的冲积盆地也发现了热融湖塘与冻胀丘交替集群发育的景观[图3（f）］。不同规模的热融滑塌现象也在山地阴坡和河湖岸边侵蚀区被发现[图3（g）］。

4 讨论

4.1 各拉丹冬南北坡多年冻土特征比较

通过表2可以对两个考察区域多年冻土发育相关特征进行综合对比。各拉丹冬南坡湖源区平均海拔比北坡江源区高出近100 m，气候相对湿润，但气温较高，地上和地下水系发育程度明显不及后者，这可能是北坡多年冻土整体发育状况明显好于南坡的主因。湖源区与江源区考察的范围均覆盖了从多年冻土到季节冻土的完整过渡。两区域冻土发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区多年冻土温度高、厚度较薄，除了海拔因素外，冻土分布的异质性主要来源于局地的植被和地层沉积状况；而北坡江源区多年冻土地温和厚度空间差异性极大。既发育富含地下冰、厚度达百米的多年冻土，也较多存在年平均地温大于2 ℃的情况[图2（b）］，反映了构造地热、河流融区以及地下水文对该区域冻土发育的综合影响。

表2 各拉丹冬南北坡多年冻土状况对比Table 2 Comparison of permafrost status on northern and southern slopes of Mt. Geladandong

河流融区对于多年冻土发育的影响，普遍表现在两个调查区的活动层监测结果当中。邻近河床或者河漫滩的部位，活动层厚度普遍大于4 m。钻孔测温也表明，在河流两岸的钻孔比海拔相近的其他钻孔具有更高的地温，例如SLC02、TTH13、TTH24 等（图2）。但对于江源区，钻孔内异常的高温更多反映了构造地热的影响。从地质构造来看，江源区位于羌塘盆地唐古拉山中央隆起带北坡，构造岩浆活动是地热的主要来源[23］。自TTH13 向东到TTH24 一线，均有规模不等的温泉发育，其中TTH13 至TTH11 段温泉最密集，出水温度也最高。在沱沱河和沱沱河两岸，河流融区的影响叠加到地热影响之上，造成了TTH13、TTH12、TTH24 等点位的年平均地温均在0 ℃以上。江源区所具有的高地热背景表现和原因，与同样位于唐古拉山北坡温泉盆地的情形具有相似性[23］。

沉积类型和含冰/水量的差异导致了地层热物理性质的显著差异，年变化深度以下地热梯度的差异导致不同地貌部位或沉积类型冻土发育状况迥异。两个考察区均反映出在同一地貌单元内低洼地带冻土厚、山顶地带冻土薄的特征，例如SLC02和SLC06。由于前者地层为冲洪积沉积物构成，具有更高的细颗粒物含量和含冰/水量，年变化深度以下地温梯度接近零梯度，后者地层主要由风化碎石土和基岩构成，地温随深度的变化迅速。

4.2 地下冰与冰缘地貌

胶结冰是两个区域广泛存在的地下冰赋存类型。除了胶结冰外，各拉丹冬南坡钻孔中岩心中可见的地下冰类型主要为发育于细颗粒土中的分凝冰，以颗粒状、微层状、层状等为主要形式；但在各拉丹冬北坡，部分钻孔的钻芯中除了存在分凝冰外，还存在侵入冰，例如构成“江源1号”冻胀丘的冰层主要为侵入冰。江源区具有丰富的地表和地下水系，导致区域内河流、泉水、湖泊、湖塘众多，同时为多年冻土地下冰的形成提供了充分的水分条件。多年生冰核型冻胀丘的形成，也反映了地下水条件对于局地多年冻土发育的影响[24］。

冰缘地貌的发育主要取决于当地的气候、地形和岩性，也受水文和植被条件影响。强烈的寒冻风化作用在两个考察区均有所体现，主要表现在广泛发育的山区岩屑坡地貌。但是，对于由冻融作用产生的冰缘地貌类型，江源区的多样性明显高于湖源区，比如广泛发育的热融湖塘、热融滑塌、构造多边形土，以及多个被发现的多年生冻胀丘。地下冰含量影响冻胀和热融作用发生的程度。因此，两个考察区之间冰缘地貌多样性的差异，与地下冰含量的高低程度具有很大关联。活跃型石冰川常常被发现于现代高山多年冻土下界附近，并被作为指示多年冻土存在的标志[25］。在湖源区5 050 m 附近山麓的阳坡发现了岩屑锥/倒石堆型小型石冰川，可能在一定程度上指示了该区域的连续多年冻土的下界。

4.3 物探方法在多年冻土特征探测中的应用效果

物探方法的应用增加了多年冻土特征的可识别性。GPR 方法对于河流附近的活动层底板和融区边界识别效果较好，在中等粒径物质组成的地层能较好地反映剖面上活动层底板的水平变化，但存在粗颗粒物地层活动层底板信号识别效果不佳，以及黏土质地层探测深度较浅的局限性。TEM 方法在厚层松散层中可以用于辅助钻探方法推断多年冻土的下限深度[18］，但在浅埋藏基岩条件下效果仍具有较大不确定性，该方法能够反映出明显的水平方向电性异常，例如含有厚层地下冰的冻胀丘位置，具有探测多年冻土地下冰/水的应用潜力[24］。

5 结论与展望

通过在青藏高原各拉丹冬南北坡开展多年冻土综合科学考察，初步得到以下结论：

（1）各拉丹冬南坡多年冻土下界海拔约为4 900 m，北坡为4 650 m。前者多年冻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，同时受到构造地热、河流融区等局地要素的综合影响，多年冻土分布状况较南坡复杂。活动层厚度受局地下垫面水分和植被因素影响显著，GPR 探测到的活动层厚度极大值往往出现在河流融区附近。多年冻土下限受地温梯度影响显著，年平均地温无法完全解释多年冻土厚度的空间异质性。

（2）扎加藏布源区钻探揭示了较厚的细颗粒沉积物，地下冰类型以胶结和分凝冰为主；沱沱河源区沉积类型更为复杂，总体以冲洪积和坡残积为主，复杂的沉积物类型导致了冷生构造的多样性，除了胶结和分凝冰外，部分区域存在侵入冰。在沱沱河源区雀莫山北麓缓坡第一次利用百米钻孔揭示了厚层冲洪积松散层中发育的、连续分布的厚度大于50 m 含土冰层。各拉丹冬北坡多年冻土地下冰的含量和赋存形式复杂性远大于南坡。

（3）沱沱河源区冰缘地貌类型丰富，构造多边形土、石海、热融滑塌、热融湖塘和冻胀丘等均有发育。在本区域首次发现结构完整的多年生冰核型冻胀丘，并发现热融湖塘与冻胀丘集群发育的现象。扎加藏布源区冰缘地貌类型较沱沱河源区少得多，但有小型石冰川被发现。冰缘地貌的多样性一定程度上反映了两个考察区地下冰状况的差异。

目前，沱沱河源区考察工作完成不久，钻孔地温或者活动层水热数据尚不稳定，扎加藏布源区以人工观测为主，可用资料仍然有限，而且连续可靠的冻土测温和活动层水热监测资料需要积累，物探资料的处理和分析也尚未深入，加强遥感分析和数值模拟可能是短期提高区域研究深度的有效途径。本次考察成果亦可为后期开展区域古气候与沉积环境重建，多年冻土及冰缘地貌演化过程，与气候—冻土—水文交互影响的机理与数值模拟等方面的研究提供支持。

致谢：感谢第二次青藏高原综合科学考察项目组科考办、西藏自治区科技厅、林业和草原局，感谢沱沱河源区考察合作单位中国地质调查局应用地质研究中心提供的钻探工作和设备支持，感谢盛煜研究员、康世昌研究员、吴通华研究员、吴晓东研究员、刘勇勤研究员、赵井东研究员对本次考察工作的指导帮助，感谢王翀、赵拥华、迟鸿飞、刘世博、辛赞品、刘亚东等参加多年冻土对亚洲水塔的影响专题江湖源区考察的全体成员。