川藏鐵路洛隆車站察達大型堆積體成因分析*

賀書恒 胡卸文② 劉 波 楊相斌 張曉宇

(①西南交通大學地球科學與環境工程學院， 成都 610031， 中國)

(②西南交通大學高速鐵路運營安全空間信息技術國家地方聯合工程實驗室， 成都 610031， 中國)

(③中鐵第一勘察設計院集團有限公司， 西安 710043， 中國)

0 引 言

擬建川藏鐵路途經藏東南高山峽谷區，區域內地形變化顯著，板塊構造活躍，活動斷裂密集，地震烈度大，第四紀冰川及風化作用強烈，大規模滑坡、泥石流等地質災害屢有發生(郭長寶等， 2017； 許佑頂等， 2017； 鄭宗溪等， 2017； 朱穎， 2017； Lu et al.，2019)。尤其是區域內的一些第四系堆積體邊坡，地質成因復雜，結構成分豐富多樣，這些邊坡多由土-石混合體組成，構成這類地質體的“塊石”和“土”大小懸殊、結構復雜、物理力學性質差別較大(胡瑞林等， 2020)，塊石的含量、強度、分布特征影響了邊坡的穩定性及變形破壞機理，也增加了邊坡表面孤石的墜落風險(陳曉等， 2020； 江強強等， 2020)，對于地表線路構成潛在威脅。因此查清該類堆積體邊坡空間分布特征及物質組成，分析其形成原因是十分必要的。

前人對于藏東南地區的第四紀堆積物做了大量的工作，取得了顯著的成果，發現該區域內出現過多期冰川活動，并保留了大量的古冰川遺跡(許劉兵等， 2005)。曾慶利等(2007)在松宗鎮地區發現第四紀的湖相和河流階地沉積層，其中冰川堰塞湖相沉積層厚度達到 80m 以上。袁廣祥等(2012)對川藏公路帕隆藏布段沿線的第四紀堆積體進行調查，分析其成因類型及分布規律，認為這些堆積體為在冰磧物基礎上，地質災害二次發育所形成的。鄒任洲等(2018)對藏東南帕隆藏布流域索通平臺第四紀堆積物成因進行分析，認為其早期為第四紀冰川作用形成的冰磧平臺，在后期受帕隆藏布改造，最終形成了現今的5級階地地貌。但是，這些研究都主要集中在雅魯藏布江流域及川藏公路沿線，而對怒江流域堆積物的相關研究則甚少。

國內學者對于大型邊坡和堆積體的研究頗多，王小群等(2008)對金沙江烏東德水電站岸坡發育的一系列槽谷堆積體進行研究，分析出多槽谷地貌是典型的冰雪地貌，其形成與早期高山冰雪的作用有關； 楊繼紅等(2009)對某水電站左壩肩上方堆積體的成因機制及穩定性進行分析，指出其具有多期次復合成因的特征，是怒江峽谷岸坡演化的典型模式之一； 鄧華鋒等(2013)結合現場地質現象和鉆孔巖芯資料，分析出某大型堆積體的成因機制和演化過程，恢復出其形成的概化地質模型，結果顯示堆積體邊坡整體為崩塌堆積物，但區域間物質運移的不同也導致了堆積體不同區域地貌和內部結構的差異； 郭長寶等(2020)對日扎潛在巨型巖質滑坡的發育特征和形成機理進行分析研究，認為其現狀受到斷裂活動、巖溶水、長期卸荷和重力作用等多因素的影響，空間上可劃分為3個分區。這些研究多采用現場調查及地質鉆探等手段，對遙感影像的使用多注重于二維影像的使用與分析上，精度有限，對高精度、高性價比、高仿真度的三維成像技術的使用有限。

基于以上，本文針對擬建川藏鐵路洛隆車站分布的大型不明成因堆積體，在通過現場調查、地質鉆探、無人機三維傾斜攝影和遙感影像等多種手段查明該堆積體空間分布特征的基礎上，結合堆積體下伏灰黑色淤泥土的14C年代測定，初步分析出該堆積體的成因及來源，并推測察達大型堆積體形成的5個階段，其結果對洛隆車站安全建設和運營均具有重要意義。

1 察達大型堆積體地質環境條件概述

1.1 地形地貌

堆積體空間分布以兩側山脊為界，最高海拔4900m，最低海拔3720m，邊坡坡向289°，整體呈東高西低。形態上總體為“上窄下寬”的地形，谷坡約25°～40°(圖1、圖2)。堆積體上方為一冰川槽谷，槽谷后緣為磚紅色裸露礫巖，槽谷內植被發育，以針葉林為主。堆積體表面偶見坡面沖溝發育，未見明顯的支溝存在。

圖1 察達大型堆積體全貌

圖2 察達大型堆積體 1-1′工程地質剖面圖

1.2 地層巖性

堆積體表面賦有大量的巨石、漂礫，塊徑在2～8m之間，表層被局部剝蝕。堆積體后緣坡頂部位為古近系始新統宗白群(E2z)紫紅色砂礫巖、斜坡中下部下伏分布石炭系上統二疊系下統來姑組(C2P1l)深灰色砂板巖。

1.3 地質構造與地震

堆積體區域內自北東至南西方向依次發育巴曲—東村斷裂、信本斷裂、察達—巴曲斷裂等多條斷裂，區內延伸80km，產狀為203°～210°∠61°～65°，表現為逆推覆構造。研究區內地震動峰值加速度0.15g，反應譜特征周期 0.45s(GB18306-2015，中國地震動參數區劃圖)(中華人民共和國行業標準編寫組，2015)。

2 堆積體空間分布及物質組成特征

2.1 空間形態

察達大型堆積體平面上呈近東西向展布，東高西低，兩邊寬、中部窄，整體如啞鈴狀，分布高程約為4900～3720m。堆積體以兩側山脊為界，后緣位于冰川槽谷頂部磚紅色巖壁坡腳處，前緣位于凍錯曲河對岸約40m處。根據坡體陡緩特征，整體可將其分為上、中、下三級平臺(圖3)。其中：大塊徑漂礫廣布堆積體表面，分布范圍上至頂部巖壁坡腳處，下至主河凍錯曲對岸。

圖3 察達大型堆積體不同高程臺階部位地貌照片

三級緩坡平臺位于槽谷頂部磚紅色陡壁下方，整體呈方形分布，分布高程4500～4750m，分布范圍以兩側山脊為界，縱長(東西向)平均800m，橫寬(南北向)平均500m(圖4)。平臺整體寬緩，坡度范圍為10°～23°，平均坡度約18°。平臺后方為磚紅色高陡巖壁，形態呈內凹狀，巖體為古近系宗白群紫紅色礫巖，巖壁零星崩塌發育，坡腳崩積扇明顯。據三級平臺上鉆孔揭示，覆蓋層平均厚度約65m，其上部土體主要為棕紅色粗大漂礫及碎塊石，該層土體前緣薄、后緣厚，漂礫最大塊徑可達27m； 下伏土體主要為灰色角礫土層，局部夾有棕紅色塊石土及角礫土層(圖2)。

圖4 三級緩坡平臺地貌特征

二級緩坡平臺位于槽谷中部收窄段，平臺上窄下寬，高程分布范圍為4000～4150m，與下方凍錯曲河谷最大高差可達400m。該緩坡平臺整體坡度約6°，長約150m，寬約120m，平均厚度可達70m。二級平臺表面僅分布灰黃色大塊石，松散架空，塊徑0.05～1m不等，巖性較為單一，為板巖及變質砂巖，而在該堆積體以上和以下斜坡表部均分布有棕紅色粗大漂礫(圖5)。

圖5 二級平臺地貌特征

一級緩坡平臺位于凍錯曲河谷及兩岸漫灘或階地中，整體覆于主河階地上，呈扇狀分布，扇頂高、扇緣低，高差約40m，整體坡度約為10°，堆積體縱向最長470m，橫向最寬660m，面積約為2.2×105m2，其中部分扇緣已被人為改造成耕地(圖6)。一級平臺與二級平臺之間斜坡整體坡度35°～40°，寬80～270m，長約500m，整體形態上窄下寬、兩側薄、中間厚，坡表發育有數條沖溝。一級平臺及陡坡表面也分布有棕紅色粗大漂石，主要塊徑范圍為2～8m，最大塊徑大于10m，表層被局部剝蝕，巖性與三級平臺表面賦存巨礫和溝道后緣山脊分水嶺部位地層均一致，為古近系宗白群紫紅色礫巖。

現場調查顯示，除二級平臺表部未見出露外，棕紅色粗大漂礫廣泛分布于整個堆積體表面，從后緣崩積扇一直延續到主河凍錯曲對岸，均為古近系宗白群棕紅色礫巖。再對堆積體漂石塊徑進行統計，大于3m的塊石總計209個，其中斜坡上有89塊、一級平臺上有120塊，塊石長軸方向雜亂、無定向排列，其總體分布位置如圖6d與圖6e中的紅線所示。從圖中可以看出，整體上，大塊徑漂石空間分布較均勻、無分選性； 局部位置如堆積體中部及下部前緣處漂石分布密度稍大，扇頂、左右扇緣及沖溝附近分布密度稍小，這可能是因為該處受到了后期地表徑流的混合堆積或沖刷改造影響。

圖6 一級平臺地貌特征

2.2 物質組成

根據鉆孔取芯結果，察達堆積體厚度大、層次多，堆積體物質組成主要為碎石土、角礫土、圓礫土及大塊徑漂礫。但堆積體上、中、下各部位物質組成不盡相同。

2.2.1 一級平臺

以YDZ-4鉆孔為例，鉆孔位置見圖6，孔口高程3733m，鉆探深度90m，取芯全為堆積層，未見下伏基巖。根據取芯編錄，一級平臺所在部位堆積體自上而下主要分為3層(圖7)： ①以黃褐色夾雜色為主的細角礫土層，主要顆粒粒徑2～20mm，約占55%，最大粒徑約50～90mm，黏性土充填，厚度約40～50m，其中：深度12m處夾有棕紅色礫巖塊石； ②以淺灰色夾灰白色為主的漂石土，成分為砂巖，磨圓度較好，主要顆粒粒徑大于200mm，約占65%，黏性土充填，厚度約4m； ③以灰褐色夾雜色為主的細圓礫土層，主要顆粒成分粒徑2～20mm，約占55%，最大粒徑約80mm，黏性土充填，巖芯飽和； 該土層有一段粒徑稍大，可視為粗圓礫土，厚度約3.5m。其中： ②層與③層磨圓度較好，其成分粒徑與河床物質極為相似，應為河流沖洪積作用形成。

圖7 鉆孔YDZ-4巖芯及柱狀圖

2.2.2 一級與二級平臺之間斜坡

以2CDSZ-9鉆孔為例，孔口位置見圖6，孔口高程3780m，鉆探深度95m，取芯全為堆積層，未見下伏基巖。根據取芯結果，可將該處堆積體自上而下主要分為3層(圖8)： ①淺棕紅色細角礫土層，礫石成分以礫巖為主，主要顆粒粒徑2～20mm，最大粒徑約260mm，砂土充填，厚度約4m； ②灰褐色細角礫土層，礫石成分以板巖為主，主要顆粒粒徑2～20mm，約占60%，最大粒徑約80mm，砂土充填，厚度約48m； ③以淺灰色夾灰白色為主的塊石土，成分為板巖，呈渾圓狀，主要顆粒粒徑大于200mm，約占55%，最大塊徑約500mm，砂土充填，厚度約25m； ④灰黑色細角礫土層，主要顆粒成分粒徑2～20mm，約占55%，最大粒徑約100mm，黏性土及砂質充填，巖芯飽和。該鉆孔中， ③層與④層的磨圓度較好，其高程、成分粒徑與YDZ-4鉆孔中的②與③極為相似，應為同一套地層，為河流相物質。

圖8 鉆孔2CDSZ-9巖芯柱狀圖

2.2.3 二級平臺

以2CDSBQZ-19鉆孔為例，鉆孔位置見圖3，孔口高程4055m，鉆探深度90m，其中覆蓋層厚度78.8m。根據取芯編錄，二級平臺所在部位堆積體自上而下主要分為3層(圖9)： ①褐黃色塊碎石土，主要顆粒粒徑60～200mm，約占70%，最大粒徑約220mm，砂土充填，厚度約7.7m，該層底部有一段青灰色塊石土，最大粒徑約380mm，巖芯為強風化板巖，厚度約1.5m； ②青灰色、褐紅色夾雜色為主的粗角礫土，成分為板巖、砂巖、礫巖，磨圓度較差，主要顆粒粒徑為20～60mm，約占65%，雜砂充填，厚度約40m； ③深灰色夾雜色為主的細角礫土層，成分為板巖，主要顆粒成分粒徑2～20mm，約占70%，雜砂充填，厚度約25m。②層中棕紅色礫巖碎石土層應為高位崩塌產物，其深度(35.2～37m)要大于青灰色板巖塊石土層深度(6.2～7.7m、23～23.6m)。

圖9 鉆孔2CDSBQZ-19取芯結果及柱狀圖

2.2.4 三級平臺

以2CDSBQZ-16鉆孔為例，其位置見圖3，孔口高程4528m，鉆探深度85m，其中覆蓋層厚度64m。根據取芯編錄，三級平臺所在部位堆積體自上而下主要分為4層(圖10)： ①灰黑色夾黃色的粗角礫土，成分為板巖、砂巖，磨圓度較差，主要顆粒粒徑為20～60mm，約占55%，黏性土及雜砂充填，總厚度約20m； ②深灰色夾灰褐色為主的細角礫土層，成分為板巖，局部可見風化巖層碎屑，主要顆粒成分粒徑2～20mm，約占55%，黏性土充填，總厚度約20m。③淺棕紅色細角礫土層，成分為砂巖及礫巖，主要顆粒成分粒徑2～20mm，約占55%，黏性土充填，總厚度約10m。④淺棕紅色塊石土，成分為砂巖及礫巖，主要顆粒成分粒徑大于200mm，約占55%，最大粒徑310mm，其余為雜砂及黏性土充填，總厚度約10m。

圖10 鉆孔2CDSBQZ-16取芯結果及柱狀圖

3 堆積體成因分析

從堆積體所在地理環境、地形地貌和物質組成看，它是在復雜的氣候地質條件下形成的，形成歷史中存在多期地質作用。總體上，該堆積體3780m高程以上(包括第二、第三臺階)斜坡段下伏堆積土體推測為由高位早期冰川作用殘留的冰磧物； 3780m高程以下斜坡下伏堆積土體推測為河流侵蝕冰磧物后，由凍錯曲沖洪積為主形成的沖積物； 整個堆積體表面的棕紅色大塊漂石推測為高位崩塌產物，其整體覆于冰磧物及沖洪積上部。另外堆積體二級平臺前緣表部以板巖為主的塊碎石，推測為后期溝道左側山體崩塌堆積體。

(1)從堆積體所在地理環境看，察達堆積體地處藏東南高山峽谷區，第四紀冰斗冰川作用和冰川遺跡分布廣泛。堆積體所在的凍錯曲河流域就已被探明現存在編碼為5N224F的支流冰川，共包含35條冰川，冰川面積可達42.04km2，冰川儲量達2.80km3，冰川最低高程4600m(蒲健辰， 2001)，其中距溝槽最近的一條冰川為5N224F2，位于凍錯曲河上游右側巴曲溝內，距察達堆積體直線距離僅5km。在堆積體后部高位可見有明顯的冰川地貌(冰斗壁、冰斗、冰川U型谷)，兩側山脊也有被冰斗侵蝕痕跡，可推斷在某次冰期中，該區內冰川發育，冰蝕作用強烈(圖11)。

圖11 堆積體后緣殘余冰斗

(2)從堆積體物質組成看，垂向上，堆積體表部、中部、下部各部位物質組成不盡相同。一級平臺下伏土體主要為灰黑色泥質土層，有機質豐富，推測為凍錯曲主河道沖洪積堆積物(圖12)，取該層土體試樣(鉆孔2CDSZ-9進尺79.8m處，海拔約3700m)做14C年代測定，結果顯示其形成年代應該早于43500a。3780m以上堆積體下伏土體主要為灰褐色角礫土層，局部夾棕紅色塊石層，土層厚度約40～60m，其顆粒呈棱角狀，磨圓差，顏色雜，泥質填充，推測為冰川作用殘余的冰磧物。

圖12 堆積體下伏淤泥質土(河流相)樣品照片及測試報告結果

堆積體表部棕紅色粗大漂石，從頂部三級平臺一直延續到河谷中，整體覆于河漫灘上，漂石塊徑大小懸殊、無分選性、無定向排列、巖性為古近系宗白群礫巖，主要來源于后緣山頂部位，推測為43500a以來高位崩塌產物。

二級緩坡平臺成分為板巖及砂巖，與溝槽中部左側山脊出露基巖巖性一致，不同于溝槽頂部磚紅色陡壁。平臺物質粒徑大，成分純，透水性強，松散架空。鉆孔取芯顯示，平臺表面僅見灰黃色大塊石，而其深部卻可見棕紅色塊石土層，說明其形成年代應比早期高位崩積體晚，物質來源于堆積體左側山脊部位山體。

綜上分析，大致對察達大型堆積體的形成演化(圖13)歸納歷經了以下5個階段。

圖13 察達大型堆積體形成過程示意圖

第1階段(冰盛期—冰川作用期)：在晚更新世晚期的某次冰盛期，作為凍錯曲的一條支流冰川，察達冰川攜帶大量物質覆蓋于溝槽中。

第2階段(冰后期—冰磧物堆積期)：進入冰后期，冰川消融，察達冰川也隨即開始消融，大量冰磧物殘留在溝槽和河谷中。

第3階段(冰后期—主河道沖刷期)：伴隨新構造運動，地殼抬升，隨著凍錯曲主河道水流沖刷，分布在主河道附近的察達溝溝口附近冰磧物被河水沖刷侵蝕帶走。

第4階段(主河道相對平穩期)：伴隨新構造運動減弱，凍錯曲河流開始堆積厚層沖洪積層，形成了現今的一級平臺河谷漫灘地貌。

第5階段(高位巖崩作用)：察達溝槽頂部也即后緣高位巖體在長期凍融風化作用下，崩塌發育，崩塌落石主要堆積在原冰磧物上部，也即目前的三級平臺部位。推測在某次劇烈的誘發因素(地震、暴雨)作用下，坡頂高位磚紅色巖體發生大規模失穩破壞，形成高位高速崩滑，大量高速運動巨型漂石對溝槽內原有冰磧堆積體造成鏟刮沖擊，裹挾部分冰磧物隨之一起向坡下運動，高速滑坡塊石沖擊至凍錯曲對岸(凍錯曲左岸)堆積，并堵塞凍錯曲主河道。其中的小顆粒成分及部分棕紅色漂礫被凍錯曲河流沖刷搬運，在河道下游處堆積，殘留下現今的一級平臺扇形地貌。在此之后，溝槽中部左側山脊也受凍融作用影響，部分青灰色板巖發生塌滑，二期崩積體覆于早期高位崩塌堆積體表部。由于板巖極易沿板理裂開，二期崩積體表部大塊石多被風化崩解成了片狀碎塊石，構成了現在的二級平臺地貌。

4 結 論

(1)察達大型堆積體在平面上呈啞鈴狀展布，東高西低、兩邊寬、中部窄，分布高程約為3720～4900m，根據坡體陡緩特征，整體可將其分為上、中、下三級緩坡平臺，各部分物質組成及成因特征不盡相同。

(2)一級緩坡平臺位于凍錯曲河道右岸，呈扇狀分布，其下伏79m深處灰黑色河流相泥質土體，經14C年代測定，形成年代早于43500a，推測為主河道沖洪積物； 其上部棕紅色粗大漂石，推測為高位崩滑作用產物。

(3)二級緩坡平臺位于槽谷中部窄谷段，平臺上窄下寬，分布高程4000～4150m。平臺深部可見棕紅色塊石土層，應為早期高位崩塌作用產物； 平臺表面僅分布灰黃色大塊石，松散架空，風化作用嚴重，巖性與溝槽中部左側山體一致，應該為后期二次崩塌成因。

(4)三級緩坡平臺位于槽谷頂部磚紅色陡壁下方，整體呈方形分布，平臺后部可見一處大型堆積扇。其下伏土體主要為灰色角礫土層，局部夾有棕紅色角礫土及塊石土層，推測為早期冰磧物； 上部土體主要為棕紅色粗大漂礫及碎塊石，該層土體前緣薄、后緣厚，漂礫最大塊徑可達27m，應為新近崩塌堆積體。

(5)根據察達堆積體現狀地貌特點，推測該堆積體形成歷經5個不同階段：首先在冰盛期，察達冰川攜帶大量物質覆蓋于溝槽中。其次在冰后期，冰川消融，伴隨新構造運動，河谷下切，河谷中殘留的冰磧物被沖刷侵蝕。隨后進入河流平靜期，凍錯曲河谷中開始堆積沖洪積物，頂部陡壁也不斷發生小規模垮塌，受某次劇烈誘發因素如強烈地震影響，頂部巖體大規模高位高速崩滑，裹挾坡面原有物質一起向下運動，并停積在主河階地上。最后，溝槽中部左側山脊也發生失穩，青灰色板巖崩積體覆于早期高位崩塌堆積體上方，形成了現今的二級平臺地貌。