川藏铁路洛隆车站察达大型堆积体成因分析*

贺书恒 胡卸文② 刘 波 杨相斌 张晓宇

(①西南交通大学地球科学与环境工程学院， 成都 610031， 中国)

(②西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室， 成都 610031， 中国)

(③中铁第一勘察设计院集团有限公司， 西安 710043， 中国)

0 引 言

拟建川藏铁路途经藏东南高山峡谷区，区域内地形变化显著，板块构造活跃，活动断裂密集，地震烈度大，第四纪冰川及风化作用强烈，大规模滑坡、泥石流等地质灾害屡有发生(郭长宝等， 2017； 许佑顶等， 2017； 郑宗溪等， 2017； 朱颖， 2017； Lu et al.，2019)。尤其是区域内的一些第四系堆积体边坡，地质成因复杂，结构成分丰富多样，这些边坡多由土-石混合体组成，构成这类地质体的“块石”和“土”大小悬殊、结构复杂、物理力学性质差别较大(胡瑞林等， 2020)，块石的含量、强度、分布特征影响了边坡的稳定性及变形破坏机理，也增加了边坡表面孤石的坠落风险(陈晓等， 2020； 江强强等， 2020)，对于地表线路构成潜在威胁。因此查清该类堆积体边坡空间分布特征及物质组成，分析其形成原因是十分必要的。

前人对于藏东南地区的第四纪堆积物做了大量的工作，取得了显著的成果，发现该区域内出现过多期冰川活动，并保留了大量的古冰川遗迹(许刘兵等， 2005)。曾庆利等(2007)在松宗镇地区发现第四纪的湖相和河流阶地沉积层，其中冰川堰塞湖相沉积层厚度达到 80m 以上。袁广祥等(2012)对川藏公路帕隆藏布段沿线的第四纪堆积体进行调查，分析其成因类型及分布规律，认为这些堆积体为在冰碛物基础上，地质灾害二次发育所形成的。邹任洲等(2018)对藏东南帕隆藏布流域索通平台第四纪堆积物成因进行分析，认为其早期为第四纪冰川作用形成的冰碛平台，在后期受帕隆藏布改造，最终形成了现今的5级阶地地貌。但是，这些研究都主要集中在雅鲁藏布江流域及川藏公路沿线，而对怒江流域堆积物的相关研究则甚少。

国内学者对于大型边坡和堆积体的研究颇多，王小群等(2008)对金沙江乌东德水电站岸坡发育的一系列槽谷堆积体进行研究，分析出多槽谷地貌是典型的冰雪地貌，其形成与早期高山冰雪的作用有关； 杨继红等(2009)对某水电站左坝肩上方堆积体的成因机制及稳定性进行分析，指出其具有多期次复合成因的特征，是怒江峡谷岸坡演化的典型模式之一； 邓华锋等(2013)结合现场地质现象和钻孔岩芯资料，分析出某大型堆积体的成因机制和演化过程，恢复出其形成的概化地质模型，结果显示堆积体边坡整体为崩塌堆积物，但区域间物质运移的不同也导致了堆积体不同区域地貌和内部结构的差异； 郭长宝等(2020)对日扎潜在巨型岩质滑坡的发育特征和形成机理进行分析研究，认为其现状受到断裂活动、岩溶水、长期卸荷和重力作用等多因素的影响，空间上可划分为3个分区。这些研究多采用现场调查及地质钻探等手段，对遥感影像的使用多注重于二维影像的使用与分析上，精度有限，对高精度、高性价比、高仿真度的三维成像技术的使用有限。

基于以上，本文针对拟建川藏铁路洛隆车站分布的大型不明成因堆积体，在通过现场调查、地质钻探、无人机三维倾斜摄影和遥感影像等多种手段查明该堆积体空间分布特征的基础上，结合堆积体下伏灰黑色淤泥土的14C年代测定，初步分析出该堆积体的成因及来源，并推测察达大型堆积体形成的5个阶段，其结果对洛隆车站安全建设和运营均具有重要意义。

1 察达大型堆积体地质环境条件概述

1.1 地形地貌

堆积体空间分布以两侧山脊为界，最高海拔4900m，最低海拔3720m，边坡坡向289°，整体呈东高西低。形态上总体为“上窄下宽”的地形，谷坡约25°～40°(图1、图2)。堆积体上方为一冰川槽谷，槽谷后缘为砖红色裸露砾岩，槽谷内植被发育，以针叶林为主。堆积体表面偶见坡面冲沟发育，未见明显的支沟存在。

图1 察达大型堆积体全貌

图2 察达大型堆积体 1-1′工程地质剖面图

1.2 地层岩性

堆积体表面赋有大量的巨石、漂砾，块径在2～8m之间，表层被局部剥蚀。堆积体后缘坡顶部位为古近系始新统宗白群(E2z)紫红色砂砾岩、斜坡中下部下伏分布石炭系上统二叠系下统来姑组(C2P1l)深灰色砂板岩。

1.3 地质构造与地震

堆积体区域内自北东至南西方向依次发育巴曲—东村断裂、信本断裂、察达—巴曲断裂等多条断裂，区内延伸80km，产状为203°～210°∠61°～65°，表现为逆推覆构造。研究区内地震动峰值加速度0.15g，反应谱特征周期 0.45s(GB18306-2015，中国地震动参数区划图)(中华人民共和国行业标准编写组，2015)。

2 堆积体空间分布及物质组成特征

2.1 空间形态

察达大型堆积体平面上呈近东西向展布，东高西低，两边宽、中部窄，整体如哑铃状，分布高程约为4900～3720m。堆积体以两侧山脊为界，后缘位于冰川槽谷顶部砖红色岩壁坡脚处，前缘位于冻错曲河对岸约40m处。根据坡体陡缓特征，整体可将其分为上、中、下三级平台(图3)。其中：大块径漂砾广布堆积体表面，分布范围上至顶部岩壁坡脚处，下至主河冻错曲对岸。

图3 察达大型堆积体不同高程台阶部位地貌照片

三级缓坡平台位于槽谷顶部砖红色陡壁下方，整体呈方形分布，分布高程4500～4750m，分布范围以两侧山脊为界，纵长(东西向)平均800m，横宽(南北向)平均500m(图4)。平台整体宽缓，坡度范围为10°～23°，平均坡度约18°。平台后方为砖红色高陡岩壁，形态呈内凹状，岩体为古近系宗白群紫红色砾岩，岩壁零星崩塌发育，坡脚崩积扇明显。据三级平台上钻孔揭示，覆盖层平均厚度约65m，其上部土体主要为棕红色粗大漂砾及碎块石，该层土体前缘薄、后缘厚，漂砾最大块径可达27m； 下伏土体主要为灰色角砾土层，局部夹有棕红色块石土及角砾土层(图2)。

图4 三级缓坡平台地貌特征

二级缓坡平台位于槽谷中部收窄段，平台上窄下宽，高程分布范围为4000～4150m，与下方冻错曲河谷最大高差可达400m。该缓坡平台整体坡度约6°，长约150m，宽约120m，平均厚度可达70m。二级平台表面仅分布灰黄色大块石，松散架空，块径0.05～1m不等，岩性较为单一，为板岩及变质砂岩，而在该堆积体以上和以下斜坡表部均分布有棕红色粗大漂砾(图5)。

图5 二级平台地貌特征

一级缓坡平台位于冻错曲河谷及两岸漫滩或阶地中，整体覆于主河阶地上，呈扇状分布，扇顶高、扇缘低，高差约40m，整体坡度约为10°，堆积体纵向最长470m，横向最宽660m，面积约为2.2×105m2，其中部分扇缘已被人为改造成耕地(图6)。一级平台与二级平台之间斜坡整体坡度35°～40°，宽80～270m，长约500m，整体形态上窄下宽、两侧薄、中间厚，坡表发育有数条冲沟。一级平台及陡坡表面也分布有棕红色粗大漂石，主要块径范围为2～8m，最大块径大于10m，表层被局部剥蚀，岩性与三级平台表面赋存巨砾和沟道后缘山脊分水岭部位地层均一致，为古近系宗白群紫红色砾岩。

现场调查显示，除二级平台表部未见出露外，棕红色粗大漂砾广泛分布于整个堆积体表面，从后缘崩积扇一直延续到主河冻错曲对岸，均为古近系宗白群棕红色砾岩。再对堆积体漂石块径进行统计，大于3m的块石总计209个，其中斜坡上有89块、一级平台上有120块，块石长轴方向杂乱、无定向排列，其总体分布位置如图6d与图6e中的红线所示。从图中可以看出，整体上，大块径漂石空间分布较均匀、无分选性； 局部位置如堆积体中部及下部前缘处漂石分布密度稍大，扇顶、左右扇缘及冲沟附近分布密度稍小，这可能是因为该处受到了后期地表径流的混合堆积或冲刷改造影响。

图6 一级平台地貌特征

2.2 物质组成

根据钻孔取芯结果，察达堆积体厚度大、层次多，堆积体物质组成主要为碎石土、角砾土、圆砾土及大块径漂砾。但堆积体上、中、下各部位物质组成不尽相同。

2.2.1 一级平台

以YDZ-4钻孔为例，钻孔位置见图6，孔口高程3733m，钻探深度90m，取芯全为堆积层，未见下伏基岩。根据取芯编录，一级平台所在部位堆积体自上而下主要分为3层(图7)： ①以黄褐色夹杂色为主的细角砾土层，主要颗粒粒径2～20mm，约占55%，最大粒径约50～90mm，黏性土充填，厚度约40～50m，其中：深度12m处夹有棕红色砾岩块石； ②以浅灰色夹灰白色为主的漂石土，成分为砂岩，磨圆度较好，主要颗粒粒径大于200mm，约占65%，黏性土充填，厚度约4m； ③以灰褐色夹杂色为主的细圆砾土层，主要颗粒成分粒径2～20mm，约占55%，最大粒径约80mm，黏性土充填，岩芯饱和； 该土层有一段粒径稍大，可视为粗圆砾土，厚度约3.5m。其中： ②层与③层磨圆度较好，其成分粒径与河床物质极为相似，应为河流冲洪积作用形成。

图7 钻孔YDZ-4岩芯及柱状图

2.2.2 一级与二级平台之间斜坡

以2CDSZ-9钻孔为例，孔口位置见图6，孔口高程3780m，钻探深度95m，取芯全为堆积层，未见下伏基岩。根据取芯结果，可将该处堆积体自上而下主要分为3层(图8)： ①浅棕红色细角砾土层，砾石成分以砾岩为主，主要颗粒粒径2～20mm，最大粒径约260mm，砂土充填，厚度约4m； ②灰褐色细角砾土层，砾石成分以板岩为主，主要颗粒粒径2～20mm，约占60%，最大粒径约80mm，砂土充填，厚度约48m； ③以浅灰色夹灰白色为主的块石土，成分为板岩，呈浑圆状，主要颗粒粒径大于200mm，约占55%，最大块径约500mm，砂土充填，厚度约25m； ④灰黑色细角砾土层，主要颗粒成分粒径2～20mm，约占55%，最大粒径约100mm，黏性土及砂质充填，岩芯饱和。该钻孔中， ③层与④层的磨圆度较好，其高程、成分粒径与YDZ-4钻孔中的②与③极为相似，应为同一套地层，为河流相物质。

图8 钻孔2CDSZ-9岩芯柱状图

2.2.3 二级平台

以2CDSBQZ-19钻孔为例，钻孔位置见图3，孔口高程4055m，钻探深度90m，其中覆盖层厚度78.8m。根据取芯编录，二级平台所在部位堆积体自上而下主要分为3层(图9)： ①褐黄色块碎石土，主要颗粒粒径60～200mm，约占70%，最大粒径约220mm，砂土充填，厚度约7.7m，该层底部有一段青灰色块石土，最大粒径约380mm，岩芯为强风化板岩，厚度约1.5m； ②青灰色、褐红色夹杂色为主的粗角砾土，成分为板岩、砂岩、砾岩，磨圆度较差，主要颗粒粒径为20～60mm，约占65%，杂砂充填，厚度约40m； ③深灰色夹杂色为主的细角砾土层，成分为板岩，主要颗粒成分粒径2～20mm，约占70%，杂砂充填，厚度约25m。②层中棕红色砾岩碎石土层应为高位崩塌产物，其深度(35.2～37m)要大于青灰色板岩块石土层深度(6.2～7.7m、23～23.6m)。

图9 钻孔2CDSBQZ-19取芯结果及柱状图

2.2.4 三级平台

以2CDSBQZ-16钻孔为例，其位置见图3，孔口高程4528m，钻探深度85m，其中覆盖层厚度64m。根据取芯编录，三级平台所在部位堆积体自上而下主要分为4层(图10)： ①灰黑色夹黄色的粗角砾土，成分为板岩、砂岩，磨圆度较差，主要颗粒粒径为20～60mm，约占55%，黏性土及杂砂充填，总厚度约20m； ②深灰色夹灰褐色为主的细角砾土层，成分为板岩，局部可见风化岩层碎屑，主要颗粒成分粒径2～20mm，约占55%，黏性土充填，总厚度约20m。③浅棕红色细角砾土层，成分为砂岩及砾岩，主要颗粒成分粒径2～20mm，约占55%，黏性土充填，总厚度约10m。④浅棕红色块石土，成分为砂岩及砾岩，主要颗粒成分粒径大于200mm，约占55%，最大粒径310mm，其余为杂砂及黏性土充填，总厚度约10m。

图10 钻孔2CDSBQZ-16取芯结果及柱状图

3 堆积体成因分析

从堆积体所在地理环境、地形地貌和物质组成看，它是在复杂的气候地质条件下形成的，形成历史中存在多期地质作用。总体上，该堆积体3780m高程以上(包括第二、第三台阶)斜坡段下伏堆积土体推测为由高位早期冰川作用残留的冰碛物； 3780m高程以下斜坡下伏堆积土体推测为河流侵蚀冰碛物后，由冻错曲冲洪积为主形成的冲积物； 整个堆积体表面的棕红色大块漂石推测为高位崩塌产物，其整体覆于冰碛物及冲洪积上部。另外堆积体二级平台前缘表部以板岩为主的块碎石，推测为后期沟道左侧山体崩塌堆积体。

(1)从堆积体所在地理环境看，察达堆积体地处藏东南高山峡谷区，第四纪冰斗冰川作用和冰川遗迹分布广泛。堆积体所在的冻错曲河流域就已被探明现存在编码为5N224F的支流冰川，共包含35条冰川，冰川面积可达42.04km2，冰川储量达2.80km3，冰川最低高程4600m(蒲健辰， 2001)，其中距沟槽最近的一条冰川为5N224F2，位于冻错曲河上游右侧巴曲沟内，距察达堆积体直线距离仅5km。在堆积体后部高位可见有明显的冰川地貌(冰斗壁、冰斗、冰川U型谷)，两侧山脊也有被冰斗侵蚀痕迹，可推断在某次冰期中，该区内冰川发育，冰蚀作用强烈(图11)。

图11 堆积体后缘残余冰斗

(2)从堆积体物质组成看，垂向上，堆积体表部、中部、下部各部位物质组成不尽相同。一级平台下伏土体主要为灰黑色泥质土层，有机质丰富，推测为冻错曲主河道冲洪积堆积物(图12)，取该层土体试样(钻孔2CDSZ-9进尺79.8m处，海拔约3700m)做14C年代测定，结果显示其形成年代应该早于43500a。3780m以上堆积体下伏土体主要为灰褐色角砾土层，局部夹棕红色块石层，土层厚度约40～60m，其颗粒呈棱角状，磨圆差，颜色杂，泥质填充，推测为冰川作用残余的冰碛物。

图12 堆积体下伏淤泥质土(河流相)样品照片及测试报告结果

堆积体表部棕红色粗大漂石，从顶部三级平台一直延续到河谷中，整体覆于河漫滩上，漂石块径大小悬殊、无分选性、无定向排列、岩性为古近系宗白群砾岩，主要来源于后缘山顶部位，推测为43500a以来高位崩塌产物。

二级缓坡平台成分为板岩及砂岩，与沟槽中部左侧山脊出露基岩岩性一致，不同于沟槽顶部砖红色陡壁。平台物质粒径大，成分纯，透水性强，松散架空。钻孔取芯显示，平台表面仅见灰黄色大块石，而其深部却可见棕红色块石土层，说明其形成年代应比早期高位崩积体晚，物质来源于堆积体左侧山脊部位山体。

综上分析，大致对察达大型堆积体的形成演化(图13)归纳历经了以下5个阶段。

图13 察达大型堆积体形成过程示意图

第1阶段(冰盛期—冰川作用期)：在晚更新世晚期的某次冰盛期，作为冻错曲的一条支流冰川，察达冰川携带大量物质覆盖于沟槽中。

第2阶段(冰后期—冰碛物堆积期)：进入冰后期，冰川消融，察达冰川也随即开始消融，大量冰碛物残留在沟槽和河谷中。

第3阶段(冰后期—主河道冲刷期)：伴随新构造运动，地壳抬升，随着冻错曲主河道水流冲刷，分布在主河道附近的察达沟沟口附近冰碛物被河水冲刷侵蚀带走。

第4阶段(主河道相对平稳期)：伴随新构造运动减弱，冻错曲河流开始堆积厚层冲洪积层，形成了现今的一级平台河谷漫滩地貌。

第5阶段(高位岩崩作用)：察达沟槽顶部也即后缘高位岩体在长期冻融风化作用下，崩塌发育，崩塌落石主要堆积在原冰碛物上部，也即目前的三级平台部位。推测在某次剧烈的诱发因素(地震、暴雨)作用下，坡顶高位砖红色岩体发生大规模失稳破坏，形成高位高速崩滑，大量高速运动巨型漂石对沟槽内原有冰碛堆积体造成铲刮冲击，裹挟部分冰碛物随之一起向坡下运动，高速滑坡块石冲击至冻错曲对岸(冻错曲左岸)堆积，并堵塞冻错曲主河道。其中的小颗粒成分及部分棕红色漂砾被冻错曲河流冲刷搬运，在河道下游处堆积，残留下现今的一级平台扇形地貌。在此之后，沟槽中部左侧山脊也受冻融作用影响，部分青灰色板岩发生塌滑，二期崩积体覆于早期高位崩塌堆积体表部。由于板岩极易沿板理裂开，二期崩积体表部大块石多被风化崩解成了片状碎块石，构成了现在的二级平台地貌。

4 结 论

(1)察达大型堆积体在平面上呈哑铃状展布，东高西低、两边宽、中部窄，分布高程约为3720～4900m，根据坡体陡缓特征，整体可将其分为上、中、下三级缓坡平台，各部分物质组成及成因特征不尽相同。

(2)一级缓坡平台位于冻错曲河道右岸，呈扇状分布，其下伏79m深处灰黑色河流相泥质土体，经14C年代测定，形成年代早于43500a，推测为主河道冲洪积物； 其上部棕红色粗大漂石，推测为高位崩滑作用产物。

(3)二级缓坡平台位于槽谷中部窄谷段，平台上窄下宽，分布高程4000～4150m。平台深部可见棕红色块石土层，应为早期高位崩塌作用产物； 平台表面仅分布灰黄色大块石，松散架空，风化作用严重，岩性与沟槽中部左侧山体一致，应该为后期二次崩塌成因。

(4)三级缓坡平台位于槽谷顶部砖红色陡壁下方，整体呈方形分布，平台后部可见一处大型堆积扇。其下伏土体主要为灰色角砾土层，局部夹有棕红色角砾土及块石土层，推测为早期冰碛物； 上部土体主要为棕红色粗大漂砾及碎块石，该层土体前缘薄、后缘厚，漂砾最大块径可达27m，应为新近崩塌堆积体。

(5)根据察达堆积体现状地貌特点，推测该堆积体形成历经5个不同阶段：首先在冰盛期，察达冰川携带大量物质覆盖于沟槽中。其次在冰后期，冰川消融，伴随新构造运动，河谷下切，河谷中残留的冰碛物被冲刷侵蚀。随后进入河流平静期，冻错曲河谷中开始堆积冲洪积物，顶部陡壁也不断发生小规模垮塌，受某次剧烈诱发因素如强烈地震影响，顶部岩体大规模高位高速崩滑，裹挟坡面原有物质一起向下运动，并停积在主河阶地上。最后，沟槽中部左侧山脊也发生失稳，青灰色板岩崩积体覆于早期高位崩塌堆积体上方，形成了现今的二级平台地貌。