阿尼瑪卿山冰崩鏈生災害基本特征分析

張俊才，周 保，曹小巖，魏賽拉加

（青海省地質環境監測總站，青海 西寧810008）

近年來，隨著全球氣候變暖、雪線上升，冰川退縮和凍土退化正成為影響生態安全的重要因素，并受到全社會日益關注。在青藏高原，冰川退縮、冰川融水增加等引起的冰崩、冰湖潰決、冰川泥石流、冰崩碎屑流堰塞湖潰決洪水等單體災害及鏈生災害時有發生，造成人員傷亡、財產損失，并導致高原生態環境惡化［1-5］。例如，我國西藏地區冰川躍動和消融退化導致的冰湖潰決洪水（泥石流）災害非常突出，20世紀以來產生了27次冰湖潰決事件［2］。2000年4月9日，西藏波密縣易貢藏布發生巨型高速滑坡，形成了滑坡碎屑流堰塞湖潰決洪水災害鏈，其形成與氣溫升高、冰川融化密切相關［3］；2016年5月16日，新疆阿克陶縣公格爾九別峰發生冰川躍動和冰崩［4］；2016年7月17日，西藏日土縣東汝鄉出現罕見的冰崩，9月21日其附近的冰川又一次發生罕見的大范圍冰崩［5］；2018年10月17日，西藏米林縣雅魯藏布江左岸色東普溝發生冰崩碎屑流，堵塞雅魯藏布江形成堰塞湖。在阿尼瑪卿地區，冰川退縮明顯，具體表現為自小冰期以來冰川明顯退縮，尤其是近幾十年來，無論是面積還是長度都有加速退縮的趨勢，未來冰川將處于持續退縮之中［6］。阿尼瑪卿山冰川退縮而引起的冰崩鏈生災害頻發，其西南坡曉瑪溝內于2004年2月［7］、2007年10月8日［8］和2016年10月6日先后發生了3次冰崩碎屑流堰塞湖潰決洪水災害，因其具有代表性而被編入《中國典型滑坡》［9］。2016年10月9日，筆者對該冰崩碎屑流災害進行了現場應急調查，在現場調查和以往調查監測資料的基礎上，深入分析阿尼瑪卿山冰崩鏈生災害的基本特征，為該地區冰崩鏈生災害成因機理和監測預警研究提供基礎依據。

1 研究區地質環境背景

研究區阿尼瑪卿山系東昆侖延伸段，山體呈北西—東南走向。主峰瑪卿崗日由3個高程在6000m以上的峰尖組成，最高峰高程6282m，山麓沖洪積扇區及河谷平緩地帶高程為4295～4530m。區內年平均氣溫-10.2℃，冬季極端最低溫度-52.6℃，年降水量約為300mm，夏季最高氣溫為15℃左右（4100m高程處）。每年5—9月為暖季，雨熱同期，降水和冰雪融水匯集迅速；10月至次年4月為冷季，常為冰雪所覆蓋，系冰凍期。區內山體地勢高峻，氣候寒冷，冰峰雄峙，冰川面積約為99km2，有冰川57條，山體東北坡多為山谷冰川，西南坡多為冰斗冰川和懸冰川。其中：位于東北坡的哈龍冰川長7.7km，面積23.5km2，垂直高差達1800m，是黃河流域最長、最大的冰川；西南坡多條溝谷冰斗冰川和懸冰川發育，為冰崩碎屑流易發區域，曉瑪溝內近年來先后產生了3次大規模冰崩碎屑流。阿尼瑪卿山西南坡的地表水系主要有青龍溝及其支溝前龍溝、曉瑪溝等，青龍溝徑流自南向北，在研究區內曉瑪溝、前龍溝從東、西兩側匯入，溝谷流水主要受冰雪融水和大氣降水補給。前龍溝、曉瑪溝流量很小，青龍溝流量較大，據2004年5—10月的監測資料［10］，青龍溝流量一般為 0.43～0.69m3／s，降水較多、氣溫較高時可達 4.2～4.3m3／s。

據《青海省區域地質志》［11］，研究區地處松潘—甘孜印支褶皺系阿尼瑪卿優地槽帶，斷裂褶皺非常發育，博卡雷克塔格—阿尼瑪卿深斷裂帶自西向東貫穿研究區北部，傾向南西，傾角 50°～60°，延伸長度達1000km。研究區地處區域背斜的北翼，表現為單斜地層，傾向北東。出露地層主要為上三疊統巴顏喀拉山群上亞群（T3by3），巖性為砂巖組，具體為灰、灰綠色中—厚層中—細粒長石質雜砂巖、雜砂質長石砂巖夾黑色千枚狀板巖及少量紫灰色砂巖，上部夾薄層灰巖，厚756～2300m。其中：曉瑪溝溝腦基巖以千枚狀板巖為主，局部夾長石砂巖，溝谷中部至下游區域均以長石砂巖為主，上覆大量的冰磧物、冰水堆積物、沖洪積物、冰崩碎屑流等第四系堆積物，因高程高、含冰量大，構成富冰多年凍土。

2 冰崩鏈生災害基本特征

近年來，隨著全球氣候變暖，區域降水增多，阿尼瑪卿山冰崩頻發，冰崩引發的鏈生災害嚴重影響當地牧民群眾和下游百姓的生命財產和生產生活。2004年以來，阿尼瑪卿山南坡曉瑪溝先后產生了3次冰崩—碎屑流—堰塞湖—潰決洪水鏈式災害，其發生時間分別為2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日，目前冰川裂縫十分發育，冰崩鏈生災害再次發生的可能性極大。其中：2004年2月產生的冰崩災害規模最大，危害最為嚴重，也為后續災害的形成提供了便利條件。

根據現場調查和歷史遙感影像分析，阿尼瑪卿山曉瑪溝冰崩鏈生災害的形成過程如下：冰川因融化退縮，出現多條密集深大裂縫，在自重作用下脫離山體，刨蝕、攜裹冰川底部千枚狀板巖、砂質板巖等基巖，順勢向曉瑪溝中央快速滑移，并進一步鏟刮、攜裹溝谷內由冰崩堆積物、冰磧物、冰水堆積物和地下冰構成的富冰多年凍土，同時大規模解體破碎并以碎屑流的形式向曉瑪溝中下游方向高速運動，長距離運移5.5km后堆積于曉瑪溝沖洪積扇區及青龍溝、前龍溝交匯區域，具有高速、遠程的特點（見圖1）。同時，碎屑流堆積物將青龍溝堵塞，形成松散壩體，隨著上游來水逐漸增加成為堰塞湖。在壩體冰塊融化、滲透變形、河水沖刷等作用下潰決泄流，形成洪水災害，對下游地區造成經濟損失。下面分冰崩源區、刨蝕流通區、碎屑流主堆積區、堰塞壩及堰塞湖、潰決洪水等5部分詳述該冰崩鏈生災害的基本特征。

圖1 阿尼瑪卿山曉瑪溝冰崩鏈生災害范圍（據天地圖）

2.1 冰崩源區特征

冰崩源區位于阿尼瑪卿山西南坡曉瑪溝溝腦冰川發育處。據GoogleEarth，冰崩區域在平面上呈樹杈形，上部高程約為5 920 m，下部高程約為5 300 m，高差約為620 m，縱長約為1 150 m，橫寬約為750 m，斷面形態呈上陡下緩，上部坡度可達40°，下部坡度約為15°，整體坡度約為28°。冰崩發生前該區域冰川覆蓋，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日三期冰崩發生后，冰川分布范圍大面積縮小，殘留冰川表面深大裂縫密布，目前為潛在冰崩源區。三期冰崩發育區域均在曉瑪溝溝腦冰川，但發育區域和物質組成有所差異，例如2004年冰崩主要發育在冰川中下部，2007年冰崩、2016年冰崩在以往冰崩區周圍發育。同時，2004年冰崩對后續冰崩的產生起到了促進作用，例如造成冰川前緣臨空，冰崩過程中牽引后部變形等，因此冰崩發生后殘留冰川中深大拉張裂縫密集平行分布，在遙感影像和調查照片中清晰可見（見圖1、圖2）。

圖2 冰崩源區和刨蝕流通區（2004年冰崩后）［7］

因缺乏有效的測量數據，且冰川在重力作用下崩塌現象在持續進行，只是當冰崩規模較大時才形成大規模冰崩碎屑流沖出曉瑪溝而被人發現，因此很難比較精確地給出一次冰崩發生時冰崩方量數據。此處以2004年冰崩為例，從冰崩發生前后遙感影像、前人調查照片大致估算其崩塌方量。根據2003年和2004年遙感影像對比，2004年冰崩源區長約850 m，平均寬約400 m，冰川及刨蝕板巖層的厚度按40 m估算，崩塌方量約為1 360萬m3。

2.2 刨蝕流通區特征

刨蝕流通區位于曉瑪溝中上游，在平面上呈長條狀。據 Google Earth，刨蝕流通區長約 2 800 m，寬260～350 m不等，前部高程約為4 560 m，后部高程約為5 300 m，高差約為740 m，溝谷縱坡降為26.4%。阿尼瑪卿山現代冰川發育，在山體南北兩側各溝谷內冰川消融后退形成的冰磧物、冰水堆積物等松散堆積物廣泛分布，其厚度因山體巖性、冰川作用強度、地形條件等有所差異，溝谷斷面形態呈U形，冰崩碎屑流發育；曉瑪溝亦是如此。因地處高海拔多年凍土區，溝谷內冰磧物、冰水堆積物等松散堆積物大量分布，冰雪融水成為松散層地下水持續補給來源，因而溝谷松散堆積層實為富冰多年凍土，其由地下冰膠結，具有整體性好、力學強度較高的特點。

冰崩發生后，曉瑪溝地形得以重新塑造。由冰川塊體及其刨蝕的碎屑塊石構成的冰崩體在快速前進過程中，沿途刨蝕、鏟刮、攜裹溝谷內大量的富冰多年凍土，并進一步產生解體破碎，向溝谷下游方向運動，同時重新塑造了溝谷地形。據現場調查和遙感影像分析，溝床刨蝕深度可達40 m，其斷面形態由U形轉變為V形。冰崩體不斷解體破碎，在刨蝕流通區表現出明顯的碎屑流特征，例如碎屑流殘留部分具有與溝谷中心線一致的流線形態，在溝谷轉彎處亦發生轉彎，表明已轉化為碎屑流（見圖3）。同時，因碎屑流各部分所受運動阻力存在差異，運動速度也存在明顯不同，越靠近溝谷中心部位的碎屑流體運動速度越快，越靠近碎屑流體表層的運動速度越快，因此碎屑流殘留部分主要集中于溝谷底部、溝谷谷坡等運動阻力較大、運動速度較慢的區域，形成溝谷兩側壟狀堆積和溝谷底部堆積等堆積形態。刨蝕流通區碎屑流堆積物以黑色板巖碎屑顆粒為主，含少量冰塊。

圖3 刨蝕流通區殘留堆積表現出流態特征

2.3 碎屑流主堆積區特征

碎屑流主堆積區位于曉瑪溝出山口沖洪積扇及青龍溝、前龍溝交匯區域，在平面上總體呈扇形，堆積范圍和厚度因各次冰崩碎屑流的動力條件和體積規模、所在區域地形條件不同等有所差異。其中：2004年2月的冰崩碎屑流堆積范圍和規模最大，據2004年調查資料［7］和歷史影像測量，堆積范圍達 2.15 km2，堆積厚度平均約為10 m，堆積方量為2 150萬m3；2007年10月8日的冰崩碎屑流堆積范圍和規模次之，據2007年調查資料［8］和歷史影像測量，堆積范圍為 1.09 km2，堆積厚度平均約為6 m，堆積方量為654萬m3；2016年10月6日冰崩碎屑流堆積范圍和規模最小，據2016年10月8日現場調查和影像測量，堆積范圍為0.85 km2，堆積厚度平均約為5 m，堆積方量為425萬m3。

據現場調查和簡易測量，碎屑流主堆積區堆積物主要為冰塊、富冰多年凍土塊體及巖石碎屑，總體上堆積物含冰量為60%～70%，巖石碎屑物含量為30%～40%，在不同冰碎屑混合塊體中有所差異。純冰塊粒徑一般為20～50 cm，最大約為8 m；巖石碎屑成分主要為軟弱的黑色千枚狀板巖、灰白色砂質板巖，粒徑小于10 cm，極個別達到1.2 m左右（見圖4）。堆積物架空現象十分嚴重，冰塊融化形成大小不等的陷坑及地表細流，在堆積物前緣青龍溝河道邊可見深大裂縫。經過較長時間待冰體融化后，黑灰色、灰白色巖石碎屑雜亂無序堆積，與新產生的冰崩碎屑流堆積物形成明顯反差（見圖5）。

圖4 2016年冰崩后碎屑流主堆積區形態

圖5 不同期次冰崩碎屑流堆積物疊置關系

2.4 堰塞壩及堰塞湖特征

在碎屑流主堆積區的前緣，碎屑流高速運動至青龍溝時地形突變、運動受阻，碎屑流填埋溝谷并沖上對岸，形成了松散的堆積壩，堵塞青龍溝形成了堰塞湖。2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日產生的冰崩碎屑流均不同程度地堵塞青龍溝，但因各期次冰崩碎屑流的動力條件、體積規模、運動速度存在差異，堰塞壩尺寸、方量以及氣溫、河水流量等不同，形成的堰塞湖數量、規模、保存時間也不同。根據以往調查監測資料［7-8，10，12］和 2016 年 10 月 8 日現場調查成果，統計了各期次冰崩碎屑流形成的堰塞壩、堰塞湖的主要特征，見表1。

表1 各期次冰崩碎屑流堰塞壩及堰塞湖主要特征

由于堰塞壩的物質成分為冰塊、富冰多年凍土塊體及巖石碎屑，壩體結構松散，滲透性好，冰塊融化導致沉陷變形，因此堰塞壩抵抗沖刷和滲透變形的能力差，易產生潰決引發洪水。2004年2月冰崩碎屑流形成的堰塞壩規模最大，堰塞湖蓄水量也最大（見圖6），保存時間最久，各級政府部門高度重視，成立監測工作組對堰塞壩、堰塞湖變化情況及時開展了動態調查監測，形成了較豐富的資料。

依據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調查和水位標尺觀測資料［10-13］，梳理了青龍溝堰塞壩、堰塞湖在不同時期的動態變化特征，包括堰塞壩的長度、寬度、厚度、方量、暗河長度和堰塞湖的長度、寬度、最大水深、平均水深、蓄水量等，詳見表2。同時，全站儀定點位移監測數據［12］表明，2004年5月1日至10月20日壩體累計下沉變形1.70～11.07 m。 可見，隨著時間的推移，堰塞壩的寬度、厚度和方量逐漸減小，暗河長度逐漸增加，堰塞湖的分布范圍、水深及蓄水量先增大后減小，這主要與氣溫升高、上游來水量增加及其導致的壩體冰塊融化、滲透變形、河水沖刷等作用有關。至2005年7月初，堰塞湖因水量逐漸增大，水位呈波動式持續上升。

圖6 2004年冰崩碎屑流堆積壩及青龍溝堰塞湖

表2 2004年青龍溝堰塞壩、堰塞湖動態變化特征

2.5 堰塞湖潰決洪水特征

2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日冰崩產生的堰塞湖均因壩體潰決產生了洪水。由于不同時間形成的堰塞壩、堰塞湖規模存在差異，因此堰塞湖潰決產生的洪水規模不同，其中2004年2月形成的冰崩堰塞湖潰決洪水規模最大，險情等級最高，對下游地區造成了較大損失。

據以往調查監測資料［10］，2005年7月4日12時許，位于堰塞壩中部表面的一個融湖水位上升，并向下游漫溢，預示了青龍溝堰塞湖湖水通過壩體中的融蝕通道外泄，14時許青龍溝堰塞湖潰決，湖水迅速下泄，形成含冰塊的洪水。當日16時許，洪峰到達下大武鄉橋。7月5日8時，最大洪峰506 m3／s到達下游興?？h大米灘水文站（距堰塞壩約180 km）。據大米灘水文站測得的流量：5日6時15分，流量為360 m3／s；7時12 分，流量為460 m3／s；8 時00 分，流量為506 m3／s（最大洪峰）；11時 45分，流量為 350 m3／s；12時 30分，流量為 300 m3／s；14 時 20 分，流量為 200 m3／s；15時30分，流量為150 m3／s，之后流量逐漸減小。至7月6日，堰塞壩尚有24萬m3殘留體，堰塞湖湖底尚殘留約3 000 m3水體。青龍溝河水經殘留水體后又經壩體融蝕深溝向下游流出，前龍溝堰塞湖及堰塞壩中段原先存在的融湖湖水已全部外泄。殘留堰塞壩不斷垮塌，堵塞溝谷，造成河水暫時壅水，被沖開后形成含冰塊的陣發洪水。至此，堰塞湖以自然潰決方式基本消亡。

3 結 論

（1）阿尼瑪卿山曉瑪溝冰崩鏈生災害的形式為冰崩—碎屑流—堰塞湖—潰決洪水災害鏈，是較為典型的高寒地區山地災害鏈，且在同一區域多次發生同樣類型的鏈生災害，具有明顯的空間和時間雙重災害鏈屬性。

（2）阿尼瑪卿山冰崩碎屑流具有高速、遠程的特點，運動距離長達5.5 km，其形成和堆積范圍可分為冰崩源區、刨蝕流通區、碎屑流主堆積區，各區域內碎屑運動速度、形態等具有明顯的差異性，在刨蝕流通區和碎屑流主堆積區內表現出明顯的流態特征。

（3）阿尼瑪卿山冰崩鏈生災害的發生過程為：冰川退縮消融產生多次崩塌，刨蝕、鏟刮溝谷內由冰崩堆積物、冰磧物、冰水堆積物等構成的富冰多年凍土，產生大規模解體破碎，沖出曉瑪溝后向青龍溝方向高速運動，并堵塞青龍溝、前龍溝形成堰塞湖，隨著時間不斷推移，堰塞壩體逐漸被沖刷和溶蝕，堰塞湖最終潰決形成洪水災害，波及下游地區。

（4）冰崩碎屑流堰塞壩由冰塊、巖石碎屑和富冰凍土塊體構成，具有強度低、抗沖刷能力差的特點，因此在同樣的條件下，堰塞湖保存時間主要取決于入湖流量、氣溫、堰塞壩規模特別是順河長度和高度等條件。