青藏高原腹地各拉丹冬南北坡多年冻土考察初步结果

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0021

冰川冻土 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (1): 83-95.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0021

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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¹^,²(), 邹德富¹, 杨斌³, 杜二计¹^,², 周华云¹^,², 肖瑶¹, 赵林²^,⁴(), 谭昌海³, 胡国杰¹, 庞强强¹, 王武¹, 孙哲¹^,², 朱小凡¹, 殷秀峰¹, 汪凌霄⁴, 李智斌⁴, 谢昌卫¹

^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

收稿日期:2021-01-17 修回日期:2021-11-29 出版日期:2022-02-28 发布日期:2022-03-28
通讯作者: 赵林 E-mail:liuguangyue@lzb.ac.cn;lzhao@nuist.edu.cn
作者简介:刘广岳，工程师，主要从事冻土及环境变化监测与研究工作. E-mail： liuguangyue@lzb.ac.cn
基金资助:
第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0201);国家自然科学基金项目(41931180);中国科学院战略性先导科技专项(XDA2002010202);自然资源部中国地质调查局青藏高原自然资源要素综合观测试点项目(DD20208064)

Preliminary results of permafrost investigation on northern and southern slopes of Mt. Geladandong， interior Qinghai-Tibet Plateau

Guangyue LIU¹^,²(), Defu ZOU¹, Bin YANG³, Erji DU¹^,², Huayun ZHOU¹^,², Yao XIAO¹, Lin ZHAO²^,⁴(), Changhai TAN³, Guojie HU¹, Qiangqiang PANG¹, Wu WANG¹, Zhe SUN¹^,², Xiaofan ZHU¹, Xiufeng YIN¹, Lingxiao WANG⁴, Zhibin LI⁴, Changwei XIE¹

^1.Cryosphere Research Station on the Qinghai-Tibet Plateau，State Key Laboratory of Cryospheric Science，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^3.Natural Resources Comprehensive Survey Command Center，China Geological Survey，Beijing 100055，China
^4.School of Geographical Sciences，Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China

Received:2021-01-17 Revised:2021-11-29 Online:2022-02-28 Published:2022-03-28
Contact: Lin ZHAO E-mail:liuguangyue@lzb.ac.cn;lzhao@nuist.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

青藏高原唐古拉山南北两侧在地形地貌、地理和气候特征上存在显著差异，多年冻土的发育状况和特征也明显不同。受第二次青藏高原综合科学考察研究等项目资助，多年冻土对亚洲水塔的影响专题考察分队分别于2019年和2020年的10—11月对唐古拉山各拉丹冬南侧的色林错上游扎加藏布源区（简称“湖源区”）和北侧的长江上游沱沱河源区（简称“江源区”）进行了多年冻土野外考察。利用钻探、坑探、地球物理勘探等方法对多年冻土的分布边界、多年冻土剖面的地层、地下冰等特征进行了描述和取样，同步构建了多年冻土温度和活动层水热观测网络，为多年冻土对亚洲水塔影响的机理分析、数值模拟以及情景预估提供数据保障。对野外调查资料的初步分析认为，各拉丹冬南北两坡地层沉积类型和地下冰赋存状态存在明显差异，北坡多年冻土的热稳定性、地下冰含量、冰缘地貌类型多样性均高于南坡，但由于受到构造地热、河流融区等多种因素的影响，北坡的冻土分布形式更为复杂。江源区100 m钻孔剖面揭示了连续分布的、厚度大于50 m的地下冰；在该区域发现了多年生冻胀丘分布群，并利用钻探和地球物理勘探方法对该区域规模最大、结构最完整的冰核型冻胀丘进行了较为系统的勘察剖析。两次野外调查工作共采集钻孔岩心、表层土壤、冰水等各类样本近1.2万件，为后期区域冻土理化指标分析，冻土环境化学、古气候环境研究的开展奠定基础。

关键词: 青藏高原, 第二次青藏科考, 多年冻土, 各拉丹冬, 色林错, 长江源

Abstract:

Supported by the project of the Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research， a comprehensive scientific survey on permafrost in source area of the rivers and lakes on northern and southern slopes of Mt. Geladandong in the Tanggula Mountains was conducted in 2019 and 2020. The study area in the first phase of the investigation locates in source area of the Zhaga Zangbo River （upper reaches of Selin Co Lake）， and the study area in the second phase is in source area of the Tuotuo River （upper reaches of the Yangtze River）. By applying multiple technologies， such as borehole drilling， pitting， ground surface geophysical sounding， and in-situ monitoring， the first monitoring network on permafrost environment in this area was established， and the first-hand data on permafrost were obtained. The sedimentary strata and the distribution and state of ground ice on northern and southern slopes of Mt. Geladandong were compared and analyzed， indicating great differences between the two regions in sedimentary environment， and development status of permafrost and ground ice. The thermal stability of permafrost， ground ice content， and the type diversity of periglacial landforms on the northern slopes were richer than those on the southern slopes， but the distribution of frozen ground and taliks on the northern slopes was more complicated due to the influences of tectonics and resultant mosaicked distribution of geothermal gradients and river/tectonic lake taliks， because of the influence of geotectonic zone， geothermal flow anormalies， river/lake taliks， and other factors. A 100-meter borehole was drilled in source area of the Tuotuo River， which revealed the characteristics of continuously distributed ground ice with thickness greater than 50 m. It was confirmed that pingos could have developed in this area， and the largest and most complete pingo in existence on the Qinghai-Tibet Plateau was discovered and inspected. Through the investigations， nearly 12 000 samples of drill cores， surface soils， and ice/water that would be used for analysis of the physical/chemical indicators of the frozen soil， were collected. This provides the foundation for the research of permafrost environmental chemistry and reconstruction of paleo-climate and paleo-environment in source area of the rivers and lakes on northern and southern slopes of Mt. Geladandong， interior Qinghai-Tibet Plateau.

Key words: Qinghai-Tibet Plateau, the Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research, permafrost, Mt. Geladandong, Selin Co Lake, source area of the Yangtze River

中图分类号:

P642.14

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. 青藏高原腹地各拉丹冬南北坡多年冻土考察初步结果[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 83-95.

Guangyue LIU, Defu ZOU, Bin YANG, Erji DU, Huayun ZHOU, Yao XIAO, Lin ZHAO, Changhai TAN, Guojie HU, Qiangqiang PANG, Wu WANG, Zhe SUN, Xiaofan ZHU, Xiufeng YIN, Lingxiao WANG, Zhibin LI, Changwei XIE. Preliminary results of permafrost investigation on northern and southern slopes of Mt. Geladandong， interior Qinghai-Tibet Plateau[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2022, 44(1): 83-95.

图/表 8

图1

表1

图2

图3

图4

图5

图6

表2

各拉丹冬南北坡多年冻土状况对比"

考察区域	多年冻土下界	活动层厚度	地温状况（15 m深度）	多年冻土厚度	地下冰状况	冰缘地貌
色林错上游扎加藏布源区	4 900 m	普遍位于2.5~3.5 m范围内，极端情况出现在河流融区周边，厚度大于4 m	海拔4 909~5 059 m钻孔地温在-1.6~0 ℃范围内变化，海拔4 871 m钻孔地温为1.9 ℃；地温随海拔变化梯度为0.56 ℃·（100m）^-1	基于钻孔测温推算多年冻土下限为15~70 m（海拔4 909~5 059 m），TEM测点（海拔4 898~5 225 m）解译结果显示多年冻土厚度变化范围为13~45 m，其中20~30 m居多。受地层沉积类型影响，山谷和洼地厚度偏大，山顶厚度偏小	肉眼可见地下冰的连续性较差，多数为颗粒状和层状分凝冰，最大含土冰层（分凝冰）厚度大于15 cm（沼泽草甸）	类型较少，以冻胀草丘、岩屑坡多见，发现小型石冰川
长江上游沱沱河源区	4 650 m	沼泽草甸活动层厚度在1.8~2.3 m；高寒草甸活动层厚度在2.1~3.6 m；高寒草原和荒漠草原活动层厚度在2.3~6.0 m范围变化；河床或者河漫滩普遍较大，可达5.0~6.0 m	海拔4 650~4 800 m钻孔普遍负温但接近0 ℃；海拔大于4 800 m钻孔地温范围在 -2.7~0 ℃；海拔4 800 m以上，地温随海拔变化梯度为1.06 ℃·（100m）^-1。正温多发现于河流两岸和构造地热点附近，可达到2 ℃以上	结合钻探和初步测温显示，多年冻土下限变化范围为8~90 m（海拔4 710~5 010 m）。除了海拔和地层水分因素外，多年冻土厚度受构造地热和河流融区影响	地下冰类型多样，胶结冰、分凝冰、侵入冰均有发现，冷生构造复杂，连续发育的地下冰层最大厚度可达50 m以上	类型丰富，冻胀草丘、构造多边形土、石海、岩屑坡、冻拔石、涎流冰、热融滑塌、热融湖塘、冻胀丘等均有发现，没有发现石冰川

表2

参考文献 25

1	Immerzeel W W， van Beek L P H， Bierkens M F P. Climate change will affect the Asian Water Towers［J］. Science， 2010， 328（5984）： 1382-1385.
2	Yao Tandong， Wu Guangjian， Xu Baiqing， et al. Asian Water Tower change and its impacts［J］. Bulletin of Chinese Academy of Sciences， 2019， 34（11）： 1203-1209.
	姚檀栋，邬光剑，徐柏青，等. “亚洲水塔”变化与影响［J］. 中国科学院院刊， 2019， 34（11）： 1203-1209.
3	Zhao Lin， Zou Defu， Hu Guojie， et al. Changing climate and the permafrost environment on the Qinghai-Tibet （Xizang） Plateau［J］. Permafrost and Periglacial Processes， 2020， 31： 396-405.
4	Zhao Lin， Hu Guojie， Zou Defu， et al. Permafrost changes and its effects on hydrological processes on Qinghai-Tibet Plateau［J］. Bulletin of Chinese Academy of Sciences， 2019， 34（11）： 1233-1245.
	赵林，胡国杰，邹德富，等. 青藏高原多年冻土变化对水文过程的影响［J］. 中国科学院院刊， 2019， 34（11）： 1233-1245.
5	Cheng Guodong， Zhao Lin， Li Ren， et al. Characteristic， changes and impacts of permafrost on Qinghai-Tibet Plateau［J］. Chinese Science Bulletin， 2019， 64（27）： 2783-2795.
	程国栋，赵林，李韧，等. 青藏高原多年冻土特征、变化及影响［J］. 科学通报， 2019， 64（27）： 2783-2795.
6	McKenzie J M， Voss C I. Permafrost thaw in a nested groundwater-flow system［J］. Hydrogeology Journal， 2013， 21（1）： 299-316.
7	Cheng Guodong， Jin Huijun. Groundwater in the permafrost regions on the Qinghai-Tibet Plateau and it changes［J］. Hydrogeology & Engineering Geology， 2013， 40（1）： 1-10.
	程国栋，金会军. 青藏高原多年冻土区地下水及其变化［J］. 水文地质工程地质， 2013， 40（1）： 1-10.
8	Zou Defu， Zhao Lin， Sheng Yu， et al. A new map of permafrost distribution on the Tibetan Plateau［J］. The Cryosphere， 2017， 11（6）： 2527-2542.
9	Yao Tandong. A comprehensive study of water-ecosystem-human activities reveals unbalancing Asian Water Tower and accompanying potential risks［J］. Chinese Science Bulletin， 2019， 64（27）： 2761-2762.
	姚檀栋. 青藏高原水—生态—人类活动考察研究揭示"亚洲水塔"的失衡及其各种潜在风险［J］. 科学通报， 2019， 64（27）： 2761-2762.
10	Yang Jianping， Ding Yongjian， Chen Rensheng， et al. Permafrost change and its effect on eco-environment in the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers［J］. Journal of Mountain Science， 2004， 22（3）： 278-285.
	杨建平，丁永建，陈仁升，等. 长江黄河源区多年冻土变化及其生态环境效应［J］. 山地学报， 2004， 22（3）： 278-285.
11	Zheng Ran， Li Dongliang， Jiang Yuanchun. New characteristics of temperature change over Qinghai-Xizang Plateau on the background of global warming［J］. Plateau Meteorology， 2015， 34（6）： 1531-1539.
	郑然，李栋梁，蒋元春. 全球变暖背景下青藏高原气温变化的新特征［J］. 高原气象， 2015， 34（6）： 1531-1539.
12	Wang Kunxin， Zhang Yinsheng， Zhang Teng， et al. Analysis of climate change in the Selin Co basin， Tibetan Plateau， from 1979 to 2017［J］. Arid Zone Research， 2020， 37（3）： 652-662.
	王坤鑫，张寅生，张腾，等. 1979—2017年青藏高原色林错流域气候变化分析［J］. 干旱区研究， 2020， 37（3）： 652-662.
13	Han Li， Song Kechao， Zhang Wenjiang， et al. Temporal and spatial variations of hydrological factors in the source area of the Yangtze River and its responses to climate change［J］. Mountain Research， 2017， 35（2）： 129-141.
	韩丽，宋克超，张文江，等. 长江源头流域水文要素时空变化及对气候因子的响应［J］. 山地学报， 2017， 35（2）： 129-141.
14	Luo Yu， Qin Ningsheng， Pang Yishu， et al. Effect of climate warming on the runoff of source regions of the Yangtze River： take Tuotuo River basin as an example［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2020， 42（3）： 952-964.
	罗玉，秦宁生，庞轶舒，等. 气候变暖对长江源径流变化的影响分析：以沱沱河为例［J］. 冰川冻土， 2020， 42（3）： 952-964.
15	Yu Qihao， Bai Yang， Jin Huijun， et al. The study of the patchy permafrost along the Heihe-Bei’an Highway in Xiao Hinggan Mountains with ground penetrating radar［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2008， 30（3）： 461-468.
	俞祁浩，白旸，金会军，等. 应用探地雷达研究中国小兴安岭地区黑河—北安公路沿线岛状多年冻土的分布及其变化［J］. 冰川冻土， 2008， 30（3）： 461-468.
16	Du Erji， Zhao Lin， Li Ren. The application of ground penetrating radar to permafrost investigation in Qilian Mountains［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2009， 31（2）： 364-371.
	杜二计，赵林，李韧. 探地雷达在祁连山多年冻土调查中的应用［J］. 冰川冻土， 2009， 31（2）： 364-371.
17	Wang Wu， Zhao Lin， Liu Guangyue， et al. Geophysical mapping of permafrost using TEM［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2011， 33（1）： 156-163.
	王武，赵林，刘广岳，等. 瞬变电磁法（TEM）在多年冻土区的应用研究［J］. 冰川冻土， 2011， 33（1）： 156-163.
18	Liu Guangyue， Wang Wu， Zhao Lin， et al. Using transient electromagnetic method to sound permafrost depth in the West Kunlun Mountains［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2015， 37（1）： 38-48.
	刘广岳，王武，赵林，等. 基于瞬变电磁法（TEM）的西昆仑地区多年冻土厚度探测与研究［J］. 冰川冻土， 2015， 37（1）： 38-48.
19	Li Yalin， Wang Chengshan， Wang Mou， et al. Morphological features of river valleys in the source region of the Yangtze River， northern Tibet， and their response to neotectonic movement［J］. Geology in China， 2006， 33（2）： 374-382.
	李亚林，王成善，王谋，等. 藏北长江源地区河流地貌特征及其对新构造运动的响应［J］. 中国地质， 2006， 33（2）： 374-382.
20	Wu Zhonghai， Wu Zhenhan， Hu Daogong， et al. The evidence for Quaternary left-lateral shear deformation in central Qinghai-Tibet Plateau［J］. Geoscience， 2003， 17（4）： 363-369.
	吴中海，吴珍汉，胡道功，等. 青藏高原中部第四纪左旋剪切变形的地表地质证据［J］. 现代地质， 2003， 17（4）： 363-369.
21	An Zhongyuan. Discussion of pingo formation and evolution on the Qinghai-Tibet Plateau： a case study of pingo which is near the No. 62 maintenance team of Qing-Zang Highway［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 1980， 2（2）： 25-30.
	安钟元. 青藏高原多年生冰丘形成及其演变规律的探讨：以青藏公路六十二道班冰丘为例［J］. 冰川冻土， 1980， 2（2）： 25-30.
22	Wu Jichun， Sheng Yu， Cao Yuanbing， et al. Discovery of large frost mound clusters in the source regions of the Yellow River on the Tibetan Plateau［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2015， 37（5）： 1217-1228.
	吴吉春，盛煜，曹元兵，等. 青藏高原发现大型冻胀丘群［J］. 冰川冻土， 2015， 37（5）： 1217-1228.
23	Xu Gang， Wu Kunyu， Wang Peng， et al. Hydrogeochemical characteristics of the geothermal field in Wenquan［J］. Carsologica Sinica， 2020， 39（3）： 15-26.
	徐刚，伍坤宇，王鹏，等. 藏北温泉盆地地热田水文地球化学特征研究［J］. 中国岩溶， 2020， 39（3）： 15-26.
24	Yoshikawa K， Sharkhuu N， Sharkhuu A. Groundwater hydrology and stable isotope analysis of an open-system pingo in northwestern Mongolia［J］. Permafrost and Periglacial Processes， 2013， 24： 175-183.
25	Schmid M O， Baral P， Gruber S， et al. Assessment of permafrost distribution maps in the Hindu Kush Himalayan region using rock glaciers mapped in Google Earth［J］. The Cryosphere， 2015， 9： 2089-2099.

观测项目	设备名称	型号	生产厂家	用途	数量
活动层水热	数据采集器	CR100X	美国Campbell Scientific	数据采集和存储	20套
	空气温湿度传感器	HC2AS3	美国Campbell Scientific	空气温湿度传感器	20个
	地表红外温度传感器	SI-411	美国Apogee	测量地表温度或冠层温度	20个
	土壤热通量板	HFP01	荷兰HUKSEFLUX	测量浅层土壤的热通量	20个
	土壤三参数传感器	CS655	美国Campbell Scientific	测量土壤温度、水分和电导率	20个/层×1层
冻土地温	数据采集器	CR6	美国Campbell Scientific	钻孔地温自动观测数据的获取	30套
	万用表		美国Fluke	钻孔地温人工观测数据的获取	至少1部
	热敏电阻式测温探头		冻土工程国家重点实验室	钻孔地温数据的测量	湖源区7条、河源区30条

[1]	李艳, 金会军, 温智, 赵子龙, 金晓颖. 多年冻土区斜坡稳定性研究综述[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 203-216.
[2]	孟雅丽, 段克勤, 尚溦, 李双双, 邢莉, 石培宏. 基于CMIP6模式数据的1961—2100年青藏高原地表气温时空变化分析[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 24-33.
[3]	李宗杰, 段然, 柯浩成, 刘晓颖, 谢庚淼, 高文德, 宋玲玲, 张百娟, 桂娟, 薛健, 南富森, 梁鹏飞, 李玉辰. 基于水化学特征的长江源区生态水文学研究进展[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 288-298.
[4]	柴乐, 张威, 刘亮, 马瑞丰, 唐倩玉, 李亚鹏, 乔静茹. 青藏高原东南部他念他翁山全新世早中期冰进事件研究[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 307-315.
[5]	张怡, 段克勤, 石培宏. 1979—2100年青藏高原夏季大气0 ℃层高度变化分析[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 34-45.
[6]	达伟, 王书峰, 沈永平, 陈安安, 毛炜峄, 张伟. 1957—2019年昆仑山北麓车尔臣河流域水文情势及其对气候变化的响应[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 46-55.
[7]	李智斌, 赵林, 刘广岳, 邹德富, 汪凌霄, 杨斌, 杜二计, 胡国杰, 周华云, 王翀, 幸赞品, 赵建婷, 殷秀峰, 迟鸿飞, 谭昌海, 陈文. 冻结季沱沱河源多年冻土区活动层土壤水分含量分析[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 56-68.
[8]	周华云, 刘广岳, 杨斌, 邹德富, 赵林, 杜二计, 谭昌海, 陈文, 杨朝磊, 文浪, 旺扎多吉, 张浔浔, 肖瑶, 胡国杰, 李智斌, 谢昌卫, 汪凌霄, 刘世博. 长江上游沱沱河源区多年冻土发育特征[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 69-82.
[9]	罗京, 牛富俊, 林战举, 刘明浩, 尹国安, 高泽永. 青藏高原多年冻土区热融滑塌发育特征及规律[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 96-105.
[10]	除多,扎西顿珠,次丹玉珍. NOAA IMS雪冰产品在青藏高原积雪监测中的适用性分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(6): 1659-1672.
[11]	卓嘎,罗布,巴桑曲珍. 青藏高原那曲中部土壤温湿分布特征[J]. 冰川冻土, 2021, 43(6): 1704-1717.
[12]	王世金,魏彦强,牛春华,张云飞. 青藏高原多灾种自然灾害综合风险管理[J]. 冰川冻土, 2021, 43(6): 1848-1860.
[13]	李飞,郭佳锴,张世强. VIC-CAS导热率和未冻水算法改进及其对多年冻土水热过程模拟的实验研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(6): 1888-1903.
[14]	李若晨,申保收,武小波,杨方社,郭忠明. 青藏高原典型山地冰川中痕量元素的空间分布和来源分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1277-1289.
[15]	曹瑜,游庆龙,蔡子怡. 1961—2019年青藏高原中东部夏季强降水与大尺度环流的关系[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1290-1300.

青藏高原腹地各拉丹冬南北坡多年冻土考察初步结果

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