波堆藏布及洛隆縣巴村河谷區(qū)域冰磧粒徑特征對(duì)比分析

武 龍,侯羿騰,汪 波

(1. 西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川成都 611756; 2. 中鐵西南科學(xué)研究有限公司，四川成都 611731； 3. 青海省有色第一地質(zhì)勘察院,青海西寧 810000)

隨著川藏鐵路的修建，其中雅安至林芝段行走于青藏高原及其邊緣地帶，穿越橫斷山、念青唐古拉山、喜馬拉雅山等三大山脈，跨越大渡河、雅礱江、金沙江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江等五大水系。西藏地區(qū)冰川運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈，冰磧物的分布十分廣泛，尤其在西藏境內(nèi)的波密到林芝一段存在大量冰磧層。

對(duì)冰磧物的研究發(fā)現(xiàn)冰磧物是由冰川搬運(yùn)堆積，未經(jīng)其他外力特別是冰融水改造的沉積物，主要由漂石、礫石、卵石、砂、粉砂及黏土等物質(zhì)組成，是一種無(wú)分選、無(wú)定向、無(wú)磨圓、無(wú)層理、級(jí)配差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、架空現(xiàn)象普遍，塊石含量大、力學(xué)特征差異大、粒徑范圍很寬的堆積體[1]。

劉昌以西藏巴河沖久電站為例，對(duì)覆蓋層深厚，結(jié)構(gòu)較松散，滲透系數(shù)較大，巖性、巖相和厚度變化大，成因類型復(fù)雜，物理力學(xué)性質(zhì)差異較大的冰磧物的特征、工程特性、主要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出了工程處理措施[2]。徐鼎平基于對(duì)太和鐵礦西端幫冰磧土邊坡研究，將冰磧土試樣導(dǎo)入FLAC3d軟件數(shù)值模擬，得到綜合分析冰磧邊坡穩(wěn)定性的方法，其中冰磧體粒徑特征是主要控制因素之一[3]。

袁廣詳在帕隆藏布流域許多典型的高陡冰磧邊坡的研究中指出冰磧物具有粒度分布范圍廣、粗粒含量多等與其他沉積物不同的粒度特征。冰磧土的力學(xué)強(qiáng)度一般強(qiáng)于其他堆積體，但受不同粒徑顆粒的含量及分布、形成時(shí)代的影響,其力學(xué)特征也有所差異[4]。馬澤平總結(jié)了川藏交通廊道不同區(qū)段的冰磧物高程分布的分布規(guī)律；通過(guò)室內(nèi)顆粒分析實(shí)驗(yàn)，測(cè)出該地區(qū)冰磧物顆粒的不均勻系數(shù)很大，并缺失一些粒徑[5]。

川藏鐵路沿線多處無(wú)法避開冰磧層，這使得在冰磧物中進(jìn)行鐵路建設(shè)是必須要面對(duì)的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)目前對(duì)于冰磧物尚沒(méi)有系統(tǒng)的研究，對(duì)在冰磧層中進(jìn)行鐵路施工建設(shè)的研究更是少之又少，因此對(duì)于川藏鐵路沿線冰磧體性質(zhì)的研究迫在眉睫。

本文基于野外實(shí)地調(diào)查，結(jié)合工程鉆探的勘察成果，基于圖像識(shí)別和現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)手段，將巖芯長(zhǎng)度概化為巖塊直徑，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論對(duì)每個(gè)工點(diǎn)的鉆孔巖芯長(zhǎng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合測(cè)線法現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的巖塊粒徑數(shù)據(jù)，綜合確定冰磧巖石塊體的粒徑范圍，進(jìn)而分析得出每個(gè)區(qū)域冰磧物巖塊的巖性特征及粒徑級(jí)配，為之后研究冰磧巖土體物理力學(xué)性質(zhì)及工程性質(zhì)提供基礎(chǔ)。

1 工程地質(zhì)條件

本文擬對(duì)波堆藏布區(qū)域、洛隆縣巴村河谷區(qū)域的冰磧巖土體特征進(jìn)行調(diào)查研究，具體位置如圖1所示。

圖1 研究區(qū)域位置

波堆藏布調(diào)查區(qū)域地處雅魯藏布江梯形大拐彎內(nèi)、外側(cè)，研究區(qū)地形復(fù)雜，山高谷深，坡面陡峻，冰川與冰磧物發(fā)育，巖體破碎、崩塌、滑坡與流砂十分活躍。本區(qū)出露的地層主要有石炭系來(lái)姑組、石炭系-二疊系洛巴堆組、侏羅系馬里組和第四系。波堆藏布調(diào)查區(qū)域?yàn)闁|段南北向構(gòu)造與西段東西向構(gòu)造的過(guò)渡區(qū)，主要構(gòu)造線方向?yàn)楸北蔽飨?，表現(xiàn)為大規(guī)模北北西向展布的花崗巖體，小規(guī)模北北西或北西向的斷層和褶皺。

洛隆縣境內(nèi)地勢(shì)南北高，中部較低，呈扇形向東北方向傾斜，地勢(shì)起伏大，溝壑縱橫，路況險(xiǎn)峻，河流密布，湖泊眾多，冰山雪峰、干熱河谷與原始森林、高山草甸相間并存，地形地貌復(fù)雜多樣。洛隆縣巴村河谷調(diào)查區(qū)地形地貌為高山寬谷地貌，調(diào)查區(qū)高程分布于3 700～5 200 m之間，河谷兩側(cè)山峰高差大，坡度陡。

洛隆縣巴村河谷研究區(qū)地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出露地層繁多，主要有：第四系崩坡積物，崩落石塊母巖成分主要為變質(zhì)砂巖、大理巖及板巖；新生界古近系宗白群，主要巖性為紫紅色礫巖、含礫砂巖及泥巖；白堊系下統(tǒng)多尼組，主要巖性為灰色板巖夾同色變質(zhì)砂巖及煤層；古生界二疊系下統(tǒng)石。

2 冰磧物特征

對(duì)波堆藏布、洛隆縣巴村河谷區(qū)域的冰磧巖土體進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查，對(duì)冰磧巖土體進(jìn)行實(shí)地測(cè)量(圖2、圖3)，基于測(cè)線法原理，運(yùn)用圖像處理軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量照片進(jìn)行量測(cè)，得到調(diào)查區(qū)域冰磧礫石的實(shí)際長(zhǎng)度，從而對(duì)調(diào)查區(qū)域冰磧巖土體粒徑進(jìn)行初步分析。

圖2 波堆藏布區(qū)域冰磧物粒徑測(cè)量

圖3 洛隆縣巴村河谷區(qū)域冰磧物粒徑測(cè)量

2.1 波堆藏布區(qū)域

波堆藏布區(qū)域調(diào)查了3個(gè)點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，調(diào)查點(diǎn)1的冰磧物，膠結(jié)性較好，棱角分明、無(wú)磨圓，粒徑分選性差、大小不一；調(diào)查點(diǎn)2現(xiàn)場(chǎng)可見植物根系，冰磧物膠結(jié)程度一般，冰磧塊石棱角分明，分選性差；調(diào)查點(diǎn)3一定深度可見植物根莖，冰磧物膠結(jié)程度較好，冰磧塊石棱角比較分明、部分磨圓，粒徑大小不一、分選性一般。

通過(guò)對(duì)調(diào)查點(diǎn)1～3冰磧巖土體各粒徑范圍的礫石長(zhǎng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析各調(diào)查點(diǎn)不同粒徑范圍礫石累計(jì)長(zhǎng)度所占百分比，知該區(qū)域的冰磧巖土體主要集中在粒徑0～15 cm范圍之間，具體見表1?；诂F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，調(diào)查點(diǎn)1冰磧粒徑最大為43.5 cm，調(diào)查點(diǎn)2最大粒徑為30.3 cm，調(diào)查點(diǎn)3冰磧粒徑最大為25.2 cm。

2.2 在洛隆縣巴村河谷區(qū)域

洛隆縣巴村河谷區(qū)域調(diào)查了兩個(gè)點(diǎn)。調(diào)查點(diǎn)1冰磧塊石粒徑大小不一，塊石和細(xì)砂土混雜，分選性差，大的塊徑可達(dá)1.8 m，一定深度內(nèi)可見植物根系，冰磧大多呈棱角、次棱角狀，極少有磨圓，礫石成份以花崗巖為主。調(diào)查點(diǎn)2冰磧物粒徑多在0.2-0.5 m，極少數(shù)粒徑大于1 m，冰磧物大多呈棱角、次棱角狀，極少數(shù)有磨圓(表2)。

表1 波堆藏布區(qū)域各粒徑范圍礫石含量 %

表2 洛隆縣巴村河谷區(qū)域各粒徑范圍礫石含量 %

通過(guò)對(duì)調(diào)查點(diǎn)1和調(diào)查點(diǎn)2的冰磧巖土體進(jìn)行了多組粒徑測(cè)量，對(duì)各個(gè)粒徑范圍的礫石長(zhǎng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得出各調(diào)查點(diǎn)不同粒徑范圍礫石累計(jì)長(zhǎng)度所占百分比，知該區(qū)域的冰磧巖土體主要集中在粒徑0～15 cm范圍之間，具體見表2。基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，調(diào)查點(diǎn)1冰磧粒徑最大為102.2 cm，調(diào)查點(diǎn)2最大粒徑為46.9 cm。

3 巖芯統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)圖像處理軟件對(duì)波堆藏布區(qū)域、洛隆縣巴村河谷區(qū)域的鉆孔巖芯礫石粒徑長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)統(tǒng)計(jì)的礫石長(zhǎng)度進(jìn)行分析，從而得到研究區(qū)域的冰磧巖土體粒徑特征。

波堆藏布區(qū)域擬選取具有代表性的兩個(gè)鉆孔，鉆孔BDZB-1和鉆孔BDZB-2。

鉆孔BDZB-1經(jīng)緯度為N3321231.9900，E404553.4400，地面高程2 830.22 m，鉆孔巖芯主要為角礫土、塊石土，礫石原巖主要為花崗巖、板巖、砂巖。鉆孔孔深70 m，共統(tǒng)計(jì)1 141個(gè)數(shù)據(jù)。鉆孔BDZB-2經(jīng)緯度為N3318553.2500，E465833.5010，地面高程2 755.69 m，在鉆孔深度60 m以上鉆孔巖芯主要為角礫土、塊石土，礫石原巖主要為花崗巖、板巖、石英砂巖，在鉆孔深度60 m至65 m為石英啥巖，塊狀構(gòu)造。鉆孔孔深65m，共統(tǒng)計(jì) 1 269個(gè)數(shù)據(jù)。

洛隆縣巴村河谷區(qū)域擬選取具有代表性的兩個(gè)鉆孔，鉆孔LLBC-1和鉆孔LLBC-2。

LLBC-1巖芯礫石原巖主要為花崗巖、板巖，呈棱角狀，其余主要為砂土充填。經(jīng)緯度為N3353749.7127，E516569.2834，地面高程3 806.37 m，鉆孔孔深85 m，共統(tǒng)計(jì)有 1173個(gè)數(shù)據(jù)。鉆孔LLBC-2經(jīng)緯度為N3353973.5700，E516705.1200，地面高程3 808.42 m，在深度54.0 m以上，巖芯為碎石土、卵石土、圓礫土、礫砂等，礫石原巖為花崗巖、板巖，鉆孔深度54～85 m，巖芯為板巖，板狀構(gòu)造。鉆孔孔深85 m，共統(tǒng)計(jì)956個(gè)數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)鉆孔巖芯礫石粒徑的統(tǒng)計(jì)分析，得出各鉆孔不同粒徑的礫石含量，詳見表3。同時(shí)對(duì)各個(gè)鉆孔進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而得出礫石粒徑平均值、中位數(shù)、最大值、粒徑標(biāo)準(zhǔn)差以及各鉆孔全程數(shù)據(jù)的偏度和峰值，詳見表4。

表3 鉆孔各粒徑范圍礫石含量 %

表4 鉆孔巖芯礫石粒徑數(shù)據(jù)參數(shù)值 cm

在波堆藏布區(qū)域，鉆孔BDZB-1中粒徑最大礫石出現(xiàn)在深度45～50 m區(qū)間，在鉆孔BDZB-2中，出現(xiàn)在深度45～50 m區(qū)間。在洛隆縣巴村河谷區(qū)域，鉆孔LLBC-1中粒徑最大礫石出現(xiàn)在深度35～40 m區(qū)間，在鉆孔LLBC-2中，出現(xiàn)在深度65～70 m區(qū)間。

筆者運(yùn)用Origin軟件，利用鉆孔中所有礫石直徑數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，通過(guò)對(duì)x軸求對(duì)數(shù)之后，得出鉆孔巖芯塊石粒徑長(zhǎng)度的累計(jì)曲線，橫坐標(biāo)(按對(duì)數(shù)比例尺)表示某一粒徑，縱坐標(biāo)表示小于某一粒徑的塊石百分含量，詳見圖4～圖7。

圖4 鉆孔BDZB-1塊石粒徑長(zhǎng)度累計(jì)曲線

圖5 鉆孔BDZB-2塊石粒徑長(zhǎng)度累計(jì)曲線

圖6 鉆孔LLBC-1塊石粒徑長(zhǎng)度累計(jì)曲線

圖7 鉆孔LLBC-2塊石粒徑長(zhǎng)度累計(jì)曲線

如圖，鉆孔BDZB-1粒徑小于10 cm的礫石達(dá)90 %，其中在4～10 cm區(qū)間的礫石含量最多。鉆孔BDZB-2粒徑小于15 cm的礫石約占90 %，其中在粒徑3～10 cm區(qū)間的礫石含量最多。鉆孔LLBC-1粒徑小于20 cm的礫石達(dá)90 %，其中在4～15 cm區(qū)間礫石含量最多。鉆孔LLBC-2粒徑小于30 cm的礫石達(dá)90 %，其中在5～30 cm區(qū)間礫石含量最多。

4 結(jié)論

(1)波堆藏布區(qū)域冰磧巖土體膠結(jié)較好，棱角分明，少數(shù)磨圓，粒徑大小不一，分選性差，礫石粒徑平均值約為4 cm，最大粒徑在20～50 cm區(qū)間?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)冰磧塊石集中在5～15 cm區(qū)間，其次是15～20 cm區(qū)間。由鉆孔巖芯統(tǒng)計(jì)知，該區(qū)域冰磧塊石集中在0～10 cm區(qū)間，結(jié)合鉆孔塊石粒徑長(zhǎng)度曲線可知，冰磧塊石主要集中在4～10 cm區(qū)間。

(2)洛隆縣巴村河谷區(qū)域冰磧巖土體礫石呈棱角狀，極少磨圓，粒徑大小不一，分選性差，礫石粒徑平均值約為6.5 cm，最大粒徑約在40～100 cm區(qū)間?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)冰磧塊石集中在5～10 cm區(qū)間，其次是0～5 cm區(qū)間和10～15 cm區(qū)間。由鉆孔巖芯統(tǒng)計(jì)知，該區(qū)域冰磧塊石集中在0～15 cm區(qū)間，結(jié)合鉆孔塊石粒徑長(zhǎng)度曲線可知，冰磧塊石主要集中在4～30 cm區(qū)間。

(3)對(duì)比分析波堆藏布區(qū)域和洛隆縣巴村河谷區(qū)域，兩個(gè)區(qū)域的冰磧礫石集中在0～15 cm區(qū)間，而洛隆縣巴村河谷區(qū)域粒徑大于15 cm的冰磧塊石較波堆藏布區(qū)域含量較多，且洛隆縣巴村河谷區(qū)域出現(xiàn)粒徑大于等于1 m塊石。