探地雷达在祁连山多年冻土调查中的应用

探地雷达用于多年冻_十区的勘测一般通过钻孔和探坑进行直接对比来确定冻土层分布状况,但在野外工作中,钻孔资料一般很难得到,而探坑在有限的人力物力条件下也很难开挖,这给冻土层的野外确定带来很大困难.我们采用雷达探测资料寻找浅层地下冰深度来确定多年冻土上限的深度,企图能在没有现场对比资料的情况下寻找一种利用探地雷达探测多年冻土的简易方法.探测结果显示,通过地貌特征寻找浅层地下冰可能存在的典型地段进行雷达探测能很容易确定多年冻上上限的位置.2007年在祁连山区利用Pulsc EKKO Pro探地雷达进行了多年冻土的野外探测,结果显示:大雪山老虎沟海拔3 684 m(39.5907°N;96.4339°E)处多年冻土上限约为2.2 m,在冷龙岭北坡的水管河源头海拔4 053 m(37.5463°N;101.7709°E)至海拔3 907 m(37.5508°N;101.7752°E)处的多年冻土上限深度为2.5 m,在宁昌河源头沿河岸从海拔3 448 m(37.5649°N;101.84 55°E)至海拔3 377 m(37.5797°N,101.8377°E)处多年冻土上限为2.4 m,在走廊南山的观山河源头海拔3 468 m(39.2615°N;98.6715°E)处多年冻土上限深度在2 m左右.另外根据4个勘察区多年冻土特征地貌分布区的最低分布海拔总结得出,老虎沟地区为冻土下界分布最高地区,关山河源头为冻土下界分布最低地区.其原因主要是降水和植被的差异造成的结果,降水量大和植被良好的地区多年冻土下界的分布海拔就低,反之亦然.     

基于地貌分类对祁连山大通河源区多年冻土地下冰储量估算

多年冻土地下冰作为一种特殊的存在形式, 对高原生态、 冻土环境以及冻土工程建设等都有深刻影响, 但是目前对于青藏高原地下冰储量的研究很少。以祁连山中东部大通河源区为例, 基于源区地貌分类、 冻土分布等研究, 利用源区多年冻土钻孔数据和公路地质勘测资料, 在水平和垂直两个方向上估算了多年冻土层地下冰储量。计算表明： 大通河源区多年冻土层2.5~10.0 m深度范围内地下冰总储量为（11.70±7.24） km³, 单位体积含冰量为（0.396±0.245） m³。其中冰缘作用丘陵和冰缘湖沼平原等地貌区含冰量较高, 而冰缘作用台地、 冲积洪积平原则含冰量较低。在垂向上多年冻土上限附近含冰量最高, 并随深度增大而缓慢减小。随着未来气候变暖、 多年冻土退化以及环境变化, 准确把握多年冻土区地下冰储量和分布特点对生态、 水文地质、 地质灾害预估、 冻土工程建设具有深远意义。     

长江上游沱沱河源区多年冻土发育特征

沱沱河流域是长江的发源地之一,其广泛分布的多年冻土对长江源区的产汇流过程、生态系统乃至于区域气候都有着重要影响,对该区域多年冻土分布和特征的调查和了解,可为研究江河源区多年冻土与气候、水文、生态的相互作用关系提供基础数据支撑。2020年10—11月,研究团队对沱沱河源区的多年冻土开展了为期50天的野外调查工作,并在不同下垫面类型、不同地貌部位和不同海拔高度共布设钻孔32个,总钻进深度1 200 m。该文是基于钻孔和探坑资料对沱沱河源区多年冻土特征和地下冰发育状况的初步总结。结果显示,沱沱河源区多年冻土在一定程度上受河流和地热影响形成了局部融区,其多年冻土下界大致在4 650~4 680 m之间;钻孔揭示的多年冻土上限平均埋藏深度为（2.47±0.98） m,部分地区存在融化夹层;受浅表层沉积物岩性和地热的影响,多年冻土下限埋藏深度相对较浅,平均为19.3 m,多年冻土相对较薄,平均厚度为15.0 m;多年冻土下限深度和多年冻土的厚度最大为75.0 m和72.7 m;地形地貌、沉积物特征和地热条件是影响多年冻土厚度存在较大空间差异的主要原因。研究区内地下冰主要分布于15.0 m深度以上范围内,同时也发现了处于萎缩状态的冰核丘与石质冻胀丘,这些现象也一定程度上与该研究区多年冻土退化过程有关。     

基于地貌分类的黄河源区多年冻土层地下冰储量估算

地下冰作为多年冻土区别于其他土体的显著特征,对寒区水文、生态环境和工程建设等都有深刻影响。为准确估算多年冻土层地下冰储量,基于黄河源区地貌及其成因类型,结合岩性组成、含水率等105个钻孔的野外实测数据,估算了黄河源区多年冻土层3.0~10.0 m深度范围内地下冰储量,并讨论了浅层地下冰的空间分布特征。研究结果表明:黄河源区多年冻土层3.0~10.0 m深度范围内地下冰总储量为（49.62±17.95） km3,平均单位体积含冰量为（0.293±0.107） m3/m3;在水平方向上,湖积湖沼平原、冰缘作用丘陵等地貌单元含冰量较高,而侵蚀剥蚀台地、冲洪积平原等地貌单元含冰量较低;在垂向上,多年冻土上限附近含冰量较高,并随深度呈减小的趋势。     

青藏铁路沿线天然场地多年冻土变化

基于青藏铁路沿线30个天然场地2006—2015年地温观测资料,对多年冻土天然上限(以下称冻土上限)及其变化、不同深度冻土地温及其变化进行分析,研究了近期多年冻土时空变化特征。观测结果表明,冻土上限为0.88~9.14 m,平均为3.54 m。在冻土上限下降的场地中,冻土上限下降幅度为0.05~2.22 m,平均为0.51 m;冻土上限下降速率为0.01~0.25 m/a,平均为0.07 m/a。高温冻土区冻土上限下降幅度与下降速率分别大于低温冻土区的0.47 m与0.06 m/a。总体而言,冻土上限附近和15 m深度地温呈上升趋势。其中,冻土上限附近地温升温幅度为0.01~0.60℃,平均为0.16℃;冻土上限附近地温升温速率为0.001~0.067℃/a,平均为0.018℃/a。低温冻土区上限附近地温升温幅度与升温速率分别大于高温冻土区0.12℃和0.014℃/a。15 m深度地温升温幅度为0.01~0.48℃,平均为0.10℃,15 m深度地温升温速率为0.002~0.054℃/a,平均为0.011℃/a。低温冻土区15 m深度地温升温幅度和升温速率分别大于高温冻土区0.11℃和0.012℃/a。个别观测场地受局地因素影响,出现了冻土上限抬升和冻土地温下降的情形。     

气候变化背景下青藏铁路沿线多年冻土变化特征研究

多年冻土是复杂地气系统的产物, 以升温为特征的气候变化不可避免地对其产生影响. 基于青藏铁路沿线8个天然场地2006-2011年的地温监测资料, 分析了气候变化背景下, 多年冻土升温特征及上限变化规律, 并对低、高温冻土的变化特征进行了对比分析. 结果表明: 2006-2011年监测期间, 铁路沿线多年冻土正在经历明显的升温趋势, 上限附近和15 m深处平均升温率分别为0.015 ℃·a^-1和0.018 ℃·a^-1, 其中, 低温冻土区在上述两个深度处升温均比高温冻土区显著; 多年冻土上限深度也表现出一定的增深趋势, 平均增深速率为4.7 cm·a^-1, 其中, 高温冻土区增深速率大于低温冻土区. 低、高温冻土对气候变化的响应表现出了较大差异. 同时, 受局地因素的影响, 不同区域在升温和上限增深上也存在一定差异.     

青藏铁路北麓河试验段冻土工程地质特征及评价

冻土问题是青藏铁路建设的难题之一,为良好的解决这一问题,详细了解线路通过地区的冻土工程地质特征并对其做出工程地质评价至关重要.在目前完成的青藏铁路北麓河试验段的冻土勘察工作表明,该试验段的土层以富含厚层地下冰的细粒土为主,试验段地下水丰富,全段高温与低温多年冻土都有分布,冻土上限深度一般为2～3m.综合上述特征,该试验段综合评价为不良和极差冻土工程地质地段.在类似地区进行铁路建设,工程措施设计和采用中要充分考虑冻土工程地质特征,否则可能导致工程建设的隐患甚至所采取工程措施的失败.     

影响多年冻土上限变化的因素探讨

利用地温及活动层水热观测资料,分析青藏公路沿线近年来影响多年冻土上限的变化因素.研究结果显示,青藏公路沿线冻土上限总体呈现下降趋势,冻土上限的变化与近年来区域气候变化的趋势一致;近年来多年冻土上限下降0.1～0.5 m,所处的地理位置不同,冻土上限下降的幅度也不同.气温变化是影响冻土上限的一个重要的外部因素,上限变化的...     

多年冻土上限附近厚层地下冰成因探讨

冰是地球上一种质量最轻、融点最低、最后分异而成的表生矿物。地面以下的冰体,不论其成因、形状、分布,均称为地下冰。 地下冰的存在和相变,影响着地层的生物化学作用和冻土的物理力学性质。地下冰往往引起冻土产生各种不良物理地质现象,严重地危胁着冻土区建筑物的安全与稳定。特别是多年冻土上限附近的厚冰层危害最大。本文仅就上限附近的厚层地下冰问题,谈谈粗浅看法。     

青藏高原腹地各拉丹冬南北坡多年冻土考察初步结果

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。     

GIS支持下的青藏公路沿线高含冰量冻土空间分布模型

Relationships among ground ice, Quaternary soil type, vegetation cover, digital terrain model (DTM), permafrost ground temperature and topographic units are applied. Using comprehensive evaluated method and coding interpolation, spatial distribution of ground ice in permafrost regions along Qinghai-Tibetan Highway (QTH) is modeled according to GIS spatial analysis. Comparing with result,model precision can be approached to 81.2 %. Its study precision can satisfy engineering need for a small - scale study     

祁连山区黑河上游多年冻土分布考察

高山多年冻土的分布及土壤季节冻融过程对地表水文过程、 生态系统、 碳循环及寒区工程建设等都有很大的影响. 黑河上游地处祁连山中东部, 属于高原亚寒带半干旱气候, 研究黑河流域多年冻土分布对于系统理解该区域的生态-水文过程、 气候与环境变化以及水资源评价、 工程建设等非常重要. 2011年6-8月对黑河干流源头西支开展了多年冻土调查, 沿二尕公路(S204)在热水大坂垭口至石棉矿岔口之间区域, 完成测温孔7眼, 并布设测温管进行地温监测. 根据勘察、 钻探及测温资料, 确定了黑河源头地区山地多年冻土下界为海拔3 650~3 700 m之间. 受高度地带性的控制, 随着海拔的降低, 活动层厚度由在海拔4 132 m时的1.6 m增加至在多年冻土下界处的约4.0 m, 多年冻土年平均地温也相应的由-1.7℃增加到0.0℃左右, 而多年冻土厚度由100 m以上减小到多年冻土下界处的0.0 m. 同时, 坡度和坡向、 岩性、 含水(冰)量、 地下水、 河水等局地因素对多年冻土温度和厚度也有重要的作用.     

融化夹层厚度影响因素分析与片块石路基降温效果研究

青藏公路沿线存在大量融化夹层,常年不冻的融化夹层会使路基出现沉陷、波浪等病害,严重威胁道路的安全运营. 通过对昆仑山垭口南至五道梁的地质勘探资料和地温观测数据进行分析,研究了融化夹层厚度与年平均地温、路基高度的关系,发现融化夹层厚度随年平均地温的升高而增大,随路基高度的升高呈先减小后增大的趋势. 根据以上研究,提出片块石路基对融化夹层进行处治,保护路基下伏多年冻土,并通过五道梁段片块石路基试验工程进行验证. 通过对地温观测数据分析,发现片块石路基能很好的消除融化夹层,在同一深度处片块石路基地温明显低于普通路基,很好的保护了下伏多年冻土.     

气候变化条件下青藏铁路沿线多年冻土概率预报(I):活动层厚度与地温

对1961-2100年IPCC气候模拟与预测结果进行降尺度处理,得到铁路沿线空间分辨率为1km、时间分辨率为1h的大气边界条件.对铁路和公路沿线钻孔资料在垂直和水平两个方向进行空间差值处理,得到水平1 km、垂直0.1m分辨率的沿线地下含水（冰）量的二维分布,作为初始条件.考虑气候模型预测误差和空间格网内地形的变化,以...     

Mapping vertical profile of discontinuous permafrost with ground penetrating radar at Nalaikh depression,Mongolia

Ground-penetrating radar (GPR) has become an important geophysical tool which can provide a wealth of interpretive information about the vertical profile of discontinuous permafrost. A GPR investigation was conducted in October 2006 at the Nalaikh site at the southern boundary of the Siberian discontinuous permafrost region in Mongolia. GPR data were collected along four 100-m-long profiles to identify the location of the permafrost body, which included an in situ drilling borehole and analysis of temperature observations and soil water content measurements from boreholes. The GPR interpretation results indicated that the thickness of discontinuous permafrost at the study site was only 1.9–3.0 m and the permafrost is vulnerable to climate change. The soil temperature and soil water content data demonstrate the precision of GPR image interpretation. This case demonstrated that GPR is well suited for mapping the internal structure of discontinuous permafrost with relatively low soil water content.     

青藏铁路多年冻土工程地质特征及其评价

青藏高原多年冻土是地质历史时期高海拔寒冷气候条件下的产物,也是青藏铁路建设的三大难题之一;而多年冻土工程地质特征及其评价工作是作出合理、可靠的工程设计的基础。结合青藏铁路沿线多年冻土区的15个地形地貌分区,在青藏铁路多年冻土区选择了70个典型断面进行了地质勘查,采用地质钻探和室内试验相结合的方法,研究了各区的工程地质特征并对其工程地质类型进行了评价。研究表明:青藏铁路多年冻土区冻土类型多样,高含冰量冻土、厚层地下冰广泛分布,不同区段地温差异性较大,工程地质条件复杂多变,良好、一般、不良和极差的工程地质区段交错分布。     

青藏高原多年冻土区地温年变化深度的变化规律及影响因素

地温年变化深度的准确判断对于多年冻土发育特征评估、寒区冻土模式下边界深度的确定具有重要意义.通过对青藏高原地区典型钻孔地温数据进行分析,初步揭示了多年冻土地温年变化深度的变化规律及其影响因素,并提出一种简化了地表和活动层状态影响的地温年变化深度估算方法.结果表明：研究区低温冻土的地温年变化深度平均值比高温冻土大4.6 m,随着冻土温度升高,地温年变化深度基本上呈减小趋势,部分低温冻土钻孔由于土层含水率过高导致地温年变化深度相对较小;由于活动层水热动态和冻融过程的影响,地温年变化深度与浅层（0.5 m）温度年较差相关性不显著,而与多年冻土上限附近温度年较差的大小呈显著正相关关系;地层介质的热扩散率差异是导致地温年变化深度区域差异和变化的主要原因,土层含水率、温度、质地以及水的相态是影响地层热物理性质重要因素.     

UAV-based spatiotemporal thermal patterns of permafrost slopes along the Qinghai–Tibet Engineering Corridor

Thermal infrared remote sensing technology based on unmanned aerial vehicle (UAV) was applied to estimate the spatial distribution of ground surface temperatures on permafrost slopes and evaluate the thermal influence of nearby engineering infrastructure. This paper presents a method that uses a miniature UAV with a thermal infrared sensor to collect thermal images with high temporal–spatial resolution. Moreover, spatial analysis is used to effectively evaluate the relationship between engineering infrastructure and permafrost slopes in the Qinghai–Tibet Engineering Corridor (QTEC), China. To test the method, aerial measurements were collected from 11:00 to 17:00 in July and August of 2017 at two permafrost slopes along the QTEC, where the Qinghai–Tibet Highway (QTH), Qinghai–Tibet Railway (QTR), and electric towers were built on permafrost slopes. The differences of ground surface temperature between the highway and the surrounding soil were largest at 11:00 and 17:00; the differences were smaller at noon to approximately 15:00 when the difference was minimal, and the differences began to increase after 15:00. The distances of the thermal influence of the highway, railway, and electric towers on the surrounding permafrost slopes are approximately 12–14, 8–10, and 2–4 m, respectively. The results indicate that the degree of influence of engineering structures on permafrost slopes is as follows: QTH?>?QTR?>?electric towers. This study is the first to use UAV-based thermal infrared remote sensing to evaluate the thermal dynamics of permafrost slopes along the QTEC. These results may provide new insights into the future design, construction, and maintenance of engineering structures on permafrost slopes.     

Permafrost and taliks and their changes on the south and north banks of the Tuotuo River in the Qinghai-Tibet Plateau under the climate warming北大核心CSCD

The distribution of permafrost and taliks is very complex in the Tuotuo River Basin(TRB), which is located in interior of the Qinghai-Tibet Plateau. Characterizing the spatial distribution and the thermal stability of permafrost and taliks is of great significance to community activities and engineering construction in TRB. Based on the zonation of permafrost and talik distribution around TRB conducted in the 1980s, the soil temperature and its variation process of permafrost and taliks in the south and north banks of the Tuotuo River were analyzed by using the observation data of five boreholes(N1~N5)along the Qinghai-Tibet Railway in the north bank and five boreholes(S1~S5)on the first terrace in the south bank. The results showed that, under the climate warming, permafrost and taliks in the north banks experienced significant degradation and warming process. From 2005 to 2020, the permafrost at the N1 borehole has undergone a significant down-draw degradation process, from extremely unstable and high-temperature permafrost to thawed zone. From 2005 to 2013, the annual average ground temperature of the talik at N2 increased at a rate of 0. 3~0. 4 °C·(10a)-1. At Maqutang on the south bank, permafrost prevails from the first-class terrace to the gentle slope of the Kaixinling Mountain, with both through and non-through taliks on the first-class terrace. The spatial distribution and the thermal stability of permafrost and talik in the TRB are further promoted by analyzing the changes in temperatures at boreholes in the basin. However, to meet the requirements of mapping and engineering construction of permafrost and taliks in the TRB, it is still necessary to carry out geological investigation with multiple methods and in-depth research on development mechanism of taliks in the future. © 2022 Nanjing Forestry University. All rights reserved.