北京大西沟北沟泥石流堆积物特征

文章编号：1003-8035（2010）01-0039-03
中图分类号：P642
文献标识码：A
0 引言
泥石流堆积物是泥石流快速侵蚀、搬运的产物， 包含着大量泥石流形成、运动和堆积过程的信息［1］， 是泥石流发育历史及其特性的物质记录。泥石流堆 积物的粒度组成是泥石流的重要结构特征之一，其充 分反映搬运介质和运动方式的特点。通过研究泥石 流的粒度 组 成，可 以 了 解 泥 石 流 的 形 成 机 理 与 动 力 学、运动学特征。常用的粒度参数有粒度平均值、标 准差、偏度、峰态和粒度众数值等，从不同的角度说明 了泥石流堆积物的粒度分布。因此，对泥石流堆积物 粒度特 征 的 研 究 一 直 是 泥 石 流 研 究 的 一 个 重 要 内 容［2］。
Fig. 2 Frequency add up curve of granularity distribution on debris flow deposits in Daxigou Northgully
的物源加 入 造 成 的［8］。 颗 粒 累 积 曲 线 表 明，粗 组 分 和细组分约分别占 50% 。 2. 4 泥石流堆积扇演变过程
第一次为一般性粘性泥石流，形成堆积物基部。 大西沟北沟泥石流由暴雨引发，其发生时，强烈侵蚀 河床和沟谷，造成沟谷两岸岩石滑坡，崩塌，为堆积物 的形成提供了大量的砾石，在流域出口处堆积。在堆 积过程中，泥石流与西白莲峪主沟洪峰相遇，受主沟 水流作用，泥石流流向发生改变。堆积体的堆积方向 大致和西 白 莲 峪 主 沟 水 流 流 向 一 致，其 轴 线 偏 向 下 游。这点从实际勘察堆积物形态中可以明显地看出。
第二次为山体崩塌性堆积，形成堆积物上部圆锥 堆积体。大西沟北沟山体崩塌由地震引起，北京市地 处燕山地震带与华北平原中部地震带的交汇处，又紧 邻汾渭地震带和郯庐深大断裂地震带，是个多震区， 历史上曾遭受过多次强烈地震的破坏和影响。崩塌 物在沟道内向下游滚动，到达第一次泥石流堆积物顶 端时，发生堆积。随着砾石不断的聚集，形成圆锥形
选定泥石流堆积区典型部位，通过挖圆形深坑， 去除全部颗粒。将颗粒直径大于 10mm 的大颗粒筛 出，称重。将剩余颗粒 1kg 左右带回实验室分析。砾 石的调查通过在沟道内随机选取一定数量的砾石进 行长度和倾向调查。以上参数通过现场观测、测量取 得。
粒度参数是代表沉积物的搬运介质方式和沉积 环境的 重 要 指 标［4］，本 文 所 采 用 参 数 有 平 均 粒 径 （ Mz） ，分选系数（ σ） ，偏度（ SK1 ） 和峰态（ KG） 。
在吸收了前人研究成果的基础上，结合对北京市 密云县大西沟北沟自然地理状况和泥石流堆积物的 调查，深入地分析了该沟的堆积物特征和堆积物地貌 演变过程，期望丰富北京山区泥石流研究理论，为北 京山区泥石流防治提供依据。
1 研究区概况与研究方法
1. 1 研究区概况 大西沟北沟位于北京市密云县冯家峪镇西白莲
峪村上游，泥石流堆积物位置位于西白莲峪主沟道与 大西北沟交叉点，N 40°41′19. 7″，E 116°50′58. 8″。流 域面积为 0. 012km2 ，平均坡度为 34. 85°。流域上游 岩石陡峭，具有明显的崩塌滑坡痕迹。沟谷呈 U 形。 山顶植被较少，沟谷植被较多，多为次生林。沟道内 固体物质以砾石为多，碎屑物质较少。流域出口处有 砾石崩塌堆积物，呈圆锥状。
实地查考，该流域残存有大量沟坝地。人们过度 垦荒和放牧，破坏了流域内植被。在外来干扰的作用 下，生态系统迅速恶化，水土流失严重，增大了泥石流 发生的可能性。目前，该流域人口全部搬迁，但是作
收稿日期：2009-11-11；修订日期：2010-01-14 基金项目：国家自然科学基金（40771128） ；国际科技合作项目
摘要：文章研究了北京市密云县西白莲峪大西沟北沟泥石流的堆积物特征及其演变过程，指出该堆积物是在泥石流 及山体崩塌综合作用下形成，具有泥石流堆积物的典型特征。此外，该文还提出积物的复活。 关键词：北京山区；泥石流；堆积物；粒度参数
堆积物下部分，坡度为 5°，堆积物由大块砾石、 较多的粘粒物质组成。砾石平均粒径为 0. 69m，多数 砾石粒径 0. 50 ～ 0. 76m，最大粒径为 0. 95m，最小粒 径为 0. 41m，自上而下逐渐减小。磨圆度在 1 ～ 5 之 间。砾石的 排 列 大 致 呈 定 向 排 列，倾 向 多 在 30° 左 右。该部分生长有大量的槐木次生林，树龄约为 15 年。堆积物下部分经过人类改造为三级梯田，现已荒 废。在与堆积物上部分相接过渡处可以看出，该处为 泥石流堆积物。 2. 3 堆积物粒度分析
大西沟北沟堆积物从砾石堆积形状上可以分为 两个部分。
堆积物上部分，坡度为 11°，成圆锥体，堆积物主 要由 砾 石 组 成，粘 粒 物 质 很 少。砾 石 平 均 粒 径 为 0. 8m，最大粒径为 1. 02m，最小粒径为 0. 42m，其中 80% 的砾石粒径大于 0. 6m。磨圆度在 0 － 1 之间。 砾石的排列大致呈定向排列，倾向多在 320° ～ 340°。 砾石粒径自上到下逐渐增大堆积体。从地貌和周围 环境上看，堆积物为在沟道泥石流堆积物上形成的崩 塌二次堆积。该部分顶部生长有少量灌木和草本植 物。
2 结果与分析
2. 1 堆积物地貌特征形态 泥石流（特别是粘性泥石流） 形成的独特的扇形
地貌，引起了广大泥石流研究者和地貌工作者的浓厚 兴趣。大量野外考察和实地勘测形成了目前泥石流 堆积扇立体形态较为统一的定性描述：横剖面为上凸 形，纵剖面 多 为 上 凸 形［6］； 大 西 沟 北 沟 堆 积 物 呈 舌 状。舌状堆积物形态分两部分，具有明显不同特征。
采用野外调查和室内实验结合的方法对大西沟 北沟泥石流的堆积物特点进行研究，具体如下：
（1） 地貌特征：采用野外量测与填图的方法，主 要调查堆积扇的部位及其地形、沟道比降与宽度，堆 积物外部形态等。
（2） 结构组成：主要有颗粒级配、岩性组成、砾石 排列与分选性、堆积物的结构与构造特征，以及粒态 擦痕、砾石包裹情况，大漂砾粒径、堆积位置与排列等 颗粒特征。
3 结论与建议
（1） 泥石流堆积物于与西白莲峪主沟交汇处，而 且在堆积过程中受西白莲峪主沟水流的作用，堆积方 向发生偏向于西白莲峪主沟下游。通过调查得知堆 积物是由两次灾害共同作用形成，第一次为粘性泥石 流沉积作用，第二次为山体崩塌。
（2） 大西 沟 北 沟 泥 石 流 堆 积 物 中 的 砾 石 构 成 了 堆积物骨架，期间有土壤碎屑物质填充或者无土壤碎 屑物质填充。搬运的砾石多为大颗粒，磨圆度较大， 说明泥石流搬运过程中，强大的磨蚀和搬运作用是造 成砾石磨圆的主要原因。由于崩塌而产生的堆积物 砾石磨圆度在 0 ～ 1 之间，说明崩塌堆积过程中对砾 石磨圆的作用小于泥石流过程中对砾石磨圆的作用。
（2008DFA32270） 作者简介：杨麒麟（1986—） ，男，侗族，硕士研究生，研究方向
山地灾害防治工程。 E － mail：yqL70@ qq. com
中国地质灾害与防治学报
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ZHONGGUO DIZHIZAIHAI YU FANGZHI XUEBAO
2010 年
为一处新的旅游景点正在规划和建设中。 1. 2 研究方法
第1 期
杨麒麟，等：北京大西沟北沟泥石流堆积物特征
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图 1 大西沟北沟泥石流堆积 物颗粒分布频率曲线
Fig. 1 Frequency curve of granularity distribution on debris flow deposits in Paxigou Northgully
图 2 大西沟北沟泥石流堆积物 颗粒分布频率累计曲线
堆积物上部分粘性物质含量极少，多为砾石。因 此可以判断，此处堆积为山体崩塌滑落而成。堆积物 下 部 分 粘 性 物 质 含 量 较 多，取 样 粒 度 分 析 表 明 （ 图 1、2） ：
平均粒径（ Mz） 为 － 0. 515Φ；分选系数为 2. 446， 颗粒均匀程度较差，既分选差。这是因为在泥石流形 成过程中，泥石流的固体物质起源多样［7］，有不断的 其他物源加入，造成泥石流堆积物颗粒分选系数差， 这也符合冲积扇颗粒物质的特点。颗粒粒径偏度为 0. 124，为正偏态，频率曲线为马鞍形双峰态曲线，说 明沉积物以粗组分为主。峰度值为 0. 760，接近于正 态分布值 0. 5。出现偏差是由于堆积过程中有不同
堆积物。由于崩塌堆积物未到达西白莲峪主沟，故堆 积方向未发生改变，与大西沟主沟方向一致。
泥石流堆积后阻塞河道，引起西白莲峪主沟沟道 改变。西白莲峪主沟和堆积物所在大西沟北沟水流 改变堆积物地地貌。大西沟北沟沟道内的季节性流 水或山洪，以及西白莲峪主沟的常年性流水，或山洪 不断的以 潜 流、漫 流 从 内 部 或 外 部 对 堆 积 物 进 行 侵 蚀，从而改变堆积体内部结构，改变堆积体的表面形 态。
流域所处区域，主要为太古界时期形成，位于张 家坟群向北突出的弧行部分。岩石以片麻岩、片岩为 主，分布含较多的石英岩、大理岩的浅变质岩石。地 层的成层性较好，延伸稳定，混合岩化作用较好，属 于浅、中深区域变质。其大型构造为短轴背斜。岩性 以黑云母石英片岩、黑云母角闪斜长片麻岩、花岗片 麻岩类石英岩为主。该流域地质构造主要位于新华 夏构造断裂带第二沉降褶皱带的石城断裂带。走向 北 20°东，倾向东，倾角 6°。新华夏构造断裂表现清 冽，属于现代活山性断裂。此断块相对于密云水库， 处于上升区。流域位于暖温带半干旱、半湿润东南季 风气候区，年平均气温 10. 9℃ 。降水集中，夏季降水 最多，占今年降水量的 76. 4% ，尤其是 7、8 月年平均 降雨量为 650mm［3］。年平均气温为 10. 8℃ ，年平均 地温为 13℃ 。地面极端最高温度 67. 5℃ 。最低地温 均值为 － 7℃ 。冻融作用和风化作用强烈，岩石破碎。 流域植被属针阔混交森林植被带，主要分布天然次生 林，植被覆盖率较高。
第一部分位于舌状前端，前缘高 4m，弧长 25m，坡度 为 5°。堆积物含有较多粘性颗粒和直径较大的石 块。堆积物上部有较为良好的灌木林。第二部分位 于堆积物上部和沟道相结合处。该部分呈隆状，为明 显的崩塌堆积。长 15m，前缘宽 11. 2m，坡度为 11°。 堆积物由大多直径较大的石块组成，粘性颗粒较少， 长有稀少 的 草 本 植 物。 顶 部 堆 积 物 成 圆 锥 体，锥 顶 8m，锥底 11m。 2. 2 堆积物组成性质