楊麒麟，高甲榮，胡封兵，劉 瑛，張金瑞

（北京林業(yè)大學教育部水土保持與荒漠化防治重點實驗室，北京 100083）

0 引言

泥石流堆積物是泥石流快速侵蝕、搬運的產物，包含著大量泥石流形成、運動和堆積過程的信息［1］，是泥石流發(fā)育歷史及其特性的物質記錄。泥石流堆積物的粒度組成是泥石流的重要結構特征之一，其充分反映搬運介質和運動方式的特點。通過研究泥石流的粒度組成，可以了解泥石流的形成機理與動力學、運動學特征。常用的粒度參數(shù)有粒度平均值、標準差、偏度、峰態(tài)和粒度眾數(shù)值等，從不同的角度說明了泥石流堆積物的粒度分布。因此，對泥石流堆積物粒度特征的研究一直是泥石流研究的一個重要內容［2］。

在吸收了前人研究成果的基礎上，結合對北京市密云縣大西溝北溝自然地理狀況和泥石流堆積物的調查，深入地分析了該溝的堆積物特征和堆積物地貌演變過程，期望豐富北京山區(qū)泥石流研究理論，為北京山區(qū)泥石流防治提供依據。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

大西溝北溝位于北京市密云縣馮家峪鎮(zhèn)西白蓮峪村上游，泥石流堆積物位置位于西白蓮峪主溝道與大西北溝交叉點，N 40°41′19.7″，E 116°50′58.8″。流域面積為0.012km2，平均坡度為34.85°。流域上游巖石陡峭，具有明顯的崩塌滑坡痕跡。溝谷呈U形。山頂植被較少，溝谷植被較多，多為次生林。溝道內固體物質以礫石為多，碎屑物質較少。流域出口處有礫石崩塌堆積物，呈圓錐狀。

流域所處區(qū)域，主要為太古界時期形成，位于張家墳群向北突出的弧行部分。巖石以片麻巖、片巖為主，分布含較多的石英巖、大理巖的淺變質巖石。地層的成層性較好，延伸穩(wěn)定，混合巖化作用較好，屬于淺、中深區(qū)域變質。其大型構造為短軸背斜。巖性以黑云母石英片巖、黑云母角閃斜長片麻巖、花崗片麻巖類石英巖為主。該流域地質構造主要位于新華夏構造斷裂帶第二沉降褶皺帶的石城斷裂帶。走向北20°東，傾向東，傾角6°。新華夏構造斷裂表現(xiàn)清冽，屬于現(xiàn)代活山性斷裂。此斷塊相對于密云水庫，處于上升區(qū)。流域位于暖溫帶半干旱、半濕潤東南季風氣候區(qū)，年平均氣溫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月年平均降雨量為650mm［3］。年平均氣溫為10.8℃，年平均地溫為13℃。地面極端最高溫度67.5℃。最低地溫均值為-7℃。凍融作用和風化作用強烈，巖石破碎。流域植被屬針闊混交森林植被帶，主要分布天然次生林，植被覆蓋率較高。

實地查考，該流域殘存有大量溝壩地。人們過度墾荒和放牧，破壞了流域內植被。在外來干擾的作用下，生態(tài)系統(tǒng)迅速惡化，水土流失嚴重，增大了泥石流發(fā)生的可能性。目前，該流域人口全部搬遷，但是作為一處新的旅游景點正在規(guī)劃和建設中。

1.2 研究方法

采用野外調查和室內實驗結合的方法對大西溝北溝泥石流的堆積物特點進行研究，具體如下：

（1）地貌特征：采用野外量測與填圖的方法，主要調查堆積扇的部位及其地形、溝道比降與寬度，堆積物外部形態(tài)等。

（2）結構組成：主要有顆粒級配、巖性組成、礫石排列與分選性、堆積物的結構與構造特征，以及粒態(tài)擦痕、礫石包裹情況，大漂礫粒徑、堆積位置與排列等顆粒特征。

選定泥石流堆積區(qū)典型部位，通過挖圓形深坑，去除全部顆粒。將顆粒直徑大于10mm的大顆粒篩出，稱重。將剩余顆粒1kg左右?guī)Щ貙嶒炇曳治?。礫石的調查通過在溝道內隨機選取一定數(shù)量的礫石進行長度和傾向調查。以上參數(shù)通過現(xiàn)場觀測、測量取得。

粒度參數(shù)是代表沉積物的搬運介質方式和沉積環(huán)境的重要指標［4］，本文所采用參數(shù)有平均粒徑（Mz），分選系數(shù)（σ），偏度（SK1）和峰態(tài)（KG）。

粒級采用克魯賓的分析方法，其轉換公式為：Φ=-log2D，其中D表示顆粒的直徑；平均粒徑比中值能更正確地反映碎屑顆粒的集中趨勢，按?？撕臀值碌钠骄降谋磉_式：MZ=（Φ16+Φ50+Φ84）/3；采用由福克和沃德提出的標準偏差公式：σ=（Φ84-Φ16）/4+（Φ95-Φ5）/6.6表示分選程度的參數(shù)，它表示顆粒大小的均勻程度；采用由?？撕臀值绿岢龅钠裙剑篠K1=（Φ16+Φ84-2Φ50）/2（Φ84-Φ16）+（Φ5+Φ95-2Φ50）/2（Φ95-Φ5）辨別粒度分布的不對稱程度；峰度是用來衡量粒度頻率曲線尖銳程度的，也就是度量粒皮分布的中部與兩尾端的展形之比，采用?？撕臀值绿岢龅姆宥裙剑篕G=（Φ95-Φ5）/2.44（Φ75- Φ25）［5］。

2 結果與分析

2.1 堆積物地貌特征形態(tài)

泥石流（特別是粘性泥石流）形成的獨特的扇形地貌，引起了廣大泥石流研究者和地貌工作者的濃厚興趣。大量野外考察和實地勘測形成了目前泥石流堆積扇立體形態(tài)較為統(tǒng)一的定性描述：橫剖面為上凸形，縱剖面多為上凸形［6］；大西溝北溝堆積物呈舌狀。舌狀堆積物形態(tài)分兩部分，具有明顯不同特征。第一部分位于舌狀前端，前緣高4m，弧長25m，坡度為5°。堆積物含有較多粘性顆粒和直徑較大的石塊。堆積物上部有較為良好的灌木林。第二部分位于堆積物上部和溝道相結合處。該部分呈隆狀，為明顯的崩塌堆積。長15m，前緣寬11.2m，坡度為11°。堆積物由大多直徑較大的石塊組成，粘性顆粒較少，長有稀少的草本植物。頂部堆積物成圓錐體，錐頂8m，錐底11m。

2.2 堆積物組成性質

大西溝北溝堆積物從礫石堆積形狀上可以分為兩個部分。

堆積物上部分，坡度為11°，成圓錐體，堆積物主要由礫石組成，粘粒物質很少。礫石平均粒徑為0.8m，最大粒徑為1.02m，最小粒徑為0.42m，其中80％的礫石粒徑大于0.6m。磨圓度在0-1之間。礫石的排列大致呈定向排列，傾向多在320°～340°。礫石粒徑自上到下逐漸增大堆積體。從地貌和周圍環(huán)境上看，堆積物為在溝道泥石流堆積物上形成的崩塌二次堆積。該部分頂部生長有少量灌木和草本植物。

堆積物下部分，坡度為5°，堆積物由大塊礫石、較多的粘粒物質組成。礫石平均粒徑為0.69m，多數(shù)礫石粒徑0.50～0.76m，最大粒徑為0.95m，最小粒徑為0.41m，自上而下逐漸減小。磨圓度在1～5之間。礫石的排列大致呈定向排列，傾向多在30°左右。該部分生長有大量的槐木次生林，樹齡約為15年。堆積物下部分經過人類改造為三級梯田，現(xiàn)已荒廢。在與堆積物上部分相接過渡處可以看出，該處為泥石流堆積物。

2.3 堆積物粒度分析

堆積物上部分粘性物質含量極少，多為礫石。因此可以判斷，此處堆積為山體崩塌滑落而成。堆積物下部分粘性物質含量較多，取樣粒度分析表明（圖1、2）：

平均粒徑（Mz）為-0.515Φ；分選系數(shù)為2.446，顆粒均勻程度較差，既分選差。這是因為在泥石流形成過程中，泥石流的固體物質起源多樣［7］，有不斷的其他物源加入，造成泥石流堆積物顆粒分選系數(shù)差，這也符合沖積扇顆粒物質的特點。顆粒粒徑偏度為0.124，為正偏態(tài)，頻率曲線為馬鞍形雙峰態(tài)曲線，說明沉積物以粗組分為主。峰度值為0.760，接近于正態(tài)分布值0.5。出現(xiàn)偏差是由于堆積過程中有不同的物源加入造成的［8］。顆粒累積曲線表明，粗組分和細組分約分別占50％。

圖1 大西溝北溝泥石流堆積物顆粒分布頻率曲線Fig.1 Frequency curve of granularity distribution on debris flow deposits in Paxigou Northgully

圖2 大西溝北溝泥石流堆積物顆粒分布頻率累計曲線Fig.2 Frequency add up curve of granularity distribution on debris flow deposits in Daxigou Northgully

2.4 泥石流堆積扇演變過程

第一次為一般性粘性泥石流，形成堆積物基部。大西溝北溝泥石流由暴雨引發(fā)，其發(fā)生時，強烈侵蝕河床和溝谷，造成溝谷兩岸巖石滑坡，崩塌，為堆積物的形成提供了大量的礫石，在流域出口處堆積。在堆積過程中，泥石流與西白蓮峪主溝洪峰相遇，受主溝水流作用，泥石流流向發(fā)生改變。堆積體的堆積方向大致和西白蓮峪主溝水流流向一致，其軸線偏向下游。這點從實際勘察堆積物形態(tài)中可以明顯地看出。

第二次為山體崩塌性堆積，形成堆積物上部圓錐堆積體。大西溝北溝山體崩塌由地震引起，北京市地處燕山地震帶與華北平原中部地震帶的交匯處，又緊鄰汾渭地震帶和郯廬深大斷裂地震帶，是個多震區(qū)，歷史上曾遭受過多次強烈地震的破壞和影響。崩塌物在溝道內向下游滾動，到達第一次泥石流堆積物頂端時，發(fā)生堆積。隨著礫石不斷的聚集，形成圓錐形堆積物。由于崩塌堆積物未到達西白蓮峪主溝，故堆積方向未發(fā)生改變，與大西溝主溝方向一致。

泥石流堆積后阻塞河道，引起西白蓮峪主溝溝道改變。西白蓮峪主溝和堆積物所在大西溝北溝水流改變堆積物地地貌。大西溝北溝溝道內的季節(jié)性流水或山洪，以及西白蓮峪主溝的常年性流水，或山洪不斷的以潛流、漫流從內部或外部對堆積物進行侵蝕，從而改變堆積體內部結構，改變堆積體的表面形態(tài)。

3 結論與建議

（1）泥石流堆積物于與西白蓮峪主溝交匯處，而且在堆積過程中受西白蓮峪主溝水流的作用，堆積方向發(fā)生偏向于西白蓮峪主溝下游。通過調查得知堆積物是由兩次災害共同作用形成，第一次為粘性泥石流沉積作用，第二次為山體崩塌。

（2）大西溝北溝泥石流堆積物中的礫石構成了堆積物骨架，期間有土壤碎屑物質填充或者無土壤碎屑物質填充。搬運的礫石多為大顆粒，磨圓度較大，說明泥石流搬運過程中，強大的磨蝕和搬運作用是造成礫石磨圓的主要原因。由于崩塌而產生的堆積物礫石磨圓度在0～1之間，說明崩塌堆積過程中對礫石磨圓的作用小于泥石流過程中對礫石磨圓的作用。

（3）堆積物所處溝道縱比降大，坡面平均坡度為34.85°，碎屑物質多，易發(fā)生地質災害。再者，在泥石流、山洪等可能誘發(fā)山體崩塌。因此，應進行溝道綜合治理工程，以降低溝道的縱比降，抬高侵蝕基準，防治泥石流的發(fā)生以及現(xiàn)存堆積物的復活，以及其它的次生災害。

［1］熊黑鋼，崔之久.論泥石流沉積與環(huán)境［J］.山地研究，1991，9（1）：7-13.

［2］衛(wèi)宏，靳曉光，王衛(wèi)，等.泥石流堆積物的結構維數(shù)及其地質意義［J］.中國地質災害與防治學報，2000，11（3）：45-49.

［3］吳正華.北京泥石流災害及其降水觸發(fā)條件［J］.水土保持研究，2001，8（1）：68-72.

［4］成都地質學院陜北隊.沉積巖（物）粒度分析及其應用［M］.地質出版社，1978：44-53.

［5］Folk，R.L.and Ward，W.C.1957，Brazos River bar.A study in the signification of grain size parameuters，J.Sedim Petro，27：3-27.

［6］劉希林，唐川.泥石流危險性評價［M］.北京：科學出版社.1995：41-43.

［7］費祥俊，舒安平.泥石流運動機理與災害防治［M］.北京.清華大學出版社.2004，15-19，35-39.

［8］費祥俊.中國泥石流［M］.北京：中國科學出版社，2004，11-12.