中俄管道(漠河—乌尔其段)多年冻土环境工程地质区划和评价

在汇总大量勘察资料的基础上,充分考虑冻土区输油管道工程的特点,以及管道与冻土之间的相互作用和过程,重点阐述中俄输油管道沿线多年冻土环境工程地质条件,确定出中俄管道沿线冻土环境工程地质区划原则和指标。按不同类型多年冻土的区域分布规律及面积比率,并考虑地温、厚度及植被变化等特征,分成4个冻土工程地质区,即漠河—瓦拉干片状冻土区、瓦拉干—劲松大片融区的多年冻土区、劲松—加格达奇岛状多年冻土区和加格达奇—乌尔其零星多年冻土区。然后按多年冻土含冰(水)量类别,并兼顾土层冻胀、融沉分类级别,又在4个区内共划分出151个冻土类别地段,依次按区分级进行评价,最后将这151个地段归纳为4种类型的工程地质地段:良好、较好、不良、极差。     

漠河-加格达奇段多年冻土区中俄原油管道运营以来的次生地质灾害研究——以MDX364处的季节性冻胀丘为例

通过对中俄原油管道漠河-加格达奇段多年冻土区的现场勘查研究, 统计了管道运营以来出现的冻土次生地质灾害主要有冻胀、融沉、水毁、冻胀丘、冰椎等. 在研究区域特定的气候背景下, 管道的修建和季节性变化的正油温运营, 破坏了管道周围冻土的水热平衡, 使得管道周围土体出现差异性冻胀和融沉, 这种差异性位移量的累积对管道安全稳定长期运营造成了威胁. 以管道里程MDX364处的冻胀丘为例, 利用探地雷达进行了现场探测. 结果表明: 管道周围存在的融区为冻胀丘的发生和发展提供了水源补给通道, 管道的热影响加速了冻胀丘的发展和消融, 2014年3-10月管道周围地表产生的差异性位移超过了1.1 m. 针对该次生开放型季节冻胀丘, 提出了修筑或疏通管道附近的排水通道、钻孔放水和保温排水渗沟等防治措施. 研究成果能为中俄原油管道的安全稳定运营提供技术支撑, 为其他冻土区管道设计施工和运营维护提供参考和依据.     

石冰川形成机制、运动特征及水文效应研究进展

石冰川是含冰的舌状或叶状多年冻结地质体,广泛分布于全球范围内的高海拔和高纬度冰缘区,是多年冻土边界的重要代用指标。活动型石冰川沿山谷/坡向下缓慢蠕动,其活动性在全球变暖背景下逐渐增强,成为一种日益重要的寒区地质灾害。此外,石冰川内部含有大量冰体,是干旱与半干旱地区一种重要的淡水资源。基于国内外研究进展,将石冰川分为倒石堆型、岩屑覆盖型、冰碛型、昆仑山型,并分别讨论了不同类型石冰川的形成机制。石冰川的运动主要由多年冻土蠕变、冻胀融沉、整体前进,以及岩屑与冰的补给等过程组成,其时空变化主要受到气候条件、地形环境、内部结构,以及外力作用等多种因素的共同影响。石冰川对全球变暖的响应主要表现为地温增加引起的局部区域运动加速或失稳以及多年冻土融化导致的石冰川失活。在冰川退缩及季节性积雪持续时间缩短背景下,冰碛型石冰川表面的岩屑覆盖层作为保温隔热层,可以保护下伏冰体减缓融化,延缓和降低石冰川对气候变化的响应,成为干旱与半干旱地区一种日益重要的水资源。我国目前已有超过13 511条石冰川纳入编目,总面积超过945.51 km²,但仍然十分缺乏系统性的石冰川编目及长期的现场监测和模...     

天山乌鲁木齐河源末次冰期以来气候变化与多年冻土的形成

末次冰期以来,乌鲁木齐河源气候变化幅度较小,一直处于较为稳定的寒冷气候条件下。埋藏腐殖质土的存在说明末次冰期以来河源区的地层在加积,在寒冷气候条件下,地层的加积导致了共生多年冻土的形成。根据轻矿物学方面的证据及与前人工作的对比,认为末次冰期时乌鲁木齐河源区多年冻土下界的位置应在2100ma.s.l.附近,约比现代多年冻土的下界低900m。     

气候变暖对多年冻土区土壤有机碳库的影响

多年冻土区存储了大量土壤有机碳。气候变暖、 多年冻土退化导致其长期封存的有机碳逐渐或快速释放, 进入大气圈或水系统, 改变原有多年冻土区碳循环, 并可能显著加速气候变暖。通过综述气候变暖对多年冻土区碳库的影响研究进展, 主要包括多年冻土碳库储量、 降解机理及变化预测, 研究表明： 北半球多年冻土区的碳储量巨大, 但不确定性很高, 尤其是海底多年冻土和水合物碳库储量的评估; 多年冻土碳库对气候变暖的响应速度受土壤水热特性、 土壤有机质C/N比、 有机碳含量和微生物群落特征等多种环境因素的控制或影响; 目前, 关于北半球多年冻土碳库对气候变暖响应模拟结果说明, 多年冻土退化短期内不会导致经济和生产方面的灾难性后果。但是, 无论是针对多年冻土碳库评估, 还是多年冻土有机碳库对气候变暖的响应模拟研究结果, 都有较大的不确定性。未来多年冻土碳库变化的模拟和预测研究应更多考虑多年冻土快速退化和多年冻土区水合物分解, 如中小尺度热喀斯特的生态环境和碳的源汇效应。准确的多年冻土区有机碳排放模拟可为未来多年冻土碳与气候反馈的预估提供重要支持。     

多年冻土区输油管道工程中的(差异性)融沉和冻胀问题

多年冻土区石油和经济开发不断推动输油管道技术的发展,但是多年冻土区输油管道的(差异性)融沉和冻胀问题仍是关键性难题.寒区管道设计和施工必须考虑沿线的地形和环境条件对冻胀和融沉,以及相应的管道工程基础和结构整体性的影响.阿拉斯加输油管道工程取得成功的原因在于充足的科研投入、讨论和决策时间,以及最终采用的一系列创新设计来保护多年冻土和抑制融沉.这些研究围绕的关键问题是温热油管在多年冻土中的水热效应和差异性融沉和冻胀所导致的管道变形破坏,这些研究对可能出现问题的及早发现、充分理解和正确预测以及最终合理的设计、施工和维护至关重要.罗曼井和格拉线环境温度输油管道在20a左右的运营中,冻胀和融沉都比较显著.准确预测管道和围岩土的冻胀和融沉需要详细的观测研究和模拟试验相结合.在预测的基础上,针对具体问题抑制融沉和冻胀.成功设计、施工和运行寒区输油管道需要科学家、工程师、业界人士和管理部门密切合作.     

沼泽湿地与多年冻土的共生模式——以中国大兴安岭和小兴安岭为例

以中国大、小兴安岭为例,在前期沼泽湿地与多年冻土共生机制研究基础上,构建了沼泽湿地与多年冻土的共生模式,并发现在不同尺度空间上,共生模式的主导特性并不相同：在大尺度空间上为“结构型共生模式”;在中尺度空间上为“功能型共生模式”;在小（微）尺度空间上为“过程型共生模式”。三者间,后者依次是前者的基础。微观过程型共生模式又分为3类：第一类为厚泥炭沼泽与稳定多年冻土的强共生模式,第二类为中厚泥炭沼泽与亚稳定多年冻土的中强度共生模式,第三类为薄（或无）泥炭沼泽与不稳定多年冻土的弱共生模式。沼泽湿地与多年冻土共生模式的构建,对揭示该共生体的形成演化规律具有理论价值,对冻土保护提供了新思路。     

内蒙古及东北地区古冻土及古环境考察研究新进展

中国北方地区保留了晚更新世以来大量的冰缘遗迹. 在气候变化背景下, 在寒区和干旱区分别出现冰缘地貌、正逆向沙化等问题, 综合不同区域的地质遗迹, 从时间上的对应关系可进一步分析气候环境变化问题. 2008年5-7月调查中, 在鄂尔多斯和大同地区分别发现了新的砂楔和土楔;在大兴安岭生态定位研究站设立了8个钻孔和2套自动气象站, 开启了冻土、湿地、 积雪研究以及现代陆面过程对下伏冻土影响的研究;在黄岗梁地区新发现了一个冻融褶皱;调查了松嫩沙地古沙丘及古土壤活动与冻土进退的关系;发现小兴安岭地区冻土退化显著, 岛状冻土散布于海拔相对较高的地区;三江平原西部农业开发强烈改变了地表覆盖, 冻土温度升高显著, 冻土上限下降明显, 甚至厚度较薄的冻土消失. 后期工作希望通过综合、集成分析以上结果, 探讨我国北方地区晚更新世/全新世的冻土南界及环境变迁.     

青藏高原中、东部局地因素对地温的双重影响（Ⅱ）：砂层和水被

青藏高原冻土区地温既受海拔、纬度和经度(干燥度)区域地带性规律控制, 同时它又受植被、雪盖、砂层、 水被和地质构造等局地因素的显著影响. 局地因素对地温的影响具有双重性: 在不同域值条件下, 它可增高或降低地温. 沙丘下和较厚(>10～20 cm)砂层覆盖下的地温较邻近天然无砂层地段高;而薄(<10～20 cm)砂层覆盖下的地温反而比天然无砂地段有降低的趋势. 在同一地貌单元内, 沼泽湿地处地温最低, 有利于多年冻土形成和保存;淡水湖塘和河流均能升高地温, 加大融化深度, 不同程度地形成融区. 但是, 盐湖由于其热传导水层结构, 有助于形成和保护湿寒土. 总之, 每种局地因素迫使地温向相反方向转化阶段是一个区间值, 为渐变过程. 随时空尺度变化, 局地因素的影响变化很大. 有些地段, 几种局地因素共同作用, 加上活动构造和地形地貌等的影响, 使地温的时空分布和局地因素对其影响或控制变得错综复杂. 因此, 研究和预测地温特征和变化趋势, 需要在监测砂层和水被影响的基础上进行参数选择、 验证和优化.     

青藏高原东北部冬给措纳湖湖区冰缘环境探讨

冬给措纳湖位于青藏高原多年冻土区东北部,湖区高寒沼泽、冰缘环境、冻土分布及其演化在全球气候变暖条件下,有其自身特点.为探讨冬给措纳湖湖区冻土分布及冰缘环境,2009年5月9—26日,对冬给措纳湖进行了考察,发现冻融草丘、冻胀丘遗迹、寒冻裂缝、热融洼地、古冻融褶皱等现代冰缘及古冰缘现象在湖区普遍存在.湖东、西岸的沼泽湿地中,热喀斯特发育明显,形成热融洼地和冻融草丘.湖北岸阶地及草场中存在零星和岛状冻土,经钎探表明,当时融化深度为0.3～0.8m,0.4m深度处冻土有胶结冰发育.湖东冲积平原的沼泽湿地中,冻融草丘和热融洼地存在;冻胀丘遗迹、寒冻裂缝在沼泽湿地边缘泥炭覆盖地存在.湖北岸二级阶地剖面发现古冻融褶皱.