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融区类型及其分布

发布人:admin   发布时间:2019-06-11   作者:   资料来源:

     融区是多年冻土地区普遍存在的一种自然现象,是多种自然因素共同作用的产物。不同类型的融区因产生的原因不同,所以出现的地貌部位及分布规律也就不完全一样。
     处于不同的目的和需要,划分融区类型的原则及方法也各不相同。比如说,按融区出现的地貌部位,可以分为分水岭融区、斜坡融区、河谷融区;按融区与冻土层的相互关系,可以划分出贯穿融区(融区贯穿冻土层厚度)、不贯穿融区;从供水角度出发,可分为有水融区、无水融区;考虑随时间推移的融区变化,又可分为稳定融区、准稳定融区、不稳定融区;对比融区和冻土层二者形成的时间,可分为原生融区和次生融区,在寒冷期到来时,冻土广泛发育,由于某种特殊的环境条件,一些地段未能形成冻土,以融土形式保留下来,即是原生融区。冻土产生之后,由于环境因素改变(气候变暖、地下水溢出、地表状况变化等),使冻土层部分或全部融化,如此产生的融区,称次生融区。了解此类融区的形成、发育过程及其稳定性。对恢复古气候,重建古环境具有很大意义。
     根据融区产生的主要原因,以及决定融区存在的条件,可将融区分为如下几种类型:辐射融区、地表水融区、构造--地热融区、化学融区、人为融区等。这种融区分类,表现了融区存在的根本条件,给人们利用和改造融区提供了许多方便。下面我们将着力介绍这类融区。
    (1)辐射融区及辐射--渗透融区
     在相同纬度的地方,达到地面的太阳辐射大致相同。但是,由于地表状况,组成物质及坡向的不同,它们对太阳辐射的反向率不同。反射率大的表面,吸收太阳辐射热量就小;相反,反射率小的表面得到的辐射热都大。表11是通过大量观测统计得到的数据,它充分说明了这个道理。日久天长,年复一年,由于吸收的太阳辐射热不同,当某些地段的年平均地温升高到正温时,冻土逐渐融化而形成辐射融区。当某些地段由于地表裸露,砂石遍布,有利于大气降水的渗入,并具有正温的大气降水时,则促进了融区生成。这种情况下,产生的融区,不仅有太阳辐射的作用,而且降水入渗也帮了大忙,有人称此类融区为辐射--渗透融区。


表11    各种物体表面反射率及吸收率

物体名称

反向率(%)

吸收率(%)

深色土壤

10~15

90~85

浅色土壤

22~32

76~68

绿草

26

74

干草

19

81

黑钙土

14

86

松树顶

10

90

阔叶树林

18

82

针叶树林

6~19

94~81

新雪

75~90

25~10

旧雪

30~50

50~70

    年辐射总量随着纬度的增高而逐渐减少。在北极圈以北,年总辐射量最小,只有55~60千卡/厘米2/年,北纬40度地区为130千卡/厘米2/年,北纬30~35度地区为150千卡/厘米2/年,最大值达到220千卡/厘米2/年。说到这里你会理解了,由于太阳辐射的纬度地带性分布,决定了辐射及辐射--渗透融区的纬度地带性分布。也就是说,多年冻土南界、下界附近,这类融区分布广泛,愈往北或向高处,则逐渐减少。大小兴安岭冻土南界附近,除冻土岛外,80~90%都是辐射及辐射??渗透融区;往北至我国北疆边陲--漠河县附近,此类融区绝大部分消失,仅在某些向阳山坡上有部分残留(图16)。同样,青藏高原冻土区南、北界附近,辐射及辐射--渗透融区也有广泛分布;相反,在高原腹部仅出现于高温冻土(年平地温高于1.0℃)地段。象布曲河谷地、沱沱河高平原上均有此类融区出现。

    (2)地表水融区
     这种融区是沟槽及湖盆内地表水体,对底部的热作用及下渗、潜流,使冻土层部分或全部融化而产生的。根据融区地表水体的不同,冻土科学工作者分别给它们取了名子,称河漫融区、河床融区、河流三角洲融区及湖泊融区,还有一种地表水融区分布在浅海大陆架,称陆棚融区。
     地质构造学家长期在野外形成一种观点,即“逢谷有断”。意思是说,一般谷地和盆地形成的雏形,大多与断裂构造有密切联系,在漫长的地质历史时期,风吹雨打,经受大自然塑造而形成今日的地貌形态。一条河流长达数百,乃至上千公里,总有某些河段受断裂构造控制,河床落在断裂带上,这样的河段,河水沿断裂破碎带更容易下渗,因此加快了河床融区的形成。所以地质构造对融区产生起了相当大的促进作用。
    事实正是这样,在青藏高原多年冻土区,长江源头的布曲河、通天河、沱沱河、楚马尔河等的河床,都有某些段与断层线重合,形成断裂谷。这些河段,河床融区相当发育,有的融区扩展到河漫滩及阶地(图17)。在这种情况下,一般河水淹没部分是贯穿融区,河漫滩和阶地下边是不贯穿融区。

     当你有机会坐飞机越过青藏高原,由机窗向下俯视,大小湖泊罗星棋布,象一颗颗绿色的宝石镶嵌在高原大地上。这些湖泊的成因各种各样,有冰川湖、风成湖、热融湖、牛轭湖,也有因断裂作用而形成的构造湖。唐古拉山脚下的巴斯错和沱沱河高平原上的雅西错就是构造湖。除雅西错等少数湖泊经过实地考察,知道下边是否存在融区外,其余那么多湖泊下边是否有融区还说不清楚。苏联冻土学家,经过多年大量的湖泊调查,得出这样一个规律,一般情况下,湖泊水面的宽度大于当地冻土厚度的2倍时,其下为贯穿融区;湖泊水面的宽度小于冻土厚度时,湖下为不贯穿融区。当然,上述只能是湖泊与融区关系的一般规律。世界上的事情都不是绝对的。如果,湖泊形成与地质构造有关系,确属构造湖。那么,上述规律可能就不灵了。一般说来,构造湖不论水域多宽,其下大多是贯穿融区。
     从上面的介绍可以知道,河流、湖泊在冻土地区到处皆是。可是,地表水融区不论在大小兴安岭冻土区,还是在西部高山、高原冻土区均有广泛分布。只是陆棚、河流三角洲地区,限于地理位置,在我国没有出现。
     既然地表融区的产生与存在和地表水体的影响有直接联系,那么,当地表水域发生变化时,它下边的融区又是如何变化呢?由于地壳运动、气候变化及河流侵蚀与堆积作用改变。河流可在某段时间里以沉积为主,而在另一段时间里又以侵蚀为主。于是,在河流两侧造成了象阶梯那样的地形,人们称它为阶地。阶地是河流水域过去曾经淹没的古河道(图18)。自然,当年被河水淹没时是存在融区的。大的河流阶地可有几级,由低往高,阶地脱离河水浸没时间愈久远。因此,我们常常观察到高处阶地的当年融区已被冻土所取代;而低级阶地上的融区尚有残留,它们现时大多呈不贯穿融区,或几乎消失。

    当河流进入平缓的平原上时,它的发展图式又是另一种状况。由于河流对岩边不断冲刷和侵蚀,河道左右摆动。随着时间推移,逐渐形成了凸岸更凸,凹岸更凹。与此同时,河道愈来愈弯曲,河曲形状逐渐由半圆转变为鹅头形(图19)。河曲发展到后来。自此以后,河曲的上、下口逐渐淤塞而脱离河水作用,另成一支。这废弃的河曲就成了牛轭湖(图20)。
    截弯后变得比较顺直的河道,又重新开始发育新的河曲。在地壳运动相对稳定的情况下,河曲的发展可周而复始地进行。河道在一定宽度内,作周期性摆动,逐渐形成一条宽阔的古河道带,其上遗留了许多大大小小的牛轭湖(图20),牛轭湖自形成之日起,由于脱离了河水作用,加上湖水蒸发,水域日渐缩小或干枯。与此同时,随之湖下融区逐渐退缩,最终被冻土所侵占。可见,河流融区的发生,发展及消亡与河流演变过程有着密切地联系。了解一地区的河流演变历史,对认识河谷融区的形成和发育规律,寻找地下水资源具有重大的实际意义。
    (3)构造--地区融区
    构造--地热融区的生成与构造断裂及岩浆活动有着密切的关系,它是由于地下水,或是地下热水沿断裂带上升,或沿含水层潜流对周围冻土产生热作用而形成的。
    这类融区主要分布在地壳运动比较活跃的山地和丘陵地区。象祁连山、天山、阿尔泰山、大小兴安岭和青藏高原冻土区,在一些地下水出露处及温泉附近都有这类融区存在,并且它们大多是贯穿融区。融区分布范围取决于泉水温度、流量愈大,泉眼愈分散,则融区范围就愈大,国外曾有人作过这样的观测,当泉的流量为1500米3/昼夜时,在年平均气温为-6.0~-7.0℃的情况下,泉口仍未被冻死,而泉口附近还存在贯穿融区,说明此类融区有相当大的稳定性。
    由于断裂构造发生的地质年代不同,所形成的断裂构造就有新、老之分,地质构造学家把新生代形成的断裂,称为新断裂构造;在此以前的称老断裂构造。新生代形成的断裂构造带,活动性大,水热循环条件好。因此,在新构造带上形成的融区,其范围及稳定性要比老构造带上的大,同时它们大多是原生融区。
    这里值得说一下的是,青藏高原是世界上最大、最高、最年轻的高原。由于它隆起的时代较新,而且至今还在不断隆起,新构造运动极为活跃,断裂构造非常发育。除有多条北西西向深大断裂带以外,还有许多次一级的近南北、北东向相互交错的断裂带,在两组断裂的交汇处,可见到温泉、热泉、喷汽泉、热水湖等多种地热异常显示。因此,青藏高原冻土区构造??地热融区分布相当广泛,仅沿青藏公路,此类融区竟达10多处,其中最引人注目的是唐古山北麓的布曲河谷地,主谷与两侧支谷分别受上述两组断裂的控制,南北长达30多公里。在谷地两侧隐藏着许多烟雾缭绕、热汽腾腾的小天地。那呼呼冒汽的地面,烫得人不能久停,那绮丽多姿的层层泉华高悬半坡,泉华锥、泉华柱此起彼伏。当你置身于此,会有奇趣无穷之感。它们就是青藏公路上著名的103、104道班温泉群,也是面积最大的构造--地热融区带(表12)。1975~1976年,中国科学院兰州冰川冻土所和兰州大学地理系,为青藏铁路勘测设计,对该谷地融区进行过详细勘测。表12是谷地内若干钻孔不同深度处的地温值,测得温泉群中最大单泉流量720米3/昼夜,最高水温达70℃以上。资料表明,谷地内温泉出露附近,是大范围的融区,而且整个谷地是青藏公路线上不可多得的地热异常带。丰富的地热资源有待开发利用。


表12   布曲河谷地不同深度处的地温值

钻孔地貌部位

不同深度的地温值(℃)

地热增温级

(米/度)

10米

20米

30米

40米

冰水洪积扇中部

7.8

10.2

12.0

 

5.0

二级阶地后缘

1.0

1.9

2.8

4.2

13.0

一级阶地后缘

3.2

3.5

3.8

 

33.0

一级阶地后缘

2.6

4.2

4.9

 

9.0

布曲河高漫滩

1.9

2.9

3.6

5.2

13.0

一级阶地距河15米

1.4

2.0

2.3

 

22.0

冰水洪积扇中部

 

2.1

5.2

 

3.0

     如此高温地热异常带,这里的融区是否永远不变呢?回答是否定的。冻土科学家在调查时发现,在谷地温泉附近,有两级泉华平台。老一级泉华平台高悬半坡,其上数十个古泉眼现已停止涌水,泉口附近晚更新世洪积--冰水扇砾石被泉华胶结成砾岩。泉华砾岩自扇顶向扇前缘延伸400~500米;在坡脚是新一级泉华平台,也是现在温泉出露的地方。对泉华经C14测年,新老泉华分别形成于距今10000年及20000年左右。上述事实说明,谷地自形成以来,在距今10000年及20000年左右时,水热活动比现在强烈,温泉出露规模比现在广泛。自然,当时谷地内的融区面积也比现今大得多,它是谷地内融区发展的两个兴旺时期。
     (4)火山融区
     这类融区是由于火山喷发时,岩浆、熔岩流及热液,热汽的影响而形成的。
     现正在喷发的火山,目前在我国尚未发现,但死火山或现时休止的火山,在冻土地区还是存在的。在森林覆盖的小兴安岭南麓及黑龙江省讷漠尔河北岸,耸立着14座玄武岩火山锥,这就是有名的五大连池火山群,这里正置大小兴安岭多年冻土南界附近。打开我国冻土分布图,你会看到东北多年冻土南界呈英文字母“W”型展布。五大连池火山群正处在“W”型向上突出的位置。南界线向北及向南的突出点,二者相差近两个纬度。诚然,其中海拔高低、河流等自然因素,对南界如此展布起了重要作用,但五大连池火山群的存在,也是非常重要的因素。虽然火山现已休止,但它表明,在地质历史时期,这里的地壳运动一度曾相当活跃,并发生过火山喷发。目前,地壳深部可能还有大量岩浆余热,因而造成了这里地热背景较高值,使冻土南界线在此处向北推进两个纬度。事实也正是这样,据历史文献记载,公元1720年五大连池火山群之一的火烧山还在喷发。
     青藏高原冻土区,目前已调查过的地区还未发现火山融区,但从航空照片上观察,在昆仑山中段南坡有火山锥地貌显示,这里是否存在火山融区?有待进一步调查。
     (5)人为融区
     此类融区形成,是由于人类经济活动对冻土产生热影响的结果。例如,冻土地区的大型热电站、水库、蓄水池等,由于散热或地表水渗透,使它下边的冻土消融而形成融区。这类融区可以通过计算,预测融区大小及范围。这样可以采取相应措施,使建筑物安全运营。