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第10章 古冰缘现象

近年来,有关第四纪冰缘研究出现了较活跃的新动向,研究内容和深度亦有显著进展。在国际上,随着极地、亚极地和某些高纬地区各种现代冰缘作用的深入调查,第四纪冰缘学研究得到进一步的推动(kaisser,1969;Pewe,1975;Washburn,1979)。不少学者将更新世的古冰缘现象与现代同类活动的冰缘现象的生成环境相比,推算古气候条件,重建了古自然环境(Washburn,1980;Brack,1976;Mears,1981)。在国内,自1976年在泥河湾虎头梁发现了冰缘卷曲,首次对冰缘现象解释后,引起了学术界的注意,随之中国北方各地有关冰缘作用和冰缘期研究成果不断见诸报道(郭旭东,1984;Liu Tungsheng et al。,1987;郭旭东,1988;孙建中,1981)。

据调查,北京地区古冰缘现象亦不少。现将东灵山、百花山、斋堂盆地和永定河谷地区冰缘现象与环境的调研结果分述如下。

一、东灵山地区

东灵山是北京西山的最高峰,海拔2 303 m,位于北京市门头沟区斋堂镇西北约56 km处,地理坐标为北纬34°2′,东经15°58′。它在地貌上属于亚高山,是洞察北京西山第四纪有无冰川作用最重要的一个窗口。事实证明,自第四纪以来,这里从未发生过任何山岳冰川作用,不存在任何冰川地貌现象和冰碛物。但冰缘现象还能见到若干。现代山顶附近生长着灌丛和草甸,冰缘作用较弱。已发现的冰缘现象有下列几种(郭旭东,1992)。

(一)冰缘岩柱(tor)

东灵山山顶并不是一个孤立的山峰,山体大致沿东西向延伸,长约2~3 km,宽约1~1.5 km。其上分布着3个高差约100~400 m,呈波状起伏的小山峰。其中以东峰(海拔2,000 m)最小;中峰(海拔2,100 m)次之;西峰(海拔2,303 m)为最高。除了3个峰顶面上有突出的岩石裸露外,大部分山坡和鞍部被甸状草皮所覆盖,牦牛成群,自然环境类似西藏高原现代冰缘带。在中峰东坡和南坡的甸状草皮上,孤立地分布着数个凸岩,即冰缘岩柱。在3个峰顶面上均裸露着冰缘岩堆。冰缘岩柱长约3~10 m,宽约1~2 m,高约3~5m。它们分别为大理岩、石灰岩、石英砂岩及朱红色的火山岩,系在冰缘环境强烈的寒冻风化及冰劈作用下形成。

(二)石海(block field)

石海分布在海拔1,900 m左右的东峰西坡、鞍部及东峰北坡,面积数平方米到数十平方米。构成石海的砾块多呈棱角和次棱角状,砾石主要成分为浅变质的大理岩和石灰岩,砾径一般为0.5~1.0 m,最大达2 m以上。在砾石较密集处,有些砾石排列成瓦片状和叠瓦状,但也有些呈星散或斑点状分布。由于人工挖土,部分石海原貌已遭破坏。

(三)岩屑堆(talus)

在中峰南坡林线上限附近,有一冰缘岩柱裸露处,由于强烈寒冻风化和冰劈作用,岩石逐渐崩落并堆积在斜坡上形成岩屑堆。该岩屑堆中岩块大多为棱角状,上细下粗,呈半锥形。其分布高度约1,840~1,860 m,堆积物厚度可达20 m左右。由于冰后期气温回升,林线上移,使岩屑堆下部被森林所覆盖。

(四)石河(stone stream)

石河分布在东灵山南坡西沟的西岸上海拔约1,600~1,650 m 处的斜坡上,长几十米,宽几米,谷底坡度达30°~40°。石河中的砾块由带棱角的大小砾石组成,砾石成分基本上都是白色的大理岩,仅少量为石灰岩。无分选,有的小石块叠覆在大石块之上。石河周围已生长森林,推论它属于古石河。

(五)冰缘黄土(periglacial loess)

冰缘黄土分布在东灵山东坡的种羊场之北,海拔1,700 m的第三纪夷平面上。由于冰缘区风的强烈作用,风成马兰黄土覆盖在广阔的夷平面和若干基岩山坡上。这是北京西山区黄土分布的最高上界。马兰黄土呈灰黄色和黄褐色,成分以粉砂为主,结构疏松,大孔隙发育,含钙质假菌丝体,厚2~5m左右。有的剖面上还能见到细小的水平层理和弯曲层理,夹含棱角状的石块,这说明该马兰黄土曾受到流速缓慢的坡面融雪水的改造和再堆积作用。

(六)草丛土丘(turf)

在海拔2,000~2,100 m的中峰东坡和西峰东坡上,有成片的草丛土丘出现。草丛土丘呈圆丘形,长径30~50 cm,高10~30 cm,其上生长着鬼见愁(Caragana fubata)、鹅绒委陵菜(Potentilla ancistrifola)、短花梗黄耆(As-tragalus hancockii)、广布野豌豆(Vicia cracca)和矮台草(Carex humilis)等植物。土层厚度达0.5~0.8 m。草丛土丘系冻结层之间的土层,以植物根系为中心,经冻胀挤压形成,有些也是受融冻层顺坡向下蠕动推挤作用而成,具有小型泥流阶地特征。由于冻融蠕流作用,连片的草丛土丘被扯裂成鱼鳞状草皮,呈不规则的多边形。一般直径几十厘米至1米多。裂缝内土层物质遭受坡面流水冲刷,下伏岩石便直接出露地表。

上述冰缘现象形成的地质时代与山西五台山冰缘现象形成的地质时代(朱景湖,崔之久,1984)有相似之处。目前东灵山不仅有古冰缘现象,而且也有现代冰缘,且西坡和北坡与前者具有明显的发生学上的继承关系。它们有些是在晚更新世距今18,200年前的前桑峪冰缘期时(郭旭东等,1991b)形成的,如石海、石河和冰缘黄土;有些显然都是自晚更新世以来持续发育的,如冰缘岩柱、冰缘岩堆、岩屑堆和草丛土丘等。联系到前桑峪、斋堂和雁翅等地古冰楔群、冰缘卷曲等多种古冰缘现象的发现,证明北京西山自第四纪以来,一直是处在冰缘环境中,而非冰川环境。

目前东灵山属北半球亚高山寒温带气候,山地植被带由下而上为:针阔叶混交林带、针叶林带、亚高山灌丛带、亚高山草甸带,山顶面上局部为亚高山荒漠带。据斋堂气象站资料,斋堂地区过去多年平均气温为10.1℃,多年平均年降水量为450 mm。按温度垂直梯度递减率0.5℃/100 m计算,目前东灵山山顶平均温度为0~1℃,属于山地多年冻土带下限。这里虽然见不到连续的多年冻土分布,但具有发育岛状多年冻土的气候条件。这种推论已为实地调查所证实。在晚更新世前桑峪冰缘期时,斋堂地区气温可达-3~-5℃,比今低 13~15℃。据此推算当时东灵山山顶气温可达-7.5~-8.5℃,比今低7.5℃。这表明冰缘期时北京西山山麓地带降温幅度远比山顶为大。

综上所述,自晚更新世以来东灵山山顶附近,一直保持着冰缘环境。现代则进入副冰缘期或亚冰缘期,还达不到间冰缘期的程度。这个结论与五台山冰缘地貌调查研究的结果颇相吻合。

二、百花山地区

百花山是北京西山的第三高峰,海拔1 991 m。1991年10月12日,我们登上了山顶。事实证明,第四纪时期这里也不存在任何冰川作用,但冰缘现象还能见到若干,现扼要描述如下。

(一)冰缘岩柱(tor)

在百花山山顶鞍部南侧(通往百花山林场的一条小路经此),分布着几个冰缘岩柱,即凸岩。它们高达数米至10余米,宽约2~4 m,长约3~5 m。其中有的冰缘岩柱顶上还保留有活动的岩帽。组成岩石均为灰色及灰绿色的辉绿岩。冰缘岩柱常与冰劈岩堆共生,但也有少数呈孤立状分布。它们都是在冰缘气候环境下,由于岩石冻裂或冰劈作用而产生的。

(二)石海(block field)

石海分布在通往百花山林场小路所在较宽阔的山顶鞍部地带,海拔1,750~1,850 m。由于人工挖掘,石海剖面暴露较完全,厚度为0.2~0.5 m。组成石海的岩块多为棱角状和次棱角状。在砾石较密集处,砾石多排列成叠瓦状和瓦片状。砾石成分大多为辉绿岩。砾径一般为0.2~0.5 m,最大达1m以上,代表一种古石海,表面有不同深度的风化,发育薄层土壤,生长草本植物。

(三)冰劈岩堆(frost boulders)

冰劈岩堆是冰缘寒冷气候下被冻裂的岩石裂隙充水后,经长期反复冻涨作用而形成的一种冰缘现象。百花山冰劈岩堆分布在上述山顶鞍部和该山脉中段较宽阔的山顶上。已发现的冰劈岩堆有4处,规模大小不一,其中大者高达20~30 m,长40~50 m,宽30~60 m;小者高3~5 m,宽5~6 m,长10~50 m。组成岩石均为辉绿岩,处于百花山向斜的轴部。

(四)冰缘岩屑(periglacial debris)

冰缘岩屑是基岩在冰缘寒冷气候下强烈寒冻风化作用的产物。在百花山中段山顶面上(海拔1,750~1,850 m)有大片冰缘岩屑分布,它们往往分布在一系列冰劈岩堆之间,一般厚0.5~1.0 m,在局部地形较低洼处可达2.0 m 以上。主要成分为砂砾石和土壤。砾石成分为棱角状和次棱角状辉绿岩,砾径一般为5~10 cm;大者0.5~1.0 m。土壤为灰黑色,属砾质砂壤土。土壤表面生长稀疏的草原型植被。

(五)冰缘植被(periglacial vegetations)

目前百花山属于北半球亚高山寒温带气候,山地植被带由下而上分别为:针阔叶混交林带、针叶林带、亚高山灌丛带及亚高山草原带。在山顶面上局部地区见亚高山草甸带。植被类型与东灵山(郭旭东等,1992)有不少相似之处。在亚高山草原带和草甸带生长的植被主要有蒿草(Kobresia vidua)、兰花棘豆(Oxytropis caerulea)、鹅绒委陵菜(Potenrilla ancistrifola)、短花梗黄耆(Astragalus kancockii)、广布野豌豆(Vicia cracca)、矮台草(Carex humilis)及鬼见愁(Caragana fubata)等。

上述各种冰缘现象,除了冰缘植被为现生的外,其他各种推测为18,200,a B。P。的前桑峪冰缘期(郭旭东等,1991b)寒冷气候的产物。当时山顶年均气温可达-5.5~-6.5℃,比今低8~10℃。无疑地属于冰缘气候环境。

三、斋堂盆地与永定河谷

1990年10月,我们在北京西山斋堂盆地和永定河雁翅火车站的黄土地层中发现了若干典型的古冰缘现象,这些古冰缘类型有:冰(土)楔、冰(砂)楔群、冰缘卷曲、冻融褶曲及融冻泥流堆积等。其特征现描述如下:

(一)冰(土)楔

古冰(土)楔保存在斋堂镇(即东斋堂,下同),前桑峪村砖厂东侧一座小丘坡下的台地上。剖面岩性为一套次生的马兰黄土,浅黄褐色的黄土状土中夹含一些砂砾石层。砂砾石大多呈棱角状,基本成分都是小丘上辉绿岩风化的碎屑,说明这套黄土状土是当地堆积的。地貌部位相当于清水河第二级阶地。剖面上发现了一个大冰(土)楔,冰楔空隙被砂和土充填,构成土楔。冰楔上部口宽1.06 m,深度为1.60 m,底宽0.2 m,呈U形。冰楔充填物下部(A)为粗砂砾石;中部(B)为颗粒较细的砂土,具倾斜和弯曲层理;上部(C)颗粒较细,具明显的卷曲层理,说明该冰楔融化后的空隙是被来自小丘斜坡上的一股融冻泥流堆积所充填。

(二)冰(砂)楔群

前桑峪是北京西山古冰缘发育和保存最好的地点。据卢演俦观察和提供的野外原始记录,1977年前桑峪砖厂西面马兰黄土中,上部含一层浅棕红色的古土壤;中部为一层厚约2m的砂砾石。在砂砾石层底部,曾发现有4个并排和大小不同的古冰(砂)楔群。这些冰(砂)楔冻裂深度一般为0.5~1.0 m。由于造砖挖土,该剖面已不复存在。

(三)冰缘卷曲

剖面位于斋堂砖厂北黄土采掘处。在剖面东侧离石黄土中发现有明显的冰缘卷曲现象。由于冰缘低温作用,使质地较均匀和含有水平层理的黄土层发生了强烈的弯曲变形,具有较好的冰缘卷曲构造形态。在左上角还发现1个长约1 m的冰(土)楔。该冰(土)楔深深地插入冰缘卷曲中。这说明,伴随着第一次寒冻气候之后,紧接着是另一次更为冷酷气候的影响。

(四)冻融褶曲

冻融褶曲也是更新世冰缘寒冷气候下,土层冻融变形的结果。我们在西山调查中,冻融褶曲发现于雁翅火车站电站东侧黄土剖面中下部离石黄土中。质地较均匀、结构较致密的黄土层,经多次冻融作用而产生明显弯曲变形,结构变得松散,显示了黄土冰缘作用的特点。

(五)融冻泥流堆积

剖面位于西山北麓官厅林场以北约1 km 的公路旁。剖面底部为上新统红色黏土,中上部为一套具波状起伏地形和微弯曲层理、岩性混杂的黄土状堆积,与上新统红色黏土呈明显的不整合接触关系。黄土状土中砾石层和细小层理的排列方向均自高而低,呈叠瓦状,大小砾石都呈棱角状。说明这套沉积物搬运的距离不远,非一般流水沉积,也不是通常的坡积,而是具有泥流阶地特征的融冻泥流堆积。它可能是多年冻土活动层或季节冻土在融化时由高向低缓慢蠕动所形成的。

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