冰蝕三角脊鏈的發現及其在地貌演化研究中的意義

王照波,王江月,田曉明

(1.自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室,山東 濟南 250013;2.沂蒙山國家地質公園管理局,山東 臨沂 273304;3.平邑縣自然資源與規劃局,山東 臨沂 273304;4.山東指南針礦產勘查有限公司,山東 臨沂 276006;5.曲阜師范大學地理與旅游學院,山東 日照 276800)

現存的山體地貌蘊含了山體演化過程的信息。李四光先生曾指出:我國東部基巖山體中的“盲谷”是冰川作用侵蝕的結果[1-2]。王曰倫等[3]認為北京房山山體的弧形盆地是冰川作用的結果,把弧形盆地歸因于風化流水作用的觀點屬于“皮相之談”,并提出現代地形脫胎于古冰川地形的觀點[4]。目前,山體地貌研究主要停留在單一冰斗、刃脊、角峰等形態地貌表述[5-10],而從外力過程理解山體地貌的研究不多。

冰斗是冰蝕作用形成的三面環山、后壁陡峻的半圓形漏斗狀洼地[11],存在向上溯源的侵蝕作用[6]。冰蝕作用是一種溯源性弧形剝蝕作用,冰蝕地貌是冰川作用對山體侵蝕的遺跡。三角脊是筆者等[12-13]研究豫西甘山冰蝕地貌時提出的,是冰斗系統的組成部分,冰斗系統(含冰斗與粒雪盆)由縮口、三角脊、殘弧等地貌要素組成。將冰蝕地貌表述為冰斗、角峰、刃脊,這是地面視野的直觀認識,高清衛星遙感技術可從太空視野觀察、研究山體地貌。三角脊為冰雪融凍、溯源侵蝕作用形成的3個相鄰冰斗弧形組成的遺跡,冰蝕作用受雪線高程與積雪高程(雪線之上的山體高程)控制(圖1(a)),位于雪線之上有一定積雪高程的山體發生冰蝕作用后形成冰斗系統集群,在冰斗系統發展過程中山體高程逐漸被侵蝕變低(或因雪線抬升),冰斗積雪高程不足的山體削弱甚至停止生長遺留下眾多三角脊(圖1(b)),三角脊連在一起構成三角脊鏈。三角脊鏈是山脊兩側的冰斗系統耗盡積雪高程冰蝕作用停止的山體地貌殘留,代表冰斗系統群體性行為。

圖1 冰斗系統控制因素與三角脊基本特征Fig. 1 Controlling factors of cirque system and basic characteristics of triangle ridge

三角脊是冰蝕作用的特征性地貌遺跡,以往所述角峰是由尖銳山峰構成的單個三角脊,更多三角脊被后期冰蝕作用(如冰帽、冰蓋)或風化作用改造或鈍化失去尖銳的角峰,但冰蝕三角脊的3條外切弧形邊清晰保留?，F以冰斗系統研究[12-14]為基礎,以青藏高原區作為冰蝕地貌選區解讀三角脊鏈的基本特征、類型與演化過程,對我國東部中低山區山體地貌進行對比分析,分辨其是否經歷冰蝕作用過程,并探討其地貌演化過程。

1 喜馬拉雅山區典型冰蝕地貌選區特征

喜馬拉雅山區海拔較高,至今保留有冰蝕作用形成的眾多冰斗系統,為研究山體地貌的冰蝕特征、演化過程及控制因素提供了典型地貌選區。三角脊鏈在喜馬拉雅山區極為發育(圖2),選擇5處三角脊鏈衛片地貌典型選區。圖2(a)地貌選區為位于喜馬拉雅山南側博克遜多國家公園的冰蝕三角脊鏈,冰斗系統有明顯的側磧壟等冰磧遺跡,海拔約5 000 m,地理坐標為29°45′16.51″N,82°33′15.01″E。圖2(b)地貌選區為位于聶拉木縣北西15 km的冰蝕三角脊,上側冰斗遺留典型的冰斗湖,海拔約5 200 m,地理坐標為28°15′34.09″N,85°52′05.80″E。圖2(c)地貌選區為位于崗巴縣城北東45 km的冰蝕三角脊鏈,目前該冰斗系統已位于雪線之下,海拔約5 600 m,地理坐標為28°33′31.39″N,88°51′04.80″E。圖2(d)地貌選區為位于朗縣南東35 km的冰蝕三角脊鏈,下側冰斗系統有明顯的冰斗湖,海拔約5 000 m,地理坐標為28°44′05.83″N,93°12′44.21″E。圖2(e)為位于巴塘縣北89 km的冰蝕三角脊鏈,海拔約4 800 m,地理坐標為30°48′34.92″N,99°12′30.05″E。圖2(f)為根據三角脊鏈與冰斗系統呈現的蜂巢狀地貌模式圖。

由以上5張衛星圖片典型地貌選區可分辨出三角脊、三角脊鏈與蜂巢狀地貌,在冰斗系統中可觀察到冰磧壟或冰斗湖,確認這些三角脊鏈為冰川冰蝕作用的結果,基本特征如圖2(f)所示,山脊兩側的冰斗系統近于垂直山脊脊線。由于山脊脊線近于水平,三角脊鏈呈對面相互侵蝕,稱為“對蝕三角脊鏈”,與冰斗系統共同構成蜂巢狀地貌,具有規則的對稱分布特征。

圖2 冰蝕三角脊鏈與蜂巢狀地貌示意圖Fig. 2 The schematic diagram of glacial erosion triangle ridge chains landform and honeycomb mosaic structure

圖3(a)位于四川甘孜藏族自治州理塘縣北44 km處,海拔4 721 m,地理坐標為30°23′09.90″N,100°12′08.31″E,在傾斜山脊兩側分布斜列式三角脊鏈,伴隨冰斗系統,稱斜列式三角脊鏈為“斜蝕三角脊鏈”,圖3(b)為斜蝕三角脊鏈模式圖。圖3(c)位于西藏自治區昌都市邊壩縣北48 km處,海拔4 993 m,地理坐標為31°21′00.25″N,94°36′16.40″E,冰蝕三角脊鏈位于傾斜山脊上,冰斗系統進一步發展形成近“眾”字型三角脊鏈,冰斗系統沿山脊方向侵蝕,其前進方向基本與山脊脊線平行,稱為“追蝕三角脊鏈”,圖3(d)為追蝕三角脊鏈模式圖。與斜蝕三角脊鏈及追蝕三角脊鏈伴隨的冰斗均明顯增高,其前方推進最突出的位置為三角脊分布處,顯示積雪厚度對冰斗系統前進方向具有引導作用。

圖3 斜蝕三角脊鏈與追蝕三角脊鏈地貌及模式示意圖Fig. 3 Landforms and the schematic diagrams of oblique and following erosion triangle ridge chains

山脊形態較復雜,通常三角脊鏈呈上述3種組合形態。冰川的冰蝕作用是集群性作用,在侵蝕過程中有鮮明的個體與集體行為特征。單個冰斗以獨立單元推進(個體行為),冰斗系統以“有序推進,互不逾越”單元推進 (集體行為),形成規則的蜂巢狀地貌,原因是相鄰冰斗受相同的雪線高程與積雪高程控制,當積雪高程不足時,相鄰冰斗系統停止侵蝕推進,顯示單個冰斗構成的集群特征?；ゲ挥庠降慕Y果是形成了 “盲谷”。冰斗系統冰蝕作用的逐高習性與積雪高程不足引起的剝蝕停止是山體形成三角脊鏈與蜂巢狀地貌的內在原因,是特殊動力條件下的產物,也是冰蝕地貌與風化地貌的根本區別。

地球上未經冰蝕作用影響的地貌分布有限,除澳大利亞大陸腹地廣泛分布典型的風化(流水)地貌外[13],我國西部局部干旱區也有典型的風化地貌。圖4(a)為新疆柯坪縣北部砂泥巖組成的山體,海拔1 685 m,地理坐標為40°33′29.10″N,78°51′48.54″E。地層呈單斜,傾向NW。山體呈NE向條帶狀展布,未經冰蝕作用影響。差異風化作用使砂巖層形成平行展布的山脊,山脊多呈平直線狀,軟弱巖層構成貫通性風化溝谷。圖4(b)為內蒙古巴丹吉林沙漠東側雅布賴山,海拔1 734 m,地理坐標為39°37′30.89″N, 103°00′13.78″E。主要為花崗巖分布區,山體廣泛分布沿構造風化侵蝕溝谷縱橫交錯,相互貫通,代表風化流水地貌特征(表1),與冰蝕作用形成的弧形盆地、三角脊鏈差異明顯[14]。

表1 冰蝕作用與風化作用控制因素及地貌差異對比[14]

圖4 風化流水侵蝕地貌特征Fig. 4 Geomorphologic characteristics of weathering and water erosion

2 我國東部中低山區冰蝕三角脊鏈特征

冰川具有獨特的環形剝蝕作用,在巖石山體上留下深刻的印記,是后期風化流水作用難以徹底改變的,即現代地形脫胎于古冰川地形[4]。如果我國東部中低山區經歷過冰蝕作用,必然會遺留下冰蝕作用形成的“冰蝕三角脊鏈”這一獨特結構性地貌。

在我國東部中低山區選擇典型的山體地貌選區,海拔均低于“我國東部2 500～3 000 m無冰川區”[18]。圖5(a)位于沂蒙山世界地質公園岱崮園區,海拔478 m,地理坐標為35°52′53.37″N,118°13′42.01″E,巖性為寒武紀灰巖,呈典型的對蝕三角脊鏈與規則的蜂巢狀地貌,且冰斗出現典型的弧形,三角脊鏈兩側的冰斗排列較規律,與該山脊地層產狀近水平有關。該區對蝕三角脊鏈、蜂巢狀地貌均與喜馬拉雅山區對蝕三角脊鏈相似。圖5(b)為河南省輝縣市北太行山南麓三角脊鏈,海拔492 m,地理坐標為35°34′06.03″N,113°52′37.87″E,其山脊脊線平直,形成標準的對蝕三角脊鏈,伴隨兩側的冰斗系統顯示規整的蜂巢狀地貌。圖5(c)為河北唐山市玉田縣北三角脊鏈,海拔113 m,地理坐標為39°56′59.85″N,117°47′58.98″E,山體為寒武紀灰巖,地層傾斜,傾角約60°,冰蝕作用未受地層產狀影響,泥頁巖等軟弱層未顯示風化流水作用形成的溝谷。圖5(d)為河北邯鄲市西太行山東麓的三角脊鏈,海拔707 m,地理坐標為36°45′53.62″N,113°48′02.01″E,山脊脊線傾斜,形成標準的斜蝕三角脊鏈,其東側45 km處即為李四光先生1921年首次發現的我國東部冰川遺跡——白錯盆地[15]。

圖5 我國東部中低山區三角脊鏈地貌特征Fig. 5 Geomorphologic features of triangle ridge chains in the middle and low mountain areas of eastern China

我國東部中低山區的三角脊鏈與對應的蜂巢狀地貌,均與青藏高原冰川分布區的冰蝕三角脊鏈相一致,也與近幾年王照波等[16-23]對我國東部中低山區各類冰川遺跡、尹國勝等[24]對江西廬山等研究結果相配套,進一步佐證我國東部中低山區曾經歷過第四紀冰川作用。

3 結論

(1)冰蝕三角脊鏈與蜂巢狀地貌是冰蝕作用形成的地貌類型,從冰斗系統群體性行為的角度理解地貌演化過程,在恢復山體冰蝕作用、風化作用的演化過程具有較強的理論意義。

(2)我國東部中低山區廣泛發育冰蝕三角脊鏈和蜂巢狀地貌,進一步佐證了我國東部中低山區曾經歷過第四紀冰川作用。

致謝：該研究得到了中國石油大學呂洪波教授、南京師范大學黃家柱教授、中科院海洋研究所趙松齡教授、南京大學楊達源教授、國家海洋局徐興永研究員、中國地質科學院地質力學所錢方教授、河南地礦職業技術學院張先教授的大力支持與幫助,在此表示謝意!

注：文中所用衛星圖片均取自Google Earth。