冰蚀三角脊链的发现及其在地貌演化研究中的意义

王照波,王江月,田晓明

(1.自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室,山东 济南 250013;2.沂蒙山国家地质公园管理局,山东 临沂 273304;3.平邑县自然资源与规划局,山东 临沂 273304;4.山东指南针矿产勘查有限公司,山东 临沂 276006;5.曲阜师范大学地理与旅游学院,山东 日照 276800)

现存的山体地貌蕴含了山体演化过程的信息。李四光先生曾指出:我国东部基岩山体中的“盲谷”是冰川作用侵蚀的结果[1-2]。王曰伦等[3]认为北京房山山体的弧形盆地是冰川作用的结果,把弧形盆地归因于风化流水作用的观点属于“皮相之谈”,并提出现代地形脱胎于古冰川地形的观点[4]。目前,山体地貌研究主要停留在单一冰斗、刃脊、角峰等形态地貌表述[5-10],而从外力过程理解山体地貌的研究不多。

冰斗是冰蚀作用形成的三面环山、后壁陡峻的半圆形漏斗状洼地[11],存在向上溯源的侵蚀作用[6]。冰蚀作用是一种溯源性弧形剥蚀作用,冰蚀地貌是冰川作用对山体侵蚀的遗迹。三角脊是笔者等[12-13]研究豫西甘山冰蚀地貌时提出的,是冰斗系统的组成部分,冰斗系统(含冰斗与粒雪盆)由缩口、三角脊、残弧等地貌要素组成。将冰蚀地貌表述为冰斗、角峰、刃脊,这是地面视野的直观认识,高清卫星遥感技术可从太空视野观察、研究山体地貌。三角脊为冰雪融冻、溯源侵蚀作用形成的3个相邻冰斗弧形组成的遗迹,冰蚀作用受雪线高程与积雪高程(雪线之上的山体高程)控制(图1(a)),位于雪线之上有一定积雪高程的山体发生冰蚀作用后形成冰斗系统集群,在冰斗系统发展过程中山体高程逐渐被侵蚀变低(或因雪线抬升),冰斗积雪高程不足的山体削弱甚至停止生长遗留下众多三角脊(图1(b)),三角脊连在一起构成三角脊链。三角脊链是山脊两侧的冰斗系统耗尽积雪高程冰蚀作用停止的山体地貌残留,代表冰斗系统群体性行为。

图1 冰斗系统控制因素与三角脊基本特征Fig. 1 Controlling factors of cirque system and basic characteristics of triangle ridge

三角脊是冰蚀作用的特征性地貌遗迹,以往所述角峰是由尖锐山峰构成的单个三角脊,更多三角脊被后期冰蚀作用(如冰帽、冰盖)或风化作用改造或钝化失去尖锐的角峰,但冰蚀三角脊的3条外切弧形边清晰保留。现以冰斗系统研究[12-14]为基础,以青藏高原区作为冰蚀地貌选区解读三角脊链的基本特征、类型与演化过程,对我国东部中低山区山体地貌进行对比分析,分辨其是否经历冰蚀作用过程,并探讨其地貌演化过程。

1 喜马拉雅山区典型冰蚀地貌选区特征

喜马拉雅山区海拔较高,至今保留有冰蚀作用形成的众多冰斗系统,为研究山体地貌的冰蚀特征、演化过程及控制因素提供了典型地貌选区。三角脊链在喜马拉雅山区极为发育(图2),选择5处三角脊链卫片地貌典型选区。图2(a)地貌选区为位于喜马拉雅山南侧博克逊多国家公园的冰蚀三角脊链,冰斗系统有明显的侧碛垄等冰碛遗迹,海拔约5 000 m,地理坐标为29°45′16.51″N,82°33′15.01″E。图2(b)地貌选区为位于聂拉木县北西15 km的冰蚀三角脊,上侧冰斗遗留典型的冰斗湖,海拔约5 200 m,地理坐标为28°15′34.09″N,85°52′05.80″E。图2(c)地貌选区为位于岗巴县城北东45 km的冰蚀三角脊链,目前该冰斗系统已位于雪线之下,海拔约5 600 m,地理坐标为28°33′31.39″N,88°51′04.80″E。图2(d)地貌选区为位于朗县南东35 km的冰蚀三角脊链,下侧冰斗系统有明显的冰斗湖,海拔约5 000 m,地理坐标为28°44′05.83″N,93°12′44.21″E。图2(e)为位于巴塘县北89 km的冰蚀三角脊链,海拔约4 800 m,地理坐标为30°48′34.92″N,99°12′30.05″E。图2(f)为根据三角脊链与冰斗系统呈现的蜂巢状地貌模式图。

由以上5张卫星图片典型地貌选区可分辨出三角脊、三角脊链与蜂巢状地貌,在冰斗系统中可观察到冰碛垄或冰斗湖,确认这些三角脊链为冰川冰蚀作用的结果,基本特征如图2(f)所示,山脊两侧的冰斗系统近于垂直山脊脊线。由于山脊脊线近于水平,三角脊链呈对面相互侵蚀,称为“对蚀三角脊链”,与冰斗系统共同构成蜂巢状地貌,具有规则的对称分布特征。

图2 冰蚀三角脊链与蜂巢状地貌示意图Fig. 2 The schematic diagram of glacial erosion triangle ridge chains landform and honeycomb mosaic structure

图3(a)位于四川甘孜藏族自治州理塘县北44 km处,海拔4 721 m,地理坐标为30°23′09.90″N,100°12′08.31″E,在倾斜山脊两侧分布斜列式三角脊链,伴随冰斗系统,称斜列式三角脊链为“斜蚀三角脊链”,图3(b)为斜蚀三角脊链模式图。图3(c)位于西藏自治区昌都市边坝县北48 km处,海拔4 993 m,地理坐标为31°21′00.25″N,94°36′16.40″E,冰蚀三角脊链位于倾斜山脊上,冰斗系统进一步发展形成近“众”字型三角脊链,冰斗系统沿山脊方向侵蚀,其前进方向基本与山脊脊线平行,称为“追蚀三角脊链”,图3(d)为追蚀三角脊链模式图。与斜蚀三角脊链及追蚀三角脊链伴随的冰斗均明显增高,其前方推进最突出的位置为三角脊分布处,显示积雪厚度对冰斗系统前进方向具有引导作用。

图3 斜蚀三角脊链与追蚀三角脊链地貌及模式示意图Fig. 3 Landforms and the schematic diagrams of oblique and following erosion triangle ridge chains

山脊形态较复杂,通常三角脊链呈上述3种组合形态。冰川的冰蚀作用是集群性作用,在侵蚀过程中有鲜明的个体与集体行为特征。单个冰斗以独立单元推进(个体行为),冰斗系统以“有序推进,互不逾越”单元推进 (集体行为),形成规则的蜂巢状地貌,原因是相邻冰斗受相同的雪线高程与积雪高程控制,当积雪高程不足时,相邻冰斗系统停止侵蚀推进,显示单个冰斗构成的集群特征。互不逾越的结果是形成了 “盲谷”。冰斗系统冰蚀作用的逐高习性与积雪高程不足引起的剥蚀停止是山体形成三角脊链与蜂巢状地貌的内在原因,是特殊动力条件下的产物,也是冰蚀地貌与风化地貌的根本区别。

地球上未经冰蚀作用影响的地貌分布有限,除澳大利亚大陆腹地广泛分布典型的风化(流水)地貌外[13],我国西部局部干旱区也有典型的风化地貌。图4(a)为新疆柯坪县北部砂泥岩组成的山体,海拔1 685 m,地理坐标为40°33′29.10″N,78°51′48.54″E。地层呈单斜,倾向NW。山体呈NE向条带状展布,未经冰蚀作用影响。差异风化作用使砂岩层形成平行展布的山脊,山脊多呈平直线状,软弱岩层构成贯通性风化沟谷。图4(b)为内蒙古巴丹吉林沙漠东侧雅布赖山,海拔1 734 m,地理坐标为39°37′30.89″N, 103°00′13.78″E。主要为花岗岩分布区,山体广泛分布沿构造风化侵蚀沟谷纵横交错,相互贯通,代表风化流水地貌特征(表1),与冰蚀作用形成的弧形盆地、三角脊链差异明显[14]。

表1 冰蚀作用与风化作用控制因素及地貌差异对比[14]

图4 风化流水侵蚀地貌特征Fig. 4 Geomorphologic characteristics of weathering and water erosion

2 我国东部中低山区冰蚀三角脊链特征

冰川具有独特的环形剥蚀作用,在岩石山体上留下深刻的印记,是后期风化流水作用难以彻底改变的,即现代地形脱胎于古冰川地形[4]。如果我国东部中低山区经历过冰蚀作用,必然会遗留下冰蚀作用形成的“冰蚀三角脊链”这一独特结构性地貌。

在我国东部中低山区选择典型的山体地貌选区,海拔均低于“我国东部2 500～3 000 m无冰川区”[18]。图5(a)位于沂蒙山世界地质公园岱崮园区,海拔478 m,地理坐标为35°52′53.37″N,118°13′42.01″E,岩性为寒武纪灰岩,呈典型的对蚀三角脊链与规则的蜂巢状地貌,且冰斗出现典型的弧形,三角脊链两侧的冰斗排列较规律,与该山脊地层产状近水平有关。该区对蚀三角脊链、蜂巢状地貌均与喜马拉雅山区对蚀三角脊链相似。图5(b)为河南省辉县市北太行山南麓三角脊链,海拔492 m,地理坐标为35°34′06.03″N,113°52′37.87″E,其山脊脊线平直,形成标准的对蚀三角脊链,伴随两侧的冰斗系统显示规整的蜂巢状地貌。图5(c)为河北唐山市玉田县北三角脊链,海拔113 m,地理坐标为39°56′59.85″N,117°47′58.98″E,山体为寒武纪灰岩,地层倾斜,倾角约60°,冰蚀作用未受地层产状影响,泥页岩等软弱层未显示风化流水作用形成的沟谷。图5(d)为河北邯郸市西太行山东麓的三角脊链,海拔707 m,地理坐标为36°45′53.62″N,113°48′02.01″E,山脊脊线倾斜,形成标准的斜蚀三角脊链,其东侧45 km处即为李四光先生1921年首次发现的我国东部冰川遗迹——白错盆地[15]。

图5 我国东部中低山区三角脊链地貌特征Fig. 5 Geomorphologic features of triangle ridge chains in the middle and low mountain areas of eastern China

我国东部中低山区的三角脊链与对应的蜂巢状地貌,均与青藏高原冰川分布区的冰蚀三角脊链相一致,也与近几年王照波等[16-23]对我国东部中低山区各类冰川遗迹、尹国胜等[24]对江西庐山等研究结果相配套,进一步佐证我国东部中低山区曾经历过第四纪冰川作用。

3 结论

(1)冰蚀三角脊链与蜂巢状地貌是冰蚀作用形成的地貌类型,从冰斗系统群体性行为的角度理解地貌演化过程,在恢复山体冰蚀作用、风化作用的演化过程具有较强的理论意义。

(2)我国东部中低山区广泛发育冰蚀三角脊链和蜂巢状地貌,进一步佐证了我国东部中低山区曾经历过第四纪冰川作用。

致谢：该研究得到了中国石油大学吕洪波教授、南京师范大学黄家柱教授、中科院海洋研究所赵松龄教授、南京大学杨达源教授、国家海洋局徐兴永研究员、中国地质科学院地质力学所钱方教授、河南地矿职业技术学院张先教授的大力支持与帮助,在此表示谢意!

注：文中所用卫星图片均取自Google Earth。