第22章 冰川堆积(5)
由形成于冰上或由冰内并融出于冰面的碎屑组成。堆积时主要受地形和斜坡过程的控制。粒度组成中粗粒物含量高，粒度参数在垂向上呈现粗—细有规律的折线变化。堆积过程中受外界干扰大，砾石组构随原始地形的起伏而变化。有粗糙斜层、褶皱构造、漂砾团块构造和带状构造等。结构多为支撑结构和叠置结构（照片33）。岩性组成相当多的部分来源于附近基岩。砾石多为棱角状，胶结差，多属“消极流路”的冰川搬运物，典型的冰碛石很少，擦痕也极少。在地貌上多表现为侧碛垄和终碛垄或冰碛丘陵等。
2.B相——流碛
流碛是处在冰面的饱含水分、接近或达到液限时的冰碛产生流动堆积而成，属冰面泥石流。平面上呈舌状，剖面上呈小规模的透镜体。多在冰上融出碛中形成流碛团块构造。分布范围窄。主要受流动、蠕动以及半塑性流等动力过程的控制。因B相是局部的，主要分布在冰碛剖面上部，我们在模式中将它与A相放在一起分析。
3.C相——冰下融出碛
在冰下、冰内空洞或与冰床挤压接触的空洞部位发生融化；照片37），使冰内的碎屑脱离冰体和冰底碎屑一起堆积而成。因受冰体运动的影响，沉积体比较致密，并使部分砾石受压而长轴平行冰川流向，ab面多平行冰面，但倾向无明显优势方位。发育有褶皱构造、薄层变形构造、基岩团块构造和超覆剪切构造等。
多为支撑结构和悬浮结构。小于2mm的粒度组成中粉砂含量较高，粒度参数在垂向上基本呈一直线，变化不大。砾石多为次棱角状，典型的冰碛石擦痕较多，形成动力以推挤、挤压为主。
4.D相——滞碛
冰川运动过程中，在冰下大于正常大气压的围压条件下碎屑滞卸在冰下障碍物周围。砾石a轴多稳定地平行于冰川流向，ab面则多平行冰面。典型（图39）的冰碛石较多，擦痕也特别发育。发育有代表性的平行易裂面构造、局部叠瓦构造和超覆剪切构造等。粉砂含量高，多呈悬浮结构和支撑结构。地貌上常表现为槽碛垄或突起的鼓丘（照片39，照片310）。羊背石上小凹陷中填充的碎屑物亦属之。
5.E相——变形碛
冰川下垫面物质，不论是基岩或松散堆积，因冰川挤压、剪切拖曳而变形，均属变形碛（图314—图317）。
不同类型冰碛的运动形式，边界条件以及动力过程是不同的。
国际第四纪研究联合会根据碎屑在冰川搬运和沉积作用发生时的位置、过程等关系，于1979年11月制定了“冰碛物的成因分类方案”（表31）。此种分类实际以两大类为主，一类是冰上的，一类是冰下的。冰上的主要以冰上融出碛为主，而流碛仅在局部可见，升华碛（即冰川冰直接转化成水蒸气，由固体变为气体时沉积的物质）实际上仅有分类上的意义。而冰下则主要以冰下融出碛和滞碛为主。变形碛和流碛分布范围也很有限。
作者认为过于复杂的相模式不利于推广应用，而过于简单的相模式对实际工作又无指导意义。因此，在建立山地冰川冰碛相模式时，以冰上融出碛和冰下融出碛为主，以流碛和滞碛为辅。因为前二类冰碛物具有如下特点：
（1）在剖面中厚度大，分布范围广，沉积层连续，易进行对比研究。
（2）反映了冰川沉积中主要动力过程。
（3）岩性成分、磨圆度、结构和构造等都大不相同，宏观上最易辨认。
（4）在空间的序列有成因联系，易于同其他类型的堆积区别。
标准的山地冰川沉积相模式（表39）包含了E、D、C、B和A这样四个相。
对沉积层序的研究是鉴定某种沉积地层的沉积环境最有效的办法。相模式中的垂直层序不是随机的，而是以互相结合和可以预测的方式组成的。这使我们能够重建相互影响和相互联系的亚环境的详细图景。例如：在泥石流相模式中，其垂直层序自下而上分别由底泥层、混杂砾石层、表泥层或冲刷层组成，与冰川沉积相模式完全不同。以庐山为代表的有争议地区的沉积物（如羊角岭、新桥及裁缝岭等剖面）与我们所建立起来的冰碛相模式对比，它们的垂直相序完全不同，而与泥石流沉积相模式相一致。
另外，冰川沉积的旋回是很清楚的，但不如泥石流沉积旋回那样频繁。因为泥石流发生旋回比冰川进退旋回的频率高得多。第四纪冰川一次进退的旋回需几万、几十万年或更长的时间，而泥石流几十年、几年爆发一次，甚至一年爆发几次、十几次，两者差几个数量级。它们在沉积旋回次数上的差别也是鉴别泥石流沉积与冰碛最有效的标志之一。
垂向层序的研究中，不仅涉及岩性层序，而且要研究垂向剖面中所见到的沉积构造的序列。下面讨论冰碛的主要构造、结构及分布序列。
二、冰碛堆积构造
人们很早就注意到了冰碛堆积的层次似乎可以把冰碛称为似成层性堆积。但它只有层次而无层理（无分选），这些层及各种沉积构造的特征取决于冰碛的搬运和沉积过程，以及沉积方式、动力和它们在空间的位置（Moran，1975；Dreimauisetal，1975）。影响冰碛特征及沉积构造的主要因素是堆积时的动力过程。它们可分为冰川底部的动力过程（包括剪切、推挤和挤压过程）和冰川上面及侧面部位的动力过程（包括塌积、流水和斜坡过程）两大类。前者的特征是分布在冰川底部，故压力强；后者的特点是分布在冰川外围，故压力弱，自由度大。国际国内对冰碛结构、构造的研究是比较热衷的（Moran，1975；Debyshireetal，1980；Boulton，1975，1978；Evenson，1971；武安斌，1980；邓晓峰等，1983；埃克迈依等，1987；易朝路，1994）。
（一）原生构造
原生构造包括以下六种。
1.巨型层次
一般山地冰川冰碛剖面可分为两大层。上层磨圆度差，多为由棱角状和次棱角状的砾石组成。胶结差，岩性成分较为单一，多来自附近山坡。细颗粒物质少，有一些粗糙斜层为特征。此系冰上融出碛。而下层以磨圆度比较好，结构较致密，孔隙相对少，岩性成分复杂，细粒物质多，胶结较紧，无粗糙斜层为其特征。此为冰下融出碛。这两层宏观上明显不同，容易区别开（图337）。
在冰碛剖面上，下层的冰下融出碛主要受推挤和挤压过程控制。因受到上部冰体一定程度的压实变得较为致密，固结较好。其碎屑主要来自冰川上游，故岩性成分复杂。
在冰川运动时，碎屑在冰下互相摩擦破碎，使其有较好的磨耗。同时细粒物增加，以砂为主，占＜2mm细碎屑的60%—80%。上层的冰上融出碛有多种形成方式。然而不论其形成方式多么复杂，这些碎屑最终将在流水、塌积和斜坡过程的控制下脱离冰体堆积下来。它们是在自由度很大的环境中沉积的，受外界影响大，受冰体影响小。冰上融出碛与冰下融出碛的界面不规整，呈波状形态（图337）。
2.粗糙斜层构造
这类构造主要发育在冰上融出碛中。它们沉积时由于原始冰面的起伏，碎屑常常沿着坡面发生滚动、滑动、蠕动和流动。这种过程与一般的斜坡过程类似。在天山望峰冰碛剖面，粗砾石层的砾石砾径一般为10—20cm，细砾石层的砾石砾径为5—10cm。这些砾石层交替，因而显示出各种粗糙斜层。其倾向取决于原始坡面的方向。由于剖面所切开的方向不同，这些层常常呈现出各种类似地质构造如“背斜”、“向斜”和“单斜”等形态，它们的倾角各异，倾向不同（图312）。
3.团块构造
在冰碛剖面中所见到主要由来自底床的巨大砾石所组成的透镜体，因受冰川剪切作用而带入冰体被称之为团块构造。它早先可能是一个完整的巨砾，后因挤压、风化而破碎成透镜体。有时岩石破碎后分成几大块堆积在原地，按其破裂面的形状仍可将其恢复成一个完整的巨砾。在剖面中这些巨砾团块构造常常同超覆剪切构造、局部叠瓦构造一起出现。有时正是巨砾团块对前进冰川的阻挡，使得冰碛物受挤压变形而造成超覆剪切构造及局部叠瓦构造。它们之间在成因上有一定的因果关系，这也是冰碛构造上的显著特征之一。在一些剖面中团块构造的基岩可组成终碛垄的核心（图338）。
4.带状构造
由于冰是固体的，在其运动过程中左右两侧的冰体及碎屑不可能像液体或气体中的碎屑进行交叉混合。因此若冰川槽谷两侧山坡的岩性不同，在堆积的冰碛中就可见到带状构造，即冰川左右两侧的冰碛条带颜色完全不同（岩性不同）。它们不仅初期阶段不相混合，即使完全停积后也不相混合。例如，在珠穆朗玛峰的绒布冰川就有不同颜色的冰碛条带——带状构造。这种构造在其他流态搬运介质的沉积物中是很难见到的，它是搬运介质——冰川冰固体性质的反映（图3104）。
5.流碛团块构造
冰川融水或融雪水渗入冰碛，使其在接近或达到液化后产生流动，此即冰面上的泥石流。这种流动除液态流外，还有半塑性流和蠕流。组成这种团块构造的碎屑一般粒径较小，易于保存住水分，产生流动。它在平面上类似于一个舌状体，有较长的“尾”。
在剖面上有粗略的下粗、上细之分。小砾石的ab面与坡面方向一致，a轴大致平行流向。粗、细层可能是流动和蠕动过程中重力分选的结果（图337）。
（二）次生构造
次生构造是指冰川堆积完成后，受后来的动力作用产生变形而形成的构造。其中大部分是前期冰碛堆积体受后期冰川前进所推挤造成十分显著的褶曲和剪断，规模大小不一，在地震频发的山区可能受地震而变形，或受其他外力推挤的可能。次生构造有以下五种。
1.褶皱构造
这类构造发育在冰上融出碛中，最为典型的在乌鲁木齐—库尔勒公路路标108km+680m和109km+110m处。前者，冰川前进的推挤力使得冰上融出碛粗糙斜层都近于直立，形成褶皱（图339）。各层的砾石颜色深浅不同、大小不一，在剖面上形成了“Z”字形。各层中的扁平砾石随着层的“Z”字形摆动而始终与层面平行。后者褶皱的形态表现也可为弧状而不是“Z”字形（图340）。其剖面特征是不同层都呈弧状向下游弯曲，弧顶在剖面的中、下部。各弧层中砾石的扁平面大多与层的弯曲方向一致。
整个弧形构造的下游方向的扁平砾石大多倾向上游，在下部表现得尤为明显。
此变形层的厚度不大，一般为10m左右。在冰川强大的推挤之下，冰上融出碛的砾石不是以局部在层内转动方向适应推挤力，而是以整个粗糙斜层的变形来适应。不论层怎样变形，扁平砾石始终平行层面，这一点与冰下融出碛中受推挤形成的局部叠瓦构造截然不同。
同样的情况下，中、低纬和高纬冰川区都有类似情况，如纽约附近及SpitzbergenPenck冰川区所见的表皮构造，有的发生在冰水湖相层中，有的同样发生在冰碛层中。
2.局部叠瓦构造
此类构造主要发育在冰下融出碛中，在天山乌—库公路的108km+450m处的局部叠瓦构造其高度约4m。在此构造的下游方向出露有一近2m高的巨大砾石，岩性为绿色片岩。巨砾上游一侧的砾石扁平面都以大角度的叠瓦状向上游倾斜。倾角一般为40°以上，一些砾石近于直立，倾角超过80°。砾石之间的砂和小砾石致密压在一起，并可见到一些挤压变形的薄层。岩性较为复杂，有眼球状片麻岩、硅质岩、凝灰岩、闪长岩和花岗岩等，都是冰川上游方向的岩性。砾石多为次棱角状，少量棱角状和次圆状。巨砾下游一侧的砾石就没有向上游倾斜的叠瓦状排列，显示扁平面倾向不定。这一构造是因冰川前进时底部遇到基岩突起或巨砾的阻挡造成应力集中所致。在推挤力和岩块阻挡力的共同作用下，砾石扁平面逐渐调整成面向上游倾斜的优势方位。另一局部叠瓦构造同此构造类似，只是岩石团块高大（约7m），占据了整个剖面的高度。同时这一巨砾下游一侧的砾石扁平面大多倾向下游，倾角大。可能是推挤运动中，上游一侧的砾石越过巨砾后滑落所形成。由于冰下融出碛没有冰上融出碛的那种粗糙斜层，所以它经过推挤后只是砾石扁平面倾向发生变化，而不会出现冰上融出碛那种由砾石层变形后形成的“Z”字形或弧形构造等。
3.超覆剪切构造
冰川的运动是间歇性的。若后一期的冰川规模大，前进距离长，必然造成新的冰碛物超覆在老的冰碛物之上，形成特有的超覆剪切构造。如在独—库公路的冰碛剖面上（图344），其底部的老冰碛，砾石风化强，颜色为棕黄色，胶结较致密；而上部的新冰碛为黄灰色，砾石风化弱，相对松散于下层，但两者在岩性和磨圆度上差别不大。在分界面上，砾石扁平面平行界面，这显然是超覆作用所致。
4.次生表皮构造
冰川前端有时会发育湖泊。湖积纹层若受后期冰川推挤可形成表皮构造。在独库公路冰碛剖面的前端，这类构造发育很好（图345），公路两侧的冰碛剖面中都可见到。在冰川强大的推挤下，这些纹层不仅强烈褶皱变形，有时可产生断裂。在剖面的一些部位还可见到局部叠瓦构造与表皮构造的结合体，即表皮—叠瓦构造。
5.薄层变形构造冰下融出碛中可以见到一些由砂、粉砂组成的薄层受挤压扰动后产生的变形构造。
这类层一般厚度在0.5cm左右，变形的形态与其所处的具体部位密切相关。在巨砾之下的薄层常常环绕砾石底部发生变形，而在两个巨砾之间的薄层则常因挤压而弯曲。可能是因冰川底部局部空洞中流水作用形成了一些薄层，这些层受到后期冰川前进时挤压而变形。
6.漂砾团块构造
冰上融出碛中常常可以见到一些漂砾团块构造。它们常常出现在原始冰面比较低洼的地方。这是冰上融出碛在其沉积过程中，大砾石的重量大，从坡上滚下的速度快，而首先聚集在低洼地而形成的。这类构造中的砾石ab面及a轴都无优势方位。
三、变形构造复合体
在野外现场观测曾发现大型的经受复合变形的冰碛剖面：在喀喇昆仑巴托那冰川区，曾见一长数百米，高数十米的复合体，一系列褶皱断层展现在剖面上，十分壮观；此外，在祁连山、天山望峰道班冰碛剖面中也同样如此（图347）；祁连山门源白水河谷冰川终碛垄变形构造复合体延伸3km，很是壮观（康建成，1990）（图348，图349）。
（第四节）冰碛物的粒度分析