第27章 冰川堆积(10)
作者通过对乌鲁木齐河源1号冰川底部羊背石表面冰—岩界面处沉积物结构的分析认为，亚大陆性冰川底部基岩面上也存在水膜。首先根据物理学上压力降低熔点增加的理论，由于在冰川底部冰—岩界面处存在巨大的冰川压应力，它完全有可能将冰压融成水。而且据报道，1号冰川底部的最高温度可超过熔点（埃克迈依等，1987），在此条件下更应该有液态水的存在；其次，冰川底部冰体与基岩面的摩擦亦能为冰的液化提供一部分热量；最后，通过前面作者对沉积物及基岩结构构造的分析可知：显微滞碛、包卷层理、滑塌构造及拔蚀作用等均是在液态水的参与下才得以实现的。由此可见，亚大陆性山谷冰川底部冰—岩界面处的确有水膜的存在。并导致亚大陆性冰川底部运动亦有滑动。据研究1号冰川底部滑动约占冰体运动的10%左右（埃克迈依等，1987）。照片313显示基岩表面沉积物中的块体碎裂、磨光面、刻痕、微裂隙的人字形构造及不对称眼球等现象均说明冰川对基岩表面存在巨大的剪切应力作用。冰底情况若按大陆性冰川而言只是单纯的冰体蠕动（或冰层卷曲）式前进不可能提供如此巨大的剪切应力，故其底部必然存在滑动。李世杰（1985）对乌鲁木齐河源1号冰川冰面冰碛垄的成因有相关分析。
（二）小结
通过对天山乌鲁木齐河源1号冰川东支末端羊背石表面基岩与沉积物显微结构、构造的观察分析，得出如下一些认识：
（1）通过对冰积物的胶结状态、成层特性、显微变形和基岩的微裂隙与颗粒的破碎状态来看，冰川底部存在较大的挤压应力作用，但由显微滞碛等现象来看，压应力在微观上的空间分布也是不均匀的。
（2）通过沉积物中块体碎裂和基岩上的人字形构造、不对称眼球构造看，冰川底部冰体对基岩面有巨大的剪切应力作用。
（3）滑塌构造亦可说明冰川底部在微小的区域内压力分布不均匀，局部有重力作用过程存在。
（4）通过对冰川底部各种动力作用特征的阐述和沉积物结构、构造的成因及特性的总结，认为亚大陆性山谷冰川底部冰—岩界面处存在水膜，且有冰底滑动存在。实际上冰底滑动与否直接影响到冰碛物的粒度组成，因为滑动导致粉砂粒级的产生。由此导致人们进而研究海洋冰川（底部滑动占冰川运动的90%）和大陆性冰川（滑动只占10%）在地貌过程和沉积上的差异（崔之久，1987）。由于海洋性冰川冰川温度高（负零点几度），故冰川塑性强，冰底有水膜，产生滑动，研磨；而大陆性冰川冰川温度低（—8——10℃），刚性强，冰底与岩床是冻结的，因而不产生滑动，也不产生粉砂级物质（1）。此外，海洋性冰川底部冬季也不冻结，冰融水也不断流，对冰碛物的冲刷也较强烈，故冰碛多转移成冰水物质，以中欧的冰水平原（如波兰、德国北部）最为典型。……凡此种种都意味着冰川气候类型的差异对冰川地貌（侵蚀地貌和堆积地貌）和沉积都有内在的成因上的影响，这方面的研究亟待深入。
（第六节）山地冰川冰碛物源区重建与冰川槽谷演化
这是一个需要探讨的关于冰川侵蚀—堆积过程的理论性的问题。选择以天山和喜马拉雅山为例，它充分显示了地貌学和沉积学之间的内在联系。
一、以天山乌鲁木齐河源区为例
在天山以及其他山区，通过对冰碛岩性成分的统计得知：终碛垄物质大部分（60%—70%）来自源头；滞碛的相当部分（40%—50%）是当地岩性，其余来自源区；侧碛垄有40%—50%是当地成分。从查明冰川上游基岩岩性和分布，找出不同时期冰碛物的岩性成分，并与当地地质图及地形图对比得知：早期冰碛物的陆源区是在现代粒雪盆的下方一定距离内；而后期冰碛物的来源区又移向上游。由此可知，与河流一样其源头和粒雪盆的位置是逐渐向上溯流迁移的，老的粒雪盆所在处则逐渐转化为槽谷的一部分。这是我们从研究乌鲁木齐河源区冰碛岩性组成来源与槽谷演化中得出的主要结论（崔之久，1981a）。国际同行虽然关注的角度不同，但也都认为冰斗有溯源作用（Dreimansetal，1969；Souchez，1966）。
（一）不同时期冰碛物岩性成分统计
1.现代冰碛
天山乌鲁木齐河源1号冰川现代终碛垄有三道：从最外侧往内数起，第一、第二道皆呈弧形，两者平行，向内第三道距第一、第二道稍远。它们的岩性和磨圆度见表320。此三道终碛垄及1号冰川地段正位于背斜轴部，因区域挤压应力作用，在轴部发育张性断裂及大量节理。频繁的岩浆活动伴随动力或热液等变质作用，在此形成较大规模的闪长岩、花岗闪长岩侵入体及眼球状片麻岩分布区（图326）（李树德等，1981）：
（1）冰碛岩性成分与邻近地段岩性直接相关，肉红色花岗岩及花岗闪长岩在第一、第二道终碛垄处有，而在第三道终碛垄没有。在第二道终碛垄发现有少量灰白色大理岩化灰岩。而在其相邻的第一和第三道终碛中没有。这些都直接与岩性分布有关。例如，在第一、第二道终碛北侧山坡不远有北—南东向肉红色花岗岩小岩体分布，而这以上没有，故于第三道终碛找不到这类岩石；而大理岩化灰岩也只在第二道终碛东侧高处有。
冰碛中石英脉岩屑较普遍出现，这直接与该地区沿岩层走向或X节理裂隙大量出露的石英脉有关。在这几道终碛垄的东北侧灰绿色绢云母石英片岩较多；而正西侧眼球状片麻岩、花岗闪长岩及闪长岩成片，亦系直接受两边出露基岩岩性所控制。此外，在相邻的6号冰川现代终碛垄中，也看到南、北两侧岩性不同（表320，表321）。在南边主要岩性有凝灰岩、安山岩、凝灰角砾岩，而北侧是中性辉长岩、基性辉绿岩，还夹有细晶岩脉穿切。这正好与6号冰川现代终碛物质成分的分布特点相对应，这与冰川两侧的磨蚀作用或岩石因寒冻风化剥落于冰川中运移是分不开的。这种岩性成分在空间上泾渭分明的情况正是冰碛物的特点。
（2）从不同地点磨圆度百分比看出，棱角状以距现代冰川末端最近的第三道终碛最多，距离远的第二、第一道终碛垄则越来越少。相反次棱角状和次圆状从第三道终碛到第二、一道终碛越来越多。
2.冰后期（新冰期）冰碛
新冰期的冰碛垄，如天山1号冰川现代终碛垄以下1750m处的冰碛垄和气象站附近的终碛垄（岩性与磨圆度见表320，表321），以及6号冰川在距末端以下约600m处的冰碛垄，还有罗卜道沟口冰碛垄等。对比冰碛垄的岩性和磨圆度后发现有以下特点：
（1）从距1号冰川冰舌1700m处到气象站，再到哈依萨冰坎（鼓丘）处一线，在粒径大于20cm的岩性中，眼球状片麻岩含量分别为70%、24%、26%；在粒径小于20cm的岩性中则相应为8%—4%，逐渐减少；而肉红色花岗岩及硅质岩则逐渐增加（图392，图393）。这不仅与岩性分布有关，而更重要的是，由于片麻岩块大而坚韧，抗风化和抗机械破坏能力强，只能磨耗而不易破碎；花岗岩性脆，特别易碎成细小碎屑块；硅质岩则因节理极发育亦更易破碎。所以后二者随着运移，破碎岩屑不断增加。例如，粒径大于20cm的硅质岩在气象站占4%，到哈依萨冰坎处已没有；而粒径小于20cm的却占26%，其中棱角状占68%，次棱角状占32%。在罗卜道沟口也是一样，硅质岩占30%，其中棱角状占93%，次棱角状占7%。这均表明来自当地的硅质岩皆很快破碎成小块（图392，图393）。
（2）肉红色正长岩，只在哈依萨冰坎处见到，粒径大于或小于20cm的均占12%，除次棱角状占15%外，其余全是棱角状。调查中发现，正好在该处有一正长岩体，它阻挡了冰碛物的运移，并使其受挤压而形成似鼓丘地形。
（3）从岩性总磨圆程度看，随着冰碛物运移距离增大，棱角状百分比减少，而次棱角状逐渐增加。而到了哈依萨冰坎处为什么棱角状的百分比又有所增加呢？这是因为当地正长岩体及硅质岩出露，形态均为棱角状，从而使该地棱角状百分比相应增加。
3.上、下望峰冰碛
分析216国道113里程处（以下简称“113里程”）的低侧碛垄、望峰最新一道终碛垄、上望峰冰碛、下望峰（道班房东500m处）冰碛层等，比较这几处冰碛物的岩性和磨圆度，可以看出：
（1）不管是望峰最新一道终碛，还是上望峰冰碛上层或是下望峰冰碛，岩性种类均不同程度地比113里程处低侧碛有所增加。例如，望峰最新一道终碛增加了石英岩、凝灰岩、凝灰砂岩等。上望峰冰碛上层增加了石英岩、凝灰岩、辉石角闪岩等。这清楚地表明，113里程处的侧碛是当地岩性较多，而上、下望峰冰碛系以融出碛为主、外来物质占主导地位。
（2）从113里程处向下游望峰冰碛方向各点岩性总磨圆程度逐渐变好。
（3）以上冰碛物岩性组成成分中眼球状片麻岩、石英片岩、硅质岩、花岗岩、闪长岩、辉绿岩等在各处均有不少，比较稳定。但碳质页岩只在113里程处找到，且粒径小于20cm，其余各地均没有。这表明碳质岩极易被破坏而消失。
（二）槽谷与冰坎
从宏观上看，天山乌鲁木齐河源区冰川槽谷纵剖面（图394）中最引人注目的冰蚀地貌是冰斗、槽谷、悬谷及阶梯状槽谷纵剖面（照片314）。台湾雪霸山冰川源头的冰斗也十分典型（照片315）。国内外对冰川侵蚀地貌的研究有系统成果可以参考（Embetonetal，1975；Sugdenyetal，1976；White，1970；Small，1976），对冰川槽谷横剖面也一直十分关注（Svensson，1959；崔之久等，1997；埃克迈依等，1987；Sharp，1990）。
1.槽谷
天山乌鲁木齐河源区有双层槽谷，即下槽谷和上槽谷（图395，图396）。
（1）下槽谷：下槽谷保存完好，形态典型（照片317），属典型的高山型槽谷。
其断面形态按Svensson（1959）分类呈抛物线形，b值平均为1.667，比较接近正常抛物线（b＝2）。按作者分类其横剖面的深、宽比为1∶（3.7—4），属中型。在平面上谷地“上宽下窄”也很明显。如哈依萨岩盆处，宽1.5km，至望峰道班处宽仅0.5km，在9km内收窄到约1/3。这是冰川槽谷与一般河谷的明显区别之一。按作者分类其纵剖面属多阶型。在望峰以上的主谷内共有五级冰坎和相应的岩盆（图394）。在罗卜道沟内也有五级冰坎和岩盆。下槽谷的深度在望峰冰碛丘陵处，即216国道108—110里程碑处最深，达200m。此处悬谷口的高度亦相等。由此往上，槽谷肩和悬谷口的高度明显减小，在113里程处高160m，至4号冰川悬谷高度已降到了100m，3号冰川谷口悬谷形态已基本消失。在中纬度高山区，槽谷深度与悬谷高度的纵向变化有不同情况，一般的是上游槽谷肩高，往下游减低，因为上游冰量大，厚度大；往下游冰量减少，厚度减小。如阿尔卑斯山中部的瓦尔德·赫文斯（ValdHevens）谷地（谷深300m左右），槽谷肩和悬谷的相对高度从下游的100m向上递增，在50km距离内增高至500m。而本区基本相反，即罗卜道沟汇口以上槽谷肩和悬谷高只100m左右，而汇口以下明显增高至200m，过望峰以后又逐渐降低，以至槽谷消失。可见罗卜道沟汇入的冰量直接导致上述的变化。
（2）上槽谷：虽然后期切割破坏，但至少在六个地方保留很好（图395）。其一，216国道109—112里程碑段谷地南侧有一大片高出谷底200—300m的高平台，这是上槽谷保留最好的一段。宽500m，长1km多，向东断续延伸约2km而消失，上覆厚约10m的冰碛层。其二，在此平台下游对岸有一段保存很好的上槽谷。其三，在此平台上游对岸有一长条上槽谷保留，其前缘还有几块巨大的眼球状片麻岩漂砾。其四，在罗卜道沟沟口两侧有一高平台，此乃支沟内的上槽谷，上有外来漂砾。据此以恢复上槽谷的平面位置，其走向为N70°W，与下槽谷近东西走向之间有一小夹角。其原因在下槽谷发育时，谷地已进一步适应了近东西向的断层破碎带。此破碎带偏于谷地南侧，现代河流也偏于南侧，导致了谷地不对称。同时，罗卜道沟口出来的冰流方向亦直指南向，地北侧冰川消融强于南侧，使冰川主流线也偏于南侧，这些更加促使了罗卜道沟南侧谷地的不对称性。
上槽谷在罗卜道沟口的海拔高度是3550m，转入主谷沿北侧山坡向上游追寻正好与天山冰川站和气象站所在的山北道班岩盆后面的大冰坎（称北山道班冰坎）基部（3600m）相连接。这个冰坎顶部海拔3680—3700m，其规模比下游冰坎（如气象站冰坎）要大，这不符合冰坎规模向上游变小的一般规律。此处的基岩岩性以眼球状片麻岩为主，而上槽谷冰碛中含此类岩性达18%，两者在岩性上的联系是明显的。因此，推测以上冰坎可能是上槽谷堆积时的“槽谷头”（即粒雪盆后的冰坎）上，下槽谷的坡降、高度等。
上槽谷宽、浅、平缓，走向偏NW SE向，与构造线斜交。下槽谷窄、深、稍陡，走向已与构造线适应。因此，上、下槽谷有部分斜交。这表明上槽谷发育时，当时山势较缓，发育的冰川也比较宽、缓，而且薄。经间冰期下切、抬升，谷地坡度加大，从而使下槽谷加深、变窄、坡降增大。它所表明的山地发育史与冰川地貌之间的内在关系是很有代表性的。
2.冰坎与岩盆
天山乌鲁木齐河源区无论是大西沟主谷或罗卜道沟皆有一系列冰坎和岩盆。
（1）形态特征与形成时代。
最有代表性的冰坎与岩盆有两组，即气象站冰坎与哈依萨岩盆和山北道班冰坎与岩盆。
气象站冰坎有三级阶梯（照片316），岩性以石英片岩为主，上覆巨型眼球状片麻岩漂砾，冰蚀磨光面比比皆是。该冰坎和哈依萨岩盆的成因与天山乌鲁木齐河源区3、4号冰川汇入及断层构造有关。这一冰坎是本区一条重要的地质、地貌界限，由此冰坎往西、往南，皆出露眼球状片麻岩，这是根据冰碛岩性重建陆源区的标志性岩性之一。譬如，下端的红五月桥在北岸海拔2860m高台上发现一套最老的冰碛物，其中完全缺失眼球状片麻岩，碎屑矿物和重矿物中也没有该岩石风化后的矿物种类。因此推测，当时冰川的粒雪盆只能在此冰坎以下某处，而不是以上。
哈依萨岩盆是一个大而深的岩盆，比降在各岩盆中最小。其下游端有哈依萨冰坎堵塞，故此处肯定曾是一个封闭的洼地，后期始被切开。目前是一大片沼泽地，冰水堆积，其北侧是一系列羊背石分布区（图398）。