京西隆恩寺第四紀(jì)冰川圍谷地貌遺跡的探索

1、    京西隆恩寺第四紀(jì)冰川圍谷地貌遺跡的探索    郎咸民 胡國(guó)政 王雨辰 楊宗悅 邵潤(rùn)澤 趙航 從晟摘要：迄今為止，在北京地區(qū)已有多處發(fā)現(xiàn)冰川遺跡。我國(guó)著名地質(zhì)學(xué)家李四光，在20世紀(jì)50年代，帶領(lǐng)研究人員對(duì)北京西山地質(zhì)做過(guò)比較廣泛的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了隆恩寺、八大處、模式口、香山等處的冰溜面等重要冰川遺跡;在20世紀(jì)60年代，在京西潭拓寺地區(qū)又發(fā)現(xiàn)了大量的冰川漂礫、冰川擦痕、u形谷和冰磧物等冰川遺跡;2010年8月，北京延慶縣大莊科鄉(xiāng)發(fā)現(xiàn)了世界上最大的冰臼。這些都證實(shí)了北京地區(qū)第四紀(jì)冰川曾經(jīng)廣泛發(fā)育過(guò)冰川。然而，對(duì)于京西五里坨隆恩寺區(qū)域第四紀(jì)冰川圍谷地貌的探

2、索研究還沒(méi)有先例。本文通過(guò)分析冰川地貌的形成規(guī)律、調(diào)查隆恩寺區(qū)域構(gòu)造和巖性、運(yùn)用冰川圍谷地貌確認(rèn)的地貌組合三要素原則，基本判定京西隆恩寺區(qū)域?yàn)橐坏谒募o(jì)冰川圍谷地貌遺跡。關(guān)鍵詞：第四紀(jì)冰川;冰川圍谷;地貌組合;巖坎;巖盆;刃脊對(duì)于京西第四紀(jì)冰川遺跡的研究，我國(guó)著名地質(zhì)學(xué)家，前地質(zhì)部長(zhǎng)李四光前輩，帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)做了大量的創(chuàng)始工作。1957-1965年，李四光帶領(lǐng)地質(zhì)力學(xué)所的研究人員，對(duì)北京西山地質(zhì)做過(guò)比較廣泛的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了隆恩寺、八大處、模式口、香山等處的重要冰川遺跡，證實(shí)了冰川從山區(qū)達(dá)到過(guò)山麓平原?，F(xiàn)已在石景山區(qū)隆恩寺建有李四光紀(jì)念碑和紀(jì)念亭，在法海寺附近建成了中國(guó)第四紀(jì)冰川遺跡陳列館，以及在八大

3、處的建有冰川漂礫亭，供游人觀覽。1963年底李四光指示地質(zhì)部水文地質(zhì)局責(zé)成北京水文地質(zhì)一大隊(duì)開(kāi)展冰川地質(zhì)勘察，并選擇京西潭拓寺地區(qū)作為此項(xiàng)工作的開(kāi)端，1964年正式開(kāi)展野外調(diào)查。該次調(diào)查發(fā)現(xiàn)了大量的冰川漂礫、冰川擦痕、u形谷和冰磧物等冰川遺跡，證實(shí)了京西潭柘寺地區(qū)第四紀(jì)冰川的存在。在北京地區(qū)霧靈山、長(zhǎng)陵鎮(zhèn)望寶川村、懷柔琉璃廟地區(qū)都曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過(guò)冰臼。特別是，2010年8月，北京市延慶縣大莊科鄉(xiāng)蓮花山森林公園里的白龍?zhí)毒扌褪颖粚?zhuān)家確認(rèn)為冰臼，而且是世界上目前所發(fā)現(xiàn)最大者。依據(jù)冰川氣候具有全球性的變化特征以及低緯度、低海拔地區(qū)冰川的發(fā)育證據(jù)，可以分析出，在全球最大冰川發(fā)育時(shí)期冰川可以到達(dá)延慶和北京地

4、區(qū)。這些冰川漂礫、冰川擦痕、冰臼等冰川遺跡的發(fā)現(xiàn)和已有的研究表明，北京地區(qū)第四紀(jì)早期曾經(jīng)發(fā)育過(guò)巨厚的冰川地貌。然而，對(duì)于京西五里坨隆恩寺區(qū)域第四紀(jì)冰川圍谷地貌的探索研究還沒(méi)有先例。恰逢此時(shí)，北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院開(kāi)展了一項(xiàng)大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目京西五里坨隆恩寺區(qū)域第四紀(jì)冰川圍谷地貌的調(diào)查與確認(rèn)。項(xiàng)目小組通過(guò)文獻(xiàn)查閱、野外勘察、理論分析和模型演示等方法對(duì)京西隆恩寺第四紀(jì)冰川圍谷地貌的調(diào)查與確認(rèn)做了些有益的探索。一、形態(tài)理想的冰川圍谷通常發(fā)生在硬度相對(duì)均勻的一體化堅(jiān)硬山體中任何地貌形態(tài)都是內(nèi)外營(yíng)力共同作用的結(jié)果。內(nèi)營(yíng)力地質(zhì)作用，包括地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿作用和變質(zhì)作用，使地球內(nèi)部和地殼的組成和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，造

5、成地表高低起伏，為外營(yíng)力“修理雕刻”提供了原始“材料”;外營(yíng)力地質(zhì)作用，包括風(fēng)化作用、重力作用、剝蝕作用、搬運(yùn)作用和沉積作用等，使地殼原有的組成和構(gòu)造改變，夷平地表的起伏，太陽(yáng)、流水、波浪、冰川、雨雪、風(fēng)等恰似“修理雕刻”的“刻刀”，其中冰川的剝蝕作用最為強(qiáng)烈。一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)營(yíng)力地質(zhì)作用控制著外營(yíng)力地質(zhì)作用的過(guò)程和發(fā)展。內(nèi)營(yíng)力為外營(yíng)力“修理雕刻”所提供的原始“材料”質(zhì)地并不絕對(duì)均質(zhì)，往往一定程度上帶有各種“瑕疵”，如巖性差異、節(jié)理、破碎帶、褶曲、斷裂、不整合面等，造成山體軟硬不一。然而，外營(yíng)力卻是一個(gè)“欺軟怕硬”的角色，優(yōu)先拿軟的地方開(kāi)刀。冰川作用亦是如此，對(duì)于硬度差別大的巖體，其中軟的地方剝蝕

6、得最狠，硬的地方常常巋然不動(dòng)。冰斗和圍谷的發(fā)育往往受控于巖體硬度的突變而形不成理想的形態(tài)。冰斗和圍谷是山岳冰川最典型的冰蝕地貌，位于冰川的上部。在山體硬度均勻的條件下，冰斗可發(fā)育成理想的形態(tài)，即呈半圓形的圍椅狀，三面環(huán)以陡峭的巖壁，底部是一個(gè)洼地，出口處通常為一高起的巖檻，從出口處縱向看，總體兩邊對(duì)稱(chēng)。而冰川圍谷是在冰斗的基礎(chǔ)上發(fā)育而成的。當(dāng)冰斗內(nèi)冰川不斷地向后剝蝕山體，三面環(huán)壁面積就會(huì)越來(lái)越大，則在環(huán)壁面上就會(huì)再發(fā)育多個(gè)小冰斗，它們底部最終共用最初的洼地和出口，出口處兩側(cè)刃脊呈相對(duì)環(huán)抱狀，圍成一個(gè)更大的扶手椅狀地貌，總體仍呈現(xiàn)大致的對(duì)稱(chēng)性。所以，形態(tài)理想的冰斗、圍谷、刃脊和角峰等冰蝕地貌往往

7、發(fā)生在硬度相對(duì)均勻的一體化堅(jiān)硬山體中，通常為較大規(guī)模的火山巖、變質(zhì)巖等巖體。二、京西隆恩寺區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與地層巖性在地質(zhì)構(gòu)造上，京西隆恩寺區(qū)域位于香峪復(fù)式向斜和八大處復(fù)式背斜之間，且靠近香峪向斜一邊。香峪復(fù)式向斜和八大處復(fù)式背斜是典型的燕山運(yùn)動(dòng)產(chǎn)物，在二者之間發(fā)育著與主構(gòu)造線大致平行的次級(jí)壓性斷裂和褶曲，主次構(gòu)造線走向大致為北東60°。在隆恩寺區(qū)域中間恰有一條次級(jí)壓性斷裂從中間穿過(guò)，如圖1所示。在地層上，由于京西隆恩寺區(qū)域處于香峪向斜的南翼，地層從南到北依次為從老到新。構(gòu)成京西隆恩寺區(qū)域山體的地層有，二疊系上統(tǒng)的雙泉組（p2s），其巖性呈現(xiàn)明顯的兩分性，上部為灰綠、棕黃色凝灰質(zhì)砂巖，有

8、時(shí)夾火山碎屑巖，下部為紫、綠等雜色泥巖與粉砂巖互層，底部可見(jiàn)一層砂礫巖;侏羅系下統(tǒng)的南大嶺組（j1n），平行不整合于窯坡組之下，巖性有兩分性，上部為灰紫色中性粗安質(zhì)集塊角礫巖、集塊角礫熔巖、粗安巖為主的火山巖，下部以灰綠色基性玄武巖為主，見(jiàn)圖2;侏羅系中下統(tǒng)的窯坡組（j1-2y），與下伏南大嶺組呈不整合接觸，與上覆龍門(mén)組呈假整合接觸，巖性為一套灰綠色、灰黑色砂巖、粉砂巖、泥巖等細(xì)碎屑巖為主的含煤地層，夾菱鐵質(zhì)結(jié)核和少量角礫凝灰?guī)r;侏羅系中統(tǒng)的龍門(mén)組（j2l），與下伏窯坡組和上覆九龍山組均呈假整合接觸，且較穩(wěn)定，巖性為灰黑、黑色粉砂巖、炭質(zhì)粉砂巖與灰、綠灰色砂巖、含礫粗砂巖互層，夾灰色礫巖及煤線

9、，可見(jiàn)底礫巖普遍發(fā)育，較大礫徑超過(guò)10cm，見(jiàn)圖3;侏羅系中統(tǒng)的九龍山組（j2j），下與龍門(mén)組平行不整合接觸，上與髫髻山組不整合接觸，巖性為一套灰紫和灰綠色陸相碎屑及含火山碎屑沉積巖，包括玄武巖、凝灰質(zhì)砂巖和凝灰質(zhì)粉砂巖，見(jiàn)圖4;最后，在隆恩寺山前平地為第四系（q）松散沉積，其來(lái)源為周?chē)襟w的風(fēng)化物?？v觀隆恩寺區(qū)域總體構(gòu)造和巖性，山體巖性在硬度和強(qiáng)度上基本上是各向同性的堅(jiān)實(shí)的玄武巖為主，只是在北東60°方向上窯坡組（j1-2y）和龍門(mén)組（j2l）出露呈條帶狀，綜合巖性相對(duì)軟弱，且地層之間存在不整合面，并兼有同向壓性斷裂通過(guò)此條帶，幾個(gè)因素綜合在一起，造成了在改條帶方向上山體的硬度和強(qiáng)

10、度相對(duì)軟弱，形成了相對(duì)軟弱帶，更容易遭到外營(yíng)力的侵蝕。三、京西隆恩寺區(qū)域冰川圍谷地貌遺跡的探索（一）判定冰川圍谷地貌遺跡的地貌組合要素遠(yuǎn)遠(yuǎn)地向隆恩寺區(qū)域山體望去，其總體地貌就具有了冰川圍谷的一些基本特征，如半圓形的圈椅狀、三面環(huán)以陡峭的巖壁、兩側(cè)有大體對(duì)稱(chēng)的環(huán)抱狀的山嶺、底部是一個(gè)洼地等，見(jiàn)圖5。兩側(cè)相對(duì)環(huán)抱狀山脊上的小路是爬友們多年的足跡，標(biāo)志著冰川發(fā)生之初單一冰斗所開(kāi)辟的兩側(cè)刃脊。但僅憑這些還不能斷定該區(qū)域地貌就是冰川圍谷。判斷某種現(xiàn)今時(shí)期的地貌形態(tài)是否為冰川作用遺跡，第四紀(jì)冰川地貌的研究者要基于地貌系統(tǒng)組合的原則，堅(jiān)持整體地貌觀，綜合考察關(guān)鍵性證據(jù)，彼此相互印證，而不能只根據(jù)有限的、籠統(tǒng)

11、的觀察就輕易下結(jié)論。所謂地貌組合，是指由同一成因或成因上有密切聯(lián)系的一些地貌類(lèi)型綜合形成的一套空間結(jié)構(gòu)。利用地貌組合原則復(fù)原冰川作用范圍和研究冰川地貌遺跡是地貌學(xué)中常用的重要方法，但其關(guān)鍵點(diǎn)是同一成因類(lèi)型、同一時(shí)期、同一地域的地貌組合，因?yàn)橹挥羞@樣的地貌組合才能準(zhǔn)確地描述一個(gè)真實(shí)的氣候地貌事件。冰川圍谷作為山岳冰川地貌的一種典型標(biāo)志或特殊“化石”，地貌形態(tài)呈圍椅狀，通常內(nèi)部由多個(gè)冰斗（cirques）組成，形成于冰川平衡線附近。冰川圍谷和單一冰斗一樣，必須包括巖坎、巖盆和斗壁三個(gè)地貌組合要素。巖坎又名冰斗反向坡，?？梢?jiàn)羊背石等冰溜面，大致可代表雪線的高度，冰川遺跡中最能直接指示冰川作用的地貌證

12、據(jù);巖盆，即下凹的盆地或雪粒盆，巖坎未切穿前多為冰斗湖;斗壁是冰川在雪線以上刨蝕山體形成的面，隨著冰斗不斷擴(kuò)大，斗壁后退，相鄰冰斗間的嶺脊變成刃狀山脊，稱(chēng)為刃脊，由數(shù)個(gè)冰斗包圍形成尖狀金字塔形山峰，稱(chēng)為角峰。唯有這些地貌特征的組合存在，才能鑒定某地貌確為冰川侵蝕作用形成的古冰斗或冰川圍谷。（二）京西隆恩寺區(qū)域冰川圍谷地貌遺跡的判定探索對(duì)照冰川圍谷地貌組合三要素，我們進(jìn)行了實(shí)地勘察，初步判斷京西隆恩寺區(qū)域地貌為冰川圍谷地貌遺跡。首先看巖坎。在圖中可見(jiàn)在兩側(cè)環(huán)抱山嶺之間的山下平臺(tái)上建有一片住宅小區(qū)，這個(gè)平臺(tái)就是巖坎。更有力的證據(jù)是在小區(qū)左側(cè)的山腳處，在20世紀(jì)五十年代中國(guó)著名地質(zhì)學(xué)家李四光及其團(tuán)隊(duì)

13、在此地基巖上發(fā)現(xiàn)了冰溜面，當(dāng)時(shí)得到了國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家的一致確認(rèn)，證明曾經(jīng)有冰川從此溜過(guò)。為了紀(jì)念這一重要發(fā)現(xiàn)，后人在此建了李四光紀(jì)念亭和紀(jì)念碑，見(jiàn)圖6。第二看巖盆。在地形圖上，可以清楚地看到，隆恩寺區(qū)域是一圍椅狀地形，山下是一由山體環(huán)圍的口小肚大的洼地，恰似圍椅的座面，見(jiàn)圖7。為了實(shí)地獲得完整的宏觀巖盆面貌，我們沿著右側(cè)陡峭的山嶺開(kāi)始向上攀爬，在海拔400米處回頭望去，盡管早已被建筑物所覆蓋，但仍可以看到完整的盆狀景觀，見(jiàn)圖8。第三看斗壁或刃脊。隆恩寺右側(cè)山嶺，概因其異常陡峭險(xiǎn)峻，古稱(chēng)刀子嶺，現(xiàn)稱(chēng)刀背嶺，與冰川學(xué)術(shù)術(shù)語(yǔ)“刃脊”完美地不謀而合。從山腳下開(kāi)始向上攀爬，不時(shí)手腳并用，多處讓人幾近望而卻步。在海拔550米處，我們見(jiàn)到了不可置疑的冰川刃脊的痕跡，見(jiàn)圖9。四、結(jié)語(yǔ)根據(jù)冰川圍谷地貌組合三要素，經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察探索，可以清楚地識(shí)別出同一成因的巖坎、巖盆和斗壁，更有冰溜面和刃脊遺跡所佐證，所以，基本可以確認(rèn)京西隆恩寺區(qū)域?yàn)橐坏谒募o(jì)冰川圍谷地貌遺跡。不難發(fā)現(xiàn)該冰川圍谷地貌并非呈理想的對(duì)稱(chēng)的圍椅狀，而是明顯地向大致北東60°方向延伸。究其原因，如前文分析，應(yīng)該有以下三方面：一是北東60°為主次構(gòu)造線走向且在隆恩寺區(qū)域中間恰有一條次級(jí)壓性斷裂從中間穿過(guò)，二是在此位置和方向上集中平行出露者