【类型】期刊

【作者】周尚哲，汪耀华，许刘冰，郑本兴（华南师范大学地理科学学院；中国科学院西北生态环境资源研究院）

【作者单位】华南师范大学地理科学学院；中国科学院西北生态环境资源研究院

【刊名】冰川冻土

【关键词】 龙门山；九顶山；古冰川；冰缘地貌

【资助项】教育部博士点基金项目(20104407110004)；国家自然科学基金项目(41271077)；冰冻圈科学国家重点实验室自主课题(sklcs-zz-2017-01-01)资助

【ISSN号】1000-0240

【页码】P292-298

【年份】2019

【期号】第2期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】汶川地震中央区域龙门山主山九顶山海拔4 984 m,山脊北坡有三处成排分布不少规模较小的冰斗-冰川谷地形,恢复当时雪线高度在4 100 m高度。根据其形态保存程度、古今雪线高度差等情况判断,应当是2阶段冰川作用遗存。据气温和降水资料,现在九顶山雪线高度在5 000 m,刚好超出九顶山顶部。故而九顶山3 800 m以上目前处于冰缘环境,石冰川、石环、融冻泥流等冰缘现象比较突出。九顶山不存在更老的冰川作用及其地貌遗存,是青藏高原以东5 000 m上下的高山只是在末次冰期时抬升跨越冰期雪线而发育冰川这一新观点的又一证据,也是青藏高原第四纪晚期剧烈抬升的又一证据。

【全文】 文献传递

龙门山古冰川作用

周尚哲1， 汪耀华1， 许刘冰1， 郑本兴2

(1.华南师范大学 地理科学学院， 广东 广州 510631； 2.中国科学院 西北生态环境资源研究院， 甘肃 兰州 730000)

摘 要：汶川地震中央区域龙门山主山九顶山海拔4 984 m， 山脊北坡有三处成排分布不少规模较小的冰斗-冰川谷地形， 恢复当时雪线高度在4 100 m高度。根据其形态保存程度、 古今雪线高度差等情况判断， 应当是2阶段冰川作用遗存。据气温和降水资料， 现在九顶山雪线高度在5 000 m， 刚好超出九顶山顶部。故而九顶山3 800 m以上目前处于冰缘环境， 石冰川、 石环、 融冻泥流等冰缘现象比较突出。九顶山不存在更老的冰川作用及其地貌遗存， 是青藏高原以东5 000 m上下的高山只是在末次冰期时抬升跨越冰期雪线而发育冰川这一新观点的又一证据， 也是青藏高原第四纪晚期剧烈抬升的又一证据。

关键词：龙门山； 九顶山； 古冰川； 冰缘地貌

0 引言

龙门山因奇特的地质构造现象而出名， 汶川地震也使龙门大断裂等术语为人们所熟悉。龙门山的主体部分是其西南段， 其最高峰为九顶山， 又名茶坪山， 位于成都盆地北缘(30°58′～31°52′N, 103°27′～104°28′ E)， 呈SW-NE走向由都江堰向北川延伸， 全长约120 km。山脊海拔起伏于4 300 m上下， 主峰狮子王峰(103°50′28″～103°52′42″ E， 31°32′26″～31°33′44″ N)海拔4 984 m。九顶山是5·12 汶川地震的发动区， 为重灾的汶川、 茂县、 北川、 绵竹、 什邡、 都江堰市及映秀镇所包围(图1)，是龙门山大断裂控制抬升而目前新构造运动十分活跃的高山。近些年， 笔者与其他工作者对龙门山古冰川地貌进行了多次反复的野外考察， 在这里予以报道。

单纯从地貌表观来看， 九顶山似乎是川西北高原的一部分， 是岷江沿着汶川-茂县大断裂强烈切割而分离出来的高山， 山顶目前已无夷平面保留。但在地质上， 九顶山是龙门山组成部分。是汶川-茂县大断裂与映秀-北川大断裂控制而推覆抬升的地块， 由单独的前寒武纪变质杂岩即所谓“彭灌杂岩”构成； 与两侧的岩性截然不同[1-2]。而狮子王峰一带主要是石灰岩， 东面的黑龙池原聚水较多， 5·12汶川地震时基本一泄为空， 因其下有溶蚀水道而致。

1 古冰川地貌

九顶山没有现代冰川发育， 但山脊北侧有三处(图1中的A、 B、 C位置)呈现清晰的古冰川地貌。比较突出的是狮子王峰山顶北侧的冰斗-冰川侵蚀谷地(图2和图3)。笔者将这些冰斗-冰川谷进行编号并统计了它们的大小(表1)。狮子王峰比较陡峻， 冰斗不典型， 未发育出反向坡， 但后壁却呈清晰的围椅状， 下部过度为长条形冰川谷， 没有明显的分界。以典型冰斗和冰川“U”型谷来衡量， 狮子王峰的这种冰斗和冰川谷地形不算成熟， 故称之为冰斗-冰川谷比较合适。应当是冰川-积雪-寒冻风化综合作用形成的。没有发现纯粹的冰碛垄， 但在2号谷地的左侧， 有略显垄状的类侧碛分布， 细查乃为岩屑锥连接而成， 因其顶部高度比较一致， 也不排除其下有埋藏冰碛的可能。由表1可见， 这些冰斗-冰川谷海拔高度大致处于4 900～3 800 m之间。单个槽谷从顶部到末端的海拔跨度为900～600 m， 长度1 600～700 m， 宽度500～300 m。1～5号谷纵剖面坡度20°～30°， 6～8号谷纵剖面坡度50°～60°。这种大比降的地形， 是冰川作用之前流水切割所形成。

其次是九顶山西南段北坡即汶川县城附近七盘沟与苹果园沟的源头山脊(图1中的B区)， 也分布着一些冰川侵蚀洼地(图4)。笔者将其编号， 形态明显的有17个之多。最高点在1～2号后壁， 达到4 580 m， 向东逐渐降低， 7～17号一带山脊降到4 300 m上下。1～6号的规模与狮子王峰附近的相当， 海拔跨度也达到600～900 m。7～17号略小， 属于悬冰川侵蚀形成。其规模明显随山脊高度降低而缩小。朝向北面的岷江谷地。

此外， 介于此处和狮子王峰之间的太子城一带(图1中的C区)也有分布， 太子城实际为山顶， 海拔4 800 m。稍北的另一座山峰海拔4 610 m， 也有冰斗-冰川谷分布， 有四个比较明显(图5)。海拔跨度也有600 m左右。

九顶山的雏形冰斗-冰川谷和雪蚀洼地， 基本都是朝北发育， 南坡并不是地形陡峻而不能发育， 而是因为当时阴坡有利于冰雪积累。汶川县城西侧5 270 m的雪隆包也一样， 而附近6 250 m有现代冰川发育的四姑娘山就大为不同， 不同朝向的冰川谷都有。可见九顶山在末次冰期时北坡已跨过当时雪线， 并形成必要的冰川作用正差， 而南坡尚没有， 两侧雪线南高北低。

九顶山未形成比较高大而形态典型的冰碛垄， 冰斗-冰川谷地中仍然有起伏不平的冰川堆积物。在海拔4 030 m上下的高度上， 形成不少小海子。例如狮子王峰更北面大岩房与马道子之间的九龙池(图6)。这里山脊海拔4 490 m。海子位置即在其下方4 030 m的高度。面积平均约3 700 m2。湖边分布有高山草甸和杜鹃等灌木林。这些海子可能与冰川侵蚀或堆积物形成的局部起伏有关。其中马道子梁为明显的终碛阻塞， 形成一个小海子。另一个比较典型的冰川阻塞湖是位于图1中的B区的七盘沟源头， 面积近20 000 m2。

根据以上冰川地貌我们用各种方法[3-10]对当时的雪线进行了估算(表2)。表中CF为冰斗底部高度法(cirque floor altitudes)， GT为冰川作用阈值法(Glacation-threshold method)， THAR为末端至冰斗后壁比率法(toe-to-headwall altitude ratios)。由于九顶山冰斗发育不是很成熟， 所以所谓冰斗底部高度， 不一定十分准确， 但大致不差。可以基本确定， 九顶山发生冰川作用时， 其北坡雪线高度应当是4 100 m上下。这个高度当然还需要扣除冰川作用后的抬升高度才是当时的高度。我们根据当地气温和降水资料， 运用比较通用的方法[11-12]计算， 九顶山的现代雪线大约在5 000 m高度。刚好跨过狮子王峰的顶部， 比冰期时高出900 m。

由于九顶山高海拔地带主要由灰岩构成， 缺乏石英等测年矿物， 所以目前由沉积物获得冰川作用的测年数据比较困难。但是， 从冰斗-冰川谷的规模和新鲜程度、 古今雪线的差值、 以及与川西邻区对比分析， 可以确定这些地貌是末次冰期最盛期的产物。

2 现代冰缘地貌

目前九顶山4 000 m以上的高度处于冰缘环境。寒冻风化作用强烈， 上述古冰川侵蚀地形中堆积了大量的岩屑， 形成岩屑坡、 岩屑锥。尤其显著的是石冰川现象。例如图1中的B区编号为1～14的冰川谷地中普遍有石冰川发育(图7)。初看， 很容易判断为融冻泥流舌， 但其前端鼓起的特征十分显著， 显然有冰核存在。故应当是石冰川。其末端高度4 000～3 800 m(表3)。一般占据在谷地中央， 这个部位容易聚积源头的水流和两侧的岩屑， 流水冻结后受到岩屑层的隔热保温作用， 形成石冰川。由于这些石冰川分布很有规律， 故列表以示其高度。此外4 000 m上下分布的石环也特别典型， 融冻泥流及石河也都普遍存在， 本文不一一列举。

3 古冰川作用与新构造

九顶山是第四纪快速抬升的高山。这从岷江深切的河谷和高大的阶地以及十分活跃的大滑坡和举目可见的滑坡堆积体可以得到证明。岷江谷底茂县-汶川段普遍分布三级阶地， 成为本区抬升速率研究的重要对象。不同作者由此得出的结果大致趋近1 m·(Ka)-1。这个数量级对于校正当时雪线的高度意义不大， 因为末次冰期最盛期以来只有20 Ka， 只产生20 m上下的校正量。但是本区整个第四纪特别是昆黄运动以来的上升速率却至关重要。近些年来， 形成了一个认识， 即青藏高原东缘相邻的5 000 m 上下的高山， 一般只发育末次冰期冰川， 说明这些山地只是到了此时才抬升到冰期雪线以上。九顶山的情况也正符合这一规律。龙门山的推覆构造抬升十分引人注目， 葛仙山二叠系灰岩超覆测年2.6～2.2 Ma的大邑砾岩达十多公里[13]。汶川地震时在灌县-北川断裂带上产生的垂直和水平断距均达4～5 m， 意味龙门山有大幅度的抬升量。其第四纪以来的抬升应当正是以地震断裂累加的方式进行的。九顶山的冰川作用是龙门山(乃至青藏高原)晚第四纪强烈抬升的证据。

4 结论

以上发育不太成熟但却清晰的冰斗-冰川谷说明， 龙门山九顶山地区只存在末次冰期最盛期冰川作用。现代九顶山约3 800 m以上则发育冰缘地貌。本文研究九顶山冰川作用问题， 不敢回避本区更早有无冰川作用的问题。龙门山前葛仙山的飞来峰早在上世纪初就被地质学家确定为推覆构造形成的飞来峰[14]。且得到地质学界的普遍认同。到20世纪末， 有泛冰川论者却认定葛仙山飞来峰和什邡市八角镇的大垭口飞来峰都均为巨大的冰川漂砾， 以支持其青藏高原大冰盖观点[15]， 且被认为飞来峰就是从九顶山顶上被冰川剪切搬运来的[16]。这些观点已遭到广泛否定[17-19]。笔者与其他工作者通过野外考察和Google earth仔细观察， 认为九顶山不存在疑似的更老冰川侵蚀地形， 如果存在， 必定会以更大套谷的形式作为新冰斗-冰川谷地的背景地形而存在。根据前述九顶山冰川地形朝向北坡的情况， 朝向成都盆地的东南坡一侧， 当不会有大漂砾存在。西北坡一侧低海拔地带乃至河谷中也许会有再经重力蠕移或水流二次搬运的漂砾， 但也不会是冰川直接搬运的。将南坡葛仙山等处推覆构造形成的飞来峰错误地当作冰川大漂砾， 来论证所谓两三百万年前青藏高原大冰盖的错误观点， 这种一错再错的研究应当予以纠正。

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(本文编辑： 周成林)

Past glaciation on the Longmen Shan

ZHOU Shangzhe1, WANG Yaohua1, XU Liubing1, ZHENG Benxing2

(1.School of Geography, South China Normal University, Guangzhou 510631, China; 2.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)

Abstract：The Jiuding Shan (4 984 m), as the main range of Longmen Shan and the center high mountain of the Wenchuan Earthquake, present a lot of cirque-hanging valleys of past glaciation on the north slope of the ridge. Based on these glacial landforms, the snowline at the glacial period should be about 4 100 m.We infer that the glaciers developed at MIS-2 from their fresh landforms and the difference of the snowlines between glacial period and present. The contemporary snowline is calculated about 5 000 m high according to the local air temperature and precipitation, just above the top of the Jiuding Shan. So the Jiuding Shan of above 3 800 m is in a periglacial environment today, rock glacier, stone ring, and solifluction lobe developed well. There are no earlier glacial landforms and deposits in Jiuding Shan area, showing the conclusion that the mountains lower than 5 000 m in the east of Tibetan Plateau have glaciations only during the Last Glacial is correct. This is also a new evidence for the quick uplift of the Tibetan Plateau since Late Quaternary.

Key words：Longmen Shan; Jiuding Shan; past glaciations; periglacial landforms

DOI：10.7522/j.issn.1000-0240.2017.0033

收稿日期：2016-11-15;

修订日期：2017-02-10

基金项目：教育部博士点基金项目(20104407110004)； 国家自然科学基金项目(41271077)； 冰冻圈科学国家重点实验室自主课题(SKLCS-ZZ-2017-01-01)资助

作者简介：周尚哲(1952-)， 甘肃秦安人， 教授， 1982年毕业于兰州大学， 从事地貌与第四纪环境变化研究.

E-mail: szzhou@scnu.edu.cn.

中图分类号：P343.6

文献标志码：A

文章编号：1000-0240(2017)02-0292-07

ZHOU Shangzhe, WANG Yaohua, XU Liubing, et al. Past glaciation on the Longmen Shan[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2017, 39(2): 292-298. [周尚哲， 汪耀华， 许刘冰， 等. 龙门山古冰川作用[J]. 冰川冻土, 2017, 39(2): 292-298.]