山东蒙山冰川遗迹的类型、特征和年代——答王乃昂教授、李吉均院士质疑
【类型】期刊
【作者】王照波,王江月(自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室;沂蒙山国家地质公园管理局;山东指南针矿产勘查有限公司;曲阜师范大学地理与旅游学院)
【作者单位】自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室;沂蒙山国家地质公园管理局;山东指南针矿产勘查有限公司;曲阜师范大学地理与旅游学院
【刊名】地质论评
【关键词】 蒙山;擦痕;新月形裂纹;新月形裂口;新月形凿口;颤痕;侧碛垄;全新世
【资助项】国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室开放课题(编号:201403);山东指南针矿产勘查有限公司的资助的成果
【ISSN号】0371-5736
【页码】P603-622
【年份】2019
【期号】第3期
【期刊卷】1;|7;|8;|4;|5;|2
【摘要】鉴于王乃昂教授、李吉均院士等否定了蒙山拦马墙等冰川遗迹的冰川成因,本着学术的辩论是接近科学真相的有效途径,故撰写本文。重点就王乃昂教授在其论文中采用人工采样坑作为地震撞击坑的证据问题、冰川擦痕认知的局限性问题进行了阐述。详细描述了蒙山存在的擦痕、颤痕、新月形裂纹、新月形裂口、新月形凿口、钉头鼠尾擦痕等类型丰富的冰川遗迹,并与四川海螺沟现代冰川槽谷各类擦痕、美国缅因州的颤痕等进行了对比。就争议较大的拦马墙巨石垄的组构特征、形成过程与形成时代进行了研究分析。在此基础上就冰川与洪水、泥石流之间的动力学差异进行了讨论。研究发现,脱离了"冰是固体"这一基本的认知范畴,必然导致泥石流论的泛滥。蒙山类型丰富、形迹清晰的冰川擦痕,为我国第四纪冰川遗迹的研究提供了实物样本。
【全文】 文献传递
山东蒙山冰川遗迹的类型、特征和年代——答王乃昂教授、李吉均院士质疑
李四光先生于1921年在太行山东麓沙河和大同附近发现第四纪冰川遗迹,并发表相关文章(Lee J S,1922),当时的北洋政府农商部顾问、瑞典地质学家安特生否认中国华北地区会存在第四纪冰川(见李四光,1975)。此后,李四光先生发现了庐山第四纪冰川遗迹(Lee J S,1933),首次提出了鄱阳冰期、大姑冰期和庐山冰期。后来,李四光先生出版了成稿于1937年的《冰期之庐山》专著(李四光,1947),成为中国第四纪冰川研究史上的标志性事件。1981年开始,施雅风撰文质疑庐山冰川遗迹,主张属于泥石流成因,掀起了对中国东部冰川新一轮的有无之争,撰文并分别出版了中国及东部第四纪冰川与气候演化方面的专著,得出结论:“我们明确无误的认为,中国东部3000~2500m以下的中低山在第四纪期间从来未有过冰川活动。”并明确指出:“李四光教授的庐山第四纪冰川是对泥石流的误读”(施雅风,1981,1982,2010,2011;施雅风等,1989,2005)。
1998年起,韩同林等和吕洪波等认为中国东部内蒙古、河北、山东等地若干山脊壶穴是冰川成因(韩同林等,1998,1999;韩同林,2004; 吕洪波等,2005, 2006),但李德文等(2003)、章雨旭(2005)、章雨旭等(2011)认为这些山脊壶穴是差异风化形成;朱银奎(2014)则认为是现代壶穴中水反复结冰所致。笔者等认为山脊壶穴成因具多解性,不宜作为中国东部中低山区曾经有第四纪冰川作用的证据使用,应更多地采用冰川作用的系统证据来论证。
中国东部中低山区的第四纪冰川问题就真的定论了吗?科学的真相有赖于事实证据的支持,新证据的发现往往会起到关键的支撑作用。笔者等基于对蒙山国家地质公园佛塔谷拦马墙及擦痕等的详细调查研究,认为可能是第四 纪冰川遗迹(王照波等,2017a,2017b,2017c, 2018a,2019;王照波,2017)。
图1 蒙山地质公园兰溪峡谷—佛塔谷冰川遗迹与样品采集位置图
Fig. 1 The glacial relics distribution and sampling locations in Lanxi—Fota valley, Mount Mengshan National Geopark
(a)蒙山在山东省的位置,图中b框为图1b位置;(b) 兰溪峡谷—佛塔谷在蒙山的位置,图中c框为图1场位置; (c) 重点冰川遗迹与采样点分布: ① 平行擦痕与新月形裂纹(图4a、c),② 新月形凿口(图6a), ③ 交叉、毛糙擦痕(图3a), ④ “断开擦痕”、挤压崩口与MS1、MS2采样点(图5), ⑤ LM01采样点, ⑥ LM02采样点, ⑦ “地震撞击坑”与MS3采样点(图2), ⑧ 颤痕位置(图6c), ⑨ MS01采样点, ⑩ MS04-1采样点(图10)
(a)Mount Mengshan Geopark location (rectangle b) in Shandong province (b) the region of Lanxi—Fota valley(rectangle c) in Mount Mengshan; (c) the main sampling locations of glacial relics: ① parallel striation(Fig. 4a, c), ② crescentic crack(Fig. 6a), ③ intersected and rough striation(Fig. 3a), ④ “interrupted striation”(Fig. 5),⑤ the sampling location of the sample LM01, ⑥ the sampling location of the sample LM02, ⑦ “the earthquake impact crater” and the sampling location of the sample MS3(Fig. 2), ⑧ chatter marks(Fig. 6c), ⑨ the sampling location of the sample MS01, ⑩ the sampling location of the sample MS04-1(Fig.10)
这马上引起了学界关注和质疑。如王乃昂等(2017a)(题为“渐趋完善的第四纪冰川研究范式——记第四届中国第四纪冰川与环境变化研讨会”, 以下简称《范式》)以非学术的语言称笔者等对于蒙山第四纪冰川的研究为“徒增混乱”。王乃昂等(2017b)(题为“第四纪冰川遗迹的标准与方法问题——兼论蒙山巨砾堆积堤之成因”,以下简称《问题》),依据其在蒙山两天的考察为基础,对蒙山佛塔谷拦马墙及擦痕等进行了分析,最后得出:就佛塔谷擦痕,“目前认识水平只能推测为山洪水泥石流携带砾石撞击、摩擦形成”; 而拦马墙,“可能是流水作为搬运介质的山洪泥石流堆积”, “可能是1668 年7 月25 日郯城大地震保存下来的群发性灾害遗迹”。李吉均等(2017)(题为:“极海洋型冰川是什么冰川——与景才瑞先生商榷”,以下简称《商榷》)说:“中国东部中低山地第四纪冰川问题争论再掀波澜。伴随冰臼—冰川论,又兴起山东中低山地冰川说,以局部来支持泛冰川乃至泛冰盖观点。”并断言:“山东一带发现的所谓‘第四纪冰川遗迹’很难站得住脚。”
细读《问题》一文,可以发现上述的“推测”和“可能”均仅仅是猜测,并无坚实的证据支撑,且有些“证据”并非地质事实。 鉴于学术的讨论有益于认识的提高,正如《问题》(王乃昂等,2017b)一文的开篇所言:“判断中国东部中低山地冰川作用遗迹的真伪,只能通过科学实践检验和学术争鸣加以解决。”本着学术的争鸣,本文就王乃昂教授、李吉均院士对山东蒙山第四纪冰川遗迹的质疑进行讨论。
王乃昂等(2017a,b)和李吉均等(2017)三文均发表于《冰川冻土》,按惯例本文稿也首先投到了《冰川冻土》,但很遗憾被退稿。鉴于笔者等发表的被称作“徒增混乱”、“站不住脚”的诸篇蒙山冰川文稿的第一、二篇是在《地质论评》刊出,故还希冀素有“百家争鸣”著称的《地质论评》就这一学术问题给予笔者等解答质疑的机会。
图 2 人工采样凿口与《问题》文中的“地震撞击坑”:(a) MS3样品采样现场; (b) MS3采样凿口放大图; (c) 《问题》文中的“撞击坑“附图
Fig. 2 The comparison of man-made sampling pit with the “earthquake impact crater” in Wang Nai’ang, 2017b&:(a) Sampling spot of thesample MS3; (b) the enlarged sampling spot of the sample MS3 (c) the insert map of “earthquake impact crater”(boulder crater) in Wang Nai’ang,2017b&
蒙山位于山东省的中南部(图1a中b框),泰山南东方向100km处,山脉呈北西—南东向展布(图1b),主峰龟蒙顶海拔1156 m,拦马墙侧碛垄与兰溪冰川槽谷位于蒙山山脉南西侧(图1b中c框),为了直观显示冰川遗迹点与年龄采样点的位置情况,将争议中的重要冰川遗迹点与年龄样品的采集点标注于图1c中。
1 关于地震“撞击坑”
众所周知,证据是立论的基础,因此证据的采集务求准确可靠。本文附图2c(见《问题》一文图3d),位置位于图1c⑦处,《问题》一文(王乃昂等,2017b)认为是“撞击坑”,作为支持其解释拦马墙地震成因作用的证据,并推测其为1668年郯城大地震时撞击形成的。该处所谓的地震撞击坑,实质上是笔者等于2016年11月7日采集宇生核素样品(样品号: MS3)时遗留的采样人工凿口(35°33′25″,117°,48′58″)。图2a为采样现场照片,图2b为采样凿口的局部照片,图2c为《问题》一文“撞击坑”附图。另外,该样品获得的宇生核素年龄为7.01±1.74 ka BP(王照波等,2017c),即,该巨砾的暴露时间应当是约7 ka 前, 与《问题》一文中推测发生于1668年的郯城地震的时间相差甚远。
《问题》一文将笔者等在2016年11月7日采集宇生核素样品时的“人造坑”当作论述其1668年地震理论的重要证据,对遗迹的新老程度、形态特征、动力过程、人为影响等作出如此匪夷所思的判断,这与学术对证据要求的严谨性大相径庭,突显了《问题》一文在证据采集和成因判断上的不够严谨。
2 关于冰川擦痕的类型和特征
冰川擦痕在判断是否存在冰川作用中具有重要意义,也被许多冰川研究者所重视(李吉均,1982;王斯文,2015)。应当说,《问题》作者等研究者在西部现代冰川分布区研究冰川擦痕,具有得天独厚的条件。但是《问题》一文显示出其作者对于冰川擦痕自身具有的复杂性、多样性认识不足,对擦痕的认知片面而教条,不能从冰川作用的过程上去分析问题。
2.1 关于交叉擦痕
《问题》文中表述了蒙山的交叉擦痕(图3a),该处擦痕位于图1c③处(N35°33′33″、E117°49′36″),“分叉擦痕”(见《问题》图2),由于这些擦痕表现出毛糙、交叉特征,《问题》一文将其判断为洪水作用的证据。
图3 交叉毛糙擦痕与钉头鼠尾擦痕: (a)蒙山岩壁交叉毛糙擦痕;(b) 海螺沟岩壁交叉毛糙擦痕;(c) 蒙山冰碛砾石表面钉头鼠尾擦痕;(d) 海螺沟岩壁钉头鼠尾擦痕与交叉毛糙擦痕
Fig. 3 The intersected rough striation and the “nail-head—rat-tail” striation:(a)The intersected rough striation in Mount Mengshan; (b) the intersected rough striation in Hailuo Valley,western Sichuan; (c) the “nail-head—rat-tail”striation in Mount Mengshan; (d) the intersected rough striation and the “nail-head—rat-tail” in Hailuo Valley,western Sichuan
笔者等在2017年12月上旬考察四川海螺沟冰川遗迹时,发现在其冰川槽谷的岩壁上也同样存在具有交叉状毛糙特征的擦痕(图3b、d)(N29°34′01″、E101°58′45″)。分析其原因,尽管冰川移动具有一定的线性特征,呈现出一定的固体状态,但在运移过程中由于局部环境的改变,如山谷的坡度、弯度,谷底的障碍物的影响,使得冰川局部产生运移方向上的改变,从而导致擦痕的多向性。此外,多期次的冰川作用,因其冰体侧壁的高度、推进端的高度等的差异,都会造成不同期次冰川擦痕之间的交叉。多个方向擦痕的交叉刻蚀,必然造成擦痕边部的毛糙。此外,较硬的岩石更容易形成擦痕的毛糙特征。因此,局部的擦痕出现交叉、分叉是冰川擦痕的正常现象,这从海螺沟现代冰川槽谷岩壁上的交叉毛糙擦痕就可以得到很好的例证。《问题》一文将其列为洪水成因的证据,属于对冰川擦痕特征的多样性不了解而出现的认识性问题。
2.2 关于“钉头鼠尾”擦痕
《问题》言: “国内地学教科书和文献,仍认为冰川擦痕呈钉型,擦痕的一端粗而另一端细,细的一端指向冰川下游。这种认识不啻不完善,尤其钉头鼠尾单条擦痕根本不是冰川所为,过去据此推断冰川作用遗迹是错误的。”这种具有钉头鼠尾特征的擦痕在川西海螺沟现代冰川槽谷的岩壁上赫然存在,图3d(N29°34′01″、E101°58′45″)左上角黄色虚线内则为海螺沟现代冰川槽谷岩壁上的典型钉头鼠尾擦痕,该钉头鼠尾擦痕的细端指向冰川下游,准确的指示了冰川运动的方向。该类型的擦痕在蒙山也多有发现,图3c中黄色虚线中的钉头鼠尾擦痕(N35°30′33″、E117°52′39″)产出在蒙山黄连口冰斗出口位置的终碛垄中,特征极为标准,这与海螺沟产出的钉头鼠尾擦痕具有特征上的一致性。
图4 细密、平直、平行擦痕与新月形裂纹、擦痕组合:(a)蒙山兰溪槽谷岩壁擦痕; (b) 川西海螺沟岩壁擦痕; (c) 蒙山兰溪槽谷岩壁上的新月形裂纹、擦痕组合; (d) 新月形裂口的形成机理(弧凸指向上游); (e) 新月形裂纹的形成机理(弧凸指向下游)(据李吉均,1982修改);图中箭头示冰川运动方向
Fig. 4 Fine, straight and parallel striation and the crescentic cracks, striation combination: (a) The striations on Mount Mengshsan palisades; (b) the striations on Hailuo Valley palisades, western Sichuan; (c) the crescentic cracks and striation combination in Mount Mengshan; (d) the formation mechanism of crescentic cracks(down-flow cracks); (e) the formation mechanism of crescentic cracks(contra-flow cracks) the arrow shows the glacial movement direction
钉头鼠尾擦痕显示的是冰川中裹挟的岩块在向下运移的过程中,其对于槽谷岩壁的压力存在逐渐减小的过程,其原因是多方面的,如冰体的融化导致岩块的松动、冰体裹挟岩块发生旋转、运移方向的改变或岩块尖端的崩坏缩短等而导致压力减小。《问题》一文引用了Rea (2007)对于擦痕的分析将擦痕分为三种类型,其第三种擦痕表述为:“从深度宽度均为最大值的顶端起始,顺着冰川前进方向变浅变窄,擦痕的细端指向冰川下游。”地学教科书上的“钉头鼠尾”擦痕与《问题》一文称的“第三种类型的擦痕”,在特征、成因与力学过程上具有一致性,属于同物异名而已。《问题》一文前面否定了“钉头鼠尾”擦痕的存在,后面又肯定“第三种类型的擦痕”的存在,其表述明显存在逻辑上的 “自相矛盾”。
郑本兴等(1985)在研究冰碛擦痕特征时,明确提出存在“钉子形”擦痕。熊黑刚(1983)在研究冰碛擦痕时也明确提出“在冰碛石擦面上便是粗大的擦痕,擦痕的形态各异,并不都是 ‘钉头鼠尾’者”。不知《问题》是怎么得出“钉头鼠尾单条擦痕根本不是冰川所为,过去据此推断冰川作用遗迹是错误的”这一结论的?四川海螺沟冰川槽谷“钉头鼠尾”擦痕的存在,也证明了《问题》在冰川擦痕的类型认识上存在严重不足和偏颇。
2.3 关于“细密、平直、平行分布特征”的擦痕
《问题》一文仅根据其有限的、局部的调查看到的交叉擦痕等特征,进而断言蒙山所产出的擦痕不具备冰川所特有的“细密、平直与平行分布的特征”,并由此得出蒙山擦痕不是冰川作用形成的结论。
图4a为兰溪槽谷岩壁上的擦痕(位于图1c①处) (N35°33′37″、E117°49′48″)。该擦痕分布在高出谷底约20m的垂直岩壁上,这些擦痕显示出《问题》一文表述的冰川典型擦痕所特有的“细密、平直与平行分布的特征”。图4b(N29°34′01″、E101°58′45″)是笔者等在海螺沟现代冰川槽谷的崖壁上观察到的冰川擦痕,其显然与蒙山兰溪槽谷崖壁上的“细密、平直与平行分布”的擦痕特征具有一致性,其中一条较长的擦痕甚至都具有一点微小弧度。《问题》将没有观察到,或者观察不全而暂时还没有发现的现象简单推定为不存在,势必造成偏颇,甚至错误的结论,出现以偏概全。同时,笔者等支持 《问题》一文提出的将具有“细密、平直与平行分布特征” 的擦痕作为冰川作用特有擦痕的结论。
2.4 关于新月形裂纹与擦痕组合遗迹
《问题》指出,特别是与狭义颤痕、半月形裂口、新月形凿口和新月形裂纹相垂直的擦痕更具有鉴别冰川成因的特定意义。文中还专门引用了李吉均关于新月形裂纹在判定冰川作用存在与否的意义:“磨光面上,冰川所特有的作用还在于能形成各种新月形的凿口、裂口和裂纹。迄今为止,直线形的各种擦痕均有冰川成因与非冰川成因的报道,但这种新月形的破裂结构还没有人发现非冰川成因的”。同时,李吉均(1982)也认为:新月形裂纹、新月形裂口与擦痕共同形成的擦痕组合,是冰川存在的专属性特征。《问题》根据有限的调查,将在蒙山没有发现的新月形裂纹与擦痕组合遗迹判断为不存在。图4c是笔者等在兰溪峡谷磨光面上拍摄到的照片(位于图1c① 处)(N35°33′37″、E117°49′48″),其具备典型的新月形裂纹、新月形裂口与擦痕组合特征,且同时存在弧凸指向上游的新月形裂口与指向下游的新月形裂纹,且其上布满了与新月形裂纹相垂直的擦痕。对于这种具有冰川独特判定意义的组合性擦痕遗迹,笔者目前尚未在文献中见到对应的清晰照片,李吉均(1982)的擦痕论文中的插图则显示了新月形裂纹与擦痕组合遗迹的特征(图4d),图4d揭示了弧凸指向上游的新月形裂口组合遗迹的成因,图4e揭示了弧凸指向下游的新月形裂纹组合遗迹的成因。新月形裂纹(或裂口)的弧凸指示方向受到岩石受力时的优先破裂面(或先期存在的裂隙面、节理面)的倾向控制。新月形裂纹(裂口)、擦痕组合在蒙山的发现,证实了《问题》所言“新月形的破裂结构还没有人发现非冰川成因”的判断是客观准确的,笔者支持《问题》将其作为是冰川作用专属性特征的认识。
图5 蒙山槽谷反向岩壁上的擦痕断开、分叉现象与挤压崩口: (a) 《问题》文中的“断开擦痕”; (b) 反向岩壁及擦痕分布位置,图中c框为(c)图位置; (c) 岩壁上的擦痕平行特征,图中a、d、e框分别为 (a) 、(d) 、e图的位置; (d)擦痕开始端特征及擦痕内部的新月形裂纹;(e) 擦痕的结束端特征及挤压崩口。图中箭头示冰川运动方向
Fig. 5 The interrupted and bifurcated striations and extrusion cracks on the opposite palisade, Mount Mengshan: (a) The “interrupted striations” in Wang Nai’ang et al., 2017b&; (b) the opposite palisade and distribution of striations; (c) the parallel feature of striations on the palisade; (d) the beginning feature of striations and the crescentic cracks in striation’s interior; (e) the ending feature of striations and extrusion cracks the arrow shows the glacial movement direction
2.5 关于“分叉擦痕”与“断开擦痕”
《问题》列举了在兰溪峡谷谷壁上发现的所谓“断开擦痕”与“分叉擦痕”,见本文图5a(《问题》原图2b、c,),其实质上是擦痕的断开与分叉现象,并非一种新的擦痕类型。如同本文图3b、3d所显示的海螺沟冰川擦痕特征,擦痕既然可以存在交叉特征,其出现分叉现象就不足为奇,擦痕的分叉现象的实质是擦痕的交叉现象,其成因相同。
《问题》所附“断开擦痕”(图5a,《问题》文图2b),位于蒙山兰溪峡谷南侧崖壁上(图1c④处)(N35°33′25.00″、E117°49′21.56″),该处岩壁不仅陡峭(见图5b),而且存在崖壁的反倾现象,山坡坡面倾向北,但岩壁倾向南,倾角86°~88°,该岩壁上擦痕密集,规模大小不等,长者可达数米,短者仅数厘米。最长的一条擦痕长4.5m,宽3~8cm,深1~5mm,倾向下游,倾角18°,该大型擦痕的下面产出多条擦痕,擦痕具有平直、平行特征,都显示出稳定的走向延伸(图5c)。《问题》文中的“断开擦痕”即是该大型擦痕的一部分(图5c中的a框),经现场调查,该擦痕之所以在中间出现断开现象,是由于岩壁在该处(图5a中① )出现凹陷所致,当冰体中的岩块移动划过岩壁时,岩壁上凸出部分刻划的深,而凹陷部分刻划的浅,较深的地方甚至因刻划不到而不能形成擦痕,这在图5a中的1处位置可以明显看到擦痕逐渐变细、变浅、消失,然后逐渐变宽的过程。该大型擦痕开始端(图5c中d框)的内部具有典型的新月形裂纹(图5d)特征,结束端(图5c中e框)具有典型的挤压崩口(图5e),挤压崩口的形成是由于冰川内携带的巨型岩块在向下游稳定而缓慢的移动、刻划岩壁的过程中,巨大的侧向压力将岩壁结束位置的边棱挤掉,形成挤压崩口。
图6 新月形凿口、颤痕与擦痕特征: (a) 蒙山槽谷岩壁上的新月形凿口; (b) 川西海螺沟冰碛砾石表面的新月形凿口; (c) 蒙山冰碛砾石表面的颤痕; (d) 美国缅因州典型冰川颤痕; (e) 蒙山冰碛砾石表面擦痕中的新月形断口; (f) 海螺沟冰碛砾石表面的短粗不规则擦痕; (g) 海螺沟冰碛砾石表面的多向擦痕与弧形擦痕; (h)、(i) 冰碛表面的多向交叉擦痕[引自李吉均,1982, 分别为原文的照片7和照片4,原图标注的是数字比例尺“×1/2”, 根据原文纸张为小16开本,即185mm×260 mm, 推测图(h)中砾石原始尺寸约为20cm×15cm,图(i)中砾石原始尺寸约为13cm×10 cm]
Fig. 6 Crescentic cracks, chatter marks and striations: (a) the crescentic crack in Mount Mengshan; (b) the crescentic crack in Hailuo Valley, western Sichuan; (c) the chatter marks on moraine’s surface; (d) the typical glacial chatter marks in Maine State, USA; (e) the crescentic crack on moraine’s surface in Mount Mengshan; (f) the uneven width striation on moraine’s surface in Hailuo Valley, western Sichuan; (g) the multi-direction striations and curved striations on moraine’s surface in Hailuo Valley, western Sichuan; (h), (i) the multi-direction striations [ from Li Jijun,1982&;they are the photo 7 and photo 4, respectively, in the original paper, the scale are “×1/2”; based on the size of original paper is 185 mm×260 mm, we speculate that the size of the gravel in fig. (h) is about 20 cm×15 cm and the size of the gravel in fig. (h) is about 13 cm×10 cm, respectively]
《问题》一文不仅未去分析岩壁的反倾特征,也未去考虑岩壁的平整特征,将擦痕局部出现的不连续现象,“创造”出一种全新的擦痕类型——“断开擦痕”。反向崖壁具有的悬空特点,其表面擦痕的存在,显示出只有固体状态下冰体中的岩块,才可以抵抗重力,将巨型岩块“悬停”到悬空的岩壁壁面上。“悬停”的巨型岩块也只有在固体锁定状态下,跟随冰川的缓缓移动,才可以在悬空的岩壁上刻划出具有稳定方向、倾角,且长达4m多的擦痕。同时,也只有巨大的侧向压力,才可以在擦痕的结束端形成挤压崩口。擦痕断开现象的发生与岩壁的平整程度、冰碛岩块刻划部位的形态(尖棱还是边棱)有着密切的关系,《问题》将一种现象创意出一种全新的擦痕类型,存在认知上的概念性错误。
2.6关于新月形凿口与颤痕
图6a (N35°33′29″、E117°49′33″)是蒙山兰溪峡谷岩壁上的新月形凿口(位于图1c③ 处),图6b (N29°34′01″、E101°58′54″)是海螺沟冰碛表面上的新月形凿口。这些凿口均显示出典型的新月形特征。新月形凿口是冰川中夹带的岩块对于围岩或冰碛表面强力冲击而形成的新月形的凹坑。
“颤痕(chatter marks)”是国际冰川学界广泛使用的标准词汇,国内地学界则由吕洪波等(2012)率先使用这个术语,他在山东鲁山山麓发现并识别出该冰川侵蚀构造,依据国际惯例使用了其通用名称——颤痕,并分析了形成机理,将其看作冰川底部携带岩块在冰床上刻划的痕迹。图6c (N35°33′25″、E117°48′56″)中标注的① 、② 处即为拦马墙冰碛垄巨石表面的两条颤痕(位于图1c ⑧ 处),目前文献上可用于对比的颤痕图片稀少,图6d为美国缅因州第四纪冰川形成的典型颤痕(吕洪波等,2012),可以参照该图与蒙山冰碛表面的颤痕进行特征对比。《问题》一文认为图6c中的颤痕不是颤痕,而是自然界岩石破裂面的一种。《范式》一文也称:“蒙山的‘颤痕’等,既不符合国际文献关于颤痕的定义,也无微观冰蚀地貌的具体特征,不具有科学事实和科学发现的必要条件,没有做到规范的分类和命名。”
这块产出颤痕遗迹的冰碛石的表面,同时与多种方向的擦痕共存,岩石表面经风化作用的影响呈褐色,擦痕划过的地方则为明显的灰白色,显示出擦痕的形成时间要比表面褐色风化的时间要晚,这种明显的时间差异性的存在,不知 《问题》一文是如何得出其为岩石(内部)破裂面的结论?岩石破裂时,其内部的破裂面上如何形成颤痕与擦痕呢?破裂面为何还要存在风化与刻划的时间差异呢?
颤痕是由于冰体内部裹挟的岩块与周围基岩或其他岩块之间颤动(抖动)性位移造成的,因此颤痕的形状取决于移动岩块尖棱的形状,颤痕不属于擦痕。如果不是颠簸性的颤动位移,而是在刻划过程中的顿挫,则会在擦痕内部形成新月形裂纹(如图6e,位于图1c ⑧ 处)(N35°33′26″、E117°48′56″),这并非颤痕。由此可见颤痕与擦痕的形成机理存在本质上的差别。颤痕属于并非常见的冰碛表面遗迹类型,《问题》中做如此表述:“鉴于国内有关颤痕的研究报道较少,拟日后赴野外考察收集数据资料,另文探讨之。”由此可知,《问题》将少见或未见过,自己不熟悉的冰碛表面颤痕现象归结为“岩石(内部)的破裂面”也可以理解。
3 关于蒙山拦马墙“巨砾堆积堤”的成因与形成年龄问题
关于蒙山兰溪峡谷出口处的“巨砾堆积堤”的成因,《问题》一文给出了猜测:“可能是流水作为搬运介质的山洪泥石流堆积”, 并未提供过硬证据。
拦马墙冰碛垄位于兰溪峡谷的出口处,由河谷上下两侧呈不对称的两列组成,分为上垄与下垄,上垄位于河谷的北侧,下垄位于河谷的南侧(图1c),本文详细研究了分布于南侧的下垄(图7a)。
图7 蒙山佛塔谷拦马墙侧碛垄航拍图(蒙山电视台无人机拍摄)与构成砾石ab面倾向玫瑰花图: (a)拦马墙侧碛垄航拍影像图; (b) C区玫瑰花图; (c) B区玫瑰花图; (d) A区玫瑰花图; (e) E区玫瑰花图; (f) D区玫瑰花图; (g) 全区玫瑰花图
Fig. 7 The aerial image of Lanmaqiang lateral moraine(photoed by Mengshan Televison Station with unmanned aerial vehicle) and rose diagrams about the inclination(ab-planes) of inner gravels:(a) the aerial pictures of Lanmaqiang lateral moraine; (b) rose diagrams of the area C; (c) rose diagrams of the area B; (d) rose diagrams of the area A; (e) rose diagrams of the area E; (f) rose diagrams of the area D (g) rose diagrams of all area
3.1 关于巨石表面擦痕问题
《问题》就蒙山拦马墙冰碛垄中冰碛表面的擦痕特征,表述为:“砾石表面擦痕为垂直 a 轴、粗大不均、形态多样、宽浅的毛糙擦痕及撞击坑。” “凡此种种迹象,即证明拦马墙巨砾堆积堤非冰川成因。”
图3c为产出于蒙山黄连口冰斗冰槛位置冰碛石表面的擦痕,反映出多向性特征。图6c为拦马墙冰碛垄中冰碛石表面的擦痕,也反映出多向性特征。这些方向不一的擦痕,不知 《问题》是如何发现其所称的“擦痕垂直a轴”特征的?图6f、6g(N29°34′01″、E101°58′55″),是笔者等考察海螺沟现代冰川时拍摄的冰碛表面的擦痕,这些冰碛表面标准的冰川擦痕,相较于蒙山冰碛表面的擦痕而言,更是显示出《问题》所述的“粗大不均、形态多样、宽浅的毛糙擦痕”特征,不知《问题》的作者是否也可以依据这些特征来否定海螺沟冰碛擦痕的冰川成因吗?
冰碛石表面的擦痕与槽谷岩壁擦痕在形成动力学过程上是一致的,都是擦痕,就单条擦痕而言,都具有较为稳定的延伸方向的特征,但是由于冰碛石运移过程中自身存在的缓慢旋转,从而导致多次磨擦后形成的擦痕呈现出多向性特征,而并非象槽谷岩壁擦痕那样显示出规整的细长、平直、平行的特征。同时,由于冰碛石在移动过程中存在缓慢的旋转、滑动、碰撞等复杂状态,从而导致其擦痕显示出粗大不均、宽浅不一的复杂性特征,且有些擦痕会显示出弧形特征。这一点从海螺沟冰碛石(图6f、6g)表面擦痕特征都可以得到直观的反映。
就冰碛砾石表面的擦痕,《问题》认为:“冰川擦痕有着独特的特征,如擦痕和擦面共存、擦痕出现的主要方向平行冰川运动方向或砾石的 a 轴,以及与擦痕垂直、擦面独有的颤痕等。”很多情况下,冰碛石表面擦痕并非平行于砾石的a轴,颤痕也并非垂直于擦痕,从图6c、g中就可以看出,这属于《问题》作者的认识局限性所致。李吉均(1982)则就出现交叉擦痕的原因给出了较为准确的表述:“主擦面上主要的一组擦痕常是平行a轴的。这与冰碛组构研究揭示的a轴定向性最强的这一规律是完全一致的。除了主擦面外,冰碛石受阻后可能发生方位变化或转动,这就会造成新的擦面或辅助擦面。”图6h、6i为李吉均(1982)论文中所附的冰碛表面擦痕的照片(见原文照片4、照片7),其多向性就非常清晰而直观。郑本兴等(1985)在研究冰碛砾表面擦痕特征时认为:“冰川漂砾上的擦痕系在冰川运动的巨大力量作用下,不同硬度岩块相互磨蚀刻划而成,因而刻痕比较粗而深,如砾石在冰层中发生多次位移,在砾石表面则具有多组交叉状擦痕。擦痕形状有细长而深的、绳形的、微弯曲的、扫帚状的、钉字形的等。”其明确提出擦痕具有粗而深、交叉、微弯曲、钉子形等复杂特征。
3.2 关于拦马墙巨石垄的组构问题
为了研究拦马墙组成巨石的赋存状态,笔者等将拦马墙下垄分为A、B、C、D、E五个区域(见图7a),对其中直径>1m的砾石ab面倾向、倾角进行测量,共测量了177块,分区进行了统计,并绘制了各区砾石倾向玫瑰花图(见图7b—g)。该段A区前端位置河谷走向为280°,河谷稍微转弯后在B、C区走向为260°。经统计,A区ab面优势方向为30°,与该段河道100°方向存在70°的度差(图7d)。B区ab面优势方向为350°~370°,与该区河道80°方向存在90°~60°的度差(图7c)。C区ab面优势方向为20°~40°,与河道80°方向存在60°~40°的度差(图7b)。在D区,ab面的优势方位分散为两个方向,一为50°~70°,一为270°~350°,主要倾向指向河谷的下游(图7f)。E区ab面的优势方向在120°左右,呈现出翻转特征,倾向指向河道的外侧(图7e)。这些反映了靠近冰流的一侧(A、B、C区)的巨石明显受到了强大的侧向推挤作用的影响,以及受到冰流的拖曳作用而被修整呈现出定向特征。砾石倾角较陡,多在50°~70°之间,巨石因受到推挤而呈现出叠瓦状构造,个别甚至呈现近直立或反倾向现象。在B区ab面倾向与与垄的坡面几乎一致,显示了冰流的强大拖曳作用力。在远离冰流一侧(D、E区)的巨石因较少受到冰流挤压与拖曳作用的影响,呈现出分散特征,表现为砾石的原始就位状态,ab面较为分散。
《问题》一文称:“长轴无优势定向,但 ab 面以22.5°~67.5°为优势方向,倾向上游(见《问题》附图4),且有平均为41°的大倾角。凡此种种迹象,证明拦马墙巨砾堆积堤非冰川成因。”既然《问题》一文的本身是在研究与制定“第四纪冰川遗迹的判别标准与方法”,笔者认真阅读、学习《问题》后发现,《问题》上述特征都非常符合《问题》中所称的“冰上融出碛”:“受局部地形控制的冰上融出碛ab 面,终碛垄上可与冰川流向一致,侧碛垄上多平行坡面,侧碛垄上巨砾附近则以大角度形成倾向上游的局部叠瓦构造。” 笔者以此为依据,得出拦马墙巨石垄符合 《问题》文中所称的“冰上融出碛构成的侧碛垄”这一成因。但不知《问题》是如何得出了自相矛盾的“非冰川成因”的结论?
3.3 关于拦马墙巨石垄的成因问题
图8 蒙山佛塔谷拦马墙侧碛垄的剖面特征与冰上融出碛侧碛垄的形成过程示意图: (a) 拦马墙侧碛垄的剖面特征及形成过程示意图; (b) 拦马墙侧碛垄陡直的内侧(流冰一侧); (c) 拦马墙侧碛垄中部叠置的巨石;(d) 拦马墙侧碛垄平缓的外侧
Fig. 8 The profile feature of the Lanmaqiang lateral moraine in Fota Valley, Mount Mengshan, and the establishment schematic diagram about lateral moraine: (a) the profile feature and establishment schematic diagram about the Lanmaqiang lateral moraine; (b) the steep interior in Lanmaqiang lateral moraine (the stream side); (c) superposed rock in the Lanmaqiang lateral moraine; (d) the gently exterior in Lanmaqiang lateral moraine
拦马墙巨石堤由巨型砾石叠置而成,大小不等,大者可达数百吨,空隙发育且不规则,形成空洞,大的空隙可容人体进入,局部地段具有明显的叠瓦状特征。空隙间缺少细粒的充填物质(图8c)。砾石主要呈次棱角状与次圆状,岩性主要为花岗闪长岩与二长花岗岩,还含有少量的斜长角闪岩砾石(章雨旭,2017)。砾石表面各类擦痕发育,如颤痕(图6c)、新月形凿口、新月形裂口(图6e)、弧形擦痕等发育。巨石垄靠冰流一侧较陡,大倾角,可达70°~90°(图8b),有些甚至直立或反倾。靠岸一侧平缓,倾角在20°~30°左右(图8d),显示出明显的内陡外缓的特征。
《问题》一文也对其特征进行了表述:“拦马墙充填物较少,呈松散状态,多石背石、空洞、支撑—叠置构造。”并将其成因归为“山洪泥石流”,既然是泥石流,那整个垄的内部,从上到下,从高到低,为什么会有如此大的空隙?空隙中为什么缺少泥沙等细粒物质呢?这是什么原因造成的呢?(见图8b、c、d)。
《问题》一文并没有给予解释,但施雅风等(1989)在《中国第四纪冰川与环境变化》一书第117页中说:冰上融出碛“由于没有受到冰川的压实作用,冰碛物松散多孔,空隙大且不规则。”“受到挤压变形后,巨石上游一侧的砾石扁平面以大角度的叠瓦状向上游倾斜,形成局部叠瓦构造。”施雅风等(2005)又在《中国东部第四纪冰川与环境问题》一书第26页中说: “侧碛垄,在山岳冰川地区侧碛是比终碛更易保存的堆积形式,因为它们伸长很远,也不易被冰水河流破坏。往往在谷坡上可以发现高度不同的多列侧碛。此中主要强调的是冰川冰的侧向运动,正是这种侧向运动为侧碛带来了滞碛和大量的冰面碎屑,后者通过斜卸的方式滑落到冰川边沿堆积起来,组成侧碛的主体,外坡可达33°~34°,内坡更陡,可达60°~70°。”冰上融出碛 “形成时碎屑多沿冰面丘陵的坡面发生滚动、滑动或蠕动,往往造成粗糙的、平行于坡面的层状结构。在剖面上显示出似斜层理构造、松散易碎,细粒物少,孔隙度大。”
根据以上研究成果分析,拦马墙巨石垄为典型的冰上融出碛侧碛垄。冰川冰面上携带的漂砾,跟随冰川体向下游运移的过程中,受到转弯及一侧高陡岩壁的影响,使得外侧冰面抬升,导致冰面倾向,从而使得冰面上的大量漂砾侧向滚落,叠置而成侧碛垄,其形成过程如图8a所示,由于主要由冰体表面的表碛、漂砾组成,少有松散的细粒物质,这也是巨石垄中缺少泥沙质充填的重要原因。开始时冰体的面积较宽,使得岩块可以滑落到更远的外侧,并呈现出自由散落的状态。但由于表碛不断堆叠,使得侧碛逐渐变宽、变高,形成侧碛垄,同时冰面的宽度逐渐收窄。由于冰流的巨大推挤、拖曳作用,使冰流一侧的巨石受到挤压、拖拉而呈现出叠瓦状、陡峭的特征。
据此分析,拦马墙巨石垄属于典型的冰上融出碛侧碛垄。
3.4 关于拦马墙巨石垄的形成时代问题
图9 蒙山全新世冰碛测年数据与湖北神农架、祁连山敦德尔冰芯气候记录对比: (a)样品年龄、误差与编号; (b) 湖北神农架大九湖气候记录(Zhang et al., 2017); (c) 祁连山敦德尔冰芯气候记录(施雅风等,1992)。 测年数据源自王照波等,2017b, 2018a;张志刚等,2018)
Fig. 9 The dating data of Holocene moraines in Mengshan compared with the climatic records in Shennongjia Hubei and Dundeer ice core data in Qilian Mountains: (a) the samples data, deviation and number; (b) the climatic records in Shennongjia Hubei(Zhang et al., 2017);(c) the Dundeer ice core data in Qilian Mountains (Shi Yafeng et al., 1992#). Dating data from Wang Zhaobo et al., 2017b&, 2018a&; Zhang Zhigang et al.,2018&)
关于拦马墙侧碛垄的形成时间,《问题》一文称:拦马墙巨石垄形成时代颇值得研究。由于巨砾顶面难以获取测年物质暂无法确定其堆积年龄(并非难以获取测年物质,利用宇生核素测年法即可得到),仅有的1个埋藏在当时地表以下30 cm 处的测年数据和巨砾表面及擦痕均很新鲜来判断,大致应不出全新世范围、甚或是现代小冰期特征阶段的晚近山洪泥石流堆积。对于笔者等建立的拦马冰期与蒙山冰期,《问题》一文认为: 拦马冰期与蒙山冰期,不但缺少多尺度地貌类型组合的系统分析,也没有利用多种测年方法进行交叉分析、互相验证,不足为凭。《范式》一文中也称:蒙山冰川研究“所依据的“冰石河”“冰碛堤”不仅与古冰川地貌无涉,而且与近万年来的全新世或冰后期是现代间冰期的公认范式相悖,是不合理的。”
应当说到目前为止,在蒙山多手段获得的相关测年数据,已经可以支持“进行交叉分析、相互验证”了。目前在蒙山获得了与冰碛遗迹相关的全新世年龄共7个,除了笔者在拦马墙南垄获得的光释光年龄值为8.2±0.8 ka外(样品MS01,位于图1c⑨ 处)(王照波等,2017b),在兰溪峡谷中凿取的带有擦痕的岩壁上获得了两个宇生核素年龄值分别为8.57±1.27 ka(样品MS1);9.95±1.41 ka(样品MS2,位于图1c④ 处);拦马墙下垄获得的宇生核素年龄值为7.01±1.74 ka(样品MS3,位于图1c ⑧ 处、也即“地震撞击坑”);在海拔752 m的清荣峡谷中的冰碛石表面获得的宇生核素年龄为5.27±0.90 ka(样品QR01)(王照波等,2018b)。此外,张志刚等(2018)在上游北侧的拦马墙上冰碛垄获得的两个宇生核素年龄值分别为5.99±1.10 ka(样品LMQ1,位于图1c ⑥ 处);5.52±0.96 ka(样品LMQ2,位于图1c ⑤ 处)。
Zhang 等(2017)对湖北神农架大九湖泥炭沉积物的元素地球化学、同位素地球化学及孢粉记录进行研究,发现了我国东部存在明显的8.2 ka与9.2 ka降温事件(拦马冰期),除此之外,还存在明显的4.7~5.7 ka降温事件(清荣冰期),这些降温事件在祁连山敦德尔冰芯中也得到很好的体现(施雅风等1992)。将蒙山获得的冰碛相关的年龄值与大九湖获得的气候记录进行对比(图9b),可以明显的发现冰碛年龄值与气候记录的降温期具有明显的对应性,并且与祁连山敦德尔冰芯的氧同位素曲线气候记录反映的降温期同样存在很好的对应性(图9c),这些都较好地反映了蒙山冰碛的形成时间吻合于降温期,从气候记录的角度也彰显了拦马冰期与清荣冰期的合理性。张志刚等(2018)在上游拦马墙上垄冰碛表面获得的宇生核素年龄值与笔者等获得的清荣冰期的年龄值较为一致,笔者等认为是清荣冰期时的降雪覆盖改写了原本拦马冰期的年龄所致。
图10 蒙山骆驼石漂砾底部岩性特征与MS04-1样品位置:(a) 骆驼石漂砾; (b) MS04-1样品采样位置
Fig. 10 The lithology feature of the bottom of Luotuoshi (camel shaped stone) and the sampling point of the sample MS04-1(a)The boulder called Luotuoshi (means camel shaped stone); (b) the sampling point of MS04-1
《问题》对于拦马墙巨石垄的形成时代给出的“大致应不出全新世范围、甚或是现代小冰期特征阶段”的判断还是合理的,只是 《问题》做出的全球降温期发生的“山洪泥石流”的成因分析,则显然与气候环境背景存在矛盾。目前蒙山多种测年方法获得的年龄数据,不知是否能够满足《问题》提出的 “交叉分析、互相验证”?
4 关于漂砾
就蒙山的漂砾,《问题》称:“野外考察得见,蒙山南坡山麓的孤立巨砾多与下伏花岗闪长岩、二长花岗岩的岩性相同,理应是自然风化结果。”并进一步强调:“应更多考虑正常的地貌演变序列与就地因素,而不必舍近求远归因于冰川搬运。”而对于不具备明显原地风化的漂砾,《问题》一文解释为:“至于非就地风化造成的蒙山‘漂砾’,或可能与所谓庐山‘漂砾’如出一辙,自有其合理的地貌学解释。因二者皆位于郯庐大断裂带内或附近,构造运动均十分活跃,故作此可能性推断。” 《范式》一文也称:“‘漂砾’、 ‘蒙山第四纪冰川组合遗迹’等皆不实之谓。” 那蒙山的漂砾到底是不是漂砾呢?
骆驼石漂砾(王照波等,2017a)位于拦马墙冰碛垄的东侧,比拦马墙冰碛垄高出约5m,为一顺谷走向的垄状体。王乃昂教授2017年7月在蒙山考察时笔者曾进行了现场介绍,王乃昂教授、王孝理教授(临沂大学)等在现场得出的结论为“原地风化的产物”。为此,笔者对该漂砾的南侧进行了挖掘采样,显示漂砾下伏岩性不是原岩,而是由大小不等的石块与泥沙组成的杂乱堆积物(图10a),应当是更早期的侧碛垄。为了确定该冰碛垄的形成年代,笔者在该漂砾的底部的冰碛物中采集了一个光释光样品(图10b ,MS04-1,位于图1c ⑩ 处),经自然资源部青岛海洋地质实验检查中心的测试,获得了72.8ka的年龄,在MS04-1下方400m处同一冰碛垄上采集的光释光样品MSG05-1,获得的年龄值为72.7ka(王照波等,2019),尽管测试结果误差超差,未给出误差值,但该年龄得到了宇生核素年龄的交叉验证,张志刚博士在骆驼石漂砾上游同一冰碛垄漂砾表面采集的宇生核素年龄样品,获得了69.4±7.2ka的年龄值(见图8a,个人通讯)。
由此可见,这些不同方法获得的测试年龄,都指向这些托运漂砾的侧碛垄与漂砾均为末次冰期早冰阶的产物,也即东山冰期的产物(王照波等,2019)。无论从漂砾的周边环境、底部岩性特征,还是就位年龄,都显示出与《问题》一文的结论相差甚远,既不是“理应是自然风化的结果”,也不是“地震崩塌滚落”的结果。漂砾与其下面冰碛垄的就位时间具有同时性,就足以表明既非原地风化,也非地震崩塌,又由于泥石流无法承载漂浮在“泥石流流体”表面的巨型“漂砾”,这些无可辩驳的显示出其冰川漂砾的成因属性。
5 关于兰溪峡谷的形态与深宽比问题
《问题》就兰溪峡谷的形态特征表述为:“横剖面呈V形,谷底尖锐、狭窄,谷壁陡峭等。”并根据遥感影像、以兰溪峡谷右岸顶部宽度和深度计算的谷形指数为 0.07~0.24,与世界各地真正的冰川槽谷深宽比(0.24~0.45)存在显著差异。并以此得出结论:“说明兰溪峡谷从未发生过冰川过量下蚀作用,而是具有河谷地貌的典型特征。”
表1 蒙山地质公园兰溪峡谷的深宽比数值统计表
Table 1 Statistics of the ratio of depth to width in Lanxi canyon, Mount Mengshan Geopark
剖面编号谷底中心坐标纬度(N)经度(E)北岸高程(m)谷底高程(m)南岸高程(m)宽度(m)深宽比135°33′24.36″117°49′14.67″501469519335.60.12235°33′24.96″117°49′19.82″535497566383.50.14335°33′26.01″117°49′26.07″611526632397.20.24435°33′27.07″117°49′30.86″652555676403.20.27535°33′29.97″117°49′35.04″668593732395.50.27
图11 蒙山地质公园兰溪峡谷的特征、剖面形态和深宽比: (a) 兰溪峡谷的卫星照片(据Google earth)及剖面分布; (b) 峡谷的剖面形态与深宽比; (c) 兰溪峡谷照片
Fig. 11 Characteristics, section shape and depth—width ratio of the Lanxi canyon, Mount Mengshan Geopark: (a) satellite photos and topographic profile of lanxi canyon (from Google earth); (b) section shape and depth—width ratio of Lanxi canyon; (c) a photo of the U-shaped valley in Lanxi canyon
兰溪峡谷的谷底宽缓,具备U形谷特征,这从照片中可以明显的观察到(图11c),绝非《问题》所言的“呈V形、谷底尖锐、狭窄”特征,这也可以通过卫片(图11a)观察到其基本的轮廓特征。为了获得兰溪峡谷的谷形指数,依据卫星图像在峡谷内布置了5条地形剖面线(图11a),利用卫星数据获得的海拔数值与峡谷宽度,数据见表一。
通过计算,开始的两条剖面明显处于山谷的“缩口”(王照波等,2018b)位置,其深宽比较小。从第3条剖面开始,峡谷的深宽比数值即进入《问题》所提供的“世界各地真正的冰川槽谷深宽比(0.24~0.45)”的范围,不知《问题》所言的兰溪峡谷深宽比数值与“世界各地真正的冰川槽谷”如何 “存在显著差异”?图11a中3、4、5三条剖面线的位置即分布在图11c照片U谷内,无论是从现场照片(图11c)的特征来看,还是根据高程投绘的谷形剖面特征(图11b),以及谷形深宽比的数值(表1),都显示出兰溪峡谷具备U谷特征。就深宽比而言,峡谷越窄则深宽比数值越大,但从《问题》在兰溪获得的0.07~0.24的深宽比来看,如此小的数值则代表着兰溪峡谷极为平缓,这显然又与其文中自己描述的“呈V形、谷底尖锐、狭窄”的结论自相矛盾。
东部冰川由于存在较为明显的冰期、间冰期循环,冰期时形成的冰蚀地貌会在间冰期时受到水流的侵蚀改造的影响,但地貌的冰蚀本底特征不会改变(王照波等,2018c)。
6 讨论
《问题》将笔者等对于蒙山擦痕等遗迹作为冰川遗迹研究,其定义为:是用不当的类比方法在成因分析中过分依靠“孤证”所致。并认为与“较少研究现代冰川,不熟悉冰川学理论进展”有关。实事求是地说,东部中低山区确实没有现代冰川,笔者在野外调查、撰写论文的过程中确实也没见过现代冰川擦痕、冰碛岩的真实样子,只是仔细阅读了施雅风等(1989, 2005)、李吉均(1982)诸位冰川专家的研究资料。为了避免“过分依靠孤证”,前文大量列举了蒙山兰溪峡谷产出的类型丰富、形迹清晰的擦痕,同时类比了自己考察过的川西海螺沟现代冰川擦痕,并参考了美国缅因州的冰川颤痕、李吉均院士发表的冰碛砾石擦痕照片和新月形裂口与擦痕组合特征图件。以期能够客观、真实、全面的反映蒙山冰川擦痕与冰碛沉积物的全貌。
《问题》称:“泛冰川论者业已内化了的范式可能变得固若金汤,年轻学生、非冰川学从业者极易对此现象产生困惑。”实事求是地讲,笔者等过去没有从事过与冰川相关的研究工作,不仅是“较少研究现代冰川,”而是从来就没有接触过冰川,关于冰川遗迹概念的建立,是得益于施雅风等(1989,2005)、李吉均(1982)等学界前辈的著作,何来“业已内化了的范式可能变得固若金汤”呢?
《问题》称:“施雅风做出的我国东部2000 m以下的中低山地,在第四纪期间任何一次冰川作用期都没有发生过冰川作用。今天看来,这一论断是经得起科学实践和学术争鸣检验的,其科学性是毋庸置疑的”。 经查,这是施雅风等(1989)的结论; 然而,15年后,施雅风等(2005)通过研究,已将这一结论更改为:“我们明确无误地认为,中国东部3000~2500m以下的中低山在第四纪期间从未有过冰川活动。”《问题》一文无视施雅风等(2005)做出的新结论,仍然抱守施雅风等(1989)的旧结论,并将旧结论视为 “毋庸置疑的科学论断”。请问,一个被施雅风等(2005)自我否定、更改的旧结论,《问题》又是如何称其“毋庸置疑”的呢?
《问题》称:东部冰川研究者长于从单一的证据归纳、阐释看法,但由于较少研究现代冰川,不熟悉冰川学理论进展对成因具多样性和复杂性的外动力过程地貌,出现某些判别偏差是可以理解的。避免此类问题的途径,需要以地球系统科学为指导思想,坚持整体性思维,运用将今论古、地貌组合系统、成因—环境一致性等正确的判别原则与方法,以方法的完善化克服认识的片面性和主观性。蒙山冰川遗迹从来就不是所谓的“单一性的证据”的归纳,而具有明显的组合性、系统性特征,上游兰溪峡谷的U形槽谷、内部的擦痕、下游峡谷出口处的冰碛垄构成了一套完整的证据链,是统一环境下的产物。《问题》一文“苦口婆心”地教导笔者等要全面地看问题,为何自己不去利用“地球系统科学为指导思想,坚持整体性的思维”(王乃昂等,2017b)的原则去分析这种上下游的内在关联性呢?本来简单的自然过程,一会儿推测是地震、一会推测是崩塌、一会又推测是洪水泥石流,这就是《问题》标榜的“成因—环境一致性”分析吗?
《问题》最终形成的结论:目前认识水平只能推测为洪水泥石流成因,可能是1668年郯城大地震保留下来的群发性灾害遗迹的结论。由于认识水平和条件所限,有些问题(如蒙山巨砾堆积堤成因)只是粗浅涉及。形成的结论是“推测为~”、“可能是~”、“粗浅涉及巨砾堆积堤成因”。《问题》一文既然不能够形成自己肯定的结论,为何能够对蒙山冰川遗迹形成了否定的结论呢?
《商榷》将第四纪古冰川研究者对发现的古冰川证据研究的目的,表述为“以局部来支持泛冰川乃至泛冰盖观点”。实质上,地质学家的研究常常并没有预设的目的,而是当发现新的地质现象(证据)时,努力寻求怎样合理地解释观察到的地质现象。相反,笔者等发现,有些专家的研究是有预设目的的,即尽一切努力,维护“中国东部中低山区未存在过第四纪冰川作用”的结论。
《商榷》一文说:“中国东部中低山地长期以来发现的形形色色的所谓第四纪冰川证据如‘U形谷’、‘冰斗’、‘泥砾’、‘漂砾’、‘冰臼’之类,完全可以用构造、流水侵蚀、风化、重力作用、泥石流等山地地貌过程解释清楚,无须舍近求远诉诸于古冰川作用。”不知道本文所述兰溪峡谷U形谷、谷内多类型、同性质的岩壁擦痕,尤其李吉均所述的冰川实证“新月形裂口与擦痕组合”的出现,以及其下游拦马墙冰碛垄的系统性证据,是否“完全可以用构造、流水侵蚀、重力作用、泥石流等山地地貌过程解释清楚”?这种原本可以“坚持整体性思维”去理解的自然现象,为何非要拆解为“构造”、“重力”、“推测为流水”、“可能为地震”、“可能为洪水”、“可能为泥石流”去解释呢?这种简单问题复杂化,又算不算实质上的“舍近求远”呢?无论李吉均先生就景才瑞先生的“极海洋性冰川”的合理性进行了多么宏阔的理论阐述,业已形成的古环境理论都属于“果”,而推导出这些“果”的证据则属于“因”,《商榷》一文用理论来否定证据,这应当属于典型的“因果倒置”。出现与理论相抵牾的证据很正常,接下来应该去思考为何出现了不协调的证据,反思理论的不足之处,去完善理论而非用理论来否定证据。
《商榷》说山东一带发现的所谓‘第四纪冰川遗迹’很难站得住脚(李吉均,2017)。然而,蒙山产出的这些新月形裂纹、新月形断口和擦痕组合等正是李吉均(1982)所述的 “冰川存在的专属性特征”。 不知李吉均先生等是要否定自己(李吉均,1982)的成果,还是放弃“中国东部中低山区没有第四纪冰川”的定论?
《问题》利用局限的、片面的,甚至错误的证据,以偏概全、自相矛盾的逻辑关系去建立所谓的“第四纪冰川遗迹的判别标准与方法”,显然是不妥的。科学探索的前提,是建立在真实、可靠、全面充分的证据之上的,证据的不真实或者不全面,都会造成结论的偏颇,甚至错误。应当说,正是《问题》自身的问题,导致《范式》不能成其为范式,使得《商榷》也就失去了商榷的前提与根基。
众所周知,洪水、泥石流是流体,“冰是固体,同时又具有可塑性”(施雅风,2005117),这是分析判断冰川遗迹的根本前提。因为只有固体状态下的冰川滑动才能在高悬的槽谷岩壁上形成具有稳定方向、宽度与深度,且与谷底流向线呈现大致平行特征的擦痕; 而洪水、泥石流只能形成凹痕(王斯文,2015)。原因在于洪水、泥石流等流体体系的作用过程与冰川所具有的固体体系(尽管有些许塑性)的作用过程存在本质上的差别,处于流体介质中的岩块或巨石(可达几十、数百吨),怎么能够将其悬浮在流体中,且保持高程不垂向掉落?怎么能够固定其在流体中的姿态保持不变?怎么能够固定其在流体中移动方向保持不变?只有一个办法可以实现,那就是将流体冻结。
学术的前提是证据的真实性,也即求真,这正如李吉均院士、王乃昂教授(兰州大学资源环境学院,2006)成立的“求真”奖学金时所期望的那样,做学术的人更应该谨记李吉均院士2006年5月21日在兰州大学 “求真”奖学金颁奖大会上掷地有声的重要讲话:“那些学术队伍中不讲诚信、追求名利、走歧途的人,最终都会失败。”王乃昂教授在会上讲:“千教万教,教人求真;千学万学,学做真人。” 说得是真好!这是所有的科技工作者都应该遵守的学术底线。
7 结论
(1) 王乃昂教授等“第四纪冰川遗迹的标准与方法问题——兼论蒙山巨砾堆积堤之成因”一文中推定蒙山拦马墙为郯城大地震导致崩塌的主要证据—“撞击坑”,不是天然形成,是笔者等采集宇生核素年龄样品时形成的人工采样坑。
(2) 通过将蒙山地质公园兰溪峡谷的岩壁擦痕与四川海螺沟现代冰川槽谷的岩壁擦痕等进行对比分析,两者之间具有特征上的一致性。擦痕的风化程度与获得的年龄值之间具有高度的吻合性,确定为全新世产物,且其形成时代与降温期之间存在明显的吻合关系。
(3) 蒙山兰溪峡谷一带的第四纪冰川遗迹,从上游的U谷、槽谷擦痕,到下游的冰碛沉积、漂砾、冰碛擦痕,具有成因上的系统性特征,属于同一地质作用过程下的不同阶段的产物,即冰川作用。拦马墙巨石垄为典型的冰上融出碛构成的侧碛垄。
致谢:研究与论文编写过程中,得到了中国石油大学吕洪波教授、中国科学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研究所邵兆刚研究员、河南地矿职业学院张先教授等学界同仁的大力帮助与支持; 3 位审稿专家和责任编辑章雨旭研究员审阅文稿,并提出了许多良好建议; 在此表示衷心的感谢!
(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)
韩同林,劳雄,郭克毅.1998.河北省丰宁县喇嘛山冰臼群的发现及意义.中国区域地质,17(1):103.
韩同林,郭克毅.1999.河北、内蒙古中低山区发现罕见的冰臼群.地质论评, 45(5):456~462.
韩同林.2004.发现冰臼.北京:华夏出版社:1~190.
兰州大学资源环境学院.2006.李吉均院士、王乃昂教授等设立“求真”奖学金[EB/OL]. [2019-04-02]http://news.lzu.edu.cn/c/200605/lmc5655.html
李德文,崔之久,李洪江,南凌.2003.华北北部花岗岩风化穴形成机制与环境意义.南京大学学报(自然科学版), 39(01):120~128.
李吉均. 1982. 论冰川擦痕 .冰川冻土, (1):29~34.
李吉均,周尚哲. 2017.极海洋型冰川是什么冰川——与景才瑞先生商榷.冰川冻土, 39(5):1~5.
李四光. 1947.冰期之庐山. 中央研究院地质研究所专刊乙种2号.南京:1~27.
李四光. 1975.中国第四纪冰川.北京:科学出版社: 1~82.
吕洪波,杨超.2005.山东新泰青云低山区发现第四纪冰川遗迹. 地质论评,51(5): 608~612.
吕洪波,任晓辉,杨超.2006.赤峰等地第四纪大陆冰川的地貌证据. 地质论评,52(3):379~385.
吕洪波,徐兴永,易亮,李萍. 2012. 山东鲁山混合岩表面发现第四纪冰川剥蚀的直接证据——颤痕 . 地质学报, 86(3):514~521.
施雅风. 1981.庐山真的有第四纪冰川吗? 自然辩证法通讯, (2):41~45.
施雅风. 1982.庐山真的有第四纪冰川吗? 冰川冻土, (1):64~103.
施雅风, 崔之久, 李吉均. 1989.中国东部第四纪冰川与环境问题. 北京:科学出版社: 363~374.
施雅风,孔昭宸,王苏民,等. 1992.中国全新世大暖期的气候波动与重要事件.中国科学(B辑), (12):1300~1308.
施雅风,崔之久, 苏珍. 2005. 中国第四纪冰川与环境变化. 石家庄:河北科学技术出版社: 66~67.
施雅风. 2010.论李四光教授的庐山第四纪冰川是对泥石流的误读. 地质论评, 56(5):684~688.
施雅风. 2011.中国东部中低山地有无发育第四纪冰川的可能性? 地质论评, 57(1):44~49.
王乃昂,赵井东,余莺潇, 于昕冉,张文佳.2017a. 渐趋完善的第四纪冰川研究范式——记第四届中国第四纪冰川与环境变化研讨会.冰川冻土,39(5):1029~1038.
王乃昂,戴霜,张律吕, 余莺潇, 于昕冉,田璐,尹丽颖. 2017b. 第四纪冰川遗迹的判别标准与方法问题——兼论蒙山巨砾堆积堤之成因.冰川冻土,39(6):1289~1297.
王斯文. 2015. 浅析冰川擦痕与泥石流凹痕的区别. 经济研究导刊,(4):303
王照波,卞青,李大鹏,王金玉,刘彩玲,郭启鹏. 2017a.山东蒙山第四纪冰川组合遗迹的发现及初步研究. 地质论评,63(1):134 ~140.
王照波,张剑,王江月,张盈松,卞青,郭启鹏. 2017b.山东蒙山第四纪冰川遗迹光释光测年研究及冰期划分与对比.地质论评,63(3):694~697.
王照波,王江月. 2017c.中国东部末次冰期雪线高程重建与成冰气候分析.山东国土资源,33(11):1~5.
王照波. 2017. 沂蒙山自然文化探秘. 北京:地质出版社: 177~184.
王照波,王江月. 2018a.山东蒙山全新世冰川遗迹的发现及确认——来自宇生核素年龄的证据.山东国土资源, 34(6):1~5.
王照波,王江月,王全义,徐宪立,李宝杰.2018b.豫西甘山第四纪冰斗系统的发现及其与MIS的耦合关系分析.山东国土资源, 34(7):1~7.
王照波,王江月.2018c.渐新世“雪球事件”的发现及其意义——基于全球冰斗系统的解读与研究.山东国土资源,34(09):1~8.
王照波,王江月,张剑. 2019.山东蒙山第四纪冰川、黄土、水系沉积物与MIS对比研究.华东地质, 40(2):81~88.
熊黑刚.1983.冰碛物与泥石流堆积物的区别.新疆大学学报(自然科学版), (Z1):142~149.
郑本兴,马正海. 1985.冰川沉积与非冰川沉积中砾石和碎屑矿物表面的形态特征.第四纪研究, 1(1):69~72.
章雨旭. 2005.“冰臼”成因争鸣——以克什克腾旗青山岩臼群为例.地质论评,51(6):680, 712.
章雨旭, 刘恋. 2011. 山脊壶穴不能作为中国东部第四纪冰川的证. 科技导报,29 (33) 62~64
章雨旭. 2017. 山东蒙山国家地质公园存在中国东部第四纪冰川有力证据(?)[OL].[2019-04-02](2017-05-13)http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2719683&do=blog&id=1054647
张志刚,梅静,张梦媛,王立志. 2018.蒙山国家地质公园拦马墙砾石堆积体暴露测年研究.地质论评, 64(5):1217~1224.
朱银奎.2014.崂山花岗岩山脊壶穴的特征及成因探讨.地质论评,60(2):397~408
College of resources and environment of Lanzhou University. 2006&.Academician Li Jijun and professor Wang Nai’ang established the “Qiuzheng”(Pursuing truth) scholarship[EB/OL]. [2019-04-02](2006-05-22) http://news.lzu.edu.cn/c/200605/lmc5655.html
Han Tonglin, Lao Xiong, Guo Keyi. 1998#. Discovery of Moulin in Mount Lama, Fenglin, Hebei, and its significance. Regional Geology of China, 17(1): 103.
Han Tonglin,Lao Xiong.1999&. Rare moulin swarms discovered in the medium-low mountains areas in Hebei and Inner Mongolia. Geological Review, 45(5):456~462.
Han Tonglin. 2004#. Moulin Discovered. Beijing: Huaxia Publishing House: 1~190.
Li Dewen, Cui Zhijiu, Li Hongjiang, Nan Ling.2003&. Genesis of granitic tafoni of northern North China and its environmental significance. Journal of Nanjing University(Natural Science), 39(1):120~128.
Hongbo, Yang Chao. 2005#. Glacial traces found on low hill in Xintai, Shandong. Geological Review, 51(5):608~612.
Hongbo, Ren Xiaohui, Yang Chao. 2006&. Landform evidences of Quaternary continental glaciation in Chifeng and the vicinity areas, north of China. Geological Review, 52(3):379~385.
Hongbo, Xu Xingyong , Yi Liang, Li Ping. 2012&. A direct erosion evidence of Quaternary glaciation——chatter marks found in Mt. Lushan, Shandong Province, east of China. Acta Geologica Sinica, 86(3): 514~521.
Li Jijun.1982&.On glacial striation. Journal of Glaciology and Cryopedology, 4 (1): 30~35 .
Li Jijun, Zhou Shangzhe.2017&.What glacier is the polar oceanic glacier?——Discussion with Mr. Jing Cairui. Journal of Glaciology and Geocryology, 39(5): 1~5.
Lee J S. 1922. Notes on Traces of Recent Ice-action in Northern China,Geol. Mag. LIX, London: 14~21.
Lee J S. 1933. Quaternary glaciations in the Yangtze Valley. Bull. Geol. Soc. China, 13: 15~62.
Rea B.2007. Glacial landforms, erosional features: micro to macro scale forms. In: Encyclopedia of Quaternary science. Amsterdam: Elsevier: 853~864.
Shi Yafeng.1981&.Mount Lushan really has Quaternary glacer? Journal of Dialectics of Nature,(2):41~45
Shi Yafeng.1981&.Mount Lushan really has Quaternary glacer? Journal of Glaciology and Geocryology,(1) :64~69.
Shi Yafeng, Cui Zhijiu, Li Jijun. 1989&.China's Eastern Quaternary Glacier and Environmental Problems. Beijing: Science Press: 363~374.
Shi Yafeng,Cui Zhijiu,Su Zhen.2010&.The Quaternary Glaciations and Environmental Variations in China. Shijiazhuang: Hebei Science and Technology Press: 66~67.
Shi Yafeng. 2010&. On Prof. Lee’s having misread debris flow deposits as Quaternary glaciations in the Lushan area, Jiangxi Province. Geological Review,56(5): 684~688.
Shi Yafeng. 2011&. 2011. Is it really possible for glacier to develop on the mountains which below 2500m asl in the eastern China? Geological Review, 57(1):44~49.
Wang Nai’ang, Zhao Jingdong,Yu Yingxiao, Yu Xinran,Zhang Wenjie. 2017a&. A more perfect Quaternary glacial research paradigm —— the fourth China’s Symposium on Quaternary glaciation and environmental change. Journal of Glaciology and Geocryology, 39(5):1029~1038.
Wang Nai’ang,Dai Shuang,Zhang Yingxiao, Yu Xinran,Tian Lu,Yin Liying. 2017b&.Issues on criteria and methods for discriminating Quaternary glacial relics: also on the origin of the boulder-piled levees in Mount Mengshan.Journal of Glaciology and Geocryology, 39(6):1289~1297.
Wang Siwen. 2015&. Analyses the difference between the glacial scratches and mudslides dent. Journal of Tribune in Economic Research,(4):303.
Wang Zhaobo,Bian Qing,Li Dapeng, Wang Jinyu,Liu Chailing,Guo Qipeng.2017a&. Discovery of the Quaternary glacial relics in Mount Mengshan, Shandong Province. Geological Review, 63(1):134~140.
Wang Zhaobo,Zhang Jian,Wang Jiangyue,Zhang Yingsong,Bian Qing,Guo Qipeng. 2017b&.Study with Optically Stimulated Luminescence (OSL) and two credible glacial periods in Mount Mengshan, Shandong Province. Geological Review, 63(3):694~697.
Wang Zhaobo. 2017&.The Nature and Culture of Mount Yimengshan. Beijing:Geological Publishing House: 177~184.
Wang Zhaobo, Wang Jiangyue. 2017c&.The rehabilitation of snow line elevation in eastern China and the climatic characteristics preliminary discussion. Shandong Land and Resources Magazine, 33(11):1~5.
Wang Zhaobo, Wang Jiangyue. 2018a&. Early Holocene glacial relics existence confirmed in Mengshan, Shandong provience—— Chronological evidence from the cosmogenic nuclide. Shandong Land and Resources Magazine, 34(6):1~5.
Wang Zhaobo,Wang Jiangyue,Wang Quanyi,Xu Xianli,Li Baojie. 2018b&.The discovery of Quaternary cirques system in Ganshan, western Henan Province and analysis of coupling relation with MIS. Shandong Land and Resources Magazine, 34(7):1~6.
Wang Zhaobo, Wang Jiangyue.2018c&. The Discovery and Significance of the Oligocene “Snowball Earth” events—— Based on the research of global cirques system. Shandong Land and Resources Magazine, 34(9):1~7.
Wang Zhaobo, Wang Jiangyue,Zhang Jian. 2019&.Comparative study on Shandong Mengshan’s Quaternary glaciers, loess, stream sediments and MIS. East China Geology, 40(2): 81~88.
Xiong Heigang.1983#. Difference between moraine and debris flow deposits. Journal of Xinjiang University, (Z1):142~149.
Zheng Benxing,Ma Zhenghai.1985&. Morphological characteristics of gravel and clastic mineral surfaces in glacial and non-glacial deposits. Quaternary Sciences, (1):69~72.
Zhang W, Yan H, Dodson J, et al. 2017. The 9.2 ka event in Asian summer monsoon area: the strongest millennial scale collapse of the monsoon during the Holocene. Climate Dynamics. 36(3):79~84.
Zhang Yuxu . 2005#. An arguement on the origin of potholes: A case of the Qingshan area Hexigten Qi, Inner Mongolia. Geological Review,51(6): 680, 712.
Zhang Yuxu, Liu Lian. 2011&. Potholes on hilltops is not the evidence for Quaternary Glaciaer in eastern China. Science and Technology Review, 29 (33) 62~64.
Zhang Yuxu. 2017#. There are strong evidences for Quaternary glaciers in eastern China in the Mount Mengshan National Geopark, Shandong (?) [OL].http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2719683&do=blog&id=1054647
Zhang Zhigang,Mei Jing, Zhang Mengyuan, Wang Lizhi. 2018&. 10Be exposure ages of the boulder in Lanmaqiang(Wall for Blocing Horses), Fota Valley, Mengshan National Geopark. Geological Review, 64(5):1217~1224.
Zhu Yinkui.2014.Characteristics and origin of granite hilltop potholes in Mount Laoshan. Geological Review,60(2):397~408.