【类型】期刊

【作者】朱正峰，苏怀，董铭（云南师范大学旅游与地理科学学院）

【作者单位】云南师范大学旅游与地理科学学院

【刊名】云南地理环境研究

【关键词】 元谋；第四纪冰川；雪线；AAR；花粉

【资助项】国家自然科学基金项目“元谋盆地第四纪湖相、黄土地层记录的干热河谷演化历史研究”；国家自然科学基金项目“云南元谋上新世-更新世初气候转型期的孢粉记录”

【ISSN号】1001-7852

【页码】P70-76，78-79

【年份】2019

【期号】第4期

【摘要】基于Arc GIS10.1软件操作平台,利用分辨率为30 m的DEM高程数据和Google Earth卫星地图,结合野外考察等方法,以元谋盆地为研究对象进行研究,结果表明:元谋盆地“第四纪古冰川地貌”与经典的冰川地貌相去甚远;末次冰盛期(LGM)雪线的高度至少在海拔3 700 m以上;“元谋东山冰期”的AAR值最大为0.34,最小为0.04,远低于正常山地冰川发育值0.6;植物化石和孢粉显示第四纪以来元谋盆地的植被主要以热带、亚热带植被为主,缺乏高海拔耐寒的植物孢粉。这些事实表明,元谋不可能存在第四纪冰川。

【全文】 文献传递

元谋盆地第四纪是否有古冰川活动问题探讨

朱正峰，苏 怀，董 铭

(云南师范大学 旅游与地理科学学院，云南 昆明 650500)

摘要：基于ArcGIS10.1软件操作平台，利用分辨率为30 m的DEM高程数据和 Google Earth卫星地图，结合野外考察等方法，以元谋盆地为研究对象进行研究，结果表明：元谋盆地“第四纪古冰川地貌”与经典的冰川地貌相去甚远；末次冰盛期(LGM)雪线的高度至少在海拔3 700 m以上；“元谋东山冰期”的AAR值最大为0.34，最小为0.04，远低于正常山地冰川发育值0.6；植物化石和孢粉显示第四纪以来元谋盆地的植被主要以热带、亚热带植被为主，缺乏高海拔耐寒的植物孢粉。这些事实表明，元谋不可能存在第四纪冰川。

关键词：元谋；第四纪冰川；雪线；AAR；花粉

0 引言

中国南方低海拔、低纬度地区第四纪冰期问题是20世纪80年代学术界争论最为激烈的问题，争论的焦点在庐山，元谋也有人提及过[1-3]，但探讨得不多，尤其是在对冰川地貌形态、古雪线高度、AAR值计算等方面缺少论述。近年随着旅游业的发展，不少学者又开始重提中国南方的第四纪冰川遗迹问题，有文献报道称在广东、福建、海南等低海拔热带、亚热带地区都发现大量冰川遗迹如“冰臼”[4]。在此情况下，对曾经有争议的有关冰川遗迹点的重新厘定是非常有必要的。另外，元谋有无第四纪冰川问题，不但关系到中国南方第四纪古环境的重建，也对研究东亚古人类演化驱动机制有重要意义[5]。

1 研究区概况

研究区位于中国西南云南高原北部金沙江南岸，地理坐标为101°48′～102° 58′ E、25°35′～25°50′ N。元谋盆地是川滇菱形地块中部一个南北向构造断陷盆地，大致呈南北走向，龙川江自南向北穿过，其东侧是著名的元谋-绿汁江断裂带，出露的岩层为侏罗系-白垩系紫红色砂岩、泥页岩，盆地中部有元古宙片麻岩、石英岩、片岩及千枚岩出露。盆地东部山麓和山地地带与盆地中部的低矮山岗，被误认为是第四纪冰川地貌所在[1]。

曾经报道元谋盆地第四纪冰川遗迹主要集中分布在元谋东山山麓、山前冲洪积扇及盆地中部的低矮山岗等地，具体分布图(封三图版Ⅲ图1)所示[1]。部分学者认为元谋不但有第四纪古冰川遗迹，而且还可以划分为5个时期，从早到晚分别是：龙川冰期、马头山冰期、中山冰期、东山冰期和大理冰期，其中，龙川冰期比东部的鄱阳冰期早，对应于阿尔卑斯山的多瑙冰期，剩下4次冰期分别对应于阿尔卑斯山的明德冰期、里斯冰期和玉木冰期。划分这些冰期的主要地貌遗迹是冰斗、冰蚀洼地、槽谷、终碛垄等[1-3，6]。

2 元谋盆地并无第四纪冰川遗迹

2.1 不典型的“冰川地貌”

冰川地貌主要包括冰川侵蚀地貌和冰川堆积地貌，其中，冰川侵蚀地貌有冰斗(雪蚀洼地)、角峰、刃脊、槽谷、悬谷、羊背石等，冰川堆积地貌有终碛垄，侧碛堤、蛇形丘、冰砾阜、锅穴等。前人的报道中，提及最多的是“冰斗、冰蚀洼地、槽谷、终碛垄和冰川漂砾”。

2.1.1 冰斗

在元谋盆地报道最多的冰蚀地貌是冰斗(文献中称为“冰窖”)，“活佛寺冰斗”是最典型的一个[1]。一般说来，冰斗是位于雪线附近或稍高处，为冰川提供物质来源的洼地，冰斗之间是与之配套的角峰和刃脊[7]。研究发现，在元谋盆地这些所谓的“冰斗”之间无明显尖锐山峰(封底图版Ⅳ图2)，即角峰、也无刃脊，“冰斗”中也缺少冰川刨蚀形成的冰坎。此外这些所谓的“冰斗”并不集中分布在一个海拔高度，最高的和最低的高差足有400 m。很难相信它是由雪线控制的(因为雪线控制的冰斗都在一个海拔高度上)。

2.1.2 冰蚀洼地

冰蚀洼地是由于山谷冰川刨蚀、挖蚀作用所致在相对较弱的地区形成负地形。在冰蚀洼地盆壁与盆底基岩面上通常会见有冰川活动形成的磨光面、刻槽和擦痕[8]。元谋盆地中部海拔1 000～1 400 m山梁上的凹陷斗状地形曾被认为是冰蚀洼地。作者的野外调查发现，在这些冰蚀洼地分布的地方，缺少有明显磨光面和冰川擦痕的基岩或砾石。相反洼地周围多见磨圆度很高的砾石，不像有冰川作用的痕迹。

2.1.3 槽谷

在元谋盆地冰川槽谷地貌报道不多，湾空槽谷算是文献中经常提及的一个[1]。一般说来，冰川侵蚀形成的槽谷断面呈U型谷，谷底宽阔，谷坡陡峭，谷肩突出，平面具有上游宽，下游窄，顺直且连通性好等特点[9]。然而，调查发现湾空槽谷谷底部宽度不足10 m，深400 m，是典型的V型峡谷(封底图版Ⅳ图3)，不是U型谷的特征。另外在峡谷干支流交汇的地方也缺少“悬谷”地形。

2.1.4 终碛垄

除冰川槽谷之外，终碛垄也是确认古冰川存在的重要证据。终碛垄通常指冰川积累与消融达到动态平衡时，冰川末端长期处于某个位置，冰川将上游冰碛物搬运在冰川末端堆积形成的弧状垄岗状地形[9]。组成终碛垄的的物质普遍具有无分选、无磨圆、混杂堆积的特点。粒径较大的石块常呈熨斗状，有磨光面和擦痕。然而笔者在中山、安定村、大平山等地所谓“终碛垄”上发现，组成这些“终碛垄”的物质是以粉砂、细砂和粗砂为主，具明显层理结构的湖相沉积物(元谋组或龙街组)，其中上部有砾径为5～30 cm不等的砾石，有一定的磨圆度，无熨斗状形态、明显磨光面和擦痕，属山麓冲积物(封底图版Ⅳ图4)，非典型的冰碛物。

2.2 古雪线的推算

在推算古雪线时，现代理论雪线海拔高度和该海拔高度处温度是重要的指标，然而确定现代理论雪线海拔高度和现代理论雪线处温度关键在于气温和降水资料。元谋盆地降水季节分配不均，年均最高降水量为916.3 mm(2001年)，最低为287.4 mm(1960年)，多年均降水量为642.2 mm，年均温为21.9 ℃，最冷月(12月)均温14.9 ℃，最热月(5月)均温是27.2 ℃[10]。

目前，学术界计算现代冰川理论雪线方法大致有3种即是：最大降水带与经验曲线关系法(Maximum Precipitation Curve)即(MPC法)[11]、最大降水带与统计公式法(Maximum Precipitation Formula)即(MPF法)[12]、实际气象站降水与经验公式法(Weather station Precipitation Formula)即(WPF法)。本文运用3种方法分别计算出元谋现代理论雪线高度[13-15]，并以此推算末次冰期古雪线高度。

2.2.1 最大降水带与经验曲线关系法(MPC法)

(1)用元谋气象站多年平均降水量、夏季平均气温、降水梯度等计算现代理论雪线处降水量，如公式(1)所示：

P2=P1+(2000-H1)/M

(1)[11]

式中：P2为现代理论雪线处降水量，P1为气象站多年平均降水量，取值642.9 mm[10]，H1为气象站海拔高度，取值1 120 m，M为降水梯度取32 mm/100 m[11]，将其代入(1)中得P2为925 mm。

(2)利用现代理论雪线处降水量推出现代理论雪线处温度。

结合图5可知，P2为925 mm对应现代理论雪线平衡处夏季平均气温T2为1.6℃。

(3)再利用现代理论雪线处的温度推出现代理论雪线海拔高度，如公式(2)所示：

H0= H1+(T1-T2)/G

(2)

式中：T1为气象站夏季平均气温，取值为27.2℃；T2为现代理论雪线处夏季平均气温，取值为1.6℃；G为气温垂直递减率(0.6 ℃/100 m)算出现代冰川理论雪线H0为5 386 m，末次冰期古雪线高度为3 719 m。

2.2.2 最大降水带与统计公式法(MPF)

(1)利用元谋气象站夏季平均气温和年降水量推算出现代理论雪线处夏季温度。

最大降水带与统计公式法(MPF法)是冰川平衡线处夏季(6～8月)平均气温(Tso)与年降水量PEL之间的关系，如公式(3)所示：

Tso=-15.4+2.48lnPEL

(3)[11]

式中：PEL为现代理论雪线处降水量，即是MPC法中的P2取值为925 mm，将其带入(3)中计算出现代理论雪线处夏季平均温度(Tso)为1.55℃。

(2)再利用现代理论雪线处夏季温度推出现代理论雪线海拔高度，及古雪线高度。(此步骤同MPC法)，算出现代理论雪线高度为5 395 m，末次冰期古雪线高度为3 728 m。

2.2.3 实际气象站降水与经验公式法(WPF)

(1)利用多年降水量和夏季平均气温推算出现代理论雪线处夏季温度。即是(Ohmura et al，1992)等据中高纬度地区70条现代冰川物质平衡线处冰川平衡线(ELA)处夏季(6～8月)平均气温与降水量之间的关系，如公式(4)如示：

P=645+296T+9T

(4)[13]

式中：P为气象站多年均降水量，取值为642.9 mm，将其代入公式(4)中计算出现代平衡线处温度T2为-0.071℃。

(2)再利用现代理论雪线处夏季温度推算出现代理论雪线海拔高度为5 665 m，末次冰期古雪线高度为3 998 m。

3种计算方法都显示元谋现代理论雪线应该在5 300 m以上，若以末次冰期降温最大幅度10℃计算出元谋末次冰期古雪线高度在3 700 m之上。而元谋最高海拔也不过2 900 m，因此，以上的推算说明了即使在末次冰期降温10 ℃的情况下元谋盆地两侧的高山也不足以“冷”到发育冰川。

2.3 积累区与消融区面积比(AAR)

积累区面积比率法AAR(accumlation area ratio)最早由(Meier)提出的，该方法普遍运用于重建古冰川和计算现代冰川物质平衡线(ELA)[16]。姚檀栋运用积累区面积比率法计算了普若岗日地区24条冰川AAR平均为0.63，并用同样的方法计算出庐山大姑冰期冰川AAR值仅为0.12～0.19[17]，说明庐山是不大可能产生第四纪冰川的。

以往有文献[1]记述了在海拔1 870～2 300 m东山上留存了众多古“冰斗”(文献中称冰窖)，分别是卧坡之北冰斗、卧坡冰斗，活佛寺冰斗，瓦窖箐冰斗及何家村冰斗等。一般说来，古冰斗附近即是古雪线位置。本文根据冰斗海拔高度和冰川末端的位置，并结合DEM高程数据，推算了“东山冰期”时古冰川AAR值并将其同梅里雪山和玉龙雪山对比(表2)。

结果表明，玉龙雪山冰川白水河1号冰川和干河坝冰川的AAR分别为0.76和0.65，梅里雪山各冰川AAR平均值为0.72。元谋东山冰期各冰川AAR平均值为0.16，远小于相邻纬度的玉龙雪山和梅里雪山，也小于山岳冰川发育的阈值0.6，却与学术界认为不存在的庐山冰川比较接近。

2.4 孢粉记录

查阅前人研究资料发现在被认为是冰川或冰水沉积物地层中，如湾堡甘棠组，植物化石多为热带、亚热带的樟科、杉科、木兰科、壳斗科植物；温带植物也有少量如：杨梅科、杨柳科、蔷薇科、忍冬科、胡桃科等[18，19]，时代更晚的元谋组，其孢粉也显示为热带、亚热带植被，乔木主要有栎(Quercus)、桦(Betula)、桤木(Alnus)、栲(Catsanopsis)居多，其次是榛(Corylus)、鹅耳栎(Carpinus)、胡桃(Juglans)(Palmae)、蔷薇科(Rosaceae)等；草本植物为蒿(Artemisia)、禾本科(Gramineae)、藜科(Chenopodiaceae)等；蕨类以水龙骨(Polypodiaceae)、凤尾蕨属(Pteris)、卷柏科(Selaginella)为主[2]，没有任何寒带植被的化石和孢粉记录。

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)从地貌学方面看来，元谋所谓的“冰斗”、“冰蚀洼地”、“冰川槽谷”等都不具备典型冰川地貌的特征。更接近普通亚热带山地常见的山地地貌。

(2)运用最大降水带与经验曲线关系法、最大降水带与统计公式法和实际气象站降水与经验公式法分别计算出元谋现代冰川理论雪线都在5 300 m以上。以末次冰期降温幅度最大值10 ℃计算，元谋末次冰期雪线至少在3 700 m以上，而元谋最高不过2 900 m，远达不到发育古冰川的海拔高度。

(3)积累区面积比率法计算出的元谋典型第四纪冰川遗迹，即“东山冰期”各冰川遗迹的AAR值显示平均值为0.16，远小于山岳冰川发育的阈值0.6。元谋现在遗留的所谓第四纪冰川遗迹不足以支持冰川发育。

(4)元谋植物化石、孢粉以热带、亚热带阔叶植物为主，草本植物次之，蕨类较少，此外，也有少量亚热带、温带针叶植物孢粉。总体说来，不论是第四纪还是现代，元谋植被仍是以热带、亚热带为主以，并无高寒植被记录。

3.2 讨论

通过野外考察发现，元谋盆地周边地貌形态不具备冰川地貌的特征。冰川侵蚀地貌区主要是比较坚硬的花岗岩和灰岩等，因冰蚀作用或重力作用崩落的岩块体大多是棱角状和次棱角状，且缺少土壤发育。然而元谋东山一带主要以质地较软的砂岩为主，基岩易破碎风化形成土壤，这是不符合冰川侵蚀地貌特征的。

在冰川研究中，雪线高度是判定有无冰川发育的重要指标，在低海拔地区是否有冰川发育是学术界争论的焦点。运用最大降水带与经验曲线关系法(MPC)、最大降水带与统计公式法(MPF)及气象站降水与经验公式法(WPF)分别计算出元谋末次冰期雪线高度分别为3 719 m、3 728 m和3 998 m，这远超过了元谋境内最高的海拔。因此，元谋境内的海拔不允许发育第四纪冰川。

基于ArcGIS10.1软件操作平台，利用分辨率为30 m的DEM高程数据并结合冰斗海拔高度计算，梅里雪山及其附近各冰川AAR平均值为0.72，玉龙雪山附近各冰川AAR平均值为0.7，而元谋“东山冰期”各冰川遗迹的AAR平均值为0.16，与山岳冰川发育的临界值0.6相去甚远。文中的雪线即是冰斗位置，在圈定冰川面积时难免会有少许误差，冰川面积和AAR值也可能偏大，仅作参考。

已有的资料显示，元谋孢粉主要以热带、亚热带阔叶植物为主，缺少高寒带植被孢粉信息。

致谢：编辑部老师和审稿专家提出诸多的宝贵意见，2012级本科生赵丹丹、2015级硕士贺蕊、冯泽波参与野外工作。

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DISCUSSION BASED ON THE EXISTENCE OF THE QUATERNARY GLACIAL ACTIVITY IN YUANMOU BASIN

ZHU Zheng-feng，SU Huai，DONG Ming

(College of Tourism and Geographical Sciences，Yunnan Normal University，Kunming 650500，Yunnan，China)

Abstract：Yuan mou basin has been studied by means of the operation platform of ArcGis 10.1，meanwhile，by using the original data of DEM(spatial resolution：30m)，satellite map of Google Earth and the method of the filed investigation.The result indicated that it exists a significant difference between the Quaternary ancient glacial landform and the classic glacial landform in Yuan mou basin.The Last Glacial Maximum(LGM)snow line of at an altitude of 3 700 m at least；the maximum value of AAR was 0.34，and the minimum value was 0.04 during“Yuanmou Dongshan Glacial Period”,which was far below the normal value of mountain glaciers 0.6；the tropical and subtropical as the main vegetation from the pollen data，lack of high-altitude hardy plant pollen in Yuanmou basin since the Quaternary.These facts indicate that there is no Quaternary glacier in Yuanmou.

Key words：Yuanmou；Quaternary glacier；Snow line；AAR；Pollen

收稿日期：2016-06-29；

修订日期：2016-08-08．

基金项目：

作者简介：
*通信作者：苏怀(1977-)，男，云南省保山市人，副教授，博士，研究方向为第四纪地质地貌.

中图分类号：P931.4

文献标识码：

文章编号：1001-7852(2016)04-0070-07