內(nèi)蒙古察右中旗冰臼的發(fā)現(xiàn)及古氣候意義

李博昀張明明張 旭李 健祁才吉逄思宇

1.中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072750 2.中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院，北京，100013

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應(yīng)用地質(zhì)

內(nèi)蒙古察右中旗冰臼的發(fā)現(xiàn)及古氣候意義

李博昀*1張明明1張 旭1李 健1祁才吉1逄思宇2

1.中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072750 2.中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院，北京，100013

提 要 通過對內(nèi)蒙古中部新發(fā)現(xiàn)的冰臼特征研究，認(rèn)為該冰臼群為第四紀(jì)冰川遺跡。冰臼分布在海拔高度2005～2033m地勢平緩開闊山頂部，發(fā)育于中生代中三疊世淺黃色中細(xì)粒二長花崗巖體之上，巖石完整堅硬，冰臼分布較為集中，其形態(tài)可分為圓形和不規(guī)則形兩大類，口寬0.1～1.2m，深0.1～0.3m，形態(tài)規(guī)則，部分冰臼發(fā)育出水口和水流侵蝕槽，其方向不受風(fēng)向的制約。通過與周邊發(fā)現(xiàn)的冰臼群對比研究，形態(tài)特征基本一致，只是本區(qū)冰臼群發(fā)育的海拔高度更高，規(guī)模較小，但部分冰臼形態(tài)更加完整，水流沖刷、流動痕跡明顯，符合冰臼的一般特征?？傮w看，本區(qū)冰臼的形成是在厚層冰層消融階段長期受冰川融水沖刷、研磨作用所致。結(jié)合周邊冰川遺跡發(fā)育情況，認(rèn)為內(nèi)蒙古、河北一帶第四紀(jì)發(fā)育過較大規(guī)模冰川，可能具大陸冰川的性質(zhì)。

關(guān)鍵詞冰臼 冰川遺跡 第四紀(jì)冰川 內(nèi)蒙古 古氣候

第四紀(jì)環(huán)境及其演化一致受到人們的重視，而第四紀(jì)冰川的研究又是其中一項重要內(nèi)容，特別是中國東部冰川的存在及其古氣候意義更是研究的熱點。“中國東部”在冰川研究領(lǐng)域是指青藏高原以東包括臺灣在內(nèi)的所有區(qū)域，其分界線大體位于 102°～104°E【1】。不同學(xué)者對于中國東部第四紀(jì)冰川遺跡的確認(rèn)，出現(xiàn)很多爭議，特別是在海拔 3000m以下的中低山地是否發(fā)生過相當(dāng)規(guī)模的第四紀(jì)冰川，成為中國地學(xué)界長期爭論的焦點，并形成兩種明顯相反的觀點【2～5】。隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展以及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的大面積展開，新的冰川遺跡不斷被發(fā)現(xiàn)，為研究中國東部冰川的分布及環(huán)境演化提供了新的證據(jù)。內(nèi)蒙古察哈爾右翼中旗地區(qū)的冰臼等冰川遺跡是中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院 2012年在開展內(nèi)蒙古自治區(qū)基金項目過程中發(fā)現(xiàn)的，在謹(jǐn)慎考慮施雅風(fēng)、韓同林等對“冰臼”等持不同觀點的學(xué)者對其成因研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合本區(qū)冰臼的特點，認(rèn)為本區(qū)的冰川遺跡是冰川消融時期的產(chǎn)物。

近十幾年來，冰臼等冰川遺跡在河北、內(nèi)蒙古等中低山區(qū)多有發(fā)現(xiàn)，基本分布在河北豐寧—內(nèi)蒙古克什克騰旗一線以東地區(qū)【2】。本次發(fā)現(xiàn)的冰臼位于內(nèi)蒙古中部察哈爾右翼中旗，東距克什克騰旗約500km，北距二連浩特約150km，為本區(qū)冰臼的首次發(fā)現(xiàn)，為中國東部第四紀(jì)冰川及古氣候研究提供了新的證據(jù)。

1 研究區(qū)自然地理及地質(zhì)概況

1.1 研究區(qū)自然地理

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市察哈爾右翼中旗五號鄉(xiāng)西北部，中心區(qū)地理坐標(biāo)東經(jīng)112°6′00″，北緯41°29′00″，交通不便。該區(qū)地處陰山山脈北緣，山脈走向近東西向，海拔高度1876～2067m，地形起伏不大。

區(qū)內(nèi)氣候?qū)僦袦貛Т箨懠撅L(fēng)氣候區(qū)，風(fēng)大雨少、冬季干冷、夏季炎熱，年平均氣溫約 4℃。冰凍期為每年12月到次年3月，月平均最低氣溫攝氏-20℃，凍土厚2m左右。6～8月份氣溫最高為攝氏28～30℃。春季風(fēng)大，最大風(fēng)力20m/s，一般風(fēng)力 10m/s。年降雨量約 300～400mm，多集中在7～8月。南側(cè)沖溝發(fā)育少量常年性溪流。

1.2 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于華北地臺北緣內(nèi)蒙臺隆陰山斷隆中部，由新太古界片巖及中生代花崗巖組成山體。

冰臼分布區(qū)巖性為中生代中三疊世二長花崗巖，淺黃色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，礦物成分主要為：鉀長石含量約40%，鉀長石呈板狀，粒徑一般在2～4 mm之間，內(nèi)部可見石英、黑云母、斜長石包裹體；鈉-更長石含量約 30%，鈉更長石呈柱狀，聚片雙晶清楚。石英含量約 25%，石英呈他形粒狀充填于其他礦物顆粒間隙中。黑云母含量約 3%，金屬礦物含量約2%；鋯石 U-Pb同位素年齡為（236.2±9.6）Ma，為中三疊世早期。巖體出露面積大，節(jié)理不發(fā)育，總體堅硬，表面具風(fēng)化，地表平緩，構(gòu)成近于平頂狀的山體。

2 冰臼特征及與周邊冰臼的對比

2.1 冰臼的分布

本次發(fā)現(xiàn)的冰臼主要分布于白彥腦包北西約2km的平緩山頂處，地勢平緩開闊，海拔高度在2005～2033m之間，為該區(qū)山體的最高處，所見的冰臼分布于巨大的完整巖體上，初步統(tǒng)計有20余處，分布較為集中，近者相距僅0.2m，遠(yuǎn)著相距數(shù)百米，面積約1km2；在該區(qū)西部的壩底一帶山坡及溝中見有少量分布（圖1）。

圖1 研究區(qū)冰臼分布示意圖Fig.1 Sketch map of distribution of moulin swarms of the studay

2.2 冰臼的形態(tài)特征

冰臼按形態(tài)可分為圓形和不規(guī)則形（近于橢圓）形兩大類，按組合形態(tài)可分為單體和連體兩類，冰臼口朝上。

圓形冰臼特征為形態(tài)規(guī)則的圓形，總體完整，少數(shù)由于風(fēng)化作用而上部形態(tài)破壞。冰臼口直徑0.2～0.6m，深多在0.1～0.25m，冰臼壁較光滑平整，臼底收縮，部分可見明顯的水流出口及水流侵蝕槽（圖2），出水口及水道朝向地勢低洼處，水道口形態(tài)平滑。部分圓形冰臼與其他冰臼相連，形成連體冰臼，一般是一高一低。冰臼底部存積有少量風(fēng)積砂，并可見雨季存留的積水。

圖2 圓形冰臼形態(tài)特征Fig.2 The morphological characters of the circular moulines

不規(guī)則狀冰臼特征一般規(guī)模較大，長多在0.3～1.2m之間，深多在0.1～0.3m，冰臼壁較光滑平整，規(guī)模較大的略向內(nèi)凹，為水流在臼內(nèi)旋轉(zhuǎn)沖刷所致，臼底較平坦，多發(fā)育明顯的水流出口及水流侵蝕槽，開口向地勢低洼處，水流侵蝕槽多呈直線狀，半圓形，內(nèi)壁光滑（圖3）；水流出口的大小和水道的長度受冰臼外圍地形的制約，若冰臼外圍巖石較陡，水道較短，若外圍為一緩坡，則水道延伸較遠(yuǎn)，與區(qū)內(nèi)風(fēng)向無關(guān)。

2.3 與周邊冰臼特征的對比

我國自20世紀(jì)90年代末石臼被大量發(fā)現(xiàn)，北方地區(qū)典型的有北京延慶縣大莊科鄉(xiāng)白龍?zhí)侗?、?nèi)蒙古克什克騰旗大青山冰臼群、赤峰市巴林左旗平頂山、七鍋山、臥虎山冰臼群以及河北省豐寧縣喇嘛山冰臼群等（圖4）【1】。其中以內(nèi)蒙古克什克騰旗大青山冰臼群及河北省豐寧縣喇嘛山冰臼群與本區(qū)發(fā)現(xiàn)的冰臼群相距最近，本區(qū)發(fā)現(xiàn)的冰臼與二者進行比較。從大的地貌單元看，三者同屬我國內(nèi)蒙古高原，前二者位于高原的東部邊緣，而后者位于高原的中部；從分布高度上看，大青山冰臼群分布高度為 800～1500m，喇嘛山冰臼群為900～1100m，而本區(qū)在2000m左右，分布高度要比前二者高約 500m。從分布的地貌部位看，三者具有明顯的一致性，即除少數(shù)冰臼群分布于山麓和山坡地帶外，絕大多數(shù)發(fā)育于平緩的山脊和山峰，巖性均為堅硬的花崗巖巖體；從冰臼的形態(tài)看，三個冰臼群的特征也極為相似，即形態(tài)多較規(guī)則，以圓形、近圓形為主，可見連體冰臼，分布密集，口多朝上，內(nèi)壁光滑、平底；從冰臼的規(guī)模上看，前二者明顯較大，冰臼口寬一般在 0.3～2m，深度一般在 0.1～1m，而本區(qū)冰臼口寬 0.3～1.5m，深度一般在 0.1～0.25m。

通過對比可以看出本區(qū)的冰臼群發(fā)育特征與周邊冰臼的特征基本一致，只是發(fā)育的海拔高度要高，其規(guī)模較小，但本區(qū)部分冰臼形態(tài)保存更加完好。

圖4 研究區(qū)及鄰區(qū)冰臼分布示意圖（據(jù)韓同林等，1999【1】，有修改）Fig.4 Sketch map of distribution of moulin swarms of the studay and adjacent area

3 冰臼群成因探討

根據(jù)《地質(zhì)大詞典》，冰臼是 “在冰川作用范圍內(nèi)，由冰川內(nèi)或冰川下的急流冰水?dāng)y帶石塊快速旋轉(zhuǎn)沖擊，使下伏的巖層產(chǎn)生旋渦狀的深坑，這種螺旋狀的渦流洞具有光滑的陡壁，洞底長留有磨圓的光滑球狀漂礫?！辫b于冰臼在世界上的分布并不廣泛，多發(fā)現(xiàn)于北歐、北美等地，且已發(fā)現(xiàn)的冰臼規(guī)模巨大，如“美國賓夕法尼亞Archbald Pothole 38英尺（1英尺=30.48cm）深，最大胸徑42英尺×14英尺，底部17英尺×14英尺?！薄?】因此不同學(xué)者對于類似本區(qū)發(fā)現(xiàn)的這種規(guī)模小、深度淺的臼狀微地貌有不同的認(rèn)識，形成所謂的“冰臼論”和“負(fù)球風(fēng)化論”。 持“冰臼論”的學(xué)者認(rèn)為冰臼是古代冰川溶化后，冰川融水沿著冰川裂隙向下流，強烈沖擊、研磨冰川下的巖石而形成的孔穴【1，6～8】。持“負(fù)球風(fēng)化論”的學(xué)者認(rèn)為花崗巖區(qū)與節(jié)理有關(guān)的凹形地面被剝蝕放大的過程，在負(fù)球狀剝落中的化學(xué)風(fēng)化、風(fēng)蝕、凍融等作用使長石、云母轉(zhuǎn)化為高嶺土或粘土，在被流水和風(fēng)力向外遷移【4，9～11】。

本區(qū)冰臼發(fā)育的花崗巖區(qū)，巖石完整，顆粒均勻，未見節(jié)理分布，且冰臼的形態(tài)規(guī)則，坑壁光滑平整，有完整的出水口和水流侵蝕槽，因此，本區(qū)的冰臼應(yīng)不是花崗巖“負(fù)球風(fēng)化”作用所形成。本區(qū)地處山頂，在正常情況下，不會形成長期的流水，應(yīng)是巨厚冰層進入消融期融化的冰川水從頂部沿著裂隙自上而下的水流長期沖積、研磨形成，當(dāng)冰臼發(fā)育的巖石四周高差不大時，水流向四周溢出，當(dāng)某一部位較低時，水流長期從該處溢流，形成水流侵蝕槽。這種現(xiàn)象在現(xiàn)在的格陵蘭冰蓋區(qū)正在發(fā)生，由于氣候變化，冰川融水在冰面形成水流進入落水洞向下沖積（中央電視臺有關(guān)格陵蘭島冰川的紀(jì)錄片）。至于冰臼規(guī)模大小，則受由本區(qū)特定的地質(zhì)地貌、巖性以及古冰川發(fā)育期的冰層厚度等多種因素制約。

縱觀本區(qū)的冰臼與《地質(zhì)大詞典》中描述的總體特征是一致的，結(jié)合本區(qū)所處的地質(zhì)地貌條件，認(rèn)為由冰川融水作用形成。

4 古氣候意義

據(jù)研究，從第四紀(jì)開始，全球氣候出現(xiàn)了明顯的冰期和間冰期交替，其中中更新世約（0.6～0.7）MaBP時（即深海氧同位素MIS16階段）北半球大陸冰蓋大規(guī)模擴展，全球冰量達到最大，由于西伯利亞冰川的擴展，使得西伯利亞高壓增強，青藏高原上發(fā)育了最大規(guī)模的冰川【12】。在冰川發(fā)育期，本區(qū)地處西伯利亞冷高壓的強烈影響區(qū)，氣溫明顯降低，氣候以干冷為主。綜合本區(qū)及相鄰地區(qū)冰川遺跡的形態(tài)、分布特征，證明在第四紀(jì)早期內(nèi)蒙古、河北一帶中低山區(qū)發(fā)生過較大規(guī)模的冰川作用，其形式可能屬于大陸冰川，分布面積較廣，厚度大，其發(fā)育時間應(yīng)與全球最大冰川發(fā)育期屬于同一時期，至于本次冰川的分布范圍、延續(xù)時間、以及與世界冰期的進一步對比，有待于更深入的研究。

5 結(jié)語

我國地域廣闊，隨著區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的大面積開展，新的冰川遺跡會被發(fā)現(xiàn)，但由于所開展的調(diào)查工作不主要是針對第四紀(jì)冰川與環(huán)境開展的，所以對冰川遺跡的調(diào)查研究并不深入，因此，有必要對新發(fā)現(xiàn)的冰川遺跡開展專項研究工作。

參 考 文 獻

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The author found the moulins swarms while surveying on regional geological minerals at the middle part of Inner Mongolia， the moulins of which are distributed at the flat top mountain with the altitude of from 2005meters to 2033 meters and above the Mesozoic middle Triassic buff medium-to fine-grained monzonitic granite which is hard but no cleavage. Some circular moulins and irregular moulins are centralized distributed with the width of from 0.1meters to 1.2 meters and the depth of from 0.1meters to 0.3 meters. The wind direction can not effect that of the osculum and water flow erosion groove which had developed by the moulins. To compare with the surrounding moulins groups， we found that the moulin swarms over here have the higher altitude and small scale but complete shape with the obvious trace caused by water erode and flow， all of which show that they have the general characters of moulins. In general， the moulins were formed by the glacier erode and abrasive action at a long time of ice cover ablation. All above show that there are Quaternary glacier of a large scale which have the same characters with continental glacier， but we have to make the further research on the exact period and standing time as well as the distribution scale and the contrast with the world ice age.

Keywords: moulin，glacial remains，Quaternary glacier，the middle of inner Mogolia，Paleoclimate

中圖分類號：P931.4：P532

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-5296（2016）02-0065-06

* 第一作者簡介：李博昀（1964～），男，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)及古氣候研究，教授級高級工程師

收稿日期：2016-02-19；改回日期：2016-02-25

THE DISCOVERY AND PALAEOCLIMATE SIGNIFICANCE OF CHAHAR RIGHT MIDDLE BANNER MOULINS IN ULANQAB CITY，INNER MONGOLIA

Li Boyun1Zhang Mingming1Zhang Xu1Li Jian1Qi Caiji1Pang Siyu2
Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau ，Zhuozhou， Hebei， 072754， China General Institute of Chemical Geology Survey of China Chemical Geology and Mine Bureau， Beijing 100013

Abstract