京西隆恩寺第四紀冰川圍谷地貌遺跡的探索

郎咸民 胡國政 王雨辰 楊宗悅 邵潤澤 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。我國著名地質(zhì)學家李四光，在20世紀50年代，帶領(lǐng)研究人員對北京西山地質(zhì)做過比較廣泛的調(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。這些都證實了北京地區(qū)第四紀冰川曾經(jīng)廣泛發(fā)育過冰川。然而，對于京西五里坨隆恩寺區(qū)域第四紀冰川圍谷地貌的探索研究還沒有先例。本文通過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、運用冰川圍谷地貌確認的地貌組合三要素原則，基本判定京西隆恩寺區(qū)域為一第四紀冰川圍谷地貌遺跡。

關(guān)鍵詞：第四紀冰川;冰川圍谷;地貌組合;巖坎;巖盆;刃脊

對于京西第四紀冰川遺跡的研究，我國著名地質(zhì)學家，前地質(zhì)部長李四光前輩，帶領(lǐng)他的團隊做了大量的創(chuàng)始工作。1957-1965年，李四光帶領(lǐng)地質(zhì)力學所的研究人員，對北京西山地質(zhì)做過比較廣泛的調(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，證實了冰川從山區(qū)達到過山麓平原?，F(xiàn)已在石景山區(qū)隆恩寺建有李四光紀念碑和紀念亭，在法海寺附近建成了中國第四紀冰川遺跡陳列館，以及在八大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)局責成北京水文地質(zhì)一大隊開展冰川地質(zhì)勘察，并選擇京西潭拓寺地區(qū)作為此項工作的開端，1964年正式開展野外調(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，證實了京西潭柘寺地區(qū)第四紀冰川的存在。

在北京地區(qū)霧靈山、長陵鎮(zhèn)望寶川村、懷柔琉璃廟地區(qū)都曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過冰臼。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＜掖_認為冰臼，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)育時期冰川可以到達延慶和北京地區(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)第四紀早期曾經(jīng)發(fā)育過巨厚的冰川地貌。然而，對于京西五里坨隆恩寺區(qū)域第四紀冰川圍谷地貌的探索研究還沒有先例。

恰逢此時，北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院開展了一項大學生科研訓練項目——京西五里坨隆恩寺區(qū)域第四紀冰川圍谷地貌的調(diào)查與確認。項目小組通過文獻查閱、野外勘察、理論分析和模型演示等方法對京西隆恩寺第四紀冰川圍谷地貌的調(diào)查與確認做了些有益的探索。

一、形態(tài)理想的冰川圍谷通常發(fā)生在硬度相對均勻的一體化堅硬山體中

任何地貌形態(tài)都是內(nèi)外營力共同作用的結(jié)果。內(nèi)營力地質(zhì)作用，包括地殼構(gòu)造運動、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)復雜化，造成地表高低起伏，為外營力“修理雕刻”提供了原始“材料”;外營力地質(zhì)作用，包括風化作用、重力作用、剝蝕作用、搬運作用和沉積作用等，使地殼原有的組成和構(gòu)造改變，夷平地表的起伏，太陽、流水、波浪、冰川、雨雪、風等恰似“修理雕刻”的“刻刀”，其中冰川的剝蝕作用最為強烈。一般來說，內(nèi)營力地質(zhì)作用控制著外營力地質(zhì)作用的過程和發(fā)展。

內(nèi)營力為外營力“修理雕刻”所提供的原始“材料”質(zhì)地并不絕對均質(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，外營力卻是一個“欺軟怕硬”的角色，優(yōu)先拿軟的地方開刀。冰川作用亦是如此，對于硬度差別大的巖體，其中軟的地方剝蝕得最狠，硬的地方常常巋然不動。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，總體兩邊對稱。而冰川圍谷是在冰斗的基礎(chǔ)上發(fā)育而成的。當冰斗內(nèi)冰川不斷地向后剝蝕山體，三面環(huán)壁面積就會越來越大，則在環(huán)壁面上就會再發(fā)育多個小冰斗，它們底部最終共用最初的洼地和出口，出口處兩側(cè)刃脊呈相對環(huán)抱狀，圍成一個更大的扶手椅狀地貌，總體仍呈現(xiàn)大致的對稱性。

所以，形態(tài)理想的冰斗、圍谷、刃脊和角峰等冰蝕地貌往往發(fā)生在硬度相對均勻的一體化堅硬山體中，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)域位于香峪復式向斜和八大處復式背斜之間，且靠近香峪向斜一邊。香峪復式向斜和八大處復式背斜是典型的燕山運動產(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壓性斷裂從中間穿過，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，有時夾火山碎屑巖，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，可見底礫巖普遍發(fā)育，較大礫徑超過10cm，見圖3;侏羅系中統(tǒng)的九龍山組（J2j），下與龍門組平行不整合接觸，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，見圖4;最后，在隆恩寺山前平地為第四系（Q）松散沉積，其來源為周圍山體的風化物。

縱觀隆恩寺區(qū)域總體構(gòu)造和巖性，山體巖性在硬度和強度上基本上是各向同性的堅實的玄武巖為主，只是在北東60°方向上窯坡組（J1-2y）和龍門組（J2l）出露呈條帶狀，綜合巖性相對軟弱，且地層之間存在不整合面，并兼有同向壓性斷裂通過此條帶，幾個因素綜合在一起，造成了在改條帶方向上山體的硬度和強度相對軟弱，形成了相對軟弱帶，更容易遭到外營力的侵蝕。

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

遠遠地向隆恩寺區(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)有大體對稱的環(huán)抱狀的山嶺、底部是一個洼地等，見圖5。兩側(cè)相對環(huán)抱狀山脊上的小路是爬友們多年的足跡，標志著冰川發(fā)生之初單一冰斗所開辟的兩側(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)今時期的地貌形態(tài)是否為冰川作用遺跡，第四紀冰川地貌的研究者要基于地貌系統(tǒng)組合的原則，堅持整體地貌觀，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)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)系的一些地貌類型綜合形成的一套空間結(jié)構(gòu)。利用地貌組合原則復原冰川作用范圍和研究冰川地貌遺跡是地貌學中常用的重要方法，但其關(guān)鍵點是同一成因類型、同一時期、同一地域的地貌組合，因為只有這樣的地貌組合才能準確地描述一個真實的氣候地貌事件。

冰川圍谷作為山岳冰川地貌的一種典型標志或特殊“化石”，地貌形態(tài)呈圍椅狀，通常內(nèi)部由多個冰斗（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、巖盆和斗壁三個地貌組合要素。巖坎又名冰斗反向坡，?？梢娧虮呈缺锩?，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，隨著冰斗不斷擴大，斗壁后退，相鄰冰斗間的嶺脊變成刃狀山脊，稱為刃脊，由數(shù)個冰斗包圍形成尖狀金字塔形山峰，稱為角峰。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

對照冰川圍谷地貌組合三要素，我們進行了實地勘察，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。在圖中可見在兩側(cè)環(huán)抱山嶺之間的山下平臺上建有一片住宅小區(qū)，這個平臺就是巖坎。更有力的證據(jù)是在小區(qū)左側(cè)的山腳處，在20世紀五十年代中國著名地質(zhì)學家李四光及其團隊在此地基巖上發(fā)現(xiàn)了冰溜面，當時得到了國內(nèi)外專家的一致確認，證明曾經(jīng)有冰川從此溜過。為了紀念這一重要發(fā)現(xiàn)，后人在此建了李四光紀念亭和紀念碑，見圖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，見圖7。

為了實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，概因其異常陡峭險峻，古稱刀子嶺，現(xiàn)稱刀背嶺，與冰川學術(shù)術(shù)語“刃脊”完美地不謀而合。從山腳下開始向上攀爬，不時手腳并用，多處讓人幾近望而卻步。在海拔550米處，我們見到了不可置疑的冰川刃脊的痕跡，見圖9。

四、結(jié)語

根據(jù)冰川圍谷地貌組合三要素，經(jīng)過實地勘察探索，可以清楚地識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，基本可以確認京西隆恩寺區(qū)域為一第四紀冰川圍谷地貌遺跡。

不難發(fā)現(xiàn)該冰川圍谷地貌并非呈理想的對稱的圍椅狀，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壓性斷裂從中間穿過，二是在此位置和方向上集中平行出露者地層不整合面，三是在這個條帶上的巖性強度相對較弱。但這些并不影響京西隆恩寺區(qū)域為一第四紀冰川圍谷地貌遺跡的判定。

參考文獻：

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作者簡介：

郎咸民（1964-），男，吉林撫松人，副教授，主要從事地質(zhì)相關(guān)專業(yè)教學研究工作。

基金項目：

北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院大學生科研訓練項目（BGY2019XSKY-41）。