山地冰川冰消后（paraglacial）沉積的粒度與石英顆粒表面特征
——以貢嘎山東坡為例

王 杰， 雷滿紅， 鄭利敏，3

（1.蘭州大學資源環(huán)境學院西部環(huán)境教育部重點實驗室，甘肅蘭州 730000；2.甘肅省石羊河流域野外科學觀測研究站，甘肅蘭州 730000；3.中國藥科大學中藥學院，江蘇南京 210009）

0 引言

冰川冰消后（paraglacial）一詞最早在1971年由J.Ryder提出，將曾經(jīng)歷冰川作用的區(qū)域，冰川退縮后發(fā)生的地表過程、產(chǎn)生的沉積和地表形態(tài)專門命名為paraglacial［1-2］。目前，國內(nèi)學者仍多將paragla?cial與periglacial都譯為冰緣，如《冰凍圈科學詞匯》（修訂版）［3］；實際兩者是存在極大差異的地貌學概念。冰緣（periglacial）地貌指寒冷氣候條件下，以凍融作用為主要營力而形成的各種表土構(gòu)造和獨特地貌現(xiàn)象的總稱，如石海、石河、構(gòu)造土、凍脹丘、冰錐和熱融湖塘等［4］；與paraglacial差異在于不區(qū)分是否經(jīng)歷過冰川作用。因此，鑒于國內(nèi)尚缺乏一個專業(yè)術(shù)語與之對應，我們將其稱為冰消后過程、冰消后沉積或冰消后地貌。事實上，冰川退縮后由于失去冰體支撐、缺乏植被覆蓋等原因，會引發(fā)基巖邊坡失穩(wěn)（如冰斗后壁和槽谷谷壁等）和冰磧邊坡失穩(wěn)以及大量未固結(jié)物質(zhì)進入谷底等一系列過程，該過程導致的侵蝕或沉積速率加劇異常明顯，因此成為驅(qū)動原冰川作用區(qū)地貌演化的重要因子［5］。

任何時間尺度的氣候變暖（如第四冰期向間冰期轉(zhuǎn)換時），都可能會使區(qū)域由冰川作用控制轉(zhuǎn)化為冰消后過程主導，因而這種氣候轉(zhuǎn)型或變化時發(fā)生的特殊地表過程對地貌演化的影響，及其可能致災效應引起了越來越廣泛的關(guān)注。由于受冰消后地貌形態(tài)與沉積物保存條件等限制，冰消后過程研究目前主要聚焦于末次冰盛期以來、小冰期以來或近百年氣候變暖3個時段［6-9］。該過程的研究內(nèi)容主要集中于兩個方面：其一，探討冰川退縮速率、氣候、巖性、泥石流和地震活動等因素對基巖或冰磧邊坡失穩(wěn)的影響，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域與不同時間尺度其主控因素可能存在較大差異［6，8-9］；其二，冰消后過程的強度隨時間的變化，發(fā)現(xiàn)無論基巖還是冰磧邊坡失穩(wěn)導致的侵蝕速率可能遵循，瞬間或快速達到最大，后呈指數(shù)或線性遞減等幾種模式［5-6］；只不過前者較后者失穩(wěn)持續(xù)時間要更長，如末次冰消期冰退后前者可從～17 ka一直持續(xù)到1.5 ka［6］，而冰磧壟內(nèi)側(cè)坡發(fā)育的沖溝會在～50 a內(nèi)達到最大規(guī)模，至80～140 a坡溝體系就能趨于穩(wěn)定［7］。然而，冰消后過程對下游谷地地貌演化過程的影響和持續(xù)時間還甚少被關(guān)注；同時，上述所有這些研究的前提是如何將各種冰消后沉積、冰磧等混雜堆積加以有效區(qū)分，尤其從與過程密切相關(guān)的沉積特征方面，仍缺乏相對系統(tǒng)的研究。

青藏高原東緣的貢嘎山發(fā)育有典型的海洋型冰川，該類型冰川侵蝕和搬運能力強，形成的冰蝕和冰磧地形顯著［10］；加之，區(qū)域內(nèi)降水豐富且地形坡度大，冰消后過程劇烈［9，11-13］，對區(qū)域地貌演化影響和致災效應顯著。區(qū)域第四紀冰川作用的范圍、期次和時代［12-13］，以及現(xiàn)代冰磧沉積特征也已有一定認識［14-15］，因而是研究冰川和冰消后沉積特征差異性的理想?yún)^(qū)域。為此，本文以該山地東坡的冰磧和冰消后沉積為研究對象，并結(jié)合兩處亞大陸型冰川冰磧，系統(tǒng)分析了粒度和石英顆粒表面形態(tài)兩個沉積學指標區(qū)分各種冰消后沉積、冰磧等混雜堆積的有效性，還為東坡成因尚存爭議的磨西臺地提供了沉積學證據(jù)；最后，結(jié)合這些沉積物已有的沉積和暴露時代，探討了山地東坡冰消后過程對下游谷地演化的可能影響。

1 研究區(qū)概況

1.1 貢嘎山東坡

貢嘎山（海拔7 556 m）隸屬于橫斷山脈，是青藏高原東部最高山地［圖1（a）］，主峰及東坡的巖性以花崗巖、砂巖和板巖為主［16］。氣候上，該區(qū)域主要受南亞和東亞季風影響，降水較為豐沛，如東坡海螺溝海拔3 000 m處年降水量可達1 938 mm［17］。依托高大山體，區(qū)域內(nèi)發(fā)育了76條，總面積達228.5 km2的典型季風海洋型冰川［18］，是橫斷山區(qū)最大現(xiàn)代冰川作用中心；其中，東坡發(fā)育有36條，長度接近或>10 km的冰川有4條，自南至北分別是海螺溝、磨子溝、燕子溝和南門關(guān)溝冰川［圖1（b）］。全球變暖導致近30年冰川總面積減小了11.3%［18］。

第四紀期間，貢嘎山至少經(jīng)歷了5次規(guī)模較大的冰川作用，分別對應于小冰期、新冰期、MIS2（貢嘎冰期）、MIS3中期（局地末次冰盛期，南門關(guān)冰期）和MIS6（雅家梗冰期）；其中MIS3時來自燕子溝和磨子溝的古冰川末端可達磨西鎮(zhèn)海拔約1 550 m的位置［圖1（b）］［12-13］。由于降水豐富加之冰川退縮形成的大量融水，使得山地東坡冰川洪水和泥石流頻發(fā)，如1989年，燕子溝支溝的小南關(guān)溝就發(fā)生了大規(guī)模的潰壩泥石流，在其溝口處（當?shù)胤Q之為“紅石灘”）徹底沖垮了通往燕子溝冰川公園的石橋［11］；當?shù)卮迕褚卜从?，?0世紀90年代以來，泥石流已使得該橋經(jīng)歷了多次沖毀又被重建的歷史。此外，該區(qū)域小冰期或新冰期高大側(cè)磧壟內(nèi)側(cè)陡坡上，都發(fā)育了規(guī)模較大的沖溝，并在沖溝尾部形成了碎屑堆；這些沖溝是在冰川完全消退后，由側(cè)磧壟頂部和坡上降雨、冰雪融水匯集沖刷而成。

此外，新興鄉(xiāng)至磨西鎮(zhèn)的磨西河谷地發(fā)育厚約120 m，由砂礫石組成的混雜堆積，被稱為磨西臺地［12］；其長度約10 km，寬約1～2 km，臺地兩側(cè)還分布有4級冰水階地［19］。然而，關(guān)于該臺地沉積成因尚存爭論：（1）燕子溝末次冰期的冰水沉積［20］；（2）冰川底磧、氣候轉(zhuǎn)暖形成的洪積或山地上升導致侵蝕加強生成的沖積層［21］；（3）底部為較老冰磧物［22］；（4）全新世早期混有泥石流的沖積階地［19］；（5）主體為南門關(guān)冰期冰磧［12］。測年結(jié)果顯示，該臺地底部沉積時代為MIS3中期，而臺地上部和臺地兩側(cè)最老階地都形成于中早全新世［13，19］。

1.2 冷龍嶺和哈爾里克山

冷龍嶺位于祁連山東北部，最高峰崗什卡（5 254 m），發(fā)育有224條亞大陸型冰川，但其平均面積僅0.5 km2左右［23］；其中，寧纏河1號冰川長1.1 km，面積0.74 km2，末端海拔4 170 m［圖1（c）］。寧纏河現(xiàn)代冰川作用區(qū)的巖性，以火山巖夾薄層板巖和灰?guī)r為主［16］。

圖1 研究區(qū)位置與采樣點分布圖：三個研究區(qū)位置及其冰川類型（I：海洋型冰川；II：亞大陸型冰川；III：極大陸型冰川［10］，底圖為SRTM數(shù)據(jù)）（a）；貢嘎山東坡第四紀冰川范圍及采樣點（底圖為TM影像，冰川范圍引自［12］）（b）；（c）和（d）分別為冷龍嶺寧纏河上游與東天山哈爾里克山廟兒溝上源現(xiàn)代冰川分布和采樣點Fig.1 Geographic location of the study area and sampling：study areas（The regions indicated by black letters and lines represent different dominant glacier types［10］：I monsoonal temperate glaciers；II subcontinental glaciers；and III extreme continental glaciers）（a）；TM image on the eastern slope of Mt.Gongga showing the sampling locations and extent of the glaciations［12］（b）；（c）and（d）the distribution of modern glaciers and sampling locations in Lengongling and the Mt.Karlik

哈爾里克山位于天山山脈的最東端，最高峰為海拔4 886 m的托木爾提峰，發(fā)育有122條亞大陸型冰川；其南坡廟兒溝源頭的庫木郭勒冰川，長3.5 km，面積3.82 km2，末端海拔3 830 m［24］［圖1（d）］。該條現(xiàn)代冰川作用區(qū)的巖性，以凝灰?guī)r和硅質(zhì)巖為主［16］。

2 樣品采集與實驗方法

樣品采集時，通常要去除一定深度的表層以避免后期坡面或其他過程的擾動，并記錄采樣點經(jīng)緯度、海拔高度、沉積特征以及地貌部位等信息。在貢嘎山東坡、祁連山冷龍嶺和東天山的哈爾里克山共采集39個樣品（詳見圖1）。其中，貢嘎山海螺溝觀景臺新冰期側(cè)磧壟4個冰磧樣品（HLG-01、03、05和07），相應側(cè)磧壟內(nèi)側(cè)坡發(fā)育沖溝尾端碎屑堆積4個樣品（HLG-02、04、06和08），距海螺溝冰川現(xiàn)代冰川末端幾十米位置2個現(xiàn)代冰水樣品（HLG-09和10），海螺溝冰川冰舌區(qū)2個冰上融出磧樣品（HLG-11～12），小南關(guān)溝溝口冰川泥石流4個樣品（XNG-01～04），MIS3中期和MIS6冰磧各2個樣品，磨西鎮(zhèn)附近3個臺地剖面自下至上10個樣品（MX-01～07，11～13）（A剖面位于磨西鎮(zhèn)略向上游的磨西河東側(cè)，B剖面位于蔡陽坪對面，C剖面位于磨西飯店東側(cè)），磨西河河道3個現(xiàn)代河床沉積樣品（MX-08～10）；此外，哈爾里克山庫木郭勒和冷龍嶺寧纏河1號冰川末端分別采集2個（MEGD-01、02）和4個（NC-04～07）亞大陸型冰川冰磧樣品。

由于本文涉及樣品的沉積環(huán)境繁多且粒徑跨度大，所以選用篩析法（全樣）和激光粒度儀分析法（<2 mm）相結(jié)合的方法。篩分時，將樣品分成10個粒級，再用天平稱重，并采用采用伍登-溫德華斯（Udden-Wentworth）粒級劃分方案，以2、0.063 mm和0.004 mm為界限劃分了礫石、砂、粉砂和黏土粒級。激光粒度儀選用蘭州大學西部環(huán)境教育部重點實驗室Mastersizer2000（英國Malvern Instruments公司）。預處理過程如下：分別用濃度10%H2O2和HCl溶液去除樣品中有機質(zhì)和碳酸鹽，后靜置24 h，抽取法去除上層清液，再加入10 mL的0.5 mol·L-1NaPO3溶液，超聲震蕩5 min至顆粒充分分散。此外，選用?？?沃德公式［25］計算平均粒徑（Mz）、分選系數(shù)（Sd）、偏度（SK1）和峰度（Kg）等粒度分布特征。

由于冷龍嶺樣品中石英砂含量過低，未能進行電鏡掃描分析，因此僅對35個樣品進行了石英顆粒表面特征的識別。掃描前石英顆粒預處理在蘭州大學西部環(huán)境教育部重點實驗室沉積學實驗室完成，具體流程如下：首先稱取3 g左右0.25～0.5 mm粒級樣品（冰磧物石英顆粒表面形態(tài)分析常用粒級［26］），用濃度為20%的HCl煮沸30 min去除碳酸鹽類，后用蒸餾水洗凈，再加入濃度10%的H2O2煮沸10 min去除有機質(zhì)，接著蒸餾水洗凈并烘干；然后，將烘干樣品放置于干凈的玻璃薄片，置于雙目鏡下挑選出30粒左右的石英砂，并整齊粘貼于樣品樁；最后，將樣品樁放在已標記序號的樣品托上，再置于標準真空鍍膜機中進行30 s鍍金粉，以便石英顆粒表面鍍上一層導電的金粉。此外，在拍照之前先用電鏡自帶的能譜儀（EDS）確定為石英顆粒，再進行表面形態(tài)特征統(tǒng)計分析。在蘭州大學物理科學與技術(shù)學院選用美國TESCAN MIRA3完成了電鏡掃描。

石英顆粒表面特征分析是一種形貌分析法，某一特征并不局限于特定環(huán)境，如貝殼狀斷口、平行解理面、上翻解理薄片同時存在于多種沉積環(huán)境中。因此，需要對其表面特征形成一個綜合性的認知。本文綜合了謝又予等［26］、陳麗華等［27］和尹雪斌等［28］提出的石英顆粒表面特征方案，并結(jié)合本研究中可能涉及的不同成因沉積物的種類，共選取22種具有普遍意義的特征，并將其歸納為3類（表1）。此外，石英砂表面特征環(huán)境解譯時，通常將表面特征出現(xiàn)頻率>75%定為“豐富”，50%～75%為“普遍”，2%～50%為“偶見”，出現(xiàn)頻率<2%為極少量出現(xiàn)甚至不出現(xiàn)［29］。

表1 本文選取的石英顆粒表面形態(tài)特征的組合Table 1 surface textures of quartz grain used in this study

3 結(jié)果與討論

3.1 冰磧與冰消后沉積的粒度特征

3.1.1 不同冰川性質(zhì)冰磧

海螺溝、寧纏河1號和庫木郭勒冰磧?nèi)珮拥牧＜壗M成，都呈現(xiàn)出礫含量最高（>50%），砂次之，粉砂+黏土含量（<10%）最低的特征［圖3（a）］；青藏高原其他區(qū)域冰磧也都具有相似的特征［30］。然而，三個區(qū)域冰磧粒級組分，尤其粉砂+黏土的含量，卻存在較為顯著差異，海洋型冰川明顯高于大陸型冰川［圖3（a）］；此外，不同性質(zhì)冰川冰磧粒度（<2 mm）頻率曲線顯示，大多樣品都為雙峰形態(tài)，且其主峰基本位于0～2φ（粗砂和中砂），含量也相對接近；而次峰卻分別出現(xiàn)在4～6φ（粗-中粉砂）或6～8φ（細粉砂），相應含量也不同。研究表明，冰川對所攜帶碎屑的改造作用主要表現(xiàn)為壓碎和磨蝕兩個作用，前者形成組分相對較粗，后者則較細，也造就了冰磧粒度的雙峰分布模態(tài)；其分界點大致位于0～1φ左右，但磨蝕組分粒徑的極限不會<8φ（黏土粒級）［14，31］。因此，不同冰川性質(zhì)、規(guī)模以及基巖抗磨蝕程度引起的磨蝕組分含量及其眾數(shù)粒徑變化則可能是上述三個區(qū)域甚至不同性質(zhì)冰磧間粒級組成及粒度曲線出現(xiàn)差異的主要原因。

海螺溝冰川作用區(qū)基巖（花崗巖和石英片巖）較之兩個大陸型冰川區(qū)（火山巖夾薄層板巖和灰?guī)r，凝灰?guī)r和硅質(zhì)巖）抗磨蝕性要強，但前者的細粒組分（粉砂+黏土）更多，粒度曲線上第二峰（磨蝕組分）的含量也更高，而后兩者礫石含量則更多［圖3（a）和圖4］；在基巖巖性更軟的海洋型冰川作用區(qū)，其粉砂+黏土含量甚至可以更高，如南迦巴瓦峰（片麻巖和大理巖等）可達25.40%［32］，挪威南東南部（砂巖）則達到了29.0%［33］。這表明冰川性質(zhì)和巖性都可能影響冰磧中磨蝕組分的含量，即海洋型冰川與基巖巖性較軟都可提升磨蝕組分含量。此外，巖性都相對較軟的兩個亞大陸型冰川冰磧，還呈現(xiàn)出了規(guī)模大（庫木郭勒冰川面積>寧纏河1號冰川），其粉砂+黏土和粒度曲線次峰含量高的特點［圖3（a）和圖4］，表明冰川規(guī)模也可能影響磨蝕組分含量；但受限于以往冰磧粒度研究中極少關(guān)注到冰川規(guī)模，因此缺乏更多對比證據(jù)的支撐。

此外，海洋型冰川區(qū)的海螺溝冰磧（花崗巖和石英片巖）磨蝕組分的眾數(shù)粒徑位于4φ～6φ（圖4），哈巴雪山（灰?guī)r、大理巖和泥巖）和螺髻山（砂巖和灰?guī)r）則分別出現(xiàn)在6φ～7φ和7φ［34］；大陸型冰川的寧纏河1號（火山巖夾薄層板巖和灰?guī)r）、庫木郭勒（凝灰?guī)r和硅質(zhì)巖）以及古里雅冰帽（砂巖和板巖）都大致出現(xiàn)在6φ～8φ［35］，阿爾泰山（花崗巖、片麻巖和變質(zhì)砂巖）卻出現(xiàn)在4φ～6φ［34］。這表明冰川性質(zhì)可能對磨蝕組分極限粒徑無顯著影響，反而是巖性可能起到了決定性作用，即可能巖性越硬磨蝕組分眾數(shù)粒徑越粗，反之則越細規(guī)律［35］。

3.1.2 海洋型冰川不同期次冰磧

貢嘎山東坡3個期次冰磧的組分與現(xiàn)代冰磧物相似，都表現(xiàn)出了礫石含量最高、砂次之，而粉砂+黏土則<10%的特征。冰磧沉積后，流水沖刷侵蝕和化學風化是改變其細粒組分含量兩個最主要的因素，前者能攜帶出更多細粒物質(zhì)從而使其變粗，而后者則會引起細粒組分增加［30］。貢嘎山東坡由新到老冰磧，粒級組成表明砂、粉砂+黏土含量存在減少的趨勢［圖3（b）］；此外，>2φ細顆粒含量降低，而0～2φ的物質(zhì)（粗砂和中砂）增加（圖4），導致2 mm以下平均粒徑變粗（由細砂變?yōu)橹?粗砂），分選性也相對變好（表2）。這些也都指示出該區(qū)域豐沛降水可能對冰磧物細粒物質(zhì)組成的影響更大。此外，3個期次冰磧都在0～2φ（中-粗砂）出現(xiàn)一個主峰，4φ～6φ（中-粗粉砂）呈現(xiàn)次峰或者平緩延長的尾部。

圖3 不同冰磧與各種冰消后沉積粒級組成的對比Fig.3 The grain-size fractions from tills and paraglacial deposits：tills from different Glacier types（a）；tills from different depositional timing（b）；paraglacial deposits and tills（c）

冰上融出磧沉積后有更多機會受到融冰流水作用的改造，但幾乎未經(jīng)歷較強的研磨細化［14］；而冰下融出磧則相反，會經(jīng)歷更多磨蝕作用，因而平均粒徑更小，粗細混雜，分選更差，峰態(tài)則不如冰上融出磧尖銳（圖4和表2）。

3.1.3 冰消后沉積

冰磧和各種冰消后沉積粒級組分與粒度參數(shù)的對比結(jié)果表明（圖3和表2），冰水沉積的礫含量最低，砂含量最高（75%），<2 mm粒級的平均粒徑最細，分選也最好，反映出水作為搬運介質(zhì)，較為穩(wěn)定但搬運能力較弱的特征；冰川泥石流中礫石含量低于冰磧，高于冰水沉積，而砂含量卻要高于冰磧但低于冰水，<2 mm粒級的平均粒徑最粗，分選也高于冰磧而低于冰水（圖3和表2）。粒度頻率曲線的對比結(jié)果顯示（圖4），冰消后沉積與冰磧主峰的粒徑無太大差異，多分布于0～2φ或略寬的范圍內(nèi)，僅冰水沉積主峰的粒徑出現(xiàn)在2φ～4φ；側(cè)磧壟上沖溝沖刷沉積的碎屑堆與泥石流主峰粒級的含量較之冰磧略有增加，次峰（磨蝕組分）含量卻減少了。這指示出，無論是不同介質(zhì)對冰磧稍微長距離的搬運和沉積（冰水和冰川泥石流），還是極短距離搬運（側(cè)磧壟沖溝沖刷沉積的碎屑），都會使得他們的粒級組成、粒度參數(shù)、粒度曲線與冰磧間表現(xiàn)出較顯著的差異。

表2 冰磧與冰消后沉積的粒度（<2 mm）參數(shù)Tabel 2 The grain size parameters（<2 mm）from tills and paraglacial deposits

圖4 不同性質(zhì)冰川冰磧（左上角綠色方框）、不同期次冰磧（左下角藍色方框）以及冰磧與各種冰消后沉積（右側(cè)紅色方框）的粒度（<2 mm）頻率和累積曲線Fig.4 Frequency curve and cumulative frequency curve of grain sizes（green box：tills from different glacier types；blue box：tills from different depositional timing；red box：tills and paraglacial deposits）

3.2 冰磧與冰消后沉積的石英顆粒表面特征

3.2.1 不同冰川性質(zhì)冰磧

海洋型與亞大陸型冰川冰磧的石英顆粒表面形態(tài)分析表明（圖5），兩者石英顆粒表面形態(tài)都體現(xiàn)出以棱角狀為主，次圓和圓形極少出現(xiàn)；但也存在一定差異，海洋型以多棱角最高（56.89%），且以高起伏為主（65.79%）；亞大陸型則以尖棱角和多棱角為主（各占約50%），且?guī)缀醵紴楦咂鸱?。這種差異可能是由于海洋型冰川較之亞大陸型冰川運動速度快，對顆粒表面形態(tài)改造的機會更多，磨蝕更強造成。

圖5 海洋型冰川不同期次冰磧（左）、不同性質(zhì)冰川冰磧（中）以及冰消后沉積（右）的石英砂表面特征Fig.5 Quartz grain SEM microtextures from tills and paraglacial deposits（Left side：tills from different depositional timing；Middle side：tills from different Glacier types；Right side：tills and paraglacial deposits）

兩種性質(zhì)冰川的冰磧石英顆粒中都較為發(fā)育貝殼狀斷口和平行解理面，但這在各種沉積環(huán)境中都可能存在，因此不能作為標志性特征［26］。冰川固定碾壓形成的石英顆粒典型特征壓碎深坑［圖2（g）］［26］，在兩種性質(zhì)冰川石英砂表面都有發(fā)現(xiàn)，但海洋型（20.32%）中出現(xiàn)的頻率要高于亞大陸型（10%）。

圖2 貢嘎山東坡不同成因沉積的石英砂SEM（掃描電子顯微鏡）外形特征：石英顆粒外形（a）；尖棱角（b）；次棱角（c）；貝殼狀斷口（d），（e）；擦痕（f）；壓碎深坑（g）；溶蝕坑（h）；蜂窩狀溶蝕表面（i）；硅質(zhì)鱗片（j）；平行解理面（k）；蝕縫（l）Fig.2 SED morphology and surface textures of quartz grain from various sedimentary environments on the eastern slope of Mt.Gongga：morphology of quartz grain（a）；sharp corner（b）；sub-angular（c）；conchoidal fracture（d），（e）；striation（f）；crushed deep pits（g）；solution pit（h）；honeycomb solution surface（i）；silica precipitation（plates&sheets）（j）；cleavage（k）；solution lines and striae（l）

化學溶蝕現(xiàn)象在海洋型冰川石英顆粒中出現(xiàn)的頻率較高（溶蝕坑、蜂窩狀溶蝕表面分別為32.21%和25.82%），而亞大陸型中則幾乎少見。然而，化學沉淀現(xiàn)象卻在亞大陸型性冰川中出現(xiàn)的頻率較高，如由大量硅質(zhì)鱗片形成的硅質(zhì)薄膜可達31.50%。這種差異可能是兩種性質(zhì)冰川區(qū)域氣候的差異所致，即高溫潮濕易形成溶蝕坑，而干冷氣候則易形成硅質(zhì)沉淀［15，26-27，36］。

3.2.2 海洋型冰川不同期次冰磧

海洋型冰川不同期次冰磧的石英顆粒外形差異不顯著，均呈現(xiàn)尖棱角-多棱角、高起伏為主，中起伏其次之的特征；僅新冰期石英顆粒表面出現(xiàn)少量次棱角。再者，較強外力作用下，石英顆粒受到強烈機械碰撞、擠壓形成的貝殼狀端口和平行解理面等［15，37］，在3個期次冰磧石英顆粒表面也都非常發(fā)育，但在MIS6冰磧石英砂貝殼狀斷口上能見到后期的硅質(zhì)沉淀。然而，作為冰川石英砂機械作用標志特征的壓碎深坑和擦痕，在3個不同期次的冰磧石英砂中存在較大的差別，越老的冰磧中出現(xiàn)頻率越低，甚至不出現(xiàn)（圖5）。

此外，隨著冰磧沉積時代變老，石英顆粒表面化學溶蝕特征越不顯著，而化學沉淀作用卻增強，如MIS6冰磧石英顆粒表面的硅質(zhì)鱗片和硅質(zhì)薄膜就非常發(fā)育［圖2（J）］。這是由于冰川石英顆粒沉積后，其表面氧化硅沉淀首先會沉積為硅質(zhì)球，后成為硅質(zhì)鱗片，最后會發(fā)育成遍布石英顆粒表面的硅質(zhì)薄膜［27］；不斷增大增厚的硅質(zhì)薄膜可以使小石英顆粒圓化，甚至可能填平大顆粒上的凹坑［37］。

3.2.3 冰消后沉積

貢嘎山東坡的冰水、冰川泥石流與冰磧石英砂表面外形特征對比結(jié)果，表明盡管冰水和冰川泥石流石英砂均為經(jīng)過了再作用的冰川石英砂，但仍能保留一些冰川石英砂的特征，如呈現(xiàn)磨圓度差、棱角較尖銳清晰、起伏度高等。后期冰水和冰川泥石流的改造，則可在其表面又形成一些新特征，使得兩種冰消后過程石英砂的外形都不如冰磧尖銳，如冰川石英顆粒表面的尖棱角與多棱角出現(xiàn)頻率分別為32.37%、56.89%，而泥石流則僅為27.31%和44.54%；冰水較之泥石流石英顆粒外形的棱角也出現(xiàn)了較強的磨損和改造特征，冰水中未出現(xiàn)尖棱角，高起伏出現(xiàn)頻率（33.21%）則不足泥石流（72.61%）一半（圖5）。

機械作用特征方面，泥石流較之冰川石英顆粒表面的貝殼狀斷口和平行解理面更為發(fā)育，這與早先研究的結(jié)論一致［38］；此外，冰川石英砂含有少量冰川作用標志特征的壓碎深坑和擦痕，而冰水和冰川泥石流中則未出現(xiàn)（圖5）。然而，各種冰消后沉積與冰磧石英顆粒間化學作用特征的差異性相對較小。

3.3 磨西臺地的沉積成因

貢嘎山東坡冰磧和各種冰消后沉積是磨西臺地的潛在物源［12］，加之上述研究表明它們的粒度（粒度參數(shù)與曲線）與石英顆粒表面特征都存在較顯著差異，因此，我們可將臺地不同層位的沉積與之進行系統(tǒng)對比和聚類分析，并結(jié)合已有地貌學和測年等，對其確切沉積成因進行探究。

3.3.1 粒度指示的磨西臺地沉積成因

磨西臺地底部和中部礫石含量多超過50%，與新冰期和MIS3冰磧較相似；而中上部則以細粒組分（砂、粉砂+黏土）為主，若考慮到冰川泥石流搬運距離的影響，中上部粒級組成則可能與冰川泥石流較為接近（表3）。磨西臺地兩側(cè)河床相沉積以中砂為主（>80%），與現(xiàn)代冰川前緣的冰水沉積極為相似，但前者搬運距離更遠，因此礫石含量低而砂多。

表3 磨西臺地不同層位沉積與山地東坡冰磧、冰消后沉積粒級組成和參數(shù)對比Table 3 The grain size composition and parameters from paraglacial deposits and the deposits in different layers of the Moxi Platform

磨西臺地自底部至上部沉積的粒度頻率曲線顯示出冰磧沉積為源頭的特征，即多表現(xiàn)為雙峰型（圖6）。然而相較于上部，剖面底部與中部沉積0～2φ主峰的含量較低，而4φ～6φ次峰含量較高，與冰磧相似；剖面向上則表現(xiàn)為主峰升高，而次峰降低，其粒度曲線形態(tài)也逐漸接近冰川泥石流與現(xiàn)代河床沉積的特征。

圖6 磨西臺地不同層位及其兩側(cè)現(xiàn)代河床沉積的粒度頻率和累積曲線Fig.6 Frequency curve and cumulative frequency curve of grain sizes from the deposits in different layers of the Moxi Platform

粒度參數(shù)散點圖能更好地反映搬運介質(zhì)和沉積環(huán)境的信息，從而有效地區(qū)分冰川和非冰川成因的混雜堆積類型［31，39］。因此，我們繪制了磨西臺地不同層位沉積物與可能來源的冰磧和冰消后沉積粒度參數(shù)的散點圖（圖7）。結(jié)果表明，它們都可大致分為3個區(qū)域：第一個區(qū)域，包括臺地底部和中部、部分中上部樣品（MX-01、MX-02、MX-06、MX-07、MX-12、MX-13、MX-03、MX-04）與 新 冰 期、MIS3冰期冰磧物，具有分選差，平均粒徑較細的特點，推斷臺地底部和中部的沉積可能為冰磧；第二個區(qū)域，包括臺地部分中上部及上部的樣品（MX-11、MX-05）、冰川泥石流和河床沉積，其分選略好于第一個區(qū)域，平均粒徑較粗，因此推測臺地中上和上部為冰水或冰川泥石流沉積。而磨西河河床一個樣品（MX-08）成為第三個區(qū)域。

圖7 磨西臺地、現(xiàn)代河床、冰磧與冰消后沉積的粒度參數(shù)散點圖Fig.7 Scatter-diagram of grain size parameters form tills，paraglacial deposits，and the deposits in different layers of the Moxi Platform

3.3.2 石英顆粒表面特征指示的磨西臺地沉積成因

盡管磨西臺地不同層位石英顆粒表面特征存在一定差異，但由于磨西臺地的潛在沉積來源于冰磧或冰消后沉積，因此差異相對較小。我們以聚類分析方法嘗試識別不同層位的沉積成因。

本文是選用IBM SPSS Statistics 22.0軟件將已知各類成因的沉積與磨西臺地不同層位的樣品進行聚類，設置聚類方案范圍為2～3，選擇Ward聚類方法（區(qū)間為平方Euclidean距離），區(qū)間選擇平方Euclidean距離。結(jié)果顯示，磨西臺地所有樣品大致可以分為3～4類（圖8）；其中底部全部4個樣品（MX-01、MX-02、MX-06和MX-07）與MIS3冰磧的2個樣品（NMGG-01、NMGG-02）歸為一類（I），指示出臺地底部可能為MIS3冰磧。此外，磨西飯店東側(cè)C剖面中部兩個樣品（MX-12和MX-13）則與小南關(guān)溝口的冰川泥石流的4個樣品歸為一類（II），表明磨西飯店附近臺地中部可能存在冰川泥石流的沉積。最后，臺地中上部和上部樣品（MX-03、MX-04和MX-05、MX-11）同磨西臺地兩側(cè)3個河床沉積和1個新冰期冰磧樣品歸為一類（III），表明磨西鎮(zhèn)附近磨西臺地上部可能為河流沉積。其余3個新冰期冰磧樣品則可大致歸為另一類。

圖8 磨西臺地不同層位與冰磧、各種冰消后沉積石英顆粒表面特征聚類分析圖Fig.8 Classify analysis for the surface microtextures on quartz grains of the Moxi Platform

因此，綜合以上粒度和石英顆粒表面形態(tài)的沉積學證據(jù)，我們認為磨西鎮(zhèn)附近磨西臺地的底部可能主要為MIS3冰磧，中部可能主要為MIS3以來的泥石流沉積，上部可能為河流沉積或河流改造過的冰川泥石流沉積。這也從沉積學指標上進一步支持了早期關(guān)于磨西臺地冰磧+冰消后沉積成因的推測［12-13］，也證實了貢嘎山東坡局地末次冰盛期時古冰川末端確實下伸至了磨西鎮(zhèn)附近。

3.4 冰消后過程對下游谷地堆積和下切影響

對冰緣區(qū)河流而言，早期認為冰期時谷地內(nèi)會發(fā)生堆積，間冰期則會經(jīng)歷侵蝕下切［40］，很長時期這一直作為氣候驅(qū)動河流/谷地發(fā)育的經(jīng)典模式［41］。之后，研究者們注意到河流對氣候變化的響應并非為簡單的線性關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在氣候轉(zhuǎn)型期河流才會發(fā)生下切，而相對單一氣候階段內(nèi)河流則會處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，這可能是由于氣候變化能驅(qū)動冰川、植被、徑流和輸入物質(zhì)等眾多因素都會發(fā)生變化，進而改變河流沉積通量和徑流量，最終共同決定了河流行為［42-43］。

貢嘎山東坡磨西臺地底部沉積冰磧的ESR年齡為（29.3±1.4）～（36.4±2.5）ka，其上部沉積的ESR年齡為（8.2±0.7）ka［13］，臺地頂部10Be暴露年齡為（6.9±0.6）～（7.3±0.6）ka（CRONUS online cal?culator Version 3.0.2重新校正，并選用中Lm生成速率模型和較老年齡）［44］；另外，新興鄉(xiāng)磨西臺地東側(cè)保存有4級階地，最老階地（T4）的14C年齡為（6.1±0.2）～（6.4±0.6）cal ka B.P.（OxCal v.4.3.2Incal 20校正）［19］。這些數(shù)據(jù)表明，由于貢嘎山東坡海洋性冰川作用區(qū)強烈的冰消后過程，使得磨西河谷地內(nèi)冰期向全新世轉(zhuǎn)換過程中一直在發(fā)生堆積，甚至持續(xù)到6～7 ka前后才停止，之后轉(zhuǎn)為侵蝕下切。因此，后續(xù)研究中應關(guān)注這些強烈冰消后過程可能對下游谷地/河流堆積與下切過程造成的重要影響。

4 結(jié)論

（1）貢嘎山東坡各種冰消后沉積都直接或間接來源于冰磧，因而它們與冰磧的粒度和石英顆粒表面形態(tài)有一定相似性，但冰消后作用的改造也使其呈現(xiàn)了一定的獨特性；然而，冰川性質(zhì)、冰川作用期次，甚至冰川作用區(qū)巖性都可能影響到冰磧的粒度和石英顆粒表面形態(tài)特征。因此，建議通過對比或聚類方法揭示冰消后沉積物的類型時，應限于同區(qū)域內(nèi)，而盡量避免選用特定沉積的共性特征。

（2）通過磨西臺地不同層位的粒度和石英顆粒表面特征與冰磧和各種冰消后沉積的對比和聚類分析，從沉積學指標上進一步證實了磨西臺地堆積物具有三種來源：底部可能為MIS3冰磧，中部可能為MIS3以來的泥石流沉積，上部則可能為河流沉積或河流改造過的冰川泥石流沉積；也確認貢嘎山東坡局地末次冰盛期時古冰川末端確實到達了磨西鎮(zhèn)附近。

（3）磨西臺地中上部的冰消后沉積及兩側(cè)階地的時代，指示出貢嘎山東坡強烈的冰消后過程使得磨西河谷地自末次冰期向全新世轉(zhuǎn)換時一直在堆積，甚至持續(xù)到約6～7 ka前后才停止，之后轉(zhuǎn)為侵蝕下切。