李四光的支持者赵松龄(1983)报道了北京西山灵岳寺附近的第四纪冰川沉积。为此,我们曾于1986年10月和1989年10月,前后两次前往灵岳寺地区作了详细调查和室内研究,其结果(郭旭东等,1991)如下。
一、灵岳寺附近无冰蚀地貌
灵岳寺位于斋堂盆地北部、距斋堂约20 km处的一个山腰凹地中,海拔810 m。凹地东西距离约200 m,南北长约2 km,大致呈底部南倾和半开放性的长方形小盆地。凹地北部为黄草岭背斜,最高点海拔1,442 m。主要岩石为奥陶纪石灰岩,侏罗纪九龙山组紫色、黄色砂页岩和髫髫山组安山岩及安山质火山碎屑岩。黄草岭背斜中央部位南侧有底部南倾的小型侵蚀凹坑,底部倾角达50°~60°,两壁均为寒冻风化破坏的岩石陡坎,岩层产状为向东,倾角60°。因此它并不是什么“围椅状断谷”的头部,即古冰斗;也不存在什么所谓的角峰。凹地东西两侧呈两道梁状台地,向南延伸,其北端为两个突起的寒冻风化岩垒和堡状地貌,主要岩石为侏罗纪辉绿岩及火山碎屑岩,属第三纪中期残留夷平面的一部分。由此可见,所谓灵岳寺的古冰川地貌是不确切的。
赵松龄等据李四光提出的“围椅状断谷”一词,即古冰斗和冰川槽谷,设计了《灵岳寺古冰川地貌示意图》、《灵岳寺古冰碛堆积物横剖面图》和《灵岳寺古冰川表碛堆积物纵剖面示意图》。此外,他们还把灵岳寺凹地的堆积物分为终碛堆积、侧碛堆积和表碛堆积3大类型。我们认为这些图件和这样的分类都与实际不符。
据我们反复调查,灵岳寺附近山腰凹地中的沉积物分别被3条小冲沟所切割,自北向南大致可分为4个不同的沉积带。除了黄草岭背斜两侧山地和凹地东西两道梁状台地为基岩残积外,自北向南,凹地中的沉积按成因类型可分为下列4个不同的沉积带:Ⅰ。坡积—残积带,厚0.5~1.0 m以上,主要岩性为奥陶纪灰白色石灰岩砾石和松散土层;Ⅱ。马兰黄土带,黄褐色,垂直节理,虫孔和根孔均较发育,含较多CaCO3假菌丝和白色钙质斑点,偶见碎石块;Ⅲ。混杂砂砾带,砾石主要成分有石灰岩、辉绿岩、安山岩、砂岩及少量页岩,厚5~30 m;Ⅳ。马兰黄土带,黄褐色,垂直节理发育,含大量白色CaCO3假菌丝和白色CaCO3,沿孔隙充填,结构较致密,岩性大体上与Ⅱ带相同,厚1~3m。
为了较真实地了解灵岳寺凹地内这套沉积物的成因类型,我们沿3条冲沟和公路作了沉积物纵向和横向剖面调查。凹地北部山麓有部分坡积物和Ⅲ带混杂砂砾层已被马兰黄土所覆盖。自北向南,凹地沉积物表面的倾斜坡度约为5°~10°。沿3条冲沟沟底,有部分基岩出露。沉积物厚度向南逐渐变厚,变化在2~30 m之间;同时沉积物砾径也向南变大,如在刘家村和小许村周围,砾径最大达5 m,局部地段沉积物中可见不明显层理。自灵岳寺向南基本上都是马兰黄土堆积。灵岳寺公路旁的沉积物分别被3条冲沟所切割,并不是像冰川侧碛旁的侧沟那样与沉积物同时形成的。剖面中以粗大砾石和巨砾为主,一般砾径为1.6~3.6 m,最大达5.5 m,无分选,次棱角状,成分以绿色和灰绿色辉绿岩为主,其次为紫红色安山岩和安山质火山岩及石灰岩。剖面中、下部砾石层中含较多泥砂及土壤层,说明这套混杂堆积均属当地堆积。从沉积物结构看,剖面中、上部粗大砾石和巨砾之间为接触式结构;剖面中、下部砾石间空隙为砂砾充填,构成充填式结构;剖面底部砾石间空隙完全被细粒泥砂充填,构成典型基底式结构。此外,局部地段还发现有不规则的层理、透镜体、石线构造、环状构造和袋状流纹构造。这些结构特点同崔之久等(1985)、曾思伟等(1985)和李鸿琏等(1985)所报道的现代泥石流堆积的层面流线构造特征十分相似。因而,灵岳寺凹地中这套混杂堆积应是一种古泥石流堆积体。此外,还有下列泥石流形成的有利条件:①发源于黄草岭山麓的3条沟谷源头地区残坡积物十分丰富,为泥石流形成提供了物质条件。②沟谷底床和两壁及凹地底面坡度都较大,有利于山地临时性或突发性洪流的急速运动。③灵岳寺凹地以下,地形急剧下降,为洪流排泄和沉积物快速运动和停积创造了有利条件。④现在北京西山区还不时有泥石流发生。
由上述可知,灵岳寺凹地沉积应是由3条冲沟沟头区同时暴发的暴雨型山洪泥石流,即复式稀性泥石流堆积而成的。所谓灵岳寺谷口坝状冰碛体或灵岳寺冰川终碛、侧碛和表碛,事实上并不存在。
二、灵岳寺附近无古雪线
在研究山地古冰川时,确定古冰川堆积和重建古雪线高程,这两者都是不可缺少的重要问题。如何确定古雪线位置呢?无论过去或现在,国内外冰川学家主要是根据古冰斗底部高程来确定的。在中国东部地区,由于山脉高程太低,因而都没有发生第四纪冰川的环境条件。然而有些冰川论者,却提出所谓长江中、下游地区的古雪线高程值,犯了基本概念的错误。北京西山的情况亦不例外,赵松龄提出:“若从灵岳寺东、西两条侧碛开始出现的高度,定为古冰川活动时的雪线高度,那么当时的雪线就要在今日海拔950 m和920 m处。在冰期最盛时期,东海海面降低了130 m。这样,当时的雪线就要高出海面1,100 m。”现在我们不仅要提出这样的一个问题:既然灵岳寺附近有围椅状断谷(古冰斗和冰槽谷)存在,那么为什么不把围椅底部高程作为古雪线高程,反把所谓两道侧碛开始出现的高程作为古雪线高程呢?事实上,所谓的两道侧碛根本就不存在。而海拔950 m和920 m两处高程,正是灵岳寺凹地内马兰黄土堆积面的高度(Ⅱ沉积带)。这说明,由于他提供的证据不确切,所以他所确定的雪线高程值也是不确切的。北京西山的雪线位置在哪里?雪线应是夏天极端高温期山地积雪的最大下限高程线(郭旭东,1988)。按过去10年斋堂地区年极端高温的均值36℃和山地垂直温度梯度每上升100 m降温0.5℃推算,则现今北京西山同期大气层中0℃层的高程将达到7,200 m。晚更新世冰期最盛期,据斋堂盆地前桑峪古冰楔推算,当时斋堂地区气温将较今降低15℃。这时,山地古雪线高程为3,800 m。考虑到0℃层位置比一般雪线位置偏高一些,故当时古雪线确切高程应为3,600 m,而不是1,100 m。3,600 m高程已远远地超出北京西山的所有高度,这也说明,北京西山地区的古雪线,实际上是不存在的。
三、北京西山的升降问题及其与冰川发育的关系
自新生代以来,北京西山究竟是上升还是下降?这对识别古冰川发生的可能性的确至关重要。。B。纳里乌金(1961)在观察了北京西山的所谓冰川遗迹后承认:“这些冰川作用遗迹目前所在的高度为200~300 m,在这样的高度上冰川是不可能形成的。”而他为了支持李四光的冰川观点,又说:“大概当时高山峻岭的顶峰上升得较高,达4,000~4,500 m。”在解释这些冰川遗迹目前所处的高度为何这么低时,他又设想:“显然,这些冰川分布区后来下降了2,000~3,000 m以上。”纳里乌金的这种设想是不符合北京西山地区新生代以来地质发展史的。就以北京西山中部斋堂盆地为例,试论北京西山挽近地质时期的升降问题。
斋堂盆地位于北京西山的中心部位。盆地周围山地不同时代和不同梯级及层次的层状地貌极为醒目,它反映着新生代以来北京西山地壳动定递进、间歇性垂直上升和侵蚀多循环运动的特点。清水河是一条不对称侵蚀型的古河床。河谷地貌与第四纪地质十分清楚。河谷南岸大墩台上新世唐县期夷平面砾石层(高程530 m,下同)以下,保存有5个不同的河谷裂点(500 m、488 m、460 m、430 m、400 m)和2个侵蚀基座阶地(385 m、373 m)。河床北岸有相应的3级基座阶地和白沙岭期(520 m)、才岭期(800 m)及灵岳寺期(950 m)等3级夷平面。据此推算表明,自第三纪中期以来,北京西山上升了600 m;上新世以来上升160 m;第四纪以来上升约150 m;晚更新世以来上升量仅为3 m;全新世以来上升量仅为1 m。上升幅度以挽近地质时期为大,平均每年上升约0.3~1.0 mm。可见,北京西山自第三纪中期以来就一直处于不断和缓慢的上升中。在挽近地质时期,它既没有4,000~4,500 m的上升,更没有2,000~3,000 m的下降。因此,这个时期北京西山的高度与今相差不大,不可能发育第四纪冰川。
四、灵岳寺地区晚更新世的气候环境
如前所述,灵岳寺凹地北部的Ⅱ带和南部的Ⅳ带均为马兰黄土堆。该马兰黄土不整合地覆盖在稀性泥石流堆积(Ⅲ带)之上。这证实稀性泥石流堆积形成于晚更新世马兰黄土堆积之前,而不是晚更新世末期的产物。
在Ⅳ带马兰黄土中,我们采集了6块孢粉分析样品。在该剖面下、中、上不同位置,又采了3块热释光年龄样品。
热释光测年结果表明,剖面上部黄土年龄值为12,370±760年;剖面中部黄土年龄值为15,770±990年;剖面下部黄土年龄值为20,540±1,267年。可见该马兰黄土堆积时间介于12,000~20,000年之间,沉积速率为每年0.5 mm。此时正值全球末次冰期(含最盛期)和世界各地最低海面发生的时间,大陆气候干燥而严寒。因此,马兰黄土是冰期冰缘或冰缘期气候环境的产物。
孢粉分析结果揭示:剖面上部花粉含量低;剖面中部花粉最为丰富;剖面底部花粉含量亦较丰富。花粉谱中又以灌木及草本植物花粉含量为最高,其含量占孢子花粉总数的82%~88%。其次为乔木植物,其含量占孢子花粉总数的4%~10%。蕨类植物孢子含量稀少。在占绝对优势的灌木和草本植物花粉中,蒿属(Artemisia)含量为最高,达40%~51%;其次为藜科(Che-nopodiaceae),含量为10%~24%;而含量较少的有禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、蓁属(Corylus)、麻黄属(Ephedra)、蓼属(Polygonum)、伞形科(Umbelliferae)和葎草属(Humulus)。在乔木植物花粉中,主要成分为松属(Pinus)、桦属(Betula);含少量冷杉属(Abies)和胡桃属(Juglans)。在蕨类植物孢子中,主要含有卷柏属(Selaginella)、水龙骨科(Polypodiaceae)和真蕨纲(Filicales)。从上述孢粉植被总貌看,当时灵岳寺附近地区,地表覆盖的植被主要是灌木及草类植物,中间有少数乔木,自然景观为稀树草原。这些结果同模式口(郭旭东等,1981)、东斋堂(严富华等,1986)及前桑峪等地马兰黄土中孢粉研究结果相类似。它们基本上可以代表前桑峪冰缘期(即末次冰期)时,北京西山地区的古植被面貌。联系到前桑峪等地马兰黄土中发现的古冰楔等冰缘现象看,北京西山地区的稀树草原景观,可能与目前北美阿拉斯加中—南部和西伯利亚北部等地的冻原景观相照应,也可以和我国东北地区含猛玛象化石的顾乡屯冰缘期的冰缘景观相对比。这表明,晚更新世期间,灵岳寺和北京西山其他地区一样,地表年均温将达到-2~-5℃,比现今要低达12~15℃,气候环境干燥而严寒,与今迥然不同。即便如此,所有山地也仅仅是冰缘环境,并非冰川环境。