冰川堆积的成层现象十分普遍，这与冰层本身成层分布直接相关。如在冰川底部或冰下背冰面空洞的边缘沉积，后者与本章中提到的微观成层堆积出现在羊背石上孔隙填充现象已十分类似，都是在冰底强烈磨蚀基岩表面，一方面刨下基岩表层碎屑，同时又填充在孔隙处。还有一点，即宏观的冰川底层的成层堆积也是深色层和浅色层相间。此处深色层多砂砾而少薄冰，而浅色层则多为污染冰层，一深一浅之韵律组合厚约2cm（Souchezetal，1973，1978；Souchez，1966）。冰层中则富含Na、K、Ca、Mg等化学元素，但以钙为多，有时也有硅的沉积。可以在孔隙中形成微型似钟乳状物。在天山1号冰川前端羊背石表面凹槽填充物中的白色物质也是方解石晶体，也可以有微晶灰岩矿状物（Sharp，1990）。国际上除对现代冰川底部的钙、硅再结晶有很多讨论外，对古老冰碛层的化学沉积（高纬、极地地区）也有相关讨论（Fairchildetal，1990）。其冰下过程也是拟似现代，如冰川末端有冰体越过羊背石所产生的复冰现象以及众多剪切面输送冰碛物。然其所处大环境和现在却有很大不同，其共同特点是均集中在对碳酸盐类沉积方面进行讨论。
（三）石英砂电镜扫描研究
1.冰碛石英砂的表面结构特征
据谢又予等研究（1984），冰川环境下的石英砂粒通常是棱角尖锐的，脊和棱角都形如刀刃。在较大的颗粒（大于200μm）上具有典型的贝壳状断口，这是机械撞碰、压碎等作用造成的。这种作用在小颗粒上则多表现为平整的解理面和向上翻起的解理片与贝壳状断口同时存在。上述特征与刚从母岩分离开来、未经风化的颗粒相类似。但在大小的变异和贝壳状断口及解理片的多样性上不如冰川环境的砂粒。
据Krinsley总结（1973），比较小的冰川砂粒（粒径小于200μm）受冰川研磨并不更趋向于圆化。而多半是顺解理裂开保持平整形态。然而随着颗粒变小，它的化学反应有可能增强。因此，非常小的颗粒常不是机械作用，而是化学作用使其更为圆化。他还指出：更新世冰川颗粒通常被风化和成岩作用所改变。在这些样品中，有些颗粒仍然像现代冰川砂粒一样新鲜，但总的说来其百分率随时间而减少。甚至老第三纪的冰川颗粒可以仍然会保留原始的冰川特征（Marglisetal，1971）。
总观前人对原始的冰川石英砂粒表面特征的描述，主要是：（1）贝壳状断口和不规则断块；（2）平整的解理面和翻翘薄片；（3）平坦的平行解理面组成一系列“阶梯”；（4）压碎和变形的解理薄片；（5）解理面上有黏附物的平整扁平石英粒（Krinsleyetal，1973）（图389）。上述特征主要来自于对阿尔卑斯山现代冰川石英砂的描述，显然未经明显的水下或化学作用的改遣。在我国，上述特征极好地反映在昆仑山现代冰川石英砂粒上。如平整的解理面和翻翘薄片以及平行解理面的“阶梯”，解理面上有黏附的平整扁平石英颗粒。而贝壳状端口则在任何地方的冰川石英砂粒中皆有表现。特别值得指出的是，在我国西藏东南部海洋性冰川中，由于冰川作用能量大，在石英砂粒上形成很深的圆形深坑和清晰的擦痕。这种深坑明显地区别于风力作用下，因一次撞击而在石英砂粒上造成的浅平的碟形坑，显然是由于一定时间内固定在某一点上挤压研磨造成的。即使有些深坑因后期颗粒圆化而稍微变浅，但坑内的不规则形态和基本特征仍清晰地保留着。尤其是再加上石英砂粒上的擦痕，这两个特征都是较为罕见的。作者对比了很多石英砂粒上类似擦痕的形象，发现有些多条平行的类似擦痕的形象，实际上是被水下环境改造过的平行解理面的“阶梯”或贝壳状断口中的条纹。这种条纹状影像有多条平行排列，延展性好，且在放大几千倍后仍光滑、平整。而由冰川造成的石英砂粒上的擦痕只有1—2条，擦痕底及两侧皆粗糙不平，较短，延展性不好，造成这种现象的原因是不言而喻的（。
海螺沟冰川冰下融出碛石英砂颗粒表面结构特征的颗粒频率直方图（数字对应详见表317）（中科院青藏高原综合考察队和李吉均等，1986）贝壳状断口与平行节理面等结构特征是石英砂在被冰川搬运过程中互相磨蚀破碎所留痕迹。它们的大量出现，反映搬运沉积物的冰川冰体厚度巨大，但搬运距离不长（图391）。
2.冰水沉积石英砂表面结构特征
广义的冰水堆积包括三方面：“冰川—河流沉积”，“冰川—湖泊沉积”和“冰川—海洋沉积”。其中“冰川—河流沉积”常被视为狭义的山地冰川冰水沉积物。我们认为“冰川—河流沉积”的含义有两点：首先，其物质系冰碛物改造而来；其次，河段内的大部分的流量由冰川融化水供给。所以“冰川—河流堆积”应该明确地只限于离开冰川以下一定的距离内，绝不能无限地扩大冰水的“势力范围”，那样将既无严格划分的意义，又可能造成概念上的混乱。一般“冰水—河流堆积物”多数只分布在距主冰川几十千米的距离内。人们普遍认为，在山区冰水作用下，颗粒圆化速度是比较快的。一般石英砂粒在20km距离内能见到部分棱角的圆化，而在50km距离内则可达到很好的滚圆度并有良好的水下磨光面。此外在冰川—湖泊堆积层中，由于有较好的供水条件，可以在石英砂粒面上生长石英晶体和较多的SiO2沉淀（Tricart，1969）。
总之，冰水石英砂是冰川石英砂被水下环境或其他作用改造过的砂粒，大多仍保持不规则的外形，但棱角多已圆化，这是由水下磨蚀和次生的溶解作用造成的。此外，在圆化或光滑化的表面上又叠加了水下机械成因的V形或其他不规则形坑，或表现为在凹坑内有部分不规则突起。这种情况在海洋性冰川中，由于冰川融化水比较活跃，化学风化比较强烈而表现尤为明显。此外在能量较大的海水作用下，也具有类似特点。如阿根廷大陆架上，晚更新世被改造过的冰川砂粒，就主要表现为具有棱角已被圆化的不规则外形和贝壳状断口，平整面上又叠加了水下机械成因的V形坑等，这是石英砂粒反映环境变化“多代性”的表现之一。
3.石英砂表面后生变化（谢又予，1984）
石英砂表面的后生变化指发生在石英砂堆积之后，成岩作用（或变质作用）之前的各种物理与化学过程，其中最突出的是SiO2的溶蚀与再沉淀。这对于环境重建也有一定意义。石英通过溶解作用可产生足够数量的SiO2胶体，在环境发生局部过饱和时可导致沉淀。颗粒越细，溶解速率增大得越快。SiO2可以在谷地高坡上进入溶解，而在谷底的石英砂上发生沉淀。也可能在一个颗粒的某一部分发生溶蚀，而另一部分有SiO2沉淀。
SiO2的沉淀方式取决于沉淀速度。如果沉淀迅速，则形成石英砂粒的夷平形态。
中等速度的沉淀发生在翻翘薄片上，或在解理面上产生一组新的翻翘薄片。如果沉淀很慢，则不但在颗粒棱角上产生沉淀，在有足够空间的情况下，还会生成一端“根植”在砂粒上的石英晶体。这些晶体可形成各种形态，有六方锥体、柱状、球体等。
昆仑山及天山的冰水砂粒上，就看到这种石英晶体的生长情况。从晶形特征和不溶于盐酸，证明是新生的石英晶体。其一端固着在石英砂粒表面上，另一端则自由生长晶体。在碱性环境下，在水分条件比较有利时，即使气候比较寒冷，水的pH值也会因有溶解盐类而升高，使得砂粒表面有小量SiO2被溶解。当温度升高时，蒸发作用又使SiO2重新沉淀在一定的晶体部位而造成晶体的缓慢生长。这种过程在冰缘环境的夏季是可以频繁进行的。因此，这种石英颗粒上生长良好的石英晶体，就成了有冷暖变化、局部供水条件较好、干冷、碱性环境的标志之一。但总的来看，SiO2的溶蚀与再沉淀在湿热的气候条件下，是比干寒的条件下有利得多。但在湿热环境下，由于SiO2溶解与沉淀迅速，反而不易形成新生的石英晶体。
当石英砂粒堆积后，受到外部突发性的应力作用时，会使石英砂粒破裂，造成很深的裂纹。周口店地区是一构造应力集中地区，不论新老构造活动均较活跃，并有不少应力矿物产生，这种破裂的石英砂有可能是地应力活动的表现，这也是一种后生变化。在泥石流堆积中也见石英中有裂纹。此外，还有一些难解释的现象，如颗粒表面的花纹和卵形球体等。但无论如何这些现象均是石英的后生变化（谢又予，1984）。
（四）冰碛微结构与冰川动力
1.挤压作用
沉积物大部分呈致密块状，成层性好并有一定的胶结，这说明该物质是在超过正常大气压力条件下形成的或是在形成以后受过冰川的压实作用。
（1）显微滞碛。
在照片313中的沉积物层理卷曲部位的右下端有一团黑色的致密物质，镜下鉴定认为是颗粒极其细小的黏土类物质和化学沉淀物。它的形成是在冰体静压力的作用下，细颗粒物质在有水参与的条件下发生液化，在稍大的颗粒之间产生移动的结果。其整体的特性表现为极缓慢的塑性变形，最后这部分细粒沉积物沿层理面向下游的方向被挤压出来，并积累于沉积层卷曲层理的末端，形成照片上所显示的深色致密团块体。
上述团块的形成过程与宏观上滞碛（lodgmenttill）的形成机理有相似之处。然而此现象发生在微观世界，故称之为“显微滞碛”（mirco lodgmenttill）。显微滞碛的存在说明冰川底部普遍存在着巨大的挤压应力作用。这对于冰床上的变形碛而言，是有启发的。尽管它是很局部的。
（2）细粒化现象。
照片313中基岩矿物颗粒的形态，属于颗粒间变形的细粒化阶段。基岩矿物的细粒化首先从粗大矿物的边缘或较细的颗粒之间开始。它们在粗大的长石或石英的边缘首先形成细小的碎粒，是从粗大颗粒上分离出来的。此时原始粗大颗粒的边缘常呈不规则形状，使曲折边界外凸的地方从大颗粒上分离出来，在大颗粒周围形成一层细粒矿物的边。与此同时，大颗粒的边缘轮廓也趋于圆滑，岩石的平均粒度也随之降低，这些变化都有助于颗粒的粒间滑动。这在显微构造地质学上被称作岩石细粒化的初级阶段（刘瑞繤，1988）。在此阶段粗大颗粒之间没有明显滑动，粒间滑动只限于刚分离出来的细小颗粒之间。此时的岩石整体基本没有变形，但应力已经过了极限值。因为使原来镶嵌得很好的矿物颗粒之间彼此脱离开，并且分离出一批细小颗粒，这需要很大的能量，故由此可以证明冰川底部羊背石表面存在很大的挤压应力。基岩的细粒化是在冰川压力下被剥落过程的最初表现，它是冰川侵蚀作用的基本方式之一。
（3）包卷层理现象。
显微镜下沉积物纹层的卷曲现象多出现在边缘带，引起此种同生变形除了沉积物的液化作用以外，还有就是由差异负荷作用所导致的。在如此小的一块沉积物表面上，冰川在其中央与边缘处所产生的挤压应力还有明显的差异，这说明冰川底部在冰—岩界面处所产生挤压应力的空间分布在微观上也是十分不均匀的。
（4）压裂现象。
刚性块体在足够大的压应力下会产生断裂现象，断裂面一般呈舒缓波状，有时呈锯齿状。如照片313所示，图上沉积物中的长方形为石英晶体，其在冰川的压应力作用下破裂，裂隙呈折线状，裂隙面的夹角为100°—110°，裂隙宽度小于52.6μm。由照片和图上可以看出该裂隙已将石英颗粒完全断开，但每一小块的相对位置并未改变。这说明此石英颗粒刚刚沉积时并没有受到冰川压力的作用（或者说所受的冰川压力不足以导致该颗粒断裂），而随着沉积物厚度的增加，冰川的压力也逐渐增大最后致使石英颗粒被压断。此现象很好地反映了沉积物的先期沉淀后期受压的形成过程。
2.剪切作用
显微结构构造反映冰川对基岩表面的剪切应力作用主要表现为剪切裂隙和剪切变形。
（1）人字形构造。
刚性块体在其一侧受剪切应力作用，当其剪切应力不足以使整个块体断裂，而只产生一些张性裂隙时，就会形成人字形构造现象。人字形构造中裂隙的开口一般较宽，向下逐渐减小最后尖灭；裂隙的开口处于块体的边缘夹角很小，向下角度逐渐增大，最后直至裂隙面与块体的边缘垂直。基岩中的裂隙为典型的剪切张性断裂的人字形构造，基岩表现为刚性。该受力模式的剪切应力方式为右旋，由此构造模式所指示的冰川流动方向为由左向右。
（2）不对称眼球构造。
不对称眼球构造在糜棱岩中是最常见的残斑结构。通常由长石构成核，由碎粒长石或变形的细粒石英构成“眼角”，此眼角形状是碎屑颗粒被剪切应力推、拉所致（刘瑞繤，1988）。该现象用肉眼很难辨别，而在显微镜下却很容易分辨。该眼球构造的“眼角”是被剪切力推向残斑背后的细粒长石、石英等，“眼角”处于左上—右下部位，则指示为左旋剪切，此构造现象表明冰川的流动方向为由右至左。
3.拔蚀作用宏观上，冰川的拔蚀作用在冰底凸起物的背冰面上由于复冰作用而产生（图386），表现也比较突出，在微观上亦是如此。当拔蚀剥离的碎屑体尚未被远距离搬运而存在于原位时，便称之为“剥落体”（照片313右端下部）。
4.重力作用过程
冰川的挤压作用在一些特殊部位（如在羊背石表面前侧部的凹坑处）非常小，有时甚至为零，在此部位可以出现微型的重力作用过程。如照片313右下部分所示的滑塌构造由碎屑的自身重力作用引起的。在沉积物的形成初期，由于厚度薄，沉积物表面与冰川底面并没有压力作用，此时以重力作用为主；而后随厚度的逐渐增加，冰川压力作用也逐渐增强，重力作用过程也因此而消减，就会形成上述图中局部的滑塌构造（照片313）。
四、讨论与小结
（一）冰底水膜与底部滑动的讨论