山北道班冰坎,规模很大(图399),推测是高望峰期(上槽谷)时的槽谷头,在下望峰晚期时已被切开,新冰期空冰斗中之冰川由此冰坎的北段流下。所以,它只能算是新冰期时的冰坎。其下侧的岩盆乃是上、下望峰期和新冰期的产物,而与高望峰期无关。因为那时的上槽谷底部,是在高出此部位以上的空间发育的。可见,由此往下的一系列冰坎、岩盆,皆是上、下望峰期的产物。
此外,水文站冰坎与水文站岩盆发育处是眼球体片麻岩、花岗闪长岩与闪长岩分布区。上、下望峰期的冰碛中,此类岩石共占60%—70%,推测它应是该时期的主要物质供应区。
216国道113公路里程处的冰坎(简称113里程冰坎)则延伸很广。由于罗卜道沟冰川汇入及构造原因,谷地不对称(图3100),是大片卷毛岩发育区。
望峰岩盆是一个长条形洼地,堆积了大量冰碛物和冰水物质。
(2)成因与影响因素。
历史上有许多解释冰坎成因的理论,但多半不能使人信服。曾有人试图以“保护论”说明冰坎成因。即每一次冰退,冰川末端位置以上受到冰川保护而免受侵蚀,故而高起成坎——冰坎;而冰舌末端以下遭到冰水侵蚀而降低成洼地。实际上,冰水并不只是在冰川末端以下才开始侵蚀冰床,也不是每一次冰退时冰舌末端皆位于冰坎处,即使有也只是一种巧合。Small(1976)则认为冰坎就是山地抬升引起河流溯源侵蚀的裂点。这显然也不完全符合实际情况。目前所有能被考虑接受的冰坎成因理论都基于一个共同点,即大多数冰坎总是与坚硬、完整的基岩相联系。就本区而言也大都如此,如113里程冰坎,山北道班冰坎,以及罗卜道沟一系列冰坎。冰坎的形成与地质构造、地貌部位及冰川作用条件也密切相关。我们认为,冰坎与岩盆是对立统一体。
本区相间而存在的岩盆,皆位于抗蚀性较弱的石英片岩区,有时又适逢支冰川在此汇入,冰川加厚冰蚀加强;有时又适逢断层破碎带通过促进风化作用,更使岩盆蚀深,冰坎突出。
此处从不同时期冰碛物岩性组成的百分比对比同岩性位置,再对比冰坎位置,发现冰碛物岩性组成与不同时期冰川源头所在位置处的基岩岩性有密切关系。同时也发现与冰坎的位置也基本相当,推测随着第四纪各冰期间雪线的抬高,粒雪盆出处的冰坎位置也随着向源头迁移。因此得出槽谷演化中粒雪盆(冰斗)的溯源过程表明,槽谷溯源侵蚀向上源延伸。而同时是冰舌部分向下滑移造成槽谷向下延伸,即双向延伸(图3102,图3109)。
(三)冰碛岩性组合及槽谷演化
由统计(表320,表321)可知,天山乌鲁木齐河源最老的冰碛垄在红五月桥北侧海拔2860m的高台上。当地基岩山坡是灰岩和硅质岩,而在冰碛岩性中这两种仅占2%—6%,其他是相距不远的闪长岩,但占大多数的石英片岩、辉绿岩、辉长岩却是来自上游地段。有趣的是,本区所有较新冰碛中必定有的眼球状片麻岩,在红五月桥高台冰碛中却一块没有,在碎屑矿物组合中亦缺乏由它风化而成的长石和黑云母。眼球状片麻岩在主谷中只出露在海拔3550m的气象站冰坎以上,由此推测那时的粒雪盆位置最高也未达到气象站冰坎所在的位置(表320;图394)。
上槽谷冰碛属高望峰期。冰碛物主要组成是眼球状片麻岩(18%)、石英片岩(18%)、辉长岩(14%)、花岗闪长岩(14%)等,这表明,此时冰川源头已溯源到气象站冰坎以上和山北道班冰坎一带,因为这里正是眼球状片麻岩部分出露区。与红五月桥期相比,冰川源头已向上溯源至少1.5km。
低望峰可分为两个阶段:下望峰冰阶和上望峰冰阶。下望峰冰阶分布在望峰道班房以下,向下游延长约2km,具冰碛平台外形,地表平坦无巨大漂砾。与上望峰冰阶丘陵起伏、大漂砾特别丰富的地貌景观比较,相差十分明显。两者的陆源区基本一致,但由于下望峰冰碛经历时间长,冰碛中易风化的凝灰岩、辉石、角闪岩等已不复存在,岩性种类只有7种;而上望峰冰碛却有14种。据14C年代测定,上望峰冰碛为(14920±750)aBP;下望峰冰碛则可能是距今更早的一次寒冷阶段的产物。这两期的冰碛岩性中,眼球状片麻岩含量皆有增加,平均29%,最多的达36%,闪长岩与花岗闪长岩平均含量占11%。可见此时的冰川源头,已深入到眼球状片麻岩和花岗闪长岩的分布区,其位置(表320;图394)当在水文站冰坎一带,此时粒雪盆位置较上槽谷时又溯源约1km。又如,新冰期冰碛和小冰期冰碛中花岗闪长岩的比例急剧增大,甚至超过眼球状片麻岩的含量,表明冰川源头已越过眼球状片麻岩分布区而进到以闪长岩和花岗闪长岩为主的、即现代粒雪盆的分布区,这比上望峰晚期又溯源了至少500m。以15000aBP计,其速率为3.3cm/a。
平均速率为2.24cm/a,即22.4mm/a。这比本区现代寒冻风化的平均剥蚀速率9.6mm/a和最大值16mm/a要大一倍或三分之一,从而表明,冰川粒雪盆的溯源速率要比寒冻风化速率高。而本区的寒冻风化速率比国外有关统计数字要高10倍,说明大陆性气候条件下寒冻风化速率比海洋性气候区高。冰川源头溯源速率也高。
根据上述资料,特提出冰川槽谷的形成溯源论,根据如下:
(1)冰舌向前推进达最盛以后,依靠冰舌向下游开拓槽谷的过程亦即停止。然而通过冰川源头溯源侵蚀以开拓槽谷源头的过程却贯串在冰川的整个“生命”中。这是一种缓慢而持久的力量,它可能近似于是一个“常数”,估计除受冰川规模变化的影响外,与坡向、局部气候、岩性等关系也较密切。总之,是一个塑造冰川槽谷的不可忽视的力量。可以认为,槽谷的形成乃是“冰舌前进+源头后退”的统一过程。
(2)根据这一原则,重建本区古冰川类型与规模的演化过程,不仅只表现冰川末端位置的变化(像人们以前习惯做的那样),而应同时表现源头位置的后退变化。冰舌在缩短时而源头却在向山地核部延伸,这一点再也不能被忽略了(图3102)。
(3)不同时期冰碛岩石成分的不同对划分冰期是有帮助的。曾利用各个时期冰碛物中抗风化程度不同的岩石的比率作为划分冰期的依据,或利用重矿物组合的差异作为划分冰期的依据。我们认为,这种方法的运用应该有一定的前提,即该冰川作用区的岩性是相同的或不同时期冰川作用范围内的岩性结构基本一致。否则各个时期来自不同岩性的陆源区的冰碛怎能做所含百分率的对比呢?因为这种差异是“原生的”而不是“次生的”。
应用上述原则和方法探讨冰川槽谷的演化需要做适量的地质工作,这在高山区是比较辛苦的,需查明岩性的类型和分布。最好选择在冰川流向与地层走向垂直的地区或地段。此处岩性变化快,并有明显差别而便于对比。所幸中国大部分山系,特别是东西走向山系,因造山运动和板块挤压,导致在核部多为结晶岩,而向山体外侧延伸则分布变质岩、沉积岩带,而东西向山地的冰川流向则以南北向为主。是故在珠穆朗玛地区、天山地区冰川流向横切构造地层走向均适合做此类研究。作者在天山和在珠峰的工作是有不同侧重的,读者应该可以看出工作方法的差别,但结果是一致的。
二、以珠穆朗玛峰绒布冰川槽谷为例
(一)绒布冰川区基岩岩性及产状简况
珠穆朗玛峰(以下简称珠峰)北坡绒布冰川及绒布河谷一带,主要出露的是一套珠穆朗玛群地层,包括钙质岩系、泥质岩系以及变质较深的黑云母片麻岩、大理岩、石英岩、花岗片麻岩和混合花岗岩等。
本区地层产状十分平缓,在绒布冰川区内,似为一和缓向北西倾斜的单斜构造,这些都是探讨本区冰碛物和基岩关系的有利条件(照片318)。
珠峰山体基部6100—6400m以下的现代粒雪盆底,中、西绒布冰川底床以及东绒布冰川中下游的底床皆为混合花岗岩和花岗片麻岩分布区。珠峰山体6400m—7000m左右主要为黑云母片麻岩和黑色细粒片麻岩等;7000—7500m为二云母片岩和黑云母片岩;7500—8150m为一套深灰、黑色浅变质岩系,层内有层状侵入的花岗岩,泥质岩系下部花岗岩化及变质作用显著增强;8150—8450m为钙质岩系的黄带层主要是片状石灰岩和石英片岩。由此至峰顶皆为奥陶纪灰岩(图3103;照片318)。北侧的章子峰及长征峰(6916m)高度虽然不大,但岩性皆与珠峰同。此外,在西绒布冰川北侧混合花岗岩与花岗片麻岩以上有二云母花岗片麻岩。在西绒布冰川南侧除上述岩性外还有较多的石榴子石花岗片麻岩和细粒花岗岩,根据冰碛岩性的基岩关系尚推测在普莫里峰及其西6821m峰中下部有花岗岩,在顶部也应有泥质岩系或灰岩存在(图3103;照片318)。
总之,在海拔7000m以下中绒布冰川至绒布冰川一线是一条明显的岩性界线,东部以黑云母片麻岩、泥质岩和钙质岩等为主。西部则以混合花岗岩和各种花岗片麻岩为主。
由于本区岩性类型较多,在探讨各种冰碛岩性与基岩关系时有必要找出具有标志性的岩性。作者主要根据基岩岩性有明确的分布区等条件确定了在终碛物中标志性岩性是:混合花岗岩(简称花岗岩)、花岗片麻岩、黑云母片麻岩、黄色钙质岩等。在侧碛中有石榴子石花岗片麻岩、石英岩、二云母花岗片麻岩、花岗片麻岩等。有时有少量的大理岩和灰岩。
在编制绒布冰川冰碛岩性和基岩岩性分布图(图3103)时,作者也突出表现了上述各标志性岩性(照片318)(崔之久,1975)。
以珠峰、绒布冰川冰碛物岩性组成探讨冰碛物源区演化是从面上着眼,是因为有较好的地质工作基础,故与天山乌鲁木齐河源的同类研究略有不同,后者基本上只注意冰川终碛堤的岩性组成限于点状和线状。因为后者冰川规模小,距离短,二者工作方法虽着眼不同,但结果是相同的。
(二)冰碛物的岩性组成
1.冰面碎屑的岩性组成
冰面碎屑系粒雪盆后壁和两侧滚落冰面的物质,是冰碛物主要来源之一,在绒布冰川的表面极为发育。从形态上看,冰面丘陵错综镶嵌,杂乱。但从岩性组合看则其分布颇为规律。最瞩目的是不同颜色的冰面碎屑带。有横向上的带状分布和纵向上的规则排列。如中、西绒布冰川汇合处5500m剖面(图3103横剖面IV),由西往东可分为6个不同岩性组合的横向冰面碎屑带。
(1)以深灰、黑色浅变质岩和黑云母片麻岩为主(占80%左右)的碎屑带—黑色条带;其次为花岗岩、花岗片麻岩及少量灰岩。
(2)以细粒花岗岩为主(占80%左右)的碎屑带—灰白色条带;次为黑云母片岩、黑云母片麻岩及花岗岩片麻岩。
(3)以二云母花岗片麻岩和黑云母片麻岩、黑云母片岩为主(各占40%左右)的冰面碎屑带—灰色条带;细粒花岗岩次之。(黄色条带)(4)冰塔区;表碛以细粒花岗岩为主(占90%),黑云母片岩、黑云母片麻岩次之。
(5)冰塔区;表碛以二云母片岩、黑云母片岩、黑云母片麻岩为主(占80%左右)。
(6)以黑云母片岩、黑云母片麻岩为主的(50%—70%以上)的碎屑带—灰白色条带,次为花岗片麻岩、大理岩,最次为灰岩。
从下游到上游的冰面纵向上不同岩性组合的规则排列如中绒布冰川冰塔区东侧冰面碎屑在5400—5700m间岩性组合的排列为(图3103):
(1)以黑云母片岩、黑云母片麻岩为主(占70%以上)的冰面碎屑带(黑色条带)内,次为花岗片麻岩和黄色片状灰岩,灰岩最次。分布高度自东绒布冰川口(5400m)以上到5500m左右的中绒布转弯处东侧,纵向延伸长度约4km,宽约0.5km。
在接近5500m处,钙质岩系开始增多。
(2)以黄色片状石灰岩、黑云母片岩、黑云母片麻岩为主的冰面碎屑带,灰岩和花岗片麻岩次之,分布高度在5500—5600m,纵向延伸长度约2.5km,宽300—400m。
此处黄色片状石灰岩显著增加,上升为主要成分,灰岩也从最少上升为次多成分。
(3)以灰岩、黑云母片岩、黑云母片麻岩为主的,黄色片状石灰岩次之,分布高度在5600—5700m,纵向延伸约2km,宽300—400m,此处灰岩显著增多,上升为主要成分。
上述岩性类别基本上是一致的,而冰面上各种岩性组合的数量则呈有规则的变化。
其中二云母片岩、黑云母片岩、黑云母片麻岩等是最稳定的成分。仅由下往上在数量上从70%减少到40%左右。相反板状灰岩和灰岩则依次增多为不同地段的主要成分。类似的现象在东、西绒布冰川上游的冰碛(中碛部分也有)。把上述碎屑在纵向上的规则排列和珠峰岩性柱状分布进行对比后发现一种有趣的“对应”现象(图3103)。即中绒布冰川冰面碎屑由下游(5400m处)而上(5700m处)的岩性分布好似重现了珠峰山体由下而上的岩性柱状剖面。5400—5500m的以二云母片岩、黑云母片岩、黑云母片麻岩为主的冰面碎屑带对应于珠峰山体下部6400—7500m的岩性带5500—5600m的以片状灰岩、黑云母片岩、片麻岩为主的冰面碎屑带大体上对应于珠峰山体中部7500—8450m的泥质岩系和片状灰岩带;5600—5700m的以灰岩为主的冰面碎屑带对应于珠峰山体上部8450m以上的峰顶灰岩。我们认为这种“对应”现象的原因可能有二:其一,不同来源的冰碛随着冰川运动,最后都堆积在冰川下游。由于黑云母片岩和黑云母片麻岩数量大,当灰岩和片状灰岩掺杂进来时,就相对地占较少的比例。而在中上游地段,此种比例就相应增大。于是造成此种对应的变化。其二,则可能是气候变化的原因造成山体风化带“上限”升高,使基岩风化依次散落于冰面上。这同样表现为一种冰川源头的溯源现象。具体过程尚有待今后继续观察研究。
冰川粒雪盆周围的基岩山坡,是终碛堤主要来源之一,它的存在只不过是一种暂时的过渡形式。来自冰川两侧山坡的碎屑物是很少的,这只有当冰川兴盛之际,冰体与山坡直接接触时才有可能。一旦冰川侧碛堤出现就很少可能了。因为高起成堤的侧碛堤基本阻隔了两侧山体物质进入冰川体。因此,根据碎屑岩性及其陆源关系,也可判断冰川冰主要来自哪个源头,也可推知该粒雪盆周围山坡的基岩岩性及其大致产状。而前述“对应”现象也只有在本区基岩产状平缓并大体平行接触时才有可能。