阶段D,融出过程中或融出作用结束后,有时在倾斜薄层较陡的局部地方,略有分选的砾石和砂层会沿斜层面发生滑动、变形,甚至局部产生流碛,导致含砾砂岩薄层的变形构造和沿斜纹层断续分布的含砾砂岩团块。这一机制还使含砾砂岩薄层的厚度很不稳定。交错层理单元在这一阶段最终定形。
在斜层理单元中,多数砾石长轴平行斜纹层分布和砾石ab面优选方向(图3124)与斜纹层倾向一致。说明这一沉积单元同时保存了碎屑颗粒在搬运和融出过程中砾石没有发生明显位移和偏转。另一方面,作为融水活动重要证据的钙质和含砾砂岩纹层的大量发育,说明无长期升华作用。这些均进一步证实了上述解释。因此这一斜层理的宏观形态,基本反映了冰川底部推挤过程产生的冰内构造形态,这是冰上过程和牵引流过程难以形成的。为此,我们建议称该类型的斜层理为冰下推挤型斜层理(“basalthrusting”diagonalbedding)。冰下推挤型斜层理中,倾斜纹层总是沿切线方向收敛于下层面,这是冰川运动过程中底部存在速度梯度的反映。当冰下推挤型斜层理之上沉积有另一层杂砾岩时,有时会发现倾斜纹层同时沿切线方向收敛于上层面(图3124)。这是停滞冰体再次向前运动(或冰川由后退转为前进)时对下伏冰下融出碛产生拖曳作用的结果。
由于剖面位置和方向不同,冰川底部富碎屑冰层的构造形态将有不同的表现形式(一般指山麓冰川),冰下推挤型斜层理亦会随剖面位置和方向的变化而不同。如石门沟剖面沿冰川流向展布,冰下推挤型斜层理的形态较为完整,纹层倾角可达10°—30°;在上徐马地区,剖面方向与冰川流向近于垂直,沉积构造主要呈现为断续的、近平行的钙质和含砾砂岩纹层。
冰川堆积并不限于前述山地冰川和大陆冰盖两类,还有过渡模式。这有两方面含义:一是冰川类型的过渡,一是从陆地到海洋的位置过渡。因为有介于山地冰川与大陆冰盖之间的冰原(icefield),冰原边缘可以有大型山谷冰川流入海洋,如北美阿拉斯加南部的玛纳斯平冰川,在冰前海滨区形成大片冰碛,也可以产生冰筏。另如南美北巴塔哥尼亚高原上的同名冰原,西侧的SakRafael冰川,面积占整个该冰原的20%,达3953km2,其末端流入并曾几乎填满LagunaSanRafael泻湖。在小冰期1871年前后(1871年,1905年,1921年)在泻湖中堆积了三道终碛垄(图3125,图3126)。
据地震仪测量得知沉积速率达2.7m3/a。除少量滑塌堆积(slump)外,皆为冰川堆积。
在声呐剖面上可见小冰期冰碛堤和相应的压实面,以及非冰川的滑塌堆积和远源堆积,显示了经水体轻度改造的冰碛堆积过程和非冰川堆积共同存在的过渡性质。
四、讨论
加拿大Eyles是研究大陆冰盖—冰川海洋沉积的权威,在“地球的冰川记录及其构造层系”一文(共248页)中,很系统地把古今冰川堆积及其环境作了归纳,并集中表现在图3128中,无论是陆地冰川部分(图上部)或冰川海洋部分都构成大规模不同组合的混杂堆积综合体,如(2)、(3)、(7),而对各部分的描述,十分详尽,有些部分如(3)冰下部分,其冰川变形碛与滞碛的关系很少如此清晰展示。可以说一张图的展示如同一本书,内容非常丰富。对于青岛崂山有否冰川发育?诸如福建鼓浪屿花岗岩球状风化之造型石蛋是否冰川漂砾?若冰川发育在海滨其冰海沉积应如何展布?演化极有参考价值。说一个地方有冰川作用是比较容易的,但提供从地貌到沉积的证据并回答为什么有冰川却需要做很多深入细致的研究。而且要遵循行业的“游戏规则”,如果沾上“文化大革命”的方式,哪怕是一点点就很可悲了,因为如果这么做就只需要下结论而不需要深入细致的研究了(崔之久,1984)。
作者关于河南罗圈组中冰下推挤型斜层的说明就介于图3128中的(3)和(4)环境中。
虽在有关文献中,为解释与冰下推挤型交错层理类似的沉积构造时,曾提出多种假说。但有种观点认为,这些构造是冰川底部的冰碛物层,在滞碛形成过程中层层加积(侧积)的结果。Virkkala认为这一过程受富碎屑冰和纯冰间可塑性差异的控制,剪切沿纯冰层发生。其实类似的流动机制,既可出现于含冰的碎屑中,亦可呈现于冰碛沉积中,从而导致条带状构造和纹层构造的形成。
Boulton(1972)提出的另一种观点认为,底部富碎屑冰中的纹层构造在消融之后不能保存下来。底部停滞的碎屑—冰层在冰川荷载下融化、泄水,最终冰碛沉层被压实。随着刚性的增加,在上覆冰体的剪应力作用下,将产生近水平的裂隙和近垂直的节理。这也被认为是冰川后退期的卸载效应和永冻条件下所成分凝冰层经压实作用的结果。
Edwards(1975,1978)还曾描述和解释过冰碛物中的另一种沉积构造,称为条带状构造(bandedstructure)。这一构造形态与罗圈组中的斜层理比较接近。条带的物质组成有两种情况:其一是由浅绿色部分固结的砂岩和暗灰绿色部分固结的泥岩组成;其二是由浅黄色富碎屑白云质冰碛岩和块状、条带状紫色泥岩组成。Edwards认为这种构造是冰川下伏的弱固结沉积物合并到一个携有外来岩屑的冰川里,后来由于冰川塑性流的作用,经过部分混合和切变的结果。组成条带的沉积物,一种是外来的,另一种是本地产生的。
Boulton(1972)的模式虽然能在不同程度上解释钙质纹层的发育,但对含砾砂薄层及其变形构造,断续分布的含砾砂岩团块和冰下推挤型斜层理的整体形态等方面,却难以做出令人信服的论述。Edwards的解释可以部分说明冰下推挤型斜层理的形态及纹层的变形构造,但要解释具清晰界面的钙质纹层和界面清晰、有分选的含砾砂岩薄层,尚有一定困难。
乌鲁木齐河源第四纪冰上融出碛中,发育一种粗糙斜层构造(崔之久等,1989,1990),其斜层主要由断续分布的,大小、厚薄不同的砾石透镜体组成。它是沉积时由于气下原始冰面的起伏,碎屑常常沿着坡面发生滚动、滑动、蠕动和流动的结果。并未在形成时受到冰川挤压。两者有完全不同的堆积环境。
它的成因及物质组成均与罗圈组冰下融出碛中的斜层理有较大差异。为区别起见,作者根据倾斜纹层组成物质较细的特点,将罗圈组冰下融出碛中的斜层理称为细粒斜层构造。
冰下融出碛是富碎屑的底部冰层原地消融的产物。冰下推挤型斜层理为冰川底部原生构造形态在沉积体内的反映。因此,识别冰下融出碛中的冰下推挤型斜层理具有以下重要意义:
(1)冰下推挤型斜层理的识别有助于冰川流向的恢复。一般情况下,倾斜纹层的方向指向冰川上游。当斜纹层呈现背斜形态时,褶皱轴面的倾向,有相同的作用。实测表明,冰下推挤型斜层理单元中,砾石的组构亦具有明显的指向意义,扁平砾石ab面的优选方向倾向冰川上游。阿拉斯加Matanuska冰川末端冰内及融出碛内砾石组构的对比研究,亦揭示二者间有较好的一致性(Eylesetal,1989)。
(2)当纹层状冰碛物中有大砾石分布时,砾石之上下常形成披盖和下凹构造,据此能够估算冰川底部冰层的碎屑含量。因此通过冰下推挤型斜层理厚度、形态及空间组合关系的分析,有可能对冰川底部富碎屑冰层的厚度和特征作出判断。
冰川底部富碎屑冰层的厚度和构造,是冰川物理学特征及所处环境条件的重要反映。通过罗圈组中各种沉积体的综合分析及冰川底部特征的认识,可望有助于罗圈组冰期冰川发育特征及环境条件的理解和恢复。
最后再谈一点从对冰期环境的研究到古冰川年代测定所遇到的问题。
在20世纪90年代前后曾在川滇的螺髻山和玉龙山开展了对关于冰碛化学性质及矿物成分的研究,这是一项很费力费时的工作,但获得了大量环境变化信息,表现了对古冰川研究的日益深入(谢又予等,1989)。而近几十年来国内外在古冰川研究中几乎只注意冰碛物的年代测定,而丢掉了对地貌结构和第四纪冰川环境演化的研究。考察者们每到一座山就采一批样,测得一批年代数据,就发表一篇文章,对冰碛的沉积与环境以及与山地构造、地质、地貌的总体联系都可以不闻不问,人们躲开了“复杂”选择了“简单”。这一趋势可能还会延续一段时间,但不会长期延续下去。常说“可以把复杂的问题简单化”,但那是指在方法上、过程上,而不是指科学研究的内容和目的。目前的现实是,以冰碛年代测定为例。根据共识,我国前几十年对西部高山高原古冰川研究从地貌结构和第四纪层位关系已总结为我国第四纪有相当于国际公认的可对比的三次冰期,即末次冰期(7万—1万aBP)、倒数第二次冰期(20万—15万aBP)、倒数第三次冰期(50万—40万aBP),以及只在少数地点被确定的昆仑冰期(80万—70万aBP)。我国已有不少地点经年代测定已证实有过几次冰期,它们均对应一定的地貌部位(如高冰碛平台或残留山头,原始地貌已难以确认)和明显的风化特点(强风化砾石层、红土化、矿物颗粒粉碎等)。可以说,这些地貌部位和风化程度就明白无误地对应其已有被测定的年代。如川西稻城冰期,强风化(红土化)冰碛砾石层对应50万—40万aBP的倒数第三次冰期(我们命名为中良干冰期),有一定风化程度的冰碛对应于倒数第二次冰期(古乡冰期)和比较新鲜的冰碛和完好的地貌形态的末次冰期(大理冰期)。然而目前现实是很残酷的,前述已有部分测年的“倒三”冰期的冰碛的相似冰碛物被测定的年代几乎都是距今十几万年(13万—14万aBP,如崔儿山、贡嘎山)。甚至比“倒二”冰期还年轻,只有5万aBP左右(如果洛山),从地貌和沉积特点看应该是“倒二”冰期的冰碛只有7万—8万aBP。更有甚者,利用10Be测了四块样品的已有年代数据为80万—70万aBP的昆仑冰期,冰碛只有5万aBP左右,而采自该冰层下垫石和河湖沉积物顶部的测定埋藏年代的样品,结果是48万aBP(内部信息)。可以坦白地说,现在的一些研究者基本不考虑测定的年代和当地地貌和第四纪地质结构。明知不妥也硬要发文章,这一方面是因为他(她)们很需要文章;另一方面各种国内外杂志的编辑们也基本给予发表。而且如果没有绝对年代就发表不了或者年代数据少了也发表不了。多少个数据够呢?几乎(国内)几十个、几百个。(国际)没有人规定但有“潜规则”。所以不懂地貌、第四纪的学者也可发表只要有测年资料的第四纪地貌文章……看来要想“醒悟”还需一段时间。为此作者认为,在现有条件下,文章可以等、可以发,但应展开对此讨论……明确指出问题所在……而国内外的编辑应该鼓励这样的,不要避开这一巨大的矛盾,否则个人和编辑部门在测定方法改进后获得测定数据和地貌、第四纪结构很一致时候就难免被动,而这两者一致的时代一定会到来。这只是一个“临时”的困境,一旦走出来就会是古冰川研究的一个春天。作者常说绝对年代的测定只是“皇冠上的宝石”,是“锦上添花”,有“宝石”则光鲜亮丽,但没宝石,皇冠还是皇冠。就是说地貌、第四纪结构是皇冠,它们永远存在。
“锦”总是“锦”,添不添花也改变不了“锦”的本质。一定要想明白“宝石”和“花”都是附属品!千万不要“喧宾夺主”。
几十年前没有年代测定时,前人在时代前后上也没有过不去的坎,地貌和第四纪地质学也发展到了如今。有了绝对年代测定的年代,要想达到两者的一致,唯一的办法是改进已有测年方法或创造新的“法宝”。而地貌、第四纪结构是改变不了的,它绝对不可能“将就”被测定的年代,只有后者“将就”前者!