第21章 冰川堆积(4)
是以天山山地冰川冰碛类型及其平面和剖面分布为例，显示各类冰碛都有各自的空间位置。Sugden和John（1976）则提供了北美冰碛空间分布规律的具体实例（图327，图328）。其中有大规模的冰水扇和冰水堆积，包括河流的湖泊沉积遗迹纹泥层和落石。而在底部则保留有变形碛和滞碛，反映了北美冰盖冰碛冰水堆积与中国中、低纬度山地冰川不同的性质和规模。比较而言，中国西部山地冰川之冰水堆积规模小，滞碛也比较少见，但融出碛十分发育（图329）。
这与前者散布在广泛平原而后者被束之于狭窄谷地的地貌环境是密切相关的，所以研究大陆冰盖沉积对冰水沉积的研究占很大比重。因为冰水沉积所占份额大，如欧洲（德国及波兰北部）大陆冰盖终碛堤堆积中，冰水沉积能占到70%。这在山地冰川终碛堤中是难以想象的，其中基本不包含冰水物质。终碛堤可以由滞碛、融出碛和流碛等共同组成。但极少或没有冰水堆积参与。作者在此只是强调山地冰川冰碛组合中少有冰水堆积，并不排斥冰水堆积在冰川演化研究中的重要性。在冰期学说建立和早期冰川发育历史即冰期历史演化中，冰水堆积与冰水阶地曾扮演了不可或缺的角色。
（二）冰水沉积组合
虽然J.Hutton早在1795年就指出侏罗山上的漂砾系冰川所成，Venetz在20世纪初先后提出了阿尔卑斯山和欧洲大部分曾为冰川覆盖，但成功地将一次大冰期观念应用于欧洲大陆并推广到英国和北美则是Agassiz。此后不久，20世纪中叶的不同研究者分别在侏罗山脉、威尔士、苏格兰和瑞士辨认出二次冰期。1885年，Penck在阿尔卑斯山脉北麓、德国慕尼黑附近及其以西地区，依据表面形态的沉积物分类划分出三次冰期。
Bruckner于1886年在相距较远的阿尔卑斯山脉东部萨尔察赫谷地也得到同样的结果。
于是二人合作，1909年撰写出《冰期之阿尔卑斯》巨著，分出了玉木、里斯、民德和恭兹四次冰期，形成阿尔卑斯经典模式（表36），风靡世界，影响及于我国（施雅风等，1989）。其实其主要划分根据是冰水阶地和冰水砾石层。
恭兹与民德冰期堆积已经过强烈风化与剥蚀，民德期后的间冰期堆积也厚于里斯冰期堆积。由此又引申出民德里斯大间冰期的观念，认为这个间冰期经历的时间4倍于里斯—玉木和恭兹—民德间冰期。
循着形态地层方法，后又辨认出恭兹期前还有更老的砾石层阶地，称之为多瑙冰期。以及较多瑙冰期更老的一次冰期，命名为比拜尔冰期（Biber），由此可见，经典模式的阿尔卑斯冰期系列是根据冰水沉积与冰水阶地划分的。其年代系列尚待细化，冰后期各阶段年代详尽，而末次冰期最大为19.1—21.1kaBP，再早的尚未见资料（周尚哲，2012）。作者等在珠穆朗玛峰绒布冰川谷地见到的系列冰水阶地均可提供同样的条件，它们和前期冰碛堤紧密相关（图320），均有助于冰期的划分。
四、冰碛物搬运、堆积的动力过程及冰碛垄的形成
（一）冰碛物的搬运过程
结合现代冰川的实际观察，冰川无论大小，冰碛物的搬运和沉积过程均可以概括为图330形式。
以乌鲁木齐河源为例，都是些小冰川，物源近，搬运距离短。搬运物质主要是冰斗岩壁崩落、滑动和滚动而来的冻融风化岩块和岩屑。在粒雪线以上，崩落的岩屑被雪埋藏，进入冰川内，呈冰内碎屑向前搬运。例如，从1号冰川的冰壁上和6号冰川的冰洞中都可以看到冰内碎屑沿一定的层面富集，呈似层状或透镜状分布。到达粒雪线以下，部分冰内碎屑在冰川边缘融出，参与侧碛垄和中碛垄的形成。崩落在粒雪线以下的岩屑，在冰川表面不被埋藏，形成冰面岩屑。冰面岩屑在冰舌中部数量很少，多在冰川前半部边缘，覆盖高度为10—40m。它们在消融的冰川表面滑动，参与侧碛垄和终碛垄的形成。部分冰面岩屑产生差别消融，可以从冰川表面进入冰内，与粒雪线上来的冰内碎屑混合。这些岩屑虽然受到冰川蠕动过程的挤压粉碎，其作用仍以机械粉碎为主，因而保存着原始冻融风化岩屑的基本特点，粒度分布遵循罗辛定律。冰面岩屑和冰内岩屑继续向前搬运，到达冰舌前缘时，消融移出或剪切面移出，堆积在冰舌前方，成为终碛堤的主体。
［根据天山乌鲁木齐河源1号和6号冰川综合，并参考Boulton（1978）和EmbletenandKing（1975）的图式］冰川之下的基岩风化岩屑，在冰川基底带作为冰下岩屑搬运。在冰川与冰斗壁接触处，特别是在冰斗后壁的边缘裂隙带上，部分冰斗壁岩屑可以进入基底搬运带。冰下岩屑在高的围压下，受基岩的阻滞而停积下来，形成滞碛或槽碛垄。冰下岩屑也可以通过剪切面进入冰内或冰上。冰川沿冰床滑动对冰下岩屑有强烈的磨损作用，搬运距离越长，这种作用越显著。因而，从源头向下冰碛物的性质逐渐发生变化，粒度分布逐渐偏离罗辛定律，而接近对数—正态分布。
在本书第十三章（第四节）中，就冰川擦痕和磨光面的产生，已经讨论了冰碛石在冰川中的搬运路线可以划分为积极流路和消极流路。冰川末端消融区内，冰川变薄，运动速度降低，上游来的冰川流速较快，冰川向前推挤形成剪切面，冰底的砾石沿剪切面向上滑动，并把冰碛物带到冰川表面（图331）。这是沿积极流路运动的冰碛，冰碛石受磨耗的程度高。
通过积极流路而形成的冰碛石，有更多机会形成典型的平面上呈多面体剖面上呈漏斗状的磨光而不磨圆的冰碛石，很多具有磨光面和擦痕，而经过消极流路搬运的冰碛石多不具备典型冰碛石的形态，而绝大多数冰碛石属此类（照片35，照片36）。
冰碛的堆积过程有两类：
容易被看见的是消融类，即冰上和冰下融出碛，因融化而直接脱离冰体成为冰川堆积。从冰上、冰内、冰下岩屑成为冰碛物均发生在瞬间，当一块岩屑尚包含在冰崖上时，它是冰上或冰内岩屑，而一落下就成为冰川堆积物，瞬间以前它是现代冰川组成物，而瞬间后它就基本上成为了“冰川遗迹”并踏入“古冰川”范畴，古今之别也就在瞬间。
还有一类冰碛物的形成并不完全依赖融化，如滞碛、变形碛类，在水下巨大压力下，熔点可以降低。在冰下空洞中，有利于冰碛石脱离水体，巨大的压力可以剥离并粉碎基岩，把剥离的岩屑纳入冰碛范畴，也可以把地面其他沉积类的堆积物如冲积物改造成冰碛。如荷兰东部平原上，有该国唯一的“山”（实为一高56m的土丘），就是因欧洲冰盖往南扩展时，有一冰舌在此推挤当地的冲积物而堆成了一个“冰成土丘”。这些可以纳入“变形碛”范畴，因为作者在该土丘中看到了冰推褶曲构造。实际上在大陆冰盖和山谷冰川向前推进时，均可造成所经路径上原始地面的变形，无论是基岩或是松散堆积物。这一点在有冰碛构造部分还将较多涉及，因为在中国东部有无冰川之争中，有人强调所谓“表皮构造”。其实所谓“表皮构造”也是多种成因的，有斜坡蠕动变形（不稳定坡的标志），有泥石流底部推挤，也有冰川碾压甚至个别地质构造形迹，经风化而不显著也会被混淆。这些都需要仔细判别成因，都不是一蹴而就的（图332）。
据李吉均、张林源等（1989）研究对庐山海会寺的冰川表皮构造剖面所在，地貌上它是古山麓扇形地的残余，基岩又是强风化的，该剖面明显呈叠瓦构造的巨砾显示水石流特征。它的剖面和叙述比较详细（图332），提到了许多变形现象，例如：巨砾压入基岩、牵引构造，逆冲—贯入构造及大型包裹体等。这些都是泥石流可以有的堆积效应。
图332中的各种现象主要由各巨砾的差异运动所引起。按泥石流的流态和动力机制，无论泥石流搬运介质（浆体）和运载物（巨砾）之间或浆体内部都存在着剪应力差。正是这种剪应力差导致碎屑从无序到有序，长轴平行流向，ab面倾向上游等。当泥石流由运动转为停滞时，这种剪应力差造成的差异运动更明显，从而出现各种流动、旋转、牵引等构造，当然也包括软弱基岩沟床表面的变形在内。如果图332中的巨砾真的是被冰川冰沿冰床拖曳前进并“犁入”基岩的话，这块受阻而停滞的巨砾必然会因后来冰碛石的冲撞、挤压而形成冰川石串，或因冰川冰的塑性流变而发生细小砾石、碎屑等的绕流和扩散运动性。在这种情况下，巨砾本身将被改造为龟背石（或弹形石），表面布满与a轴平行的擦痕，迎冰面可能形成石串，背冰面因压力减小（有时是空穴）而有拔蚀现象，或出现槽碛。这些都是冰碛中巨砾停滞时应当发生的现象。另外，这样方式的冰碛属于典型的冰川底部滞碛，应当具有滞碛的基本特征，如高的固结程度，较多的细粒物质充填并形成易裂面，出现典型的冰川条痕石以及较强的组构等（李吉均等，1989）。但实际上庐山海会寺剖面无任何此类现象显现，用它来支持冰川成因却是不成立的。
（二）冰碛及冰碛地貌的形成过程和结构特征
讨论关于侧碛堤形成过程应强调两方面，一个是冰川本身有侧向滑动面——剪切面，同样可以把冰内碎屑推向两侧形成侧碛堤；另一个是相邻山坡崩塌堆积也可以加入（图333），在关于珠穆朗玛峰冰碛岩性组成讨论中已提到侧碛堤中有大量山坡基岩物质加入。Small（1976）也谈到相同话题，他强调了冰川侧向剪切面的存在及其作用，但忽视了山坡物质的供给。该模式似乎适合于大陆冰盖边缘冰碛堤的形成，但遗憾的是大陆冰盖边缘只有终碛堤，而没有侧碛堤（图335）。
冰面起伏变化在死冰区最易显现。原来正地形因融化而变成负地形，负地形又变成正地形（图334），反复进行直到死冰融化完。冰面上小股流水造成流碛，实为冰面泥石流，与一般直接从冰体中因融化而脱离所称的冰碛石又有所不同，它具有了流水的性质，常成为透镜体。
其实在冰碛堆积过程中最重要是坡地或斜坡过程，冰上融出碛中广泛存在的斜层构造，就是直接体现。无论在冰川末端的斜坡上或者已被分隔成丘状的冰面丘陵上，斜坡堆积过程时刻进行着，直到冰体完全消融，曾经不同的位置上都留有大面积的坡碛——也就是冰上融出碛（图334）。
可见融出碛类冰碛地貌可以由多重冰碛类型构成，既有冰上融出碛——冰面坡积，也有冰下融出碛——来自侧向剪切面上的冰碛参与，这也具体说明冰碛堤（指地貌）与组成的冰碛物（指沉积相概念）是两个不同的概念。
纵观国内外无论对前寒武纪冰川、显生宙冰川，以及第四纪冰川的冰川堆积研究，都始终贯彻一个原则，即对冰川沉积体系的确认。在国际上确认非洲、美洲、澳大利亚、欧亚各地区古冰川堆积时，都要求满足以下条件：（1）冰川底床磨光面以及磨光面上一系列冰蚀微地貌，如新月形凿口，新月形裂纹，微型羊背石，擦痕；（2）冰碛层包括滞混碛、融出碛；（3）有或无冰川擦痕的落石的纹层。具备以上各项即可肯定有过冰川作用。
其中（1）是最可信的冰川作用证据，如有没有（1），只有（2）和（3）就可能出现争议。如果只有（3），正如作者在本书第十三章中所议论的，不是冰筏也能给浅海中带来落石的还有大树树根、巨型藻类根系，甚至美国西部死谷中从山麓“漂”来的石块……则会出现完全不同的意见，因为和（3）伴生的还常有在冰上形成的流碛（冰面泥石流）以及近海冰下融出碛中的泥石流堆积，就更会被认为不是冰碛而是泥石流堆积。此种争论绝不仅是诸如国内对唐王陵砾岩等的冰川或泥石流成因之争（安芷生等，1984；Frakes，1979；Hambreyetal，1981；魏仕俊，1988；吴瑞棠等，1988，1991）。
冰川环境中的动力过程及其沉积组合是十分复杂的。正如Flint（1971）指出的：
“冰碛层可能比只用一种名称命名的任何其他沉积物的变化都大。”冰川环境应该包括与冰川冰直接接触的各个不同的空间部位。我们根据冰川周围的空间关系，把它分为七个部位。它们都有各自的动力过程、组合规律、范围及强度（表37）。
对于冰碛的研究已有一个多世纪了，然而在我国真正对现代冰川的冰碛进行研究，并本着将今论古的原则把现代冰碛的研究成果与古代成因不明的混杂堆积物进行对比研究才始于近20a。特别是我国东部关于第四纪冰川的争论有力地推动了山地冰川研究的各个方面。本节主要讨论山地冰川沉积相模式及其形成机制，与某些有争议的对象进行适当对比，并得出结论。这对于首创庐山冰川说的李四光先生来说无疑是一种有意义的继承和发展。虽然否定了一些东西，但却建立了一门新的学科分支（崔之久，1984）。
一、相模式
冰川沉积主要分为两大类，一类是大陆冰盖沉积，一类是山地冰川沉积。前者的沉积模式已有大量文章进行了详细的讨论（Eyles，1993；Reading，1973；Nichols，2009；Bennetal，1998；Miller，1996；Hambrey，1994）。而山地冰川沉积由于是在狭窄的槽谷中形成，经后期河谷水流的冲刷不易保存，在国内外很少系统研究。而我国又仅有山地冰川发育，无疑应是本书阐述的重点。横跨天山的乌鲁木齐—库尔勒和独山子—库车的两条公路修建中，切出了乌鲁木齐河和奎屯河上游的冰碛剖面。这些出露完整、厚度达50—80m的大型山地冰碛剖面在世界上都是不多见的，为研究山地冰碛沉积相提供了良好的场所。
对于任何一种类型沉积物研究深度与广度评价的重要标志就是该类型的相模式是否建立。相模式的建立将成为这一类沉积物对比的标准、指南，成为预测及对环境作出合乎逻辑解释的基础。
通过对我国西部山区山谷冰川冰碛剖面的实测以及对剖面结构、构造、组构和相序关系等的分析，可以把冰碛沉积划分为四种主要类型。正是这四种亚相的不同排列组合构成了冰碛堆积体。现分述如下。
1.A相——冰上融出碛