山岳冰川地貌及其堆积物

发布网友 发布时间：2022-04-29 06:25

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热心网友 时间：2022-06-20 15:50

山岳冰川发源于山岳雪线以上的山顶和斜坡。雪线是长年积雪的下限。在这个下限附近，冰雪的消融量和降雪量大致是相等的。这个界限是随降雪量而变化的。在雪线以上的积雪，由于本身的压力，其上层部分融解的雪水向下渗透和再冻结，使其渐渐转化为冰。这样的冰，沿着山岳的斜坡和冰川发生以前的河谷，向下运动。山岳冰川的运动如同流水一样，也是受重力作用沿斜坡（或谷底）向低处运动，坡度越陡，运动速度越大。但冰川的运动速度较流水的运动速度要小得多。冰谷中的冰川运动规律如图7-1所示。

图7-1　冰川的堆积、消融和流动示意图（根据West等）

a—切过一条山谷冰川中部的纵剖面，示明堆积区和消融区，以及1965至1967年两年的流速，上游为堆积过剩区，下游为消融大于堆积区；

b—一条山谷冰川的中线纵剖面，示明冰裂隙与基岩地形之间的关系，排冰量集中于冰后裂隙和冰裂隙区，由于向下方的融解而形成冰砾阜，在冰川末端形成剪力冰碛；c-穿过一个冰楯的剖面图，左侧冰楯末端处于较平坦的地区，右侧冰流过一条山脊的一个隘口并形成了一条山谷冰川，雪堆积形成的“年层”随深度的增大而变薄，箭头长度示明流向和速度大小

在冰川运动过程中，冰川对于谷底和两侧的岩层，特别是对冰川发生以前的松散堆积物，进行强烈地磨削、碾平、挖掘、拔取和粉碎作用。冰川所特有的拔取作用是一种在冰川前进过程中推动岩石凸起部分，并粘连了这种凸起部分底部岩石一起被拔动的作用。冰川对岩石的这些破坏作用，统称冰蚀作用。冰蚀作用形成各种冰蚀地形（图7-2）。冰蚀作用所形成的碎屑物质和冰川产生以前就已存在的其他类型的松散堆积物，被冰川所搬运并在冰川融化时沉积下来的作用，叫做冰积作用。冰积作用形成了冰积地形和冰积物。

（一）山岳冰川的冰蚀地形

在山岳地区的雪线附近，冰体集中于山坡的凹陷中。由于长期的冰蚀作用、冰冻风化作用和冰崩作用，形成了一种三面界以陡壁、一面向冰谷下游方向开口的圈椅形的凹陷，叫做冰斗。冰斗的直径，通常都在1km以下，深数十米至数百米，底部一般都不同程度地被冰积物所覆盖，较为平展。但如冰蚀作用非常强烈，冰斗的底部就很少冰积物，而且还具有冰蚀基岩形成的凹凸面。在凹凸面上，常出现冰体对岩石表面、冰体中夹带的较松软岩石对较坚硬岩石表面的磨擦所产生的磨痕（磨光面），以及在冰体中夹带的较坚硬岩石对冰斗底部较松软岩石的磨擦所产生的擦痕。冰斗常形成于比较坚硬致密和抗剥蚀能力比较均一的岩层中。

随着冰蚀作用的扩大，冰斗的规模也相应增大，冰斗的数目也随着增多。冰斗底部的高度，基本上代表着这种地形形成时的雪线位置，但在斜坡较陡或冰量较大时，冰斗也可以形成于雪线以下。

冰川消失后，有的冰斗可贮水形成小的湖泊。较小的冰斗则大多数孤立于主谷两岸的山坡上，造成悬冰斗。规模较大的冰斗，时常在其开口处与下面的冰川谷相连接，并构成冰谷的上源。

密集的冰斗和冰谷可以剧烈地改造山岳的形态，造成尖峭突兀的冰蚀山。冰蚀山的特点是常具有尖锐的类似金字塔的顶部，叫做角锋。此外，冰蚀山时常还具有尖峭的呈锯齿状延长的山脊，叫做刃脊。

冰谷的形态也与一般河谷有所不同，其平面形态比较宽缓平直。这是由于集中于谷中冰体的流动方向比水的流动方向难于改变所致。流动的冰体不像流水那样沿着弯曲的沟谷流动，因而可对已有河谷起着一种削直的作用。可将冰期以前形成的谷坡下部凸出的山咀切去，特别是容易切去被蛇曲所环绕的凸岸的较长的山咀，形成冰蚀斩切山咀或陡岸。由于冰体流动较慢，而且能够长期累积，在同一地区，冰期汇集于谷中的冰体厚度可以很大，巨厚的冰体，可将原来狭窄的河谷刨削斩切成为一个谷壁陡峭和谷底平缓开阔的U形谷，叫做幽谷或槽谷。冰谷的宽度有时很大，一条长仅5—6km的冰谷，其宽度有时可达2—3km。

图7-2　山岳冰川冰蚀地形（据Flint）

a—冰川发生之前的山岳高原；b—粒雪坡和一些小冰川开始发生；c—山谷冰川形成；d—冰退之后的地形，显示出冰蚀槽谷、山嘴、悬枝冰谷、冰斗、刃背、

和角峰

冰谷的纵剖面，通常也是不平展的。在冰谷底部，时常分布着由于冰蚀作用的不均一所造成的石盆（凹陷）和石槛（凸起），从而使冰谷纵剖面具有凹凸。石盆多形成于岩层松软和裂隙发育的地段，因为这种环境有利于冰蚀作用的进行。石槛（冰坎或横隔）形成于岩层坚硬和裂隙较少的地段。此外，在那些河谷急剧转弯和与峡谷邻接的上游地段，以及冰川支流注入的地方，由于对冰川运动的阻力增大，冰体易于累积起来，支流冰川的汇入也增大了冰体的规模，因而这些地方冰蚀作用异常剧烈，从而形成石盆。在那些河谷较直，较宽，没有或很少有支流注入的地段，则由于冰川能够较顺利地向下游运动，冰体不能大量累积下来，冰蚀作用微弱，也可以形成相对高凸的石槛。

另外，与上游较高、下游较低的河谷纵剖面相反，在冰谷纵剖面上，一般是上游较高、中游较低，而下游时常也较高些。这是由于在一条冰川内，中游的冰体最厚，冰蚀作用最强烈的缘故。

在U形谷底部的一些基岩凸起的表面，常带有冰川擦痕、磨痕和碾平及磨光的痕迹。有时可见一些凸起的基岩，其表面常常被磨得很光滑，叫做羊背石。羊背石对着冰川上游的一坡比较平缓，指向下游的一坡较陡峭，并常有冰碛物。羊背石的规模一般都不太大。

然而上述特点却并非冰谷所特有的。流水形成的河谷有时也可以具有U形的横剖面，其纵剖面有时也可以出现凹陷和凸起地段。在一些平原和丘陵地区，也可以见到比较宽和比较直的河谷。因此，在鉴定冰谷时，除去观察上述一般形态特点外，还需要考虑冰川堆积物的存在与否等其他一些特点。

一条主冰谷两岸，时常分布着许多悬冰谷。悬冰谷可以由两种方式形成。其一是在上述斩切山咀和主谷加宽过程中、支冰谷的尾部亦同时被切去，从而使支冰谷的谷口高悬于主冰谷之上，形成了悬冰谷；其二是由于主冰谷的加深作用进行得较支冰谷剧烈所引起。

在冰川消失以后，上述冰斗和石盆的底部常常贮水形成湖泊。这种湖泊有时在一条冰谷的底部有许多个，湖泊间以流水渠互相沟通，呈串珠状。并且由于下游的湖泊高度小和上游的高度大而呈阶梯状。

在冰期中，由冰川所造成的幽谷，在间冰期中被河流所占据。河流一般不能充满整个冰谷，而只能切割冰谷底部的一部分，从而形成一种新的V形谷。未被切割的冰谷底的一部分被残留下来，形成了冰川阶地。在下一次冰期中，河流V形谷又被改造成为新的冰川U形谷。这样一来，在冰期和间冰期交替过程中，就会形成几个冰川阶地。

冰川阶地可分为：

（1）冰蚀阶地　阶地的表面和陡坎皆由基岩组成。阶地表面是冰蚀面。阶地表面只分布着星散的冰川堆积物。

（2）冰积阶地　阶地的表面和陡坎都是由冰碛物组成的，阶地面是一个冰积面。

3.冰蚀-冰积阶地　阶地表面是一个冰积面，阶地陡坎的上部由冰积物组成，下部由基岩组成。

（二）山岳冰川堆积地形和堆积物

山岳冰川可以形成各种冰碛物和冰碛地形。其中，最重要的是底碛和底积平原、尾碛和尾碛垅（图7-3）。

1.表碛和内碛

伴随着岩层的重力崩落以及夹带着岩块和碎屑物的雪崩和冰塌等作用，从山谷冰川的上游滚落到冰川表面的岩块和碎屑物质，叫做表碛。在冰川流动过程中，表碛虽被冰川继续向下游转运，但并不能发生分选和磨圆等显著的改造作用。因此，表碛的岩石矿物成分和岩相特征，与崩积物没有多大区别。大部分表碛随着冰川的融解而坠落在冰谷底部成为一种融碛。融碛的成分和结构仍与表碛没有根本的不同。表碛也可以被冰川转运到冰川末端，沉积下来，构成尾碛的一种成分。

一部分表碛落于冰川裂隙中形成了内碛。内碛也可以由于表碛被后来的冰雪覆盖而形成。在这种场合下，内碛处在冰川运动过程中，虽可能受到冰川的挤压和磨擦，但其岩石矿物成分却没有什么变化。包含在冰川内部的内碛，不构成地形。内碛在冰川运动过程中，也可以部分地沿裂隙坠落或被挤压到冰川底部，成为底碛的一部分，但大部分内碛却是在冰川消失时落于冰川底部成为融碛，或被冰川转运至末端，沉积下来成为尾碛的一部分。

2.侧碛和中碛

由于冰川边部与冰川两岸谷壁之间的磨擦，并且由于谷壁岩石的温度较冰川高，使得在冰川边缘的融解量大，并可产生裂隙。冰川边缘的内碛、表碛和谷壁崩落下来的重力堆积物沉积下来，在谷底边缘形成侧碛。侧碛也不具有层理和分选。由侧碛所构成的地形叫侧碛垅。侧碛垅高数米至数十米，宽数米至数百米。长可达数公里乃至数十公里。但这种地形常被冰水和冰川消失以后的流水所破坏，很难保留下来。

如果两条冰川汇合成为一条冰川，或在支冰川注入主冰川时，两条侧碛汇合成为一条形成中碛。除去分布在冰谷底的*而外，中碛的岩石、岩相特征基本上与侧碛是一致的。中碛也构成垅状地形，叫做中碛垅。中碛和中碛垅更容易被冰川和间冰期中的河流所破坏。

3.底碛

在冰川底部转运着的物质，在很大的冰川的动压力以及与底部基岩间的磨擦力的作用下，受到剧烈的改造。一部分冰碛，与冰川发生以前分布于谷底的冲积物和其它堆积物，以及露出的或下伏于这些堆积物之下的基岩，被研磨或挤压而被破碎形成的一些岩块、岩屑和“岩粉。”它们混杂在一起，形成盖在冰谷底部的堆积物，叫做底碛，或叫做泥砾。

（1）底碛矿物成分和岩相的主要特点

① 没有层理和分选　粗粒物质和细粒物质没有固定比例地混杂在一起。

② 粗粒物质的排列，大部分没有固定方向。

③由谷坡或谷底参加进来的石块是带棱角的，但也可以包含有冰期以前沉积于谷底的磨圆的冲积砾石。

图7-3　山谷冰川中的冰碛

a—具有底碛的冰川冰叠置于冰川冰b之上；b、c—汇聚于主冰川的两条冰川冰；d—插入冰川c之中的支流冰川冰（在这些冰川中，出现中碛和侧碛）

④在石块和砾石的表面，时常带有由于与较其松软的岩石或与冰体磨擦所产生的磨光面，以及与较其坚硬的岩石磨擦所产生的擦痕。

⑤石块和砾石有时具有压弯、压坑（压痕）和冻裂或压裂现象。

⑥冰期以前的冲积物可以大段地或零散地以捕虏体的形式出现于泥砾中。在一些场合下，这些带层理的捕虏体，还显示出在冰川运动过程中所产生的褶皱和断层。

⑦由于泥砾沉积于酷冷的气候条件下，所以，化学风化作用很微弱。但在间冰期中，泥砾却较其他在温暖气候环境下沉积下来的经过分选的沉积物（如冲积物、海积物等）易于遭受化学风化。这是因为冰碛物中含有易于风化的岩石矿物所致。因此，冰碛物的风化程度能够说明其生成的年代，风化程度越深，年代越老。

⑧由于受到上覆冰体的挤压，底碛通常较为致密，细粒质充填于粗粒物质间隙中，使其孔度很小，因此，透水性很差。

⑨因为底碛中含有冰期以前分布于谷底的各种堆积物，谷底和谷坡的各种基岩碎块以及冰期中的堆积物，所以，泥砾的岩石矿物成分是比较复杂的。

（2）底碛形成的地形特征

底碛覆盖于冰谷底部，形成底碛平原地形。在冰川消失后，底碛平原被冰水和流水切割，可形成冰川阶地。如切割的深度大于底碛物的厚度，则形成冰蚀-冰积阶地；如切割深度等于或小于底碛物的厚度，则形成冰积阶地。

4.尾碛和终碛

当冰川的融解量与由上游对冰川的补给量接*衡时，冰川的末端停留在一个位置上。在这里，冰川所搬运和夹带的内碛、底碛和表碛在冰川融解过程中堆积下来，形成尾碛。尾碛的岩石、矿物成分与底碛是类似的，但比较松散。因为它不是象底碛那样形成于冰下的强大压力环境中。尾碛具有不规则和不清晰的层理。此外，因为尾碛是在冰川大量融解的环境下形成的，所以常夹有冰水堆积物（图7-4）。

图7-4　冰川末端冰前地形积堆积物（据Wect）

a—尾积垅及外冲平原剖面；b—尾积垅及边缘三角州剖面

尾碛所构成的地形是一种大致垂直于冰川运动方向（即垂直于冰谷方向），并向冰川下游方向略为凸出的垅，叫做尾碛垅。这与冰川末端的形状是一致的。在冰川的末端，冰层一般较上游薄，特别是较中游薄的；一般在其靠近两岸的边部，比中部还要薄些。此外，冰川末端中部的冰体的运动速度，也较两侧大。

这就使冰川的末端呈现向冰川下游方向凸出的弧形。由于尾碛垅垂直于冰谷，因此常被由冰川内部流出来的冰水以及间冰期中的河*切断。尾碛垅的高度，随冰川末端停留在一个地点的时间和冰川的规模而变化。冰川末端停留的时间越长，冰川的规模越大、尾碛垅也就越高。尾碛垅的高度，一般在数米至数十米间。尾碛垅的长度取决于冰谷的宽度。尾碛垅像一条堤坝一样，横亘在冰谷中，使其邻接的上游地段成为凹地，并可在冰退后常常集水成为湖泊。

冰川的末端是随着气候的变化而变化的。当气候变冷时，冰川的规模扩大，冰川的末端向下游推进；当气候转暖时，冰川的末端向上游退缩。由于气候变化是有韵律的，因此，冰川的末端也是有韵律地向下游推进或向上游退缩的。在冰川的末端每次较长期停滞的地方，就形成一条尾碛垅。但当冰川向下游扩大（冰进）时，早期形成的尾碛垅，总是被前进的冰川所破坏；因而只有冰川后退（冰退）过程中形成的尾碛垅，才能被保留下来。这种尾碛垅在一条冰谷中可以出现许多条。它们反映着冰川节节后退时停留的次数。

最外面的一条尾碛垅，即离冰川源头最远的一条尾碛垅，也就是规模最大的冰川的末端较长期停留时所形成的一条尾碛垅，叫做终碛垅。组成终碛垅的冰碛物叫终碛。

终碛和尾碛、终碛垅和尾碛垅，除去终碛和终碛垅代表着最大冰川边界而外，没有什么不同。

5.冰川漂砾

散布在冰谷底部的一些巨大的孤立的石块，叫做冰川漂砾。漂砾的岩石成分与冰谷上游和两坡的岩层有联系，漂砾有时达到很大的规模（甚至以数千吨计），漂砾的表面，时常带有磨光面和擦痕。漂砾的长径方向，代表着冰川运动方向。

（三）山岳冰水地形和堆积物

山岳冰水地形和堆积物按其分布和形成环境分为冰内的（或冰下的）冰川外围的两组。

1.冰内冰水地形和堆积物　冰内冰水地形和堆积物是由沿冰川表面流动的冰水，在冰层内部流动的冰融水或沿冰下隧道流动的冰水形成的；也可以是冰下冰水湖泊的沉积作用形成的。冰内冰水地形和堆积物多分布在冰川的下游。因为下游冰的融解量较大（图7-5）。

图7-5　冰缘有层理的冰积物

a—滞冰川冰及冰水河流和湖泊；b—冰水沉积物和沉积地形

在冰川消失后，冰下、冰内或冰川表面的冰水堆积物，形成了一些独特的原始堆积地形。其中主要是蛇丘和冰砾阜。

（1）蛇丘　蛇丘是一种狭窄的两坡陡峭的沿冰川运动方向弯曲延长的垅状地形。蛇丘有时长达数10km，宛如铁路路基或堤坝。蛇丘的高度由数米至10—20m，宽十数米至百米以外。

组成蛇丘的冰水堆积物，大都是卵石和砾石，部分也有砂。这些堆积物具有明显的分选和斜层理，并且有许多透镜体。

蛇丘和蛇丘堆积物的成因，目前尚未确定，大多数人认为是一种冰下或冰内隧道的冰水物质充填作用形成的。也有不少人认为是由冰川节节后退时，冰融水在冰川末端的后退过程中所形成的许多冲出锥（或三角洲）联结起来形成的。冰下流水冲刷冰川底部，并注入冰川以外的河谷、汇水盆地和平原地区。蛇丘只分布在较大规模的山岳冰川或山麓冰川地区。在这些地区内，第四纪冰川退却时，冰下冰水较为充沛，冲刷作用较为剧烈，并且在冰川的外围通常分布着广阔的平原，或分布着湖泊和较大的河谷。这些条件都对蛇丘的形成是有利的。

（2）冰砾阜　冰砾阜是一些无次序的与凹地和盆地交替出现的低缓的丘陵。冰砾阜的形态在一定程度与上述尾碛垅和中碛垅是类似的，所不同的是没有那样明显的方向性。

组成冰砾阜的堆积物通常是一些带交错层理的砂和具有水平层理的细砂、粉砂甚至粘土。这些沉积物的特点，与尾碛和终碛是不同的。这是一些冰水沉积物，并且，时常是细粒沉积物占优势。这一点证明，冰水湖泊沉积物是主要的。

关于冰砾阜和冰砾阜堆积物的成因问题，也还是不清楚的。一般认为，其形成与在冰川后退和解体时，在冰表面的凹陷中所形成的冰水湖泊堆积物有联系。但也不能排除冰内及冰下的空洞的冰水堆积物充填的可能性。在冰川最终消失后，含于冰川表面的凹陷和冰内及冰下空洞的水中的物质堆积下来，形成了形状不规则的冰砾阜地形。

需要说明，冰砾阜堆积物应当属于一种由冰川堆积物向冰湖堆积物过渡的堆积物。因为这种堆积物在很大程度上是在几乎不活动的冰川表面的或冰川内部及冰川以下的冰水盆地中形成的。

蛇丘和冰砾阜表面时常覆盖着薄层的冰碛。这是它们在冰下形成的证据之一

2.冰川外围的冰水地形和沉积物　冰川外围冰水沉积物的特征更不明显，并且在野外鉴定起来也更加复杂。由冰川末端流出的冰水，先是一种网状的杂乱的散流。然后，随其与尾碛垅的距离的增大，散流渐渐汇合起来，流在一个联合为统一河床的谷中成为冰水河流，并且由于在冰退时期冰的大量融解，其水量往往超出一般的河流。在这样的冰水环境下形成的冰外冰水堆积物，具有冲积物的大部特征。在山岳冰川地区，将冰外冰水堆积地形和堆积物与冲积地形和冲积物加以区别，有时是不可能的。鉴定这种冰水地形和堆积物，除了其本身的地形形态、岩石—岩相特点而外，还要借助其与上游的冰川地形和冰积物的配置关系。

冰川外围冰水沉积物所形成的地形，主要是冰水扇（图7-4）。冰水扇顶部连着尾碛垅，向下游开放，呈扇形，扇表面微具倾斜。大规模的冰水扇叫做冰水平原。在山麓地带，也可以由几条山谷冰川的冰水扇联结起来，形成一个广大的山麓冰水堆积平原。此外，在冰退时期，冰川节节向山上退却，冰水扇也随着冰川的末端向山上退缩，以致可以分布在冰谷中乃至冰谷的上源，即所谓之谷中冰水扇。

组成冰水扇的冰水堆积物的颗粒成分，包括砾石、砂、粉砂和粘土，具有一定的层理、分选和磨圆度，这些也都是冲积物所具有的特点。但冰水扇堆积物的层理、分选和磨圆，一般都没有冲积物明显。在这种堆积物中，分不出如同冲积物那样的较粗粒的河床相和较细粒的河漫滩相，但可以分出夏季堆积的粗粒物质和冬季堆积的细粒物质所组成的沉积韵律。因为冰外冰水的水文状况的改变，不像河流那样具有明显的洪水位和平水位。在冰川的外围，颗粒的大小，一方面取决于与尾碛垅的距离，即冰水扇的部位；另一方面也取决于冰水扇上游冰川的融冰量。每年夏季的融冰量大于冬季的融冰量。夏季水量大，沉积粗粒物质层；冬季冰水量小，沉积细粒物质层。在接近尾碛垅的冰水扇顶部，初由冰内流出的大量冰水尚未扩散成为数目很多的散流，流量较大。并且因为尾碛垅的外缘具有一个较陡的坡度，因此流速也较快。这样，在扇顶部位沉积下来的物质颗粒较粗。向冰水扇的下部去，由于形成了大量散流，并且地面坡度不像尾碛垅外缘那样陡峭，流速也便降低下来。此外，还由于蒸发和向地下渗透，使这些散流的水量减少。这就使其搬运和沉积的物质越来越细，而砂、粉砂以至粘土。这些物质组成了冰水扇的外围。如果这种冰水沉积物的主要成分是粉砂，就可以形成冰水堆积黄土的原始物质。后者经沉积以后的黄土化过程使其具有黄土的特点。

在冰水扇顶冰水堆积物的砾石中，也时常出现带有擦痕或压痕的砾石。在广阔的冰水扇的一些较为低洼的部分，集水成为星点状的湖泊。在这种湖泊中堆积下来的细砂、粉砂和粘土堆积物透镜体，穿插在冰水扇堆积物中，也是冰水扇堆积物的一个特点。

冰水扇堆积物是在冰缘的酷寒气候条件下沉积下来的。如同其它冰积物一样，在冰期过去之后，也是易于受到化学风化的。次生风化作用剧烈，是区分冲积物与冰水沉积物的重要标志之一