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收稿日期:20110411

基金项目:中国石油天然气股份有限公司大庆油田分公司项目(0650445)

作者简介:孙广友(1939),男,黑龙江哈尔滨人,研究员,博士研究生导师,从事地貌第四纪、自然地理学、湿地学、区域农业科学等研究,Email:sun_guangyou@163..文章编号:16726561(2012)01005511

中国东北第四纪冰川研究新进展:

遗迹厘定、新发现与冰期模式

孙广友1,2,3,王海霞4,范 宇5

(1中国科学院 东北地理与农业生态研究所,吉林 长春 130012; 2吉林大学 环境与资源学院,

吉林 长春 130021; 3哈尔滨学院 理学院,黑龙江 哈尔滨 150086; 4东北师范大学 城市与

旅游科学学院,吉林 长春 130024; 5吉林师范大学 旅游与地理科学学院,吉林 四平 136000)

摘 要:东北是否发育第四纪冰川及其范围、性质与冰期问题,始终没有定论.在对长白山及大兴安岭冰川遗迹厘定基础上,进行了专项调查,并采用地理信息系统(GIS)、遥感(RS)及全球定位系统(GPS)的3S技术,采取钻探测图、孢粉、泥砾粒度与渗透性分析及14C定年等方法,在长白山及大兴安岭发现了冰蚀谷及泥砾堆积等新的冰川遗迹,进一步肯定了两座山地第四纪冰川的存在及其多期性.在小兴安岭首次发现冰蚀岩墙等冰川遗迹,填补了研究空白,证明小兴安岭也曾发育第四纪冰川.综合多种信息,确定长白山与大兴安岭分别有4次冰期和3次间冰期,小兴安岭至少有1次冰期.最后构建了可以与国际对比的冰期序列,重建了区域第四纪冰川环境演化模式:早更新世早期冷干,中晚期偏暖湿;中更新世早期冷湿,中晚期暖湿;晚更新世早期冷稍湿,中期暖湿,晚期冷干.

关 键 词 :第四纪冰川;遗迹;冰期模式;环境演化;长白山;大兴安岭;小兴安岭

中图分类号:P343.6 文献标志码:A

New advance on Quaternary glacier in Northeast China:

remains examination, new discovery and ice epoch model

SUN Guangyou1,2,3, WANG Haixia4, FAN Yu5

(1. Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130012, Jilin, China,

2. School of Environment and Resources, Jilin University, Changchun 130021, Jilin, China, 3. School of Sciences,

Harbin University, Harbin 150086, Heilongjiang, China, 4. School of Urban and Environmental Sciences,

Northeast Normal University, Changchun 130024, Jilin, China, 5. School of Tourism and Geography Science,

Jilin Normal University, Siping 136000, Jilin, China)

Abstract: It is a problem whether Quaternary glacier developed in Northeast China, and the area, property and ice epoch were debatable. Based on the remains examination of Quaternary glacier in Changbai Mountains and Da Hinggan Mountains, Quaternary glaciers were investigated by the methods of the 3S technologies with geographic information science (GIS), remote sensing (RS) and global positioning system (GPS), drilling and mapping, pollen analysis, fineness and osmotic permeability analysis and 14C dating. The remains of Quaternary glacier including glacier valley and boulder clay were discovered in Changbai Mountains and Da Hinggan Mountains, therefore, Quaternary glacier and its ice epoch had been affirmed further in the regions. In Xiao Hinggan Mountains, ice erosion wall discovered for the first time showed that Quaternary glacier developed in the region. There were four ice epochs and three interglacial epochs in Changbai Mountains and Da Hinggan Mountains, respectively, and at least one ice epoch in Xiao Hinggan Mountains. The sequence of ice epoch, which could pare with the international, had been structured in Northeast China. The environmental evolution model of Quaternary glacier was reconstructed: the climate was cold and dry in the early stage of Early Pleistocene, it was worm and wet in the middle of Early Pleistocene, it was cold and wet in the early of Middle Pleistocene, it was cold and a bit wet in the early of Late Pleistocene, worm in the middle, and cold and dry in the late.


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Key words: Quaternary glacier, remain, ice epoch model, environmental evolution, Changbai Mountains, Da Hinggan Mountains, Xiao Hinggan Mountains

0 引 言

中国东北为高纬度寒区,环境独特,演化复杂,许多地学基本问题尚未清晰,第四纪冰川即为其一.20世纪30年代,鹿野忠雄指出长白山天池存在古冰斗[1];50年代至60年代,严钦尚等对大兴安岭北部的古冰川地貌进行了调查[25];70年代以来,许多学者(特别是孙建中等)又做了较多探索[69],他们得出长白山和大兴安岭北部曾发育第四纪冰川的结论.然而施雅风等对大兴安岭存在第四纪冰川持否定意见[1011].这一方面受早期研究手段所限,遗迹的认定多为定性描述,以致带来真伪的困惑;另一方面也与研究程度有关,即使是长白山,在冰川分布、期次等基本问题上也均无定论,而海拔较低的小兴安岭则一直沦为研究盲区.由此可见,东北三大山地到底有无第四纪冰川,规模如何界定,冰期如何划分,仍是悬而未决的问题.这不仅影响区域乃至全国冰川学研究的进展,而且也使东北第四纪环境的重建,尤其是对现代环境的科学认知缺乏可靠基础.


本文出处 http://www.xianbear.com/zhixie/417789.html

鉴于此,笔者在厘定前人冰川遗迹并综合相关成果基础上,对大、小兴安岭古冰川进行了专项调查,并采取3S技术、深钻采样、孢粉、泥砾粒度与渗透性分析以及14C定年等方法,在长白山及大兴安岭先后发现了新的冰川遗迹.此外,还在小兴安岭首次发现冰蚀岩墙等冰川遗迹,填补了区域空白.综合多方面的证据,笔者认定长白山与大兴安岭曾各发育4次第四纪山谷冰川,小兴安岭至少有1次山谷冰川,构建了区域第四纪冰川环境演化模式.

1.长白山冰川遗迹、冰期与环境

长白山是东北第四纪冰川研究较早也较深入的地区,然而也只有主峰白头山周围的末次冰川遗迹得到公认.较早时代遗迹的确认、冰期划分等,尚存较多问题.

1.1 晚更新世晚期晚冰阶遗迹与冰期

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白头山是环天池(海拔2 185 m)十六峰之统称,最高峰海拔2 749.20 m(朝鲜一侧).刘嘉麒等对其形成进行了系统研究[12],孙广友等编制了发育模式(图1)[13].

注:1-燕山期花岗岩;2-白垩系—侏罗系砂岩页岩;3-军舰山玄武岩((2.60±0.29)Ma);4-南坪玄武岩((2050 5±0050 0)Ma);5-白头山组碱性粗面岩(Q2,(0.550±0.024)~(0.088±0015)Ma);6-天文峰组粗面岩黑曜岩(Q34,1 200~1 700年);7-火山碎屑及火山弹;8-火山喉管熔岩;据文献[11].

图1 白头山结构模式

Fig.1 Construction model of Baitou Mountains

20世纪30年代,鹿野忠雄首先确认在十六峰内壁存在3个冰斗[1];60年代刘长安等创建了白头山冰期[5];随后,孙广友等进行了火山与古冰川地貌分析[13],刘忠杰测量了5个冰斗并赋名,它们高约450 m,深约150 m,斗底高程约2 185 m[14];施雅风等在肯定这些遗迹的同时,又发现了冰斗侧碛,确定雪线为海拔2 200~2 300 m[10];张威等应用电子自旋共振法(ESR)获得其年龄为11 ka [15].可见,其应属于末次冰期晚冰阶,白头山冰期得到确认.冰斗群下接簸箕型浅谷,故当时应是动能较强的海洋性冰川.

1.2 晚更新世晚期早冰阶遗迹与冰期

多学者在白头山北坡黑风口海拔1 850 m处发现冰蚀槽谷和终碛垄[10,14],后者高出谷底约15 m,年龄为20 ka,被称之为“口内口外模式”[15],显然属于白头山冰期早冰阶.由此推测当时主峰所有坡面都必然堆覆冰雪、填满湖盆并通过外溢、下注保持物质平衡,确切地说,应是一种冰激凌式“冰帽溢出型山谷冰川”,世界上可能仅此一例.

1.3 晚更新世早期冰川遗迹与冰期

据刘长安等报道,此期遗迹在鸭绿江河谷二道岗以“U”型谷、终碛垄、冰碛泥砾及古冰斗等多种形态出现,海拔高度为1 260~1 750 m,定名为二道冰期.但遗迹缺少年代数据,暂根据地貌对比确定为晚更新世早期[56].

1.4 中更新世早期冰川遗迹与冰期

此期冰川遗迹位置更低,出现在海拔1 400~1 800 m,分为地面与埋藏两类.在二道白河源头东岸分布着典型的“U”型谷和终碛垄,厚度达100 m[14].此段二道白河是相当完美的冰蚀“U”型谷(图2).该谷镶入白头山组粗面岩,上宽约1 500 m,底宽约500 m,深约200 m.谷壁虽然出现 寒冻风化陡坎,但宏观轮廓仍是规模巨大而典型的“U”形.经考察其并非地堑构造,而谷中的二道白河是宽仅约5 m的溪流,不可能塑造如此巨大的槽谷,故应是冰川自高位下注、强烈侵蚀所成[16].

注:位于松花江源流;近处为天池出口.

图2 长白山二道白河“U”型谷

Fig.2 “U” valley of Erdaobai River in Changbai Mountains

图3 火山灰“V”型谷下掩埋的冰川槽谷

Fig.3 Glacier valley coverd with “V”

valley formed by volcano ash

笔者所发现之埋藏冰蚀槽谷典型段见于白山林场以上18 km处(海拔1 400~1 800 m)的“骆驼峰峡谷” (图3).谷地平直或微弯,两壁陡立,深50~70 m,宽100~150 m,出露具8个水平层理的全新世煤渣状火山灰.流水将其侵蚀成“V”型谷,陡壁因冲蚀和坍塌,宛若驼峰,当地称为“骆驼峰”峡谷,而今为旅游开发改称为锦江大峡谷.调查发现,在“V”型谷的交汇处露出广坪期玄武岩谷肩.断面恢复,它是一个规模巨大的深槽“U”型谷[13],基岩年龄为(0.75±0.86)Ma[12].

因为埋藏“U”型谷地处河源高位,当广坪期玄武岩大范围喷溢并形成台地后,细小源流不可能在其上形成大型槽谷.后期白头山期粗面岩是火山锥体的建造者,其分布限于海拔1 800 m以上,不能将其掩覆,可见它只能是冰川作用的结果.这种经历了火山

流水改造的冰川谷[16],在中国乃至世界上亦属独特地貌类型.

考虑到2类冰蚀槽谷位于前所述遗迹的下部,相对将其定为中更新世早期大冰期的遗迹.有学者指出鸭绿江4级阶地上存有中更新世冰期的泥砾(布老克冰碛)[5],但无年龄数据,权且归之.关于冰川规模,白头山和望天鹅两大主峰区可能连结成统一冰帽,驱动放射状冰川沿山谷下注.因此,其类型应为“复合冰帽山谷冰川”.

1.5 早更新世早期冰川遗迹与冰期

前人在望天鹅海拔1 450~1 500 m的四栋房发现厚达3 m的冰川泥砾层,因湿热风化而呈暗红色,砾石见有磨光面和擦痕.下伏准平原化的军舰山期玄武岩,上覆砂砾冲积层,再上为晚期玄武岩[14].可见层位和时代确切,名为四栋房冰期.考虑四栋房现已无存,本次重新命名为望天鹅冰期.

2.大兴安岭北部冰川遗迹与冰期

本区第四纪冰川歧义较大.严钦尚等得出肯定性结论[24],施雅风等认为缺乏第四纪冰川发育的条件[10,1719].笔者调查后趋于肯定的结论.

2.1 冰 窖

位于河源或高位坡面的凹槽地形,有人谓冰窖[24],也有认为是雪蚀洼地[20].笔者认为仅高位坡面上大且较深的洼槽才属于冰窖.如大兴安岭顶兴安站海拔1 000~1 200 m处,排列3个大型洼地,宽600 m,高600~800 m,深50~100 m.下接带三角面的槽谷(延长3~5 km).再考虑其位置在末次冰盛期雪线之上,视为此冰期冰窖是合理的.但将海拔600 m的浅凹地亦定为冰窖[23],则难以成立

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