内蒙古察右中旗冰臼的发现及古气候意义

李博昀张明明张 旭李 健祁才吉逄思宇

1.中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072750 2.中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京，100013



应用地质

内蒙古察右中旗冰臼的发现及古气候意义

李博昀*1张明明1张 旭1李 健1祁才吉1逄思宇2

1.中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072750 2.中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京，100013

提 要 通过对内蒙古中部新发现的冰臼特征研究，认为该冰臼群为第四纪冰川遗迹。冰臼分布在海拔高度2005～2033m地势平缓开阔山顶部，发育于中生代中三叠世浅黄色中细粒二长花岗岩体之上，岩石完整坚硬，冰臼分布较为集中，其形态可分为圆形和不规则形两大类，口宽0.1～1.2m，深0.1～0.3m，形态规则，部分冰臼发育出水口和水流侵蚀槽，其方向不受风向的制约。通过与周边发现的冰臼群对比研究，形态特征基本一致，只是本区冰臼群发育的海拔高度更高，规模较小，但部分冰臼形态更加完整，水流冲刷、流动痕迹明显，符合冰臼的一般特征。总体看，本区冰臼的形成是在厚层冰层消融阶段长期受冰川融水冲刷、研磨作用所致。结合周边冰川遗迹发育情况，认为内蒙古、河北一带第四纪发育过较大规模冰川，可能具大陆冰川的性质。

关键词冰臼 冰川遗迹 第四纪冰川 内蒙古 古气候

第四纪环境及其演化一致受到人们的重视，而第四纪冰川的研究又是其中一项重要内容，特别是中国东部冰川的存在及其古气候意义更是研究的热点。“中国东部”在冰川研究领域是指青藏高原以东包括台湾在内的所有区域，其分界线大体位于 102°～104°E【1】。不同学者对于中国东部第四纪冰川遗迹的确认，出现很多争议，特别是在海拔 3000m以下的中低山地是否发生过相当规模的第四纪冰川，成为中国地学界长期争论的焦点，并形成两种明显相反的观点【2～5】。随着国家经济建设的快速发展以及区域地质调查工作的大面积展开，新的冰川遗迹不断被发现，为研究中国东部冰川的分布及环境演化提供了新的证据。内蒙古察哈尔右翼中旗地区的冰臼等冰川遗迹是中化地质矿山总局地质研究院 2012年在开展内蒙古自治区基金项目过程中发现的，在谨慎考虑施雅风、韩同林等对“冰臼”等持不同观点的学者对其成因研究的基础上，结合本区冰臼的特点，认为本区的冰川遗迹是冰川消融时期的产物。

近十几年来，冰臼等冰川遗迹在河北、内蒙古等中低山区多有发现，基本分布在河北丰宁—内蒙古克什克腾旗一线以东地区【2】。本次发现的冰臼位于内蒙古中部察哈尔右翼中旗，东距克什克腾旗约500km，北距二连浩特约150km，为本区冰臼的首次发现，为中国东部第四纪冰川及古气候研究提供了新的证据。

1 研究区自然地理及地质概况

1.1 研究区自然地理

研究区位于内蒙古乌兰察布市察哈尔右翼中旗五号乡西北部，中心区地理坐标东经112°6′00″，北纬41°29′00″，交通不便。该区地处阴山山脉北缘，山脉走向近东西向，海拔高度1876～2067m，地形起伏不大。

区内气候属中温带大陆季风气候区，风大雨少、冬季干冷、夏季炎热，年平均气温约 4℃。冰冻期为每年12月到次年3月，月平均最低气温摄氏-20℃，冻土厚2m左右。6～8月份气温最高为摄氏28～30℃。春季风大，最大风力20m/s，一般风力 10m/s。年降雨量约 300～400mm，多集中在7～8月。南侧冲沟发育少量常年性溪流。

1.2 地质概况

研究区位于华北地台北缘内蒙台隆阴山断隆中部，由新太古界片岩及中生代花岗岩组成山体。

冰臼分布区岩性为中生代中三叠世二长花岗岩，浅黄色，中细粒花岗结构，矿物成分主要为：钾长石含量约40%，钾长石呈板状，粒径一般在2～4 mm之间，内部可见石英、黑云母、斜长石包裹体；钠-更长石含量约 30%，钠更长石呈柱状，聚片双晶清楚。石英含量约 25%，石英呈他形粒状充填于其他矿物颗粒间隙中。黑云母含量约 3%，金属矿物含量约2%；锆石 U-Pb同位素年龄为（236.2±9.6）Ma，为中三叠世早期。岩体出露面积大，节理不发育，总体坚硬，表面具风化，地表平缓，构成近于平顶状的山体。

2 冰臼特征及与周边冰臼的对比

2.1 冰臼的分布

本次发现的冰臼主要分布于白彦脑包北西约2km的平缓山顶处，地势平缓开阔，海拔高度在2005～2033m之间，为该区山体的最高处，所见的冰臼分布于巨大的完整岩体上，初步统计有20余处，分布较为集中，近者相距仅0.2m，远着相距数百米，面积约1km2；在该区西部的坝底一带山坡及沟中见有少量分布（图1）。

图1 研究区冰臼分布示意图Fig.1 Sketch map of distribution of moulin swarms of the studay

2.2 冰臼的形态特征

冰臼按形态可分为圆形和不规则形（近于椭圆）形两大类，按组合形态可分为单体和连体两类，冰臼口朝上。

圆形冰臼特征为形态规则的圆形，总体完整，少数由于风化作用而上部形态破坏。冰臼口直径0.2～0.6m，深多在0.1～0.25m，冰臼壁较光滑平整，臼底收缩，部分可见明显的水流出口及水流侵蚀槽（图2），出水口及水道朝向地势低洼处，水道口形态平滑。部分圆形冰臼与其他冰臼相连，形成连体冰臼，一般是一高一低。冰臼底部存积有少量风积砂，并可见雨季存留的积水。

图2 圆形冰臼形态特征Fig.2 The morphological characters of the circular moulines

不规则状冰臼特征一般规模较大，长多在0.3～1.2m之间，深多在0.1～0.3m，冰臼壁较光滑平整，规模较大的略向内凹，为水流在臼内旋转冲刷所致，臼底较平坦，多发育明显的水流出口及水流侵蚀槽，开口向地势低洼处，水流侵蚀槽多呈直线状，半圆形，内壁光滑（图3）；水流出口的大小和水道的长度受冰臼外围地形的制约，若冰臼外围岩石较陡，水道较短，若外围为一缓坡，则水道延伸较远，与区内风向无关。

2.3 与周边冰臼特征的对比

我国自20世纪90年代末石臼被大量发现，北方地区典型的有北京延庆县大庄科乡白龙潭冰臼、内蒙古克什克腾旗大青山冰臼群、赤峰市巴林左旗平顶山、七锅山、卧虎山冰臼群以及河北省丰宁县喇嘛山冰臼群等（图4）【1】。其中以内蒙古克什克腾旗大青山冰臼群及河北省丰宁县喇嘛山冰臼群与本区发现的冰臼群相距最近，本区发现的冰臼与二者进行比较。从大的地貌单元看，三者同属我国内蒙古高原，前二者位于高原的东部边缘，而后者位于高原的中部；从分布高度上看，大青山冰臼群分布高度为 800～1500m，喇嘛山冰臼群为900～1100m，而本区在2000m左右，分布高度要比前二者高约 500m。从分布的地貌部位看，三者具有明显的一致性，即除少数冰臼群分布于山麓和山坡地带外，绝大多数发育于平缓的山脊和山峰，岩性均为坚硬的花岗岩岩体；从冰臼的形态看，三个冰臼群的特征也极为相似，即形态多较规则，以圆形、近圆形为主，可见连体冰臼，分布密集，口多朝上，内壁光滑、平底；从冰臼的规模上看，前二者明显较大，冰臼口宽一般在 0.3～2m，深度一般在 0.1～1m，而本区冰臼口宽 0.3～1.5m，深度一般在 0.1～0.25m。

通过对比可以看出本区的冰臼群发育特征与周边冰臼的特征基本一致，只是发育的海拔高度要高，其规模较小，但本区部分冰臼形态保存更加完好。

图4 研究区及邻区冰臼分布示意图（据韩同林等，1999【1】，有修改）Fig.4 Sketch map of distribution of moulin swarms of the studay and adjacent area

3 冰臼群成因探讨

根据《地质大词典》，冰臼是 “在冰川作用范围内，由冰川内或冰川下的急流冰水携带石块快速旋转冲击，使下伏的岩层产生旋涡状的深坑，这种螺旋状的涡流洞具有光滑的陡壁，洞底长留有磨圆的光滑球状漂砾。”鉴于冰臼在世界上的分布并不广泛，多发现于北欧、北美等地，且已发现的冰臼规模巨大，如“美国宾夕法尼亚Archbald Pothole 38英尺（1英尺=30.48cm）深，最大胸径42英尺×14英尺，底部17英尺×14英尺。”【4】因此不同学者对于类似本区发现的这种规模小、深度浅的臼状微地貌有不同的认识，形成所谓的“冰臼论”和“负球风化论”。 持“冰臼论”的学者认为冰臼是古代冰川溶化后，冰川融水沿着冰川裂隙向下流，强烈冲击、研磨冰川下的岩石而形成的孔穴【1，6～8】。持“负球风化论”的学者认为花岗岩区与节理有关的凹形地面被剥蚀放大的过程，在负球状剥落中的化学风化、风蚀、冻融等作用使长石、云母转化为高岭土或粘土，在被流水和风力向外迁移【4，9～11】。

本区冰臼发育的花岗岩区，岩石完整，颗粒均匀，未见节理分布，且冰臼的形态规则，坑壁光滑平整，有完整的出水口和水流侵蚀槽，因此，本区的冰臼应不是花岗岩“负球风化”作用所形成。本区地处山顶，在正常情况下，不会形成长期的流水，应是巨厚冰层进入消融期融化的冰川水从顶部沿着裂隙自上而下的水流长期冲积、研磨形成，当冰臼发育的岩石四周高差不大时，水流向四周溢出，当某一部位较低时，水流长期从该处溢流，形成水流侵蚀槽。这种现象在现在的格陵兰冰盖区正在发生，由于气候变化，冰川融水在冰面形成水流进入落水洞向下冲积（中央电视台有关格陵兰岛冰川的纪录片）。至于冰臼规模大小，则受由本区特定的地质地貌、岩性以及古冰川发育期的冰层厚度等多种因素制约。

纵观本区的冰臼与《地质大词典》中描述的总体特征是一致的，结合本区所处的地质地貌条件，认为由冰川融水作用形成。

4 古气候意义

据研究，从第四纪开始，全球气候出现了明显的冰期和间冰期交替，其中中更新世约（0.6～0.7）MaBP时（即深海氧同位素MIS16阶段）北半球大陆冰盖大规模扩展，全球冰量达到最大，由于西伯利亚冰川的扩展，使得西伯利亚高压增强，青藏高原上发育了最大规模的冰川【12】。在冰川发育期，本区地处西伯利亚冷高压的强烈影响区，气温明显降低，气候以干冷为主。综合本区及相邻地区冰川遗迹的形态、分布特征，证明在第四纪早期内蒙古、河北一带中低山区发生过较大规模的冰川作用，其形式可能属于大陆冰川，分布面积较广，厚度大，其发育时间应与全球最大冰川发育期属于同一时期，至于本次冰川的分布范围、延续时间、以及与世界冰期的进一步对比，有待于更深入的研究。

5 结语

我国地域广阔，随着区域地质调查工作的大面积开展，新的冰川遗迹会被发现，但由于所开展的调查工作不主要是针对第四纪冰川与环境开展的，所以对冰川遗迹的调查研究并不深入，因此，有必要对新发现的冰川遗迹开展专项研究工作。

参 考 文 献

1 施雅风，崔之久，李吉均，等. 中国东部第四纪冰川与环境问题［M］. 北京：地质出版社. 1989

2 韩同林，劳雄，郭克毅. 河北、内蒙中低山区发现罕见的冰臼群［J］. 地质论评，1999，455（5） ：456～461

3 李洪江， 崔之久，赵亮. 内蒙、河北山区壶穴的成因探讨——兼论壶穴成因分类［J］. 地理学报， 2001，56（2）：467

4 施雅风. 韩同林的“冰臼论”是对花岗岩类岩石“负球状风化”的误解［J］. 地质论评，2010，56（3）

5 赵松龄. 中国东部低海拔型古冰川遗迹［M］. 北京：海洋出版社. 2010

6 吕洪波，任晓辉，杨超. 赤峰等地第四纪大陆冰川的地貌证据［J］. 地质论评，2006， 52（3）

7 赵国龙，朱洪森，李泊洋，等. 论内蒙古第四纪冰川和冰臼群的成因［J］. 中国区域地质，2001，20（02）：200～204

8 韩同林. 驳施雅风“冰臼”“负球状风化”成因论［J］. 地质论评， 2010，56（4）

9 孙洪艳，田明中，武法东. 克什克腾世界地质公园青山花岗岩臼的特征及成因研究［J］.地质论评，2007，53（4）：486～489

10 郑本兴. 石臼、壶穴、冰臼辩——论岩臼、壶穴和冰穴的成因分类［J］. 冰川冻土， 2012，34（2）：498～499

11 赵志中，钱方，何培元，等. 内蒙古克什克腾旗花岗岩石林的发现及成因［J］. 地质论评，2007，53（SI）：89～102

12 邬光剑，潘保田，管玉清，等. 中更新世全球最大冰期与中国沙漠扩张［J］. 冰川冻土，2002，24（5）

The author found the moulins swarms while surveying on regional geological minerals at the middle part of Inner Mongolia， the moulins of which are distributed at the flat top mountain with the altitude of from 2005meters to 2033 meters and above the Mesozoic middle Triassic buff medium-to fine-grained monzonitic granite which is hard but no cleavage. Some circular moulins and irregular moulins are centralized distributed with the width of from 0.1meters to 1.2 meters and the depth of from 0.1meters to 0.3 meters. The wind direction can not effect that of the osculum and water flow erosion groove which had developed by the moulins. To compare with the surrounding moulins groups， we found that the moulin swarms over here have the higher altitude and small scale but complete shape with the obvious trace caused by water erode and flow， all of which show that they have the general characters of moulins. In general， the moulins were formed by the glacier erode and abrasive action at a long time of ice cover ablation. All above show that there are Quaternary glacier of a large scale which have the same characters with continental glacier， but we have to make the further research on the exact period and standing time as well as the distribution scale and the contrast with the world ice age.

Keywords: moulin，glacial remains，Quaternary glacier，the middle of inner Mogolia，Paleoclimate

中图分类号：P931.4：P532

文献标识码：A

文章编号：1006-5296（2016）02-0065-06

* 第一作者简介：李博昀（1964～），男，主要从事地质矿产及古气候研究，教授级高级工程师

收稿日期：2016-02-19；改回日期：2016-02-25

THE DISCOVERY AND PALAEOCLIMATE SIGNIFICANCE OF CHAHAR RIGHT MIDDLE BANNER MOULINS IN ULANQAB CITY，INNER MONGOLIA

Li Boyun1Zhang Mingming1Zhang Xu1Li Jian1Qi Caiji1Pang Siyu2
Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau ，Zhuozhou， Hebei， 072754， China General Institute of Chemical Geology Survey of China Chemical Geology and Mine Bureau， Beijing 100013

Abstract