京西隆恩寺第四纪冰川围谷地貌遗迹的探索

郎咸民 胡国政 王雨辰 杨宗悦 邵润泽 赵航 从晟

摘要：迄今为止，在北京地区已有多处发现冰川遗迹。我国著名地质学家李四光，在20世纪50年代，带领研究人员对北京西山地质做过比较广泛的调查，发现了隆恩寺、八大处、模式口、香山等处的冰溜面等重要冰川遗迹;在20世纪60年代，在京西潭拓寺地区又发现了大量的冰川漂砾、冰川擦痕、U形谷和冰碛物等冰川遗迹;2010年8月，北京延庆县大庄科乡发现了世界上最大的冰臼。这些都证实了北京地区第四纪冰川曾经广泛发育过冰川。然而，对于京西五里坨隆恩寺区域第四纪冰川围谷地貌的探索研究还没有先例。本文通过分析冰川地貌的形成规律、调查隆恩寺区域构造和岩性、运用冰川围谷地貌确认的地貌组合三要素原则，基本判定京西隆恩寺区域为一第四纪冰川围谷地貌遗迹。

关键词：第四纪冰川;冰川围谷;地貌组合;岩坎;岩盆;刃脊

对于京西第四纪冰川遗迹的研究，我国著名地质学家，前地质部长李四光前辈，带领他的团队做了大量的创始工作。1957-1965年，李四光带领地质力学所的研究人员，对北京西山地质做过比较广泛的调查，发现了隆恩寺、八大处、模式口、香山等处的重要冰川遗迹，证实了冰川从山区达到过山麓平原。现已在石景山区隆恩寺建有李四光纪念碑和纪念亭，在法海寺附近建成了中国第四纪冰川遗迹陈列馆，以及在八大处的建有冰川漂砾亭，供游人观览。1963年底李四光指示地质部水文地质局责成北京水文地质一大队开展冰川地质勘察，并选择京西潭拓寺地区作为此项工作的开端，1964年正式开展野外调查。该次调查发现了大量的冰川漂砾、冰川擦痕、U形谷和冰碛物等冰川遗迹，证实了京西潭柘寺地区第四纪冰川的存在。

在北京地区雾灵山、长陵镇望宝川村、怀柔琉璃庙地区都曾经发现过冰臼。特别是，2010年8月，北京市延庆县大庄科乡莲花山森林公园里的白龙潭巨型石坑被专家确认为冰臼，而且是世界上目前所发现最大者。依据冰川气候具有全球性的变化特征以及低纬度、低海拔地区冰川的发育证据，可以分析出，在全球最大冰川发育时期冰川可以到达延庆和北京地区。

这些冰川漂砾、冰川擦痕、冰臼等冰川遗迹的发现和已有的研究表明，北京地区第四纪早期曾经发育过巨厚的冰川地貌。然而，对于京西五里坨隆恩寺区域第四纪冰川围谷地貌的探索研究还没有先例。

恰逢此时，北京工业职业技术学院开展了一项大学生科研训练项目——京西五里坨隆恩寺区域第四纪冰川围谷地貌的调查与确认。项目小组通过文献查阅、野外勘察、理论分析和模型演示等方法对京西隆恩寺第四纪冰川围谷地貌的调查与确认做了些有益的探索。

一、形态理想的冰川围谷通常发生在硬度相对均匀的一体化坚硬山体中

任何地貌形态都是内外营力共同作用的结果。内营力地质作用，包括地壳构造运动、岩浆作用和变质作用，使地球内部和地壳的组成和结构复杂化，造成地表高低起伏，为外营力“修理雕刻”提供了原始“材料”;外营力地质作用，包括风化作用、重力作用、剥蚀作用、搬运作用和沉积作用等，使地殼原有的组成和构造改变，夷平地表的起伏，太阳、流水、波浪、冰川、雨雪、风等恰似“修理雕刻”的“刻刀”，其中冰川的剥蚀作用最为强烈。一般来说，内营力地质作用控制着外营力地质作用的过程和发展。

内营力为外营力“修理雕刻”所提供的原始“材料”质地并不绝对均质，往往一定程度上带有各种“瑕疵”，如岩性差异、节理、破碎带、褶曲、断裂、不整合面等，造成山体软硬不一。然而，外营力却是一个“欺软怕硬”的角色，优先拿软的地方开刀。冰川作用亦是如此，对于硬度差别大的岩体，其中软的地方剥蚀得最狠，硬的地方常常岿然不动。冰斗和围谷的发育往往受控于岩体硬度的突变而形不成理想的形态。

冰斗和围谷是山岳冰川最典型的冰蚀地貌，位于冰川的上部。在山体硬度均匀的条件下，冰斗可发育成理想的形态，即呈半圆形的围椅状，三面环以陡峭的岩壁，底部是一个洼地，出口处通常为一高起的岩槛，从出口处纵向看，总体两边对称。而冰川围谷是在冰斗的基础上发育而成的。当冰斗内冰川不断地向后剥蚀山体，三面环壁面积就会越来越大，则在环壁面上就会再发育多个小冰斗，它们底部最终共用最初的洼地和出口，出口处两侧刃脊呈相对环抱状，围成一个更大的扶手椅状地貌，总体仍呈现大致的对称性。

所以，形态理想的冰斗、围谷、刃脊和角峰等冰蚀地貌往往发生在硬度相对均匀的一体化坚硬山体中，通常为较大规模的火山岩、变质岩等岩体。

二、京西隆恩寺区域地质构造与地层岩性

在地质构造上，京西隆恩寺区域位于香峪复式向斜和八大处复式背斜之间，且靠近香峪向斜一边。香峪复式向斜和八大处复式背斜是典型的燕山运动产物，在二者之间发育着与主构造线大致平行的次级压性断裂和褶曲，主次构造线走向大致为北东60°。在隆恩寺区域中间恰有一条次级压性断裂从中间穿过，如图1所示。

在地层上，由于京西隆恩寺区域处于香峪向斜的南翼，地层从南到北依次为从老到新。构成京西隆恩寺区域山体的地层有，二叠系上统的双泉组（P2s），其岩性呈现明显的两分性，上部为灰绿、棕黄色凝灰质砂岩，有时夹火山碎屑岩，下部为紫、绿等杂色泥岩与粉砂岩互层，底部可见一层砂砾岩;侏罗系下统的南大岭组（J1n），平行不整合于窑坡组之下，岩性有两分性，上部为灰紫色中性粗安质集块角砾岩、集块角砾熔岩、粗安岩为主的火山岩，下部以灰绿色基性玄武岩为主，见图2;侏罗系中下统的窑坡组（J1-2y），与下伏南大岭组呈不整合接触，与上覆龙门组呈假整合接触，岩性为一套灰绿色、灰黑色砂岩、粉砂岩、泥岩等细碎屑岩为主的含煤地层，夹菱铁质结核和少量角砾凝灰岩;侏罗系中统的龙门组（J2l），与下伏窑坡组和上覆九龙山组均呈假整合接触，且较稳定，岩性为灰黑、黑色粉砂岩、炭质粉砂岩与灰、绿灰色砂岩、含砾粗砂岩互层，夹灰色砾岩及煤线，可见底砾岩普遍发育，较大砾径超过10cm，见图3;侏罗系中统的九龙山组（J2j），下与龙门组平行不整合接触，上与髫髻山组不整合接触，岩性为一套灰紫和灰绿色陆相碎屑及含火山碎屑沉积岩，包括玄武岩、凝灰质砂岩和凝灰质粉砂岩，见图4;最后，在隆恩寺山前平地为第四系（Q）松散沉积，其来源为周围山体的风化物。

纵观隆恩寺区域总体构造和岩性，山体岩性在硬度和强度上基本上是各向同性的坚实的玄武岩为主，只是在北东60°方向上窑坡组（J1-2y）和龙门组（J2l）出露呈条带状，综合岩性相对软弱，且地层之间存在不整合面，并兼有同向压性断裂通过此条带，几个因素综合在一起，造成了在改条带方向上山体的硬度和强度相对软弱，形成了相对软弱带，更容易遭到外营力的侵蚀。

三、京西隆恩寺区域冰川围谷地貌遗迹的探索

（一）判定冰川圍谷地貌遗迹的地貌组合要素

远远地向隆恩寺区域山体望去，其总体地貌就具有了冰川围谷的一些基本特征，如半圆形的圈椅状、三面环以陡峭的岩壁、两侧有大体对称的环抱状的山岭、底部是一个洼地等，见图5。两侧相对环抱状山脊上的小路是爬友们多年的足迹，标志着冰川发生之初单一冰斗所开辟的两侧刃脊。

但仅凭这些还不能断定该区域地貌就是冰川围谷。判断某种现今时期的地貌形态是否为冰川作用遗迹，第四纪冰川地貌的研究者要基于地貌系统组合的原则，坚持整体地貌观，综合考察关键性证据，彼此相互印证，而不能只根据有限的、笼统的观察就轻易下结论。

所谓地貌组合，是指由同一成因或成因上有密切联系的一些地貌类型综合形成的一套空间结构。利用地貌组合原则复原冰川作用范围和研究冰川地貌遗迹是地貌学中常用的重要方法，但其关键点是同一成因类型、同一时期、同一地域的地貌组合，因为只有这样的地貌组合才能准确地描述一个真实的气候地貌事件。

冰川围谷作为山岳冰川地貌的一种典型标志或特殊“化石”，地貌形态呈围椅状，通常内部由多个冰斗（cirques）组成，形成于冰川平衡线附近。冰川围谷和单一冰斗一样，必须包括岩坎、岩盆和斗壁三个地貌组合要素。岩坎又名冰斗反向坡，常可见羊背石等冰溜面，大致可代表雪线的高度，冰川遗迹中最能直接指示冰川作用的地貌证据;岩盆，即下凹的盆地或雪粒盆，岩坎未切穿前多为冰斗湖;斗壁是冰川在雪线以上刨蚀山体形成的面，随着冰斗不断扩大，斗壁后退，相邻冰斗间的岭脊变成刃状山脊，称为刃脊，由数个冰斗包围形成尖状金字塔形山峰，称为角峰。唯有这些地貌特征的组合存在，才能鉴定某地貌确为冰川侵蚀作用形成的古冰斗或冰川围谷。

（二）京西隆恩寺区域冰川围谷地貌遗迹的判定探索

对照冰川围谷地貌组合三要素，我们进行了实地勘察，初步判断京西隆恩寺区域地貌为冰川围谷地貌遗迹。

首先看岩坎。在图中可见在两侧环抱山岭之间的山下平台上建有一片住宅小区，这个平台就是岩坎。更有力的证据是在小区左侧的山脚处，在20世纪五十年代中国著名地质学家李四光及其团队在此地基岩上发现了冰溜面，当时得到了国内外专家的一致确认，证明曾经有冰川从此溜过。为了纪念这一重要发现，后人在此建了李四光纪念亭和纪念碑，见图6。

第二看岩盆。在地形图上，可以清楚地看到，隆恩寺区域是一围椅状地形，山下是一由山体环围的口小肚大的洼地，恰似围椅的座面，见图7。

为了实地获得完整的宏观岩盆面貌，我们沿着右侧陡峭的山岭开始向上攀爬，在海拔400米处回头望去，尽管早已被建筑物所覆盖，但仍可以看到完整的盆状景观，见图8。

第三看斗壁或刃脊。隆恩寺右侧山岭，概因其异常陡峭险峻，古称刀子岭，现称刀背岭，与冰川学术术语“刃脊”完美地不谋而合。从山脚下开始向上攀爬，不时手脚并用，多处让人几近望而却步。在海拔550米处，我们见到了不可置疑的冰川刃脊的痕迹，见图9。

四、结语

根据冰川围谷地貌组合三要素，经过实地勘察探索，可以清楚地识别出同一成因的岩坎、岩盆和斗壁，更有冰溜面和刃脊遗迹所佐证，所以，基本可以确认京西隆恩寺区域为一第四纪冰川围谷地貌遗迹。

不难发现该冰川围谷地貌并非呈理想的对称的围椅状，而是明显地向大致北东60°方向延伸。究其原因，如前文分析，应该有以下三方面：一是北东60°为主次构造线走向且在隆恩寺区域中间恰有一条次级压性断裂从中间穿过，二是在此位置和方向上集中平行出露者地层不整合面，三是在这个条带上的岩性强度相对较弱。但这些并不影响京西隆恩寺区域为一第四纪冰川围谷地貌遗迹的判定。

参考文献：

[1]地质力学研究所.中国第四纪冰川地质文集[M].北京：地质出版社，1977.

[2]施雅风等.中国第四纪冰川与环境变化[M].石家庄：河北科学技术出版社，2006.

[3]许民等.宁城县大坝沟第四纪冰川地貌识别[J].赤峰学院学报2007（02）.

[4]魏生生.隆恩寺冰川遗迹考察记[J].知识就是力量，2007（09）.

作者简介：

郎咸民（1964-），男，吉林抚松人，副教授，主要从事地质相关专业教学研究工作。

基金项目：

北京工业职业技术学院大学生科研训练项目（BGY2019XSKY-41）。