松辽冰盖与松辽分水岭翘板迁移间的动力关系探讨

王照波，王江月，李宝杰

(1.自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东 济南 250013；2.沂蒙山国家地质公园管理局，山东 临沂 273304；3.山东指南针矿产勘查有限公司，山东 临沂 276006；4.曲阜师范大学地理与旅游学院，山东 日照 276800)

0 引言

松辽平原上广泛分布有醒目的巨型弧形沙垄，关于这些巨型沙垄的成因颇具争议。如裘善文(1989)[1]、秦小光等(2010)[2]认为是风沙成因，但X. Ke and J.Dale(2004)[3]认为属于蒙古冰盖的一部分，是冰川成因。严钦尚先生(1951)[4]曾根据大兴安岭与松辽平原冰碛物的分布情况的研究，认为第四次大冰期时(大理冰期)，大兴安岭山区确实存在冰川发生,松辽平原则没有厚冰层的存在。第三次大冰期时(庐山冰期)，大兴安岭山区与松辽平原共同受到冰的覆盖而成为大陆冰川。笔者等(2020)[5]对于松辽平原上的巨型沙垄进行遥感影像解译后，认为属于冰川成因,并首次提出了“松辽冰盖”(Songliao Ice Sheet)的概念。

关于冰盖成因的巨型线理构造的特征及形成机理，目前国内尚没有人进行相关的介绍与研究，但有较多的国外学者借助北美的劳伦泰德冰盖与欧洲的斯堪的纳维亚冰盖为基础进行了较为广泛与深入的研究[6]。

巨型冰川流线(Mega-Scale -Glacial Lineations，简称MSGL)，因广布于北美劳伦泰德冰盖与西欧斯堪的纳维亚冰盖而得到深入的研究[7-9]。巨型冰川流线经过进一步的变形后形成的地貌为罗根冰碛(Rogen moraine)地貌，“罗根冰碛”一词来源于瑞典罗根湖(Rogen Lake)周围独特的冰碛地貌(图1b，62°21′16″N，12°24′06″E)[10]，位置见图1a。在北美劳伦泰德冰盖分布区，这些特征的冰盖地貌通常被称为棱纹冰碛或棱纹地形(图1c，53°32′10″N，88°10′51″W)[6]，位置见图1a。不同期次冰盖流线的变形机制得到了深入研究，图1d展示了形变过程，巨型冰川线理形成后，受到不同流动方向冰盖冰川作用的改造，会发生变形，并最终形成鼓丘群[11]。上述研究成果对于冰川流线地貌的确认、演化过程的分析具有重要的参考意义。

a—研究区位置，图中黄色区域示陆地分布范围、深蓝色区域示海洋分布范围、浅蓝色区域示冰盖冰川分布范围、红色虚线示冷槽分布范围；b—瑞典罗根湖周围的冰川流线构造[10]；c—加拿大劳伦泰德冰盖的巨型冰川线理[6]；d—巨型冰川线理的形变过程，图中：Ⅰ—初始的巨型冰川线理；Ⅱ，Ⅲ—弱变形的罗根冰碛；Ⅳ—强变形的罗根冰碛；Ⅴ—鼓丘群[11]图1 研究区位置、巨型冰川流线构造的特征及形变机理

冰盖，又称大陆冰川，一般是指大面积的覆盖有巨厚的冰层的陆地区域[12]。就我国北方是否存在冰盖问题，李邦良等(1999)[13]根据卫星图像、赤峰一带的冰臼分布、大兴安岭两侧的冰蚀地貌等，认为内蒙古东部存在大陆冰川。吕洪波等(2006)[14]根据赤峰等地的岩臼、冰蚀地貌的特征论述了我国东部存在大陆冰川，并认为“华北东部地区曾发育过第四纪大陆冰川，其范围可达山东的泰山以南。”X.Ke.等(2004)[3]通过众多的地貌调查与研究，提出了“蒙古冰盖”的概念，并将松辽盆地巨型弧形沙垄与北美冰盖沙垄进行了特征对比分析，认为属于蒙古冰盖的一部分，为冰盖冰流成因，但并未就其形成机理进行分析与讨论。笔者等基于山东蒙山第四纪冰川遗迹与雪线的研究[15-18]，提出并建立了“东亚冷槽”的概念(图1a)[19]，由于东亚冷槽低温区的存在，导致我国及东亚地区形成了槽状的雪线低洼区，也即“东亚雪槽”。根据东亚雪槽中雪线的展布与地势特征，笔者等提出在沈阳以北的区域存在冰盖分布的可能[19-20]。近期，笔者等对松辽平原东侧长白山区，西侧的大兴安岭山区的冰川遗迹进行的研究显示，存在“兴安冰帽群”及各类多期次的冰川遗迹[5，21-22]。

该文以巨型冰川流线构造的特征与形变机理为基础[6-10]，对分布于松辽平原的巨型弧形沙垄的分布特征、形变机理、软基形变、荷载构造、地形升降等进行分析，以期获得松辽平原巨型弧形沙垄的成因认识。

1—冰盖范围；2—巨型冰川线理构造；3—图3c位置；4—图3a位置；5—图3e位置；6—图4a位置；7—图4b位置；8—图4c位置；9—现在松辽分水岭位置；10—古分水岭位置图2 松辽冰盖线理构造展布特征及分布范围

1 松辽平原巨型沙垄的特征

松辽平原中的巨型沙垄分布在大兴安岭东侧，南北近500km，东西宽300km的范围内。这些流线构造尤以科尔沁沙地最为显著，在卫片中反映的非常清晰(图2)。沙垄呈条带状，近平行排列，显示出弧形展布的特征。垄脊宽度2000～5000m，沟谷宽度500～1000m，高差5～20m，沙垄主要由松散的中细砂组成，有时可见直径2～20cm不等的砾石。在沟谷低洼区积水形成湖泡，沙垄与湖泡相间分布，构成典型流线地貌。巨大的沙垄呈现出显著的弧形特征(图2)，弧形跨过松辽分水岭，向哈尔滨方向聚拢，流线展布不受分水岭地势的影响。

研究选取了松辽平原中3处流线构造进行详细解读(图3)。图3a(解译图为3b，图2②处)位于通榆县城南西40km左右，海拔155～168m，沙垄呈SE(130°)方向展布，沙垄宽大平直，宽度可达5km，仅显示一组主流线构造，沙垄上分布有后期风沙作用形成的波纹状沙丘链，展布方向为90°左右，对130°展布的主流线构造未产生明显影响。该处流线构造位于大兴安岭山麓地带不远，并与大兴安岭山谷内的流线构造具有延续性特征，由于距离冰盖补给源区较近，显示出规则的特征。图3c(解译图为3d，图2①处)位于通辽市南东50km处，海拔180～192m，该处沙垄由于处于弧形转弯的位置而呈NEE向。沙垄表现为2组流线方向，其主流线方向为80°左右，次流线方向为25°左右，主流线上显示出斜列的锯齿状特征，其斜列构成了次流线。沙垄上局部展现出活动沙丘，沙丘链的展布方向在70°左右，沙丘只是改造了巨型沙垄的表面特征，对规模宏大的流线构造不产生实质性的改变。该处流线构造显示出一定的罗根冰碛特征，根据罗根冰碛的形变机理理论分析，由于该处流线构造已经远离了冰盖补给区，且由于受到地势的影响已经向北转弯，其上的次级流线构造应与冰盖冰川的NE向滑移有关。图3e(解译图为3f，图2③处)位于松原市南西60km处，海拔135～148m，该处突出的特征表现为星罗棋布的湖泡，通过图3f可见，湖泡分布呈现出2个明显的优势方向，东侧一组呈NNE向(26°)，西侧一组呈NWW向(290°)，这些积水而成的湖泡，实则反应了沙垄的展布情况，为2组沙垄交汇后共同制约而成。该处流线构造距离冰盖供给源区最远，且由于多向交汇，其流线构造的特征则衰减的极为模糊。

通过上述可见，这些巨型流线构造伴随着与冰盖供给源区距离的远近而显示出不同的特征，而风沙作用只是在巨型沙垄的表面形成沙丘链，不能改变流线构造的本质，且展布方向与流线构造不相一致，由此初步分析这些巨型流线构造并非风沙成因。

a—巨型流线构造；b—a对应解译图；c—罗根冰碛地貌，d—c对应解译图；e—湖泡地貌，f—e对应解译图图3 松辽平原上的巨型流线构造及解译特征

2 讨论

关于这些巨型沙垄的成因，一直是有争议的问题。裘善文(1989)[1]认为是冰期气候下强大的反气旋风作用下，强大的风沙流与尘暴堆积而成。秦小光等(2010)[2]在排除了水成的可能性后，也认为这些巨型沙垄为风力作用所为。X. Ke与J.Dale(2004)[3]通过与北美垄泡(巨型冰川流线)地貌进行对比，发现具有特征上的一致性，提出冰盖成因的解释，但并未就这些巨型流线构造的特征进行详细的分析。

2.1 流线构造的延伸与地势的控制作用

冰盖的运移方向受地势高低的控制，因此流线会表现出受地势控制的特征。松辽平原的巨型流线构造在大兴安岭东侧山麓地带表现为NW向，是受大兴安岭东坡山谷多为NW走向所致，此后渐渐转向为NE向，形成巨大的弧形。松辽平原西侧大兴安岭山区发育丰富的冰川遗迹[4-5，13-14，23-29]，其山谷冰川作用是松辽冰盖冰川的物质供源区，巨型冰川流线都表现出向盆地的出口处，也即哈尔滨一带汇聚的特征。巨型流线构造从大兴安岭的山麓一带向下，其特征逐渐复杂，在盆地的沉降中心——查干湖一带，局部表现为2个方向的冰流交汇的特征，这些都展示了地势对于巨型流线构造的控制作用。

2.2 松辽分水岭的南北迁移与冰盖消融导致的陆地失压反弹间的关系

冰盖流线构造的延伸受地势控制，因此松辽分水岭南侧的流线构造应该顺地势，与现代辽河一样向南流向渤海，但实际上流线构造却反常的表现出向北越过分水岭，与其他的流线构造一致向哈尔滨方向汇聚(图2)。王庆(1994)[30]在现代松辽分水岭的南侧发现了由南向北的古河道，因此提出晚更新世晚期曾存在松辽分水岭向北迁移的认识(图2)。根据巨型流线构造并没有受到分水岭控制的特征，表明流线构造形成于分水岭的北迁之前。又由于分水岭南侧流线构造没有受到北侧松花江水系的侵蚀特征，显示流线构造形成之后即发生了分水岭北迁事件。关于松辽分水岭北迁的动力学原因，笔者认为与冰盖消融导致的盆地失压反弹有关，冰期时冰盖产生的巨大压力导致松嫩盆地下沉，促使松辽分水岭南迁，进而致使辽河冰流流向北方。间冰期冰盖消融使松嫩盆地失压反弹产生隆升，导致分水岭北迁，使辽河水流流向南部渤海。由于松辽平原近似跷跷板的升降机制导致的分水岭南北摆动迁移，可能在冰期-间冰期的循环下存在多次的往复。关于冰盖消融导致的陆地失压反弹隆升，目前国外学界进行了较多的探索研究[31-33]，国内尚未有相关研究。

2.3 软基垫面的变形与冰盖压力

冰盖具有数十米，乃至数百米厚的冰层，冰层的巨大压力势必导致底垫面的软基沉积层发生形变，形成荷载构造[6]。裴文中(1956)[34]最早发现报道了松辽平原发育的荷载构造，详细描述扎赉诺尔煤矿11号井附近的荷载构造，其下伏沙层受压变形呈袋状，袋内为圆滑的砾石，其与Douglas I. Benn[6]所展示的荷载构造特征一致。孙建中[35]对松辽平原的荷载构造进了调查与总结，重点介绍了榆树东岗、白城平安镇(图4a，图2④处)、白城五户、哈尔滨荒山(图4b，图2⑤处)、前郭噶扎布、前郭县王府等地的荷载构造。孙建中[35]提出这些荷载构造属于冰缘构造，认为“难以用‘荷载变形’来解释的，因为它们上面并无很厚的沉积物覆盖。”现在看来，这个上面“很厚的沉积物覆盖”，应该就是已经融化消失的“松辽冰盖”。

a—白城平安镇平台组中呈囊状的红色沙砾[29]；b—哈尔滨荒山一带的荷载构造[29]；c—响水河两岸的巨型流线构造，图中①为4d位置；d—响水河东岸砂层中的褶皱构造图4 松辽平原巨型流线下的沙层中荷载构造与褶皱构造

此外，笔者考察了翁牛特旗响水河一带的巨型流线构造(图4c，图2⑥处)，该处巨型流线构造位于松辽冰盖的南部，流线构造垂直穿过响水河河谷并稳定延伸，显示出河谷对流线构造的形成并未起到影响作用。河谷两侧由中细砂组成，局部含有砾石，东岸的沙壁上，发现沙层中存在宽缓的褶皱(图4d，图4c①处)，褶皱轴线走向与巨型流线构造的延伸方向一致，流线构造的沟谷(图4c中的黑色条带)与砂层褶皱的向斜位置相对应，这显示出沙层褶皱与表层流线构造存在承生关系。

2.4 松辽冰盖的形成时间

关于松辽冰盖的形成时间，根据巨型冰川流线构造与松辽分水岭位置的变迁之间的时间关系[30]，可以初步推断松辽冰盖最后一次发生时间为晚更新世晚期之前，也即蒙山冰期(MIS2)之前发生。冰盖发育时间应在变形砂层的沉积之后，孙建中(1981)[35]在发生变形的东岗组上界地层沉积物中获得热释光年龄为140.00±0.715ka，东岗组的荷载变形必然在其沉积之后，其后最近的冰期为晚更新世早期的MIS4阶段，由此可以初步推断最新一期冰盖发生在7.5万年左右的东山冰期。

3 结论

经过调查研究与综合分析，可以得到以下几项新的认识：

(1)松辽平原上分布的巨型沙垄为冰盖作用遗迹，与典型冰盖成因的巨型冰川流线构造具有特征上的一致性。流线构造中巨大弧形是由于冰盖移动时受地势控制所致。松辽平原软基砂层中发育的大量“冰滑构造”“冰卷泥”等构造，是冰盖重压作用下形成的荷载构造。

(2)松辽冰盖的最后一次发生的时间为东山冰期(MIS4)。松辽冰盖形成时发生松辽分水岭南迁，使辽河冰流北流。冰盖消融后发生分水岭北迁，使辽河水流南流。导致松辽分水岭南北迁移的原因，认为与松辽冰盖消融导致的失压反弹隆升有关。

(3)松辽冰盖的存在是由于东亚冷槽的寒潮致冷所致，是东亚雪槽的体现。同时，在冰期冷暖气候的交锋叠加带上，也即东亚雪槽的西壁地区，还形成了浑善达克冰盖、毛乌素冰盖与腾格里冰盖，这些冰盖同样具有大规模的巨型冰川流线构造。相比于西部青藏高原因高海拔致冷冰川而言，东亚冷槽的存在对于我国第四纪环境演化的影响力更大，也更加深远。

致谢：该项研究得到了中国地质科学院地质研究所苏德辰研究员、中国石油大学吕洪波教授、中国科学院南京湖泊研究所于革教授、南京师范大学黄家柱教授、中科院海洋研究所赵松龄教授、南京大学杨达源教授、自然资源部第一海洋研究所徐兴永研究员、中国地质科学院地质力学所钱方教授的帮助与支持，在此表示深切的谢意！