北京第四纪地质导论：模式口地区的冰川擦痕分布与分析

第一节　模式口地区

李四光（1962）确定的“冰川擦痕”分布在北京市石景山区模式口村电站水渠北侧（图2.1），已修筑高墙保护（下简称围墙遗迹）。

1979年下半年，我们对围墙遗迹和模式口附近及永定河自三家店至雁翅段河谷地貌、第四纪地质进行了多次反复的调查，了解更新世西山区冰川发生的可能性，重点考察了围墙遗迹。其中发现：①犁口形人工打击面；②两条分别为SN和EW向的节理交叉面；③辉绿岩球状风化石，人工刻痕甚多，发育SN和EW向两组构造节理；④一组产状为NE70°∠35°的大节理面，见水痕和人工刻痕，其中一面为节理面，一面为风化面；⑤大节理面，产状NE50°∠38°；⑥辉绿岩风化面，刻痕甚多；⑦斜面为节理面，顶面为人工打击面；⑧小块露头上出现的刻痕，刻痕走向与坡向一致，但刻痕较新鲜，未见风化。观察结果表明，墙内的所谓冰川擦痕实际上都是一些人工刻痕。少部分为水痕和构造擦痕。下面对这些问题进行讨论。

图2.1　北京西山模式口“冰川遗迹”分布略图

一、对模式口第四纪冰川遗迹的质疑

李四光（1975）在《北京西山区第四纪冰川遗迹和中国冰期问题》一文中说，在“模式口的东面有个小山坡南麓，在相当坚硬的辉绿岩表面也发现了许许多多擦痕，那些擦痕显而易见地都是由刻划而成的，它们所指的方向大都和山坡倾向方向是一致的，但局部也有少许变化”；并指出“所有这些擦痕的特点显示它们与构造擦痕完全不同，而是与一般冰川擦痕的特征相符合的”。但李先生在此并未提供任何实物证据，用来说明究竟是哪块露头上的和哪些擦痕是具有冰川性质的。更没有就模式口区为什么会有第四纪冰川流行，这些冰川是如何形成、活动和从何而来等一些涉及古冰川研究极为重要的理论问题作出说明。上述事实使我们感到对李先生的这种推测仍有深入探讨的必要性。他所说的那些冰川擦痕到底是真相还是假象？根据我们仔细勘察看到的事实，可以认为第四纪时期模式口附近根本就不存在冰川活动，因此，所谓冰川擦痕完全是一种假象，我们的依据如下。

（一）无冰川滑动面存在

显然，无论是李四光先生或者我们的调查，都未认定围墙遗迹中有冰川滑动面存在。主要岩石露头都是些节理面、风化面和人工打击面。即便有些磨光面，其成因也不是冰川，它们都是人为的或岩石风化破碎后所生成的。既然没有冰川滑动面存在，自然也不会有冰流活动了。

（二）冰川擦痕分析

李四光先生把围墙内的许许多多刻痕都定性为冰川擦痕，证明过去模式口地区曾有过冰川活动。我们不妨来讨论一下冰川作用。所谓冰川作用是指冰川底部沿冰床或斜坡发生的滑动作用。由于冰川刻蚀或磨蚀所产生的较光滑的岩面称为冰川滑动面，而冰流底部挟带更为坚硬的岩屑在较软的冰床或冰川滑动面上刻划的条痕称冰川擦痕，假如这种概念是正确的话，那么便产生既然围墙内看不到一个可以定性的冰川滑动面，而这么多冰川擦痕究竟是依据什么定性的？无论是现在或过去，根据冰川学的基本原理，地球表面不可能出现没有冰川滑动面的冰川擦痕。现在的问题在于如何区别这些擦痕。

冰川擦痕乃是冰川在成冰过程和冰川形成后运移过程中掺和入冰体内部的坚硬岩石碎屑，伴随冰流缓慢移动而对冰床表面、冰坎或其他滑动面硬度较小的岩石表面刻划而成的痕迹。冰川擦痕经常出现在冰斗冰川的坎部、平顶冰川边部、悬冰川顶部、槽谷底部和山麓冰川的上下部位。冰川擦痕的刻槽往往是上宽下窄，槽底有一定倾斜度。由于它是在冰层较大压力下刻划的，所以刻槽一般较刚劲平直，多呈直线形，深度亦较大。但应当指出，这里所总结的冰川擦痕的形态学特征决非具备这些形态学特征的刻痕都是冰川成因的。如在模式口叉路口边坡上，重力崩石在边坡上也刻划出钉头鼠尾形的擦痕。重力擦痕不但与水痕有明显区别，而且与构造擦痕也不尽相同。

构造擦痕是发生在节理面或断层面上由于地壳动力作用使具有不同硬度的岩石和矿物在错位时互相刻划而成的痕迹。如在围墙内第8观察点附近见到的辉绿岩中黄铁矿对滑动面所刻划的痕迹。这种擦痕大小较匀，刻槽底部宽而坦平，无明显的钉头鼠尾形特征，它很容易识别。而人们用小刀、铁钎等工具刻划的痕迹，由于人力有限，用力不均，加上岩石结构硬度差别，刻痕一般较小和短浅，具规则和不规则线形，刻槽底部常见不规则波状起伏。这种特征在野外和室内对比实验中看得很清楚。通过刻痕穿插关系和风化程度可大体判断它形成的先后和相对地质时间。有些擦痕类似冰川擦痕。但因岩石和刻槽都较新鲜，分析人工成因可能性较大。虽然这些刻痕方向与坡向一致，但它们不是冰川成因的。

（三）地形分析

围墙遗迹分布在法海寺两条山沟分割的小山脊南麓。围墙内上段地面平缓，下段较陡，约为10°～15°和25°左右。擦痕多发育在两组近SN和EW向的节理面上，与地面夹角为20°～40°，所有擦痕与坡面都有较大夹角。冰川擦痕是冰川沿坡面滑动时生成的，它的延伸方向不但应与坡向一致，而且还应当是平行关系。根本不允许它与坡面有交角关系，否则怎么理解冰川会像地表水那样渗到地下去呢？显然这是不可能出现的。加上围墙内许多露头岩石新鲜，断面参差等都说明这里过去不曾受到冰川作用的影响。(www.xing528.com)

（四）冰川类型和成冰条件分析

李四光（1975）在《北京西山区第四纪冰川遗迹和中国冰期问题》中指出：“中国第四纪冰川主要是山谷冰川，但有些地区，冰流达到了山麓或山麓平原。”模式口地处西山山前或山麓，既然有第四纪冰流存在，自然应有山麓冰川了。永定河谷和北京平原无疑地是这些山麓冰川的宿地了。倘若以擦痕延伸方向表示冰川流动方向，则说明当时模式口山麓冰川主要来自法海寺北面的山上，而且还可能带些冰碛物吧！这些冰碛物的硬度肯定得比辉绿岩大，否则怎能在辉绿岩表面刻划出擦痕来呢？然而有意思的是李先生又说法海寺后离山顶不远是侏罗纪的黏土岩，据我们调查，这种黏土岩硬度小于辉绿岩，根本不可能在辉绿岩表面刻出擦痕。那么，刻划擦痕的冰碛物从何而来呢？

从地貌上看，古庙（法海寺）北面小山顶海拔仅187m和379m，同围墙遗迹下段（约93m）高差200m，水平距离2～3 km。这么低的山和这么短的距离内能形成这么大的冰川或山麓冰川吗？就算古今地形有较大变化，会产生冰川，这冰川时代一定是很老的，但目前保存这样完好，风化程度又不高的冰川擦痕证明冰川时代不会太老，显然，这也是自相矛盾。姑且说有冰川吧！那么当时形成冰川的条件：粒雪盆、古冰斗和强烈寒冻风化而生成的角峰、刃脊等典型的冰川地貌又都到哪儿去了？难道这些大地形证据能在较短的时间内被侵蚀掉，而那些小小的擦痕又不被风化侵蚀和破坏掉？这些都是不能自圆其说的。实际上，法海寺后山一带都是馒头状或浑圆形的低山丘陵，即使像三家店附近的九龙山、香峪大梁及三家店至雁翅一带西山也都是一些流水侵蚀的地形，哪里有什么冰川活动的地貌呢！

二、更新世晚期模式口的气候环境

根据相关堆积原理，倘若模式口更新世有冰川活动，则不难在附近相应的沉积物中找到寒冷气候的证据。为此，选择了较接近围墙的永定河第三级阶地（图2.2）上马兰黄土剖面，采集样品进行孢粉分析，其结果如图2.3和表2.1所示。

图2.3表示T₃黄土剖面孢粉含量丰富。在花粉中草本花粉占优势，占总量的90%以上。木本花粉含量较少，占0.8%～5.7%；蕨类孢子很少。在草本花粉中，蒿属花粉居绝对优势，含量达49.5%～75.4%；其余的为藜科，含量占花粉总量的1.6%～11.4%；禾本科占5.5%～16.8%，葎草属占8.5%～29%。此外，还有蓼科、菊科、豆科，花粉含量甚微。木本花粉仅发现松、桦等树种的少量花粉。上述说明，黄土剖面主要孢粉组合成员有：草本蒿草属、葎草属、禾本科和藜科花粉，木本仅发现松、桦等树种少量花粉。根据4个科属草本花粉在剖面中含量的变化，大体上可划分出3个明显的孢粉组合带（自下而上）：Ⅰ带，相当于剖面上D层，蒿属、葎草属、禾本科和藜科花粉含量都较高，形成曲线上第一个峰值，向上含量逐渐减少，曲线上出现相当清楚的谷。Ⅱ带，相当于剖面上C层，蒿属花粉又大量增加，在增加的总趋势中有两个亚阶段含量次高峰的变化，特别是蒿属减少时葎草属明显增加。禾木科花粉含量的变化与葎草属大体相同。Ⅲ带：在剖面上部，相当于A层和B层，其中蒿属含量突然大增，达到一个新的高峰，相应地，葎草和禾本科花粉含量又有所下降。

图2.2　模式口附近永定河谷横剖面示意图

1．黄土堆积　2．砂质壤土　3．砂砾石

表2．1　永定河第三级阶地黄土的岩性结构与孢粉组合

续表2.1

图2.3　永定河第三级阶地黄土剖面的孢粉图式

从生态学上看，葎草属和禾本科属于中生植物，代表中等温度和偏温的气候；而蒿属和藜科则是代表旱生植物，其生活环境较为干燥和温和。这种中生和旱生植物在剖面上的交互出现，可能说明黄土堆积时期气候的3次较小幅度的波动。当时模式口地区生长着以草本为主的稀树草原植被，大体上与目前张北高原或内蒙南部的自然环境相似。说明晚更新世黄土堆积时期地面温度约为5～7℃，降水量仅200～400mm，比现今温度低7～5℃，降水少300～500mm。冻结期达4个月左右。在融冻期内，山麓地带可能会出现一些泥流堆积。但不会出现冰川活动，因为稀树草原植被还远不是山地植物线的上限，至于雪线，那就差得更远。

综合上述，我们认为模式口的第四纪冰川遗迹是不存在的，把多种成因的刻痕作为冰川擦痕是应该重新加以考虑的。无论从哪方面看模式口和西山其他地区一样，更新世期间没有冰川形成的条件。晚更新世黄土堆积期间，环境为稀树草原，气候比现今偏温凉。