甘肃省冰缘地貌：形成、发现及其影响

由寒冻风化、冻融过程和雪蚀作用等形成的各种地表形态称为冰缘地貌。冰缘泛指无冰川覆盖的气候严寒地区，范围大体与多年冻土区相当，部分季节冻土区亦发育有冰缘现象。因此有时冰缘地貌又称冻土地貌。为了避免概念上的混淆，在本书中把冰缘地貌和现象理解为在多年冻土条件下以冻融过程为主导作用和由该区特有的外营力作用形成的地貌和现象。由于甘肃位于欧亚大陆东南部中低纬度地区和第四纪以来主要受季风环流的影响，冰缘形态分布的范围在历次冰期中较现代要大，尤其在晚更新世末次冰期时达到最大规模。目前，甘肃省虽位于欧亚纬度冻土带外围，但因高度因素的影响，而出现高度冻土带或冰缘山地。水热条件的不同使冰缘形态组合也表现出明显的区域差异性和多样性。在现代冰缘形态中，除个别极地特有类型（如极地多边形和现代冰楔）外，本省拥有各种各样的冰缘地貌和现象，主要分布于祁连山地、甘南高原、西秦岭、马啣山等高山地区。

1.现代冰缘地貌

祁连山地多年冻土面积为134000km2，占全国多年冻土总面积（214.8×104km2的6.24%），约占整个山体总面识的60%。多年冻土下界变动幅度较大，例如冷龙岭北坡为3450m，野马山北坡为3740m。由此可以看出多年冻土下界的变动既受纬度地带性规律的制约，又受距海远近导致水份条件变化的控制。前者大约每增加一个纬度，下界高度降低120～150m左右；后者每增加一个经度，下界高度约降低60～80m。此外，同一山脉坡向也影响下界高度，一般南北坡下界可相差200m左右。总之，祁连山多年冻土下界高度变动在3450～3950m之间，比现代雪线高度（4300～5100m）约低900～1200m。从多年冻土下界与雪线两者相互关系来看，祁连山区多年冻土无疑应属大陆型多年冻土。多年冻土温度一般为-0.1～2.5℃，最低可达-4～-5℃。厚度从数米至百米以上，钻孔揭露的目前已知最大厚度为139.3m。

多年冻土厚度随海拔高度增高而加厚的规律十分明显，一般递增率为10～30m/100m。坡向也影响到冻土的厚度。在走廊南山东段，海拔3500m北坡揭露的冻土厚度为33.2m，而在南坡同样高度上却未发现冻土。在洪水坝盆地两侧，托来山北坡3829m的钻孔中冻土厚度为79.3m，而走廊南山南坡3839m冻土仅厚46m。岩性和含水量的变异对多年冻土厚度也有一定影响。在洪水坝盆地北侧山前平原砂砾石层中含水量很小，地下水埋深100m以上，多年冻土厚度为46m，而在盆地南侧粘性土地层中，含水量大，冻土厚达79m。在几乎所有含水量较大的粘性土地区，都有厚度较大的水平地下冰层，特别集中在一些大型山间盆地的山前缓坡沼泽化地段，如热水盆地冻土层温度为-0.5℃的沼泽地，地下水平冰层厚度可达5米余。一般来说，具有厚冰层的均为后生多年冻土层。

位于兰州市东南50km的马啣山，走向北西，长约30km。山体主要由前震旦系眼球状花岗片麻岩组成，顶部为一平坦的古夷平面。最高点海拔3671m，是黄土高原内部唯一超过3600m的石质山地，与北面的兴隆山隔新营—马坡地堑谷遥相对应。山顶基岩时有裸露，块石残积，但形态浑缓。本区受新构造运动影响强烈，自第四纪以来地壳不断上升，使得整个山地以两千多米的高差雄居于周围黄土高原之上。马啣山气候比较低寒而湿润，据1961年观测，年平均气温-2.3℃，全年有七个月平均气温在零度以下，最冷月（1月）与最热月（7月）气温较差22.3℃，而极端最低气温-25.8℃。因此，冻融过程比较频繁，地面上有广泛发育的冻融泥石流。马啣山冰缘地貌形成过程主要表现为寒冻风化—崩解—重力堆积和雪蚀作用。海拔3500m以上为寒冻风化块石带（准石海），岩堆呈不连续分布，按其分布位置和产状，大抵可分为两类。一类为山顶岩堆，分布在山脊线上，块石直径1～2m，具明显的尖锐棱角，有些冻裂断口十分新鲜。冻胀拔起现象较普遍，构成倾斜一致的“冻胀石林”，岩堆规模长宽各10～20m。另一类为斜坡岩堆，分布位置较前者低，约在3500～3550m左右，块石较大，一般长径2～3m，大者可达7～8m，杂乱堆积，棱角较钝，表面生长许多紧密的橘黄、灰绿等色地衣。岩堆规模比前者大，一般可延伸40～50m。这两类岩堆反映了两个不同时期的冰缘过程。

1985年在阴坡3630m处发现多年冻土，出露厚10m左右，季节性融化深度一般在2～3m。冻土活动层中坚硬基岩上裂隙水发育，经反复冻结与融化，冰冻膨胀和劈开的力量使得裂隙水像楔子一样由浅入深，由窄到宽发展，破坏了基岩的完整性，并在局部地段发育成冻胀石林与石海。基岩陡坎—洼地组合是马啣山单调地表上另一独特的地貌景观。其分布高度大体与山坡岩堆一致，主要见于朝南或西南山坡，陡坎形似山坡台阶，高3～5m不等，其下常有一浅缓小洼地，内有数十厘米至1m的块石碓积，小洼地多为长宽各十几米乃至数十米。这种地貌组合可能系在寒冻风化与雪蚀作用叠加下发育起来的，解体的块石经融动而汇积在洼地中。同时也表明经过一段较长的侵蚀破坏过程，而非现代冰缘作用所成。在3600m以上的阴坡止，还零星分布有冻融泥流舌，这是现代冰缘地貌的反映。是因为当气温回升时，冻土层部分融化，冰融水使其表层细粒物质缓慢流动所形成。在马啣山顶较平坦的地段，由于排水不畅，形成了一些沼泽化洼地，在这些洼地上分布有发育良好的冻胀草丘，草丘直径在30～50cm之间，高15～30cm。它们是由于冻土水分的不均匀分布导致冻结时产生的膨胀力也不均匀，使得膨胀力集中的土层局部鼓起呈丘状，最终发育成冻胀草丘。(www.xing528.com)

2.古冰缘地貌

如果说在多年冻土下界以上的祁连山高海拔地区发育的高山多年冻土，属现代冰缘带，那么山地东段海拔3400m以下和西段4000m以下的地区应属非冰缘带。但由于它们地处多年冻土区外围，因而在第四纪冰期中曾屡次被卷入到冰缘带范围。早、中更新世的冰缘作用遗迹在本区目前尚无发现，而晚更新世以来冰缘作用遗迹的存在已有绝对年龄可以作证。例如冻胀丘（或冰丘）是指示多年冻土存在的主要标志之一，与冰碛、多边形楔状构造一样是最有代表性的冰缘形态。祁连山东延北支毛毛山南麓松山滩为第四纪断陷盆地，其南缘有一小河名石灰沟南流入庄浪河。红山嘴附近石灰沟发育两级阶地，其第二级阶地拔河10～15m，下部为具有水平层理的砂砾层，其上冲洪积黄土层和夹于其间的数层暗灰黑色粘土层向上拱曲，代表一个古冻胀丘，水平延长约25～30m，比高5m左右。该地海拔2540m，低于现代冰缘下界1160m。该埋藏古冻胀丘上部的泥炭层，14C年龄为距今31100±1500aBP，冻胀丘应形成于这一年代以后，估计为末次冰期最盛期的形成物。现代冻胀丘在极地和亚极地存在于年平均气温为-2.2～-5.6℃的环境中。如果取平均值-4℃作为冻胀丘生成时的必要气温指标，则松山盆地晚更新世后期比现代气温应降低7.5℃（现代该地年平均气温为3.5℃），据此计算当时多年冻土带下界应为2180m足有。

“多边形脉”构造也是一种很重要的冰缘现象。平面上的多边形土（又称成型地面或成型土）与剖面上成群出现的楔形“脉”构造，是同一事物的两个侧面。多边形土分为分选和无分选两大类，按活动性又分为活动型和不活动型两大类，即现代和古代两大类。古冰楔和砾楔等冰缘现象，可统称为“楔形脉”构造。它们散布在甘南高原、祁连山、河西走廊等古今冰缘地区。河西走廊的砂楔，规模都很小，楔深多不及1m。其底部无机14C年龄为22500±190aBP，据此推断河西走廊很多不活动的楔形构造，其发育时期是末次冰期最盛期，即我国第四纪最干冷的时期。研究表明，晚更新世以来北半球的多年冻土带曾有多次明显的扩张，其中晚更新世后期的多年冻土已深入我国北方36°N左右。较现代多年冻土的南界偏南达10个纬度之多。而河西走廊的地理纬度在37°～40°N之间，恰落在晚更新世多年冻土区内，完全具有发育砂楔的可能。换言之，当时在河西地区，纬度冻土带和青藏高原北缘高度冻土带已相连接。

马啣山低于现代雪线千米左右，其主峰大体接近于晚更新世末次冰期雪线高度。在海拔3500m以上的地区，不仅山地寒冻风化较强烈，形成一些岩堆（准石海）、雪蚀陡坎与小型洼地以及冻胀草丘等现代冰缘地貌，而且全新世高温期以来已经停止活动的冰缘遗迹则更多，例如古石海、高夷平阶地、雪蚀洼地等。在山顶一雪蚀洼地（海拔高度3540m）人工开挖剖面，见有冻融角砾层以上共厚2m，古土壤在1.2～1.5m深处，潜育化明显，在1.3m处采样测得14C年龄为（8103±97）aBP。由此证明马啣山顶的冰缘活动是在末次冰期最盛时进行的，且主要在接近雪线或低于雪线的部位进行，可划分为两个冰缘期（表2-6）。以山顶岩堆等为代表的一组，自新冰期以来寒冻作用不同程度地一直在进行着，反映了晚近时期寒冻风化的一个作用阶段，可称为新冰缘期，似与新冰期相对应。以基岩陡坎与洼地组合、斜坡岩堆为代表的一组，风化稍深，反映了晚更新世时的一次较强烈的寒冻风化作用过程，可称为马啣山冰缘期，并可能与晚更新世冰期相对应。在马啣山冰缘期之后，发育了厚约1m左右的黑褐色土壤层和稀疏的高山草甸。

表2-6　马啣山冰缘期之划分