湖南衡陽大圍山第四紀(jì)冰雪遺跡特征及形成條件

湖南衡陽大圍山第四紀(jì)冰雪遺跡特征及形成條件

1大圍山自然地理1.1大西南合山北北分布大圍山位于長沙灘“兩類社會(huì)”區(qū)的湖廣東北部，南北河岸、小河河北岸。東與江西省銅鼓縣毗鄰,面積193km2。距瀏陽市69km,距長沙118km,交通便捷。1.2水資源及生物資源豐富本區(qū)屬構(gòu)造剝蝕、侵蝕花崗巖中低山地貌。最高點(diǎn)七星嶺海拔1607.9m。地形坡度一般15°～35°。本區(qū)屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候,年均氣溫11℃～16℃。無霜期243天。雨量充沛,年均降雨量1800～2000mm,年相對(duì)濕度83%以上。園內(nèi)溪流縱橫,水資源豐富。地表水年徑流量達(dá)1200mm。地下水資源豐富,且分布廣,屬花崗巖裂隙水。在海拔1200m以上還分布著13個(gè)大小不等的天然沼澤地,如禱泉湖、天星湖、玉泉湖等。大圍山屬于我國中亞熱帶常綠闊葉林帶。園內(nèi)森林覆蓋率達(dá)99%,植物種類有23個(gè)群系,3000多種。屬于國家一級(jí)保護(hù)的有銀杏、伯樂樹、水杉、南國紅豆杉等。大圍山已發(fā)現(xiàn)的野生動(dòng)物有60余種,其中被列入國家一、二類保護(hù)動(dòng)物的有14種。2大圍山地質(zhì)背景2.1冷家溪群ptsh(1)第四系(Q)包括:中更新統(tǒng)(Q2)冰磧相陳家咀組棕紅色冰磧泥礫層;上更新統(tǒng)(Q3)冰磧相鐵山組棕黃色泥礫層。(2)中元古界冷家溪群。雙嬌山群(Ptsh),其中從上而下劃分為宜豐組(Ptshy1)及花門組(Ptshh),它們之間為連續(xù)過渡接觸關(guān)系。為一套巨厚含火山碎屑巖及熔巖的淺變質(zhì)砂泥質(zhì)巖系,灰色、灰綠色千枚狀板巖、千枚巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、綠泥石絹云母板巖、變質(zhì)石英砂巖、石英二云片巖等。局部受熱液蝕變形成角巖及混合巖化之片麻巖類,總厚度大于5700m。2.2延部分成巖具有擴(kuò)張性出露花崗巖巖性為中粒堇青石二云母花崗閃長巖,為江西九嶺巖體西延部分,成巖年齡約8.4億年,屬于雪峰期。長軸方向近東西向,侵入于中元古界冷家溪群。外接觸帶為斑點(diǎn)板巖及角巖等接觸變質(zhì)帶。玉泉山莊一帶殘留有圍巖,其巖性有混合片麻巖、黑云斜長片麻巖等。3大圍山第四紀(jì)冰川地質(zhì)遺跡特征大圍山第四紀(jì)冰川地質(zhì)遺跡包括冰蝕地形、冰溜遺痕、冰川停積物。3.1冰蝕地形(1)冰斗、角峰、魚脊峰和冰川大圍山冰蝕地形最后一期冰川(廬山冰期,Q3)撤退后的遺跡保存較好,其中以扁擔(dān)拗冰斗的地貌特征最典型。(1)巖坎冰坎天然氣槽角峰標(biāo)高1563.3m,左右各有一個(gè)圈椅狀冰斗,標(biāo)高1400m,右側(cè)稍大冰斗向東出口處殘留有阻止冰流下行的巖坎(冰坎),其兩側(cè)為冰流下瀉的冰筧,而今為流水溝。冰斗間魚脊峰(刃峰)上冰川溢口清晰可見,巖坎向南東陡傾斜形成冰坡,其下為冰川流行痕跡—U形谷向南東傾斜伸展。雖經(jīng)長期侵蝕改造,但結(jié)構(gòu)仍較清晰。(2)桃?guī)ru形谷范圍位于禱泉湖及七星湖冰窖北側(cè),魚脊峰近東西向伸展,標(biāo)高1560m左右。脊嶺被一系列呈U形的冰川溢口分割,U形缺口向北偏西傾斜并將魚脊峰改造呈孤形“鋸齒”狀。與此類似的魚脊峰在桃樹巖U形谷的南西側(cè)也有分布。扁擔(dān)坳冰斗及七星嶺魚脊峰、冰川溢口保存較好,也較典型,是大圍山地區(qū)第四紀(jì)冰川存在的重要標(biāo)志之一。(2)大圍山期冰酒遺跡大圍山的冰窖常呈渾圓形或長條形的山間濕地,面積不等,單個(gè)面積20hm2以上,最大的為禱泉湖,面積超過90hm2。大圍山廬山期冰窖遺跡有禱泉湖冰窖、玉泉湖冰窖、七星湖冰窖、船底窩冰窖、桃坪冰窖等,分布在標(biāo)高1400m左右地帶。大姑冰期(Q2)冰窖保存較差,有水打壩冰窖、石古田(山)冰窖等,分布在標(biāo)高650～800m地帶。(1)要自然文化.位于七星嶺主峰南西約1.5km左右,呈近東西方向的高山濕地,為緩坡寬底的U形寬谷,面積500×300(均)m2。窖底標(biāo)高1500m,微向東傾斜。朝東偏南出口,出口處有一近南北向并向東陡傾斜之巖坎橫亙,并與呈南東伸展的U形谷相接。出口處巖坎上及兩旁谷坡地帶巨形花崗巖漂礫隨處可見。窖底分布有棕黃色冰磧泥礫及帶有擦痕的花崗巖漂礫。清澈見底的溪水流淌于繁花似錦的濕地中,山青水秀,溪水中有鰍魚游動(dòng),花叢中鳥兒歡鳴。北側(cè)魚脊峰保留有典型的U形冰川溢口。(2)細(xì)、大周邊地區(qū),深處理“兩”圖2,其也作冰坎位于張坊鎮(zhèn)文竹村,呈北西向倒葫蘆形洼地,長1000m左右,最寬處約300m,向南東傾斜,出口處寬僅50m左右。窖底標(biāo)高700～650m。出口處基巖冰坎橫亙,并與U形谷相接。紫紅色泥礫形成側(cè)磧堤(標(biāo)高290m)。(3)底窩—U形谷(槽谷)大圍山發(fā)育較好的有船底窩—栗木橋U形谷,玉泉寺(遺址)—細(xì)棚子—石羊城U形谷,邱家老屋—大王坑U形谷等;南坡有水打壩—文竹U形谷等。以船底窩—栗木橋U形谷為代表敘述。該槽谷從天星湖冰斗及船底窩冰窖伸出的冰舌在山谷中向西流動(dòng)磨蝕而成?？v剖面呈階梯狀。由后緣向西約2000m左右連續(xù)出現(xiàn)4級(jí)巖坎,東端第1級(jí)巖坎標(biāo)高1300m左右,西端第4級(jí)巖坎標(biāo)高740m左右,落差達(dá)460m。巖坎橫亙于谷地收縮處,使整個(gè)槽谷呈現(xiàn)為東西向階梯狀葫蘆谷。這些巖坎橫斷面呈現(xiàn)東緩西陡,并于第2級(jí)巖坎(獨(dú)木橋附近)西側(cè)陡坎上保留清晰的垂向基巖冰溜面。其余冰斗、冰窖、U谷簡(jiǎn)況見表1。3.2冰滾的痕跡(1)五子石帶抗剪裂裝置冰川條痕石在張坊鎮(zhèn)文竹村及大圍山鎮(zhèn)暗潭村的U形谷出口處的大姑冰期(Q2)紫紅色冰磧泥礫層中較發(fā)育,尤其是在細(xì)粒堅(jiān)硬的角巖礫石上,釘頭鼠尾形冰川擦痕及新月形冰川擦口保存較好。五子石一帶花崗巖漂礫及栗木橋塊礫磧上見有一邊陡、一邊緩的粗大條形刻痕及磨光面。這些條痕石的存在為大圍山地區(qū)冰川流行提供了重要依據(jù)。(2)下一種冰液流表面形態(tài)特征至今僅在船底窩U谷第2級(jí)巖坎(花崗巖)冰川下流的流面上見有冰川擦痕垂向分布,面積大約7～8m2。寶貴的冰溜面守護(hù)了大圍山地區(qū)山谷冰川流行的耀眼光彩。(3)積分法上冰wsop3花崗巖質(zhì)羊背石坐落在玉泉湖冰斗出口附近的冰斗南邊的底部濕地中。走向近東西,長寬不足2m,呈上流緩、下流較陡的流線形。面上有相互平行呈東西向排列的條帶狀擦痕并代表了冰川的流向。羊背石在我國東部極為稀有珍貴(見照片4)。3.3冰川停滯大圍山冰川停積物包括冰川泥礫、冰川漂礫、塊礫磧、紋泥。(1)m及以下的私家車帶大姑冰期(Q2)棕紅色泥礫分布于標(biāo)高290m及其以下的山麓帶;廬山冰期(Q3)棕黃色泥礫基本上分布于標(biāo)高1400～1200m之間的山地地帶,局部見其抵達(dá)低山地帶。(1)山下山板巖礫石分布于大圍山體南北兩側(cè)山麓地帶的張坊鎮(zhèn)文竹、楊梅嶺及大圍山鎮(zhèn)暗潭朱砂橋一帶,膠結(jié)緊密。文竹棕紅色泥礫分布于水打壩U谷南東出口處,構(gòu)成側(cè)磧堤,標(biāo)高290m。其中角巖礫石上釘子形擦痕及新月形冰川擦口清晰可見。楊梅嶺棕紅色泥礫分布于石古田槽谷向南東出口處,泥礫覆蓋在板巖上,形成長約50m、厚7～8m近東西向側(cè)磧堤,標(biāo)高220m。其中一板巖礫石直立,規(guī)模3×10m2。其中還有FeMn銹礫石,表明當(dāng)時(shí)氣溫小于10℃。暗潭棕紅色泥礫位于邱家老屋—大王坑槽谷向北西出口處,成側(cè)磧堤,標(biāo)高200m,其中角巖礫石有丁字形冰川擦痕。(2)館蒙古包鼓丘分布于大圍山山體峰頂間的冰斗、冰窖及槽谷中,膠結(jié)較疏松。常形成側(cè)磧及底磧—鼓丘。井窩子冰窖與船底窩槽谷出口匯合處森林賓館蒙古包鼓丘,標(biāo)高680m,棕黃色泥礫分布于花崗巖基巖上,厚約10余m;玉泉湖冰斗與玉泉湖冰窖出口交匯處有一高出窖底5～6m、面積20×40m2的鼓丘,棕黃色泥礫分布于花崗巖上。長軸指向北東東,代表冰流方向至玉泉湖冰窖折向西流動(dòng)。天星湖冰斗向西出口處沿冰筧堆積有棕黃色泥礫,呈近東西向并向西陡傾斜,坡度達(dá)40°以上,構(gòu)成冰坡,延長約500m。(2)谷及谷坡山地大圍山冰川漂礫較醒目,不僅分布于冰斗(冰窖)中,槽谷及谷坡地帶乃至山嶺地帶也有分布。其成分以花崗巖居多及少量條帶狀混合巖。有的漂礫可見有冰臼、擦口、壓蝕坑等冰川動(dòng)力痕跡,有的具有冰凍裂隙及漂礫壓在另一漂礫之上,形成冰桌。(3)最大的礫石婦人石分布于栗木橋至龍泉溪出口一帶,斷續(xù)延長1km左右。由對(duì)徑一般1～5m左右的花崗巖漂礫堆積,形成近東西向的條形壟狀地貌。其中最大的礫石(壯士石)達(dá)22×8×7m3,近5000t。巨礫有的橫臥,有的直立、斜靠,有的架空。礫石呈棱角狀、扁平狀、渾圓狀,其中不乏磨光面、挖蝕坑。栗木橋如此巨大、數(shù)目眾多的漂礫來源于其上游冰斗、冰窖,還有的源于主槽谷兩旁,尤其是北邊次級(jí)槽谷及其源頭的冰斗、冰窖。只是在主谷下游開闊地帶匯集停積在主槽谷北側(cè),形成側(cè)磧堤。(4)紋泥的對(duì)比分布于栗木橋一帶,海拔700～800m。由數(shù)層顏色較深的細(xì)砂層和顏色較淡的粘土層相互交替組成。紋泥又稱為季候泥,顏色較深的代表春夏季沉積,顏色較淺的代表秋冬季沉積。顏色深、淺相間一次,表示一年的沉積。總之,大圍山第四紀(jì)冰川遺跡大姑冰期(Q2)除冰窖、泥礫、冰水沉積、條痕石保存尚好外,冰蝕地形大多被剝蝕破壞,而廬山冰期(Q3)遺跡類型較全,保存較好。4第四紀(jì)冰川地質(zhì)遺跡的形成條件4.1高空雪線位置據(jù)中國氣象局統(tǒng)計(jì)資料,詳見表2。我國東部某些山地第四紀(jì)冰川的發(fā)生并非受緯度限制,而是受高空雪線位置影響。大圍山、廬山冰期氣候雪線在1500m以上,而這些山地的地形高度在1600～1700m。因此,具備了發(fā)生冰川的條件。4.2氣候變化為推動(dòng)物北坡山地區(qū)若無充沛的大氣降水補(bǔ)充,同樣只能處于寒冷干燥的冰緣氣候條件下而無冰川發(fā)生。大圍山、廬山等中國東部山地處于我國1000～2000m高空寒潮強(qiáng)烈影響地帶。東部地區(qū)平原遼闊,無高大山嶺阻隔,強(qiáng)烈的寒潮由北向南長驅(qū)直入,暢行無阻。第四紀(jì)以來因青藏高原的隆起,使得中國東部地區(qū),來自孟加拉灣的西南暖濕氣流得到加強(qiáng),中國東部地區(qū)在東亞季風(fēng)帶控制下,尤其是長江流域及其以南地區(qū),在冷暖氣團(tuán)交鋒地帶形成豐沛的降水(雨雪)。這就為大圍山在第四紀(jì)雪線附近獲得大氣降水的不斷補(bǔ)給,從而為第四紀(jì)冰川流行提供了必要的條件。大圍山地區(qū)氣溫低、降水豐富,云量高,山頂溫度比山下低7～10℃。第四紀(jì)冰期中雪線降低較大,尤其是廬山冰期雪線降至1000～2000m之間,與最大降水線相近或遇合。此時(shí),積雪量大增,氣候迅速惡化,有利于山谷冰川發(fā)生。由于東(西)北風(fēng)凝結(jié)度最低,大圍山、廬山等地第四紀(jì)冰川也以北坡最發(fā)育。目前,大圍山地區(qū)僅發(fā)現(xiàn)更新世以來兩次山谷冰川遺跡,即大姑冰期(Q2)及廬山冰期(Q3)。并可與廬山地區(qū)對(duì)比,兩處山谷冰川冰蝕地形及冰川泥礫的高程及特征基本類似。大圍山較老的大姑冰期(Q2)遺跡分布高程在700～800m上下,保存較差,而冰川泥礫直抵山麓河谷地帶,屬復(fù)式山谷—山麓冰川;較新的廬山冰期(Q3)遺跡分布高程在1200m以上地帶,冰川泥礫未達(dá)山麓河谷地帶,屬于復(fù)合式冰斗一懸冰川。5谷、魚脊峰、冰流速大圍山第四紀(jì)冰川遺跡具有山谷冰川停積及其流動(dòng)的U形谷和冰川堆積物一套較完整的第四紀(jì)冰川分期、發(fā)生、發(fā)展及消亡系統(tǒng),可與廬山、黃山等中國東部地區(qū)在內(nèi)的國內(nèi)外現(xiàn)代及第四紀(jì)山谷冰川遺跡媲美。尤其是冰斗、U谷、魚脊峰、冰川溢口及冰川條痕石較典型,而栗木橋塊礫磧、基巖冰溜面及羊背石較為罕見。大圍山存在第四