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11.吉林省第四紀冰期的劃分


  吉林省東西橫跨長白山和大興安嶺山脈的中段。五十年代以來已陸續出現了這些地區第四紀冰川遺跡和冰期劃分的報導[2-5]。本文擬在前人工作的基礎上提出這些地區第四紀冰期劃分的意見。

  一、長白山區

  可分為以下五個冰期:

  A.四等房冰期①

  以四等房冰磧層為代表,出露於白頭山西南的望天鵝一四等房高地東三號閘十五道溝上源標高1450—1500米之間。呈暗紅色,厚0.5—3.0米,半膠結狀,礫、砂、泥大小混雜;礫石大者1.2米,小者如豆。磨圓欠佳,排列零亂,風化很深,外面有O.5釐米厚的風化圈;礫面常有一層泥殼包裹,剝去泥殼常見磨光面、壓裂、壓坑和釘字型、半月型擦痕。受後期間冰期濕熱風化作用很深,氧化鐵富集而呈暗紅色,含Fe2O3 6.53%,Al2O3 13.17%,Si02 65%。冰磧層下伏第三紀的“下玄武岩”,上覆間冰期沖積物。後者為黃綠、棕黃、褐紅色砂礫石,厚7.5米。再上為第四紀的“上玄武岩”。

  B.腰嶺冰期②

  以腰嶺冰磧層為代表。出露于長白縣城東郊高出鴨綠江200米的五級階地前緣。出露厚度0.5米,色褐紅,也是泥、砂、礫混雜,無層理,膠結緊密,礫徑10-20釐米者居多;礫石有玄武岩、流紋岩、花崗岩等,產條痕石和壓裂礫石。這種礫石上的裂隙以壓坑為中心向四周輻射,裂隙深數釐米,但未切穿礫石。這種裂隙的形成除冰川壓力外,很難找到其他解釋。

  該冰磧層下伏玄武岩(厚8米),玄武岩之下為棕黃色粘土。而冰磧層與玄武岩之間的窪地中充填了顯然是流水沉積的,具斜層理的含礫塊的黃砂。

  通化鋼廠西北側馮家溝高出渾江面120米的五級階地上也有類似的褐紅色冰磧泥礫。礫徑大者逾l米,產條痕石,厚逾3米。泥與礫相混,膠結緊密,透水性很小,雖地處階地前緣亦可挖池以貯水。

  C.布老克冰期

  以出露於長白縣城東郊l公里處,高出鴨綠江150米的四級階地上的棕褐至褐紅色冰磧層為代表,夾玄武岩兩層,其剖面如下:

  6.棕褐色泥礫,礫徑一般30-50釐米,礫石以玄武岩為主,少數為花崗岩。 厚1米。

  5.玄武岩,具垂直裂隙,中有棕褐色泥土和玄武岩碎塊充填。 厚4.5米。

  4.褐紅色黃土(老黃土),含砂、玄武岩火山渣及塊石,向西尖滅。 厚0-2米。

  3.紅褐色泥礫,礫徑較小,一般在5-7釐米,礫石成分有花崗岩、安山岩、玄武岩,向西尖滅。 厚0-l米。

  2.玄武岩,上面有一侵蝕面。 厚>1.5米。

  1.褐、褐紅色泥礫,泥、砂、礫混雜。泥砂充填於礫石間隙之中,分佈不均,膠結緊密,粘泥緊附於礫石上,不易刮下,礫石從露頭上取出留下一光滑的泥殼印模。礫石成分以玄武岩為主,個別為花崗岩和流紋岩等。礫徑一般10釐米,大者1米餘。礫石風化較深。 厚1.5米。

  ~~~不整合~一~

  在長白縣幹溝子附近公路旁出露如下的剖面:

  3.紅色黃土(老黃土),具順山坡的小層理,單層厚3-5毫米,含小的錳質結核及個別呈層排列的碎石和礫石,夾一層暗褐色古土壤。 厚4米。

  2.棕紅色冰磧泥礫,礫石大者1米,小者數釐米,無層理,無分選,礫間為棕色到褐紅色粘泥所充填,堅實,礫石成分以石英岩、花崗岩、片麻岩為主,玄武岩次之。產冰溜條痕石。 厚3米。

  1.黃、黃褐色砂礫層(冰水沉積)由大大小小的礫石組成,大者達l-2米,多數在20-40釐米之間。礫間為黃砂所充填,夾砂透鏡體。 厚5米。

  ~~~不整合~~~

  下伏地層:震旦系萬隆組。

  從沉積特徵和地貌位置看,本剖面中部的冰磧層可與布老克冰磧層對比。

  D.二道崗冰期

  據劉長安等同志報導,以二道崗冰磧層為代表,典型地點在長白縣二道崗鎮所在地的玄武岩高原面上。在鎮北標高1260米處構成高10余米的終磧壟地形。冰磧泥礫色淡黃,泥、砂、礫混雜,排列無序;礫石具擦痕、磨光面、凹面、壓坑和壓裂紋;礫石成分有花崗岩、安山岩、玄武岩等,並有個別來自白頭山的黑曜岩。礫石新鮮,未受濕熱化作用,局部有紋泥。據鑽井得知,冰磧層厚27.6米。向南相變為棕黃、灰綠色冰水粘土夾礫石。表面有淡黃色黃土覆蓋。下伏第三紀末期的“下玄武岩”。

  與二道崗冰磧層相關的冰蝕地形發育在望天鵝一四等房高地上。那裡有一個冰鬥群。l-4號冰鬥在北坡,冰鬥底標高1650米,相依發育,開口西南和東北。冰鬥間有角峰和刃脊,下接u谷或懸穀,匯入松花江上源漫江上游之主冰川穀。南坡的5—7號冰鬥底標高1700―1750米。比北坡的高50―100米。5號冰鬥開口在東南,下接u穀匯入漫江主穀,6―7號冰鬥開口西南,匯人鴨綠江支流十五道溝上游。諸冰鬥一般直徑100―200米,深150―250米,壁陡55°—60°,下有懸穀,落差一般30一50米。支冰川谷平直開闊,穀坡50°—70°,穀底縱坡5°―200,寬100—300米,長l―2公里。個別冰穀中有不甚典型的羊背石。支冰川谷繼續匯合發育成鴨綠江上游十五道溝、十八道溝。上游都是開闊的盆地,是典型的U穀。

  另外,在臨江鬧枝溝鴨綠江支流的三級階地上,曹佐德同志也發現了淡黃色冰磧泥礫。王雨灼同志在琿春圖門江三級階地上也發現了類似的淡黃色泥礫,含有比較典型的小型釘頭鼠尾式冰川條痕石。在和龍縣城西三級階地上礫石層中曾見一直徑約1米的漂礫,表面滿布不同方向的釘頭鼠尾式條痕。周圍山上又有大量冰蝕地形與之相關連。這些都是二道崗冰期的產物。

  E.白頭山冰期

  以白頭山火山口內側的冰川地形為代表。最高一層冰鬥群底高2400米。冰鬥之下發育著由冰坎間隔著的串珠狀凹地,有的下接不長的u穀。第二層冰川地形是發育在白頭山火山口內側,天池周邊的四個較大的冰鬥,底高稍高於2200米。最下一層冰川地形是天池瀑布下高山冰場一帶的冰窖和u穀。谷底約在1900米高程上。天池瀑布下麵的二道白河深深切人U谷底,形成寬僅數米,深達一、二十米的嶂谷與寬闊的冰川谷形成明顯的對照。

  由於火山噴發物和森林植被的覆蓋,白頭山冰期的沉積物在白頭山附近尚未發現。在長白縣城西頭高出鴨綠江30―40米的二級階地上,有一種褐黃色冰磧泥礫,上部似略顯定向排列,下部雜亂無章;有的礫石呈直立狀,泥砂充於礫間,但砂多泥少,礫面為粘泥所包,不易洗淨。洗淨後則見條痕十分明晰。這可能是白頭山冰期中較早階段的冰磧物。

  此外,丁錫祉等(1961)所報導的磐石明城一帶由黃色泥礫所組成的終磧壟、冰川紋泥和冰水扇沉積①,可能相當於上述D期。謝宇平等(1964)報導的松花江上游的深褐、褐色、黃褐三種泥礫可②能與上述B、C、D三期相對比。大興溝幅(1966)所記載的鏡泊湖東岸松乙溝的棕黃色冰磧層③可能相當於上述D期。劉玉海(1972)所報導的松花江上游玄武岩高原面上的赭色、紅色兩種泥礫④,可能與上述A、B兩期對比。近年,白希敏報導了吉林小豐滿一帶的棕紅、鏽紅、灰色三種泥礫⑤,可能與上述B、C、D三期對比。

  二、大興安嶺區

  可分三個冰期和一個冰緣期:

  A.白土山冰期

  以出露於大興安嶺東坡諾敏河下游查哈揚的白土山、四方山[5];雅魯河下游龍江的東、西白土山;洮兒河下游的平臺、平安鎮;烏裡吉木仁河下游的清河子等地的白土山組為代表。在平臺、平安鎮剖面,上部為灰黃色含泥砂礫,膠結較緊,礫徑2—10釐米。大者40—50釐米.礫石成分複雜,風化極深,有的已成粘土,一觸即碎。礫石表面附有一種薑黃色蠟狀粘土。下部為灰白色砂礫夾粘土,具有不同方向的大型斜層理。產多面石、壓坑石和燈盞石。在查哈揚產馬鞍石[2]。因此,該類剖面屬於冰水沉積。在清河子剖面,礫徑較大,多在半米左右,分選極差。顧尚勇在其中找到了冰溜條痕石,故屬冰川堆積。白土山組在興安嶺東坡厚可達70米。據黑龍江第一水文地質隊資料,白土山組下界在高斯正向期中的凱納事件之前。即距今大約300—340萬年之間。

  白土山組之上常有一層不厚的(1—5米)褐紅色砂礫石。二者常以清楚的波狀侵蝕面為界,紅白分明。有一定層理;比較疏鬆。礫石成分以堅硬的脈石英、石英岩等為主,缺少易風化的火山岩等。證明它們是白土山組之後一個濕熱時期經紅土化作用並近距離搬運重新堆積而成。代表一個間冰期。名為“平臺組”,厚可達10米。

  B.洮兒河冰期

  大量鑽探資料證明,在大興安嶺各河,如洮兒河、交流河、烏拉蓋河等,都有埋藏穀的存在,最深者達70―80米。埋藏穀中的冰磧泥礫為本冰期的代表。在鎮西剖面中,洮兒河冰磧層埋藏在30―70米深度內,厚約30米。泥礫為灰黃色,泥、砂、礫混雜,分選不好;膠結緊密,以至取出的岩心能保持柱狀。礫徑以10__40釐米為主。礫石磨圓度中等或棱角狀,多呈扁平狀,礫石以花崗岩、斑狀火山岩為主,風化較深。冰磧層平均滲透係數K=O.27米/日,實際不透水。而埋藏穀上部的間冰期砂礫K=44米/日;鎮西組沖積層的K=500米/日。可見,成因不同,性質迥異。

  在紮魯特旗巨裡黑和察爾森等地有含鈣質結核的紅色黃土廣泛分佈,裘善文等命名為“巨裡黑組”①。這種黃土除披蓋在山崗、山坡上外,有時延伸到埋藏穀的上部,為洮兒河冰期後的間冰期產物。

  C.察爾森冰期

  以廣泛分佈於各河河谷中10~20米深度內並常常是滿鋪穀底的淡黃色冰磧層為代表。如察爾森、永豐、興安、雙城等壩址所見。或呈透鏡體夾于冰水砂礫之中,如烏蘭浩特、突泉、五七馬場等地所見。

  在察爾森,冰磧泥礫埋藏於河面以下8—12米,厚2—8米。濕時棕黃,幹時淡黃色,局部具灰色暈斑。泥、砂、礫混雜,含泥量>13%。礫石、卵石及帶棱角的碎石都有,含量66%。礫石分佈不均,有成堆集中現象。礫石成分複雜,形態奇特,如扁平狀,多面體狀,帶凹面和光面的等。礫徑一般5—10釐米,個別達1.2米。粘結緊密。岩心亦呈柱狀,在基坑中能取成原狀大樣。孔隙比很小(ε=O.5)。壓縮性小,壓縮曲線緩坦平直,耐壓力強。透水性極弱,平均滲透係數K=0.25―0.5米/日,實際不透水。從而在修壩時可作為隔水層和承載層加以利用,節省大量工程費用。反之,上覆的冰水砂礫和全新世沖積砂礫平均滲透係數分別為:K=15米/日和K:500米/日。與前者差別極為顯著。

  在綽兒河中游七棵吐村曾見該冰期的紋泥,為棕色和白色條帶相間的粘土,單層厚l―2毫米。在平坦的穀底發育了一系列沖斷層和引捩褶皺,但只及1—2米的深度。沖斷面傾向冰穀上游,顯示了冰川流動時定向壓力的作用。

  大興安嶺區現存的冰蝕地形大多屬於本冰期。

  D.鎮西冰緣期

  以大興安嶺各河一級階地的沖積砂礫為代表。到各河出山口以下普遍形成巨大沖積扇,如諾敏河下游查哈陽一帶;雅魯河下游龍江至符拉爾基之間;洮兒河下游鎮西與白城之間。稱鎮西組,厚達20米。在索倫、俄體、突泉、察爾森、白城等地相繼在其中發現猛獁象披毛犀動物群的成員。在白城砂石場並見其中發育凍融褶皺構造。故知鎮西組沉積之時處於冰緣環境。

  三、對比和討論

  1.在渾江市崗頭村玄武岩高原面上測得玄武岩K—Ar法同位素年齡為1130萬年①。玄武岩面上的窪地中形成了崗頭組的矽藻土礦。矽藻中含孢粉:羅漢松屬(Podocarpus spp.),油杉(Keteleeria sp.),鐵杉屬(Tsuga spp.),胡桃粉屬(.Juglanspall spp.),山核桃粉屬(Caryaspall spp.),楓香屬(Liqidambar sp.),山毛櫸屬(Faguspall spp.),享氏櫟粉(Quercoiditis henrici),小享氏櫟粉(Quercoiditis microhenrici)等。孢粉組合中裸子植物占30%,被子植物占70%,草本罕見,蕨類未見②。其中喜熱分子占相當比例,如油杉、山核桃、羅漢松可達18%。他們是溫暖氣候的反映。而享氏櫟粉和小享氏櫟粉僅分佈於第三紀。又在長白縣馬鞍山,測得覆於矽藻土礦之上與四等房冰磧層下伏的“下玄武岩”相當的玄武岩的K—Ar法同位素年齡為443萬年。最近,在二道白河測得覆于四等房冰磧層之上的“上玄武岩”的K—Ar法同位素年齡為103萬年。故暫估四等房冰期之年齡約在300萬年左右,而與紅崖冰期[6]或龍川冰期[7]對比,並將第四紀的界劃在四等房冰磧層之下。在長白縣城西側測得五級階地上的靈光塔玄武岩K—Ar法同位素年齡為166萬年。結合前述上玄武岩的年齡資料考慮,腰嶺冰期的年齡大概在100—150萬年之間。可與鄱陽冰期和公王嶺冰期對比。布老克冰磧層位於四級階地上,常有棕紅色黃土覆蓋,後者可與華北中更新世周口店期的紅色土或離石黃土對比。故布老克冰期可與大姑冰期相對比。二道崗冰磧層顏色淡黃,濕熱化程度淺,可與廬山冰期對比。長白山區的冰磧層存在著與廬山地區[11]相似的規律,時代愈老,濕熱化愈深,顏色愈紅。

  在鄰區,朝鮮狼林山2400米高程上,冠帽山1900―2150米高程上和南胞胎山上都有冰鬥發育[8]。日本本州中央山地最後一次冰期稱“飛馬單冰期”,其冰鬥標高為2500—2700米。14C年齡為26600年,與現代雪線高差為1200一1300米[9]。即現代雪線為3700―4000米。晚期比現今氣溫低5°—6°。早期比現今氣溫低8°―10°。白頭山冰期可與之對比。相當於全國的大理冰期,歐洲的玉木冰期和美洲的威斯康星冰期[18]白頭山是我國東部僅有的幾個相當於大理冰期的冰川發育地點之一(其他地點有陝西的

  太白山,可能還有湖北的神農架)。這裡發育第四紀冰川的可能性還可從現代氣候條件來論證。據在2600米標高處測得,多年平均降水量1540毫米,多年平均氣溫-7.4°,最高19.2°,最低-49°,積雪255天。在背陰坡局部地方有隔年不融的積雪。飛馬單山位於北緯36。,白頭山比之高6。,現代雪線應比飛馬單山現代雪線(3700-4000米)為低,可估計為3600米。比白頭山冰期雪線高1200米。相應當時氣溫比現在也低6。,即應為-13.4。。而目前所知現代冰川雪線附近的年平均氣溫是:海洋型-5°―+1°,亞大陸型-5°―+10°,極大陸型-10°―15°[10]。即便是考慮到當時受全球冰期氣候的影響,洋面下降,大陸架出露為陸,日本列島與大陸相連,白頭山距海洋較遠,氣候為極大陸性,也完全有發生冰川的可能性。

  白頭山冰期冰川規模甚小,除早期階段可達大河上游外,中晚期則只及白頭山地區。而白頭山以外的其他廣大地區則處於冰緣寒冷氣候控制之下。這種寒冷氣候的證據有以下四個方面:

  a.猛獁象一披毛犀動物群(Mammuthus-Coelodonta fauna),是典型的冰緣動物群,是寒冷氣候的指示動物群。目前在東北已發現的化石點達200處以上。在松遼平原有哈爾濱顧鄉屯種屬達51種㈨,榆樹周家油房36種[12],長白山區安圖洞穴中有16種惻,汪清有3種[14],永吉江南窩堡有6種[15],在海拉爾有12種[16],在大興安嶺地區于白城、索倫等地都有發現。在肇源三站測得松花江猛獁象(Mammuthus sungari Chow et Chang)骨架的14C年齡為21200±600年①。在牡丹江測得猛獁象門齒14C年齡為21540±1000年②。在永吉江南窩堡測得猛獁象門齒14C的年齡為25900±.500年③;草炭為23091±520年④。在安圖洞穴沉積中測得:猛獁象骨骼26560±550年;披毛犀臼齒28270±750年;猛獁象臼齒35370±1850年⑤。

  b.冰緣植物群:在哈爾濱黃山,在23,680±650⑥―28,230±940⑦年之間,據周亞傑同志所作孢粉分析,有一個孢粉組合:雲杉(Picea sp.)占3l%,樺(Betula sp.)12%,蒿(Artimisiasp.)8%,莎草(Cyperaceae)39%。當時植被屬於雲杉暗針葉林。在安圖洞穴堆積中,於26,560±550—35,370±1850年之間,孢粉分析結果表明為以松(Pinus sp.),雲杉、冷杉(Abies sp.)為主的森林草原環境⑧。林澤蓉同志對江南窩堡剖面的孢粉分析結果表明在23,091±520―25,900±500年之間為樺(Betuls sp.)和雲杉為主的森林環境。雲杉現生於長白山.1400—1800米的高度上,那裡也正是現代冰緣地帶。哈爾濱黃山標高200米與長白山雲杉生長下限相差1200米,如按氣溫梯度O.5℃/100米計,當時氣溫比現今至少低6℃。

  c.多年凍土:據調查⑨,在大興安嶺北端存在大面積連續多年凍土,最厚可達百米。向南為島狀多年凍土。其南界從阿爾山向東方向經北緯49°處嫩江與訥江之間。然後東南折經鐵力轉東北至蘿北與嘉蔭之間。該區現代季節凍融深度僅2—3米,如此巨厚的凍土絕非現代氣候所形成,而必然是冰期長期嚴寒氣候的積效應,一直殘留至今。另外,在白頭山以北和龍縣石人溝一帶,在標高600―700米地帶發現了厚6―7米的島狀多年凍土,面積300×20―200×15平方米。當地現代季節凍融深度僅1米,且現代冰緣區位于1200米以上地帶。可見這是白頭山冰期的殘留物。西伯利亞凍土中發現的猛獁象屍體看來是冰緣動、植物和凍土三者一致關係的最好見證。例如,在勒拿河下游,一頭猛獁象屍體的14C年齡為26000±1600年。孢粉分析結果當時為含有雲杉、冷杉的太加林環境。太梅爾半島有一頭猛獁象屍體14C年齡為11450±250年,孢粉分析結果當時環境為凍土苔原[19]。這樣,我們便可利用猛獁象作為冰緣凍土環境的指標。東北猛獁象最南已分佈到北緯39°的大連[16]。且在遼河口附近發現了樺、雲杉為主的森林草原孢粉組合①。說明凍土當時已達此處。前述凍土南界大體與平均氣溫零度等溫線符合。而位於北緯390上的天津市年平均氣溫為12.3℃。所以,大理冰期之時東北氣溫最冷可比現今低約12℃。

  d.冰緣構造:這是由於凍土的活動而引起的岩石變形。例如形成複雜的褶皺,囊狀構造和楔形構造等。關於這種構造裴文中教授早有報導[17],並將相當於大理冰期的命名為紮賚諾爾冰滑期。近年在本區這種現象已廣泛發現。例如在白城、平臺、平安鎮,哈爾濱顧鄉屯、德惠達家溝、雙遼、敖漢旗等地都有發現。

  總之,上述證據說明,白頭山冰期時,冰川發育很局限,但冰緣寒冷氣候之影響卻遍及全東北。

  長白山區第四紀冰川以山谷冰川為主。其規模越晚越小,到白頭山冰期已經山谷冰川而退縮為冰鬥冰川。而四等房冰期和二道崗冰期則有小型冰蓋式冰川分佈於白頭山和望天鵝高地一帶玄武岩高原上。據謝宇平同志意見,在安圖一帶尚有盆地式冰川存在。

  2.最近,大慶地區的孢粉資料表明②,白土山組下伏的泰康組的孢粉組合特徵是:①木本植物占絕對優勢,達78—96%。②裸子植物含量相當高(27.5—80.4%),其中松可達37.5%,還有雲杉、冷杉以及許多熱帶、亞熱帶的古老樹種,如羅漢松(達11.7%)、鐵杉(達16%)雪松(Cedrus sp.達12.2%)、油杉、銀杏(Ginkgo sp.)等。③溫帶落葉闊葉樹大量出現,種類繁多,如樺、榆(U/mus sp.)、櫟(Quercu~sp.)、榿木(Alnus sp.)等。④暖溫帶闊葉樹種也占一定比例,如楓香(Liquidambar sp.),化香(Platycarya sp.)、山核桃(Carya sp.)等。⑤亞熱帶樹種少量出現,如冬青(1lex sp.)、紫樹(Nyssa sp.)、山毛櫸(Fagus sp.)、山龍眼(Proteaceae)、無患子(Sapindus sp.)、楝屬(Melia sp.)等。當時屬於暖溫帶的針闊葉混交林環境。而一進人白土山組馬上呈現出孢粉貧乏的景象。個別樣品孢粉稍多。木本48.8%,草本46.4%。蕨類孢子4.8%。木本中有:榆、櫟、柳(Salix sp.)、樺、榿木等。草本以菊科(Compositae)為主(29.4%),此外有藜科(chenopodiaceae),蓼科(Polygonaceae)等。蕨類孢子有水龍骨等。反映了溫涼的森林草原環境。

  由於已掌握的剖面厚度小,不連續,各地白土山組中的孢粉組合還有些差異,如在龍江①以草本為主,只是藜科和蒿屬兩者的總和即占80―90%。在長春②,也是以草本為主,其中禾本科(Gramineae)50―70%,蒿屬10―20%,藜科5―10%。說明當時屬於草原環境,氣候顯著惡化,變冷變幹。這顯然與全球性冰期降臨有關。因此,以白土山組之底界作為第四紀下限是合適的。

  在前郭縣青龍山曾發現早期型三門馬(Equus sanmeniensis),證明白土山組屬早更新世。長春腰分水嶺剖面古地磁測定結果③表明,白土山組的上界距今約170萬年(奧都維事件的中間)。

  洮兒河冰磧層居於埋藏穀之間,上有與離石黃土相似的巨裡黑組。故置於中更新世之初。察爾森冰磧層埋藏較淺且切割了與巨裡黑組同時的紅色洪積物,故應屬晚更新世之早期而與廬山冰期對比。

  大興安嶺地區由於地殼運動的特殊性,在總的上升趨勢中有時下降,冰磧物常被埋藏,間冰期的濕熱化作用影響不及,致使冰磧物多為淺色。

  鎮西組含猛獁象、披毛犀等化石,為白頭山冰期之冰緣區沉積物。

  大興安嶺第四紀冰川屬山谷型,且以寬淺為特點。但長度亦頗可觀,如鎮西距洮兒河源已有200公里。白土山冰期規模最大,可以達到平原邊部而成冰汛。

  根據上述將吉林省的冰期作對比。

  參考文獻

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  CLASSIFICATION OF THE QUATERNARY  GLACIAL STAGES IN JILIN PROVINCE

  Sun Jianzhong

  (Jilin Institute of Geological Sciences)

  Abstract: The vestiges of Quaternary glaciation are widely distributed in Jilin province, not only in the Greater Khingan Mountain region in the west, but also in the Changhai Mountain region in the east.

  In the Changbai Mountain region, five glacial stages have benn determined: A. the Sidengfang glacial stage, charaeteried by the occurrence of dark-red boulder clays on the basalt plateau around the Wangtiane highland.The "lower basalt" underlying the bouldr clays may be correlated with the uppermost basalt in the Maanshan area, which has a K-Ar isotopic age of 4.43 m.y.B.P.;while the "upper basalt"overlying the boulder clays is sated at 1.03 m.y.B.P.The Yaoling glacial stage, characterized by the occurrence of red boulder clays on V-terraces of the Yalu River near the Changhai county seat.The underlying Lingguangta basalt has a K-At age of 1.66 m.y.B.P.So the age of the Yaoling glacial stage is determined to be about 1.00-1.50m.y.B.P.C.The Bulaoke glacial stage, characterized by the occurrence of brownish-red boulder clays on IV-terraces of the Yalu River near the Changbai county seat. The IV-terraces are always covered by red loess corresponding to that of the Zhoukoudian stage in north China. So the Bulaoke glacial stage may be assigned to the early part of the middle Pleistocene.D. The Erdaogang glacial stage, characterized by the occurence of brownish-yellow boulder clays on the basalt plateau and on m terrees of the Yalu River and the Tumen River and the cirques at the elevation of 1560-1750 m there.The Baitoushan glacial stage, characterized by the occurrence of the cirques at the elevation of 2400 m and 2200 m on the Baitoushan volcanic cone and brownish-yellow boulder clays on Ⅱ-terraces of the Yalu River near Changbai county. Permafrost discovered in Helong county is the relics of this glacial stage in the perigacial environment. The deposits containing the Mammuthus-coelodonta fauna and Picea-Abies sporopollen assemblage on H-terraces are periglacial deposits of this glacial stage.Theirl4C ages are 26,560+550,28,720+ 750 and 35,370±1850 years B.P. at the Antu Cave and 23,091±520 and 25,900±500 years B.P. at Jiangnanwohao,Yongji.

  In the Greater Khingan Mountain region, three glacial stages and one periglacial stage have been determined: A The Baitushan glacial stage, characterized by the occurrence of white glacial and fluvio-glacial deposits on H-terraces.According to the paleomagnetic determination, its lower boundary is placed prior to the Kaena polarity event in the Gauss normal plarity epoch, i.e.beteen about 3.00-3.40 m.y.B.P.B. The Taoerhe glacial stage, characterized by the occurrence of greyish-yellow boulder clays in buried valleys. C. the Chaersen glacial stage, Characterized by the occurrence of brownish-yellow boulder clays in river valleys D. The Zhenxi periglacial stage, characterized by the occurrence of alluvial deposits on I-terraces containing fossils of the Mammuth-Coelodonta fauna, periglacial structures and relicst of permafrost.

  The correlatin of the glacial stages is shown in the following table:

  編後語

  本文發表後不久,在中國學術界就爆發了一次大爭論。以施雅風院士為首的一派學者對李四光關於中國東部存在多期第四紀冰川遺跡的論斷,提出了強烈的質疑。雙方無論在野外證據上還是在理論上都存在著嚴重的分歧。近年雖然已趨沉寂,但問題並未完全解決。這就使我不得不反省我在東北的工作,不得不反思這篇論文中許多報導的可靠性問題,現在看來:

  第一,關於白頭山冰期可以說肯定無疑了,而且已被公認了,是兩派學者都承認的。大概是1985年與施先生一次談話中,他根據日本飛馬單山上末次冰期的冰川遺跡推斷白頭山有末次冰期冰川遺跡的可能性很大。到1986年去哈爾濱參加凍土會議前,他們去白頭山考察了一次,在會上就宣佈了承認白頭山末次冰期冰川之存在。

  可惜的是,我們的一些地學工作者從50年代後期,將近30年的時間頻繁活動於白頭山一帶,但對冰川現象視而不見卻只談冰緣。其實日本人鹿野忠雄在1937年就有關於白頭山冰期的報導,可能由於文獻缺乏而不知情。但1962年劉長安同志的文章和白頭山幅1/20萬區測報告才把這裡的冰川現象公之於眾。

  施先生宣佈後,白頭山冰期馬上就被大家所承認。

  第二,關於察爾森壩基下的“泥礫”問題,在壩基開挖時我有幸親自觀察了這種“泥礫”。礫石間充滿了薑黃色粘韌的粘土,將礫石緊緊的膠結在一起。礫石不易取出,取出後還留有礫石的印殼。泥礫膠結緊密,可以取成大塊原狀結構樣品。礫石磨圓好的居多,大多在lOcm以下,但中間夾雜了一些磨圓不好,棱角具在的大石塊,直徑近於1m。象這樣的“混雜堆積”似乎很難用“泥石流”來解釋,因為在壩的南岸就有一些現在的洪積扇和泥石流堆積,但其規模多只有100—200米。在該區山勢不高,地形起伏不太大的條件下,很難想像泥石流是如何把它的堆積物平攤在整個1.5公里多寬的河谷中(修壩的地方還是選在最窄處)。同樣在洮兒河出山口鎮西附近的埋藏穀中也有l公里多寬的河谷中充滿了類似的“泥礫”。用融凍泥流來解釋這種泥礫的成因,也遇到了很大的困難。主要是這種泥礫直接鋪滿在基岩被侵蝕的寬度達1.5km以上的侵蝕面上。融凍泥流是一種斜坡過程,它只能及於斜坡之下。它如果流到河谷中時只能蓋在沖積層之上,不可能把基岩上的沉積物一掃而光,使自己佔據乾淨的基岩侵蝕面。在這裡泥礫與其下的侵蝕面應該看作同一個營力同時形成的,前面一面侵蝕出一個基岩面,後面緊接著就有沉積物堆積下來。這樣的營力只有兩種,一種是河流,一種是冰川。然而泥礫的特徵又不符合河流沉積的特點,因此,只能是冰川了。

  融凍泥流的物質,以斜坡上的基岩風化碎屑為主,不可能以磨圓的礫石為主。融凍泥流將斜坡上各種岩石風化碎屑和土壤、草皮等雜物一古腦裹挾在一起,所以它的顏色必然是雜亂的。但如今察爾森壩址基坑中在1.5公里長的露頭上,泥礫是清一色的,純淨的薑黃色沒有任何雜色混入。這只有發育在河谷中的冰川將早期間冰期的河流磨圓礫石卷人才能形成以磨圓礫石為主的沉積物。

  第三,大興安嶺山坡上廣泛發育的簸萁形凹地,現在看來,以雪蝕窪地解釋為好.但在大興安嶺軸部烏蘭哈達地區,從航片上看冰川地形還是很明顯的。

  第四,東北地區第四紀發生多次冰川的可能性是很難排除的。據蘇聯文獻反映黑龍江以北外興安嶺和烏蘇里江以東的錫霍特山區都至少有兩期冰川遺跡發現(薩馬羅夫冰期和齊良斯克冰期)。根據早期冰鬥低於末次冰期冰鬥的規律,只要標高接近2000m以上的山頭就可能產生末次冰期以前的冰川。白頭山是中更新世才被火山岩堆積起來的,中更新世以前的冰川不可能產生。但本文所說的望天鵝山已超過了2000m,產生倒數第二次或更老的冰川可能性是存在的。劉長安同志報導的四等房冰期我並沒有去看,企盼有人能考察驗證,據施先生的書第322頁記載,老期冰川雪線較末次冰期雪線之降低值,在阿爾卑斯山為100—200m,在中國西部山區為100—400m,在黑龍江北面的阿陵山為300—500m。眾所周知,中國西部是一個新構造運動強烈的上升區,有的地方老期的冰鬥可以被構造運動抬舉到末次冰期冰鬥之上,所以上述中國西部和阿爾卑斯地區老期雪線比末次冰期雪線的降低值已被上升的構造運動大大縮小了,東北構造運動弱些,但也有上升,上述阿陵山老期雪線的下降值被構造縮小值稍小些,白頭冰期雪線為2200m,以山區河流切割深度來估計第四紀構造上值,估計山區第四紀上升值至少有200m,則估計1500m的山上很可能就能產生老期的冰川。

  第五,關於變形礫石(壓坑石,、燈盞石、麻花石、馬鞍石等),有一個例子:張成梁同志曾經報導了通化金坑嶺的變形礫石,認為是第四紀冰川泥礫.曾經請孫殿卿先生到現場考察,予以肯定。當時我不在家,沒有能夠聆聽孫先生的意見.第二年張文佑先生也來考察,我有幸陪同前往.張先生的結論是:“變形礫石的成因是多種多樣的。”後來莽東洪同志也寫了文章,認為這種礫石是地層壓力形成的。為了解決這一問題,我進行了一些野外工作。

  首先,在露頭上看,原岩是石炭二疊紀的礫岩,礫石成分以最堅硬的石英岩為主,少數是黑色的矽質岩。軟弱的可溶的石灰岩等一概沒有。礫石磨圓度極高,且多呈扁平狀,這是在海濱條件下經海浪長期磨蝕的結果。軟弱岩石皆已磨耗殆盡,只剩最堅硬的岩石。這些最堅硬的礫石相互擠壓相互貫人,形成了各種變形礫石。有些這樣的礫石風化後墜入第四紀的黃泥中,便被誤認為是第四紀的冰川泥礫。我們又追索了金坑嶺溝下的侏羅紀礫岩,看到這裡的礫石也是相互擠壓相互貫入。後來又在通化賓館後院的白堊紀礫岩中看見了同樣的現象。甚至到南京莫愁湖公園,在一個侏羅紀礫岩露頭上也看到了同樣的現象。這種現象是在地下高溫、高壓下岩石塑性變形而成的。但其溫度並不太高,因為石英的砂粒輪廓依稀可見,說明其溫度沒有超過石英的熔點。這就要考慮一個時間因素,在溫度不高的情況下,漫長的時間,可以促成岩石流塑性變形。所以這種礫石作為冰川證據是難以成立的。但冰川作用形成變形礫石的可能性還難以排除。

  第六,文中報導的其他冰期,有的是直接引用前人的,有些是我自己建立的,現在看來有許多地方證據都是很不足的,有的屬於孤證,特別是一些條痕礫石和變形礫石,它們的成因可能是多樣的,讀者不予承認,我也就不堅持了。

  科學發展是有繼承性的,我以前對第四紀冰川也是一無所知,進了這個領域後就自然要讀前人的書,自然要受前人影響。人家報導了那麼多的冰期,我也就要盡力尋找到,但也發現不少前人的報導得不到證實。這篇文章也就是在對前人的報導加以分析、篩選,有的採用前人的,有的自己又作了一些補充的,於是就成了本文的一個冰期體系。現在經過施先生宣導的冰川爭論以後,我不得不重新審視以前的工作,在今後對確定冰期要持慎重態度。我現在能夠肯定的就是前述的第一點,保留的就是第二,第三和第四點。
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