試論浙江東部四明山、天臺山、大盤山地區的地貌——對浙江“第四紀冰川遺跡”的討論＊

桑廣書, 葉 瑋, 呂惠進, 裘善文, 鄭本興, 俞仲輝

(1.浙江師范大學地理與環境科學學院,浙江金華 321004;2.中國科學院東北地理與農業生態研究所,吉林長春 130012;3.中國科學院寒區旱區環境與工程研究所,甘肅蘭州 730000;4.浙江省新昌縣硅化木國家地質公園,浙江新昌 312500)

1999年,中國地質科學院地質研究所韓同林先生回鄉探親時,在其家鄉廣東揭西縣石肚溪等地現代河谷中發現花崗巖上的穴狀微地貌,并將其取名為“冰臼”,且確認為距今二、三百萬年前早更新世的冰川作用形成.這一消息披露后,廣東傳媒以顯著版面予以報道,引起了廣東地學界對華南有無第四紀冰川問題的嚴肅、認真的討論.歷經數年,現在華南地學界絕大多數知名專家、學者對“冰臼論”予以否定[1].近年來韓同林又將浙江一些地區的地貌類型說成是第四紀冰川遺跡[2].雖然浙江地學界的專家、學者不以為然,但在新聞媒體中廣為傳播,使得一些旅游管理部門對其旅游資源的開發和科學界定造成混亂.

浙江省境內由韓同林先生鑒定的第四紀冰川遺跡主要分布在浙江東部四明山、天臺山、大盤山等地區,包括上虞市的覆卮山、余姚市四明山的羅成山、天臺山天姥山的萬馬渡、磐安縣的夾溪十八渦,以及新昌縣的千丈幽谷和穿巖十九峰等,這些地區自然風景優美,是浙江省著名的旅游觀光勝地.將上面這些點標注到地圖上,不難看出,各點均位于大盤山的東北段 、天臺山和四明山的西南端,而且均屬于曹娥江的上游,地貌的形成屬相同的自然環境背景.

對于被媒體熱炒的浙江“第四紀冰川遺跡”,浙江師范大學地理與環境科學學院認為有必要、有責任從地貌學角度對其地貌類型和形成原因進行考察和研究,以期得出客觀、科學的結論,為旅游資源的科學解釋、旅游資源的開發提供科學依據.為此,浙江師范大學地理與環境科學學院邀請中國科學院蘭州寒區旱區環境與工程研究所 (原中國科學院蘭州冰川凍土研究所)著名冰川學家鄭本興研究員,中國科學院東北地理與農業生態研究所著名地貌學家裘善文研究員,與本學院的教授并邀請當地地學界的研究人員,對浙江東部四明山、天臺山、大盤山地區的地貌進行了考察.本文對浙江“第四紀冰川遺跡”做一討論.

1 “壺穴”與“壺穴群”在急流、瀑布的基巖河床中分布普遍

壺穴在浙東地區河谷中發育較好,尤其在新構造運動強烈上升、河流強烈下切山谷中的急流及瀑布地段成群分布,如曹娥江支流澄潭江上游的夾溪十八渦的聚秀渦,位于 29°12′47.3″N,120°44′45.2″E,海拔 280 m,河床寬處 19 m,窄處只有 3 m左右,河床基巖為流紋巖,附近落差 8 m左右的瀑布下方分布壺穴群,壺穴大小不等,直徑0.2～0.8 m.天螺渦位于 29°12′55.1″N,120°44′48.2″E,海拔 266 m,在這一壺穴群中 ,天螺渦最為典型,大小為 5.8 m ×4.6 m ×8.0 m,長軸走向 160°,狀如螺絲、內壁光滑,發育在河床基巖的流紋巖上.基巖節理發育、巖石破碎、河床流水湍急,裂點和瀑布呈串珠狀,河流成深切嵌入河曲,河谷多為交錯山咀,呈 V字形.

上虞市嶺南鄉覆卮山下丁山村河床分布的“壺穴”、新昌縣萬馬渡的寶珠廟前河床近圓形“壺穴 ”40 cm ×30 cm ×40 cm,是發育在花崗巖河床上由湍流漩渦環流作用形成的,規模較小,呈零星分布.新昌縣千丈幽谷,河床由砂礫巖組成,河床坡度較大,豐水期形成急流,考察所見河床的礫巖由于風化、侵蝕礫石脫落后的凹坑在急流漩渦環流作用下,形成數以百計的“窩穴”,口徑一般20～45 cm,最大可達數米,深度不一,最深可達1～2 m,最大的地方形成了鴛鴦池等[3-4].

從以上地區“壺穴”的形成可以得出,不論河床是什么巖石組成,只要具備以下條件在急流、漩渦的作用下,即可形成“壺穴”:1)河床具有急流、瀑布和漩渦環流作用;2)河床基巖具有多組節理或巖性軟弱不均.

韓同林先生將非常常見的微地貌“壺穴”說成是“冰臼”,并且將它定為二、三百萬年前冰川運動的證據[2].然而,“壺穴”的形成是多解的,將“壺穴”作為“第四紀冰川”的判斷證據是站不住腳的[5-6].澄潭江發源于大盤山,這些山地受新構造運動強烈上升,河流強烈下切發育成深切嵌入曲流峽谷,“夾溪十八渦”屬于此深切峽谷的一部分,河流發育了 3級循環裂點和多級構造裂點,形成了 5級以上瀑布群,在急流瀑布和漩渦的作用下,形成 3～5級“壺穴”群.這些河谷屬青年期河谷,“壺穴”是在青年期河谷中生成的微地貌,不可能是二、三百萬年前形成的“冰臼”,如果是二、三百萬年前的冰川作用產物,在長期的外力風化、侵蝕作用下,早就被剝蝕、侵蝕殆盡了;即便是二、三百萬年前冰川作用的產物,也不應分布在現代河床上,而應隨構造抬升分布在距現代河床一定高度的山坡上.另外,這些河谷均為深切嵌入曲流峽谷,河谷中多為交錯山咀,谷地呈 V型,這些形態特征都是典型的流水地貌特點.以上地貌形態分析難以支持“第四紀冰川”遺跡“壺穴”說的觀點.夾溪十八渦、上虞丁山村、新昌千丈幽谷的所謂“冰臼”是現代河床上由急流、瀑布等流水作用形成的“壺穴”.

2 山脊、山峰、谷地與盆地

浙東四明山、天臺山、大盤山等山地,新構造運動強烈上升,河流強烈下切,形成山高谷深的谷地,如新昌縣的千丈幽谷,河流多急流瀑布;如天臺山石梁瀑布、大盤山的夾溪十八渦等,山巒起伏,山脈與谷地相間分布,懸崖峭壁與山峰比比皆是.山地中三級夷平面殘留的老年期寬谷和山間盆地也時有可見.韓同林先生將上虞市覆卮山的一般山脊說成刃脊,將一般山峰說成角峰,將夷平面殘留的寬谷甚至 V形谷,說成冰川 U形谷,將山間盆地說成冰斗,將坡積物、沖洪積物說成冰磧物和冰水沉積物,將花崗巖球狀風化的石蛋和崩積巖塊以及水石流形成的大礫石,說成是冰川漂礫[2].經考察,筆者認為都是站不住腳的.

其實,一般山脊與刃脊、一般山峰與角峰、一般寬谷與冰川谷、一般山間盆地與冰斗都是有嚴格區別的,它們在成因上各不相同.冰川刃脊,在冰川谷與冰川谷之間往往夾一條尖銳陡峻山脊,狀似刀刃或鋸齒狀山脊稱為刃脊或鋸狀脊.這是受相鄰兩條冰川相對侵蝕和冰凍作用形成的.角峰是在 3個或 3個以上的冰斗間所夾的山嶺,往往被侵蝕為一個金字塔狀孤獨而尖銳的山鋒,稱為角峰.冰川槽谷,受冰川侵蝕,橫向呈 U字形,縱向呈槽形的谷地稱為冰川槽谷,又稱 U形谷、冰川谷.冰川谷的谷坡陡,具有近于平直的通道和明顯的谷肩,沒有伸入谷地的交錯山咀.冰斗是在雪線附近由山地冰川侵蝕而成的一種圍椅狀凹地,典型的冰斗三面環以高陡崖,開口處為一高起的巖檻 (稱為冰檻),底部低洼[7-9].

經過廣泛的實地考察可以確認,韓同林先生關于覆卮山、萬馬渡、夾溪十八渦、千丈幽谷等地,除“壺穴”、石川確有存在但不是冰川成因外,其他所謂的冰蝕、冰磧遺跡并不存在.實踐證明,即使在典型的冰川作用地區,一個地點,冰川遺跡也不可能如教科書上那么齊備,更何況低緯度、低海拔的浙江.

3 塊礫、石海、石川與大石河

在上虞市覆卮山、余姚市羅成山、天臺山的天姥山等地,由于山地明顯上升,受構造斷裂和節理的影響,山體懸崖峭壁較多,在機械物理風化和重力作用及狂風驟雨、水石流 (即稀性泥石流)等的作用下,形成自山頂至山腰的石川和沿山谷堆積的大石河.如覆卮山石川 (當地群眾稱烏浪、大浪 ),地理坐標 29°45′13″N,120°59′7.7″E,海拔578 m,坡度 31°左右 ,坡向 N20°E,石川可見部分長 300 m左右,寬 30 m左右,巖塊大小不一.巖性以侏羅系上統高塢組流紋質、英安質晶屑熔結凝灰巖為主,夾少量凝灰質砂巖、粉砂巖,比較堅硬.巖體上見有大小不一的穴形微地貌,大小分別為20 cm×20 cm×5 cm,18 cm ×16 cm ×10 cm,23 cm×20 cm×10 cm.形成穴狀微地貌的原因是巖石的差異性風化脫落.石川的形成原因主要是山體崖壁機械物理風化,在重力作用下崩塌,并且在暴雨時塊礫石之間細粒被流水帶走而成.在石川 (鳥浪)山坡可見大塊片狀礫石分布,形成了石海,但其并非冰川作用的產物.理由是附近未發現冰蝕地貌遺跡,而且此地海拔沒有超過雪線高度[10-11].

萬馬渡大石河,自雪家坑村 (海拔355 m)往上游,可見谷地兩側山體懸崖峭壁,花崗巖節理發育,風化強烈,在暴風驟雨和重力作用下崩落的塊礫順山坡溝谷堆積,有大巖塊滾至河床,沿河谷兩側自山頂而下還有石川的分布.至萬馬渡橋以上谷地變寬 ,至 29°18′13.7″N,120°57′56.6″E,海拔 450 m左右,河床中有巨大礫石堆積,次棱角狀,分布面積為 27×964 m2,測量礫石大小分別為 3.0 m×1.6 m×2.3 m,5.0 m×4.5 m×1.0 m.塊礫面傾向上游 ,傾角 30°,最大為 56°.礫石形狀不一,有方形、尖錐形.其中有一塊大礫塊的礫面上刻有“萬馬渡”明萬歷丙申秋 (1596年)字樣,說明大石河至少在 400多年以前就依然.分析萬馬渡河大石河的成因,是由于河谷兩岸的懸崖峭壁,在新構造運動不斷間歇性上升、機械物理風化強烈、崩塌重力作用下,懸崖峭壁崩塌的巖塊滾向山坡和河谷,在臺風、暴風驟雨形成的水石流作用下形成的萬馬渡大石河.

此外,羅成山頂,海拔 721 m,為新近紀形成的夷平面,下為燕山期花崗巖,海拔 697 m左右有一苦橄玢巖巖墻侵入,走向 S50°E,形成一條峭壁,高 5～6 m,在巖墻下方,懸崖峭壁由肉紅色花崗巖組成,有 3組節理,沿節理風化形成石蛋,突出于峭壁之上,當地人稱之為“鵓鴣巖”、“鷹咀巖”,經實地勘測,它的后側是與下伏“花崗巖”基巖連成一體的沿節理風化而成的石蛋.而韓同林先生將它說成是“冰川漂礫”,與事實根本不符.

4 苕花嶺村前沉積物的成因

上虞市覆卮山苕花嶺村前砂土碎石層剖面,地理座標 29°44′49.9″N,120°59′23.0″E,海拔601 m.整個剖面見厚 3.6 m,底部有潛水滲出,應該不深即為基巖,估計厚在 4 m左右,剖面寬15.3 m,其上種植茶樹,具體見圖 1.

剖面可分 3層:

A層:表土層,現代土壤層,灰黑色,厚14 cm,種植茶樹.

B層:砂土碎石層,見厚 3.46 m,灰黃色,該層以風化泥砂為主,含有大小不一的礫石.礫石成分為凝灰巖,流紋巖,凝灰質砂巖、粉砂巖.砂巖、粉砂巖徹底風化成泥砂.凝灰巖礫石徹底風化,可見礫石輪廓,手觸即碎.碎石大小不一,可分 3組:礫徑 5～10,30～35,50～60 cm,砂泥質膠結,無分選,干后堅硬,礫石排列無方向,剖面底部有地下水滲出,可能不深就見基巖.

C層:砂土碎石層,棕黃色,厚 1.5 m以上,C層與 B層不是上覆接觸,而是側向上覆,兩層間具有明顯的不整合面,成層覆蓋,層面傾角 35°,泥砂與碎石混雜,膠結差,比較松散,膠結物比較新鮮,風化較差,稍有磨圓,礫徑 10～15,5～6 cm,有較多粗砂和黏土.

圖 1 覆卮山苕花嶺村前第四紀堆積物剖面

從整個剖面來看,分布于苕花嶺村前半山腰,屬于苕花嶺夷平面上山坡與平臺過渡地段,屬于第四紀 2個不同時期的坡積物和坡洪積物.不可能是韓同林先生所說的冰磧物,因為其上方和周圍沒有冰川谷,未見有其他冰川遺跡.韓氏測得地層年代,B層為 (3.5±0.3)Ma BP,C層為(2.9±0.3)Ma BP,按此測年數據為 3.5～2.9 Ma BP,已超過國際上公認的第四紀下限 2.48 Ma BP,應屬上新世末期.

5 新昌縣千丈幽谷和穿巖十九峰是典型的丹霞地貌

5.1 千丈幽谷

千丈幽谷,是在紅色砂礫巖夾凝灰巖的基礎上發育起來的青年期丹霞地貌,亦可稱為復合型丹霞地貌.千丈幽谷是一條深切河曲的小河,彎曲系數為 1.58,在中、下游的切割深度為 200～270 m,中、上游的切割深度為 150～200 m.在河谷兩側沿節理及其裂隙發育崩塌作用下,形成一系列高峻的丹霞赤壁,高可達 50～100 m,如銅墻鐵壁西側的丹崖高達 108 m.丹崖上坍塌下來的巖塊、巖屑堆積在崖麓坡底,形成崩積巖塊、崩積緩坡,甚至形成崩積洞穴.千丈幽谷河床比降較大,常形成一些跌水、瀑布、深潭和巖檻.在“三象臨瀟”至臥龍洞之間的紅色礫巖河床上,還發育有由流水帶動砂、礫漩轉形成的“壺穴”,數目達數百個,可稱為“壺穴群”.在千丈幽谷內形成一些洞穴,如王棆讀書洞、臥龍洞,洞內還留有河流相的砂礫沉積,可見河水的沖蝕作用是這些洞穴形成的原因,并非如韓同林先生所說“是冰川作用的結果”.

5.2 穿巖十九峰

穿巖十九峰,位于千丈幽谷與澄潭江之間狹長山體,南北長 10.8 km,東西寬 1.0～3.0 km,面積 25.17 km2.巖石下部為下白堊統朝川組紫紅色粉砂巖,上部為下白堊統方巖組沙礫巖,頂部為新近紀嵊縣組玄武巖,已被剝蝕侵蝕,僅在臺頭山一帶尚有殘存.受韓妃江、千丈幽谷和澄潭江的下切侵蝕及沿 S-N、E-W向 2組節理、斷裂影響,崩塌作用旺盛,形成壯年期的丹霞峰叢地貌.丹霞峰叢由北向南,一線排列,極為秀麗多姿,成為新昌風景的精華所在[3-4,12].不存在也不可能像韓同林先生所說為“冰帽冰川退縮過程對下伏基巖進行強烈掘蝕和下切作用形成的冰川峰叢丹霞地貌”.

6 浙東四明山、天臺山、大盤山流水地貌形成的自然環境背景

6.1 流水地貌形成的自然環境背景

1)地質構造.這一地區的四明山、天臺山、大盤山是中生代燕山期構造運動褶皺伴隨著強烈火山噴發形成的閩浙山地,褶皺軸部有巖漿巖侵入,形成花崗巖類巖石.發育 NNE,NW和 NE向 3組斷裂.在白堊紀早期前就形成了新昌-嵊縣、天臺等地“個”字型或“人”字型斷陷盆地,及在火山活動的共同作用下,在盆地內沉積了一套白堊系火山——沉積巖等地層,上覆為第三系火山噴溢的玄武巖.有的盆地以剝蝕為主,第四紀有簿層沉積,是形成丹霞地貌、斷裂地貌的基礎.

2)山地與夷平面.四明山的最高峰海拔為1 017 m,天臺山最高峰蒼山海拔為 1 113 m,大盤山最高峰清明尖海拔為 1 314 m,均為中、低山地.新生代以來,受喜馬拉雅運動和新構造運動影響,山地有明顯間歇性上升,普遍形成 250～350,450～550,700～800 m 3級夷平面.受新構造運動差異抬升的影響,各級夷平面各地高度不盡相同.在山地觀察到的殘留夷平面各地級數不等,在夷平面上可以看到有較厚風化殼和中、老年期地貌,如山間盆地、緩坡、寬谷等.韓同林先生認為是“冰斗”、“冰川谷”,是沒有依據的.

3)河谷瀑布與急流.山地河谷中普遍形成三級循環裂點,以及一些構造裂點,形成 3～5級以上瀑布群.河床在急流、漩渦環流、瀑布的作用下,形成多級的“壺穴群”.韓同林先生認為是“冰臼”,違背了河流地貌常識.

4)重力作用.山地間歇性強烈上升,河流沿斷裂破碎帶強烈下切,形成高山深谷、懸崖峭壁.河谷兩側的懸崖峭壁在長期風化、重力作用下,大量的大巖塊墜落,順山坡滾向河谷,再加在水石流的作用下形成石川或大石河.而韓同林先生認為這些是冰川作用的漂礫與冰石河.

6.2 浙江東部低山區沒有形成第四紀冰川的環境條件

中國東部山地末次冰期盛冰期發育過冰川,學者公認的只有長白山的白頭山、臺灣的玉山、日本的日高山.長白山的白頭山,最高峰是朝鮮境內的將軍峰,海拔 2 744 m,在中國境內的白云峰為2 691 m,是中國東北第一高峰.白頭山末次冰期盛冰期冰斗的雪線高度為 2 200 m,推算長白山的白頭山現代理論氣候雪線海拔為 3 100 m,雪線降低了 900 m.臺灣玉山最高峰海拔 3 962 m,古冰斗地形雪線高度 3 500 m,推算現代理論氣候雪線高度 4 300 m,雪線降低了 800 m.日本北海道日高山海拔 2 290 m,末次冰期雪線高度1 500 m.而浙江東部四明山、天臺山、大盤山等的海拔均不超過 2 000 m,一般在 1 500 m以下,浙江僅龍泉市的黃茅尖海拔 1 921 m,也不超過2 000 m.同時,年降水量遠遠低于臺灣玉山和日本的日高山.因此,這些山地高度均在雪線以下,故而不具備末次冰期形成冰川的山體高度.溫度和降水量也達不到末次冰期形成冰川的條件[10,13].所以沒有發生過末次冰期盛冰期的冰川作用,也就不可能留下“第四紀冰川遺跡”.但是寒冷氣候環境促使崖壁寒凍風化和凍裂作用,山上形成了小規模的石海和石川.至于距今二、三百萬年前,該地區仍處于上新世末,古氣候由濕熱向溫涼發展,孢粉組合特征和古植被仍處于亞熱帶植物群落,山地還處于夷平面被新構造運動抬升階段,從山體高度,氣溫寒冷程度不可能有達到發生古冰川的環境條件[10].另外,從實地考察也沒有觀察到這一時期的古冰川遺跡.韓同林先生所說的二、三百萬年前的冰川遺跡,實則是流水作用形成的地貌類型[14],沒有一處是古冰川作用形成的.此外,日本學者認為,日本中部山地第四紀新構造運動上升量2 000 m以上.在早、中更新世冰期時,山地高度達不到雪線高度,降溫程度也達不到發生古冰川的要求,故不存在發育古冰川的可能性,顯然中國東部也可能是同樣的情況.

致謝:張明強、石磊、馮義雄等參加了野外考察并協助采樣、測量、記錄;上虞、余姚、新昌、天臺、樂清、慶元、磐安等市縣旅游局的領導和技術人員,在考察中給予了大力支持與幫助,使野外考察工作得以順利進行并取得寶貴資料,在此一并深表感謝!

[1]曾昭璇,黃進,黃玉昆,等.關于“‘冰臼’與‘壺穴’之爭”專家筆談 [J].熱帶地理,2001,21(3):282-289.

[2]韓同林.浙江上虞發現罕見第四紀石冰川群地貌及冰川遺跡[J].地質論評,2007,53(2):289.

[3]黃進.浙江省新昌縣丹霞地貌初步研究[J].經濟地理,2003,23(增刊):130-139.

[4]俞仲輝.新昌丹霞地貌景觀與旅游開發的思考[J].經濟地理,2003,3(增刊):151-158.

[5]周尚哲.鍋穴一定是第四紀冰川的標志嗎?[J].第四紀研究,2006,26(1):117-124.

[6]崔之久.內蒙、河北巨型壺穴與赤峰風道的發現[J].科學通報,1999,44(13):1429-1434.

[7]吳忱.華北地貌環境及其形成演化[M].北京:科學出版社,2008:212-215.

[8]楊景春,李有利.地貌學原理[M].北京:北京大學出版社,2001.

[9]周成虎.地貌學辭典[M].北京:中國水利水電出版社,2006.

[10]施雅風,崔之久,李吉均.中國東部第四紀冰川與環境問題[M].北京:科學出版社,1989.

[11]施雅風.中國第四紀冰川與環境變化[M].北京:科學出版社,2006:520-609.

[12]裘善文.浙江省天臺縣赤城山丹霞地貌及其旅游資源開發[J].經濟地理,2003,23(增刊):126-129.

[13]裘善文.長白山古冰川、冰緣地貌研究[J].第四紀研究,1990(2):137-145.

[14]П·М·麥爾庫洛夫 (Ме р к у л о в).杭州附近古礫石層 (之江層 )地質問題及其和中國南部一些地區礫石層的對比 [J].中國第四紀研究,1959,29(1):22-35.