王照波，王江月，馮金華，卞青

(1.山東指南針礦產(chǎn)勘查有限公司，山東 臨沂 276006；2.沂蒙山國家地質(zhì)公園管理局，山東 臨沂 273304；3.國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013；4.曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院， 山東 日照 276800；5.臨沂第十三中學(xué)，山東 臨沂 276006；6.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871)

0 引言

我國東部中低山區(qū)冰川的有無，一直是我國東部冰川研究的焦點(diǎn)，關(guān)于這個(gè)科學(xué)問題一個(gè)世紀(jì)以來，頗具爭(zhēng)議，百家爭(zhēng)鳴。自1922年李四光先生提出太行山東麓存在冰川遺跡[1]、1933年提出廬山冰川遺跡[2- 3]，便受到了冰川相關(guān)研究學(xué)者的認(rèn)可和關(guān)注，也相繼在我國東部的魯山、蒙山、赤峰等地發(fā)現(xiàn)部分冰川遺跡[4- 10]，但也有部分研究學(xué)者對(duì)我國東部中低山區(qū)的冰川遺跡存在質(zhì)疑[11- 15]，施雅風(fēng)教授甚至直言李四光不懂冰川，是把廬山的泥石流誤認(rèn)為了冰川沉積[14]。為了進(jìn)一步解決這個(gè)頗具爭(zhēng)議的科學(xué)問題，近年來筆者一直致力于山東蒙山的冰川遺跡研究工作。

近幾年，在山東蒙山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了第四紀(jì)冰川組合型遺跡[11- 12]，該冰川遺跡包括粒雪盆、冰斗、冰槽谷、側(cè)磧壟(圖1a)、條痕石(圖1b)、逆沖擦痕、新月形鑿口、顫痕、磨光面、擦痕(圖1c、1d)、漂礫等等，這些類型豐富、保存完好的第四紀(jì)冰川組合型遺跡的存在，確證了我國東部中低山區(qū)第四紀(jì)冰川作用的存在及李四光東部冰川理論的正確性。此后根據(jù)光釋光(Optic Stimulated Luminescence)測(cè)年研究，獲得了山東蒙山存在末次盛冰期(18.2～22.2ka)與全新世早期(8.2ka)兩個(gè)時(shí)間段的冰川作用期次，據(jù)此在蒙山地區(qū)建立了“蒙山冰期”與“攔馬冰期”[12]。光釋光測(cè)年盡管是一種較為可靠的測(cè)年手段[16- 18]，但為了獲得測(cè)年數(shù)據(jù)的交叉驗(yàn)證，該次采用了宇生核素的方法對(duì)攔馬冰期的冰川遺跡進(jìn)行了年代學(xué)研究，以期驗(yàn)證蒙山地區(qū)全新世早期攔馬冰期發(fā)生時(shí)間的可靠性。

a—攔馬墻側(cè)磧壟，左側(cè)被冰川修整的較為陡直；b—攔馬墻側(cè)磧壟中條痕石上的擦痕；c—上游蘭溪峽谷中的大型冰川擦痕，長(zhǎng)4.5m；d—蘭溪峽谷中崖壁上具有平行特征的密集擦痕圖1 蒙山全新世攔馬冰期冰川遺跡特征

1 研究區(qū)地質(zhì)地貌特征

蒙山位于山東省的中南部，曲阜東80km，故也稱東山。主峰龜蒙頂海拔1156m，屬于中低山區(qū)。蒙山山體走向呈NWW向，走向延長(zhǎng)80 km，南北寬15 km。區(qū)域地質(zhì)屬于華北板塊魯西隆起區(qū)的蒙山凸起[19]，山體主要由英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖組成，山勢(shì)陡峭，多為巖石裸露區(qū)。

蒙山多條山谷中都有冰川遺跡分布[11]，但以佛塔谷中冰川遺跡最為豐富與清晰。光釋光測(cè)年研究的采樣位置即位于佛塔谷中，為了便于對(duì)比，該次宇生核素年代學(xué)研究工作也選在了佛塔谷中攔馬冰期形成的冰磧壟及其上游的蘭溪峽谷中。

2 攔馬冰期冰磧壟分布特征

攔馬冰期冰磧壟分布在蘭溪峽谷的谷口位置(圖2)，由分布在河谷兩側(cè)的兩列冰磧壟組成，兩列冰磧壟分布在河流轉(zhuǎn)彎的外側(cè)。冰磧壟長(zhǎng)300m左右，寬15～25m不等，總體沿280°方向展布。整個(gè)冰磧壟高出內(nèi)側(cè)河床6～8m，高出外側(cè)地面3～5m，顯示出明顯的壟狀特征?？拷拥赖囊粋?cè)，冰磧壟的邊界排列比較平整，顯示受到冰川移動(dòng)的推擠、整理作用的影響(圖1a)。壟中板狀巨石多顯示出疊瓦狀特征，其傾向指向上游。冰磧壟的外側(cè)邊界呈鋸齒狀，凹凸不齊。構(gòu)成冰磧壟的礫石表面新鮮，風(fēng)化輕微，只有在下凹的擦痕中，由于雨水的積聚呈現(xiàn)出褐色特征。礫石之間的空隙內(nèi)沒有泥質(zhì)充填，缺少植被。在礫石表面較為普遍的存在磨光面與擦痕(圖1b)。因高高隆起如同一道墻，古人稱之為“攔馬墻”。

攔馬墻冰磧壟上游蘭溪峽谷中，兩側(cè)的崖壁上分布有大量的磨光面、顫痕、擦痕(圖1c、圖1d)等，單條擦痕的方向、寬度與深度具有穩(wěn)定延伸特征，多條擦痕之間顯示出較強(qiáng)的平行排列特征，這些均具有明顯的固體加持下的移動(dòng)特征，是冰川作用存在的關(guān)鍵證據(jù)。

3 樣品的野外采集

該次測(cè)年研究，選擇了形成時(shí)間較新、保存較為完整且野外容易辨認(rèn)的側(cè)磧壟(圖1a，圖2)，以往的研究中，曾在該冰磧壟獲得光釋光測(cè)年8.2ka的年齡值[12]，為了獲得更多測(cè)年數(shù)據(jù)信息，對(duì)于其上游峽谷中布滿擦痕的谷壁進(jìn)行了采樣。同時(shí)，為了追蹤蒙山地區(qū)最高海拔賦存冰磧形成的時(shí)間，研究過程中也在情人谷上游清榮峽谷內(nèi)，海拔752m處的冰磧壟中巨型漂礫的表面采集了一個(gè)宇生核素樣品，編號(hào)QR01。根據(jù)宇生核素樣品的測(cè)試要求，采集含有豐富石英的花崗閃長(zhǎng)巖2cm厚度的表層巖石作為樣品，每件樣品的重量3kg。

1—側(cè)磧壟；2—小規(guī)模側(cè)磧壟分布位置；3—磨光面、擦痕分布區(qū)；4—顫痕位置；5—樣品采集位置及編號(hào)圖2 蒙山蘭溪峽谷冰川遺跡分布及宇生核素樣品位置圖

MS1、MS2樣品采集：

樣品選取在蘭溪峽谷內(nèi)，位于蘭溪峽谷的南壁，在該處采集了2個(gè)樣品，編號(hào)分別為：MS1、MS2，中間坐標(biāo)為35°33′25.812″，117°49′22.466″，高程485m，兩個(gè)樣品相距1m。樣品巖性為片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖。取樣位置帶有清晰的擦痕與磨光面，根據(jù)擦痕新鮮程度判斷，擦痕清晰可辯，表明樣品的風(fēng)化程度微弱。圖3a為MS1、MS2在蘭溪峽谷中的位置，圖3c為MS1、MS2樣品的具體采集位置。

采樣位置位于峽谷的南壁，谷壁走向257°，傾向N，傾角22°。周邊屏蔽角測(cè)量情況如下：南62°，北36°，東23°，西12°。

MS3樣品采集：

該樣品在攔馬冰磧壟左側(cè)大壟的尾端大型漂礫的表面，編號(hào)為MS3，坐標(biāo)為：35°33′25.288″，117°48′58.808″，高程484m。圖3b為采集MS3樣品的巨礫在冰磧壟中的位置，圖3d為MS3在巨礫中的位置。該樣位于巨型冰磧礫石的表面，該表面為一磨光面，上面分布有各種方向的擦痕，其中有的擦痕寬度為3cm，長(zhǎng)度超過1.5m。樣品延續(xù)為片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖，采集地點(diǎn)的照片見圖3。根據(jù)擦痕新鮮程度判斷，擦痕表面新鮮，表明該樣品的風(fēng)化程度極其微弱。

采樣位置位于谷中，巨礫表面傾向102°，傾角8°。周邊屏蔽角測(cè)量情況如下：南0°，北12°，東27°，西27°。

QR01樣品采集：

該樣品在清榮峽谷中的大型漂礫的表面，編號(hào)為QR01，坐標(biāo)為：35°32′49.89″，117°50′45.32″，高程752m。該樣位于巨型冰磧礫石的表面，礫石表面有擦痕分布，表面平整。樣品巖性為片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖，局部含有較多的石英，采集表面2cm巖石為樣品。礫石多呈棱角狀，表面有苔蘚類植物，斷口處光鮮，巖石風(fēng)化程度極其微弱。

周邊為山峰，且有樹木分布，起到一定的解蔽作用。周邊山峰的方位與坡角如下：295°∠32°，340°∠36°，30°∠40°，100°∠°42，180°∠°20，風(fēng)化極為輕微。

4 樣品的處理與測(cè)試

該文所采用的方法為宇生核素暴露測(cè)年技術(shù)，其基本原理是：宇宙射線粒子(初始宇宙射線，主要包括質(zhì)子、α粒子、重核)與大氣中的N，O等原子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生大量新粒子(次級(jí)宇宙射線，主要包括正負(fù)電子、μ介子、高能光子和中子等)；這些新的粒子不斷轟擊出露于地表的巖石，巖石中的某些目標(biāo)原子與次級(jí)宇宙射線粒子以一定的方式發(fā)生核反應(yīng)(散裂反應(yīng)、熱中子捕獲、負(fù)介子捕獲、快介子反應(yīng))從而生成新的核素，稱為原地生宇宙成因核素(文中簡(jiǎn)稱宇生核素)。巖石中生成的宇生核素濃度是巖石暴露時(shí)間與侵蝕速率的函數(shù)，暴露時(shí)間越長(zhǎng)，生成的宇生核素濃度就越大，通過一些假設(shè)條件便可求得巖石(地貌面)的暴露時(shí)間。

a—MS1、MS2取樣位置遠(yuǎn)景；b—MS3取樣位置遠(yuǎn)景；c—MS1、MS2取樣位置近景；d—MS3取樣位置近景圖3 宇生核素樣品采集位置分布圖

將采集到的巖石樣品粉碎，篩選出0.5～0.9mm粒徑的顆粒。經(jīng)過人工挑選與化學(xué)分離和純化，挑選出純凈石英。選取一定量的純凈石英，用40%的氫氟酸(HF)溶解掉30%左右的石英，目的是去除石英外層，以消除大氣成因10Be的影響。石英去表皮后添加一定量(約0.25～0.5 mg)的9Be載體，溶解入40%的純HF酸中，蒸干后再用HCl溶解。然后通過離子交換將元素Be和元素Al分離出來，隨后在含有Be元素的溶液中加入NH4OH使溶液pH值達(dá)到8左右，從而促使Be(OH)2的沉淀，反復(fù)多次以消除B元素的影響。最后，在1000℃高溫的電爐中，使Be(OH)2氧化形成BeO[20]，然后制靶并進(jìn)行AMS測(cè)試。

該文樣品的前期處理是在南京師范大學(xué)宇生核素超凈實(shí)驗(yàn)室完成，制靶和AMS測(cè)試是在中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所西安加速器質(zhì)譜中心完成，獲得的4個(gè)測(cè)年結(jié)果均位于全新世，分別為7.01ka、8.57ka、9.95ka、5.3ka。詳細(xì)測(cè)試數(shù)值見表1。鑒于采樣巖石表面擦痕清新，風(fēng)化極其微弱，按照1mm進(jìn)行風(fēng)化速率校正。經(jīng)校驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)可靠。

表1 山東蒙山攔馬冰期冰川遺跡宇生核素樣品測(cè)試數(shù)值

測(cè)試單位：中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所西安加速器質(zhì)譜中心。

5 全新世攔馬冰期宇生核素年代學(xué)的確認(rèn)及其意義

攔馬冰期的冰磧壟發(fā)育在佛塔谷內(nèi)諸列冰磧壟的上端(圖1)，且組成冰磧壟的礫石表面光鮮，磨光面與擦痕清晰可辨，礫石之間的空隙內(nèi)缺少沙土充填，根據(jù)光釋光測(cè)年研究獲得了8.2ka的數(shù)據(jù)結(jié)果。該次通過宇生核素的測(cè)年研究，獲得了對(duì)應(yīng)于全新世早期的年齡值，宇生核素年齡值與光釋光年齡值都指向全新世早期，共同表明蒙山地區(qū)這一期次的冰川遺跡的形成時(shí)間，為全新世早期。

全新世早期，存在全球范圍內(nèi)的8.2ka降溫事件[21- 22]，這在格陵蘭冰芯與青藏高原冰芯研究中都得到了很好的反映，并且在西藏、新疆多地都發(fā)現(xiàn)了相關(guān)冰川沉積[23- 24]。我國東部，李四光先生曾重點(diǎn)對(duì)廬山第四紀(jì)冰川遺跡進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并確認(rèn)廬山?jīng)]有發(fā)育大理冰期(LGM)的相關(guān)冰川遺跡[3，25]，加之近年施雅風(fēng)等撰文否認(rèn)我國東部中低山區(qū)存在冰川作用，從而使得我國東部中低山區(qū)全新世冰川作用的研究基本中斷，甚至被學(xué)術(shù)界忽略。Zhang Weichao[26]等對(duì)湖北神農(nóng)架大九湖泥炭沉積物的元素地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)及孢粉記錄進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了我國東部存在明顯的8.2ka與9.2ka降溫事件，而9.2ka事件的降溫幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了8.2ka事件。除此之外，還存在明顯的4.7～5.7ka降溫事件(圖4)，鑒于該時(shí)間段(5.3ka)在蒙山已經(jīng)形成冰磧壟沉積，且由于該冰磧沉積最早發(fā)現(xiàn)于蒙山情人谷源頭的清榮峽谷內(nèi)，因此將該時(shí)段的冰期定名為清榮冰期，其對(duì)應(yīng)沉積地層為清榮組。這項(xiàng)研究成果顯示了我國東部全新世存在強(qiáng)烈的降溫事件，這與蒙山冰磧沉積物及冰川槽谷磨光面上獲得的測(cè)年數(shù)據(jù)具有極強(qiáng)的對(duì)應(yīng)性，從而為全面認(rèn)識(shí)我國東部中低山區(qū)的冰川作用及其發(fā)生時(shí)間，有了環(huán)境演化意義上對(duì)應(yīng)的年代學(xué)約束。

圖4 全新世泥炭Tb/Rr地球化學(xué)元素氣候記錄與蒙山地區(qū)冰磧沉積關(guān)系對(duì)比圖

眾所周知，第四紀(jì)冰期、間冰期氣候演化具有全球統(tǒng)一性，因此，在全球處于冰期寒冷氣候的時(shí)間段內(nèi)，蒙山、廬山等我國東部山區(qū)當(dāng)然也毫無例外的處于寒冷的冰期環(huán)境控制之下，在蒙山發(fā)現(xiàn)的具有冰川作用特征的側(cè)磧壟、擦痕、磨光面等冰川作用的遺跡，其遺跡年齡數(shù)據(jù)的獲得，展現(xiàn)出了環(huán)境與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)性。同時(shí)，年齡數(shù)據(jù)交叉驗(yàn)證獲得的可靠性，也展現(xiàn)了年代學(xué)研究意義上與全球環(huán)境演化事件之間的吻合度，進(jìn)而表明，獲得可靠的冰期年齡時(shí)段內(nèi)的第四紀(jì)遺跡年代數(shù)據(jù)，本身就是研究區(qū)處于冰期環(huán)境的重要指示意義。

6 結(jié)論

經(jīng)過該項(xiàng)研究，主要獲得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)前期研究中，在我國東部中低山區(qū)的蒙山冰磧物中首次獲得了全新世早期8.2ka光釋光測(cè)年數(shù)據(jù)。該項(xiàng)研究對(duì)同一冰磧壟及其上游冰川槽谷的磨光面進(jìn)行了宇生核素年代學(xué)研究，也獲得了全新世早期的年齡值，兩種方法的測(cè)試年齡均對(duì)應(yīng)于全新世早期，表明測(cè)試方法及獲得的測(cè)試結(jié)果具有較高的可信度。

(2)對(duì)應(yīng)于在蒙山建立的攔馬冰期、清榮冰期，獲得了宇生核素測(cè)年結(jié)果的驗(yàn)證，這些多方法、多手段獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)，與野外的地質(zhì)事實(shí)、巖石表面的風(fēng)化程度等之間的統(tǒng)一性，表明全新世蒙山地區(qū)攔馬冰期、清榮冰期建立的依據(jù)是充分的，該冰期發(fā)生的年齡數(shù)據(jù)是可靠、可信的。

(3)我國東部全新世冰川遺跡的發(fā)現(xiàn)及確認(rèn)，對(duì)于重新認(rèn)識(shí)我國東部氣候演化與古人類發(fā)展與遷徙之間的內(nèi)在關(guān)系，譬如攔馬冰期處于舊石器時(shí)代與新石器時(shí)代之間，清榮冰期處于大汶口文化與龍山文化之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，據(jù)此初步推斷，華夏氏族的人文始祖太昊先生，也曾見到蒙山山頂終年不化的皚皚白雪。除此之外，對(duì)于我國東部未來氣候變化趨勢(shì)分析、預(yù)測(cè)下一次冰期產(chǎn)生的時(shí)間及其對(duì)我國東部居民生活的影響程度等，都有著重要的意義。

致謝：研究過程中，獲得了中科院海洋研究所趙松齡教授、南京大學(xué)楊達(dá)源教授、中國石油大學(xué)呂洪波教授的大力支持，在此表示深切的謝意！

可以想見，隨著研究工作的逐漸深入與測(cè)年數(shù)據(jù)的不斷積累，我國東部第四紀(jì)環(huán)境演化的真實(shí)特征將得到科學(xué)的重建與恢復(fù)。

歡迎國內(nèi)外冰川研究領(lǐng)域的專家、學(xué)者來蒙山進(jìn)行實(shí)地考察與研究。

：

[1] Lee J S.Notes on traces of recent ice action in northern China，Geol[M]. Mag. LIX，1922：14- 21，London.

[2] Lee J S. Quaternary glaciations in the Yangtze valley[J]. Bull. Geol. Soc. China，1933，13: 15- 62.

[3] 李四光.中國第四紀(jì)冰川[M].北京：科學(xué)出版社,1975：1- 82.

[4] 呂洪波,任曉輝,楊超.赤峰等地第四紀(jì)大陸冰川的地貌證據(jù)[J].地質(zhì)論評(píng),2006，52(3)：379- 383.

[5] 呂洪波，徐興永，易亮，等.山東魯山混合巖表面發(fā)現(xiàn)第四紀(jì)冰川剝蝕的直接證據(jù)——顫痕[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012，86(3):514- 521.

[6] 王照波，卞青，李大鵬，等.山東蒙山第四紀(jì)冰川組合遺跡的發(fā)現(xiàn)及初步研究[J].地質(zhì)論評(píng),2017，63(1):134- 140.

[7] 王照波，張劍，王江月，等.山東蒙山第四紀(jì)冰川遺跡光釋光測(cè)年研究及冰期劃分與對(duì)比[J].地質(zhì)論評(píng),2017，63(3):694- 697.

[8] 王照波.沂蒙山自然文化探秘[M].北京：地質(zhì)出版社,2017：177- 184.

[9] 王照波,王江月.中國東部末次冰期雪線高程重建與成冰氣候分析[J].山東國土資源，2017，33(11)：1- 5.

[10] 童潛明.湖南第四紀(jì)冰川的證據(jù)[J].地質(zhì)論評(píng)，2017，63(2):337- 346.

[11] 孫殿卿，吳錫浩.關(guān)于中國第四紀(jì)冰川地質(zhì)的研究[J].中國地質(zhì)科學(xué)院院報(bào),1987(1)：122- 127.

[12] 施雅風(fēng).中國第四紀(jì)冰期劃分改進(jìn)建議[J].冰川凍土,2002，24(6)：687- 692.

[13] 施雅風(fēng),崔之久,李吉均,等.中國東部第四紀(jì)冰川與環(huán)境問題[M].北京：科學(xué)出版社,1989:363- 374.

[14] 施雅風(fēng).論李四光教授的廬山第四紀(jì)冰川是對(duì)泥石流的誤讀[J].地質(zhì)論評(píng),2010，56(5)684- 688.

[15] 施雅風(fēng).中國東部中低山地有無發(fā)育第四紀(jì)冰川的可能性[J].地質(zhì)論評(píng)，2011，57(1)44- 49.

[16] 孫洪艷，李志祥，田明中.第四紀(jì)測(cè)年研究新進(jìn)展[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào),2003(9)：371- 373.

[17] 張志剛，王建，賴忠平，等.稻城冰帽冰磧物光釋光測(cè)年研究中遇到的問題及探討[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2012，86(4)：602- 606.

[18] 趙秋月,魏明建,周銳，等.釋光技術(shù)在水成沉積物測(cè)年中的應(yīng)用進(jìn)展[J].地質(zhì)論評(píng)，2014，60(1):31- 38.

[19] 王照波,王慶軍.論揚(yáng)子板塊東北緣的俯沖與回撤對(duì)山東地塊的影響[J].山東國土資源，2014，30(4):13- 20.

[20] 徐孝彬，王建，陳仕濤.陸面巖石中生成的同位素～(10)Be與～(26)Al的實(shí)驗(yàn)室提取方法[J].南京師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003(1):111- 120.

[21] 安芷生，吳錫浩，盧演侍，等.最近2萬年中國古環(huán)境變遷的初步研究[M].見:劉東生主編:黃土·第四紀(jì)地質(zhì)·全球變化(二).北京:科學(xué)出版社，1990:1- 26.

[22] 鄭益群，于革.2萬年來東亞氣候環(huán)境變化的區(qū)域氣候模擬研究[A]//中國氣象學(xué)會(huì)2006年年會(huì)“氣候系統(tǒng)模式發(fā)展與應(yīng)用”分會(huì)場(chǎng)論文集[C].2006:25- 44.

[23] 趙井東，施雅風(fēng)，王杰.中國第四紀(jì)冰川演化序列與MIS對(duì)比研究的新進(jìn)展[J].地理學(xué)報(bào),2011，66(7)：868- 872.

[24] 施雅風(fēng),崔之久.中國第四紀(jì)冰川與環(huán)境變化[M].石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社,1989:24- 57.

[25] 王敏.廬山第四紀(jì)冰川與地質(zhì)遺跡[D].北京：中國地質(zhì)科學(xué)院,2007:26- 57.

[26] Zhang, W., Yan, H., Dodson,J. et al. The 9.2 ka event in Asian summer monsoon area: the strongestmillennial scale collapse of the monsoon during the Holocene[J]. Climate Dynamics. 2017，36(3)：79- 84.