王乃昂， 何青華， 孫德浩， 劉嘯， 陸晨遨， 劉江

蘭州大學冰川與沙漠研究中心，蘭州大學資源環(huán)境學院，730000

內(nèi)容提要: 山東蒙山八字峪(亦有人稱為瑤池)礫石堆積堤不連續(xù)對稱分布于出山溝口，沿流向延伸，具有弧形或舌狀沉積的典型特征。2020年10月在蒙山八字峪礫石堆積堤測量了56塊礫石組構(gòu)，并在疊置礫石隙間采集到4個樹干14C測年樣品。研究結(jié)果如下：① 八字峪堆積壟崗礫石組構(gòu)、沉積構(gòu)造、地貌組合等標志，均指向其為山洪泥石流堆積物；② 缺少扇形地、表泥層與底泥層，具有砂礫透鏡體的礫石層，揭示八字峪礫石堤為暴發(fā)頻率極低、發(fā)展周期較長的泥石流堆積；③ 根據(jù)已有測年結(jié)果和喬木定居期，八字峪礫石堤在距今50年前曾發(fā)生山洪災害，這與文獻記載具有一致性；④ 八字峪礫石堤成因?qū)儆诒┯曛苯宇愄卮笮蜌v史泥石流，可能是一次性、短歷時快速地貌災害過程，且被后期洪流有所改造；⑤ 八字峪礫石堤形成原因與冰川作用無關(guān)，也不是“典型的石河”。已報道的蒙山“冰川遺跡”，不僅缺少可靠的三要素地貌組合證據(jù)，而且缺少年代學和沉積學依據(jù)?？傊疚膹淖C據(jù)鏈上進一步增強了蒙山山麓碎屑堆積為山洪泥石流成因判別的確定性。

近十年來，蒙山成為中國東部中低山丘陵有無第四紀冰川問題爭論的焦點。趙松齡通過展示多幅圖片，提出蒙山古冰川遺跡的最大特點是“寬闊的‘U’型谷中，充填著雜亂無章的冰磧物，多以古冰川舌的形式堆積起來，分布非常廣泛”(趙松齡，2010143)。2017年，王照波等不僅提出“蒙山第四紀冰川組合遺跡”、“確認并發(fā)展了李四光關(guān)于我國東部第四紀冰川理論”，而且報道了“蒙山冰期”、“8.2 ka BP的攔馬冰期”和“攔馬冰期時蒙山雪線的高度在700 m”等(王照波等，2017a，b，2020)。章雨旭經(jīng)過實地調(diào)查后，對此提出了“山東蒙山國家地質(zhì)公園存在中國東部第四紀冰川有力證據(jù)？”的設(shè)問(章雨旭，2017)。筆者等基于中、微觀冰川地貌的判別標準與方法，依據(jù)攔馬墻一帶的礫石組構(gòu)與蘭溪峽谷的巖壁擦痕，認為攔馬墻礫石堤等山麓碎屑堆積是山洪泥石流成因(王乃昂等，2017)。張志剛等從攔馬墻礫石堆積體的宇生核素10Be 暴露年代以及全新世氣候環(huán)境和人類文化等方面進行探討，認為攔馬墻礫石宇生核素10Be 暴露年代結(jié)果為5.0～6.0 ka BP，不支持“8.2 ka BP 攔馬冰期”的結(jié)論，山東蒙山全新世處于暖濕環(huán)境不足以提供形成冰川的條件(張志剛等，20181217)。趙井東等針對上述報道，分析了泛冰川問題產(chǎn)生的根源，歸納其原因有5個方面: ①東部地區(qū)沒有發(fā)育現(xiàn)代冰川，沒有正在形成的冰蝕與冰磧地貌可資參考；②受已過時的研究思路、工作方法及冰川地貌判別依據(jù)的影響與束縛；③某些學者沒有系統(tǒng)地掌握冰川學知識或?qū)Ρòl(fā)育條件不甚了解；④某些學者主觀臆斷為主，先認定或臆想某些與冰川地貌形似的地質(zhì)地貌現(xiàn)象為古冰川所成，然后找尋“證據(jù)”進行配套論證；⑤有些學者的“研究”是為了滿足地方旅游資源開發(fā)的需要，甚至淪為炒作(趙井東等，201978)。呂洪波等通過賽罕烏拉石海剖面解剖特征與攔馬墻巨石堆結(jié)構(gòu)特征的類比，認為攔馬墻為“典型的石河”，“蒙山一帶在全新世早期存在著局部凍土環(huán)境”(呂洪波等，20201585)。

需要指出，通過訪談當?shù)卮迕瘾@知，攔馬墻子是一地點或地域名稱，可泛指峨峪口、攔馬墻里和谷峪3 個溝谷出山口一帶。其北西側(cè)為八字峪，有文獻稱為“瑤池”；南東側(cè)為白石峪。峨峪口有文獻稱為“鱷魚嘴”，其上游并無專門地名，有文獻稱為“蘭溪”。因之，此前各文獻中的“攔馬墻礫石堤”稱為“峨峪口礫石堤”比較恰當。

實踐表明，區(qū)別山洪泥石流沉積物和冰磧物是復雜的、有相當難度的，因為它們有不少類似的沉積地貌特征。有鑒于此，筆者團隊于2020年10月環(huán)繞蒙山路線考察一周。野外重點工作之一是礫石組構(gòu)測量，尋找礫石堆積堤埋壓的斷木、礫石隙間生長的樹干朽木和腐殖質(zhì)層等有機14C測年材料，以及收集地方文獻等資料，旨在從組構(gòu)指標、沉積構(gòu)造、地貌組合等證據(jù)進一步探討其形成原因。本文的八字峪礫石堤位于蒙山南坡近山麓處，東距峨峪口礫石堆積堤直線距離約500 m(圖1)，其鄉(xiāng)人多相傳與峨峪口礫石堤同為洪流搬運、堆積而成。

圖1 蒙山八字峪(瑤池)地理位置和航拍圖:(a) 八字峪地理位置示意圖；(b) 八字峪流域航拍圖；(c) 礫石堆積堤頭部航拍圖Fig. 1 Aerial images and sketch maps of Baziyu Gully(Yaochi), Mengshan Mountain: (a) sketch map of Baziyu Gully；(b) aerial image of Baziyu drainage area；(c)curved head of boulder levee(aerial image)圖中黃色箭頭方向指示河流流向Note that the yellow solid arrows mark the directions of river

1 礫石堆積堤的成因類型

1.1 礫石組構(gòu)揭示的搬運介質(zhì)特性

洪水、水石流、泥石流和冰磧都是混雜堆積或蝕余堆積，它們有許多相同之處，這無疑給廣大地學工作者提出了需要解決的困難問題。通過多年的研究，前人提出了成因?qū)傩灾笜撕统梢颉h(huán)境綜合分析的研究方法(崔之久，2013698)，它能使我們從窘境中找到解決問題的路徑。其中，礫石組構(gòu)表示礫石在空間上的相互排列方式，包括礫石的產(chǎn)狀、形態(tài)、大小等，就是十分有效的搬運動力判別標志。八字峪礫石堆積堤，頭部呈舌狀弧形隆起，上游的中部和尾部呈不連續(xù)的堆積壟崗或分段現(xiàn)象(圖1)，以及具有平行溝谷的平頂、陡坡礫石堆等外形。野外采用點、線、面相結(jié)合的調(diào)查方法，在八字峪左岸礫石堤頭部(圖1中的測量點)，隨機選擇可測量產(chǎn)狀的56塊較大礫石，利用鋼卷尺、羅盤分別測量礫石三軸長度和扁平面(ab面)的傾向、傾角，并用球度、扁度、b/a、c/b和c/a表示形狀特征。統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 蒙山八字峪和峨峪口礫石堤的球度、扁度及軸比率平均值

八字峪礫石堤的巖性比較單一，主要為二長花崗巖和花崗閃長巖，表現(xiàn)出與源區(qū)物質(zhì)的一致性或相似性。堆積壟崗前部礫石棱角大多已鈍化，磨圓度較高， 中、后部石堤磨圓度較差，次棱角狀居多。 礫石粒徑大小混雜，屬于非等軸碎屑，超過1m長徑者很多，略呈疊瓦狀排列。礫石軸比率變化較大，反映軸比關(guān)系不甚穩(wěn)定，形態(tài)從不規(guī)則形狀到近似球形均有存在，總體上為扁球體(b/a>2/3，c/b<2/3)(表1)。上諸粒態(tài)特征均與峨峪口礫石堤具有可對比性，顯示礫石在搬運過程中受到磨損碰撞及水流沖擊作用，而非長距離磨蝕形成。冰磧物則不然，它的棱角棱脊均很明顯，幾乎無分選和磨圓，冰磧中的巖屑磨圓度一般不超過次圓(李吉均，2006163)。統(tǒng)計表明，冰磧物2 cm以上的礫石，70%左右為次棱角狀，25%為棱角狀，2%～3%為次圓狀，1%～2%為圓狀。當然，礫石圓度除因流水搬運作用形成外，還與其原始的風化狀態(tài)有關(guān)，如花崗巖的球狀風化等。

組構(gòu)測量表明，八字峪礫石a軸無優(yōu)勢定向，傾角以30°～50°居多，平均約39°；礫石a軸走向與流向交角小于45°，ab面優(yōu)勢方位或主密部出現(xiàn)在與流向相反的15°左右，最大密度為12.5%。但與流向一致的方向上，還有次密部出現(xiàn)(圖2)，說明其礫石略有離散現(xiàn)象，應為水石流或稀性泥石流堆積。這些定量特征與峨峪口礫石堤的組構(gòu)具有一致性，說明兩者沉積動力均為山洪泥石流。冰磧物的搬運介質(zhì)是固態(tài)的塑性冰體，與泥石流的組構(gòu)大不一樣。冰磧石在同冰川前進時，四周都受冰體和邊界條件的限制，不可能產(chǎn)生跳躍和滾動。因此它前進時將不斷調(diào)整位置以適應冰體流動，礫石a軸組構(gòu)發(fā)育較好，大部分礫石長軸方向同冰川流向一致。因受冰川推壓，冰磧物中ab面組構(gòu)雖有發(fā)育，但一般無優(yōu)勢方位，傾角較小，一般為0°～25°。八字峪礫石堆積堤不但與冰川作用形成的側(cè)磧壟有本質(zhì)差異，其組構(gòu)特征與沖洪積物亦相差很遠。因為一般沖積物的礫石ab面傾角多介于20°～30°，a軸多與水流方向垂直。

圖2 蒙山八字峪礫石堤礫石組構(gòu)(a)和施密特等密度圖(b)Fig. 2 Gravel fabric(a) and Schmidt concentrations(b) of boulder levee in Baziyu Gully, Mengshan Mountain

1.2 沉積構(gòu)造顯示的成因?qū)偬卣?/h3>

礫石組構(gòu)分析主要用于揭示搬運介質(zhì)的性質(zhì)和流向，是區(qū)分冰磧物和沖洪積物的有效指標，亦可輔助判別礫石層的具體成因。如欲鑒別沖洪積物的成因類型是特大型洪水“巨石邊灘”，還是水石流、稀性泥石流堆積物，需要基于礫石堆積體的沉積構(gòu)造及其專屬性特征進一步分析和探討。

已如上述，八字峪出山口(N35°33′31″、E117°48′37″)礫石堆積堤沿溝谷對稱分布且呈不連續(xù)的條帶狀，頭部呈明顯的弧形或舌狀隆起形態(tài)(圖1a、c)。經(jīng)在遙感影像上測量，左岸礫石堤下游段長約35 m，上游段長約163 m，寬8～14 m；右岸礫石堤下游段長約19 m，上游段長約160 m，寬9～12 m。舌狀礫石層和沉積物分段搬運現(xiàn)象，是泥石流最富有特色的沉積。需要指出的是八字峪礫石堆積體直接分布在基巖侵蝕面上，頭部多為大石塊組成，堪稱教科書式的泥石流舌狀沉積。這一特征是其與峨峪口礫石堆積堤凹岸不對稱分布的明顯區(qū)別，可以用泥石流龍頭顆粒聚集現(xiàn)象、泥石流運動的陣性流序列(倪晉仁等，199877；Bridge and Demicco，2008262)給予合理解釋。研究表明，泥石流運動過程中粗顆粒有向表層集中的趨勢，使粗顆粒逐漸浮到泥石流表面，由于表面流速最大，粗顆粒跟隨表面流不斷趕到龍頭，形成聚集(夏建新等，2004119)。泥石流運動中這種粗顆粒向表層集中的特點，在水石流中表現(xiàn)尤為突出，它導致的另一結(jié)果是使泥石流中固相顆粒濃度在垂線上出現(xiàn)了“反常”的分布——“上大下小”型分布(倪晉仁等，199877)。冰桌或冰蘑菇中的巨石雖然有大石塊在上、小石塊或冰體在下面而相疊置的垂向分布，但冰磧壟并不具備泥石流龍頭粗顆粒聚集的動力機制和地貌特點。

泥石流體運動時部分石塊被頂托上浮，大部分礫石則以滾動或滑動的方式前進，成為泥石流當時的主流線或流面的標志，此即流線構(gòu)造或石線構(gòu)造。其特征是礫石排列成行，有的前后相依，有的稍具間隔，形成疊瓦構(gòu)造。八字峪不僅石線構(gòu)造十分典型(圖3a、b)，且具有上小下大、巨石之上托附有眾多小石塊的典型桌狀疊石沉積形態(tài)(圖3c、d)(圖3d參照物為冰鎬，下同)。這種粗顆粒巨礫在前、細顆粒小石塊在后的礫石群構(gòu)造，是冰磧物所不具備的沉積特征，一般作為泥石流成因的專屬性標志進行解釋。礫石群構(gòu)造是泥石流運動過程或堆積驟然停止后所出現(xiàn)的一種地貌形態(tài)。許多大石塊或被下伏的較小石塊頂托而移動，或大石塊頂面背負著一些小石塊而移動。直至停積時，仍保持這種疊石狀態(tài)。堆積后的泥石流地貌體，其表層泥漿往往被后期的稀性泥石流或洪水沖釋、雨水淋洗或平水期流水沖蝕粗化，細粒物質(zhì)被沖走，留下呈松散狀態(tài)、多鑲嵌疊置構(gòu)造的巨礫和石塊，稱為篩積物。篩狀沉積的形成條件要求獨特的源區(qū)條件，即源區(qū)應是節(jié)理發(fā)育的母巖。蒙山山體的花崗巖即屬于此類巖石，故八字峪、峨峪口礫石堆積堤具有一致的沉積構(gòu)造。

八字峪礫石堆積堤不但多孔洞構(gòu)造或支撐—疊置構(gòu)造，而且在礫石隙間，散布有無分選或略經(jīng)分選、表觀無層理、厚約十數(shù)厘米、主要由黏土、粉砂和細礫構(gòu)成的棕黃色砂礫透鏡體(圖3e)。此透鏡體(2017年6月攝)若是泥石流堆積后出現(xiàn)的窩狀結(jié)構(gòu)，一種可能是平水期小股散流在礫石隙間充填細砂粒的結(jié)果，這種現(xiàn)象是洪水或泥石流龍頭篩式沉積中屢見不鮮的；另一種可能是礫石下面保留的底泥層，即泥石流初始階段泥漿鋪床過程所沉積的，是泥石流堆積體的標志層之一(崔之久，2013327)。這兩種可能的沉積現(xiàn)象，不論是原生還是次生的，均具有泥石流成因?qū)傩蕴卣鳌Ｒ虮兾锏倪\動與泥石流不同，在冰川的擠壓、推動下不可能形成底泥層(包括泥球)或窩狀結(jié)構(gòu)。此外，八字峪礫石堤堆積物中黏土含量稀少，僅偶爾可見到泥質(zhì)沉積物。圖3f中的似灰色泥質(zhì)沉積物，處于巨礫底部與基巖之間，其近旁有被巨礫壓碎的小石塊(2017年6月攝)，這種壓碎現(xiàn)象用山洪泥石流的快速堆積來解釋較為合理。主要由單一混雜礫石層組成的八字峪、峨峪口堆積壟崗，目前均無法依據(jù)容重或容重過程線確定原流體性質(zhì)或洪水與泥石流的關(guān)系。當然，如果僅根據(jù)八字峪、峨峪口礫石堤缺少表泥層、偶見砂礫透鏡體和堆積體表面十分干凈的沉積特點，則可將之歸屬水石流類型。

圖3 蒙山八字峪礫石堤沉積特征：(a) 礫石堤石線構(gòu)造航拍圖；(b) 礫石堆積堤側(cè)視圖；(c) 礫石群構(gòu)造航拍圖；(d)礫石群構(gòu)造；(e) 礫石隙間細粒物質(zhì)；(f) 礫石底部碎石塊和泥質(zhì)沉積物Fig. 3 Depositional feature of boulder levee in Baziyu Gully, Mengshan Mountain: (a) linear structure of boulder levee(aerial image)；(b) inside view of boulder levee；(c)structure of boulders group(aerial image)；(d) structure of boulders groupl；(e) fine-grained sediments between boulders；(f) crushed stones and muddy sediments at the bottom of boulder圖中黃色箭頭方向指示河流流向The yellow solid arrows mark the directions of river

果如有人所云，八字峪礫石堆積堤為冰磧物所組成，理應存在共同的粒級級配。但事實并非如此。八字峪、峨峪口礫石堤缺少泥砂等細粒物質(zhì)的原因，主要不是由于其上游物源區(qū)為裸巖分布區(qū)、缺少泥砂等細粒物質(zhì)，也不是由于全新世大暖期充沛的雨水沖刷使得物源區(qū)細粒物質(zhì)流失而多遺留為石塊，后期冰川搬運形成以礫石為主的堆積特征。因為冰磧物中細粒的基質(zhì)是以砂和粉砂為主(冰川機械研磨使其極限粒級只能達到4～5 Φ的粉砂級)，而不是以泥質(zhì)為主。對冰磧物的研究表明，在搬運過程中冰磧中粉砂(4～5 Φ)含量沿途逐漸增加而更富于基質(zhì)。由此可見，除開巖性影響之外，基質(zhì)中4～5 Φ的粉砂含量之多少實可作為冰磧物成熟度高低的重要標志(李吉均，2006163)。姑且不論全新世蒙山是否存在冰川發(fā)育的氣候條件這一間接證據(jù)，僅就八字峪礫石堤無冰磧物的直接標志和缺少年代資料而言，進行冰期劃分與對比無疑就成了無源之水、無本之木。

1.3 地貌組合反映的泥石流成因類型

判別某種輓近時期的地貌形態(tài)是否為山岳冰川作用遺跡，需要遵循地貌系統(tǒng)組合的原則，而不能只根據(jù)有限的觀察或地貌形態(tài)形似下結(jié)論。利用“地貌組合”復原冰川作用范圍是地貌學的重要研究方法之一，但它必須是以不違反“同一時期”、“同一地域”為原則，亦即同一時期、同一地域、同一成因類型的地貌組合才是真正的地貌組合，才能代表一個真正的氣候地貌事件。李四光教授當年認為廬山有第四紀冰川遺跡，就強調(diào)“冰川侵蝕地貌與冰川堆積地貌可以配套”。1964年，他又特意指出確定是否冰川活動的產(chǎn)物，至少必須提出三項必不可少的證據(jù)來加以驗證：“(1)大片冰層在山區(qū)停積和它向低處移動的道跡；(2)冰磧，即冰川下面的沉積和它側(cè)面及前面遺留的堆積物；(3)冰水沉積和其他冰緣沉積。這三項中的各項證據(jù)，把它們分開來單獨地看，它們各自都具有不同確鑿程度的驗證意義。但更重要的是，把它們聯(lián)系起來看，它們顯示冰川在它滋長、活動和消失的過程中所起的作用。至于應有的但不是經(jīng)?？梢缘玫降淖C據(jù)，是在寒冷氣候中生存的動植物遺體或遺跡”(李四光，19641)。

李四光教授的這一重要指導性意見，對于確定山谷冰川作用遺跡的判別標準是不可或缺的原則，至今具有范式價值。即冰川綜合體“三要素”地貌在同一流域尺度上系統(tǒng)組合，且具有明顯的垂直分帶規(guī)律：一是分布在雪線以上的冰蝕地貌帶；二是雪線以下直到終磧壟的冰蝕—冰磧地貌帶；三是終磧壟外緣的冰水扇和外沖平原的冰水堆積地貌帶。在宏觀尺度上，具備以上3種地貌帶組合的地方無疑可斷定其為山谷冰川作用遺跡。同理，對于中觀尺度和微觀尺度的晚第四紀冰川遺跡，特別是冰蝕地貌的判別標準理應符合三要素地貌組合原則(王乃昂等，2017)。例如，作為冰川地貌的一種典型標志，冰斗形成于冰川平衡線附近，地貌形態(tài)呈圍椅狀，常成群出現(xiàn)。但冰斗必須包括具反向坡的巖檻(大致代表雪線高度，冰川遺跡中最能直接指示冰川作用的地貌證據(jù))、冰川旋轉(zhuǎn)滑動作用形成的冰盆(未被流水切穿前多為冰斗湖)和近于直立的寒凍風化造成的冰斗后壁(刃脊、角鋒)“三要素”。惟其如此，才能鑒定其確為冰川旋轉(zhuǎn)侵蝕作用形成的古冰斗，才可利用其成群出現(xiàn)的地貌組合重建古雪線，才可適用冰斗平坦指數(shù)來檢測其發(fā)育程度。

對于泥石流流域地貌而言，其形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)的地貌組合，則不如冰川地貌組合那么嚴格。因為有的處于間歇期較長的泥石流溝，其三大區(qū)的特點不太明顯。標準型的泥石流流域，其特征是三個區(qū)發(fā)育較完整，而其他類型泥石流的流域特征則不完全如此，尤其形成區(qū)和堆積區(qū)的地貌形態(tài)極不穩(wěn)定。如有的形成區(qū)也是流通區(qū)，有的流通區(qū)卻有堆積[如蒙山峨峪口上游谷地(蘭溪)]，甚至三區(qū)混淆，不易分辨，有的則未見明顯的堆積區(qū)等。盡管如此，只要熟悉了解典型泥石流流域特征后，其他類型的泥石流也就不難解讀。泥石流動力過程所塑造的最醒目的地貌標志之一，無疑是其短小溝谷、溪河細流與規(guī)模龐大、礫石遍野的扇形地不協(xié)調(diào)地組合在同一地域。根據(jù)統(tǒng)計，陜西省發(fā)生過泥石流災害的溝道(352條)中，留有泥石流堆積扇的溝道有229條，占全省泥石流溝總數(shù)的65%(張平倉等，200970)。認識到泥石流地質(zhì)災害的這一特性，對于判別蒙山乃至整個山東中低山丘陵礫石堆積堤的成因是不無裨益的。換言之，泥石流有無的判別不應只限于泥石流扇形地的發(fā)育與否，也不能拘泥于對泥石流本身的三大區(qū)進行解讀來判斷是否為泥石流，而應綜合分析整個流域的泥石流孕育環(huán)境和過程。就蒙山而言，泥石流形成區(qū)(圖4)、流通區(qū)和堆積區(qū)的地貌組合還是比較完整的。

圖4 蒙山泥石流形成區(qū)重力崩塌地貌景觀：(a) 華擘頂重力崩塌及其倒石堆；(b) 華擘頂?shù)刭|(zhì)災害遺址標志牌；(c) 峨峪口上游(蘭溪)支流巖崩堆積體；(d) 峨峪口上游巖崩堆積體；(e)石馬溝巖崩堆積體；(f) 峨峪口上游巖崩堆積體Fig. 4 Landscape of gravitational landform in Mengshan Mountain:(a)colluvial deposit in Huaboding；(b)sign of geohazards site in Huaboding；(c)rock fall in branch of upper Eyukou (Lanxi Valley)；(d)rock fall in upper Eyukou；(e)rock fall in Shimagou Gully；(f)rock fall in upper Eyukou

泥石流作為重力地質(zhì)作用的突發(fā)性地質(zhì)災害，其孕育過程必然伴隨著勢能的積聚，往往在數(shù)秒到數(shù)分鐘極其短暫的時間內(nèi)完成其能量的釋放過程。經(jīng)歷漫長的孕育過程之后，泥石流一旦發(fā)生，積聚的勢能隨之消亡，形成區(qū)或物源區(qū)隨之進入下一循環(huán)的坡地演化發(fā)展階段。而且這一演化過程可能是相當漫長的，需要用地貌時間尺度、甚至是地質(zhì)時間尺度來衡量。因此，較之洪水在同一地點頻發(fā)的現(xiàn)象，山區(qū)溝谷型泥石流在其暴發(fā)后一定時間段內(nèi)往往不再發(fā)生。之所以如此，原因在于崩塌、滑坡災害的孕育發(fā)生主要受控于山坡本身的內(nèi)在條件，而非暴雨等外在因素。八字峪礫石堆積堤平面呈壟崗狀，剖面僅有厚約2～4 m 的沖刷混雜礫石層，具有一次性泥石流堆積特征，應是暴發(fā)頻率極低的間歇性泥石流(0.001次/年≤n<0.01次/年)或歷史泥石流(0.0001次/年≤n<0.001次/年)。同時，蒙山長期的濕潤多雨氣候可以誘發(fā)頻繁的山洪，但由于過分頻繁的暴發(fā)溪河洪水，物質(zhì)搬運速率超過積累，也限制了泥石流的頻次。所以，對于一個流域或一條溝谷來說，物源區(qū)沒有充足的松散固體物質(zhì)積累足夠長的時間，要發(fā)生暴雨泥石流是不大可能的。在常態(tài)條件下，積累到暴發(fā)一次泥石流的松散固體物質(zhì)量所需時間，各流域、各條泥石流溝是不同的，但其多數(shù)堆積時代要晚于物源區(qū)礫石10Be暴露年齡是于理說得通的。因此，歷史上暴發(fā)過泥石流的地方后來并不一定再發(fā)生，故泥石流扇形地的發(fā)育具有局限性。當然，暴發(fā)周期較長也符合水石流的發(fā)展特征。

蒙山作為沂河上游支流的發(fā)源地，山北諸水多先入東汶河，再入沂河；山南諸水則先入浚河、祊河，再入沂河。諸河谷一般由多條支溝交織而成，水系呈樹枝狀或輻合狀，合流后穿越峽谷，直通山外。河谷源頭和上游區(qū)，山峰峭拔險峻，地表侵蝕(重力侵蝕、坡面侵蝕、風化剝蝕等)切割強烈，多山峰環(huán)抱的崩谷盆地或山間洼地。呈漏斗狀的盆地，是松散固體物質(zhì)和水源(地表水和地下水)的匯聚場所，極易被誤判為“冰斗”。八字峪和攔馬墻一帶的峨峪口一樣，從源頭至山麓，平面分布上沒有冰斗、U形谷和終磧壟及其外沖平原的宏觀地貌三要素組合，顯與冰川作用無關(guān)。該溝谷流域呈狹長型，比降約19%，礫石堆積堤位于溝谷出山口處，且與河道邊界平行。堆積堤內(nèi)側(cè)因易遭河水侵蝕沖刷，坡度較陡，外側(cè)坡度則相對較緩，故不是一般崩塌產(chǎn)生的坡積物，而是固體物質(zhì)由崩塌堆積物、溝床堆積物侵蝕組成的泥石流堆積體。需要說明，蒙山各溝谷出山口堆積扇分布較少或不明顯的地貌特征，某種程度上是符合水石流沉積特征的，何況對于一次性、短歷時的突發(fā)性地貌過程更是如此。蒙山南北麓溝谷出山口遍布的壘壘巨石與涓涓溪河的不協(xié)調(diào)組合，即是當?shù)啬嗍鳒瞎茸钔怀龅牡孛矘酥?，堪稱典型的“溝溝吹喇叭”現(xiàn)象(圖5)。

圖5 蒙山泥石流堆積地貌景觀： (a) 峨峪口礫石堆積堤航拍圖；(b) 峨峪口礫石堤側(cè)視圖；(c) 龍鳳峪泥石流堆積堤；(d)黃山哈啦泥石流堆積堤；(e) 黃山哈啦泥石流治理工程；(f) 攔馬墻里礫石堆積堤Fig. 5 Landscape of debris flow levee in Mengshan Mountain: (a)aerial image of boulder levee in Eyukou；(b) side view of boulder levee in Eyukou；(c) debris flow levee in Longfengyu；(d) debris flow levee in Huangshan Hara；(e) Preventive engineering facilities for debris flow in Huangshan Hara；(f) boulder levee in Lanmaqiangli 圖中黃色箭頭方向指示河流流向 The yellow solid arrows mark the directions of river

2 礫石堆積堤的形成年代

2.1 距今50年前可能曾暴發(fā)山洪泥石流

為利用年代結(jié)果輔助論證礫石堤的成因?qū)傩?，筆者等在八字峪礫石堆積堤采集有機14C測年樣品的過程中，注意選擇局地環(huán)境穩(wěn)定、疊置礫石較少受人類活動干擾的地段，以保證測年數(shù)據(jù)真實反映其所在環(huán)境部位的事件年代?，F(xiàn)場共發(fā)現(xiàn)4個14C標本物質(zhì)(圖6, 較網(wǎng)絡(luò)預出版有調(diào)整)，樣品野外編號為LMW03、LMW04、LMW05、LMW06，均為不易受到次生化污染的木頭，因LMW04采樣點不合理，僅將3個樣品送美國Beta實驗室進行AMS14C測年。

編號LMW03的樣品測年物質(zhì)為破碎的樹干，其旁保存有直立但被砍伐的樹干殘體(圖6a)。根據(jù)LMW03標本物質(zhì)保存在礫石側(cè)底部的狀態(tài)和殘破境況(圖6b)，如果是樹木在在礫石堆積后于石塊下面所生長，可推斷該殘破樹干是在某次山洪停息后生長(表2，較網(wǎng)絡(luò)預出版略有修改)，但定居期(ecesis time)具有不確定性；如是洪流暴發(fā)過程中被損壞或淹死，其14C測年結(jié)果與所處地點的洪流事件具有“同時性”或“同生性”，則可作為八字峪礫石堆積堤某次洪流事件的發(fā)生年代或約束年齡。LMW05樣品標本亦為樹干，所處地貌部位為礫石隙間(圖6c)，其上為巨石所覆蓋，空間局促，推測是在輓近某次洪流事件暴發(fā)后死亡。除樹芯外，大部分已朽(圖6d)，其14C測年結(jié)果可作為八字峪流域某次山洪災害發(fā)生年代的約束年齡。LMW06樣品是根部夾在疊置礫石隙間生長的樹干殘體(圖6f)，直徑約10 cm，為斜向生長，或數(shù)十年前被砍伐。如果LMW06標本物質(zhì)是某次洪流事件停止后即時生長，其14C測年數(shù)據(jù)(砍伐年代)與年輪樹齡之和，則與山洪發(fā)生年代具有“準同時性”；如是洪流暴發(fā)若干年后才開始生長，利用其14C測年結(jié)果討論山洪災害時代，則需要考慮樹木的定居期。

表2 蒙山八字峪礫石堆積堤洪水事件14C測年結(jié)果Table 2 AMS14C dating results of flood events in Baziyu Levee

圖6 蒙山八字峪泥石流堤14C測年樣品所處環(huán)境層位和采樣點景觀:(a) LMW03測年樣品所處環(huán)境層位；(b) LMW03測年標本保存狀態(tài)；(c) LMW05測年樣品所處環(huán)境層位；(d) LMW05樣品樹芯保存狀態(tài)；(e) LMW06和LMW05采樣點景觀；(f) LMW06樣品樹干生長環(huán)境Fig. 6 Environmental horizon of AMS14C dating samples and landscape of sampling points in debris flow levee of Baziyu Gully, Mengshan Mountain:(a) environmental horizon of LMW03 sampling tree trunke；(b) preservation status of LMW03；(c) environmental horizon of LMW05 sampling tree trunke；(d) preservation status condition of LMW05 sampling tree trunke；(e) landscape of sampling point(LMW05 and LMW06)in Baziyu Gully；(f) growth environment of LMW06 sampling tree trunke

山洪泥石流停息或冰川搬運的礫石堆積后，與第一批喬木幼苗開始生長之間的時間間隔稱為定居期。它與研究區(qū)土壤性質(zhì)、氣候條件、海拔高度、種子傳播的距離等因素相關(guān)，故定居期是可變的。Hupp在研究加利福尼亞夏斯塔山區(qū)泥石流頻率和規(guī)模的樹木形態(tài)證據(jù)時，認為惠特尼河和波倫河在泥石流堆積1～5a后美國黃松始在其上生長(Hupp,1984124)，而馬德河在泥石流堆積3～15a后樹木才開始在其表面定居(Hupp,1984125)。Br?uning(2006270)指出，冰川沉積物樹木的定居期可從幾年到幾十年甚至一個世紀，但大多數(shù)情況下定居期一般集中于10～30a。Br?uning本人采用5a作為研究樹種的定居期，Hochreuther(201510)也沿用Br?uning的5a作為樹種的定居期。國內(nèi)學者朱海峰等將西藏沙棘在冰磧壟開始生長的定居期定為5a(Zhu Haifeng et al., 2013136)，徐鵬等(2012383)則將杉樹定居期確定為12a，楊樹為3a。基于上述，本文認為LMW03、LMW05標本14C日歷年齡可作為八字峪輓近某次山洪泥石流發(fā)生年代的約束年齡，亦即1960年代(表2)。而LMW06標本14C測年數(shù)據(jù)(砍伐年代)與其年輪樹齡、定居期之和，可作為八字峪輓近山洪泥石流發(fā)生的最小約束年齡(表2)。但由于其年輪樹齡難以準確讀數(shù)，其最小年代的真值目前還無法準確得出，僅可作為輓近山洪泥石流發(fā)生年代的參考年齡。

借鑒國內(nèi)外學者有關(guān)泥石流堆積堤樹木定居期的研究范式，可推斷八字峪礫石堆積堤在距今50年前的20世紀60年代可能曾發(fā)生山洪災害。筆者團隊在八字峪礫石堆積堤內(nèi)側(cè)鉆取的油松樹木年輪約40年，考慮到定居期，也可旁證八字峪1960年代曾發(fā)生山洪泥石流。關(guān)于此點，還可得到地方史志的佐證。根據(jù)《蒙山志》記載，1963年7月19日蒙山北麓一帶降特大暴雨，一般降水量300～350 mm，石家水營、前城等8個行政村受災，前城一座古廟連基石全部沖走(臨沂市地方史志辦公室，199962)。是年，與八字峪直線距離不足7 km的蒙陰縣聯(lián)城鎮(zhèn)黃山哈啦村，山洪暴發(fā)，形成稀性泥石流，使溝床改道，河道變寬，沖毀了11間房屋和50畝農(nóng)田(蒙陰縣地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站資料)。該泥石流溝流域面積4.02 km2，其中形成區(qū)面積3.34 km2，流通區(qū)和堆積區(qū)0.58 km2，具有明顯的礫石堆積范圍和堆積堤(圖5d、e)。由此可見，蒙山地區(qū)泥石流的發(fā)生機制，主要是暴雨所激發(fā)，可歸為暴雨直接類泥石流。由于暴雨成因和特性不同，這類泥石流活動既可單發(fā)，也可群發(fā)乃至形成災害鏈。

2.2 八字峪礫石堤與歷史泥石流

作為飽含大量松散固體物質(zhì)的特殊洪流，泥石流根據(jù)其發(fā)生年代和記錄辨識方法的不同，可以分為實測泥石流、歷史泥石流和古泥石流。實測泥石流是指用現(xiàn)代儀器實際測量的泥石流信息；古泥石流是指以地質(zhì)地貌標志來進行辨識的發(fā)生于人類記載或現(xiàn)代實地測量之前的地質(zhì)災害遺跡；歷史泥石流則是指發(fā)生在歷史時期有年代記載(包括口耳相傳)但沒有流量記錄的泥石流。蒙山峨峪口礫石堆積堤的形成年代，根據(jù)其礫石表面擦痕和林家崮南麓(N35°33′47.10″、E117°49′17.64″)花崗巖明萬歷十八年(1590)石刻痕的明度對比，推測大致為幾百年前。因此，峨峪口礫石堤屬于歷史泥石流或近代泥石流范疇，直接原因則是暴雨山洪所激發(fā)。八字峪礫石堆積堤的地貌成因，與峨峪口礫石堤成因具有一致性，也可能為歷史泥石流遺跡。

八字峪泥石流堤為粗大礫石松散堆積物，沒有膠結(jié)，亦無黃土沉積和土壤發(fā)育。加之礫質(zhì)結(jié)構(gòu)保水能力較差，阻止了植物在其上定居，樹木比較稀少。凡此，均間接說明礫石堆積時間不甚久遠。同時，通過走訪當?shù)?位村民，皆稱峨峪口、八字峪礫石堤為“石龍”、“石窩”，是過去被洪流搬運而來?；谏鲜觯疚耐茢喟俗钟[石堆積堤大概率發(fā)生在數(shù)百年前的歷史時期，目前不能排除其與1668年郯城大地震鏈發(fā)的特大型山洪泥石流存在關(guān)聯(lián)性的可能。如果僅依據(jù)其地貌特征形似峨峪口礫石堤和兩者海拔高度一致，就確認礫石堆積堤的成因并將之歸屬“距今8.2 ka左右的攔馬冰期的冰磧堆積”，未免缺乏謹嚴。

3 初步結(jié)論

通過對山東蒙山八字峪(瑤池)礫石堆積堤進行礫石組構(gòu)測量和無人機航拍，尋找礫石層埋壓、疊置礫石隙間保存的樹干等有機14C測年標本，以及收集地方文獻和口耳相傳等資料，可以得出以下初步結(jié)論：

(1)蒙山八字峪礫石堤組構(gòu)指標揭示其是流水作為搬運介質(zhì)的碎屑堆積地貌，沉積構(gòu)造顯示其為具有某些水石流堆積特征的山區(qū)溝谷型泥石流。單一的混雜礫石層、孕育環(huán)境等顯示其為暴發(fā)頻率極低、發(fā)展周期較長的間歇性暴雨泥石流，或短歷時、低頻特大型歷史泥石流形成的一次性地貌堆積體。

(2)蒙山八字峪礫石隙間已死亡的樹木樣品，測年結(jié)果和文獻記載顯示1960年代曾發(fā)生山洪，由此證明礫石堆積堤被后期洪水改造過。目前的年代學資料，尚不能排除蒙山峨峪口、八字峪礫石堆積堤的地貌成因(特大型山洪泥石流)與1668年郯城大地震群發(fā)性地質(zhì)災害存在關(guān)聯(lián)。

(3)蒙山八字峪不存在晚第四紀“冰川遺跡”、“冰期劃分與對比”、“攔馬冰期”的沉積學、地貌學和年代學依據(jù)，所謂“冰磧壟”、“典型的石河”均是對山洪泥石流歷史遺跡的誤判。

致謝：本文得到了山東建筑大學劉兆德教授、南京師范大學趙志軍教授、國家自然災害防治研究院李德文研究員的大力支持和幫助，特此致謝！