阿尔泰山喀纳斯河谷第四纪冰川研究进展与问题

阿尔泰山喀纳斯河谷第四纪冰川研究进展与问题

刘亮;许姗;柴乐;张威

【摘 要】喀纳斯河谷位于中国境内的阿尔泰山南坡中段,研究区陈列了多期次第四

纪冰川遗迹,是研究区域地貌过程演化和古气候变化的重要载体.经过近40年的研

究,取得了阶段性成果:第一,摸清冰川地貌特征,运用地貌地层学原理进行冰期序列的

配套;第二,年代学进展喜人,利用14C、OSL、ESR、CRN等绝对定年技术获得了一

批年代学数据,并据此划分了详细的冰进阶段,分别对应M石榴国画 IS 6、MIS 5、MIS 4、

MIS 3、MIS 2(LGM)以及新冰期和小冰期.取得成果的同时,也暴露出新的问题,如:

各阶段冰进范围划定存在争议;利用各种测年手段确定湖口冰碛丘陵的形成年代存

在差异;LGM以来的年代学研究薄弱.这些问题需要在下一步工作中进行更深入的研

究与探讨.

【期刊名称】《国土与自然资源研究》

【年(卷),期】2018(000)005

【总页数】4页(P48-51)

【关键词】阿尔泰山;喀纳斯;冰川地貌;年代学;进展

【作 者】刘亮;许姗;柴乐;张威

【作者单位】辽宁师范大学城市与环境学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学城市

与环境学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学城市与环境学院,辽宁大连116029;辽

宁师范大学城市与环境学院,辽宁大连116029

【正文语种】中 文

【中图分类】P534.63

1 引言

阿尔泰山是高亚洲发育现代冰川最北的山地。斜跨中国新疆北部、蒙古西部、俄罗

斯西伯利亚、哈萨克斯坦东北部的四国交界地区，山脉大体呈NW-SE走向，长度

约为1650km，平均海拔约1790m。它以其有利的纬度和地势条件，配合西风带

来的丰沛降水，发育了典型的亚大陆性冰川[1]。其中位于阿尔泰山中国境内的喀

纳斯河谷，第四纪期间保留多次规模宏大、序列齐全的冰川遗迹，是进行第四纪冰

川年代学和冰期古气候重建的理想地点，也是验证冰川发育气候和构造耦合模式的

重要地段。经过众多学者近40年的努力，喀纳斯河谷在冰川沉积学、地貌学和年

代学方面都取得了一些重要进展，本文就这些进展作以系统梳理和回顾，并在此基

础上提出存在的问题，指明下一步工作的方向。

2 第四纪冰川研究概况

中国境内阿尔泰山西北部喀纳斯河流域，范围大致在 8649′-8715′E，4827′-

4852′N（图 1），河谷底部高程超过1000m，两侧山峰多在2500-3000m，落

差达1000-1500m。其中西北部以最高峰友谊峰（4374m）为中心，发育了面积

近200km2的现代冰川，喀纳斯冰川为其中最大的一条。

喀纳斯河谷早期的冰川地貌考察与冰期系列的确定均是基于地貌地层法，冰期划分

与规模判定存在一定差异。如刘潮海和王立伦根据喀纳斯河流域第四纪冰期初步划

分为三次冰川作用[2]，即晚更新世的喀纳斯冰期、全新世阿克库勒新冰期和友谊

峰小冰期，同时提出，喀纳斯河流域2000-3100m的长梁状分水岭上广泛分布的

冰川漂砾，从所处的位置和风化程度判断，可能是喀纳斯冰期以前的，即中更新世

覆盖式的冰川遗迹，但并没有重建当时的冰川范围和规模。后来高顺利对喀纳斯河

流域做进一步考察，将海拔1845-1925m和1485-1613m高低两处冰碛台地的

冰川遗迹分别命名为早更新世晚期高台地冰期和中更新世低台地冰期。此外还有晚

更新世早期的喀纳斯冰期和晚更新世末期的阿克库勒冰期。每个冰期中又有多次冰

川活动，冰川规模由老至新逐渐减小[3]。崔之久等对这里的冰川遗迹进行详细考

察，依据地貌特征、冰碛物出露高度、分布位置、风化程度及其组合关系，认为这

里存在五次冰川作用，即倒数第三次冰期、倒数第二次冰期（勃他木依冰期）、倒

数第一次冰期（喀纳斯冰期或末次冰期）、新冰期（阿克库勒冰期）和小冰期，冰

川规模从老到新也是逐渐缩小[4]。

图1 研究区位置图

3 冰川地貌

研究区冰川侵蚀地貌包括角峰、刃脊、成层分布的冰斗、大型羊背石、冰川磨光面、

冰川槽谷和冰蚀湖等；冰川堆积地貌包括侧碛垄、终碛垄、冰碛湖、冰川漂砾等。

3.1 侵蚀地貌特征

3.1.1 角峰和刃脊

阿尔泰山主峰友谊峰（4374m）形态规则但不尖锐，表明冰川侵蚀虽然强烈，但

仍处于未被侵蚀完全的阶段。而分布在中山带的角峰因为风化剥蚀作用，以及较弱

的冰川侵蚀作用，原始夷平面保存较好，所以角峰多呈浑圆状。和不同形态角峰的

分布特点相似，现代冰川作用区的刃脊因受冰川强烈的侵蚀作用，多呈尖薄锋利的

锯齿状，而中山带谷间所谓的刃脊还没有被充分侵蚀，往往呈鳍脊状或梁状。

3.1.2 成层分布的冰斗

喀纳斯河谷广泛发育冰斗，其中有些槽谷源头的冰斗不仅成群分布，而且能够划分

为多个层次。崔之久等对研究区303个冰斗做过详细统计，共分5级[4]。刘潮海

和王立伦统计和绘制了喀纳斯河流域139个冰斗的方位图，无论是古冰斗还是现

代冰斗，都是以西北方位为主要朝向，可以证明这与西北方向的水汽来源有直接关

系[2]。

3.1.3 冰川槽谷

喀纳斯河主谷长度可达100km，古冰川规模宏大，冰川厚度达几百米，侵蚀力极

强，谷底宽而缓，谷坡陡峻。在主谷的两侧多发育支谷，如喀拉加克支谷。喀纳斯

主谷最大的特征就是多级U型套谷形态清晰，即新槽谷镶嵌于老槽谷之中，以喀

纳斯湖口东侧的多级台地最为典型，此处为辨别不同期次冰川作用的最佳证据所在

地。论文开题

3.1.4 冰川磨光面和羊背石

冰川磨光面在喀纳斯河谷两岸均有分布，其中湖口以北3km处吐鲁克岩画附近的

磨光面最为典型。羊背石在喀纳斯河谷两侧分布广泛，喀拉斯湖左侧谷床上有长

3km，宽0.5-1.0km，高出湖面百余米的羊背石群，其形状多为顺谷伸延的岗垄，

也有呈卵形的孤丘，背冰坡也有磨光的现象，顶部见有零星的冰川漂砾。

3.2 堆积地貌特征

3.2.1 冰川漂砾特征

冰川漂砾在研究区分布广泛，自喀纳斯河谷两岸至两侧的山梁上均有分布，其中冰

川站东侧山的冰川漂砾上限将近2200m，漂砾上限向下游顺延，呈逐渐减低趋势，

至驼颈湾附近将至1300m左右。漂砾主要为斑状花岗岩，呈次棱角或次圆状，其

上有时可见苔鲜地衣，风化程度深。

3.2.2 冰碛垄

综合前人的研究成果和实地考察的结果，认为研究区的冰碛组合可以划分为五套，

第一套和第二套为小冰期和新冰期冰碛垄，因为这两套冰碛垄没有进行实地考察，

故借鉴前人研究成果[2，4-6]和Google Earth影像，第三套为末次冰期不同阶段

的冰碛沉积，剩余两套早于末次冰期，具体描述如下：

第一套冰碛垄，现代冰川末端两侧高出谷底100m可见形态清晰的侧碛垄，表面

无植物生长。此套冰碛的多道终碛垄自2370m开始堆积，沿主谷向下游顺延，至

2300m的位置与南侧的支谷末端汇合。冰碛垄上可见冰碛石，岩性为花岗岩和砂

页岩，风化程度极弱。此套冰碛垄的形成年代最新，前人判断为小冰期的冰川沉积

[2，4]，可与天山乌鲁木齐河源现代冰川末端的三道冰碛垄对比。第二套冰碛垄的

三道终碛垄在海拔1700-1950m的阿克库勒湖口处。三组终碛垄组成了面积近

7km2的冰碛丘陵，进而阻塞河谷，形成了阿克库勒湖。冰碛丘陵上散布冰川漂砾，

岩性为花岗岩和砂页岩，直径为1-2m，漂砾的风化程度较第一套冰碛石深，上面

有苔藓和地衣生长。第一套终碛垄至第二套终碛垄之间的U型谷两侧陈列高低两

套侧碛垄[4]。第三套冰碛组合较为复杂，以喀纳斯湖口多组终碛垄为代表，是本

区研究的热点区域，对于冰川堆积地貌的解释，看法略有差异。通过对湖口冰川地

貌和冰碛物的多次实地考察、取样与Google Earth分析，并结合已获得冰川年代

结果[6-10]，得出初步假设：湖口及两侧的冰川地貌组合为末次冰期不同阶段的产

物，且暂定其为末次冰期早中晚三个阶段，分别对应MIS 4、MIS 3和MIS 2，冰

川规模依次减小，湖口东侧多级台地如同一把刻尺一样保留着这些冰进事件的证据。

第四套冰碛组合，此次冰期的冰川作用侵蚀出河谷两侧1800-1850m左右的台地

地形，湖口东侧此阶台地上的冰川漂砾普遍出露。在神仙湾、月亮湾、卧龙湾、花

楸谷等处，堆积出一定规模的冰碛平台，为该冰期后的间冰期沉积，由于受后期流

水的切割作用，终碛垄形态已严重破坏，只能依稀辨认。第五套冰碛漂砾，此次冰

川作用的遗迹只以漂砾的形式广泛分布于喀纳斯河谷两侧的长梁状分水岭上。漂砾

分布高度已高出现代河床500-600m，可见当时冰体厚度可达数百米，冰川规模

很大，河谷两侧山梁全部被冰川覆盖，只剩少数冰原岛山露出地面，似已构成冰帽

式冰川[4]，本次冰川作用下限已经难以寻觅。

4 年代学进展

随着多种测年技术的应用，阿尔泰山喀纳斯河流域第四纪冰期的绝对测年工作已取

得了一定进展，已在期刊公开发表的年代数据如表1所示。Xu等应用OSL对湖

口三组终碛垄进行定年，结果为28.03.3ka、34.44.2—38.14.5ka和

49.95.4ka，分别对应深海氧同位素MIS 2、3a和3b阶段，并认为MIS 3阶段

的冰川规模大于末次冰盛期LGM[7]。Zhao等和江合理等（2012）在阿克库勒湖

向上6km和向下3km的高大侧碛中的冰水沙透镜体中采集了两个OSL，分别为

27.22.0ka和16.11.5ka，进一步证实了MIS 2的冰川作用[5，6]。Zhao等根

据新获得的3个OSL年代，对末次冰期三次冰川作用的时限又重新进行了划分，

分别为 16.1-28.2ka、43.6-52.1ka和 73.16.6ka，对应深海氧同位素MI海子原名 S 2、3

和4阶段[6]。张威等的湖口滞碛ESR年代为28.04.0ka，与Xu等的结果可以对

比；采自老图瓦村附近终碛垄ESR年代为76.016.0ka，与Zhao等所测得的年

代也是吻合的，年代结果进一步证实本次冰川作用发生在末次冰期早期，相当于深

海氧同位素的MIS 4阶段[8]。主谷倒数第二次冰期的年代学证据主要集中在勃他

木衣附近的终碛垄，OSL测年结果显示其年龄在＞130ka[9]，对应MIS 6。

Gribenski等的湖口冰碛丘陵CRN年代分布在18.71.1—22.41.3ka，2个

OSL年代分别为 23.56.1ka和27.44治疗性冷淡 .9ka，认为湖口冰碛丘陵形成于MIS 2。

湖口东侧1650m冰碛台地2个10Be年代为63.43.5ka和69.03.8ka，2个

OSL年代为 68.68.2ka和 79.69.9ka，推测更大规模的冰川发生时限可能为

MIS 4/5[10]。此外Yang等在喀拉加克沟内的ESR测年结果支持冰川扩张主要是

在MIS 3（41.04.0-47.08.0ka）、MIS 5（78.07.0—97.019.0ka）和 MIS

6（123.018.0—167.016.0ka）三个阶段[9]。

5 展望与存在问题

5.1 多种测年结果存在差异

随着年代数据的陆续发表，该区年代学框架基本建立起来，取得成绩的同时也暴露

出一些新的问题。利用各种测年手段确定湖口冰碛丘陵的形成年代存在差异，进而

影响到各阶段的冰进范围的划定。OSL和ESR的埋藏年代结果显示，湖口冰碛丘

陵可以细划为三个阶段，分别对应 MIS 4、3和 2[6-8]，而 CRN的10Be和26Al

暴露年代结果则对应MIS 2（LGM），MIS 4的范围远远超出湖口冰碛丘陵 [10]。

多种年代学的综合运用，虽然目的是相互校验，但结果往往出现差异，不利于冰进

序列的划分，所以应加强同一地貌体多种测年方法差异的年代学机理研究。

表1 喀纳斯河谷已发表的年代学数据注：aOSL测年；bESR 测年；cCRN10Be测

年；dCRN26Al测年单位：ka）17）加克支谷MIS 228.03.3a 16.11.5a

27.22.0a 28.04.0b 20.01.5d 20.31.5d 19.51.4d 21.81.6d 20.51.5d

21.61.6d 28.04.2b MIS 334.44.2a 38.14.5a 49.95.4a 43.66.7a

52.17.8a 18.71.1c 19.21.1c 19.41.1c 21.51.2c 21.61.2c 22.41.3c

23.56.1a 27.44.9a 43.86.6a 39.05.0b 41.04.0b 42.07.5b 43.06.8b

47.08.0b MIS 473.16.6a 76.016.0b 59.27.1a 78.07.0b 84.016.0b

97.019.0b 123.018.0b 125.012.0b 137.014.0b 156.015.0b

167.016.0b MIS 581.018.0b 63.43.5c 69.03.8c 68.68.2a 79.69.9a

MIS 6196.036.0b 219.044.0b＞110.0a＞130.0a

5.2 LGM以来的年代学研究薄弱

以往的年代学研究都集中在湖口至冰川末端驼颈湾，得到的冰期序列从MIS 6，退

缩至LGM。而LGM以来的年代学研究非常薄弱，只有阿克库勒湖出口处冰碛垄

上冰碛石钙膜得到了一个14C年龄，为4.00.1ka[4]，对应新冰期。LGM以来的

其他冰进，如新仙女木事件、全新世冰进、8.2ka冷事件、小冰期还没有年代学约

束，更难言相应的冰川规模和范围划分，不利于该区完整年代学框架的建立，所以

LGM以来的年代学研究应该是下一步工作的重点和难点。

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