庐山地质公园及周边地区的地质地貌类型,包括:侵蚀构造地貌、构造侵蚀剥蚀地貌、岩溶侵蚀构造地貌、冰川地貌、流水侵蚀堆积地貌五种类型。
地质公园内,地貌形态组合特征,由上而下依次为:中山—低丘—岗地—平原,因是断块山,所以缺少低山-丘陵单元。地貌成因类型以冰蚀地貌为主体,而且最具特色,其次是构造地貌及流水地貌。其总体特征是冰蚀地貌、构造地貌、流水地貌互相叠加而成的多成因复合地貌景观。
1.冰蚀地貌
庐山地质公园,是中国东部地区第四纪冰川地貌最典型最集中的地区。
1.1地貌特征
(1)冰川刨蚀地貌
——冰斗
在庐山上能确认的冰斗遗迹主要有:大坳冰斗、黄龙冰斗、五乳寺冰斗、鼓子寨冰斗等。
大坳冰斗:位于大月山刃脊北东段西北侧、王家坡U形谷的南侧陡壁处。冰斗长约300m、宽约250m、深约100m,斗底高程1200m。斗底较为平坦,微微向北倾斜,冰斗四周皆为峰壁围绕,冰斗窄口下成悬崖,从冰斗后壁向斗口倾斜。冰斗出口处可见冰坎残存于冰斗口左侧,冰坎高出冰斗底面20~30m。冰斗内发现有灰黑色淤泥冰后期沉积物,说明这里曾是一个高山小沼泽湖盆,也可证明冰坎当时尚存。构成冰斗的岩石为南华纪含砾砂岩。
黄龙冰斗:位于仰天坪北东的黄龙庵附近。冰斗长约300m、宽约250m、深约100m,大小与大坳冰斗几近相同。斗底高程约1250m,冰斗口向NE,外观呈一安乐椅状。构成冰斗的岩石为南华纪含砾硅化砂岩。
鼓子寨冰斗:位于香炉峰北西、卧龙岗之南。冰斗长约300m、宽约200m、深约70m,斗底高程仅500m,冰斗口向SE。构成冰斗的岩石为古元古代角闪岩相变粒岩。
——冰窖
庐山上的第四纪冰窖遗迹保存较好的有:芦林冰窖、黄龙寺冰窖、三逸乡冰窖、窑洼冰窖。构成冰窖的岩石均为南华纪含砾砂岩。
芦林冰窖:即芦林湖盆所在地,恰位于大校场U谷的下方。冰窖长约1300m、宽约750m,底部高程约1000m,略向NW倾斜。在改造成人工湖之前的公元初期,还尚是一个高山天然湖泊,并发现有冰碛纹泥,在芦林大桥处,尚有冰坎遗迹残存。
三逸乡冰窖:即现今的庐山植物园所在地。冰窖长约720m,宽约410m,深约150m,冰窖底的高程约为1000m。出口处向NE微倾,在望鄱亭之下尚有冰坎残留遗迹。
—冰川U形谷
庐山上保存较好的冰川U形谷主要有:王家坡U谷、大校场U谷、东谷U谷、西谷U谷、七里冲U谷、石门涧U谷、长垅涧U谷等。
王家坡U谷:位于庐山NE,大月山刃脊与小天池-大寨山刃脊之间。U谷长达4000m以上,宽约700m,谷底源头高程约为800~1000m,前缘高程约为200m。横断面呈U字形,纵断面略呈阶梯状,上段相对较窄,下段相对加宽。U形谷内偏NW侧的谷侧有小型V形谷叠加。谷底有一个中碛垅,其中有冰碛物残存。U形谷内,最近又发现有较为典型的冰川条痕石。冰川条痕石的漂砾直径大于5m,略成五角形,由坚硬致密的石英砂岩构成,其上共发现有5条冰川条痕。冰川条痕长约5~19cm、宽约0.7~1.5cm,深达0.5~3cm,条痕窄而深,痕壁光滑,条痕长轴方向大体一致但又有所不同,总体方向与U形谷长轴方向一致。
大校场U谷:位于女儿城刃脊与长埂刃脊之间,谷底源头高程约为1350m,谷口高程约1100m,长约3000m,宽约170m,残存深度仅为30~50m。U谷末端接芦林冰窖,有冰川堆碛物,底部发现有冰川作用挤压和碾磨而成的岩粉。1986年国际第四纪联合会秘书长施鲁克特博士(苏黎士理工学院教授),在此也曾发现有炮弹状和熨斗状的砾石及冰川条痕石,他认为与阿尔卑斯地区的冰川沉积的特征是完全一致的。
石门涧U谷:位于黄龙寺冰窖的下端,尽管该U谷受后期流水破坏较为严重,但仍能辨认出冰川U谷的基本特征。谷底介于800~400m之间,U谷长约1200m,纵断面呈较为典型的阶梯状,冰阶、冰盆相间排列。在石门涧瀑布的百丈梯处是一个冰阶,之下是一个冰盆遗迹,钓鱼台石门衔日处曾是一个冰阶及冰坎遗迹,之下的文竹精舍又是一个冰盆遗迹,冰盆中心尚有冰碛泥砾堆碛成的底碛小丘,再向下就是著名的石门涧冰坎。冰坎长约320m,宽约80m。冰坎中部的马鞍形凹地应是冰坎的风口,冰坎的SW端现代河谷处应是冰坎的水口遗迹。冰坎外是一个冰阶,再向下就是学洼盘谷。
——悬谷
庐山上保存较好的冰川悬谷是莲谷悬谷、芦林悬谷、汉口峡悬谷及月轮峰悬谷。
莲谷悬谷:位于王家坡大U谷之上,是一个小型冰川U谷,介于屋脊岭及日照峰刃脊之间。谷底高出王家坡U谷约100m左右。在冰阶陡坎处无断层。
汉口峡悬谷:该悬谷位于东谷U谷的SW上端,这个小型U谷是在大校场U谷旁侧的一个冰溢口基础上发育而成的,高悬于东谷U谷之上约50~70m。在冰阶陡坎处无断层。
——冰溢口
在庐山上的西谷U谷NW侧仙人洞之北及天桥处、东谷U谷与大校场U谷之间的女儿城刃脊上均见有冰溢口残留地貌。
——冰笕
冰川U谷两侧或谷地源头,发现有多处冰笕,例如大寨脑、牧马厂、大月山东麓、斗米洼等地均见有冰笕地貌,大多位于海拔1000m之上。
——冰坡
庐山上有多处冰坡遗迹,以金竹坪冰坡保存的较为完整。该冰坡位于黄龙冰斗北坡,高程介于1300~1000m之间,冰坡长约1000m,宽约500m,坡角为20°~25°,由南华纪含砾砂岩构成。在坡面上见有粘土砾石停积物,冰坡前缘有几个孤立的基岩小丘横亘。
——冰川刃脊
庐山的冰川刃脊多呈岩,尤如“利剑插霄,斩云截雾。危石欲坠,巨龙倒悬”,高程大都在1150~1470m之间,甚为壮观。最主要的有:大月山刃脊、屋脊岭—女儿城刃脊、小天池—大寨山刃脊(猴子岭刃脊)、牯牛岭刃脊、九奇峰刃脊、含鄱岭刃脊、梭子岗刃脊、仙人脊刃脊、红石崖刃脊、五老峰刃脊。构成刃脊的岩石大多为南华系砂砾岩或青白口系酸性火山熔岩。
以含鄱岭刃脊为例:刃脊异常陡峭,其延长方向既不与岩层走向一致,也不与岩石的节理或劈理方向相同。刃脊的延长方向为260°~80°,而岩层走向为230°~50°;砂岩中的轴面剪切劈理走向为220°~40°;砂岩中还有4组构造节理,其走向分别为:0°~180°、310°~130°、330°~150°、210°~0°,均不与刃脊走向一致。沿刃脊方向也无断层,该刃脊只可能是冰川刨蚀产物。
——角峰
庐山顶上的太乙峰、犁头尖、日照峰均呈金字塔状,高程在1300m以上,高差上百米,由含砾砂岩构成。
(2)冰川运动遗迹
——冰溜面
太乙村后、牧马厂及白石嘴化纤厂等地有冰溜面遗迹。牧马厂沟边的砂岩基岩壁上,见有不甚清晰的冰川擦痕。李四光曾在鄱阳湖边的白石嘴发现过十分典型的冰溜面遗迹,后因修建港口已遭破坏。1983年在该地区化纤厂施工过程中,在大姑期冰碛泥砾的底部石灰岩之基岩表面上,发现了约4m2磨蚀极光的基岩面上,有细长而密布且平行的冰川擦痕,呈NE—SW向伸展,与冰川运动方向完全一致。
——表皮构造
下青山表皮构造:大姑期冰碛泥砾的底部基岩为志留纪砂页岩,基岩表层呈揉皱状且伴有小型冲断层。在表皮构造之下5m处,基岩产状恢复正常。表皮构造中的褶曲轴面及冲断面产状一致,指示出受力方向与冰川运动的方向恰好一致,由SW向NE运动。
大排岭表皮构造:在大排岭冰碛泥砾的底部古元古界石英云母片岩之基岩表面,有冰川巨砾犁入基岩,基岩中产生了拖曳牵引褶曲,有基岩团块呈包裹体被卷入冰碛岩底部。蛇头岭表皮构造:在大姑期冰碛泥砾底部的寒武纪页岩之基岩表面。有甚为典型的表皮构造。基岩顶部与冰碛巨砾接触处约1m内页岩倾角变缓形成柔性变形,显示的受力方向恰与此处的冰流方向一致,由SW向NW运动。
——漂砾
庐山四周湖畔、丘陵之顶到处可见到巨大的冰川漂砾,这些漂砾均是来自庐山之顶的岩石,搬运距离达10~12km之多,在高程达193m金定山之顶及高程达284m的大排岭之顶,最大的漂砾砾径达7.2m。大大小小的漂砾杂乱无章成群分布,直达鄱阳湖滨。在九叠谷及西谷U形谷内,见巨大的冰川漂砾互相叠置构成冰桌。
——斜层构造
在谷山湖滨下青山之西的中更新世大姑期冰碛泥砾剖面中,发现有斜层构造。泥砾堆碛物中的砾石最大砾径约1.20m,有呈倾斜略定向排列之势,由东向西其斜层倾角由陡变缓,由85°演变成35°左右。砾石的a轴沿斜层分布,ab面与斜层产状大体一致。此外,在大排岭冰碛中也有斜层构造。
——鼻山尾与羊背石
鞋山鼻山尾:鄱阳湖中心的鞋山由晚古生代石灰岩构成,孤立的山体呈SW高而宽,NE低而窄,长轴呈NE—SW向,长约370m,宽约110m,山顶高程为90.3m,由于石灰岩的产状为280°∠33°,所以山体东部呈陡崖,西部呈缓坡,总体呈鼻子的形状。在离开水面约30m高的半山腰石缝中曾发现过约70cm×50cm×25cm的来自庐山顶上的冰川漂砾。李四光认为鞋山是冰川从两侧流经磨蚀作用的结果,故称其为冰川地貌鼻山尾。
蛤蟆石羊背石:鄱阳湖滨原有许多由石炭纪石灰岩构成的羊背石群,是冰川从大小不同基岩上爬越而过磨蚀作用的结果。现仅存蛤蟆石一块羊背石,且头部已经崩落。蛤蟆石高约16m,嘴向SE、背向NW,上部扩大,下部略形仄小,其顶部颇为圆滑,尚有若干研磨之痕迹可睹,形状与羊背石无异。
(3)冰川堆碛地貌
——终碛垄
庐山东麓的大岭、长岭、下青山、白石嘴一带,庐山西麓的新桥、蛇头岭(羊角岭)、东林寺、赛阳一带,均有蛇曲状的终碛垄分布。保存最为完整的要算高垄至白石嘴一带,这些由冰川堆碛物组成的岗地,高差大多在20m之下,多数呈向NE方向突出的弯曲状。最为明显的是相互平行排列的有4条岗地,每条岗地均由冰碛泥砾组成,岗地之间则由冰水砂砾石层分布。
——侧碛垄
在王家坡U形谷出口处高垅附近,在其南北两侧各有一条高10m以上的带状冰碛泥砾所组成的冰川侧碛垄,最为典型。
——冰水阶地
在冰川终碛垄的前面,广泛分布由砂砾石层、砂、亚砂土、亚粘土所组成的冲积平台。这些冲积相冰水沉积物与冰碛物往往呈相互过渡关系。这些冰水沉积平台广泛分布于山麓地带,其中最典型的是星子县城至叶家垄一带及九江十里铺至八里湖一带的冰水阶地。高程介于海拔60~80m间,台面微倾向外缘湖区,阶地面长1~3km、宽约500~1000m。
1.2冰蚀地貌类型
总的来看,庐山的山体不大,又是一座孤立的断块山,其冰雪的累积区较小,消融区较大,U形谷及刃脊较发育,山前普遍存在扇舌状冰泛而盘谷不典型。冰碛泥砾大片覆盖山前平原地带和洼地。此外,庐山是一座中纬度地区(N29°25'~29°47')的中山(主峰1473.8m)。在冰碛物中常发现寒冷型孢粉与温暖型孢粉相混杂。种种证据说明,庐山的第四纪冰川成因类型或冰蚀地貌类型,应为海洋性山麓冰川。
1.3冰蚀地貌的发育条件和形成过程
(1)发育条件
气候条件
海洋性山麓冰川形成的气候条件较为重要,降雪量大,负温较高,雪线较低,冰川恒温层的温度接近零度或压力融点。冰川活动性强,冰舌常能延伸到较低的森林地带。冰川地质地貌作用明显而强烈。多位专家的最新研究成果证实,在更新世初期,青藏高原海拔仅为1000~1200m左右,印度洋与太平洋的暖湿气流互相对流,中国东部含庐山地区,尚属于海洋性气候环境,在第四纪大冰期寒冷条件下,为冰川的产生提供了充分的降雪量。
地形条件
庐山是一座有山无脉孤立的断块山,突兀于平原河湖之中,垂直气流对流强烈,降水量较大。又由于庐山四周陡峻,山顶相对较为平坦,巨大的降雪量易保存积累,产生冰川。
岩石构造条件
庐山的南半部由前震旦纪浅变质岩及火山岩组成,相对岩层产状倾角较陡,片理发育。岩石中普遍有两组X形垂直剪切节理。岩石中缺少孔隙水,仅有紧密闭合的剪切节理也难形成球状风化。虽有冰川的形成,却缺少混入冰体中的岩块、砾石,使冰川在运动中的冰蚀作用较弱,终碛垄地带缺少冰碛物。冰蚀地貌不发育。
庐山的北半部由南华纪砂砾岩组成,地层倾角平缓,剪切裂隙发育,岩层中既有孔隙水又有裂隙水,在冰冻过程中,球状风化作用普遍而强烈。在冰川的形成和运动过程中,有大量岩块、砾石混入冰流之中,冰川的冰蚀作用强烈,易产生各种冰蚀地形,在终碛垄地带,又有大量冰碛物堆碛,各种冰蚀地貌遗迹也较为发育。
(2)形成过程及发育模式
在雪线以上的积雪经过融解冻结而变成粒雪,当粒雪的厚度大于40m时,在热力和压力作用下,粒雪产生重结晶作用形成粒雪冰。粒雪受压力排出气泡,形成浅蓝色的冰川冰晶体。粒雪盆中的冰川冰在形成过程中,可使粒雪盆演化成冰斗。当冰斗内的冰积累到一定程度时,可越过冰斗前的冰坎形成流动的冰舌,从而形成规模较小的冰斗冰川。由于冰体的不断累积增多,冰舌在重力作用下流向山谷形成山谷冰川及相应的U形谷。冰斗冰川或山谷冰川也可在合适的地形条件下形成冰窖(围谷),屯积更大量的冰川冰。
冰川流经U形谷到达断块山的山前平原就突然撒开形成扇形冰泛,覆盖山前平原及洼地,而演化成山麓冰川。
1.4庐山第四纪冰期的划分
对第四纪冰期与间冰期的划分,近30年来,国际上有了新的进展,特别是古地磁学、年代地层学及氧同位素方法的应用。Emiliani,C.,Shackleton,J.J.,Apdyke,N.D对过去0.9百万年时段里的深海沉积物用氧同位素地层划分为22个阶段计11个冷暖旋回,为第四纪冰期与间冰期的划分提供了划分对比依据。中国有关专家在对庐山第四纪地层研究的基础上,用下列9种方法,对庐山第四纪的冰期、间冰期进行了详细划分。在划分中,以第四纪地层的沉积序列作为基础,结合冰碛与冰水沉积物所停积地貌部位差异、冰碛物及冰水沉积物的层序关系、冰碛层与冰水沉积层的色调及风化程度差别、冰碛物中的矿物组合特征、冰碛物及冰水沉积物的地球化学特征、冰碛的微构造特征、冰碛物中生物遗迹组合特征、古地磁地层年代学研究结果,对庐山地质公园的第四纪冰期进行了划分。
由老至新,具体的划分方案是:大排岭冰期(300万~250万年)、大排岭-鄱阳间冰期,鄱阳冰期(180万~150万年)、鄱阳—大姑间冰期、大姑冰期(110万~90万年)、大姑—庐山间冰期,庐山冰期(40万~20万年)。即:大排岭冰期与鄱阳冰期属早更新世,大姑冰期属中更新世,庐山冰期属晚更新世,还有少数专家在上述划分基础上,又在庐山冰期之后划出了:庐山—大理间冰期及大理冰期或冰缘期。
1.5庐山第四纪冰川地质研究进展
1931年李四光在庐山首先发现了第四纪冰川遗迹,他经过详细而系统的研究,1933年发表了《扬子江流域之第四纪冰期》,1934年发表了《关于研究长江下游冰川问题材料》,深信庐山在第四纪时期发生过多次冰川活动。
庐山发现第四纪冰川遗迹,正如李四光估计的一样,有人持怀疑和反对意见。当时在中国工作的几位外国学者,如英籍学者巴尔博(G.B.barbour)、德国地质学家尼斯特拉姆(E.Nystrom)、法国地质学家德日进(Teilhard dechardin)、瑞典地质学家诺林(E.Norin)等,他们大都持怀疑态度,他们认为庐山地理位置纬度低,也不属于高山之列。1934年李四光与德日进、巴尔博、诺林、杨钟健等,在庐山召开著名的现场讨论会,各抒己见,似乎谁也没有说服谁。巴尔博、德日进等还发表不少文章,阐述庐山乃至中国东部未发生过第四纪冰川作用的见解。
1934~1936年上半年,李四光在英国讲学期间,进一步向国外朋友阐明了中国第四纪冰川作用的存在。并和威尔士(L.J.Wills)一道考察过英伦三岛的第四纪冰川遗迹,与李春昱、王恒升一道又重新考察了阿尔卑斯山区的冰川现象,收集了不少极为宝贵的第一手资料,更加坚定了庐山的冰期冰川是属于阿尔卑斯型的信心。1936年春夏之交,李四光回国后,继续寻找第四纪冰川活动的证据。1937年,李四光完成了《冰期之庐山》,书中总结了探求中国第四纪冰期、冰川的历史过程,全面系统地论述了庐山第四纪冰川遗迹,重新划分和命名了三个亚冰期和两个间冰期,并与阿尔卑斯山区的作了对比。《冰期之庐山》是作者长期调查研究第四纪冰川遗迹的科学总结,为中国第四纪冰川地质学的建立,从理论到实践,奠定了坚实的基础。
20世纪40年代以来,中国著名地质、地理学家如袁复礼、李承三、许杰、孙殿卿、徐煜坚、张文佑、李捷、王曰伦、贾兰坡、俞建章、郭文魁、郭令智、高咏源、熊永先、杨怀仁、任美锷等都先后发表过有关第四纪冰川研究的文章,他们大都赞成中国第四纪时期出现过多次冰期气候,不少冰期划分均以庐山地区为标准,加以对比。50年代后期,苏联纳里夫金院士来华出席地质会议时,在李四光、孙殿卿等陪同下,经过实地考察,改变了他原来不相信中国东部有第四纪冰川的见解,回国后发表《亚洲地质史的光辉一页》,对中国第四纪冰川表示“深信不疑”。
20世纪60年代初期,黄培华发表文章,提出庐山在更新世时不具备发育冰川的气候条件,庐山不可能发生过冰川作用。接着曹照垣、吴锡浩等人也发表文章,予以反驳,并指出黄培华的质疑论点基本上与30年代巴尔博等人的意见相类似。这期间,波兰学者柯萨尔斯基(S.Kozarski)来庐山考察后,承认庐山新桥剖面是一个终碛垅的残迹,并说“可以得出结论,中国更新世有四个冰期”。60年代中期,江西省区测队的第四纪地貌组在填图中,对庐山做了一次较全面的考察,并通过钻孔资料对比研究,不仅论证李四光所定的三个冰期外,认为在鄱阳冰期之前,可能还有一次更早的冰期。之后,终于在庐山发现了大排岭冰期,填补了这段空白,也印证了李四光教授预示的科学性。1978年,中国地质学会首次在庐山召开全国第四纪冰川及第四纪地质学术会议,全国知名的地学家及第四纪冰川工作者三百余人出席了会议,全体代表共同考察了庐山的冰川遗迹,认为李四光生前的工作是扎实可信的,庐山不愧是中国第四纪冰川地质学的诞生地。81岁高龄的杨钟健先生,也出席了这次会议。30年代杨钟健曾和几位外国学者一道参加过庐山现场辩论,那时他对庐山冰川持怀疑态度。但现在,他改变了态度。他总结说:“就我国第四纪地质问题来说,冰川好比一把钥匙,没有它,这门就开不开,更不用说登堂入室了,这个问题,目前已为大多数同志所接受,这是一个好现象。但是前进的道路不是笔直的,而是‘之\’字形的。估计未来,总不免还有些曲折。可是无论怎样曲折,真理还是真理,中国冰川的存在,已不是只说几句空话,所能动摇它的了”。他还说“更新统的冰川,就以表现最好的庐山来说,也是受到了多少摧毁和破坏的。其他地区当然