科学网—2023年京西拒马河洪水刻痕：与冰川擦痕的关键区别
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2024-10-30 18:44
| 个人分类: 地学探讨 | 系统分类: 图片百科
2024年10月02日，我驾车到北京市房山区镇江营村，考察了拒马河河床“巨石滩”。
2023年07月28日至08月02日，受到强台风“杜苏芮”影响，北京普降大暴雨，降水量为一百四十年来有仪器记录的最大值（40小时500.40mm），引发京郊几十年未见的特大洪灾。拒马河上游北京房山区镇江营段常年覆盖在河道内的数米厚砾石层被带走，露出由巨大岩块组成的基岩河床。这些大岩块突然露出，新的地质景观让各地游客慕名而来。
去年就看见地科院苏德辰老师拍摄的图片，十分震撼。为了弄清这些基岩巨石经历洪水留下的痕迹，我对拒马河镇江营村巨石滩进行了较为详细的观察，拍摄了大量照片，显示洪水搬运巨大岩块而在基岩表面留下的刻痕。镇江营巨石滩为地学同仁们提供了认识洪水刻痕的优质场所，更为今后判别洪水刻痕和冰川擦痕提供了良好的实例。下面就对本次考察所见洪水刻痕进行较为详细的介绍。看图吧：
一、 河成壶穴与洪水无关
以前很多媒体报道有河成壶穴，即：河床中的壶穴是河流的漩涡流持续冲刷的结果。那么，壶穴与大洪水有关吗？2023年夏的洪水是否在拒马河河床上形成壶穴？经过仔细观察，有几处小型壶穴都不是本次洪水形成的，而是洪水之前很久形成的。举例如下：
二、拒马河洪水形成的刻痕
下面就重点介绍本次现场考察的河床洪水刻痕，感兴趣的朋友们请仔细阅读照片中的文字描述。
三、冰川擦痕的基本特征
请看典型的冰川侵蚀冰床所留下的冰川擦痕：
冰川擦痕之所以独特，因为是固体冰川整体运动所留下的刻划和磨蚀痕迹，下面示意图解释其原理：
冰川作为固体，整体运动速率较低（平均每天数厘米），但有时一天可达 50 米甚至更远。在冰体内部、边缘和底部携带着不同比例的大岩块、小碎块和更细的砂泥级碎屑。这些岩石碎屑与冰体下面和侧面的基岩接触，在基岩表面刻划而留下深浅不一、宽窄不等的刻划痕迹，这就是冰川擦痕（包括冰川携带的砾石被基岩刻划而留在砾石表面的痕迹）。因为同时有粗细不等的岩石碎屑摩擦基岩表面，既有粗大岩块形成宽而深的沟槽，也有更多细小砂泥级别碎屑和冰体本身对基岩表面的抛光作用，所以冰川擦痕面总是相对光滑但带有近乎平行的刻划线迹，记录了冰川移动的历史。一次持续的冰川运动形成一组方向一致的擦痕，如果冰舌反复进退，方向往往有所变化，则可留下多个方向的擦痕，详细观察可以发现其先后次序。然而，每一次运动形成的擦痕基本平行。如果有弧形或者起伏的面，冰川擦痕也随之起伏；如果底部有羊背石，则擦痕也可稍有弯曲绕过其表面和侧面。总之，有方向可寻，平行而不乱。这点与洪水和泥石流在河床上留下的刻痕明显有别 。这里还是要强调几点：
第一、冰川擦痕和磨光面是同时形成的，二者形成时间一致。因此，在侵蚀面上观察，深浅与宽窄不一的冰川擦痕因暴露时间一样，风化程度一样，就连岩石漆的厚度和颜色也一样，所以看上去颜色和光泽基本一样。
第二、因为冰川运动过程中既有粗大岩块在基岩上刻划而产生的宽而深的刻划，也有细小碎屑和冰体的抛光作用，即使大的刻痕边缘也没有毛刺（已经被抛光了），而且粗细痕迹方向 都一致。
第三、如果冰川退缩过程中出现反复（冰进、冰退多次），在冰川擦痕面上就可留下方向不同的擦痕，根据其保存和切割关系可以确定其先后次序。
第四、冰川擦痕一旦出现，在一个很大的范围内（如：U形谷侧壁或谷底，冰盖下面整个基岩表面）都普遍“均匀”分布着同样的擦痕。如果暴露面很大，而擦痕仅仅在面上局部出现，即使局部很密集，也应该排除冰川擦痕的可能性。
总之：冰川擦痕是固体滑过留下的，因此表现为整体一致，共同进退。这与洪水刻痕的方向不定、各自为政明显有别。
类似的擦痕也可见于断层面上，但其特征明显有别，容易区分：
拒马河洪水刻痕的启示：
第一、洪水在河床上无法形成壶穴，因为没有稳定的高速涡流对着一个固定点持续冲刷。
第二、即使是河流上游，只要存在河床砾石，就会阻止河流的下切作用。只有大洪水将基岩河床清理干净，河流才能继续其下切作用。所以说，河流的侵蚀更本质的是以事件侵蚀为主。
第三、大规模的洪水（在河流上游泥石流往往是洪水的先锋）可以在基岩河床上留下突发性刻痕。这些刻痕尽管总体上指向下游，但因为是其携带的大小不等的岩块造成的，表现为方向变化大，可弯曲摆动，深浅不一，持续性不稳定，而刻痕与基岩以前的冲刷表面相比，形成时间晚，光滑度明显不一，色调和明暗差异巨大，刻痕表面和边缘可见毛刺。
第四、洪水及泥石流形成的刻划痕迹往往是孤立或分散的，而冰川擦痕肯定是集束成群出现。这也是区别二者的特征之一。
在过去几十年的第四纪冰川地貌及泥石流侵蚀痕迹研究中，有不少将洪水或其他成因刻划痕迹错误地当作冰川痕迹的例子。反过来，也有学者将典型的冰川擦痕看作泥石流刻痕的说法。拒马河洪水刻痕为清晰判别冰川和洪水（及泥石流）刻划痕迹提供了清晰的实例。
鸣谢：
感谢苏德辰老师分享去年考察拍摄的现场照片，感谢苏德辰老师和章雨旭研究员与本人的多次讨论。
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