专栏96鼓丘与冰下变形

理论的证据鼓丘形成的冰川下的变形由Boyce和Eyles(1991)提供。这些作者研究了加拿大中部的彼得伯勒drumlin field，它是在最后一次冰川周期期间，在前劳伦蒂德冰盖边缘的一片冰瓣下形成的。他们沿着平行于方向的一条线检查了鼓的形态和内部组成冰川流(一条流水线)。沿着流线，冰鼓从拉长变成椭圆形，接近冰瓣的极限。长条形的鼓室是在基岩上形成的，而椭圆形的鼓室则是由河口沉积物侵蚀形成的。以冲灰沉积物为核心的鼓丘表面覆盖有till，这是由于下伏till的变形和掺入而形成的变形,直到．因此，在靠近冰界的流线上发生了从沉积到侵蚀的转变。Boyce和Eyles(1991)将鼓状冰的下冰演变解释为冰瓣前进过程中冰下变形可用时间的函数。床层变形的持续时间最长的是冰川上部，在那里，冰鼓被拉长，所有先前存在的沉积物都被侵蚀并融入变形，直到形成冰鼓。在冰瓣的极限处，冰下变形只会发生很短的一段时间，冰鼓的形状更椭圆形，核心是未变形的沉积物。这里没有足够的时间来形成高度流线型的形态，也没有足够的时间来形成冰下变形来切割和重塑向外冲刷的沉积物。这些观测不仅支持了冰下冰鼓形成的变形模型，而且提供了对冰鼓内部组成的罕见洞察，并说明了它们的形态如何沿冰川流线变化。

鼓状地层示意图

4公里A

66公里C

66公里C

拉到

U沉积

¡^ 1早期冰川沉积物

资料来源:Boyce, J.I. and Eyles, N.(1991)由劳伦蒂德冰盖下的变形流雕刻的Drumlins。地质学，19,787-90。[修改自:Boyce and Eyles(1991)地质学，19，图2，第788页。]

并含有运输中的物质。下面是一个缓慢变形的视界(Bx视界)。在这以下，沉积物不变形，但稳定(B2层;图8.13)。三个层位之间的边界不应被认为是平面的，因为每个层位的厚度将随着沉积物性质的变化而变化。例如，缓慢变形层位(Bx)的存在取决于沉积物的流变学或刚度。如果沉积物是坚硬的，不容易变形，这个层位可能不存在。沉积物流变性由一系列变量控制，其中孔隙水压力尤为重要。孔隙水压力是沉积物中孔隙或间隙内的水的压力，有助于确定颗粒间摩擦力。如果孔隙水压力高，沉积物的单个颗粒就会被推得更远，颗粒之间的摩擦就会减少。 The lower the level of intergranular friction the more easily the sediment will deform. Fine-grained sediments tends to have a higher pore-water content and pressure than coarse sediments and will therefore deform more easily. Pore-water pressures may also be reduced by increasing the effective normal pressure imposed on a sediment, because this tends to drive off water, provided it can drain away. This increases intergranular friction within the sediment. The shape and size of individual grains of sediment also help determine intergranular friction.

A层和B层边界的性质可能是侵蚀的或沉积的，这取决于冰川是在经历扩张流还是压缩流。正如我们在第8.1.1节中看到的，当冰川正在经历延伸流动时，变形层可能向下切割(侵蚀)到下面的沉积物堆中，将新的沉积物(B层)同化到变形层(a层;图8.13)。在这种情况下，A层和B层之间的交界处是侵蚀的。在压缩流区，从上冰区向变形层中横向输送的碎屑堆积使变形层增大。因此，总而言之，变形层的性质是压缩或扩展冰流的函数(图8.6)以及冰川下变形沉积物流变学变化的函数。

Boulton在现场观测的基础上建立了快速变形a层变形的半定量流动模型(见专栏3.4)。利用这个模型，他能够预测快速变形的A视界如何在障碍物周围形成鼓点。图9.20A显示了软变形沉积物层内的流线。在障碍物两侧有两个泥沙流增强区，在其背风处有一个流速较慢的区域。如图9.20B所示，这种沉积物流动模式在岩心周围形成了一层软沉积物鞘。鞘内的沉积物不是固定的，尽管鞘的形状是固定的，因为沉积物是在冰川上侧添加的，而在冰川下移走的。如果冰川腐烂和/或它下面的应力场发生变化，那么变形的A视界将在核心周围静止不动，形成鼓状突起。

鼓膜形态的范围可以用A视界在固定障碍物或移动障碍物周围的变形来解释。然而，障碍物不一定在表面可见，而只是在变形床层内提供一个刚性或较硬的区域。研究中考虑了三种类型的障碍

护套的轮廓

护套的轮廓

由变形的A层形成的鞘状轮廓

冰流

由变形的A层形成的鞘状轮廓

增强的流

增强的流

增强的流

增强的流

图9.20冰下变形形成的鼓丘。(A)软变形沉积层围绕缓慢变形的地核形成的鞘状轮廓。(B)变形层内流过刚性圆柱的流动模式。从T到T8，原本笔直的横线逐渐变形。注意在气缸的背风处的变形率降低和沿其侧翼的流动增强。[修改自:Boulton (1987): Drumlin symposium (J. Menzies和J. Rose编)，Balkema，图11，第49页]

结核病Ts

T2 Ti

图9.20冰下变形形成的鼓丘。(A)软变形沉积层围绕缓慢变形的地核形成的鞘状轮廓。(B)变形层内流过刚性圆柱的流动模式。从T到T8，原本笔直的横线逐渐变形。注意在气缸的背风处的变形率降低和沿其侧翼的流动增强。[修改自:Boulton (1987): Drumlin symposium (J. Menzies和J. Rose编)，Balkema，图11，第49页]

理论:(i)基岩障碍(图9.21);(ii) B1层位内的褶皱(图9.22);(iii)沙砾未变形的区域(图9.23)。

根据博尔顿的模型，由于存在高效压力，变形的沉积物会在基岩陡坡前变厚，形成鼓状鼻。这些鼻子的形成是因为冰流经这些陡坡时产生的高压(见第4.6节:图4.6)将水从沉积物中驱逐出去，从而使其具有变形的能力。变形速率的降低(即泥沙的输送)导致泥沙的积累。变形的沉积物也会在里面形成

1:连续沉积物覆盖 A:横向扩展的基岩台阶:二维障碍 冰川流 A:横向扩展的基岩台阶:二维障碍 冰川流动-►
--
B:基岩旋钮:三维障碍 __Drumlin ►-	B:基岩旋钮:三维障碍
	德鲁姆林脱离了障碍
C:平面图中的基岩旋钮和台阶 沉积物在二维陡坡上呈v r- y方向堆积 A»T沉积物鼻子s<\\N。鼓点尾巴在lee V\\\的3-D岩石旋钮	C:在粗糙表面上移动的漂移补丁 0 / ju。
	冰流\ Drumlins基岩时间旋钮-►

图9.21变形层在不规则基岩表面移动时的形态。变形泥沙的堆积，即鼓丘，在泥沙供应或覆盖是连续的地方是静态的，但在泥沙覆盖是斑块状的，因此供应是不连续的地方是可移动的。[修改自:Boulton(1987)，《Drumlin Symposium》(J. Menzies和J. Rose编)，Balkema，图27，第72页]

图9.21变形层在不规则基岩表面移动时的形态。变形泥沙的堆积，即鼓丘，在泥沙供应或覆盖是连续的地方是静态的，但在泥沙覆盖是斑块状的，因此供应是不连续的地方是可移动的。[修改自:Boulton(1987)，《Drumlin Symposium》(J. Menzies和J. Rose编)，Balkema，图27，第72页]

基岩旋钮的背风处，由于变形沉积物的流量减少(图9.21)。如果变形沉积物的供应量很大，那么基岩障碍周围的沉积物尾部将会保持不变，就像静止或驻波一样。在这种情况下，鼓壳内有一个恒定的沉积物通量;它在上游被添加的速度和在下游被移除的速度一样快。然而，如果变形沉积物的供应很小，例如，如果它只是一小块变形沉积物，那么在基岩旋结周围形成的鼓状突起将随着沉积物从冰川上表面被移走而不被替换而通过障碍。基岩障碍物形成的鼓穴模式主要取决于沉积物的可用性和基岩表面的粗糙度(图9.21)。

沿B1层与A层交界的褶皱可能是鼓状层形成的焦点。如果B1层的性质在流动方向上发生变化，例如，如果沉积物变得更硬的下冰，那么它的变形速率将发生变化(从高到低)，这可能导致压缩和折叠。这些褶皱周围的A层变形可形成如图9.22所示的鼓状层。重复折叠和再折叠原来的褶皱可能会导致它被拔出，就像一块口香糖可能会被拉伸一样

答:固定折芯

迅速

答:固定折芯

迅速

B层沉积物较软

B层抗沉积

B层沉积物较软

B层抗沉积

B:移动折叠核心

鼓丘

的核心

B:移动折叠核心

鼓丘

的核心

图9.22 a层和B层交界面产生的褶皱周围变形层形态(A)固定折芯和静态鼓鼓。(B)脱根，移动，折叠核心，因此移动鼓。[修改自:Boulton (1987): Drumlin Symposium (J. Menzies和J. Rose编)，Balkema，图27,p. 73]

图9.22 a层和B层交界面产生的褶皱周围变形层形态(A)固定折芯和静态鼓鼓。(B)脱根，移动，折叠核心，因此移动鼓。[修改自:Boulton (1987): Drumlin Symposium (J. Menzies和J. Rose编)，Balkema，图27,p. 73]

一直拉伸到最后断了。一旦褶皱被根除，它就能朝着冰川流动的方向移动。drumlin也将能够迁移。

博尔顿所考虑的鼓状岩心的最后一种类型是未变形的砂砾。图9.23显示了靠近冰锋融水入口的粗砾石沉积的冰川前场。如果这个冰锋在向外冲的沉积物上前进，它就会使沉积物变形。粗大的自由排水砾石由于其内部孔隙水压力较低而不太可能变形，并保持为固定的未变形的岩心，周围的细粒沉积物(排水较差，因此孔隙水压力较高)可能会变形。地核是由其表面A层的变形和变形层底部的侵蚀形成和侵蚀的。通过这种方式，可以生成具有未变形的层状河流砂和砾石核心的鼓室(框9.5)。在水流强烈延伸的地区，侵蚀发生在A层和B层之间的边界，因为变形切断了沉积物桩。变形的A层由于A- b层同化变形沉积物的横向搬运，可能非常薄。在这种情况下，沿a层和B层之间的界面侵蚀可以有效地形成鼓状层。

在这个模型中，巨型笛子只是鼓鼓的一种亚型，是由冰川快速流动和冰下变形产生的，这往往会产生更细长的形式。肋碛是在这个模型中被认为是由早期线性沉积物体的重塑而形成的，也许是形成的

时间1

融水流出的入口

冰缘

冰前的融水流

老冰缘

流水线

新冰缘

时间1

融水流出的入口

冰缘

原冰川融水流

老冰缘

流水线

新冰缘

粗砾石条

图9.23鼓丘开始于坚硬的不变形沉积物核心周围，在这种情况下，粗砾石条。时间1:靠近融水入口的粗砾石沉积。时间2:冰的推进和粗砾石周围的冰下变形产生了流线型的鼓丘，其核心是未变形的砾石。它们类似于高度变形岩体中的边界。[修改自:Boulton(1987)在Drumlin研讨会(J. Menzies和J. Rose编)，Balkema，图27，第73页]

尽管近年来提出了一系列其他解释(图9.24;框9.7)。

博尔顿模型的强大之处在于它可以解释一个一般理论的所有要求，即存在不同的亚种冰川下的地形比如巨型长笛，鼓状冰，MSGL和棱状冰碛。该模型还解释了这些地貌中发现的不同成分和结构的范围;特别是由(i)基岩组成的鼓状岩心;(2)等;(iii)层状砂砾。此外，该模型还解释了床型的空间分布:它们只发生在可能发生冰下变形的地方。最后，该模型可以解释在一些研究中观察到的鼓状突起快速形成的现象。该模型的关键优势在于，它代表了通过冰下变形建立一个统一模型的尝试。

然而，它也并非没有反对者。一些研究人员认为，目前没有直接证据表明冰下变形是冰盖下普遍存在的过程。迄今为止，对冰下变形的直接现场观测仅限于快速流动的南极冰流和冰岛和阿拉斯加的冰川。反对冰下变形的人指出，缺乏广泛的冰下构造结构的证据，例如冰川沉积物中的褶皱和冲断，以及均匀的till层和未受干扰的沉积物序列。然而，正如我们在

时间1

时间2

时间1

冰流1

冰场1

冰场2

时间2

冰场2

冰流2

冰流1

冰场1

图9.24横向漂移脊通过变形逐渐转变为根状或棱状冰碛和冰鼓的方式示意图。原始的漂流脊、超大规模的冰川界线或大冰鼓可能反映了冰流的早期方向，并因与冰分水岭转移有关的新的冰流方向而变形为棱状冰碛。[修改自:Boulton(1987)，《Drumlin Symposium》(J. Menzies和J. Rose编)，Balkema，图28，第75页]

继续阅读:Box 98编织埃斯克斯的形成苏格兰高地的一些例子

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