撞击坑的形态要素有坑底、坑壁、坑翼和部分撞击坑所具有的中央峰,其中坑壁和中央峰坡度较大,坑翼次之,坑底的坡度最小。撞击坑的形成可以分为三个阶段即压缩、冲入和形态变化阶段(图1233)(Gaultetal,1968)。撞击坑的形态有平滑坑壁和梯级坑壁以及对称坑壁和非对称坑壁之分。瞬时坑形成后,撞击坑周壁物质会产生崩落和坡积的地貌及堆积过程,如碎屑的胶结性好,坑壁坡度就大,若胶结性较差,坑壁坡度就小。因此,撞击坑坑壁的坡度反映局地材料的胶结特性。表127为月球正面撞击坑的最大坡度值。
众所周知,只要有了坡度就会因坡度不同而形成多种坡地地貌和坡积物。撞击坑的坑沿和坑壁上堆积了溅射回落的砾块,类似火山弹回落地表一样。
而在另一类坑壁上则从坑口上的悬沟似壁槽有细粒物以泻溜的方式直达坑底坡麓,形成大规模坡积裙(或裾)(图1232)。
2.撞击坑坑壁与堆积类型(周增坡,2012)根据坑壁的形态差异可以区别不同的堆积特征。
(1)多砾坑壁。
多砾坑壁是指在撞击坑的坑壁上或坑沿附近有大量块砾出现。一般认为具有多砾坑壁的撞击坑年龄较小,而坑壁上石块的来源则有二:一是本源,另一是外源。本源岩块是指在撞击过程中撞击体溅起基岩块的回落(图1231)(Bart,2007)。外源岩块指岩块随着坡面的重力或月震的作用下从别处滚落至坑壁上,这类岩块在经过处常留有明显的滚痕(图1234)。在坑壁上分布的岩块有的可达百余立方米(Ostrach,2012)图1234石块及其滚痕(石块在滚动,减速过程中遇到了坡度更陡的坑壁便落入坑内,并最终停留在坑壁上)(周增坡,2011)(图1234)。
(2)坑体规模、坑壁坡度与堆积块径的关系。
据周增坡解释(2011,2012)撞击坑坑壁的上部由于坡度相对较大,坑壁较为平滑并缺乏块石,更为起伏和砾石更多。对大撞击坑周围块石的观测发现,最大块石距离坑沿的距离并不遥远,这说明最大石块溅射时的速度并不大,而小撞击坑最大块石与坑沿的距离差异较大,说明溅射物出射的速度有很大差异。
(3)泻溜或蠕动状坑壁及坡积。
月球在过去和现在都无液态水的分布,但在某些撞击坑的坑壁上可以观察到类似泻溜或蠕动产生的沟状月貌,这种月貌有三个不同的表现即壁沟、通道和坡积裙(Bart,2006)。壁沟在坑壁的上部,它是通道的源头,坑壁上有多条壁沟,这些壁沟在坑壁上所处的高度均相似。有时在通道的最上端,由于有更多的物质被搬动,顶部的碎屑物质就较少。沟道是对坑壁的切割。这些通道,时有会合和分叉。碎屑物质在坑壁的底部汇积,形成了类似冲积扇形状的坡积裙。坡积裙中的物质在重力作用下发生了分选,上层物质较细,下层物质较粗(图1232)。
(4)梯形或非对称梯壁的月球地貌与堆积。
由图1235—图1237可以推测,坑沿外侧有滑动过程,而阶梯状坑壁则显示坑内壁也可以同时产生和滚动。一些较大型撞击坑坑翼上的撞击坑,坑翼的物质分层和坡度差异为非对称梯壁的形成创造了条件(Giffordetal,1979)(图1237)。也为更丰富的坡地地貌和堆积物的发育创造了条件。譬如,滑坡的形成和堆积(图1236)(参阅第六章)。
(第四节)人工混杂堆积
可以说自有人类活动以来,就有人工混杂堆积。时间可以上溯万年、几十万年甚至百万年……古人类学家只注意寻找化石,而少见对相应堆积物特征的报道。
20世纪60年代,在冰川学界曾有一则很可信的传说,谓有学者在欧洲捷克塔特拉山发现了冰川堆积物,证明更新世该地曾有冰川作用,引起人们很大关注。该山的主峰2000m多,且纬度也不高,此前从无人论及这一话题。没过多久(1957年前后),又传出此前所谓塔特拉山区冰碛物实为二战时所建碉堡被毁后的混凝土块被冲到山下而被误认为是冰碛物……此事第一次给作者的印象即人工混凝土与基质填充的无分选的冰碛物有相似之处,并且已引起学界的误会。
2002年作者与一小分队去内蒙古考察,在接近大青山时,路边小山岗出露一剖面,显示很规则的水平“层理”。但层内大小混杂无任何分选,看上去与泥石流堆积的“有层无理”很相似。正当作者凝思其可能的成因时,同行的一古地理学家告诉我这是一段残存的古城墙,由于人工夯土成层性极好,而每一层夯土都很混杂,以致引起作者误会。还有1996年,作者在尼泊尔考察,在小喜马拉雅山南坡河谷旁被一第四纪地层剖面所吸引。正当大家观察而觉得不宜对其成因下结论时,突然发现堆积物中有一块残破的烧砖……
再联系其他结构特征,问题迎刃而解,原来是烧砖厂的废弃物。再一例,1993年作者在同行陪同下考察加拿大圣劳伦斯河口地貌与沉积,在河口大片淤泥中有磨圆很好的河卵石(直径约3cm),按理河口淤泥中是不应有砾石的,据闻也确有同行认为有所发现而为此撰文。后来才知道,这是18—19世纪之交,英国货船从英国港口出发时用河卵石为空船压舱,到加拿大此河口卸掉再装需运回之货物。所以这些混杂的砾石都是“压舱石”。以上所述,不是一般的故事介绍,而是有感而发。人工混杂堆积确有其事,五花八门,稍有不慎,就会产生误会。当然在第四纪松散层中看到了残留砖块,并不能直接说明它是人工堆积,因为该砖块也会被带入泥石流或河流堆积中,那就不是人工堆积了……但由以上实例可知,地貌第四纪工作者应对人工堆积予以关注。
一、人工混杂堆积种类和堆积类型
作者认为,人工混杂堆积有如下各类:
(1)矿山渣土及其他施工渣土(包括水利工程、采矿、烧石灰、筑路及矿山、土建废渣等)(照片1210)。
(2)人工夯土、混凝土构件及人工筑墙筑坝等(古城堡、炮台、城墙、海塘、土质堤坝、烽火台备料等)(照片1211—照片1214)。
(3)古墓封土和盗洞填充(照片1217,照片1218)。
(4)石器制作废渣(照片1215,照片1216)。
(5)洞穴及古聚落遗址(玛尼堆、贝丘、窑址、烧砖废渣、祭祀坑、灰烬层、灰坑积石冢等)(照片1210)。
(6)其他。
作者认为人工混杂堆积也是一个不小的“家族”,因为人类活动始于第四纪,所以无疑是第四纪沉积类型之一;同时也与考古学,特别是环境考古学结缘,可以说全部人工混杂堆积都应属于考古研究范畴。尤其是在中国,聚落遗址可以上溯到9000—8000aBP,城堡建筑略迟(4000—5000aBP)或同时出现。在中华大地无处不会发现古代人类活动的踪迹,所以人工混杂堆积研究既有现实意义也有古文化意义。应该承认考古工作者对牵涉上述各项相关考古的内容均十分熟悉,反倒是地质地貌工作者要重新学习,以便掌握人工堆积的辨识能力。
按堆积特征及形成过程可以把人工混杂堆积划分如下亚相:
(1)夯土及浇注亚相:目的是固化各类土石制城墙、城堡、炮台、贝丘和墓地、窑址等,各夯土层均具有限定的厚度,如城墙夯土各层基本均一,“层面”极为清晰,一般单层10—20cm,当然松散土层夯时要厚得多,而夯土层内土石混杂,很像泥石流之“有层无理”结构(照片1211—照片1214)。
浇注指近现代混凝土浇筑所致。因石块堆积在“基质”水泥中,如前所述捷克塔特拉山一例被误认为是“古冰碛层”。此种误会从科学研究来说,并非仅仅是可笑。
此亚类还包括古墓葬封土,它既有平行“层理”的夯土(中心部分),也有斜层构造的弃土堆积(边缘部分),其特点是封土中均有或常见石灰土夹层。墓葬时挖了又回填,斑驳混杂,俗称“五花土”(照片1217,照片1218)。亚类还包括聚落建筑、居住房屋硬土地面(草末伴泥土)、灶基等。
(2)就地弃置亚类:大部分人工混杂堆积属此,再如洞穴灰烬层(图1238)、石器制造现场、聚落生活废弃物(垃圾)灰坑、祭祀坑等。有时灰烬层能显示水平层理,有时则比较散乱,但各个时代如使用同一聚落遗迹,则显示前后是分层的,但也有穿层的(切层的),甚至层序倒置的。如袁振新等报道(1985),北京周口店大旮旯剖面发掘的7m深度内,有洞穴人工灰烬层及断层角砾岩等发育,如第4层(图1238)。
第4层:角砾夹薄层灰烬层,厚3m左右。此处的第4层和遗址西部、中部比较,灰烬层中发现厚10—30cm的七八个薄层和透镜体,而且由西向东逐渐尖灭,最后灰烬层变成零星的炭屑和烧骨。另在嘉峪关烽火台区域曾发现汉朝备用的烽火烧柴(芦苇)堆积层及相关用土。内蒙古大青山南麓大窑遗址,离石黄土层下面有大块从大青山被泥石流冲下的燧石石块,有几个时代的石器制造场设于该处,留下大片弃置的石核、石片等,时代属旧石器中期(照片1215)。在昆仑山垭口区三岔河在黄土层下有硅质岩出露,有大片石核、石片弃置该地,均构成混杂堆积层(照片1216)。
弃置亚类还包括采矿渣土、烧石灰、烧砖、筑路等废料,无论是机械,或手推车或传送带扬弃,弃渣堆积方式均为倾卸,故具备不同角度的斜层构造是其特点(照片1210)。如在北京周口店烧石灰现场或其他场所,不论规模大小都是斜层构造明显,倾角均符合自然坡度角30°左右,最大特点是常夹杂各类砖块、石灰块等,是其成因判别重要标志。在云南丽江玉龙山下大具盆地木材外运依靠人工滑道向金沙江投入木材,图1238北京周口店遗址大旮旯下上新统鱼岭组及上上新统红土剖面(杨子赓等,1985)所用滑道下部出口处形成很有规模的人工堆积锥,也是一例。
(3)填充亚类:一般为同类土质,但不同于封土,类似一种人工“陷落柱”堆积,应较易辨认,如古水井、盗洞等回填堆积等。
二、人工混杂堆积的结构和构造
人工混杂堆积主要有以下几种结构、构造:
(1)块状结构——“混杂层”,近似泥石流混杂层,是人工混杂堆积中最普遍的结构,可以是多层叠置,杂基支撑或悬浮结构均有显示(照片1211—照片1214)。
(2)斜层构造,为倾卸类混杂堆积所共有,实际即人工坡积层,含各种弃渣(如碎砖、陶片、灰块等)。