通过LiDAR绘图技术对加拿大中部德吉尔（De Geer）冰碛和冰山坑进行测绘，揭示了影响湖泊末端古老冰川流动的季节性因素

《Quaternary Science Reviews》：Seasonal controls on the retreat of lake-terminating paleo ice streams in central Canada revealed by LiDAR mapping of De Geer moraines and iceberg pits

　　尼克·艾尔斯 | 西德·布卡里 | 卡罗琳·艾尔斯
多伦多大学斯卡伯勒分校物理与环境科学系，加拿大安大略省斯卡伯勒市Military Trail 1265号，M1C 1A4

**摘要**
通过对加拿大安大略省南部晚更新世时期约10万平方公里冰前湖泊底部的高分辨率（0.5米）激光雷达图像进行分析，揭示了劳伦提德冰盖在15,500至13,000校正年前区域性退缩过程中，湖泊终止处古冰川流动速度和方式的变迁记录。这种地貌特征表现为连绵分布的、间距规律的微小冰碛脊，高度可达5米。这些冰碛脊有的呈宽线形（A1型），间距约为30-60米；有的则较为蜿蜒，常相互连接（A2型）。A1型和A2型冰碛脊被认为是由冰川边缘在冬季重新前进时，对软沉积物的推挤作用形成的。区域气候重建结果表明，冰川边缘的退缩受到季节性因素的强烈影响。相互连接的A2型冰碛脊表明冰川边缘曾暂时稳定，退缩速度减缓。局部区域中，这些冰碛脊上散布着类似甜甜圈的坑洞（B型冰碛脊），这些是由冰川边缘断裂后沉入水中形成的。这些坑洞的分布特征暗示了冰川边缘的不稳定性和加速崩解现象，可能与水位波动或小规模冰川激增有关。这些冰碛脊及相关的坑洞共同构成了一个独特的冰前湖泊地貌组合，记录了古冰川流动的季节性控制过程。

**1. 引言**
近年来，高分辨率激光雷达数字地形图像的广泛应用开启了冰川地貌学的新篇章，即使在森林覆盖、农业活动频繁或城市化的地区，也能揭示出长期研究的冰川地貌的精细细节（参见Ojala等（2015）、Cline等（2015）、Johnson等（2015）、Ojala（2016）、Putkinen等（2017）、Eyles等（2018, 2023）、Sookhan等（2018a, 2018b, 2019）、Middleton等（2020）、Bukhari等（2021, 2024）、Szuman等（2024）、Vérité等（2021, 2023）、Salomon等（2024）、Woronko等（2024）、Chandran等（2025）、Weckwerth等（2025）、Dawson和Lewin（2025）、Giles（2025）以及Roy（2026）的研究。这项革命性技术使我们能够深入了解古代冰体的结构、塑造冰床的冰下过程及其相关冰床形态的演变。这些信息对于数值模拟古冰川流动的基底粗糙度及冰盖动力学至关重要（参见Stokes等（2015）、Stokes（2018）和Luo等（2025）的综述）。本文结合激光雷达地形数据和有限的地下地质信息，旨在更好地理解加拿大中部安大略省在15,500至13,000校正年前末次冰期（威斯康星冰期）期间古冰川流动边缘的退缩特征。

**2. 区域冰川地质背景**
对安大略省南部激光雷达图像的分析识别出了一系列明确的巨型冰川线性特征（MSGLs），这些特征定义了几条快速流动的古冰川的路径，其流动方向受东部长湖地区主要湖泊盆地的控制（参见Eyles等（2018）、Bukhari等（2024，图2, 图3））。冰川流动发生在冰盖退缩和快速融化期间，可能是在15,500校正年前后大型冰前湖泊形成时引发的。到13,000校正年前，这些冰川流已完全从安大略盆地退去（参见Sookhan等（2018a, 2019）、Mulligan等（2019）的研究）。在冰前湖泊水位较高的地区，陆地向终端的古冰川流动留下的遗迹以低矮的微小冰碛和成分多样的末端冰碛形式保存下来（参见Mulligan等（2019）），这些冰碛叠加在MSGLs和鼓丘之上（图4）。

**3. 研究方法**
本研究利用高分辨率（0.5米）激光雷达图像，结合有限的地下地质信息，分析了末次冰期结束时安大略省古冰川流动边缘的退缩特征。激光雷达图像揭示了以往低分辨率（2至30米）遥感及卫星图像无法识别的新地貌细节（见图1）。通过结合地下地质观测，我们识别、分类并解释了古冰川在安大略省南部艾利湖、休伦湖和安大略湖盆地中留下的微小冰碛脊的起源和形成机制（见图2）。这些冰碛脊对劳伦提德冰盖退缩期间的古气候和古冰川学研究具有重要意义，并为后续研究提供了线索。

**4. 结论**
高分辨率激光雷达图像极大地拓展了冰川地貌学的研究范围，为深入了解长期存在的冰川地貌提供了新的视角。本研究通过分析激光雷达数据，揭示了以前的冰前湖泊底部地貌特征，为古冰川结构、冰下过程及其相关演变提供了关键信息，这些信息对数值模拟古冰川流动的基底粗糙度和冰盖动力学至关重要。该区域已经经过耕作，山脊通过土壤颜色的色调差异来表现。这些山脊由变形的冰湖淤泥 clay 和沙子构成（见图 16、图 17、图 18）。
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**图 11.**
A：在卡文（见图 3 了解位置）分布着间距紧密的线性山脊（类型 A1）和相连的山脊（类型 A2）；（B）为地形剖面图（X-Y），显示了山脊之间的间距。平均山脊高度约为 2 米。山脊底部宽度通常为 30 米，平均山脊间距约为 30 米。为了视觉效果，山脊的起伏幅度通过高度比例的夸大来表现。
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**图 12.**
在巴里附近的克朗希尔（见图 2），分布着阶梯状的蜿蜒山脊和椭圆形凹陷（类型 A2），这些地形部分掩盖了流向右侧的西姆科冰流的巨型冰川线性构造。平滑区域是农业活动的结果。
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**图 13.**
A：在金特冰流（见图 3）的河床上，奥兰德地区分布着间距紧密的类型 A2 蜿蜒山脊和包围着类似陨石坑的洼地的类型 B 山脊。（B）环境部水井的位置用黄色点标记。
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**图 14.**
在巴里市内的森林地带，西姆科冰流河床上分布着间距紧密的类型 A1 线性山脊和类型 A2 蜿蜒山脊（见图 2 了解位置）。这些山脊受到了城市开发的影响；起伏的地形非常适合建造高尔夫球场。
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**图 15.**
在惠特尔西冰湖底部，分布着间距紧密的类型 A1 线性山脊和类型 A2 蜿蜒山脊。门齐斯（Menzies, 2001）曾描述这些山脊是在冰川前沿线处形成的。山脊由于农业活动而变得平滑。冰湖沉积物下的巨型冰川线性构造记录了哈尔顿冰流（Halton Ice Stream）向西流动的过程（见图 2）。

**3. 方法论**
以下部分详细说明了获取、处理和可视化高分辨率 LiDAR 数据以绘制研究区域内小型冰碛山脊分布的过程，以及对其进行地质调查以验证其组成的方法。由于这类山脊在南安大略省的分布范围非常广泛，地质数据较为有限，因此我们的研究和解释主要依赖于山脊的形态和间距。特别强调了高分辨率 LiDAR 图像的处理和可视化，因为这对于识别之前未被绘制的细微、低起伏的地形至关重要（见图 1）。

**3.1. 数据获取与整合**
公开可用的地理参考 LiDAR 数据来自安大略省自然资源与林业部（Ontario Ministry of Natural Resources and Forestry）的 LiDAR 数据库（Ontario GeoHub LiDAR, 2018），数据以 ZIP 格式打包，包含 1 平方公里的无缝数字地形模型（DTM）。每个数据包包含大约 100 到 20,000 平方公里的 GeoTiff（“.tif”）格式的图块，垂直精度为 15 厘米，栅格分辨率为 0.5 米。LiDAR 数据包被解压缩后，使用 ArcGIS Pro (v 3.6) 中的内置工具 Mosaic to New Raster 进行拼接，生成无缝的 DTM。

**3.2. LiDAR 数据的可视化与增强**
为了提取低起伏冰川地形的细微地貌信息，需要对拼接后的 LiDAR DTM 进行可视化处理。通过使用 ArcGIS Pro Raster Functions 工具箱中的 Hillshade 操作生成阴影地形图来实现这一目标；标准参数为方位角（315°）和太阳高度角（45°）。此外，还生成了多方向阴影合成图，以突出无论朝向如何的地貌特征，尤其是在农业活动严重改变地表的区域。为了增强视觉效果和便于识别，高度比例被垂直夸大了 6 倍。阴影图层以部分透明的方式覆盖在 DTM 上，以保留阴影和高度信息。进一步通过对比度拉伸和直方图均衡化处理来提高细微地形的可见度。从地形阴影图层中选取的部分区域被裁剪出来，在 ArcGIS Pro 中创建局部场景，用于三维可视化地表地形。

**3.3. 山脊的地貌绘制与地下调查**
通过上述方法生成的阴影地形图进行详细解读，完成了小型冰碛山脊的测绘。采取了几项质量控制措施以确保结果的一致性和减少用户错误。在测绘之前，检查数据集中是否存在异常值、插值错误和异常高程值。使用数据管理工具箱中的 Create Fishnet 工具为研究区域生成网格，并以统一的比例尺（1:20,000）进行测绘。山脊区域被系统地绘制成多边形并存储为 shapefile（“.shp”）格式。山脊间距和起伏幅度是根据使用拼接后的 DTM 生成的高程剖面获得的。

关于山脊地下成分的沉积学信息，通过观察众多临时性的道路切割面和挖掘的深测试坑获得。山脊的更广泛的地质背景信息则来自安大略省环境、保护和公园部（Ontario Ministry of Environment, Conservation and Parks）的水井信息系统（Water Well Information System, 2024）。道路切割面和井钻记录虽然不能进行详细的沉积学研究，但证实了山脊出现在细粒冰湖沉积物区域，这与它们位于 former 湖泊盆地的位置相符。

**4. 山脊的形态**
LiDAR 图像显示，在退冰期间形成的前冰川湖泊底部，分布着间距紧密的小型冰碛山脊（见图 1 至图 15）。某些地区仍然被茂密的森林覆盖且排水不良，这可能导致它们在遥感图像中难以被识别（例如图 1），同时这些山脊在未受耕作和人类活动影响的情况下得到了良好的保存。排水良好的高处山脊顶部与山脊之间的洼地有所不同：在春季融雪时洼地中常有积水（见图 9）。自 19 世纪初欧洲人定居以来被砍伐的森林地区，原始的山脊地形明显变得平滑。在这些地区，小型冰碛山脊通常通过土壤颜色的色调差异表现出来，这种现象在晚春和初夏时尤为明显，因为此时高处的山脊比排水不良的洼地干燥得更快（见图 10）。

高分辨率 LiDAR 图像根据山脊的不同平面形态和间距将其分为三类：A1、A2 和 B（见图 5）。
- **类型 A1** 的山脊具有相对简单的线性顶部轮廓（见图 1 至图 15）。这些山脊彼此平行，垂直于冰川流动的方向（因此也与退冰过程中形成的冰缘平行）。它们的横截面呈对称的三角形，顶部略微圆润，沿长度方向高度较为一致，侧坡角度较小。高度在 2 至 5 米之间，底部宽度约为 30 至 60 米，山脊间距从零（山脊紧密接触时）到约 60 米不等（见图 12）。
- **类型 A2** 的山脊与类型 A1 的山脊具有相同的总体方向，但更加蜿蜒，间距更紧密，经常相互连接，部分山脊直接相邻或重叠（见图 5）。在紧密相连的山脊之间会出现椭圆形的凹陷（见图 6、图 7）。
- **类型 B** 的山脊（见图 5）由卵形环形堤坝组成，完全或部分包围着直径通常在 30 至 50 米之间的中央凹陷。这些凹陷低于周围的湖底。山脊高度与类型 A 的山脊大致相同，但在凹陷周围的分布不均匀。类型 B 的山脊叠加在线性类型 A1 和蜿蜒类型 A2 的山脊上，在紧密排列时形成类似炸弹坑的独特地形（见图 8、图 13）。

**5. 山脊的组成**
如前所述，用于评估南安大略省大面积地区（包含数千条山脊）的地质数据库非常有限。我们对山脊的地下组成主要是通过观察众多浅层道路切割面、挖掘三个测试坑以及对侧壁的沉积学分析来确定的。此外，我们还审查了来自安大略省环境、保护和公园部的超过一千个（n = 1412 个）位于冰碛湖床上的钻孔记录。大多数井穿透至基岩，提供了构建地表小型冰碛山脊的古环境背景的更深层的地层信息。虽然这些钻孔记录较为简化，无法进行详细的沉积学分析，但它们提供了有关山脊带内底层材料纹理范围的信息，从而与其他数据结合，有助于了解山脊形成时期的更广泛古环境。

在 ORM（Ormond Seaway）南部山坡的加登希尔（Garden Hill）地区，我们在前哈尔顿冰流（Quinte Ice Stream）的河床上挖掘了测试坑（见图 3、图 10、图 16）。测试坑 1 位于一条线性山脊（类型 A1）的顶部，测试坑 2 位于两条相邻类型 A1 山脊之间的洼地底部，测试坑 3（最深 2.6 米）位于一条卵形环形山脊（类型 B）的顶部。沉积物按照艾尔斯（Eyles）等人（1983）提出的标准和广泛使用的描述程序和相术语进行了描述和记录（见图 17）。每个沉积物样本重约 0.5 公斤，从坑壁上暴露的不同纹理和层理特征的层中采集，以进行粒度分析。

**图 16.** 加登希尔（Garden Hill）的测试坑位置：位于一条线性类型 A1 山脊顶部（#1）、山脊之间的凹陷处（#2）以及一条经过农业活动平滑处理的类型 B 卵形山脊顶部（#3）（见图 3 了解位置）。山脊顶部用虚线白色线条标出。
**图 17.** 从加登希尔（Garden Hill）的山脊中挖掘出的三个测试坑的沉积学记录图（见图 16）。相代码依据艾尔斯（Eyles, 1983）的分类。测试坑的最大深度为 2.6 米。沉积物主要包括节奏层理的冰湖淤泥 clay（相 Fl）、细粒分级砂（相 Sg）、块状砂（相 Sm）和波纹砂（相 Sr），并且局部发生了严重变形（见图 18）。注意，在测试坑 1 中，未变形的淤泥 clay 和砂层覆盖在变形的沉积物之上。

所有三个测试坑都显示出一层薄（<50 厘米）的富含有机质的土壤覆盖层，这是冰川期后风化和最近农业活动的结果（见图 17）。所有坑中的未风化沉积物均为细粒组成，包括波纹状（相 Sr）、通常分级的（相 Sg）或块状的（相 Sm）砂层。这些相与块状淤泥（相 Fm）以及节奏层理的淤泥和粘土夹层（相 Fl）相互交织。相邻的水井中也记录了同样的细粒冰湖淤泥 clay 和砂层。

季节性影响着水下环境，这一点从夏季融水沉积形成的节奏层理淤泥和粘土夹层中可以看出，冬季则有薄的粘土层（例如 Ashley, 1975）。值得注意的是，吉尔伯特（Gilbert, 1997）描述了 ORM（Ormond Seaway）靠近范多夫（Vandorf）社区附近的顶部发现的节奏层理冰湖淤泥 clay 相，这表明冰川退缩期间的沉积作用受到强烈的季节性控制。在没有更粗粒沉积物的情况下，测试坑的沉积学数据表明，这些山脊是由波浪底部以下积累的潜水沉积物构成的，这些沉积物不受表面风驱动的波浪和强烈的融水流入的影响。所有测试坑的露头都显示了被变形的冰川湖相沉积（见图17和图18）。在线性山脊顶部的测试坑1中，下部显示了垂直倾斜的沉积物被截断，并覆盖着大约1.0米的未受扰动的原位冰川湖沉积物（见图17）。在线性山脊之间的凹陷中挖掘的测试坑2中的沉积物也高度变形，而在椭圆形B型山脊中挖掘的测试坑3的上部也是如此（见图17）。同样的地层组合也可以在道路切割面上看到，即一层相对较薄的未受扰动的冰川湖相沉积物不整合地覆盖在变形的、倾斜度很大的沉积物上。

6. 较小的冰碛形成过程
6.1. 线性山脊和弯曲山脊（类型A1、A2）
所有山脊都出现在前冰川湖泊的底部。线性A1型和更弯曲的A2型山脊的大小、高度和间距大致一致，加上它们与冰流方向横截面的一致性，清楚地表明了在冰川边缘退缩过程中存在的重复性山脊形成机制。Garden Hill测试坑中节奏性地层化的粉质粘土以及Gilbert（1997年）报告的层状粉质粘土提供了整体沉积环境，这表明区域气候具有强烈的季节性控制作用，从而影响了冰川边缘的行为及相关的山脊形成。这一解释得到了Ridge等人（2012年）对纽约州和新英格兰地区相邻部分冰川湖沉积序列进行的古气候重建的强烈支持。这些研究人员为大约18000年前冰盖开始退缩后的时间段发展了一套修订后的湖泊层序年表，取代了Antevs（1922、1925、1928年）最初提出的年表。在18000年至约12000年前的6000年时间段内，不同地点测量了层序厚度（Ridge等人，2012年），这段时期涵盖了本文描述的从安大略省南部开始的冰流启动和退缩过程以及湖底山脊的形成。他们报告指出，整个地区的层序厚度具有非常高的相关性，反映了退缩中的冰盖每年产生的融水量是一致的。他们推断出，在15000年之前，冰川边缘的退缩速度在每年45至300米之间，这一速度据Ridge等人（2012年）称与格陵兰冰芯中的古温度记录“具有十年级的精确度”相符。他们得出结论，东部冰盖的质量平衡几乎处于平衡状态，因此每年的退缩速度主要受表面消融率变化的控制，也就是夏季温度的变化。

鉴于Ridge等人（2012年）建立的更广泛的古环境背景，以及类型A1和A2山脊在湖底的一致形态和规律间距，这些山脊被解释为季节性形成的De Geer冰碛。De Geer冰碛最初由De Geer在1940年描述，并由Hoppe（1959年）重新命名。关于De Geer冰碛和其他季节性形成的小型冰碛的起源有大量的文献研究（例如，Lawrence和Elsson，1953；Elsson，1957、1968；Hoppe，1959；M?ller，1962；Andrews，1963；L?ken和Leahy，1964；Str?mberg，1965；Mickelson和Berkson，1974；Smith，1982、1985；Smith和Hunter，1989；Sollid，1989；Zilliacus，1989；Beaudry和Prichonnet，1991、1995；Blake，2000；Lundqvist，2000；Lindén和M?ller，2005；Ottesen和Dowdeswell，2006；Todd等人，2007；Lajeunesse，2008；Ottesen等人，2008；Benediktsson等人，2009；Breckenridge等人，2012；Ojala等人，2015；Flink等人，2015；Gribel，2015；Livingstone等人，2015；Storrar等人，2015；Ojala，2016；Sinclair等人，2018；Gauthier等人，2022；Rivers等人，2023、2025）。总结这些文献，De Geer冰碛的高度通常小于5米，基部宽度小于约50米，山脊之间的间距可达到几百米，其大小和间距与安大略省南部的类型A1山脊相当。多个山脊以不同的名称出现，如“场”、“走廊”或“带状”，这是由处于水中的退缩冰川边缘每年（冬季）和/或亚年次的向前移动造成的。值得注意的是，它们的地质组成非常多样，包括变形的冰碛物、冰川河流沉积物、冰川海洋沉积物和冰川湖沉积物。在De Geer冰碛最初被描述的斯堪的纳维亚盾状地带的坚硬岩石基底上，覆盖着稀疏不连续的冰川沉积物时（De Geer，1889、1930、1940），山脊由粗粒的、常含巨石的前冰川潜水沉积物组成（Ojala等人，2015及其中的参考文献）。在这些地区，山脊的形成不是连续的，而是受到基底的控制，即不仅由冰川前沿的季节性前进决定，还受到冰川边缘可推动沉积物的可用性影响。因此，De Geer冰碛没有统一的地质组成。将它们解释为季节性形成的现象主要依赖于它们的形态和间距，尤其是在地下数据有限或不可用的情况下。已知在岩石基质主导的地表上，由于沉积物薄或缺失，山脊的形成会受到限制，导致退缩期间冰川边缘位置的记录不完整。然而，在较软的可变形基底上，如海洋或冰川湖泥浆或细粒可变形的冰碛物上，De Geer冰碛的形成过程包括冬季冰川推进期间的冰川构造作用、软冰下沉积物向冰川边缘的搬运以及软的、含水的沉积物的挤压和挤出。这些过程各自的相对重要性难以准确确定，因此不太可能存在一种通用的形成模型（参见Ojala，2016；Rivers等人，2023年的综述）。

一些研究者将De Geer小型冰碛的形成与水中的冰川边缘下切和平板冰山崩解的过程联系起来。当板材状冰山的向外边缘开始向上漂浮并从冰川边缘分离时，山脊就形成了，而其埋在地下的尾缘则被压入基底，类似于跷跷板的“晃动”或吊桥的升起（参见Holdsworth，1973；Larsen等人，1991；Beaudry和Prichonnet，1995；Golledge和Phillips，2008；Ojala等人，2015；Rivers等人，2023、2024及其参考文献）。在这种模型的变体中，也有人提出，在平板冰山完全浮起之前，冰川边缘下方的开放横向裂缝中的冰川沉积物被挤压也可能导致多个山脊的形成（例如，Zilliacus，1989）。

相比之下，我们更倾向于一个简单的模型，即每个冬季当冰川边缘在湖底短暂前进时，单独形成一个个山脊。线性A1型山脊的几乎规则间距和大致一致的高度表明，在冰川退缩的某些阶段，每年夏季的冰川边缘退缩距离大于冬季的前进距离，这与冰川边缘行为的季节性控制一致，表明冰川边缘处于活跃的退缩状态并接近平衡（见下文讨论）。线性A1型山脊可能记录了一个在平面图上相对简单的接地线。

另一方面，我们将连在一起且更弯曲的De Geer山脊（类型A2）解释为冬季前进距离与前一夏季冰川边缘退缩距离相匹配或超过的情况（见图19）。这导致了紧密排列的山脊，经常叠加在一起，并在紧密排列的山脊之间形成了椭圆形的封闭凹陷（例如，见图5、图6、图7、图12、图13、图19）。这些山脊类型因此记录了退缩速率的显著减小和冰前缘的接近稳定，同时也伴随着接地线平面形态的变化，表现为更加弯曲的A2型山脊。在所有情况下，从目前有限的地质数据库中无法明确确定推动和挤压在山脊形成过程中的相对作用。鉴于测试坑、道路切割面和钻井记录中的沉积物颗粒细小，这两种过程很可能都对山脊的形成有所贡献。Menzies（2001年）提供了关于伊利盆地中现在可以识别为De Geer冰碛的组成的额外地质数据，他发现了在Halton冰川边缘（现在被认为是冰流；Bukhari等人，2024）的接地线上形成的大范围紧密排列的小型冰碛带，这些冰碛终止于前冰川Lake Whittlesey（Barnett，1979）。这些山脊由层状冰川湖沉积物和细粒的、质量不等且层状的Halton冰碛物组成。该地区的LiDAR图像显示，De Geer冰碛已被侵蚀作用大幅度平滑，并覆盖在MSGLs之上（见图15）。

6.2. 椭圆形山脊（类型B）
类似甜甜圈的边缘凹陷（例如，见图8、图13）可能是由几种机制形成的，下面简要回顾一下。例如，在常年寒冷的冰缘环境中，带有周围边缘的圆形坑是由冰核丘（pingos）的生长和随后的崩塌形成的。丘状冰核丘是由未冻结的地下含水层（“taliks”）过度加压形成的，这些含水层形成了大块的地面冰（hydrolaccoliths或“pingo ice”），将周围的永久冻土和砾石推成圆锥形的小山。冰核丘通常出现在三角洲和沿海平原，高度可达70米，直径可达1000米。它们在更新世时期地层中作为“冰核丘疤痕”或“壁垒状凹陷”保存下来（Baker等人，2024），形成于地面冰退化后冰核丘崩塌时。冰核丘疤痕通常呈现为带有不连续凸起的边缘的圆形凹陷（例如，Flemal，1976；Baker等人，2024）。安大略省南部湖底山脊的潜水起源和组成与冰缘环境的起源不相容，后者需要极端的冬季寒冷和深层地面冻结。冰缘环境的起源还需要安大略省南部晚冰期的气候比当前退冰期间已知的气候更为严酷。安大略省南部较高地点发现的晚冰期冰楔迹象表明，当时的年平均气温约为-3℃（参见Morgan，1972；Greenhouse和Morgan，1977；Morgan和French，1982），这种温度不足以使冰核丘生长（-6℃）。我们尚未在相关文献中发现与安大略省南部发现的环形坑和边缘山脊的数量和密度相媲美的、广泛分布且间距较小的海底形成的冰丘疤痕的报告。因此，我们不再考虑冰缘形成的可能性。冰川前缘湖泊底部坑周围的堤坝状边缘山脊排除了这些坑是 kettle holes 的可能性。kettle holes 通常形成于快速堆积的冲积平原上，这些平原毗邻地势平坦、坡度较小的冰川边缘，并被冰川河流沉积物和砾石掩埋。它们具有简单的倒锥形结构，明显缺乏高耸的边缘堤坝。Hibbard 等人（2021, 2025）在加拿大北极地区描述了具有凸起边缘山脊的所谓“kettle holes”，并将其解释为塌陷坑，但边缘堤坝的确切起源仍不清楚（见 Hibbard 等人，2025 年的图 8）。在冰岛，一些 kettle holes 的边缘也报告有低矮的砾石堤坝，这些堤坝是由火山喷发引发的洪水带来的浮冰堆积形成的（见 Maizels，2017 及其中的参考文献）。

一种可能解释中央坑周围卵形边缘山脊形成的海底过程是，来自地下储层的气体或过压水-泥浆混合物突然释放。这种过程会在地表留下类似陨石坑的凹陷，周围环绕着由位移沉积物构成的山脊（King 和 MacLean，1970；Brown 等人，2017；Andresen 等人，2021 及其中的参考文献）。然而，现有数据并未显示安大略省南部更新世沉积层下的已知油气储层存在大规模且反复发生的排气现象。同样，研究区域也未发现任何证据表明较老的地下岩层存在深层构造扰动，这些扰动会导致水分、泥浆或气体向上通过上层沉积物排出。

一种已知的海底过程是漂浮冰块搁浅所致的边缘坑形成。根据其整体沉积环境，B 类山脊及其相关坑很可能是由搁浅的冰山在柔软的湖底沉积物中挖掘形成的，这种情况在高纬度大陆边缘地区已有报道（例如，Barrie 等人，1992；Syvitski 等人，1996, 2001；Davidson 等人，1997；Bass 和 Woodworth-Lynas，1988；Gales 等人，2016；Brown 等人，2017；Batchelor 等人，2020；Ottesen 和 Dowdeswell，2022）。值得注意的是，大陆架上的坑通常与冰山拖拽形成的长条形沟槽相关，这些沟槽以“坑链”的形式出现（例如，Barrie 等人，1992；Syvitski 等人，1996, 2001；Davidson 等人，1997；Bass 和 Woodworth-Lynas，1988；Gales 等人，2016；Batchelor 等人，2020；Ottesen 和 Dowdeswell，2022）。在南极半岛大陆架上，冰山坑与由古冰流驱动的海洋终止冰架的快速破裂有关（Batchelor 等人，2020；Noormets 等人，2021；Kirkham 等人，2025）。

在迄今为止规模最大的冰山坑研究中，Davidson 等人（1997）利用侧扫声纳图像更新了加拿大地质调查局编制的 Grand Banks Scour Catalogue，以评估受冰山影响严重的纽芬兰 Grand Banks 地区海底基础设施的风险。总共绘制了 1700 多个坑的位置，其中大部分位于长冰山拖痕的浅水终止处，那里漂浮的冰块被滞留。冰山坑是由于漂浮冰块嵌入海底沉积物后承载力失效造成的。这些坑逐渐加深，直到沉积物的抗剪强度超过浮冰的重量所施加的应力，或者冰块破裂并漂走。报告的冰山坑平均深度为 3 米，最大深度为 10 米，这与此处描述的卵形山脊和坑的范围相当。坑的直径中值为 60 米，50% 的坑宽度介于 35 至 90 米之间。与安大略省南部的 B 类山脊和坑不同，这些由漂浮冰块形成的坑呈马蹄形，其长轴 direction 反映了冰块的移动方向。这些坑的入口开阔，底部有斜坡，侧壁和后壁周围环绕着由位移沉积物构成的边缘或“溢出层”，这与安大略省南部的坑不同。

迄今为止，在安大略省西南部靠近加拿大-美国边境的粘土平原以及安大略盆地东端（LIS 作为冰川湖 Iroquois 的冰川湾边缘退缩的地方也记录了冰山冲刷现象（见 Gilbert 等人，1992；Bukhari 等人，2021，图 2）。这种稀疏的分布可能反映了研究不足、后来被冰川湖泊沉积物填充或农业活动破坏的结果。然而，LiDAR 影像分析显示，在此处报告的山脊和坑区域并未发现冰山冲刷的痕迹。因此，我们认为 B 类山脊和封闭的凹陷并非由漂浮冰块搁浅形成的。

我们提出，安大略省南部的卵形 B 类山脊和坑是由从不稳定的冰川边缘断裂的大块冰体形成的，这些冰体下沉穿过水柱并推移了下方的软湖底沉积物（图 19）。这种冰体搁浅的方式表明，冰川边缘经历了热侵蚀，形成了突出的漂浮边缘或冰架（例如，Boyce 等人，2007；Trüssel 等人，2013；Mallalieu 等人，2020；Watson 等人，2020）。新形成的冰山周围细沉积物的向外挤压产生了所谓的“冰山重力坑”（Longva 和 Thoresen，1991）或“冰山撞击坑”（C. Woodworth-Lynas，个人交流，2025）。使用“冰山铸件”或“冰山足迹”等术语也是恰当的。我们的解释还解释了 A1 和 A2 类 De Geer 山脊（图 13）的形成，这些山脊是在冰川边缘崩塌之前沿搁浅线形成的。值得注意的是，在瑞典中西部 H?rjedalen 的 Torbygget 地区的一个前冰川湖泊底部，发现了一个形状和大小与此处 B 类山脊相似的圆形坑，其边缘凸起。这一现象最初被解释为 2000 年前的陨石撞击坑，但现在重新解释为大约 11,000–10,000 年前的斯堪的纳维亚冰盖退缩期间形成的“冰山撞击坑”（?hrling 等人，2021；Plado 等人，2022）。

7. 讨论

7.1. 冰川退缩的速度和方式变化
安大略省南部 Huron、Erie 和 Ontario 盆地的晚冰期粘土平原上保存的 A1 和 A2 类小型冰碛山脊被解释为由季节性驱动的、部分漂浮的冰川边缘的进退形成的 De Geer 冰碛。这些冰川边缘处于近乎平衡状态，退缩速度主要受夏季古温度控制（参见 Todd 等人，2007）。

此处描述的 De Geer 冰碛形成于所谓的 Port Huron 阶段末期，该阶段大约发生在 15,500 至 14,300 年前（Dalton 等人，2020, 2023）。这一时期，冰川迅速减少，LIS 边缘从五大湖东部退缩，同时在大冰川前缘湖泊中重新出现了相对较薄的、地形受限的叶状冰流，如 Erie 盆地的 Whittlesey、Huron 盆地的 Algonquin 和尼亚加拉陡坡东侧的 Iroquois（例如，Parent 和 Occhietti，1999；Occhietti 等人，2001, 2011）。Bukhari 等人（2024）将这一冰川退缩加速阶段与欧洲短暂的 B?lling–Aller?d 温暖事件的开始联系起来，这一事件与全球海平面上升约 20 米的 Meltwater Pulse 1A 事件相关（Rasmussen 等人，2006）。尽管当时的区域气候变化存在差异（参见 Lowe 等人，2008），但 Tarasov 等人（2012）的冰川退缩模型表明，安大略省南部和纽约州相邻地区的晚冰期冰流事件与北美最大冰量损失时段相吻合（参见 Norris 等人，2022）。这一事件被视为冰盖“崩塌”的记录（参见 Mullins 和 Eyles，1996；Deschamps 等人，2012）。该模型强调了冰川边缘退缩速度和方式的季节性控制，主要表现为线性和蜿蜒的 De Geer 冰碛（A1、A2 类）的形成。

卵形冰山撞击坑和 B 类山脊的存在表明，冰川边缘的退缩伴随着冰川边缘的热侵蚀和崩塌。这表明水深波动可能对冰川边缘的自由board 产生控制作用，或者冰流速度的突然间歇性增加；所有这些过程都可能超越季节性调节的冰川退缩模式（参见 Rignot 等人，2015；Benn 等人，2007；Benn 和 ?str?m，2018；Carrivick 等人，2020；Hu 和 Haseloff，2025）。突然的水深变化是动态冰接触湖泊的典型特征，当冰川边缘退缩时，湖泊出口迅速演化并经历快速的冰川-均衡恢复（例如，Teller 和 Leverington，2004）。

7.2. 更广泛的意义
Dyke（2004）和 Dalton 等人（2020, 2023）的古地理重建描绘了冰川退缩的各个阶段，清楚地显示出在任何时候，多达 50–60% 的冰盖边缘终止于大型冰川前缘湖泊中。在大多数情况下，随着冰川边缘向下退缩进入冰川-均衡凹陷的沟槽，这些水体逐渐加深（Teller 和 Leverington，2004；Austermann 等人，2022），从而促进了后期冰盖崩塌和冰流的开始。Sookhan 等人（2018b）在研究纽约 Finger Lakes 南侧每个湖泊中形成的狭长冰川流时，指出了冰川前缘湖泊在促进冰川边缘不稳定性和快速流动中的关键作用。由此可知，退冰期形成的冰川前缘湖泊底部包含了冰川流快速流动结束后冰川退缩方式的高分辨率地貌记录。

Evans 等人（2014）初步提出了阿尔伯塔省南部古冰川流退缩的季节性控制，本研究证实了安大略省南部冰川流退缩期间的季节性控制。整合 LiDAR 地貌数据、湖泊底部保存的层理序列气候数据以及格陵兰冰芯中的区域气候数据，为进一步研究提供了有希望的方向（例如，Rowan 等人，2022；Wickert 等人，2023）。许多学者强调了关于现代冰盖边缘终止于湖泊的信息不足，这限制了我们对冰盖在海洋边缘最终退缩到陆地时如何响应气候变暖的理解和建模（参见 Mallalieu 等人，2020；Carrivick 等人，2020）。关于此处发现的冰前脊的地貌特征，需要进一步的研究来深入探讨其地质构造及其形成过程中的各种控制因素，而不仅仅是目前提出的简单模型。这有助于我们更好地理解那些难以观测的现代冰接触冰前环境的形成过程。虽然湖泊底部和海底的地质形成过程可能相似，但在冰川湖泊与受冰川影响的海洋环境之间，冰体规模、水深以及基底类型存在显著差异（例如，Kirkham等人，2025年）。尽管存在这些差异，但通过钻探以及挖掘更深更长的测试坑，我们现在有机会更详细地了解冰山坑下方基底扰动的程度和结构特性（例如，Eden和Eyles，2001年，2002年）。然而，由于探索海底坑洞在物流上的困难（Barrie等人，1992年），这一领域仍然存在许多未解决的问题。

本文大大扩展了人们对大型冰前湖泊中古冰流留下的地貌特征的认识（Woodworth-Lynas，1996年；Eyles等人，2005年）。在这里，我们重点介绍了在北美西部和中部地区的前冰前湖泊底部发现的、尚未得到充分解释的神秘地貌类型（参见Mollard，2000年的综述），特别是那些被称为“洗碗板状冰碛”的小型冰碛丘（Lawrence和Elsen，1953年；Elsen，1957年，1968年；Cline等人，2015年）。随着LiDAR技术的普及，这些细微的地貌特征能够被更详细地重新研究，我们预计此类地貌类型将会被更广泛地报道。在这方面，我们特别提到了Woronko等人（2024年）发布的LiDAR图像。

在安大略省南部的高分辨率LiDAR图像中发现的带脊和坑洞的冰前湖泊底部地形是一种新识别的冰川地貌组合（参见Evans，2003年及其参考文献），它扩展了古冰流床所遗留的地貌类型和相关沉积物的种类（参见Clark和Stokes，2003年；Margold等人，2015年；Stokes，2011年，2018年的综述）。随着LiDAR测绘范围不断扩大，以前被描绘为平坦冰碛层的区域也开始显现出这种带脊和坑洞的地貌。考虑到过去在五大湖流域将含卵石的冰川湖泥描述为“冰碛”的做法，我们推测De Geer小型冰碛和冰山撞击坑可能会分布于更广泛的区域。具有讽刺意味的是，这些新发现且此前未被注意到的地貌特征可能是该地区分布最广的冰川地貌类型。这表明，对五大湖流域大型冰前湖泊底部进行更多的LiDAR测绘具有重要意义，因为这些地区可能保存了古气候和古冰川学的宝贵数据，尤其是在古冰流停滞并经历季节性后退时期。

**8. 结论**
现在，利用高分辨率（0.5米）LiDAR图像，可以识别、绘制并分类加拿大中部前冰前湖泊底部保存的细微冰碛脊。这些相对简单的线性脊状结构高度可达5米，具有稳定的体积和近乎规律的间距，被解释为季节性形成的De Geer冰碛脊（类型A1、A2）。它们记录了大约15,500年前全球冰盖消退期间，古冰流边缘后退的速度变化。通过对美国东北部同期沉积物的分析，古气候重建支持了这种季节性控制假设。这些冰碛脊的形成是由于在冰流边缘，尤其是在夏季强烈后退和冬季轻微前进的调控下，细粒沉积物被推挤和压制形成的。间距较近且常重叠的类型A2 De Geer冰碛脊则记录了后退速度减慢的阶段。围绕类似坑洞的椭圆形脊（类型B脊）被解释为冰山撞击坑，是由冰山在冰流边缘崩塌并挤压周围软沉积物形成的。这些地貌记录了与水深变化相关的加速崩解和后退过程。借助LiDAR图像，本文描述的这些地貌类型扩展了古冰流床所遗留的地貌类型和相关沉积物的范围，从而加深了对相应地貌系统的理解。对这些容易观测的带脊和坑洞地形的进一步地下和形态学研究可能会加速人们对冰山撞击坑下方基底扰动深度以及现代湖泊末端冰川运动规律的认识。

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**资金信息**
本研究及数据汇编得到了加拿大自然科学与工程研究委员会（Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada）对NE和CE的资助，以及多伦多大学Scarborough分校为NE提供的设备支持。