李四光教授（1962）最早给各种畸形砾石冠以各种象征性的物名：灯盏石、马鞍石、熨斗石和躺椅石。以后水力（1977）等又提出压坑石、压裂石及拖鞋石、猴子脸（光明日报，1986年8月28日）以及贺兰山西麓发现第四纪冰川遗迹等。这些学者认为这些畸形砾石的形态是由于受冰川强大压力的挤压作用所造成的。因此，统称为“冰川变形石”。白明辉（1982）把这种畸形砾石编入《第四纪冰川地质调查方法》一书，加以推广应用。此外，这些学者还把河床上侵蚀和磨蚀产生的凹坑也称为丹井和药臼，即将冰臼等流水地貌现象也解释为冰川成因。最近，有人从西藏高原上拾到一些类似的畸形砾石，便推论西藏高原存在第四纪大冰盖的结论。笔者对上述看法提出不同意见，希望能引起学术界的讨论。
一、岩石变形与破坏的力学机制
据谷德振（1979）研究，各种坚硬新鲜岩石的变形与破坏机制是一个十分复杂的理论问题。该问题在材料力学、岩石力学、岩体工程地质力学及土力学上早已解决。为了说明与本文有关问题，现仅就岩石应力—应变—破坏过程作扼要介绍。一般坚硬新鲜岩石在它受压后，其变形和破坏过程大体上可分为4个阶段：Ⅰ。压密阶段：岩体在受力过程中，其内部结构面被闭合充填产生的密实过程。本阶段主要为非线性压缩变形，变形曲线呈凹状缓坡状。Ⅱ。弹性变形阶段：岩石经过压密阶段后，由不连续介质转化为连续介质。在力的持续作用下，出现线性的弹性变形。由于岩体结构面和结构体性质的共同作用，其变形曲线呈直线形。Ⅲ。塑性变形阶段：当岩体变形继续发展到弹性极限（屈服点）后，便由弹性阶段进入全变形阶段，即塑性变形阶段。其岩石力学性质基本上受软弱结构面力学性质所制约。对硬脆性岩石来说，无论是压密过程，还是弹性变形过程，都是不明显的，可以略而不计。但对柔软岩石来说，其变形特点则与坚硬岩石有很大差别。一般来说，柔软岩石的变形是较缓慢的，有时会出现随时间进程，在应力维持不变情况下，应变会继续加大，即显示蠕变现象；有时则会出现在应变保持不变的情况下，应力会逐渐消逝而呈现松弛现象。这说明，蠕变和松弛两种现象只有柔软岩石才具备，一般硬脆性岩石是不具备的。Ⅳ。破裂和破碎阶段：在岩石变形过程中，当应力达到极限抗压强度时，便进入破裂和破碎阶段。本阶段应力-应变曲线为负坡向。当曲线开始缓慢下降时，一般标志着岩石破裂处于积累阶段，这时岩石表面会出现一些裂缝。当这种积累超过极限抗压强度后，岩石便发生整体破碎。但由于岩体结构及实验条件不同，上述4个阶段的表现也不会是完全一致的。
二、关于模拟压缩变形实验
为了给“冰川变形石”理论找到科学依据，李四光（1962）提出用平板（纸板）作载荷的压缩变形模拟实验。应当指出：①这种实验并没有提供有关对比实验的条件和实验结果的说明，更没有提供真实的实验数据。②纸板系弹塑性体，而砾石（石英砂岩）为刚性脆性体，两者在岩石力学性质上毫无共同之处。因此，对比实验的前提是欠妥的。③即便作了对比实验，也不可能在平板上得到破碎性曲面和反破碎性曲面，因为纸板的压缩变形不具备此种性质。因此，载荷对比实验的真实性是值得考虑的。
三、对“冰川变形石”理论的辨析
从文献中可以查到的“冰川变形石”计有：灯盏石、马鞍石、躺椅石、熨斗石、凸面石、压坑石、压裂石、压碎石、拖鞋石、猴子脸及冰臼（丹井和药臼）等10多种。现按各种畸形砾石变形的力学性质和成因分类辨析如下：
（一）灯盏石、马鞍石、躺椅石和熨斗石
李四光（1962，1979）提出：“在第四纪冰川沉积物中，往往出现各式各样的弯曲砾石，形状颇为离奇，其中较为常见的有马鞍石、灯盏石、熨斗石和躺椅石等等。马鞍石的特点是它们具有两个曲面：形成鞍腹的一个曲面，弯曲度较大，显然是与所谓破碎性曲面相当。在鞍背还出现一个曲面，这个曲面的对称轴面和前一个曲面的轴面成直角，这个曲面显然是属于反破碎性曲面。”“马鞍形破碎性曲面弯曲最急部分往往略显肥大，暗示着那一部分曾经由于弯曲而发生过挤压；另外，弯曲砾石的凹凸两面和侧面，显然受过统一的均匀的冲击和剥蚀作用。所有这些事实和弯曲砾石所揭露的一切迹象，都证明它们并非本来就是弯曲的砾石，只是后来经过冲撞和碾磨成为砾石，而乃是原为普通形态的砾石，后来经过变形才呈现现有的弯曲形状。”这告诉我们：马鞍石存在着破碎性曲面和反破碎性曲面，这是由于冰川的挤压、冲击、剥蚀、冲撞和碾磨作用而使砾石发生变形所形成的。一句话，马鞍石等各种畸形砾石是冰川变形石。正如上述，由于岩石变形的模拟对比实验实际上是靠不住的，因此破碎性曲面和反破碎性曲面是不真实的。畸形砾石究竟又是如何形成的呢？自1979年以来的16年中，我们在北京西山的东灵山、百花山、清水河和永定河流域，第三纪各级夷平面及采石场等地，细心地寻找和考察各种类似的畸形砾石产生的地貌部位、沉积物成因类型及其形成的力学机制。我们不仅在清水河和永定河流域的第1~3级阶地上冲积砾石层找到灯盏石和马鞍石，而且在东灵山南坡海拔 2，100 m 的冰缘岩堆和海拔1，800m的倒石堆前缘也找到马鞍石（未磨圆）；在大墩台唐县砾石层中找到类似的熨斗石。此外，我们在山东省青岛市崂山仰口国际旅游度假村的采石场见到人工打击产生的躺椅石。于是自然界告诉了我们关于这些畸形砾石的真正成因和形成机制：①各种畸形砾石是在不同气候带下通过原岩机械风化过程沿结构体和结构面的破碎作用而产生的；②原岩机械破碎后呈现的各种畸特形态特征与它们的结构体和结构面的力学性质共同起作用有关；③流水的搬运过程对畸形砾石的形态产生了进一步磨圆作用。
（二）压坑石、猴子脸和拖鞋石
所谓压坑石是指有的砾石表面保存着一些小的凹坑（水力，1977）。田代沂（1978）在第一届冰川冻土会议上的报告，曾提供了燕山南麓某地残积红土中发现的几块类似的压坑石。他们认为这些砾石表面的凹坑也是由于冰川强大压力的压缩作用所形成的。所谓猴子脸是指自然界有少数砾石的外表形态呈现不规则的凹凸形状，犹如猴子的脸形一样。而拖鞋石，那更是不言而喻了。总之，无论是所谓的压坑石、猴子脸或拖鞋石，主要指的是砾石表面上的一些特殊的凹凸形态而已。至于这些凹凸形态的成因，我们认为比较肯定的解释有：①砾石（辉绿岩）属刚脆性体，不具备塑性变形性能。我们总不能设想用万吨水压机去把一根钻杆压入地下深处，而只能用金刚石或硬合金钢钻头在高速回旋条件下把坚硬岩石磨成一个钻孔。同理，这说明岩石只有磨损成坑而无压缩成坑的性质。而本文所指的压坑石产于北京西山管坨岭的唐县期夷平面上残留的砾石层中（郭旭东等，1993），其成因可能与原岩的滴水成坑的侵蚀作用有关。②在残积或坡积的红土中保存的猴子脸形砾石，其成因大多是与酸性介质环境下不均匀的化学风化作用有关。这种现象在热带海南岛北部风化壳红土中多有发现，其原理是红土风化壳发育早期的高岭土化阶段中易风化的造岩矿物斜长石和正长石首先被风化的结果。其反应式（郭旭东，1980）：
正如上述，田代沂提供的带红土的凹坑石便是一个很好的佐证。
（三）压裂石和压碎石
由于岩石机械风化、滑坡和地震等各种动力地质作用，在山区经常会发生山崩现象。当崩石从山上往山下快速滚动时与停积在山坡或山麓的另一块砾石相撞后，另一块砾石往往会被那瞬间巨大的冲击力所击碎或击裂。然而有的学者却说这种被击裂和击碎的砾石是由于冰川巨大压力所压裂和压碎的，称它们为压裂石和压碎石（白明辉，1982）。显然，这又是一种误解。正如前述，该问题涉及到岩石的应力—应变—破坏全过程的力学性能。新鲜花岗石极限抗压强度为2，401~1，580 kg/cm2，片麻岩为2，700~1，200 kg/cm2，玄武岩及辉绿岩为4，570~2，600 kg/cm2，结晶灰岩为1，161~949 kg/cm 2，石英砂岩和燧石为5，736~2，915 kg/cm2（郭旭东，1988）。而冰川压力究竟有多大呢？珠穆朗玛峰北坡绒布冰川下游海拔5，350 m 和中绒布冰川5，500 m处，冰层厚度最大为146 m和148 m，平均厚度为92 m和110 m；冰川密度为0.9 kg/cm3（谢自楚等，1975）。据此推算这两处冰层底部砾石或基岩面所承受的冰川自重压力为8.3 kg/cm2和13.2 kg/cm2.至于其他地区厚度为20 m，30 m和50 m的中小型山谷冰川和山麓冰川，其谷底所承受的冰川自重压力仅为1.8 kg/cm2，2.7 kg/cm2和4.5 kg/cm2.即便以庐山王家坡U谷深度200 m计，冰层底部自重压力也仅为18 kg/cm2.甚至冰层厚度最大达3，000 m和一般厚度为1，000~1，500 m的格棱兰冰盖，其底部基岩面或砾石面所承受的冰川自重压力也只有270 kg/cm2和90~135 kg/cm2.说明一般山谷冰川和山麓冰川的自重压力是很小的，大陆冰盖的自重压力也不算大。它们同岩石的极限抗压强度和抗剪强度相比，其差值达数百倍和千倍。因而，凭这么小的冰川压力要想把冰床底部的砾石压裂和压碎或通过冰川对砾石表面的压力而把砾石压入谷底基岩中，是根本不可能的。岩石的弹塑性变形必须具备常压高温或高温高压条件，如把玄武岩或辉绿岩加热到600~1，500℃时才变为高度塑性体。而冰川是在绝对负温条件下保存的。因此，在这种常压低温条件下岩石或砾石是不可能产生塑性变形的。
（四）碰撞、顶进和插入
李四光（1962）提出：“在冰川砾石中往往出现的由小石子在冰流强大压力下顶进另一个砾石而产生槽、坑和窟窿。”现在我们先剖析一下冰川砾石互相碰撞、顶进和插入的可能性。砾石或漂砾是山谷冰川沉积的主要组成。一般山谷冰川的冰碛物可分为侧碛、中碛、表碛、底碛、内碛和终碛。其中表碛、内碛和底碛中的砾石系停积在冰川表面和被冻结在冰层内部作为冰体组织结构的一部分，在冰川流动过程中，它们按理论力学原理，各个砾石均作彼此互不相干的线性平行移动，完全没有互相碰撞、顶进和插入的机会。这种现象就好比人们乘火车运行在铁轨上的道理一样。侧碛和中碛砾石有时虽然有相互撞击的机会，但由于冰川运动速度极为缓慢，所产生的推动力微小，据推算，绒布冰川流速仅为3.15 mm/h，比蜗牛爬树的速度还慢。因此，冰川运动对冰碛石的推挤作用是不明显的。这不仅表现在侧向压应力上，而且在水平剪切力上也都是同样的。至于大陆冰盖其移动速度则更慢，其推动也更小。这说明，所谓的强大冰流对砾石产生巨大压力推挤作用，使砾石互相撞击、顶进和插入的说法是缺乏根据的。
（五）冰臼（丹井和药臼）
丹井和药臼是指我国南方潮湿多雨地区基岩河床上所见到的凹穴或小洞穴。这类凹穴形态奇特，似锅，似臼，还往往成群出现。有的学者认为是冰川成因的，称为冰臼。据陆德复报道（1986），在黄山至少存在3处丹井和药臼分布地。乌龙潭对岸山脚下的圆形凹穴——“炒子锅”和桃花峰下桃花溪中形态呈圆形，直径约4 m的凹穴就是两处非常典型的瓯穴（Pothole）。此外，逍遥溪右岸往汤岭关上行途中的“药臼”和“丹井”也是瓯穴。关于诸如此类瓯穴的研究，日本四国八釜地区研究最早，也最深入。据佐滕教授研究，瓯穴系发生在河谷深切的V型河谷底，年降水量达3，000 mm以上；河床坡度为1/23~1/10，水量丰沛，为水流湍急的紊流型河床。他认为，瓯穴系挟带砂砾的旋涡状急流对河床表面岩石不断冲磨作用的结果。由此可见，所谓的冰臼（丹井和药臼），其实并不是冰川作用的产物。冰川是一种脆性的固体流，对谷底或谷壁只有整体性的刨蚀，不能像紊流型河流中湍急的涡流那样对谷底岩石有局部的磨蚀和侵蚀。因此，所谓的冰臼（丹井和药臼）也决非冰川作用的产物，不能作为第四纪冰川作用的证据。
四、对“冰川变形石”理论的重新评价
综上所述，我们可以清楚地看出，有关“冰川变形石”的理论是一种不切合实际的猜想，其主要问题可以归纳为以下10点。
（1）关于平板载荷压缩对比实验是可疑的，其平板弹性弯曲时呈现的马鞍形曲面图解是不真实的。
（2）平板与砾石或漂砾分别为弹塑性和刚脆性两种物理力学性质截然不同的物体，两者受力变形的边界条件及变形过程的力学机制毫无共同之处。因此，所谓对比实验的前提是欠妥的。
（3）所谓破碎性曲面和反破碎性曲面，无论平板和砾石在单向或各向应力的作用下都是不可能出现的。
（4）把各种畸形砾石或岩石在常压高温和高温高压条件下的变形与冰川常压绝对负温条件下的不变形性质相提并论，显然与实际不符。
（5）把隶属于刚脆性基本上不变形的坚硬岩石作为高度弹塑性体（金属）和高度塑性体（黏土）是基本概念上的错误。
（6）物体在应力—应变—破坏全过程中出现的屈服点、松弛和蠕变现象，对岩石或砾石一般是不明显的，可以略而不计；只有对柔软岩石（含土体）才是明显的。
（7）冰川自重压力很小，而各种新鲜岩石或砾石的极限抗压强度、抗剪及抗弯曲强度值极大，仅冰川压力是根本不可能压裂和压碎砾石的。特别是在大陆冰盖和极地冰盖底部，由于大面积总体持久受压的情况下，岩石或砾石具有更高的承载力和基本上不变形的特点。
（8）冰川运动速度慢，所产生的推动力很小。因此，所谓的巨大推动力也纯属虚构。加上砾石属刚脆性体，没有塑性变形的属性，因而，所谓冰川砾石之间往往互相顶进、碰撞和插入的理论也是不切合实际的。
（9）各种砾石表面的坑穴和凹凸不平的形态是与流水的特殊方式的侵蚀、不均匀的化学风化作用及生物风化作用有关，并非冰川成因。
（10）所谓的冰臼（丹井和药臼）系潮湿地区紊流型河谷底部局部湍急的涡流所挟带的砂砾对河床上岩石冲磨作用而产生的瓯穴，并非冰川成因，也不能作为冰川的证据。
总之，各种畸形砾石的成因是多种多样的，其中包括原岩的机械风化作用、化学风化作用、流水的冲磨作用及生物化学风化作用等。畸形砾石并非冰川作用的产物，故它们不能作为第四纪冰川作用的证据。
