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倾听大地岩石发言

2019-10-21 马丽华 《雪域青芒》

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  在《中国科学》发表论文时的常承法已年过半百,后来继续青藏工作十余年,范围主要限于高原中南部,在未能亲自走过的北部和西部,借助了推论,因之草成的轮廓中仅有4条缝合线、5块地体和大约3亿年时间。一代人足力毕竟有限,补充完善有待后来人。

  中法合作地质考察与横断山考察同时进行,潘裕生接受委托,从横断山开始,将本专业的地震研究转向大地构造,从前辈勾勒的高原时空边界轮廓出发,从此在每一板块缝合处驻足凝神,倾听过往大洋涛声,陆地相撞之际的绝响,遥望海洋一波波消隐,陆块一片片升起,尽享天地造化大壮美。

  以上几句为诗化描述,寻找证据的过程其实漫长又辛苦,更经常的是浪漫归零。潘裕生成为青藏队忠实一员,高原大地基本走过,一应脚力驮畜全部使唤遍了:马匹,牦牛,毛驴,骆驼,途中倒毙过多少都有具体数字,让他多年后说起还觉心痛。就这样东起横断山脉,西至阿里高原,南自喜马拉雅和冈底斯之间最晚近形成的第一条:印度河—雅鲁藏布缝合带,依次北上查找第二条:班公湖—怒江缝合带;第三条:西金乌兰—金沙江缝合带;第四条:昆仑南缘缝合带,直至最后发现最北一条,也是最古老的、常承法框架中缺少的第五条:西昆仑—阿尔金—祁连山缝合带,同时查证了五条缝合线所连接六块地体各自所在的古纬度位置和碰撞时间,将特提斯大洋第一期上溯到8亿甚至9亿年前,将青藏高原北部最初形成史推往5亿年前,并图示了青藏高原在何时、如何自北而南一块块拼合而成。

  每一缝合带在中国境内的长度都在两千公里以上。这是由南及北,从东到西,整个青藏高原几乎走遍的寻找过程:寻找缝合带,寻找古海洋遗迹——蛇绿岩带。

  蛇绿岩是什么?古洋壳残余。大洋扩张时期,由地球深部沿大洋中脊喷涌而出的炽热物质,冷却而成新洋壳,包括玄武岩,与它成分近似的辉长岩,有些变质的蛇纹岩,等等。待海洋关闭,陆—陆相撞时,大部潜没,少量被挤出地面,年深日久,呈现绿色蛇纹面,地质学家称它为蛇绿岩。沿雅鲁藏布一线出露的蛇绿岩套最为典型,穿针引线般把冈瓦纳大陆和欧亚大陆缝合起来,因而名之为“雅鲁藏布地缝合线”。昔日广阔洋面被挤轧成如此之窄一条带,江河发育其上,不可谓不沧桑。

  由于雅鲁藏布缝合带显而易见,不存在争议,所以它虽在最晚近的5000多万年前形成,地质学家还是首先认定它为第一条,然后才是第二条,第三条……越往北,缝合带年代越古老,形象愈发模糊,正所谓海枯石烂之后,又被接二连三的构造运动折腾得面目全非。

  狭义地质学三个主力学科中,构造地质外,尚有岩石学和地层古生物学。岩石圈的形成、演化及其动力机制是地球科学基本问题之一。随着板块学说的兴起,至今都是国际地学研究的热点。因此要说明地质问题,岩石学专家邓万明就成为潘裕生的好搭档。与潘裕生性格不同,邓万明激情满怀,1966年在北京大学地质地理系毕业晚会上,邓万明朗诵了个人诗作《绿野放歌》:“喜马拉雅山啊,你为什么拔地而起,这么年轻!”没想到一念成真,居然决定了一生都在寻找这个“为什么”,一直寻找到不再年轻。先从岩石圈里寻找,花岗岩,蛇绿岩,直到1976年在藏北高原深处巴毛穷宗闯进火山岩区,一发而不可收地沉迷于此,从此专找火山岩。在邓万明的眼里,地球是活的,石头是有生命的。每当他凝视一块岩石,就仿佛听到石头隐约的诉说,它曾经和现在的故事——来自地球深部,高温滚烫,当它滞留在某一部位并冷却下来,就成为深部的岩浆岩;当它具有足够能力喷发到地表,就成为火山岩——石头的生命历程历历在目,据此得知岩石组成和物质成分,结构特征,与地壳地幔的关系;测度了它的年龄,可以进一步追寻它何时形成岩浆,或何时喷发,因何在青藏北部有着如此密集繁复的火山群组合。

  专找火山岩。南部,阿里狮泉河;北部,龙木错—羊湖,库尔勒—若羌—木孜塔格以北,罗泊湖—绿叶湖,楚玛尔河—可可西里,有6条考察路线穿过火山带,抵达30多个火山区,火山地貌皆为大陆环境条件下喷出的新生代火山岩构成。辽阔壮观的火山地貌、保存完好或不完好的火山口,平台状的桌状的山,一系列激动人心的发现,无不令他流连忘返。1988年与潘裕生一道去阿什库勒考察火山,尽管艰苦卓绝,尽管否定了它的近期喷发,但当放眼莽莽苍苍这片漂亮极了的火山群,内心的热情如同火山喷发。1994年,中日联合考察可可西里火山区,向南一直突击到唐古拉山。无人区途中经历过雪夜迷途,两辆丰田车,4个日本人,5个中国人,差一点儿回不了营地。

  第二年邓万明应邀访日。巧得很,研究火山多年的邓万明终于一睹活火山喷发盛况:云仙火山,浓烟滚滚,夜晚可见火光通明。日本同行说,这次火山专为你喷发。是的,高原已无活火山,腾冲以西的中国大陆不存在火山的现代活动。对火山岩使用热发光法测年的结果,以藏北高原北部火山群为例,巴毛穷宗火山地貌为渐新世末期至更新世多期火山活动的产物,年代为距今2000万~2860万年之间;强巴欠火山岩年代1490万年;涌波错熔岩方山形成于中新世至上新世,年龄值为940万年;第四纪260万年以来确曾有过火山活动,高原上最后一次火山爆发约在100万年前,而今生命体征,看似不存。

  值得花费一生去破解,至少找到了初步的答案——

  回答是,这与整个特提斯带有关,与青藏高原晚新生代以来的剧烈隆起有关。

  特提斯带火山岩这一长链,从藏北向西,连接中亚—阿拉伯—罗马—西班牙;从藏北向东南,贯通横断山—泰国—马来西亚—印度尼西亚,最终与环太平洋活火山衔接。藏北一线曾是特提斯带岩浆活动的重要一环,长达数亿年的地块拼接过程,遗留下碰撞型的花岗岩—蛇绿岩带,是大洋的残余之物;羌塘断块两亿多年来地壳结构一直比较稳定,岩浆活动微弱,而新生代以来的火山活动,则伴随着青藏高原各期隆升重新复活,是最新地壳构造运动的明显标志——大自然就这样半隐半显地提示着过往信息,让科学家们历尽艰辛、费尽心机去解读。

  解读者中少不了地层古生物。古生物化石是地层和岩石的时间码,指证着漫长的青藏演化史中那一番番海陆沉浮,沧桑变迁。历经几次大洋、曾经充满浅海盆地的海生世家动物种群,一代代固化成石,或稀疏或密集地遗落在高原面上、岩石层中。藏族百姓把盘旋着节纹的菊石叫“羊角”,把形似鸟头的腕足类贝壳叫“小鸟”。作者本人就见过,藏北双湖附近有座山,这类“鸟”化石俯拾即是,捡了一大堆回来。

  中国海洋古生物学权威机构——中科院(南京)古生物研究所在全世界都很有名,曾在相当长的时期内被誉为全球三大古生物研究基地之一。另两家,一在俄罗斯,一为大英博物馆。该所自1966年珠峰登山科考参与青藏研究,从此撑起地层古生物领域大半江山。都是古生物学家,方向有不同,章炳高主研微体古生物的有孔虫,文世宣主研双壳类,王义刚主研头足类,孙东立主研腕足类,比老队员们年轻的是沙金庚,主研双壳类,赶上了青藏队末班车——可可西里考察。

  1937年出生的章炳高,29岁上高原,是从珠峰开始的,直到1989年,还应西藏自治区政府邀请,为制订珠峰自然保护区规划工作到1991年。这期间30多年里,参加青藏队考察、中德联合考察、与西藏自治区地矿厅合作考察,足迹遍及西藏各地,例如从班戈一带的白垩系地层到林周县牛马沟下第三系地层,等等,所谓地层古生物框架的建立,就这样一点点完善起来。从中生代到新生代,有孔虫存续时间久,分布面积广,地层出露好,采集样品多。章先生说,6000多万年前海洋最后阶段,最后的有孔虫失去家园,集中在定日的山沟,协噶尔一带,成堆成片的化石裸露于地表。根据化石描述,他向青藏高原科学讨论会提交的论文中,最早确认了西藏地区海浸历史的结束时间,同时指出最后的海洋应当是从高原两侧退出的。

  古生物学家文世宣是1966年参与珠峰考察的老资格成员。从那时算起的大半个世纪前,英国人曾在那里考察过,以所见少量化石,推论珠峰地区老地层,最早在两亿多年前的二叠纪;1964年希夏邦马考察,刘东生团队发现了更早的石炭纪,而文世宣这一年的考察,则一举找到了泥盆纪、志留纪直到奥陶纪差不多5亿年前的古生物化石地层!这是青藏高原科考史上具有光彩的一笔,古典气质的文先生情不自禁赋诗一首:“山高梦长几亿年,机遇一朝露真颜;从此名山续新史,天下书生另眼看。”10年后的西藏科考中,他又随藏北小分队穿越藏北,找到了侏罗系化石。大洋北界在哪里呢?待到在昆仑山口发现了晚二叠系生物化石,?类(纺锤形有孔虫);海相沉积最晚在三叠纪,那之后的均为陆上沉积了——此前因这一带岩石变质严重,不见化石,难以断代,这一发现明确了昆仑山地区最终脱海成陆时间。

  孙东立没能和同事章炳高、文世宣同时加入青藏队,留在南京还在研究开发沼气,1975年才得以进藏,直奔喜马拉雅山脚的仲巴县,山那边就是尼泊尔木斯塘,这一次发现的是二叠系化石,腕足类纺锤虫的?。后来古生物所与西藏地矿部门合作,以古生物化石划分地层。1980年在藏北申扎县,某个夕阳斜照的下午,偶然在路边捡到了一块当地人所称的“鸟化石”,一种贝类,约3厘米大小,从未见过的模样。不顾天色向晚,孙东立坚持爬上山,寻找原生地点。在一处灰岩露头处,终于找到了这一优势种群所在。后经鉴定为我国首次发现的隼嘴贝,其生态适应为古海中的热异环境。即是说,隼嘴贝出现的地方,应该是板块碰撞带,碰撞带地壳薄弱才有热流涌出。果然,这里正是班公湖—怒江缝合带穿过的地方。

  第二年,孙东立又走向藏南。在羊卓雍湖畔的浪卡子县城,听人说这儿有“鸟化石”。孙东立一看就笑了,又是隼嘴贝!它出露在名叫工布雪的泥质岩上,正是雅鲁藏布缝合带穿过的地方。

  多年寻访首先为填补空白,构建地层系统。西藏地层发育良好,沉积物类型多样,古生物类群丰富,仅在20世纪70年代,就发现30多个类别,3800多种。依此将西藏地层首次划分为4个区、11个小区。沙金庚博士留英归来,正好赶上1990年可可西里考察,而可可西里荒原也难得头一遭迎来古生物学家。长达几亿年时间里,海水在那里来而复往,凭借各时段不一样的海洋生物遗迹,沙博士建立起高原北部晚古生代—新生代的化石组合序列和地层层序,从中精细化揭示了长江源区如何从深海到高山的演化史。同时将青藏纳入国际视野,把藏北双壳类软体动物化石与其在全球的时空分布联系起来,探讨了西班牙通道的形成时代,说明原本呈两极和泛赤道分布的双壳类怎样穿越赤道,进行南北两极之间生物群交流的,又是怎样由东到西沿古太平洋扩散的。

  至此,地层古生物学家已基本建起较为完整的青藏高原地层序列,填补空白的同时,对于古生物群落、迁移、演化、生物区系与板块运动、青藏高原古地理与古环境等方面的研究都做出了重要贡献。

  继青藏队开创人工源地震“首爆”20年之后,中科院地质所又部署了一项大行动:1993年和1994年,熊绍柏和刘宏兵西进阿里,在仅有几株乔木的改则县城,远隔300公里接收到来自藏北无人区“三个湖”的人工地震信号。这些信号提示了青藏高原西北部的地球深部结构与构造:班公湖—怒江缝合带为一向北陡倾的岩石圈深断裂,其南侧为一莫霍界面深槽,并有地幔热物质向壳内运移;冈底斯块体向北俯冲下插,羌塘块体向南被动仰冲,整条缝合线的莫霍界面南北错断为10公里的台阶——综合来自青藏高原地下的信息,所表明的,是地壳结构的复杂性质,岩石圈具多层圈的结构特征。

  爆破地震提示地下结构,大地电磁进行深度测量,古地磁对于岩石古代磁性的测度,则可恢复岩石形成时的位置和纬度。地球物理与地质构造的资料相互印证,从不同层面解释了青藏地区的形成过程。古地磁证实了印度板块自7100万年来,每年以5~6厘米的速度向北漂移了近5000公里;拉萨地体向北推移了差不多16个纬度带。地质学家认为,冈瓦纳古陆解体后,并非整体向北漂移,而是分裂成一些小块,如羌塘、拉萨、喜马拉雅等,依次先后拼贴到欧亚大陆上。雅鲁藏布一线的碰撞是这一系列事件的最后,也是最重要的一次。

  大地构造主要做定性工作,地球化学则给出量化数据。最早介入青藏研究的许荣华,是继开创中国同位素地质的李璞之后,属于第二代专家。20世纪60年代珠峰野外考察没能赶上,赶上了做珠峰岩石标本的室内工作。文世宣、尹集祥所采集的古生物化石,就是被他证实为奥陶纪的——“珠峰地层年龄接近5亿年!”许荣华如是宣布。这项工作既使人兴奋,也让他渴望亲手采集。1974年,终于走进了青藏队行列,此后数十年间,从青藏高原采集背回的石头,据说足可建造一座石头宫殿了。所以他对西藏各地的岩石履历了如指掌,说起来如数家珍。比如说,高原边缘地区的岩石年龄可达一二十亿年,但高原内部最老的岩石在藏北的安多和念青唐古拉一带,仅有5亿多年历史,已变质,所以不见寒武纪生物化石;比如说,拉萨周围的花岗岩,是在大洋消失时,印度板块向拉萨地壳下俯冲,造成岩石重新熔化时被挤出地面的,只有4000万到5000万岁的年龄;再比如说,拉萨以南的花岗岩是地壳成分,最为年轻,只有一两千万年历史,那是沉积岩重熔导致的;拉萨以北的冈底斯岩带则主要为地幔成分,4000万年。所以说,5000万年是一个形成的重要时期,而1500万~1800万年则是抬升的重要时期——地球化学家就这样从石头里读出成分和年纪,并娓娓道来。

  正如同板块的分离与聚合重塑了地球面貌那样,为时8年的西藏科考与板块构造新说相遇并相伴同行,可谓正当其时:一方面被照亮被指引,另一方面,向之贡献使之丰富,又何止于以实例印证。当然,现有的板块理论并非无往而不胜,一应疑难并非迎刃而解,它是果不是因,所以应运而生的地球动力学成为新的命题。换言之,究竟是一股来自何方的力量,使得海陆沧桑,板块位移,而几乎每一次大规模造山运动,往往伴随了冰期来临,导致生物灭绝和新生——探索这一大自然的深刻奥秘,是地质科学的根本命题,也是地球科学热点问题之一。

  鉴于喜马拉雅晚近脱海成陆、仍在上升,并以裸露的深部物质足可现身说法的特殊性质,被公认为地球科学巨大的的天然实验室,以至于有人说过这样的话:打开地球动力学的金钥匙,有望在青藏高原找到。