2019年12月09日 星期一
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地層的“紅”與“黑”

—— 探尋侏羅紀的柴達木盆地沉積巖層

2019-11-20 9:21:51 來源:中國礦業報 作者:胡俊杰 李宗星 馬寅生 彭博

皇家社会主场 www.vgfpej.com.cn 地處青海省西北部的柴達木盆地是我國三大內陸盆地之一,也是我國海拔地勢最高的盆地。受控于高原大陸性氣候,這里氣候干旱、植被稀疏,曾是人們吟誦中“大漠孤煙直,長河落日圓”的蒼茫青海道,更是史書里“長云暗雪山,遙望玉門關”的邊塞不毛之地。然而,當我們用地質的眼光來探索這片位于昆侖和祁連雪峰下的茫茫戈壁,卻能夠讀出不一樣的風景。

地層是記錄地質運動、環境變遷的地球演化之書。在柴達木盆地北緣發育著一套延綿數百公里的巨厚侏羅紀地層,呈現出明顯“下黑上紅”的巖性差異,記錄下距今約200百萬年~145百萬年前不一樣的柴達木:露頭剖面下部黑色煤層和深色泥巖為主的層段暗示了一個有著大大小小湖泊、郁郁蔥蔥樹林,生物繁盛的柴達木;上部雜色、紅色為主的沉積物則顯示了柴達木地區氣候變熱、干旱,草木逐漸消亡,直至環境惡劣加劇呈現荒漠化的過程。

大煤溝剖面大煤溝組全景

沉積物是地質歷史演化信息的載體,它的顏色、巖性、特殊礦物和沉積構造特征及差異是重建古地理、古氣候最為重要的依據。地層中保存的植物、動物化石是地球變遷過程中直接書寫的文字,真實反映了不同時期的古環境面貌。

翻開柴達木這本“紅與黑的史書”,逐頁檢視層層沉積巖,細讀化石文字,探尋字里行間留下的線索,我們嘗試講述柴達木盆地侏羅紀氣候、環境滄海桑田的變化:

侏羅紀的柴達木盆地沉積了厚度超過1000米的沉積巖層。為了便于研究,地質學家根據時代和巖性組合特征將這些地層由下至上,按照沉積先后順序分別命名為小煤溝組、大煤溝組、采石嶺組和紅水溝組。

小煤溝組沉積時期,柴達木盆地受到區域上拉張力的作用,地殼強烈伸展形成一系列斷陷洼地。這一時期氣候溫暖潮濕,植被茂盛,河流攜帶著泥沙、植物碎片在低洼處堆積,形成了煤和黑灰色泥巖等沉積物。地層中下粗上細的河道砂、發育板狀交錯層理的厚層粗砂巖與泥炭沼澤沉積交互出現,表現出辮狀河三角洲平原的特點。沉積物里發現的蕨類、松柏類、銀杏類等熱帶-亞熱帶植物孢粉化石,為我們描繪出更生動的畫面:植株較高的蕨類植物在沼澤溫暖潮濕的條件下茁壯生長;真蕨類植物高度分化,說明生長在穩定的開闊林間濕地;松柏類是構成山地森林的主要成員,銀杏、蘇鐵類則占據著平原與湖泊兩側的低山和緩坡——一副低山-河流濕地-小型湖泊相間分布,植物繁盛的畫面躍然紙上。

大煤溝組沉積早期繼承了小煤溝組“山水相間”的古地理環境,中-后期伴隨著拉張應力不斷增強,盆地持續沉降。這一時期煤層的厚度增加,表明氣候進一步濕熱、植物群落更加茂盛;地層里泥巖增多、顏色相對變深變暗,間接反映出水體變深、面積擴大,分散的洼地逐漸連成一片。此時的柴達木盆地非常適宜生物生存繁衍,各種植物和淡水生物數量龐大,地層中大量發現葉肢介、介形蟲、輪藻、雙殼和植物化石。大煤溝組上部地層中葉肢介群落具有較高的物種豐度和分異度,是湖泊長期穩定發育的結果;多生長于湖泊附近的銀杏類種屬發達,化石比例遠超過山地生長的松柏類植物,說明這一時期湖泊分布范圍廣泛,山丘分布相對局限。溫暖潮濕的環境下,“黑色”的侏羅紀沉積地層不斷加厚,直至大煤溝組頂部出現了一套指示干熱環境的泥灰巖和湖湘灰巖,氣候、環境的劇烈變遷悄然拉開了帷幕。

紅水溝組全景

進入采石嶺組,黑色的煤和暗色泥巖突然失去了蹤跡,地層巖性驟然變為雜色和紅色砂巖與鈣質泥巖韻律互層,干熱條件下形成的鈣質結核在地層中大量發育。原本濕潤環境中茂密生長的各類植物迅速衰落,喜熱旱生的掌鱗杉科植物孢粉化石含量卻異軍突起。種種跡象表明,采石嶺組沉積時期,柴達木湖盆萎縮水體迅速變淺,茂密的林地不復存在,盆地轉變為熱帶-亞熱帶炎熱半干旱氣候環境。

從顏色上看,紅水溝組巨厚的棕紅色砂泥巖似乎與采石嶺組差別不大。但地層中偶夾的石膏細脈,暗示了這一時期氣候炎熱、干旱程度的持續增強,生物生存環境也隨之進一步惡化——甚至連采石嶺組地層內占優勢的耐旱耐熱的掌鱗杉科植物此時也不見了蹤影。地質工作者在紅水溝組頂部最新發現的風成砂巖,為柴達木盆地侏羅紀這段“紅與黑”的歷史劃上句點。風成砂是干旱缺雨、植被稀少、風成作用持久強烈等特殊環境下的產物,是沙(荒)漠環境的地質記錄。宏觀上,紅水溝組頂部的棕紅色巨厚砂巖地層廣泛發育大型、巨型高角度交錯層理,具有典型的風成沙丘沉積基本特征;微觀上,砂粒具有風成沉積中顆粒高速運動、碰撞形成的典型形態。風成沙丘的出現,意味著柴達木盆地終于從侏羅紀早期溫暖潮濕、水草豐美的環境轉變成干旱炎熱、荒漠戈壁的模樣。

用我們對時間的感性認識去想象柴達木盆地侏羅紀45個百萬年的演變似乎太過漫長,遙不可及。然而在地質歷史的書架上,柴達木侏羅紀這一本“紅與黑”只不過是薄薄一冊。關于這場氣候-環境變遷的模樣我們知道了個大概,但變化原因、機制、細節等方面還有太多值得思考和探索的篇章,等待著我們仔細研讀?!?/p>

(作者單位:中國地質科學院地質力學研究所,自然資源部古地磁與古構造重建重點實驗室)

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