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                津北有奇觀
                10億年┄地層上的“萬卷史書”


                文章出自:中國國家地理 2013年第12期 作者: 上官千尋 吳軍江 

                標簽: 薊縣   地質地理   中國地質公園名錄   中國國家級自╟然保護區名錄   巖石   

                天津北部長城腳下,群峰突起,雖無名△山大川,卻暗藏奇觀。這片幽僻的山區之中,有一條名震地質學界的地層走廊叫“薊縣剖面”,是8億至18億年前地質演化史的縮影。它身上潛藏著哪些地球密碼?這裏為何誕生了最美的疊層石?本文作者將在第一現場尋找謎底。
                1934年,高振西◤等學者在這一帶考察時發現了一種紫紅色的白雲質灰巖,並將∮這種巖層命名為“楊莊紅頁巖”。“薊縣剖面”命名後,這段地層(地層是指地質歷史上某一時代形成的層狀巖石)被劃分為一個獨立的組—楊莊組。幽藍夜空和璀璨星光之下,出露完整的紅色巖層景觀顯得尤為壯麗,山下劃過的幾束燈光好似一條時光隧道,將我們投影帶入十幾億年前的遠古世界。深藍色的夜空中劃過的星軌與醒目的層狀巖石景觀,形成了奇妙的呼應關系。攝影/張博開

                天┳津北部山區,潛藏著一部神奇的“地質巨著”

                秋╞霜降臨的深秋,我和朋友相約到津北山區一遊。我們從市區出發,沿津薊高速一路北上,不到一個小時就到了津北門戶薊縣。從衛星地圖上看,薊縣縣城被嚴絲合縫地鑲嵌在燕山南麓的沖積扇上,城北緊靠的府╩君山(燕山的一部分)像一道牢固的天然城墻,守護著這座小城。山下有一條橫貫東西的環城公路,大致就是燕山與華北平原的分界線。說話間,車子駛入一條山道,視線立刻被起伏的群山所阻斷。此時,山路四周盡是色彩斑斕的林海,叢叢密林織成了層層彩緞,順著起伏的山勢╓鋪展開來。說起欣賞秋色,天津北郊這些小山的名氣遠不如北京香山。因為來此觀光的遊人較少,反而讓這裏多了幾◥分清幽。

                此次來到薊縣,我並非僅為∞欣賞秋色而來。這片山地中,讓我更感興趣的是一部藏在山中的神秘“長卷”——走在清幽的山谷中,我頓時覺得自己化身為武俠世界中尋寶的俠士。的確,我這次要尋找的寶藏放在世界範圍內,也稱得上是罕見寶貝,因為它儲存著地質時期的海量信息,可以還原人類誕生前的生命世界。從明永樂二年(1404年)建城開始,天津的城市史已有600多年。若放在漫長的地質年代中,600年不過是短四大家族領頭暫的瞬息。大約19億到8億年前這段時期,今天津地區為海水所覆蓋。此後的7億多年裏,海水屢次進退。約1億年前,經歷“燕山運動”後,今薊縣地區的地殼不斷隆起,形成了低山丘陵┧。

                若將時光回溯至億萬年前,薊縣所在地剛剛隆升為陸地。近1萬年以來,燕山與華北平原地殼穩定後,天津地區的早↓期文明曙光出現在薊縣地區,而天津市區所在地則被大片沼澤覆蓋著,尚◣不適合人類居住。怪不得薊縣人常常自豪地說:“六百年歷史看天津,五千年文明在薊州。”億萬年過去了,海陸變遷和地質演化過程中到底留下過什麽蛛絲馬跡?今天的地質專家,如何能夠窺探十多億年前的地質面㊣貌?

                我們向山溝深處走去。據說,那部神秘的∏“地質巨著”就藏在不起眼的溝壑之中。

                巖石類型:花崗巖
                地質年代:距今約2億年

                怪石他頓時殺機爆閃林立的盤山
                巖漿侵入留下的景觀傑作
                從薊縣縣城向西走12公裏,便可以看到拔地而起的盤山,從這裏向北,便是綿延400多公裏的燕山山脈。盤山整體海↑拔不高,但山石蜿蜒起伏,頗似騰雲駕霧▓的蛟龍,所以得名。比起薊縣古老的沈積巖和變質巖,盤山上的花崗巖則年輕了許╮多。它是在距今約2億年前的中生代╠三疊紀,地下巖漿侵入到中新元古代地層中冷卻形成,而後經過一系列構造運動“拱出”地表。如今的盤山花崗巖退去了曾經的鋒芒,被風化剝蝕成為險峻的山嶺。冬季這裏銀裝素裹,幹枯的樹木靜靜等待著春季的萌芽。

                跨10億年的“剖面”,袒露在大地上的“巖石史書”

                20世紀30年代,薊縣(時屬河╔北省)北部山區還是一塊人煙稀少、草木叢◥生的處女地。那是一個冬天,三個與當地人穿著不同的年輕人來到這裏,迅速打破了山區的寧靜。原來,他們是從北京來的地質學者,以北京大學地質系助教高振西為首。他們騎著幾頭毛驢走進了山谷,一路上走走停停,不時觀』察著沿途的峭壁。在一個露出地面的石壁前,三人一↙邊拿著放大鏡觀察,一邊拿起鐵錘輕輕敲打。勘測┋一番之後,一種前所未有的興奮湧上他們的心頭。原來,這巖石便┴是他們苦苦尋找多年、形成於十多億年前的疊層石。他們趁熱打鐵,沿著山谷北行,發現這裏有一條南北延伸、露出地表的巖層帶,後來被地質學家稱為“薊縣剖面”——它完整地呈現了中上元古界(註:元古┿界中晚期)時期的地層面貌,所以也稱“中上元古界剖╳面”。

                其實,對標準地層或標準剖面概念,科班出身的我已爛熟於心,似乎不去現場也能輕易描述其重要意義。然而這一次,當我實地考察後,才真正感受到“剖面”更加驚人的一面—景兒峪、下馬嶺、洪水莊、霧迷山、高於莊、大紅峪、團山子、串嶺溝、常州溝、府君山……這些教科書上無比響亮的地層┯名竟一一出現在山村路口,並且早在國家地層命名前就已經出現在這裏。僅幾十分鐘的車程,我們就似乎穿越了億萬年的時空】隧道。顯然,前文所說那部神秘的“藏寶圖”,指的正是“薊縣剖面”。

                對於地質學界來說,“薊縣剖面”的發現是極具轟動性的。它現在被視為“中上元古界的標準剖面”。也就是說,它是目前這一時期地層剖面中近乎完美的樣本。國土資源部天津地礦研究所的朱士興研究員評價說:“薊縣剖面幾乎是完⌒美的,地層少有錯位,極少發生變質,是難得一見的好剖面。”

                最初,我跟大多數人一樣,有這樣一個疑問:中上元古界地層很多地方都有,為何學者如此偏愛薊縣這個地方呢?理論上講,所有地下巖層均有可能產生剖面,但由於多種復雜因素,大多數※地方的地層因地殼運動而失去了本來面目,而薊縣┨剖面基本保持著沈積時的模樣,幾乎沒有“失真”。

                圖1
                微觀看地層
                天工造就的▓象形世界
                天津薊縣地層中遍布碳酸鹽巖,指示了洪荒時代的海陸演變,留下了許多精彩瞬間。4張微觀畫面展示了其中幾種有趣的巖石:由於花紋形狀奇特,它們分別形象地稱為虎斑巖(圖1)、姜狀灰巖(圖2)和臼齒巖(圖3、圖4,當地百姓俗稱“蝦米石”)。圖1中,一塊平坦的灰巖表面一個個突出的磨圓石塊,如同宮墻上的龍紋浮雕,實際上,它們並非粘在巖好石表面的附著物,而是與巖石融為一體的,只是由∑於內部礦物成分不同,被風化的程度也有所不同。另外兩種巖石中形本來他就屬于聯盟中態各異的黑斑,其成因有兩種說法,有人認為黑色部分為生物有機質的遺跡,另一觀點則認為黑色部分是地層破裂後縫隙中填充的“泥晶脈”,很可能是古地震作用的結果。
                圖2
                圖3
                圖4
                巖石類型:碳酸鹽巖
                地質年代:距今約13億—14億年

                1984年,薊縣※剖面所在地誕生了“中上元古界國家級自然保護區”。進入薊縣山區─後,一路為我們講解的專家楊立公先生,是保護身上區管理處的負責人。這條長長的地層帶,被地質學家劃分為3個系、11個組、105層——這部“巨著”的系、組、層,恰似古典小說的章、回、節,地層中“章章”經典、“回回”精彩、“節節”生動。由於剖面十分完整,我們可以在地表輕易地看到10億年前,被時光洗禮過的巖石。

                從縣城向北直到黃崖關腳下,兩邊出露地層的地質年代越來越久遠。透過車窗我們看到,很多地層因為後期的構造運◆動而發生明顯的褶曲,與水平面約呈大角度傾斜,深埋地下的部分也被“拉”出了地面。車到山路盡頭,停在了長城腳下的常州村。村口一處斷崖清晰地留有“元古界”與“太古界”界線。兩塊相距不到一米的巨石,年代跨越了7億年。所以,此處被楊先生形容為“一步跨越7億年”。

                路上,我們遇到了許多前來┏遊歷的人。來此登山的人,往往是〒奔著“薊縣剖面”而來。我在現場遇到三支考察隊,兩支來自地質院校,一支來自地礦企業。作為地質院校的畢業生,他們中的大多數人讀過李四光撰寫的《中國地質學》,該書對薊縣剖面的贊譽讓我印象深刻:“在歐亞大陸,同時代地層中薊縣剖面之佳,恐無出其右者。”地質圈裏的人到這裏來,就好比虔誠的信┖徒來膜拜心目的聖地。

                常州溝組
                “萬卷史書”長卷的
                第一頁
                常州溝組是薊縣中下元古界中最古老的地層,距今約18億年。地層中顆粒粗╀大的礫巖和雜砂巖是古河流沈積的標誌。這張手繪圖是將科學圖件經過藝術加工的產物,遠方是當我們站在薊縣的山上看到的崇山峻嶺,而山前宏大的地質剖面則展示了綿綿青山下古老巖石的質地與韻律,地╋層的疊覆與起伏。繪圖/劉震宇

                從薊縣縣城到常州村,連┷綿起伏的丘陵中好似一排巨大的書櫃,其中安放了跨越10億年歲月金甲戰神的沈積巖層;巖層則像魚鱗瓦脊那樣,重重疊疊地在大地上延伸,儼然一冊冊用巖石壘砌的典籍大作。數億年時光中,宛如典籍般羅列的地層經歷過各種劇烈演化,卻幾乎沒有改變容顏,或許就是為了有一天被人發現。巖石不能言,但它們一直在等待知音的到來。

                朱士興
                國▓土資源部天津地質礦產研究所?研究員
                薊縣地層表明,
                寒武紀前有更早的┕
                生命大爆發
                天津薊縣出露的疊層石及其他微生物化石,就像一個個信息存儲器,通過上面的信息,我們推斷出了當時的海陸演化情景,甚至可以復原海盆的擴張及海水進退變化過程。當然,中新元古代的疊層石不僅在薊縣有發現,它們的身影遍及世界各地,但薊縣疊層◎石的保存完整度、圖案審美性等方面獨樹一幟。
                此百花谷前的地質理論認為,距今10億到16億年前的中元古宙,正是古老的原核生物向真核生物過渡的重要演化時期,然而從目前的發現和研究來看,多細胞的古植物也已經大量出現,說明早在5億年前左右的寒武紀生命大爆發之前,地球就已經呈現出生命欣欣向榮的情景。也就是說,“前寒武紀”地球缺少生命跡象的傳統理論將面臨顛覆。
                巖石類型:微生物疊層石
                地質年代:距今約13億—16億年
                薊縣疊層先天靈體石
                解開古老宇宙秘密的密鑰
                疊層石是由藍@ 藻等微生物的參與下形成的微生物巖(或稱生物沈積構造),是一種“準化石”,它的存在說明曾經有微生物 砰的生命活動。“薊縣剖面”幾乎各個時期都有疊層石被發現,數量達數十種。圖中為柱狀疊層石的天然縱剖面和橫剖面,“疊層石柱”之間留有縫隙,曾被海々水中的礦物充填。
                早期的古生物和巖層的共同作用,構成一幅幅蘊藏生機的圖案,令觀者真切感受到地質年代的生命律動。薊縣通往黃崖關長城的一聲響聲公路邊上,出現了幾座以疊層石工藝為主題的奇石館。這些“會記憶的石頭”的審美價值,漸漸地被民間藝人發掘出來(攝影/張博開)。

                中國最美“疊層石”,還原生機盎然的“中元古界”

                5億多年前,地質年代進入古生代的寒武紀,此後數百萬年裏,包括現代生動物類群祖先在內┉的大量多細胞生物出現。長期以來,寒武紀之╤前的地層中幾乎找不到動物化石,所以這次生物演化事件被稱為“寒武紀生命大爆炸”。

                寒武紀之前的40多億年,一度被認為是缺少生命的死寂時期,這段漫長歲月也被籠統地稱為“前寒武紀”。

                科學家之所以得出上述結論,很大程度上是因為前寒武紀缺少化石發現,其巖石要麽嚴重變質,要麽被埋在海底地層中。這個時候,“薊縣剖面”的出現彌足珍♀貴—這裏先後發現了距今14億至12億年的微生物群化┓石,距今8億至10億年的藻類化石。這些發現,逐漸改變了過去的固有認知。據中國地質調查局天津地礦研究所數據,薊縣剖面地層中發現的微生物群至少有16個屬、28個種。因此,地質環境專家張書義先生認為:“早在中上元古代,地球生物已經有了眾多家族,當時已經存在一個生機盎然的生命世界。”

                巖層剖面中,破解生命密碼的⊙重要鑰匙就是“疊層石”,它因為布滿層狀紋理或由層狀結構組成而得┸名,是寒武紀之前出現的生物化石,或“準生物┗化石”。薊縣剖面為中元古界的標準剖面,所以這裏的疊層石幾乎是最完美的。正因為疊層石的品質出色,“標準剖面”更顯得名副其實。在薊縣鐵嶺溝、井兒峪山區,我看到了千姿百態的疊層石袒露在大地之上,清晰地顯露著浮雕┢般的圓弧或水波紋理。大學時,我曾在實驗室裏見過許多疊層石,它們中的╪大多數要麽發生了變質,要麽被侵蝕損毀。在薊縣,我第一次見識了紋路如此清晰、完美的石頭。這些也并沒有說什么神奇的石頭,仿佛擁有特殊的魔法,一下子將我的思緒帶到10億至20億年前。

                長期以來,地質學家在意的是疊層石的科研價值,所以無意間忽視了其審美價值。我在天津結識了一位叫吳軍江的攝影師。20世紀70年代,剛參加╭工作的老吳對家鄉北部山區的了解還非常粗淺。80年代,他不斷地跟地質專家打交道,方知這些◥不知名的小山中蘊藏著寶貝。他從事攝影創作30多年,多數作█品均取材於此地。吳軍江的鏡頭將薊縣疊層石的視覺美呈現得淋漓盡致。以形狀而言,疊層石有的為錐形,有的呈柱狀,有的像一面石壁或一堵城墻。縱向窺視,石頭表面布滿條條石柱,很像古希臘神廟中的殘垣斷壁;橫向觀之,它們形成了一個個球形┡凸起,看起來像一大片起伏的山丘。這些狹小的空間包含著一個個大世界——因為,那裏曾八歧大蛇合體是早期生命的家園,那些微觀景色,是原核生物新陳代謝、生老病死過程中演奏的生命樂章。

                朱士興研究員曾長期致力於破解疊層石的生態密┬碼。他說,那些相間分布的紋路就像樹木的年輪,對應著歲月更叠。他的團隊觀測發現,一組薊縣疊層石蘊藏 一套接一套著13億年前的季節變化等Ψ信息。這些信息證明,地球當時一年●約546—588天、13—14個月——由疊層石破解出來的數據,跟天文觀測結果相差無幾。

                巖石為何能孕育生命?不熟悉地質的人覺得不可思議。《西遊記》講了一個石頭裏蹦出猿猴的故事,薊縣疊層石則表明,早期生命形成與地》殼運動、巖石演變密不可分,猿猴和人類的先祖最初還真離不開石頭。了解這些後,吳軍江對腳下這片大地更加敬畏。工作之余,他常常坐在疊層石面前沈思。“跟它要擊殺他們就更難了們面對面,就相當於跟那個時代的地球對話。生命孕育之初,這裏經歷過劇烈演變,現在卻是一☆副安詳寧靜的面孔。”在老吳眼中,疊層△石是一種至美的雕塑藝術品,“這偉大的作品是大自然和早期生物用數億年之高手得多恐怖功塑造的,沒有哪位藝術家具備這種功底和想象力。”

                遙想十多億年前,眼前這片山地╥還在茫茫大海之中,條條古河流從古大陸上奔流而來,河流所攜泥沙在淺海中沈積,慢慢形成了巖層。但是,這裏並非荒蕪、死寂的天地,那些層疊的巖石中,頑強═的生命正在悄悄地完成演化,並繁衍成早期的生命王國……

                巖石類型:白雲巖
                地質年代:距今15億年左右
                紅♂白相間白雲巖
                十多億年前海水進退的遺存
                走在薊縣鄉間的路上,你會發現兩邊裸露的地層大都與地面呈大角度的傾斜,甚至近於直立,也讓我們感受到地球的巨大能量。這裏曾發生多次的構造運動,形成若幹條褶皺︻,而這段巖層正是一個背斜的南翼,因而出現了地層整體向西【南方向傾斜的規律。地層中紫紅色與灰白色相間是楊莊組地 天地為爐層的典型特征,反┏映當時氧化、還原環境的變化,指示了無數次海水進退的旋回。而今這些被大地翻轉的巖層矗立在這荒野中,白雪的映襯下,顯得安詳和靜凝神戒備謐。

                常州溝口,“薊縣剖面”與萬裏長城的交會之地

                我站在薊縣剖面起點處舉目四望,幾座石英巖狀砂巖形成的山峰連成一道弧,環抱著元古界、太古界分界處的崖壁,一條清澈見底的溪水從┣山前潺潺流過。在楊立公先生指引下,我攀上附近一座山頭,望見了藍天下突兀聳立的天津市最高峰——海拔1078米的九炎烈有點憋屈山頂。清代,薊縣黃崖關附近的九龍山、八仙山均為清東陵風水禁地,曾被封禁了近300年,不允許┮民眾靠近。所以,這裏至今從谷地到山峰,都密布╙著各種植被。深秋到了,山腳、山坡、山頂好似塗上了濃墨重彩,顯得如夢如幻。站在八仙山主峰南眺,唯見山巒疊嶂,將這些山峰串聯在一起的,正是24公裏長的“薊縣剖面”巖層。

                層林盡染的群峰之巔,綿延著60多公裏的黃崖關長城。頗有意思的是,翻山越嶺的邊墻恰好橫跨了“薊縣剖面”這條地質長廊,下方露出的巖層距今有18億年。從地ζ圖上看,薊縣剖面為南北向斜跨,長城則沿東西山脊線蛇行,二者組合在一起,就像一只展翅翺翔的鴻雁—常州溝組段的薊縣剖面是你就是萬節號稱劍皇之下第一高手大雁的頭顱、軀幹,兩側蜿蜒的長城則是大雁的翅膀。從明初誕生算起,黃崖關長城不過600多歲,而它身軀之下最“年輕”的地層恐怕也有┃10億多歲了。人類所謂的偉大工程,在大自然締造的┭“地質長城”面前,不過是個小小的角色。

                晚上,我和朋友住在了長城腳下的農家院裏。晚飯過後,長庚星(金星)從東面╲山頭爬了出來,閃著耀眼的白光;不久,“獵戶座”從東南天空出現。隨著夜幕拉下,密集的星鬥布滿了天空。久居城市的我習慣了霓虹燈的光芒,很久沒有看到如此純凈的星空了。這裏距大城市有100多公裏,又有重重山嶺,遠處光汙染被阻斷。隨著夜色⌒ 漸深,一道閃著白光的銀河斜貫長空,高懸於山巔「,並一直延伸到遠處烽火臺處。

                夜空下的薊縣山區,天文、地質、人文,三種穿越時空的景觀互相交織著,也將“天、地、人”的關系巧妙地闡釋出來:地大於人、天高於地,天地之間,再美的人文景觀,也不過是滄海一粟。在這個寧靜︽的山區,看星空、登長城的同時,你可以在跨越10億年的地層中盡情暢遊,散步間就可以感悟滄海桑田之變。看似悄無聲息的山林之╝下,地質演化仍在悄然進行。日出東方┻之後,“薊縣剖面”將會繼續開門納客,靜候那些絡繹不絕的地質“朝聖者”……

                責任編輯 / 馬子雷 荀新平  圖片編輯 / 孫毅博 

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