莫?dú)J烏拉山頂上的“空中河流”

解程皓

（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）武漢 430074；新疆有色地勘局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院 烏魯木齊 830000）

1 引言

中國新疆，這個(gè)世界上離海洋最遠(yuǎn)的地區(qū)，橫臥著一條壯美、巍峨的山脈—天山山脈，它全長2500余千米，在中國新疆境內(nèi)的可達(dá)1700余公里，真所謂是橫貫千里、氣勢(shì)如虹。它在人類面前顯得那么壯美而神秘，吸引著一批又一批的地質(zhì)學(xué)者去發(fā)掘和探索。

2014年7月，炎炎夏日炙烤著整個(gè)中國大地，一趟從武漢出發(fā)的列車，載著我們地質(zhì)學(xué)者，開始它的旅程，目的地正是新疆東天山?；疖嚶÷〉匦旭偭艘惶煲灰?，清晨熹微的陽光又一次潑灑在窗外，金色的戈壁灘和遠(yuǎn)處的天山山脈映入乘客的眼眸，新疆哈密到了。一眾地質(zhì)人在哈密下了列車，又馬不停蹄的坐上北行的越野車，他們需要穿過哈密北部的哈爾里克山駛向天山的腹地—巴里坤盆地。越野車徑直向北駛出了吐哈盆地，進(jìn)入哈爾里克山的瞬間，炎熱的天氣退去了它的燥熱，清涼的山風(fēng)讓大家神清氣爽，旅途的疲憊也一掃而光，大家流連于車外的美景，不知不覺就走完崎嶇的山路，進(jìn)入盆地。一個(gè)轉(zhuǎn)彎過后如仙境般的巴里坤草原忽然闖入我們的視野，對(duì)于之前幾百里毫無生氣的戈壁灘來說，這一抹綠，綠的讓人心醉。北望草原，這一抹綠意漸漸消逝在北方荒莽的山峰腳下—莫?dú)J烏拉山就這樣走入了我們的視野。

1 天山之東—壯麗的莫?dú)J烏拉山

“莫?dú)J烏拉”在蒙語中的含義是“青灰色的山”。是天山的最東段，海拔超過3000米，綿延上百公里。它西側(cè)連接著狹長的天山山脈，東側(cè)則沒入荒涼的戈壁之中，往南與隔著巴里坤盆地的哈爾里克山遙相呼應(yīng)，山北則是蘊(yùn)含著豐富油氣資源的三塘湖盆地。這里的氣候?qū)贉貛喐珊禋夂騾^(qū)，冬天最低氣溫可達(dá)-43.6℃。夏天則氣候涼爽，不少哈薩克牧民在山中放牧和生活，除了部分的人類活動(dòng)，這里也是野生動(dòng)物的棲息地，馬鹿、盤羊、雪雞都這兒安家落戶，甚至還有雪豹出沒。野生植物更是多達(dá)500余種，其中最著名的就屬天山雪蓮，每到6-7月一朵朵巴掌大小的雪蓮花綻放初容，異香流動(dòng)，煞是美麗。山頂遠(yuǎn)眺，雄渾的山脈、翠綠的草甸襯托著星星點(diǎn)點(diǎn)的雪蓮，莫?dú)J烏拉的壯闊和秀麗非置身其中而不可體會(huì)。

圖1 巴里坤草原和遠(yuǎn)處的莫?dú)J烏拉山

2 奇怪的礫石

清晨，一陣清脆的錘子敲擊聲在狹長的山谷回響，打破了山中初夏的寧靜。莫?dú)J烏拉山迎來了兩位新朋友。他們衣著鮮紅，手握羅盤地質(zhì)錘，這正是我們勤勞的地質(zhì)工作者開始了一天的工作。他們沿著深邃的山谷向深山進(jìn)發(fā)，山谷兩側(cè)是4億多年前中晚奧陶世的古老砂巖。他們不時(shí)觀察測(cè)量，時(shí)而低頭速記著巖石的信息。

晌午時(shí)分，狹長的山谷仿佛走到了盡頭，山彎一轉(zhuǎn)，景色豁然開朗，峽谷變得寬緩，兩側(cè)的山峰綿延消逝在視野的盡頭仿佛進(jìn)入了世外桃源。谷地中藍(lán)天白云、綠草如茵，白色的氈房炊煙裊裊，這儼然成為一個(gè)天然大牧場(chǎng)。倆人沉浸在這自然的美景中，沿著山腳走著走著，突然發(fā)現(xiàn)腳下出現(xiàn)了許多圓滾滾的礫石，礫石有大有小，磨圓很好，且成分多樣，在這片山谷中顯得尤為突兀。往山上望去，山坡上也散落著許多礫石。

為什么這些礫石與周圍的環(huán)境會(huì)顯得格格不入？原來這片山谷及兩側(cè)的山體被探明都是由約4.5億年前的中晚奧陶世的砂巖所構(gòu)成。這里的砂巖巖性比較均一、致密。山谷兩側(cè)巖壁上的砂巖露頭也大多棱角分明，呈塊狀，硬度很高。通常來說，由于山中氣候、生物等因素（如脹縮作用、冰劈作用、根劈作用等），山上的砂巖也會(huì)受到風(fēng)化作用形成砂巖碎塊脫落下來，在山谷中堆積，形成坡積物或者殘積物。這種坡積、殘積的砂巖滾石并沒有受到遠(yuǎn)距離的搬運(yùn)作用，而是就近堆積，所以滾石形狀并不規(guī)則，多呈棱角狀、片狀、塊狀等不規(guī)則的形狀。那么他們所見到的磨圓較好的圓狀-次圓狀礫石，顯然不是原地堆積的，而更像我們常見的河流中的礫石的特征，由于流水的侵蝕和磨圓才形成的此圓潤的礫石?？蛇@些礫石應(yīng)該出現(xiàn)在河床或地勢(shì)較低的河谷中，為何會(huì)出現(xiàn)在山坡上？顯然這些山坡上的礫石，不會(huì)違背重力作用從低谷里爬到高地上來，為了尋找答案，地質(zhì)隊(duì)員毅然向山頂進(jìn)發(fā)。經(jīng)過艱辛的跋涉，這疑惑終于初露真容，不遠(yuǎn)的山頂上仿佛帶著一頂灰黃色的、麻麻點(diǎn)點(diǎn)的厚帽子，和下伏的灰黑色的砂巖地層有著很明顯的色差，這或許就是他們苦苦尋找的答案。

圖2 遠(yuǎn)觀復(fù)成分礫巖和砂巖的分界線

離山頂越來越近以后，真相也擺在大家的面前。原來山頂上這頂厚帽子，是厚達(dá)數(shù)十米的灰黃色復(fù)成分礫巖。除了顏色與下伏的砂巖不同以外、巖石結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成，構(gòu)造產(chǎn)狀也截然不同。這種復(fù)成分礫巖由許多不同成分的圓滑礫石和粗粒雜砂組成，并在一定條件下受到壓實(shí)、膠結(jié)等作用下形成的巖石。由于這種巖石的成分并不均一，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較松散，經(jīng)過漫長歲月的風(fēng)化作用，礫石紛紛從復(fù)成分礫巖中脫落，才會(huì)在山坡上散落到處都是磨圓度很好礫石。

3 山頂上的“空中河流”

地質(zhì)隊(duì)員們到達(dá)山頂，得到“真相”之后，工作并沒有結(jié)束，更多的疑問又接踵而來，山頂上厚達(dá)數(shù)米復(fù)成分礫巖是什么時(shí)候沉積的？它從哪兒來？為何會(huì)在山頂上？代表了什么地質(zhì)環(huán)境？誠然這些答案并不會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)得到解答，他們現(xiàn)在能做的就是盡可能地觀察地質(zhì)特征、測(cè)量地質(zhì)產(chǎn)狀，并且用GPS、相機(jī)、野簿詳細(xì)地記錄下來，最后用地質(zhì)錘敲下滿滿幾袋樣品，帶回實(shí)驗(yàn)基地。

想要揭開莫?dú)J烏拉山頂上這套神秘的復(fù)成分礫巖的奧秘，僅僅指望野外工作是不夠的，還需要在室內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)的研究分析工作。

為了確切了解這套地層的來源和沉積環(huán)境，我們就需要對(duì)巖石巖性、巖石組合和沉積相進(jìn)行研究。接下來的大部分研究工作將在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。野外采集的部分巖石樣品經(jīng)歷繁瑣的處理，被打磨成一張張能夠在顯微鏡下觀察的薄片，對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和統(tǒng)計(jì)，最后結(jié)合野外所獲得的宏觀尺度上的資料和數(shù)據(jù)，最終確定了這套地層當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境為陸相河流沉積環(huán)境。也就是說這套復(fù)成分礫巖正是陸地上古河流沖積所形成的。

之后的部分樣品又被送到國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在那里，我們將解決下一個(gè)關(guān)鍵問題：這套地層的沉積年代。我們的測(cè)試是運(yùn)用國際主流的巖石年代學(xué)的分析方式—碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)分析。即大量提取樣品中一種可以測(cè)年的微小礦物—鋯石，通過它來測(cè)年。其原理并不復(fù)雜，是依據(jù)放射性元素?fù)碛泄潭ǖ陌胨テ冢阁w衰減、子體積累，不斷地記錄下時(shí)間參數(shù)）這一特性來測(cè)定年代的。而鋯石是一種廣泛存在巖石中的副礦物，其礦物特性穩(wěn)定且含有較高含量的長周期性放射元素母體（鈾）U和Th（釷），和較低含量的子體Pb（鉛）。成為最適合做UPb定年的礦物。經(jīng)過忙碌的的樣品測(cè)試和專業(yè)的數(shù)據(jù)調(diào)試工作，這塊樣品最后的沉積年齡終于塵埃落定，定格在了2億多年前的早侏羅世，也就是眾人所知的恐龍繁盛的時(shí)期。

在了解了山頂上地層的身世之后，不禁要聯(lián)想，難道在遙遠(yuǎn)的2億年前，莫?dú)J烏拉山的山頂上流淌著一條神奇的“空中河流”？導(dǎo)致河流沖積物留在了山頂，才形成今天山頂上的復(fù)成分礫巖？

圖3 a河流沖積物形成的復(fù)成分礫巖 b復(fù)成分礫巖中的磨圓較好的礫石

4 揭開“空中河流”的奧秘

俗話說，“人往高處走、水往低處流”。“空中河流”真的和我們想象中的一樣，能在山頂上流淌嗎？這看似確實(shí)不符合自然界的規(guī)律。在哈密地區(qū)有多年地質(zhì)工作經(jīng)驗(yàn)的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)家王教授解釋說，這一違反自然規(guī)律的現(xiàn)象只是大自然的障眼法，其實(shí)在自然界中這種現(xiàn)象并不罕見。在漫長的地質(zhì)歷史進(jìn)程中，不停地發(fā)生著滄海桑田的變化，但這種變化通常以百萬年來計(jì)算。人類的壽命在它面前過于短暫，無法感受到它的變化，因此常人總是直觀認(rèn)為流水是活動(dòng)的、而山峰是亙古不變的。而地質(zhì)事實(shí)卻并非是人們想象的這樣！

通過地質(zhì)學(xué)家對(duì)東天山的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)在這片土地上曾經(jīng)發(fā)生過滄海桑田的巨變，早古生代之前，這里曾擁有一片海洋——古亞洲洋。海洋中漂浮著許多大陸板塊。直到3億多年前晚古生代早期，由于板塊間的運(yùn)動(dòng)、碰撞與擠壓，使海水消退、陸地拼合、隆起成古天山。

2億年前的三疊世晚期-侏羅世早期，這片古天山經(jīng)受了長期風(fēng)化作用，已經(jīng)被剝蝕到相對(duì)低矮的高度。莫?dú)J烏拉山間，也形成了一條沿北西-南東走向的狹長盆地。俗話說：“人往高處走，水往低處流”，自然而然，四面八方的山間河流就會(huì)從高處流向盆地中。同時(shí)河流也攜帶了大量砂、礫石等沖積物，沉積在盆地之中。這種沉積過程可能持續(xù)了上千萬年，最終被壓實(shí)、固結(jié)成巖。直到三、四千萬年之后的中侏羅世，莫?dú)J烏拉山受到構(gòu)造作用再度隆升，山間盆地也隨之抬升到較高的地勢(shì)，不再接受流水的沉積。此后，莫?dú)J烏拉山又經(jīng)歷了多次的隆起抬升，甚至直至今天我們所見到的莫?dú)J烏拉也依然在不停地隆升。

隨著莫?dú)J烏拉山身世謎團(tuán)的揭開，“空中河流”的奧秘也撥云見日。原來，水依然是在山谷中流淌，河水?dāng)y帶的圓滑礫石也都是在低洼的盆地里沉積、成巖。只是受到構(gòu)造地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的改變，滄海變桑田、盆地起高山，才有了莫?dú)J烏拉山頂上這套“奇怪”的礫巖。我們不禁要贊嘆大自然的鬼斧神工和千變?nèi)f化，但這僅僅是她給我們出的一道小小的謎題。自然界中還有更多千奇百怪的現(xiàn)象等待我們?nèi)ヌ剿骱桶l(fā)現(xiàn)，這也將激勵(lì)著我們一代又一代的人為自然科學(xué)的發(fā)展而奮斗