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                        首頁園林新聞河北新聞
                        【大河之北·山地高原篇③】巖石訴說
                        [日期:2019-07-11 08:18:07]   來源:河北新聞網   作者:    網友評論 0 打印
                        河北自然地理解讀山地高原篇③
                         
                        巖石訴說
                         
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                          巖石,自然界最普通的一種存在,卻是打開我們腳下大地認知之門的那把鑰匙。
                         
                          曹莊巖組、遷西巖群、阜平巖群……以河北境內地名命名的種種巖層,像一本本史書,記載著燕趙大地山海變遷的往事。
                         
                          狼鰭魚、豐寧原羽鳥、華美金鳳鳥……以熱河生物群為代表,封印在巖石中的那些生命,定格了億萬年來河北大地上曾經的生機勃勃。
                         
                          “四次為海,四次為山;彈丸之地,五代同堂”……從95年前開始吸引北大師生前來實習并走出3位院士的秦皇島柳江盆地,而今已成“哺育地學人才的搖籃”。
                         
                          在科學面前,每塊巖石都有自己的故事。讀懂它們,對我們今天的生活相當重要——
                         
                         
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                          百里峽內,窄澗幽谷,天光一線。野三坡景區供圖
                         
                          記載山海變遷最古老的往事
                         
                          一塊石頭的多個“年齡”
                         
                          2018年6月11日,遷安市黃柏峪。
                         
                          省地礦局地質二隊總工辦主任張東坡從座位底下一把抄起地質錘,跳下剛停穩的汽車。
                         
                          家住此地的村民都知道這里出產鐵礦石。而張東坡前來尋找的,卻是中國最古老的巖石之一。
                         
                          這些巖石,被命名為曹莊巖組。因為其最早發現在遷安市曹莊子、黃柏峪、杏山一帶,目前只分布在不超過1平方公里的范圍內。
                         
                          然而作為冀東這片古老巖石中的一部分,曹莊巖組曾被劃入由原河北地質局第二區域地質測量大隊于1974年命名的遷西群,而被淹沒在一個更年輕的巖群之中。
                         
                          確認曹莊巖組更為古老這一點,自上世紀70年代以來經歷了一個復雜的過程。
                         
                          冀東這片古老變質巖引發關注之后,研究者紛至沓來。國內外學者的實地考察和深入研究,為確認曹莊巖組的年齡積累了眾多的同位素測年資料。
                         
                          上世紀80年代,研究者們首先得出了這一巖組中火山成因的斜長角閃巖的年齡,三組獨立進行的研究,結果均指向距今35億年左右。
                         
                          1994年,我國地質同位素年代學家劉敦一等對黃柏峪一帶的鉻云母石英巖中的碎屑鋯石進行測年,獲得的測年數據反映本區存在38億年的花崗質到中酸性長英質巖石。
                         
                          2000年以后,研究者們又取得了多個測年數據,這些數據均處于距今38.90億年—29.36億年之間。
                         
                          地球形成于距今46億年前,即使35億年這個年齡,也已經足以使曹莊巖組成為中國最古老的巖石之一。但為什么同是這一巖組,卻能獲得如此不同的測年數據呢?
                         
                          一小時之前,黃柏峪以北,50公里之外的遷西太平寨。
                         
                          集鎮中央一座小山上,佇立著一塊寫有“巖石鼻祖”字樣的石碑。
                         
                          小山名為南太平山,海拔只有175米,與其說它是一座山峰,不如說它更像是一塊巨石。
                         
                          就是這塊巨石,一度被認為是最古老的巖石之一。石碑上同時記載,這塊巖石形成距今已有36.7億年之久。
                         
                          明明曹莊巖組更古老,為什么這里卻出現了“巖石鼻祖”?
                         
                          疑問接二連三,張東坡卻指引我們仔細觀察眼前這塊巨石。
                         
                          這塊巨石,就像一個果子面包,顏色較淺的巖石中,夾雜著“水果塊”一樣的暗色巖塊。張東坡指著這些被包裹進來的巖石“夾心”介紹:“從暗色包體邁向淺色侵入體——一步可能跨越上億年或幾億年!”
                         
                          原來,早期地球巖漿活動劇烈,本就不很發育的早期地殼,經剝蝕后會成為后形成巖石的物源區,被從地球深處涌來的巖漿(侵入體)裹挾著,像熬皮凍一樣,經過慢慢冷卻以及無數次的地殼運動之后,最后抬升至地表,成為我們眼前的這塊巖石。
                         
                          至今,這塊巨石上,研究者采集標本留下的孔洞,仍清晰可見。鉆孔主要集中于暗色包體上,36.7億年這一數據,似乎就來自這里。但顯然,在這塊巖石上,包體結晶的年齡和整塊巖石形成的年齡并不一樣。資料顯示,太平寨這處巨石應該屬于新太古代(距今28億年—25億年間)形成的片麻巖。
                         
                          在黃柏峪,張東坡介紹,和太平寨那塊巨石的形成過程類似,曹莊巖組巖石的形成,也經歷了物源區巖石剝蝕搬運、沉積成巖、變形褶皺,以及被巖漿裹挾的漫長過程。它和零星分布在新太古代的片麻巖中的包體一樣,只是體積大小不同。
                         
                          經歷如此復雜的變遷之后,曹莊巖組巖石的測年數據中包含多個年齡信息就不難理解了。不過,這些年齡信息,只是其物源區巖石的年齡,曹莊巖組最終形成的時代要晚一些。
                         
                          “根據最新的高精度同位素測年結果分析,38.90億年—29.36億年應為曹莊巖組物源區被剝蝕巖石的年齡信息。”2017年出版的《中國區域地質志·河北志》中給出了結論,結合區域地質情況推斷,曹莊巖組的形成時代應在29.36億年—28億年之間,主體屬于中太古代(距今32億年—28億年間)晚期。
                         
                          張東坡發現了要采集的標本,他掄起地質錘,從那片顏色墨綠的巖體上敲下了一塊。
                         
                          “曹莊巖組形成于中太古代晚期,表明了冀東是地球最初形成的微陸塊之一。”張東坡告訴我們,地球表面最初陸塊可能很少,那時巖漿活動劇烈,原始地殼形成于距今46億年左右。經過數億年的變遷之后,微陸塊開始增多。這樣的微陸塊,在河北,還出現在阜平、懷安等地。它們形成于距今約38億年到25億年間。
                         
                          石頭的年齡“會說話”
                         
                          鑒定樹木的年齡看年輪,鑒定騾、馬的年齡看牙齒。鑒定巖石的年齡,該用什么呢?
                         
                          2018年7月2日,廊坊。
                         
                          河北區域地質調查院實驗室。
                         
                          實驗測試工程師姜艷雙正在進行一項極為精細的工作:她小心翼翼地把一粒粒鋯石,用鑷子轉移到載玻片上。載玻片上涂有用樹脂制成的合成膠。
                         
                          她需要讓鋯石在膠帶上整齊、均勻地排列好,還要讓最好的晶體面朝上,以便于下一步操作。
                         
                          而鑷子中的這些鋯石晶體,直徑最大的也只有25微米——一毫米的四十分之一。
                         
                          正因如此,姜艷雙所做的一切,都要借助電子顯微鏡完成:她在操作時手不能有一絲抖動,連呼吸也必須均勻。稍有不慎,手下的樣品就會被自己的鼻息吹走。
                         
                          這僅僅是利用鋯石鈾—鉛法為巖石測定年齡過程中的一個環節。在此之前還要進行選礦:對巖石進行破碎,然后挑選出這些鋯石顆粒——數公斤的巖石標本,往往只能選出幾克。因為選礦的步驟做得精細,行業內都說“選礦非廊坊這家實驗室莫屬”。
                         
                          姜艷雙操作的步驟叫作制靶。其后,鋯石經過拋光,進入照相環節。250倍的電子顯微鏡下,鋯石自身的條帶紋理能夠清晰顯示,通過對表面以及深層結構照相之后,優選出可以進一步打點測年的鋯石。
                         
                          隨后,靶樣會被放到特定的設備內,用激光打到鋯石環帶上,高溫激發出氣體,儀器能對其中的鈾、鉛比例進行測定。
                         
                          “巖漿凝固為巖石時,其中的鋯石在結晶時鉛元素會被析出,而鈾元素會被保留,并且鈾的半衰期不受其他因素影響。”實驗室主任班長勇介紹起了利用鋯石鈾—鉛法為巖石測年齡的背后原理。
                         
                          他說,只要鋯石晶體沒有被二次熔化,其中的元素沒有和外界發生交換,那么晶體中的鉛元素可以認為全部是鈾衰變而來的。因此通過測量鉛、鈾的比例,借助以時間為變量的函數來計算,就能知道鈾元素發生衰變經歷的時間,進而也就知道了巖石形成的年齡。
                         
                          這,就是目前精準測定巖石年齡的方法之一。
                         
                          而在這個實驗室,測年只是職能之一。送到這里的巖石,還可以進行硬度、礦物成分、化學成分、含水率、孔隙等多項分析。
                         
                          “巖石由礦物組成,通過對礦物特征的分析,可以嘗試還原巖石形成的環境。”班長勇介紹。
                         
                          以曹莊巖組為例,雖然原始的巖層在地質運動中已經分崩離析,但通過對礦物進行化學分析,可以發現,其原巖以海相碎屑巖夾火山巖、硅鐵質巖、碳酸鹽巖為特征。
                         
                          《中國區域地質志·河北志》中介紹,曹莊巖組盡管出露面積小,但巖石類型多樣,其常見巖石類型有十幾種之多。但如此之多的巖石,卻展現出了指向一致的特征:作為一種古老的變質表殼巖,曹莊巖組形成于相對穩定的淺水環境。
                         
                          電子顯微鏡下,可以發現某些巖石中含有大量渾圓狀、次渾圓狀碎屑鋯石,這表明它們經歷了較長時間的搬運和相互撞擊。結合多種因素,研究者最終判定,目前分布于山體之上的曹莊巖組,原本形成于近陸的淺水海盆中。
                         
                          燕趙大地山海變遷的軌跡,原來就藏在一塊塊巖石之中。
                         
                          如果把地球46億年的歷史濃縮為一天,那么整個人類誕生以來的歷史,只是這24小時中的最后一秒。
                         
                          人類要想認識古老的地球,腳下的巖石就是那個最重要的窗口。
                         
                          區域地質調查院實驗室的走廊里,堆滿了一箱箱、一垛垛的礦石標本。實驗室有來自全國的2000多個客戶,其中既有高校、科研院所,也有建材企業和大型工程項目的建設方。
                         
                          過去,像巖石測年這樣復雜的測試,需要送到國外去做;而今,這項技術我們自己已經完全掌握。
                         
                          2018年6月,唐曹鐵路通車。這條鐵路規劃設計期間,沿線的一些巖石標本,就曾被送到了這里。實驗室要做的,是通過破解石頭背后的信息,為這條鐵路以及更多的重大工程尋找一個穩定、安全的地基。
                         
                          同樣在做基礎工作的,還有很多地質人。
                         
                          在今天的河北省地質博物館三樓地質礦產廳,掛著一張最新的全省地質圖。
                         
                          五彩斑斕的圖塊、密密麻麻的字母組合、標注山峰高度的數字、標示斷層的線條、表示火山口的符號……擠滿了圖上的山地高原區域。
                         
                          “這張圖,猛一看,復雜得不能再復雜。但要知道,它上面的每一個色塊,都是地質人用腳踏勘出來的。”講解員王敏介紹,京津冀地區是我國開展地質調查較早的地區之一,已有140多年的歷史。
                         
                          19世紀后半葉的外國專家龐培利、李?;舴?,20世紀初的章鴻釗、丁文江等國內學者,分別成為其中的先行者。但那時多為孤立的路線地質調查,或者是對礦產及外圍的調查。甚至,很多顯著的地質名詞都是由外國學者命名的。
                         
                          直到新中國成立之后,中國地質人才像過篩子一樣,用無數次系統的地質調查,踏遍了我們腳下這片土地,弄清了其中的諸多奧秘。
                         
                          這是一個與腳下巖石對話的過程。
                         
                          山川大地上的每一條斷裂、每一個褶皺、每一項構造……都是他們需要解讀的語言。正是由于一代又一代地質人的解讀,我們的地質圖上,比例尺越來越大,信息越來越精細。
                         
                          這些地質圖,也是后續在這片土地上展開很多工作的開端:普查找礦、國土規劃、工程建設、科學研究等每一個領域,都要以其為原點。
                         
                          也正是在這樣的一次次調查中,河北不僅成為了中國地質學發源地之一,曹莊、遷西等一個個普通河北地名也成為了地質學上的專用術語。
                         
                         
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                          跨專業的團隊正在豐寧四岔口的化石點上采樣,以進行巖石理化分析。記者董立龍攝
                         
                          探索生命與自然關系的鑰匙
                         
                          熱河生物群:世界級古生物化石寶庫
                         
                          2019年3月,國際知名專業雜志《科學》上發表了一項“令人震驚的科學發現”:一個距今5.18億年的“寒武紀特異埋藏軟軀體化石庫”,出現于湖北宜昌,并被命名為清江生物群。
                         
                          消息傳出,不僅引發業界的關注,也在普通人的朋友圈里刷了屏。
                         
                          實際上,在我們的身邊,也有一座一直吸引著古生物學界關注、蘊藏和地位不輸清江生物群的“世界級古生物化石寶庫”,這就是冀北的熱河生物群。
                         
                          中國古生物學研究,在國際上引發關注的主要集中于兩個地質時代,一是對早寒武紀脊索動物起源的探索,一是對白堊紀鳥類起源和恐龍時代哺乳類動物的研究——清江生物群,關注的是前者;而熱河生物群,正是聚焦于后者。
                         
                          據不完全統計,在冀北發現的熱河生物群動物化石已達110屬405種,另有植物化石51屬93種、微體化石103屬298種,還有部分遺跡化石(如恐龍足跡)。
                         
                          但熱河生物群引人關注的,決不僅僅是化石種類的豐富。
                         
                          2018年9月30日,豐寧古生物化石博物館。
                         
                          展館正中,一塊灰黑色的泥巖上,一只揚著長尾巴的遠古生物,吸引了參觀者的注意。
                         
                          “這就是我們的鎮館之寶,華美金鳳鳥!”館長王朝林語氣自豪地介紹,這塊化石就產自豐寧西土窯,中國地質科學院研究員季強研究認為,這是世界上最原始的鳥類化石。研究成果發表后,2006年的世界古生物大會,還把豐寧選作了分會場。
                         
                          化石上,這只鳥從頭到尾長約50厘米,其中尾巴長27厘米。它的羽毛痕跡清晰,頭顱側面輪廓呈三角形,吻較短,上下頜各發育18顆光滑的牙齒。最神奇的是,它的體內還有12枚卵形物。
                         
                          盡管其后的研究進一步證實,華美金鳳鳥實際上是恐龍中的一種——傷齒龍類,但這塊化石還是擁有巨大價值,它為傷齒龍類恐龍長有羽毛提供了首個證據。
                         
                          熱河生物群實際上已經“百鳥爭鳴”。在豐寧四岔口—外溝門一帶,已經先后發現并正式定名的,就有河北細弱鳥、豐寧原羽鳥、始孔子鳥、冀北灤河鳥等多個種屬。這些鳥類化石保存完整度很高,其中很多連絨毛狀的細微羽支都非常清晰。
                         
                          鳥類化石只是冀北熱河生物群的新成員之一。因為畢竟,冀北是我國中生代(距今2.52億年至6600萬年間)陸相火山—沉積地層最為發育和典型的地區之一。
                         
                          2018年10月14日,豐寧滿族自治縣四岔口鄉芥菜溝。
                         
                          一塊青色的石板被剖開的瞬間,一條小魚赫然出現。領隊的臨沂大學教授、古生物學研究專家張福成指著小魚說:“這就是狼鰭魚,熱河生物群的代表性動物之一!”
                         
                          而這,遠不是他的目標。他的目標,還埋藏在幾十米之下的山體里。
                         
                          2017年10月,豐寧古生物化石博物館工作人員在那里巡查時,發現了部分裸露的恐龍化石。2018年8月,自然資源部同意對其進行搶救性發掘,張福成受邀領銜挖掘工作。
                         
                          張福成對這片山地并不陌生,他在中國科學院古脊椎動物與古人類研究所工作時,曾在這里挖掘出很多鳥類化石。不過,這一次要挖掘的,卻是一具此前極少見的大型恐龍化石。
                         
                          國內一些權威的古生物專家實地考察后初步判定:這具恐龍骨骼化石,疑似新屬種,將填補距今1.3億年的地層中此前尚未發現恐龍化石的空白。同時根據已出露部分推斷,這一新發現可能會改寫世界古脊椎動物進化史。
                         
                          早白堊紀出現的熱河生物群,前后存續了4500萬年,其間,平均每一百萬年冀北大地就會沉積72.5米。而其中距今1.3億年的大北溝組地層,與其上的義縣組、九佛堂組正是這些沉積的結果。
                         
                          沉積在其中的生命,億萬年后重新進入人們視野的,首先是些一度被作為觀賞石的魚類、昆蟲類、貝類化石。直到1928年,在北京大學任教的美國古生物學家葛利普,才首次將其命名為熱河動物群。1962年,我國古生物學家顧知微進一步將這一化石群命名為熱河生物群。
                         
                          其后的研究顯示,這座寶庫的大門僅僅打開了一角,新的發現就不斷涌現。
                         
                          豐寧古生物化石博物館內,王朝林收藏了上萬塊各類化石。他希望建設一個更大的博物館,能讓這些遠古生命,在更大的空間里展現出精美一面。
                         
                          2017年11月,豐寧啟動了古生物化石保護區建設。在化石產地四岔口鄉,一個大型化石儲藏室和一個化石出土地層剖面保護棚先后動工;在縣城,一個精品化石展館的建設也提上了日程。按照規劃,該縣還將投入4.2億元,建設一座古生物化石地質公園。目前,這個省內獨一無二的地質類公園正在籌備之中。
                         
                          河北區域地質調查院古生物專家康子林,人雖然退休了,但視線卻從沒有離開過這片神奇的山地。他參與了我省組織開展的化石資源調查和全省化石資源保護規劃的制定。
                         
                          調查發現,分布在冀北山地間的20多個大小不等的盆地,幾乎每一個都有化石發現,迄今發現的化石點已達100多處??底恿纸榻B,2015年制定的全省化石資源保護規劃,從中劃定了28個重點保護區。
                         
                          “通過保護和研究這些化石,可以還原出古生物的形態特征、生活習性、時空分布規律,進而推斷出生物進化的方向。”康子林說,研究者已經在《自然》《科學》等國際頂級期刊發表了三四十篇有關熱河生物群的論文,這些研究成果正在共同解答著人們對于自身以及腳下大地產生的無盡疑問。
                         
                          介形蟲:小化石與大發現
                         
                          頭高7.5米、背高4.2米、體長20余米……就在張福成和王朝林搶救挖掘熱河生物群恐龍化石的同時,豐寧西南500公里之外,石家莊,河北地質大學地球科學博物館四樓展廳內,已經矗立著一具“不尋常華北龍”的巨大恐龍化石骨架,默默地向世人展示恐龍這種史前巨獸龐大的體型。
                         
                          這具不尋常華北龍,發掘于我省陽原與山西天鎮交界處。
                         
                          它的發現,填補了我國白堊紀晚期(距今9900萬年至6500萬年間)完整蜥腳類恐龍骨架的空白,是目前我國乃至亞洲發現的最大、保存最完整的晚白堊世蜥腳類恐龍化石。
                         
                          奇妙的是,全程參與了對這具龐然大物的發現、挖掘、修復和研究的河北地質大學退休教授、古生物學家龐其清,他的專業研究領域,卻是需要借助顯微鏡才能完成的介形蟲等微體化石。
                         
                          2018年6月21日,河北地質大學家屬院。
                         
                          龐其清教授的家,有一間屋被辟成了小型實驗室。這位80歲的老人仍然整天把頭深埋進顯微鏡,在一堆巖石碎屑中尋找一種微小的“精靈”。
                         
                          龐其清要找的就是介形蟲的化石。
                         
                          介形蟲,直徑僅為0.5—1毫米大小,是一種廣泛生活在各種水域中的甲殼綱生物,從4.85億年前一直生存到現在。
                         
                          在冀北熱河生物群中,介形蟲化石非常豐富,龐其清將其分為5個生物帶。
                         
                          介形蟲這種小生命,一個顯著特點就是“宅”。種類不同,棲息地也不同,它們固定地生存在一個區域,從不到處漂泊:深海種類絕不到淺海處棲居,在淺海生活的也不會到深海去遨游。
                         
                          介形蟲的這一習性,讓它們成為海洋和湖泊的測深儀。而介形蟲化石,也成為地質工作者尋找石油的重要依據。
                         
                          “統計化石中不同介形蟲的比例,可以判斷出古水動力的性質,尋找到河口三角洲和近岸淺水區,也就能找出石油生成和聚集的有利地帶。”龐其清這樣介紹自己窮盡一生鉆研的“冷門學問”。
                         
                          2019年2月25日,中國海油對外宣布,發現一處地質儲量上千億立方米的油氣田,這是渤海灣盆地50年以來最大的油氣發現。
                         
                          也許我們永遠無法說清,渤海灣大油氣田發現的背后,小小的介形蟲化石研究到底能作出多少貢獻,又有多少像龐其清一樣的科技工作者,踏遍青山,皓首實驗,在不同領域不同層面,為此付出了多少辛勞與智慧。
                         
                          但,小小的介形蟲化石和龐大的恐龍化石告訴我們,科學離我們從不遙遠,正是從這些默默無聞的基礎研究開始,科學的力量最終改變了我們的生活。
                         
                          泥河灣:尋找古生物發展與地質環境變化的關聯
                         
                          “老實說,我們需要直接的證據來證明,當最后的三趾馬經常來喝泥河灣湖水的時候,中國就有了人類。”
                         
                          1924年,一個法國人走進泥河灣,而后寫下了這樣的文字。
                         
                          他就是有“北京猿人之父”之稱的古生物學家德日進。雖然當年他和桑志華、巴爾博在泥河灣進行的這次短暫地質考察,并未發現任何人類活動遺跡,卻由此把泥河灣這個張家口陽原蕞爾小村的名字帶進了地質科學殿堂,使它成為了中國北方第四紀早更新世地質學、哺乳動物學和舊石器考古學的代名詞。
                         
                          “32億年前,細菌出現;5億多年前,以三葉蟲為代表的脊索動物爆發;1億多年前,恐龍時代,鳥類和哺乳動物出現……自生命誕生以來,地球已經發生了五次物種大滅絕、大更替。”
                         
                          已經在泥河灣常住幾十年的中科院古脊椎動物與古人類研究所退休研究員衛奇告訴我們,就像德日進試圖在泥河灣搞清古人類出現與三趾馬消失的關系一樣,研究者視野的一次次回溯,終極目標不僅僅是要回答人類“我是誰,從哪里來”的原初之問,更是希望找到古生物發展與地質環境變化的關聯,進而搞清楚第六次物種滅絕及其更替是否已經開始——這,可以說關乎我們每一個人的生存。
                         
                          從德日進等人進入泥河灣開始科考至今的95年間,先后有20多個國家和地區的專家、學者來此進行考古發掘和研究。迄今,他們在東西長82公里、南北寬27公里的區域內,已經發現了含有舊石器時代早期人類文化遺存的遺址80多處。
                         
                          同熱河生物群不同,距今200萬年之內出現的泥河灣動物群中,“統治者”已經是數量達上百種之多的哺乳動物。其中,既有上一個地質年代殘存下來的三趾馬、乳齒象、蹄兔和古麟等,又有第四紀(約260萬年前至今)開始出現的草原猛犸象、三門馬、納瑪象等,化石地點遍布泥河灣盆地。
                         
                          但研究者最關注的卻是人類的化石。
                         
                          78歲的衛奇告訴我們,他有一個夢想:發現“泥河灣猿人”化石和200萬年前的石器,為探索東方早期人類找到最直接的證據。
                         
                          “我國發現的60多處距今100萬年以上的早期人類文化遺存中,泥河灣遺址群就占大約50處。”衛奇說,泥河灣出土的數萬件動物化石和各種石器,構建了華北地區完整的古文化剖面,記錄了從舊石器時代至新石器時代發展演變的全過程。但尋蹤東方遠古人類化石的探索仍然在路上。
                         
                          地質人探秘地球的“圖譜”
                         
                          “朝圣”柳江盆地——“哺育地學人才的搖籃”
                         
                          2018年10月30日,柳江地學博物館。
                         
                          當年最后一批前來野外實習的大學生離開,博物館發出閉館公告。
                         
                          這一年,全國共有80所高等院校的1.5萬名地學相關專業學生前來博物館所在的柳江盆地進行野外實習。
                         
                          這樣的實習,90多年前就已經開始了。
                         
                          1923年,北京大學地質系青年教師孫云鑄帶領5名學生,在此開創了柳江盆地地質實習的先河。
                         
                          那一年,孫云鑄28歲,他的學生24歲至26歲。后來,師生6人中,有一位為保護化石資源在云南被土匪殺害,有3位在新中國成立后先后成為中科院學部委員和院士。
                         
                          近一個世紀過去了,無數的地學相關專業學子走進這里,又從這里走向國家科研和建設的各條戰線。在他們心中,柳江盆地早已成為一個“圣地”,成為“地質教育第二課堂”“哺育地學人才的搖籃”。
                         
                          柳江盆地中那些巖石,也成了地學相關專業學子學習解讀腳下大地的無字天書。
                         
                          柳江為什么有這么巨大而持久的魅力?
                         
                          2018年6月13日,柳江盆地亮甲山。
                         
                          “如同研究大熊貓要去四川一樣,研究北方地層,一定要來柳江。”柳江地學博物館負責人路大寬介紹,柳江盆地的最大特點,就是地質、地貌類型小而全。
                         
                          路大寬帶我們仰望面前幾十米高的斷崖——這種灰白色的巖壁,本可以成為制造水泥的最好原料。
                         
                          15年前,當這里的采石場被叫停之后,被現代機械劈開的斷崖,就成了地學人野外實習絕佳的活教材。
                         
                          因為這里連續沉積了三組巖石地層。
                         
                          中間一層的亮甲山組,就得名于此地。在中國近代地質學的創建時期,我國首批地質工作者中的兩位——葉良輔、劉季辰為其創立了名稱,迄今已整整100年。1959年,全國第一屆地層會議將其確定為華北及東北南部地區奧陶系基本地層單位之一。
                         
                          這組堪稱柳江盆地名片的巖層,主要是“中厚層豹皮灰巖與蟲孔灰巖互相交錯的巖層”,并夾有“礫屑灰巖”,其中還含有“古杯類、頭足類、腹足類及藻類化石”。
                         
                          最下層為灰色的礫屑灰巖,夾雜著黃綠色頁巖。這是1922年美國地質學家葛利普根據唐山開平冶里村命名的地層——冶里組。
                         
                          最上面為馬家溝組,為白云質灰巖和白云巖。
                         
                          這些普通人聽上去艱深拗口的專業術語,卻是每一個地學相關專業的學子必須掌握的基礎知識。
                         
                          在柳江盆地的野外實習,就是要讓這些抽象的術語、復雜的概念,變成鮮活的存在、形象的記憶。
                         
                          柳江盆地地質、地貌特征極其豐富。在這里的實習,地質專業通常安排一個月,而地理專業至少會安排一星期。
                         
                          路大寬介紹,柳江盆地總面積240平方公里,三大巖類出露齊全,中國北方各時代地層發育完好,地層單位劃分標志清楚,化石豐富多彩。2002年以來,這里已先后被批準為國家地質公園和國家級自然保護區。
                         
                          為了讓普通人也能對自己生存的地球有所了解,博物館還通過聲光電等各種方式,努力把這些難懂的知識,直觀地展示出來。
                         
                          同一天,盆地東部,張崖子西山陡坎處。
                         
                          東北大學秦皇島分校退休教授吉羊駐足一處山崖前,正在為20多位小學教師進行講解。
                         
                          為推動更多中小學生參與親近大自然的研學活動,當天他邀請了秦皇島市海港區的20多名小學教師,走進柳江盆地實地體驗。
                         
                          “四次為海,四次為山;彈丸之地,五代同堂……”吉羊一直致力于柳江盆地的研究和保護,他用通俗的語言概括出了柳江盆地的特點。
                         
                          “上面是盆地內最古老的沉積巖,形成于距今9.3億年前;下面是變質花崗巖,形成于距今25億年前,也是盆地內最古老的巖石。”吉羊正前方的崖壁和下層的巖石顯示出了截然不同的顏色。他說,這種構造,顯示出這里曾經歷了一次古老的海陸升降。“山臥海之下,海躍山之巔,山海隔一線,十六億年彈指間。”
                         
                          原來,25億年前的新太古代末期,此處造山成陸,此后經歷了約16億年的風化剝蝕,導致漫長時間內的地質變化沒有留下任何記錄。直到9.3億年前的新元古代,這里地殼開始下降,成為海洋,才形成了上面的沉積巖。
                         
                          聽了吉羊的解讀,一位小學老師感慨:“眼前的崖壁恍然成為一道屏幕,正在上演著滄海桑田的變遷。”
                         
                          類似張崖子這樣的陡坎、崖壁,正是專業人士所關心的。
                         
                          地層經過億萬年的地質運動,早已不再是沉積時的水平狀態,傾斜的地層總會在某個地方出露,這就是露頭;有些時候還會以山崖等形式表現為一幅幅剖面。
                         
                          “追露頭、跑剖面”正是地學專業人士在野外最主要的工作。因為只要找到這些,他們要想對腳下大地進行解讀時,就不用再千辛萬苦地把巖芯從地底下取上來了。
                         
                          而柳江盆地,就以集中而豐富的露頭和剖面,為解讀華北陸塊25億年以來的地質演化提供了一個窗口。難怪吉羊說,讀懂了柳江盆地,就讀懂了地質科學的精華,讀懂了我們身邊山山水水的來龍去脈。
                         
                          尋找霧迷山組——為未來清潔能源提供巨大想象空間
                         
                          2018年“五一”小長假。
                         
                          保定淶水,野三坡百里峽景區。
                         
                          省地礦局水文三隊正高級工程師李郡利用休息日,專程來到了這里。
                         
                          一進入峽谷,這位年屆不惑的女地熱專家就盯著兩側的巖石開始觀察、尋找。
                         
                          顯然,這不是一位只為游山玩水而來的普通游客。
                         
                          她此行的目的是在被稱為霧迷山組的地層中,尋找一種火成巖與圍巖的侵入接觸關系——140多公里之外,雄安新區那眼編號D16的鉆井,在地下2600米處,也遇到了同樣的地質結構。
                         
                          距今大約12億年前,野三坡一帶是一片平緩的海岸,沒有洶涌的波浪,潮水帶來的大量碳酸鹽礦物不斷沉積。這種沉積一直持續了大約1.5億年,讓更大范圍內的大地披上了一層巖石“被子”。
                         
                          學生時代,李郡就把這些熟記于心了。但作為一名地質工作者,光知道這些還遠遠不夠,她希望對巖石和地層有更直觀的認知。
                         
                          D16井的鉆探原本按計劃進展著,但提取出來的巖芯,卻突然出現了巖性明顯不同的侵入體。李郡要弄個明白。
                         
                          作為河北省在雄安新區地熱資源勘查項目的技術負責人,李郡的工作就是要了解清楚那片土地之下究竟蘊藏著什么。
                         
                          地下埋藏的地層,在地上也會有。井下提取的巖芯有限,但野三坡卻給地質人提供了另外一個觀察窗口。
                         
                          無暇對沿途的一線天、金線懸針等景觀顧及太多,李郡把大部分注意力都集中到了尋找那種巖石侵入體上。
                         
                          “找到了!”
                         
                          終于,崖壁上一條具有斑狀結構的巖石,吸引了李郡的目光。那是一層比周圍白云巖巖體年輕很多的閃長玢巖——大約6500萬年前,灼熱的巖漿順著12億年前形成的霧迷山組白云巖的巖層涌入,在距離地表較淺的地方冷卻凝固成形。
                         
                          李郡興奮起來:“D16井打出了同樣的閃長玢巖巖體,意味著那里曾經也有發生過同樣的巖漿侵入現象!”
                         
                          2019年3月7日,安新縣端村鎮馬村西。
                         
                          D35井的鉆探現場,傳來一片歡呼。
                         
                          從地下3850米巖層中抽上來的地熱水噴涌而出,流量達到了每小時170立方米,井口水汽混合物的溫度達到了108.9攝氏度。
                         
                          新區的地熱資源,分屬牛駝鎮、容城、高陽等三塊地熱田,但地下究竟有多少地熱資源,埋藏深度是多少,該如何利用等問題,尚需進一步查明。而D35井的發現,恰恰為秉承生態優先、綠色發展理念的新區建設提供了清潔能源的巨大想象空間。
                         
                          李郡懸了幾個月的那顆心終于掉回了肚子。
                         
                          按她最初預判,這口井會在地下3100米鉆遇儲藏地熱資源的巖層——霧迷山組。
                         
                          “雄安新區地下的地熱資源,主要儲藏在兩個巖層內,一是新近系館陶組,另一個就是薊縣系霧迷山組。”李郡表示,整個項目,布設了30多眼鉆井,已經開工的有十幾眼,實際上每一眼都是在尋找這兩個巖層。其中,霧迷山組所蘊藏的地熱,開發利用中對環境更為友好。
                         
                          作為房山世界地質公園的一部分,野三坡一帶出露有上千米厚的霧迷山組巖層。但在D35井所處的位置,直到地下3200米仍然沒有蹤影。
                         
                          地下的情況,遠比預判的要復雜。幾十公里外的另一眼井,在地下2600米處,就打到了時代更為久遠的太古界片麻巖上,成為一座空井。李郡在焦急中翻資料、查地層、找業內權威人士探討……
                         
                          鉆井一直向地層深處延伸。
                         
                          終于,在3600米處提取上來的巖屑,在泥巖中出現了少許的風化的白云巖屑。3634.5米處,地下的“迷霧”最終散去,霧迷山組出現了!
                         
                          3個月后,雄安新區首份地熱資源的勘查評價報告出爐。
                         
                          勘查評價結果顯示,容東片區深部水熱型地熱資源賦存條件較好,年可采量折合標準煤3.71萬噸,供暖總能力約300萬平方米。同時,容東片區普遍適宜淺層地熱能的開發利用,公共建筑、大型商業建筑和小型單體建筑均可積極推廣應用地源熱泵供暖或制冷。
                         
                          心里的石頭落地了,李郡忽然想起,該回位于衡水的家里去看看孩子了,因為自己愛人也是地質人,也常年在野外。
                         
                          在這片土地上,與巖地、地層忘我對話的,遠遠不止李郡一個。
                         
                          規劃、建設雄安新區,地質要先行。2017年4月,河北省地礦局迅速派出十一支地質隊開進雄安新區,從陸地到水面,在這片土地上豎起了100多臺首尾相望的鉆機,1000多名地質人紛紛從全省各地不同崗位轉赴這個新戰場。
                         
                          “這場史無前例的大會戰,是在為新區的規劃、建設打基礎。”省地礦局雄安辦事處總工王永波介紹,雄安新區的規劃、建設,需要通過詳盡的工程地質勘查搞清地質條件,消除各種地質隱患。
                         
                          他的辦公室里,掛著幾幅地圖。地圖上布滿了密密麻麻的圓點。每個圓點就是一個鉆孔,每兩個鉆孔間相距1公里……
                         
                          上千名地質人利用兩個月時間,就這樣把新區的土地勘查了一遍。5個月后,他們的辛勤最終凝結為報告上的六個字:“地層基本穩定”。
                         
                          如今,雄安新區已經從頂層設計階段轉向實質性建設階段,眾多建設項目即將啟動。王永波和他的同事又開始了地質先行的“三期會戰”,在那些即將率先開工的區域,他們打下的鉆孔正在加密,從間距1公里變為500米。
                         
                          一方水土養一方人,巍巍太行、莽莽燕山,以及遼闊的壩上高原,以怎樣的獨特資源哺育了河北人?生活在這片土地上的人們,在接受大自然的饋贈中,從茹毛飲血、靠山吃山,到能源革命、綠色發展,其生存方式又經歷了怎樣的發展,創造了哪些燦爛的文化?
                         
                          敬請關注《大河之北·山地高原篇》第四單元。
                         
                          本報道得到河北省地礦局、河北地質大學等單位的大力支持,特此鳴謝。
                          編輯:顧亞茹 0閱讀:
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