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【大河之北·山地高原篇】岩石诉说
发表时间:2019-07-11 09:56:00 来源:河北文明网

  河北自然地理解读 山地高原篇 

  岩石诉说 

  [阅读提示] 

  岩石,自然界最普通的一种存在,却是打开我们脚下大地认知之门的那把钥匙。

  曹庄岩组、迁西岩群、阜平岩群……以河北境内地名命名的种种岩层,像一本本史书,记载着燕赵大地山海变迁的往事。

  狼鳍鱼、丰宁原羽鸟、华美金凤鸟……以热河生物群为代表,封印在岩石中的那些生命,定格了亿万年来河北大地上曾经的生机勃勃。

  “四次为海,四次为山;弹丸之地,五代同堂”……从95年前开始吸引北大师生前来实习并走出3位院士的秦皇岛柳江盆地,而今已成“哺育地学人才的摇篮”。

  在科学面前,每块岩石都有自己的故事。读懂它们,对我们今天的生活相当重要——

百里峡内,窄涧幽谷,天光一线。野三坡景区供图

  记载山海变迁最古老的往事 

  一块石头的多个“年龄” 

  2018年6月11日,迁安市黄柏峪。

  省地矿局地质二队总工办主任张东坡从座位底下一把抄起地质锤,跳下刚停稳的汽车。

  家住此地的村民都知道这里出产铁矿石。而张东坡前来寻找的,却是中国最古老的岩石之一。

  这些岩石,被命名为曹庄岩组。因为其最早发现在迁安市曹庄子、黄柏峪、杏山一带,目前只分布在不超过1平方公里的范围内。

  然而作为冀东这片古老岩石中的一部分,曹庄岩组曾被划入由原河北地质局第二区域地质测量大队于1974年命名的迁西群,而被淹没在一个更年轻的岩群之中。

  确认曹庄岩组更为古老这一点,自上世纪70年代以来经历了一个复杂的过程。

  冀东这片古老变质岩引发关注之后,研究者纷至沓来。国内外学者的实地考察和深入研究,为确认曹庄岩组的年龄积累了众多的同位素测年资料。

  上世纪80年代,研究者们首先得出了这一岩组中火山成因的斜长角闪岩的年龄,三组独立进行的研究,结果均指向距今35亿年左右。

  1994年,我国地质同位素年代学家刘敦一等对黄柏峪一带的铬云母石英岩中的碎屑锆石进行测年,获得的测年数据反映本区存在38亿年的花岗质到中酸性长英质岩石。

  2000年以后,研究者们又取得了多个测年数据,这些数据均处于距今38.90亿年—29.36亿年之间。

  地球形成于距今46亿年前,即使35亿年这个年龄,也已经足以使曹庄岩组成为中国最古老的岩石之一。但为什么同是这一岩组,却能获得如此不同的测年数据呢?

  一小时之前,黄柏峪以北,50公里之外的迁西太平寨。

  集镇中央一座小山上,伫立着一块写有“岩石鼻祖”字样的石碑。

  小山名为南太平山,海拔只有175米,与其说它是一座山峰,不如说它更像是一块巨石。

  就是这块巨石,一度被认为是最古老的岩石之一。石碑上同时记载,这块岩石形成距今已有36.7亿年之久。

  明明曹庄岩组更古老,为什么这里却出现了“岩石鼻祖”?

  疑问接二连三,张东坡却指引我们仔细观察眼前这块巨石。

  这块巨石,就像一个果子面包,颜色较浅的岩石中,夹杂着“水果块”一样的暗色岩块。张东坡指着这些被包裹进来的岩石“夹心”介绍:“从暗色包体迈向浅色侵入体——一步可能跨越上亿年或几亿年!”

  原来,早期地球岩浆活动剧烈,本就不很发育的早期地壳,经剥蚀后会成为后形成岩石的物源区,被从地球深处涌来的岩浆(侵入体)裹挟着,像熬皮冻一样,经过慢慢冷却以及无数次的地壳运动之后,最后抬升至地表,成为我们眼前的这块岩石。

  至今,这块巨石上,研究者采集标本留下的孔洞,仍清晰可见。钻孔主要集中于暗色包体上,36.7亿年这一数据,似乎就来自这里。但显然,在这块岩石上,包体结晶的年龄和整块岩石形成的年龄并不一样。资料显示,太平寨这处巨石应该属于新太古代(距今28亿年—25亿年间)形成的片麻岩。

  在黄柏峪,张东坡介绍,和太平寨那块巨石的形成过程类似,曹庄岩组岩石的形成,也经历了物源区岩石剥蚀搬运、沉积成岩、变形褶皱,以及被岩浆裹挟的漫长过程。它和零星分布在新太古代的片麻岩中的包体一样,只是体积大小不同。

  经历如此复杂的变迁之后,曹庄岩组岩石的测年数据中包含多个年龄信息就不难理解了。不过,这些年龄信息,只是其物源区岩石的年龄,曹庄岩组最终形成的时代要晚一些。

  “根据最新的高精度同位素测年结果分析,38.90亿年—29.36亿年应为曹庄岩组物源区被剥蚀岩石的年龄信息。”2017年出版的《中国区域地质志·河北志》中给出了结论,结合区域地质情况推断,曹庄岩组的形成时代应在29.36亿年—28亿年之间,主体属于中太古代(距今32亿年—28亿年间)晚期。

  张东坡发现了要采集的标本,他抡起地质锤,从那片颜色墨绿的岩体上敲下了一块。

  “曹庄岩组形成于中太古代晚期,表明了冀东是地球最初形成的微陆块之一。”张东坡告诉我们,地球表面最初陆块可能很少,那时岩浆活动剧烈,原始地壳形成于距今46亿年左右。经过数亿年的变迁之后,微陆块开始增多。这样的微陆块,在河北,还出现在阜平、怀安等地。它们形成于距今约38亿年到25亿年间。

  石头的年龄“会说话”

  鉴定树木的年龄看年轮,鉴定骡、马的年龄看牙齿。鉴定岩石的年龄,该用什么呢?

  2018年7月2日,廊坊。

  河北区域地质调查院实验室。

  实验测试工程师姜艳双正在进行一项极为精细的工作:她小心翼翼地把一粒粒锆石,用镊子转移到载玻片上。载玻片上涂有用树脂制成的合成胶。

  她需要让锆石在胶带上整齐、均匀地排列好,还要让最好的晶体面朝上,以便于下一步操作。

  而镊子中的这些锆石晶体,直径最大的也只有25微米——一毫米的四十分之一。

  正因如此,姜艳双所做的一切,都要借助电子显微镜完成:她在操作时手不能有一丝抖动,连呼吸也必须均匀。稍有不慎,手下的样品就会被自己的鼻息吹走。

  这仅仅是利用锆石铀—铅法为岩石测定年龄过程中的一个环节。在此之前还要进行选矿:对岩石进行破碎,然后挑选出这些锆石颗粒——数公斤的岩石标本,往往只能选出几克。因为选矿的步骤做得精细,行业内都说“选矿非廊坊这家实验室莫属”。

  姜艳双操作的步骤叫作制靶。其后,锆石经过抛光,进入照相环节。250倍的电子显微镜下,锆石自身的条带纹理能够清晰显示,通过对表面以及深层结构照相之后,优选出可以进一步打点测年的锆石。

  随后,靶样会被放到特定的设备内,用激光打到锆石环带上,高温激发出气体,仪器能对其中的铀、铅比例进行测定。

  “岩浆凝固为岩石时,其中的锆石在结晶时铅元素会被析出,而铀元素会被保留,并且铀的半衰期不受其他因素影响。”实验室主任班长勇介绍起了利用锆石铀—铅法为岩石测年龄的背后原理。

  他说,只要锆石晶体没有被二次熔化,其中的元素没有和外界发生交换,那么晶体中的铅元素可以认为全部是铀衰变而来的。因此通过测量铅、铀的比例,借助以时间为变量的函数来计算,就能知道铀元素发生衰变经历的时间,进而也就知道了岩石形成的年龄。

  这,就是目前精准测定岩石年龄的方法之一。

  而在这个实验室,测年只是职能之一。送到这里的岩石,还可以进行硬度、矿物成分、化学成分、含水率、孔隙等多项分析。

  “岩石由矿物组成,通过对矿物特征的分析,可以尝试还原岩石形成的环境。”班长勇介绍。

  以曹庄岩组为例,虽然原始的岩层在地质运动中已经分崩离析,但通过对矿物进行化学分析,可以发现,其原岩以海相碎屑岩夹火山岩、硅铁质岩、碳酸盐岩为特征。

  《中国区域地质志·河北志》中介绍,曹庄岩组尽管出露面积小,但岩石类型多样,其常见岩石类型有十几种之多。但如此之多的岩石,却展现出了指向一致的特征:作为一种古老的变质表壳岩,曹庄岩组形成于相对稳定的浅水环境。

  电子显微镜下,可以发现某些岩石中含有大量浑圆状、次浑圆状碎屑锆石,这表明它们经历了较长时间的搬运和相互撞击。结合多种因素,研究者最终判定,目前分布于山体之上的曹庄岩组,原本形成于近陆的浅水海盆中。

  燕赵大地山海变迁的轨迹,原来就藏在一块块岩石之中。

  如果把地球46亿年的历史浓缩为一天,那么整个人类诞生以来的历史,只是这24小时中的最后一秒。

  人类要想认识古老的地球,脚下的岩石就是那个最重要的窗口。

  区域地质调查院实验室的走廊里,堆满了一箱箱、一垛垛的矿石标本。实验室有来自全国的2000多个客户,其中既有高校、科研院所,也有建材企业和大型工程项目的建设方。

  过去,像岩石测年这样复杂的测试,需要送到国外去做;而今,这项技术我们自己已经完全掌握。

  2018年6月,唐曹铁路通车。这条铁路规划设计期间,沿线的一些岩石标本,就曾被送到了这里。实验室要做的,是通过破解石头背后的信息,为这条铁路以及更多的重大工程寻找一个稳定、安全的地基。

  同样在做基础工作的,还有很多地质人。

  在今天的河北省地质博物馆三楼地质矿产厅,挂着一张最新的全省地质图。

  五彩斑斓的图块、密密麻麻的字母组合、标注山峰高度的数字、标示断层的线条、表示火山口的符号……挤满了图上的山地高原区域。

  “这张图,猛一看,复杂得不能再复杂。但要知道,它上面的每一个色块,都是地质人用脚踏勘出来的。”讲解员王敏介绍,京津冀地区是我国开展地质调查较早的地区之一,已有140多年的历史。

  19世纪后半叶的外国专家庞培利、李希霍芬,20世纪初的章鸿钊、丁文江等国内学者,分别成为其中的先行者。但那时多为孤立的路线地质调查,或者是对矿产及外围的调查。甚至,很多显著的地质名词都是由外国学者命名的。

  直到新中国成立之后,中国地质人才像过筛子一样,用无数次系统的地质调查,踏遍了我们脚下这片土地,弄清了其中的诸多奥秘。

  这是一个与脚下岩石对话的过程。

  山川大地上的每一条断裂、每一个褶皱、每一项构造……都是他们需要解读的语言。正是由于一代又一代地质人的解读,我们的地质图上,比例尺越来越大,信息越来越精细。

  这些地质图,也是后续在这片土地上展开很多工作的开端:普查找矿、国土规划、工程建设、科学研究等每一个领域,都要以其为原点。

  也正是在这样的一次次调查中,河北不仅成为了中国地质学发源地之一,曹庄、迁西等一个个普通河北地名也成为了地质学上的专用术语。

跨专业的团队正在丰宁四岔口的化石点上采样,以进行岩石理化分析。记者 董立龙摄 

  探索生命与自然关系的钥匙 

  热河生物群:世界级古生物化石宝库 

  2019年3月,国际知名专业杂志《科学》上发表了一项“令人震惊的科学发现”:一个距今5.18亿年的“寒武纪特异埋藏软躯体化石库”,出现于湖北宜昌,并被命名为清江生物群。

  消息传出,不仅引发业界的关注,也在普通人的朋友圈里刷了屏。

  实际上,在我们的身边,也有一座一直吸引着古生物学界关注、蕴藏和地位不输清江生物群的“世界级古生物化石宝库”,这就是冀北的热河生物群。

  中国古生物学研究,在国际上引发关注的主要集中于两个地质时代,一是对早寒武纪脊索动物起源的探索,一是对白垩纪鸟类起源和恐龙时代哺乳类动物的研究——清江生物群,关注的是前者;而热河生物群,正是聚焦于后者。

  据不完全统计,在冀北发现的热河生物群动物化石已达110属405种,另有植物化石51属93种、微体化石103属298种,还有部分遗迹化石(如恐龙足迹)。

  但热河生物群引人关注的,决不仅仅是化石种类的丰富。

  2018年9月30日,丰宁古生物化石博物馆。

  展馆正中,一块灰黑色的泥岩上,一只扬着长尾巴的远古生物,吸引了参观者的注意。

  “这就是我们的镇馆之宝,华美金凤鸟!”馆长王朝林语气自豪地介绍,这块化石就产自丰宁西土窑,中国地质科学院研究员季强研究认为,这是世界上最原始的鸟类化石。研究成果发表后,2006年的世界古生物大会,还把丰宁选作了分会场。

  化石上,这只鸟从头到尾长约50厘米,其中尾巴长27厘米。它的羽毛痕迹清晰,头颅侧面轮廓呈三角形,吻较短,上下颌各发育18颗光滑的牙齿。最神奇的是,它的体内还有12枚卵形物。

  尽管其后的研究进一步证实,华美金凤鸟实际上是恐龙中的一种——伤齿龙类,但这块化石还是拥有巨大价值,它为伤齿龙类恐龙长有羽毛提供了首个证据。

  热河生物群实际上已经“百鸟争鸣”。在丰宁四岔口—外沟门一带,已经先后发现并正式定名的,就有河北细弱鸟、丰宁原羽鸟、始孔子鸟、冀北滦河鸟等多个种属。这些鸟类化石保存完整度很高,其中很多连绒毛状的细微羽支都非常清晰。

  鸟类化石只是冀北热河生物群的新成员之一。因为毕竟,冀北是我国中生代(距今2.52亿年至6600万年间)陆相火山—沉积地层最为发育和典型的地区之一。

  2018年10月14日,丰宁满族自治县四岔口乡芥菜沟。

  一块青色的石板被剖开的瞬间,一条小鱼赫然出现。领队的临沂大学教授、古生物学研究专家张福成指着小鱼说:“这就是狼鳍鱼,热河生物群的代表性动物之一!”

  而这,远不是他的目标。他的目标,还埋藏在几十米之下的山体里。

  2017年10月,丰宁古生物化石博物馆工作人员在那里巡查时,发现了部分裸露的恐龙化石。2018年8月,自然资源部同意对其进行抢救性发掘,张福成受邀领衔挖掘工作。

  张福成对这片山地并不陌生,他在中国科学院古脊椎动物与古人类研究所工作时,曾在这里挖掘出很多鸟类化石。不过,这一次要挖掘的,却是一具此前极少见的大型恐龙化石。

  国内一些权威的古生物专家实地考察后初步判定:这具恐龙骨骼化石,疑似新属种,将填补距今1.3亿年的地层中此前尚未发现恐龙化石的空白。同时根据已出露部分推断,这一新发现可能会改写世界古脊椎动物进化史。

  早白垩纪出现的热河生物群,前后存续了4500万年,其间,平均每一百万年冀北大地就会沉积72.5米。而其中距今1.3亿年的大北沟组地层,与其上的义县组、九佛堂组正是这些沉积的结果。

  沉积在其中的生命,亿万年后重新进入人们视野的,首先是些一度被作为观赏石的鱼类、昆虫类、贝类化石。直到1928年,在北京大学任教的美国古生物学家葛利普,才首次将其命名为热河动物群。1962年,我国古生物学家顾知微进一步将这一化石群命名为热河生物群。

  其后的研究显示,这座宝库的大门仅仅打开了一角,新的发现就不断涌现。

  丰宁古生物化石博物馆内,王朝林收藏了上万块各类化石。他希望建设一个更大的博物馆,能让这些远古生命,在更大的空间里展现出精美一面。

  2017年11月,丰宁启动了古生物化石保护区建设。在化石产地四岔口乡,一个大型化石储藏室和一个化石出土地层剖面保护棚先后动工;在县城,一个精品化石展馆的建设也提上了日程。按照规划,该县还将投入4.2亿元,建设一座古生物化石地质公园。目前,这个省内独一无二的地质类公园正在筹备之中。

  河北区域地质调查院古生物专家康子林,人虽然退休了,但视线却从没有离开过这片神奇的山地。他参与了我省组织开展的化石资源调查和全省化石资源保护规划的制定。

  调查发现,分布在冀北山地间的20多个大小不等的盆地,几乎每一个都有化石发现,迄今发现的化石点已达100多处。康子林介绍,2015年制定的全省化石资源保护规划,从中划定了28个重点保护区。

  “通过保护和研究这些化石,可以还原出古生物的形态特征、生活习性、时空分布规律,进而推断出生物进化的方向。”康子林说,研究者已经在《自然》《科学》等国际顶级期刊发表了三四十篇有关热河生物群的论文,这些研究成果正在共同解答着人们对于自身以及脚下大地产生的无尽疑问。

  介形虫:小化石与大发现

  头高7.5米、背高4.2米、体长20余米……就在张福成和王朝林抢救挖掘热河生物群恐龙化石的同时,丰宁西南500公里之外,石家庄,河北地质大学地球科学博物馆四楼展厅内,已经矗立着一具“不寻常华北龙”的巨大恐龙化石骨架,默默地向世人展示恐龙这种史前巨兽庞大的体型。

  这具不寻常华北龙,发掘于我省阳原与山西天镇交界处。

  它的发现,填补了我国白垩纪晚期(距今9900万年至6500万年间)完整蜥脚类恐龙骨架的空白,是目前我国乃至亚洲发现的最大、保存最完整的晚白垩世蜥脚类恐龙化石。

  奇妙的是,全程参与了对这具庞然大物的发现、挖掘、修复和研究的河北地质大学退休教授、古生物学家庞其清,他的专业研究领域,却是需要借助显微镜才能完成的介形虫等微体化石。

  2018年6月21日,河北地质大学家属院。

  庞其清教授的家,有一间屋被辟成了小型实验室。这位80岁的老人仍然整天把头深埋进显微镜,在一堆岩石碎屑中寻找一种微小的“精灵”。

  庞其清要找的就是介形虫的化石。

  介形虫,直径仅为0.5—1毫米大小,是一种广泛生活在各种水域中的甲壳纲生物,从4.85亿年前一直生存到现在。

  在冀北热河生物群中,介形虫化石非常丰富,庞其清将其分为5个生物带。

  介形虫这种小生命,一个显著特点就是“宅”。种类不同,栖息地也不同,它们固定地生存在一个区域,从不到处漂泊:深海种类绝不到浅海处栖居,在浅海生活的也不会到深海去遨游。

  介形虫的这一习性,让它们成为海洋和湖泊的测深仪。而介形虫化石,也成为地质工作者寻找石油的重要依据。

  “统计化石中不同介形虫的比例,可以判断出古水动力的性质,寻找到河口三角洲和近岸浅水区,也就能找出石油生成和聚集的有利地带。”庞其清这样介绍自己穷尽一生钻研的“冷门学问”。

  2019年2月25日,中国海油对外宣布,发现一处地质储量上千亿立方米的油气田,这是渤海湾盆地50年以来最大的油气发现。

  也许我们永远无法说清,渤海湾大油气田发现的背后,小小的介形虫化石研究到底能作出多少贡献,又有多少像庞其清一样的科技工作者,踏遍青山,皓首实验,在不同领域不同层面,为此付出了多少辛劳与智慧。

  但,小小的介形虫化石和庞大的恐龙化石告诉我们,科学离我们从不遥远,正是从这些默默无闻的基础研究开始,科学的力量最终改变了我们的生活。

  泥河湾:寻找古生物发展与地质环境变化的关联

  “老实说,我们需要直接的证据来证明,当最后的三趾马经常来喝泥河湾湖水的时候,中国就有了人类。”

  1924年,一个法国人走进泥河湾,而后写下了这样的文字。

  他就是有“北京猿人之父”之称的古生物学家德日进。虽然当年他和桑志华、巴尔博在泥河湾进行的这次短暂地质考察,并未发现任何人类活动遗迹,却由此把泥河湾这个张家口阳原蕞尔小村的名字带进了地质科学殿堂,使它成为了中国北方第四纪早更新世地质学、哺乳动物学和旧石器考古学的代名词。

  “32亿年前,细菌出现;5亿多年前,以三叶虫为代表的脊索动物爆发;1亿多年前,恐龙时代,鸟类和哺乳动物出现……自生命诞生以来,地球已经发生了五次物种大灭绝、大更替。”

  已经在泥河湾常住几十年的中科院古脊椎动物与古人类研究所退休研究员卫奇告诉我们,就像德日进试图在泥河湾搞清古人类出现与三趾马消失的关系一样,研究者视野的一次次回溯,终极目标不仅仅是要回答人类“我是谁,从哪里来”的原初之问,更是希望找到古生物发展与地质环境变化的关联,进而搞清楚第六次物种灭绝及其更替是否已经开始——这,可以说关乎我们每一个人的生存。

  从德日进等人进入泥河湾开始科考至今的95年间,先后有20多个国家和地区的专家、学者来此进行考古发掘和研究。迄今,他们在东西长82公里、南北宽27公里的区域内,已经发现了含有旧石器时代早期人类文化遗存的遗址80多处。

  同热河生物群不同,距今200万年之内出现的泥河湾动物群中,“统治者”已经是数量达上百种之多的哺乳动物。其中,既有上一个地质年代残存下来的三趾马、乳齿象、蹄兔和古麟等,又有第四纪(约260万年前至今)开始出现的草原猛犸象、三门马、纳玛象等,化石地点遍布泥河湾盆地。

  但研究者最关注的却是人类的化石。

  78岁的卫奇告诉我们,他有一个梦想:发现“泥河湾猿人”化石和200万年前的石器,为探索东方早期人类找到最直接的证据。

  “我国发现的60多处距今100万年以上的早期人类文化遗存中,泥河湾遗址群就占大约50处。”卫奇说,泥河湾出土的数万件动物化石和各种石器,构建了华北地区完整的古文化剖面,记录了从旧石器时代至新石器时代发展演变的全过程。但寻踪东方远古人类化石的探索仍然在路上。

  地质人探秘地球的“图谱” 

  “朝圣”柳江盆地——“哺育地学人才的摇篮” 

  2018年10月30日,柳江地学博物馆。

  当年最后一批前来野外实习的大学生离开,博物馆发出闭馆公告。

  这一年,全国共有80所高等院校的1.5万名地学相关专业学生前来博物馆所在的柳江盆地进行野外实习。

  这样的实习,90多年前就已经开始了。

  1923年,北京大学地质系青年教师孙云铸带领5名学生,在此开创了柳江盆地地质实习的先河。

  那一年,孙云铸28岁,他的学生24岁至26岁。后来,师生6人中,有一位为保护化石资源在云南被土匪杀害,有3位在新中国成立后先后成为中科院学部委员和院士。

  近一个世纪过去了,无数的地学相关专业学子走进这里,又从这里走向国家科研和建设的各条战线。在他们心中,柳江盆地早已成为一个“圣地”,成为“地质教育第二课堂”“哺育地学人才的摇篮”。

  柳江盆地中那些岩石,也成了地学相关专业学子学习解读脚下大地的无字天书。

  柳江为什么有这么巨大而持久的魅力?

  2018年6月13日,柳江盆地亮甲山。

  “如同研究大熊猫要去四川一样,研究北方地层,一定要来柳江。”柳江地学博物馆负责人路大宽介绍,柳江盆地的最大特点,就是地质、地貌类型小而全。

  路大宽带我们仰望面前几十米高的断崖——这种灰白色的岩壁,本可以成为制造水泥的最好原料。

  15年前,当这里的采石场被叫停之后,被现代机械劈开的断崖,就成了地学人野外实习绝佳的活教材。

  因为这里连续沉积了三组岩石地层。

  中间一层的亮甲山组,就得名于此地。在中国近代地质学的创建时期,我国首批地质工作者中的两位——叶良辅、刘季辰为其创立了名称,迄今已整整100年。1959年,全国第一届地层会议将其确定为华北及东北南部地区奥陶系基本地层单位之一。

  这组堪称柳江盆地名片的岩层,主要是“中厚层豹皮灰岩与虫孔灰岩互相交错的岩层”,并夹有“砾屑灰岩”,其中还含有“古杯类、头足类、腹足类及藻类化石”。

  最下层为灰色的砾屑灰岩,夹杂着黄绿色页岩。这是1922年美国地质学家葛利普根据唐山开平冶里村命名的地层——冶里组。

  最上面为马家沟组,为白云质灰岩和白云岩。

  这些普通人听上去艰深拗口的专业术语,却是每一个地学相关专业的学子必须掌握的基础知识。

  在柳江盆地的野外实习,就是要让这些抽象的术语、复杂的概念,变成鲜活的存在、形象的记忆。

  柳江盆地地质、地貌特征极其丰富。在这里的实习,地质专业通常安排一个月,而地理专业至少会安排一星期。

  路大宽介绍,柳江盆地总面积240平方公里,三大岩类出露齐全,中国北方各时代地层发育完好,地层单位划分标志清楚,化石丰富多彩。2002年以来,这里已先后被批准为国家地质公园和国家级自然保护区。

  为了让普通人也能对自己生存的地球有所了解,博物馆还通过声光电等各种方式,努力把这些难懂的知识,直观地展示出来。

  同一天,盆地东部,张崖子西山陡坎处。

  东北大学秦皇岛分校退休教授吉羊驻足一处山崖前,正在为20多位小学教师进行讲解。

  为推动更多中小学生参与亲近大自然的研学活动,当天他邀请了秦皇岛市海港区的20多名小学教师,走进柳江盆地实地体验。

  “四次为海,四次为山;弹丸之地,五代同堂……”吉羊一直致力于柳江盆地的研究和保护,他用通俗的语言概括出了柳江盆地的特点。

  “上面是盆地内最古老的沉积岩,形成于距今9.3亿年前;下面是变质花岗岩,形成于距今25亿年前,也是盆地内最古老的岩石。”吉羊正前方的崖壁和下层的岩石显示出了截然不同的颜色。他说,这种构造,显示出这里曾经历了一次古老的海陆升降。“山卧海之下,海跃山之巅,山海隔一线,十六亿年弹指间。”

  原来,25亿年前的新太古代末期,此处造山成陆,此后经历了约16亿年的风化剥蚀,导致漫长时间内的地质变化没有留下任何记录。直到9.3亿年前的新元古代,这里地壳开始下降,成为海洋,才形成了上面的沉积岩。

  听了吉羊的解读,一位小学老师感慨:“眼前的崖壁恍然成为一道屏幕,正在上演着沧海桑田的变迁。”

  类似张崖子这样的陡坎、崖壁,正是专业人士所关心的。

  地层经过亿万年的地质运动,早已不再是沉积时的水平状态,倾斜的地层总会在某个地方出露,这就是露头;有些时候还会以山崖等形式表现为一幅幅剖面。

  “追露头、跑剖面”正是地学专业人士在野外最主要的工作。因为只要找到这些,他们要想对脚下大地进行解读时,就不用再千辛万苦地把岩芯从地底下取上来了。

  而柳江盆地,就以集中而丰富的露头和剖面,为解读华北陆块25亿年以来的地质演化提供了一个窗口。难怪吉羊说,读懂了柳江盆地,就读懂了地质科学的精华,读懂了我们身边山山水水的来龙去脉。

  寻找雾迷山组——为未来清洁能源提供巨大想象空间

  2018年“五一”小长假。

  保定涞水,野三坡百里峡景区。

  省地矿局水文三队正高级工程师李郡利用休息日,专程来到了这里。

  一进入峡谷,这位年届不惑的女地热专家就盯着两侧的岩石开始观察、寻找。

  显然,这不是一位只为游山玩水而来的普通游客。

  她此行的目的是在被称为雾迷山组的地层中,寻找一种火成岩与围岩的侵入接触关系——140多公里之外,雄安新区那眼编号D16的钻井,在地下2600米处,也遇到了同样的地质结构。

  距今大约12亿年前,野三坡一带是一片平缓的海岸,没有汹涌的波浪,潮水带来的大量碳酸盐矿物不断沉积。这种沉积一直持续了大约1.5亿年,让更大范围内的大地披上了一层岩石“被子”。

  学生时代,李郡就把这些熟记于心了。但作为一名地质工作者,光知道这些还远远不够,她希望对岩石和地层有更直观的认知。

  D16井的钻探原本按计划进展着,但提取出来的岩芯,却突然出现了岩性明显不同的侵入体。李郡要弄个明白。

  作为河北省在雄安新区地热资源勘查项目的技术负责人,李郡的工作就是要了解清楚那片土地之下究竟蕴藏着什么。

  地下埋藏的地层,在地上也会有。井下提取的岩芯有限,但野三坡却给地质人提供了另外一个观察窗口。

  无暇对沿途的一线天、金线悬针等景观顾及太多,李郡把大部分注意力都集中到了寻找那种岩石侵入体上。

  “找到了!”

  终于,崖壁上一条具有斑状结构的岩石,吸引了李郡的目光。那是一层比周围白云岩岩体年轻很多的闪长玢岩——大约6500万年前,灼热的岩浆顺着12亿年前形成的雾迷山组白云岩的岩层涌入,在距离地表较浅的地方冷却凝固成形。

  李郡兴奋起来:“D16井打出了同样的闪长玢岩岩体,意味着那里曾经也有发生过同样的岩浆侵入现象!”

  2019年3月7日,安新县端村镇马村西。

  D35井的钻探现场,传来一片欢呼。

  从地下3850米岩层中抽上来的地热水喷涌而出,流量达到了每小时170立方米,井口水汽混合物的温度达到了108.9摄氏度。

  新区的地热资源,分属牛驼镇、容城、高阳等三块地热田,但地下究竟有多少地热资源,埋藏深度是多少,该如何利用等问题,尚需进一步查明。而D35井的发现,恰恰为秉承生态优先、绿色发展理念的新区建设提供了清洁能源的巨大想象空间。

  李郡悬了几个月的那颗心终于掉回了肚子。

  按她最初预判,这口井会在地下3100米钻遇储藏地热资源的岩层——雾迷山组。

  “雄安新区地下的地热资源,主要储藏在两个岩层内,一是新近系馆陶组,另一个就是蓟县系雾迷山组。”李郡表示,整个项目,布设了30多眼钻井,已经开工的有十几眼,实际上每一眼都是在寻找这两个岩层。其中,雾迷山组所蕴藏的地热,开发利用中对环境更为友好。

  作为房山世界地质公园的一部分,野三坡一带出露有上千米厚的雾迷山组岩层。但在D35井所处的位置,直到地下3200米仍然没有踪影。

  地下的情况,远比预判的要复杂。几十公里外的另一眼井,在地下2600米处,就打到了时代更为久远的太古界片麻岩上,成为一座空井。李郡在焦急中翻资料、查地层、找业内权威人士探讨……

  钻井一直向地层深处延伸。

  终于,在3600米处提取上来的岩屑,在泥岩中出现了少许的风化的白云岩屑。3634.5米处,地下的“迷雾”最终散去,雾迷山组出现了!

  3个月后,雄安新区首份地热资源的勘查评价报告出炉。

  勘查评价结果显示,容东片区深部水热型地热资源赋存条件较好,年可采量折合标准煤3.71万吨,供暖总能力约300万平方米。同时,容东片区普遍适宜浅层地热能的开发利用,公共建筑、大型商业建筑和小型单体建筑均可积极推广应用地源热泵供暖或制冷。

  心里的石头落地了,李郡忽然想起,该回位于衡水的家里去看看孩子了,因为自己爱人也是地质人,也常年在野外。

  在这片土地上,与岩地、地层忘我对话的,远远不止李郡一个。

  规划、建设雄安新区,地质要先行。2017年4月,河北省地矿局迅速派出十一支地质队开进雄安新区,从陆地到水面,在这片土地上竖起了100多台首尾相望的钻机,1000多名地质人纷纷从全省各地不同岗位转赴这个新战场。

  “这场史无前例的大会战,是在为新区的规划、建设打基础。”省地矿局雄安办事处总工王永波介绍,雄安新区的规划、建设,需要通过详尽的工程地质勘查搞清地质条件,消除各种地质隐患。

  他的办公室里,挂着几幅地图。地图上布满了密密麻麻的圆点。每个圆点就是一个钻孔,每两个钻孔间相距1公里……

  上千名地质人利用两个月时间,就这样把新区的土地勘查了一遍。5个月后,他们的辛勤最终凝结为报告上的六个字:“地层基本稳定”。

  如今,雄安新区已经从顶层设计阶段转向实质性建设阶段,众多建设项目即将启动。王永波和他的同事又开始了地质先行的“三期会战”,在那些即将率先开工的区域,他们打下的钻孔正在加密,从间距1公里变为500米。

  一方水土养一方人,巍巍太行、莽莽燕山,以及辽阔的坝上高原,以怎样的独特资源哺育了河北人?生活在这片土地上的人们,在接受大自然的馈赠中,从茹毛饮血、靠山吃山,到能源革命、绿色发展,其生存方式又经历了怎样的发展,创造了哪些灿烂的文化?(河北新闻网 采访/记者 董立龙 朱艳冰 庞 超 宋柏松 通讯员 安云峰 贾瑞婷 仝 辉 徐 宁 执笔/记者 董立龙 朱艳冰)



责任编辑: 孔 飞
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