2019年12月06日 星期五
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地层的“红”与“黑”

—— 探寻侏罗纪的柴达木盆地沉积岩层

2019-11-20 9:21:51 来源:中国矿业报 作者:胡俊杰 李宗星 马寅生 彭博

地处青海省西北部的柴达木盆地是我国三大内陆盆地之一,也是我国海拔地势最高的盆地。受控于高原大陆性气候,这里气候干旱、植被稀疏,曾是人们吟诵中“大漠孤烟直,长河落日圆”的苍茫青海道,更是史书里“长云暗雪山,遥望玉门关”的边塞不毛之地。然而,当我们用地质的眼光来探索这片位于昆仑和祁连雪峰下的茫茫戈壁,却能够读出不一样的风景。

地层是记录地质运动、环境变迁的地球演化之书。在柴达木盆地北缘发育着一套延绵数百公里的巨厚侏罗纪地层,呈现出明显“下黑上红”的岩性差异,记录下距今约200百万年~145百万年前不一样的柴达木:露头剖面下部黑色煤层和深色泥岩为主的层段暗示了一个有着大大小小湖泊、郁郁葱葱树林,生物繁盛的柴达木;上部杂色、红色为主的沉积物则显示了柴达木地区气候变热、干旱,草木逐渐消亡,直至环境恶劣加剧呈现荒漠化的过程。

大煤沟剖面大煤沟组全景

沉积物是地质历史演化信息的载体,它的颜色、岩性、特殊矿物和沉积构造特征及差异是重建古地理、古气候最为重要的依据。地层中保存的植物、动物化石是地球变迁过程中直接书写的文字,真实反映了不同时期的古环境面貌。

翻开柴达木这本“红与黑的史书”,逐页检视层层沉积岩,细读化石文字,探寻字里行间留下的线索,我们尝试讲述柴达木盆地侏罗纪气候、环境沧海桑田的变化:

侏罗纪的柴达木盆地沉积了厚度超过1000米的沉积岩层。为了便于研究,地质学家根据时代和岩性组合特征将这些地层由下至上,按照沉积先后顺序分别命名为小煤沟组、大煤沟组、采石岭组和红水沟组。

小煤沟组沉积时期,柴达木盆地受到区域上拉张力的作用,地壳强烈伸展形成一系列断陷洼地。这一时期气候温暖潮湿,植被茂盛,河流携带着泥沙、植物碎片在低洼处堆积,形成了煤和黑灰色泥岩等沉积物。地层中下粗上细的河道砂、发育板状交错层理的厚层粗砂岩与泥炭沼泽沉积交互出现,表现出辫状河三角洲平原的特点。沉积物里发现的蕨类、松柏类、银杏类等热带-亚热带植物孢粉化石,为我们描绘出更生动的画面:植株较高的蕨类植物在沼泽温暖潮湿的条件下茁壮生长;真蕨类植物高度分化,说明生长在稳定的开阔林间湿地;松柏类是构成山地森林的主要成员,银杏、苏铁类则占据着平原与湖泊两侧的低山和缓坡——一副低山-河流湿地-小型湖泊相间分布,植物繁盛的画面跃然纸上。

大煤沟组沉积早期继承了小煤沟组“山水相间”的古地理环境,中-后期伴随着拉张应力不断增强,盆地持续沉降。这一时期煤层的厚度增加,表明气候进一步湿热、植物群落更加茂盛;地层里泥岩增多、颜色相对变深变暗,间接反映出水体变深、面积扩大,分散的洼地逐渐连成一片。此时的柴达木盆地非常适宜生物生存繁衍,各种植物和淡水生物数量庞大,地层中大量发现叶肢介、介形虫、轮藻、双壳和植物化石。大煤沟组上部地层中叶肢介群落具有较高的物种丰度和分异度,是湖泊长期稳定发育的结果;多生长于湖泊附近的银杏类种属发达,化石比例远超过山地生长的松柏类植物,说明这一时期湖泊分布范围广泛,山丘分布相对局限。温暖潮湿的环境下,“黑色”的侏罗纪沉积地层不断加厚,直至大煤沟组顶部出现了一套指示干热环境的泥灰岩和湖湘灰岩,气候、环境的剧烈变迁悄然拉开了帷幕。

红水沟组全景

进入采石岭组,黑色的煤和暗色泥岩突然失去了踪迹,地层岩性骤然变为杂色和红色砂岩与钙质泥岩韵律互层,干热条件下形成的钙质结核在地层中大量发育。原本湿润环境中茂密生长的各类植物迅速衰落,喜热旱生的掌鳞杉科植物孢粉化石含量却异军突起。种种迹象表明,采石岭组沉积时期,柴达木湖盆萎缩水体迅速变浅,茂密的林地不复存在,盆地转变为热带-亚热带炎热半干旱气候环境。

从颜色上看,红水沟组巨厚的棕红色砂泥岩似乎与采石岭组差别不大。但地层中偶夹的石膏细脉,暗示了这一时期气候炎热、干旱程度的持续增强,生物生存环境也随之进一步恶化——甚至连采石岭组地层内占优势的耐旱耐热的掌鳞杉科植物此时也不见了踪影。地质工作者在红水沟组顶部最新发现的风成砂岩,为柴达木盆地侏罗纪这段“红与黑”的历史划上句点。风成砂是干旱缺雨、植被稀少、风成作用持久强烈等特殊环境下的产物,是沙(荒)漠环境的地质记录。宏观上,红水沟组顶部的棕红色巨厚砂岩地层广泛发育大型、巨型高角度交错层理,具有典型的风成沙丘沉积基本特征;微观上,砂粒具有风成沉积中颗粒高速运动、碰撞形成的典型形态。风成沙丘的出现,意味着柴达木盆地终于从侏罗纪早期温暖潮湿、水草丰美的环境转变成干旱炎热、荒漠戈壁的模样。

用我们对时间的感性认识去想象柴达木盆地侏罗纪45个百万年的演变似乎太过漫长,遥不可及。然而在地质历史的书架上,柴达木侏罗纪这一本“红与黑”只不过是薄薄一册。关于这场气候-环境变迁的模样我们知道了个大概,但变化原因、机制、细节等方面还有太多值得思考和探索的篇章,等待着我们仔细研读。□

(作者单位:中国地质科学院地质力学研究所,自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室)

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