莫欽烏拉山頂上的“空中河流”

解程皓

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

1 引言

中國新疆，這個世界上離海洋最遠的地區，橫臥著一條壯美、巍峨的山脈—天山山脈，它全長2500余千米，在中國新疆境內的可達1700余公里，真所謂是橫貫千里、氣勢如虹。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學者去發掘和探索。

2014年7月，炎炎夏日炙烤著整個中國大地，一趟從武漢出發的列車，載著我們地質學者，開始它的旅程，目的地正是新疆東天山。火車隆隆地行駛了一天一夜，清晨熹微的陽光又一次潑灑在窗外，金色的戈壁灘和遠處的天山山脈映入乘客的眼眸，新疆哈密到了。一眾地質人在哈密下了列車，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，進入盆地。一個轉彎過后如仙境般的巴里坤草原忽然闖入我們的視野，對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—莫欽烏拉山就這樣走入了我們的視野。

1 天山之東—壯麗的莫欽烏拉山

“莫欽烏拉”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。它西側連接著狹長的天山山脈，東側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，山北則是蘊含著豐富油氣資源的三塘湖盆地。這里的氣候屬溫帶亞干旱氣候區，冬天最低氣溫可達-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，這里也是野生動物的棲息地，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，煞是美麗。山頂遠眺，雄渾的山脈、翠綠的草甸襯托著星星點點的雪蓮，莫欽烏拉的壯闊和秀麗非置身其中而不可體會。

圖1 巴里坤草原和遠處的莫欽烏拉山

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。莫欽烏拉山迎來了兩位新朋友。他們衣著鮮紅，手握羅盤地質錘，這正是我們勤勞的地質工作者開始了一天的工作。他們沿著深邃的山谷向深山進發，山谷兩側是4億多年前中晚奧陶世的古老砂巖。他們不時觀察測量，時而低頭速記著巖石的信息。

晌午時分，狹長的山谷仿佛走到了盡頭，山彎一轉，景色豁然開朗，峽谷變得寬緩，兩側的山峰綿延消逝在視野的盡頭仿佛進入了世外桃源。谷地中藍天白云、綠草如茵，白色的氈房炊煙裊裊，這儼然成為一個天然大牧場。倆人沉浸在這自然的美景中，沿著山腳走著走著，突然發現腳下出現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境會顯得格格不入？原來這片山谷及兩側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成。這里的砂巖巖性比較均一、致密。山谷兩側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），山上的砂巖也會受到風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距離的搬運作用，而是就近堆積，所以滾石形狀并不規則，多呈棱角狀、片狀、塊狀等不規則的形狀。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。可這些礫石應該出現在河床或地勢較低的河谷中，為何會出現在山坡上？顯然這些山坡上的礫石，不會違背重力作用從低谷里爬到高地上來，為了尋找答案，地質隊員毅然向山頂進發。經過艱辛的跋涉，這疑惑終于初露真容，不遠的山頂上仿佛帶著一頂灰黃色的、麻麻點點的厚帽子，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 遠觀復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，是厚達數十米的灰黃色復成分礫巖。除了顏色與下伏的砂巖不同以外、巖石結構、物質組成，構造產狀也截然不同。這種復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、膠結等作用下形成的巖石。由于這種巖石的成分并不均一，結構相對比較松散，經過漫長歲月的風化作用，礫石紛紛從復成分礫巖中脫落，才會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”

地質隊員們到達山頂，得到“真相”之后，工作并沒有結束，更多的疑問又接踵而來，山頂上厚達數米復成分礫巖是什么時候沉積的？它從哪兒來？為何會在山頂上？代表了什么地質環境？誠然這些答案并不會在現場得到解答，他們現在能做的就是盡可能地觀察地質特征、測量地質產狀，并且用GPS、相機、野簿詳細地記錄下來，最后用地質錘敲下滿滿幾袋樣品，帶回實驗基地。

想要揭開莫欽烏拉山頂上這套神秘的復成分礫巖的奧秘，僅僅指望野外工作是不夠的，還需要在室內進行系統的研究分析工作。

為了確切了解這套地層的來源和沉積環境，我們就需要對巖石巖性、巖石組合和沉積相進行研究。接下來的大部分研究工作將在實驗室進行。野外采集的部分巖石樣品經歷繁瑣的處理，被打磨成一張張能夠在顯微鏡下觀察的薄片，對細微結構進行觀察和統計，最后結合野外所獲得的宏觀尺度上的資料和數據，最終確定了這套地層當時的沉積環境為陸相河流沉積環境。也就是說這套復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實驗室，在那里，我們將解決下一個關鍵問題：這套地層的沉積年代。我們的測試是運用國際主流的巖石年代學的分析方式—碎屑鋯石U-Pb年代學分析。即大量提取樣品中一種可以測年的微小礦物—鋯石，通過它來測年。其原理并不復雜，是依據放射性元素擁有固定的半衰期（母體衰減、子體積累，不斷地記錄下時間參數）這一特性來測定年代的。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。經過忙碌的的樣品測試和專業的數據調試工作，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期。

在了解了山頂上地層的身世之后，不禁要聯想，難道在遙遠的2億年前，莫欽烏拉山的山頂上流淌著一條神奇的“空中河流”？導致河流沖積物留在了山頂，才形成今天山頂上的復成分礫巖？

圖3 a河流沖積物形成的復成分礫巖 b復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？這看似確實不符合自然界的規律。在哈密地區有多年地質工作經驗的構造地質學家王教授解釋說，這一違反自然規律的現象只是大自然的障眼法，其實在自然界中這種現象并不罕見。在漫長的地質歷史進程中，不停地發生著滄海桑田的變化，但這種變化通常以百萬年來計算。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為流水是活動的、而山峰是亙古不變的。而地質事實卻并非是人們想象的這樣！

通過地質學家對東天山的系統研究，發現在這片土地上曾經發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，由于板塊間的運動、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，這片古天山經受了長期風化作用，已經被剝蝕到相對低矮的高度。莫欽烏拉山間，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從高處流向盆地中。同時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了上千萬年，最終被壓實、固結成巖。直到三、四千萬年之后的中侏羅世，莫欽烏拉山受到構造作用再度隆升，山間盆地也隨之抬升到較高的地勢，不再接受流水的沉積。此后，莫欽烏拉山又經歷了多次的隆起抬升，甚至直至今天我們所見到的莫欽烏拉也依然在不停地隆升。

隨著莫欽烏拉山身世謎團的揭開，“空中河流”的奧秘也撥云見日。原來，水依然是在山谷中流淌，河水攜帶的圓滑礫石也都是在低洼的盆地里沉積、成巖。只是受到構造地質運動的改變，滄海變桑田、盆地起高山，才有了莫欽烏拉山頂上這套“奇怪”的礫巖。我們不禁要贊嘆大自然的鬼斧神工和千變萬化，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象等待我們去探索和發現，這也將激勵著我們一代又一代的人為自然科學的發展而奮斗