1. 中國西藏網 > 青藏光芒|馬麗華專欄 > 第9章

            故事從臨夏盆地開講

            馬麗華 發布時間:2019-10-25 10:59:00來源: 《青藏光芒》

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              當年被視為“最漂亮的陸地磁性剖面”,20年后,穩居精彩之最,且越發精準精致;當年“來自青藏北部的第一個聲音”,如今可說是多聲部、是交響樂了——2004年,臨夏盆地記錄的高原隆升和氣候變化被GeoTime雜志點評為當年“全球盆地研究亮點”;2011年,“晚中新世以來青藏高原東北部隆升與環境變化”榮膺國家自然科學二等獎,青藏高原東北部大大小小一眾盆地從寂寂無名到蜚聲海內外,一舉而為當下國際研究熱點地區,也將主持研究者推向國際舞臺,成為構造—氣候關系研究方面的知名學者。

              1963年出生的方小敏可謂生逢其時:16歲考入蘭州大學地質地理系,地質專業學士,留校任教,在職讀研再讀博,正趕上蘭州大學與英國萊斯特大學地理系合作聯培,所學專業正是“環境演變”。1992年結束學業,一步邁進臨夏盆地天然實驗場,從構造學到沉積學,正好學以致用,建功立業。1998年秋天我第一次采訪他,正值國際第四紀研究聯合會古土壤委員會的學術會議在蘭州召開后不久,臨夏盆地最初綻放,訪談中留下深刻印象的,不全是專業成果,反倒是另外有兩點,令我感慨至今:一是作為同窗兼同事的方小敏和潘保田,均在三十四五歲年紀當了博導,那么年輕??!二是這位小方老師對于人文生態的觀察。臨夏回族自治州及其周鄰,多民族聚居,他注意到河谷低地有漢族農民耕作,山坡高地是藏族的牧場,之間回民則以商貿流通為主業……已屬人類學范疇了。

              那時他還是李吉均院士的主要助手,之后做了歷次國家大項的盆地研究首席。單單一個臨夏盆地,一做就是20年,還會持續做下去。研究者和研究對象之間的關系微妙,看似主動與被動,實則平等:投入心力的多寡,往往決定著回報的豐歉,成就從來是相互的成就。臨夏盆地天然具備了優良的研究條件,不過再漂亮的地層也需要慧眼識珠,并且悉心經營。這個盆地位于青藏高原東北隅,大半為山地環護,緊鄰甘南高原、西秦嶺,以及祁連山東延余脈的雷積山、馬銜山,西北方有黃河流過,只有東側,連接隴西盆地。從地貌看,周邊山地不算高,3000~4000米;盆地海拔僅在2000~2400米,可是沉積層巨厚,最厚的地方1600米!可以在長達數千萬年的時間里,承接四面八方物質沉降,集合了高原構造隆升的信息、氣候及生態環境變化的信息,未曾間斷過,皆因位置優越,面積夠大。若是小型盆地,恐怕早已超載,沉積中斷,轉而為剝蝕之地了。

              還有一點也很不錯,是起初沒想到,當它被國際公認為經典案例后追加的,那就是距離蘭州市區不過百公里,相當于家門口,方便研究,尤其方便外來專家觀摩:露天可見地層剖面,室內可見幾千萬年以來的動物化石,以及古環境的情景再現——21世紀初,由國家投以巨資,在臨夏的和政縣興建起兩座大型古動物化石博物館,復原了的古環境直觀呈現,形形色色的古生物也讓古地層生動起來。

              所以臨夏盆地值得投入,反復去做。做什么?主要有三個方面的內容。

              一是建立高精度地層年代序列。前文已說到,“八五”攀登計劃課題成果,初步建起臨夏盆地3000萬年以來的地層年代序列,連續的天然剖面由東鄉毛溝剖面(3000萬~360萬年)、王家山剖面(1500萬~180萬年),以及相鄰的東山頂剖面(360萬~170萬年),以及黃河、大夏河的7級階地160萬年以來的黃土沉積,疊相續接而成。方小敏團隊后續的工作則是精益求精——采樣地點增多,剖面在盆地中央且被黃河切穿的,露天采,未被切穿的邊緣地帶,未被古湖覆蓋的地帶,動用了鉆機;采樣密度加大,從先前間隔20~50厘米,加密到10厘米。與土壤剖面研究并駕齊驅的,是這期間古生物化石的巨量發現,從而為精確定年提供了依據。從前臨夏盆地的第三紀紅層被籠統地稱為臨夏組,現在呢,細化為12個組,從漸新世到晚更新世的地層年代序列,跨度之長、記錄之完整,比之南亞西瓦利克群經典剖面,豈止不遜色。

              又有更老地層重見了天日,臨夏盆地形成年代,現在可以上推4000多萬年了。

              精準而連續,就為第二項工作——構造隆升研究奠定了基礎。

              自從中國科學家原創性提出青藏高原在地質史晚近時期大規模強烈隆升的觀點,這一議題納入國際地學視野,由此開啟了一個新方向兼新熱點。20世紀90年代中期前后,較早一批成果問世,其中多位研究者注意到800萬年前后構造隆升跡象,在高原中部、南部多個地點的體現,包括地層的變化和環境的變化:巴基斯坦北部地區森林植被急劇演變為草本植被、拉薩羊八井地塹盆地邊緣出現正斷層、東喜馬拉雅發生構造熱事件……另有學者綜合多方證據,以模型推演出此時存在隆升運動——認為800萬年前大高原就已達現代高度的觀點,即與這批成果有關。

              方小敏同樣盯住了這一重要時間節點,借助構造學領域新近發展起來的前陸盆地和生長地層的知識,在精細化描繪了從臨夏盆地到高原東北部諸盆地晚新生代構造變形隆升序列之后,確認本次隆升始自800萬年前,歷經緩慢隆升的超長序幕,方才進入360萬年前的“青藏運動”主幕,隆升提速,越來越高。歷數其間主要構造變形隆升事件,主要發生在距今約800萬年、360萬年、260萬年、180萬~170萬年、120萬~80萬年和15萬年前。

              說起如何識別隆升或不隆升,方老師說方法有多種,從地質到地貌都有跡可循。外行人聽來有意思的是,隆升的效應不限于向高處生長,還導致了盆地旋轉——測得臨夏盆地600萬年前后的地層,從38°傾角迅速轉至18°,影響所及,帶動整個盆地沿順時針方向快速旋轉了10°!

              識別強烈隆升和緩慢隆升的方法也多,表現在盆地沉積物顆粒,諸如量的多寡、粒度粗細,皆成依據;觀察地層是否錯斷或錯而不斷也很重要——隆升速率大小,直接影響到原有沉積層。從術語講,前者形成的稱“角度不整合”,即削掉了先前層面頂部;后者為“生長地層”,只會擾動成波形曲線。方小敏團隊繪制了一幅“臨夏盆地地貌地層演化揭示的青藏高原東北部變形隆升過程”彩圖,有時間,有高度,有地形地貌變化,很能說明問題,而且說明的不僅是臨夏一地,亦可視為廣及高原東北部幾乎所有盆地的縮影。對于高原中部南部盆地是否適用?方教授說,高原隆升由南及北,南部要早一些。

              圍繞這幅圖示,方老師耐下心來解說原理,外行人依舊似懂非懂,單單一個整合不整合,就足以讓我這個采訪者“暈菜”,再次體會到專家與大眾的區別,倒不如直言結果來得明白:該圖所揭示的“變形記”若干階段,是在約800萬年以前的漸新世到中新世的漫長時期里,高原受到長期風化剝蝕和夷平,導致高原和周邊盆地形成高差不大的準平原景觀;從距今約800萬~700萬年開始,高原東北部開始明顯隆升,臨夏盆地作為一個擠壓坳陷盆地,斷層向盆內擴展,形成生長地層;至約360萬年,高原開始大規模強烈隆升,地層由此強烈變形,并迅速被隆起的高原上奔涌而下的厚層巨礫巖所覆蓋;至約260萬年,該區再經歷一次明顯隆升,盆地局部斷陷成新的湖盆;至約180萬~170萬年,高原再次強烈隆升,黃河溯源侵入盆地,早期湖泊消失,黃河誕生;隨后高原階段性隆升和氣候變化,形成了黃河系列階地,逐步接近今天的地貌格局。

              臨夏盆地所做工作的第三個內容,是緊隨變形隆升序列其后,建立起高分辨率環境變化序列。其中基本連續的孢粉記錄,提示了3000萬年以來的古氣候環境變化:整個地區相對暖濕的環境持續到800萬年前,那之后,伴隨隆升進程,干旱化降臨,逐漸加劇,森林縮小,草地擴大,到360萬年前,越發寒涼干旱,疏林草原變而為干草原……與此相呼應的是,臨夏盆地儼如一個生物演化大舞臺,在古動物學家所建新生代哺乳動物地層框架中,3000萬年里陸續走過活躍在森林地帶的巨犀動物群、鏟齒象動物群,到800萬年前,已為稀樹草原上的三趾馬動物群所取代,之后便是干草原上的真馬動物群了。

              涉及古氣候變化,還有對于“冷黃土”的發現。高原東北部連接黃土高原,中國大地最高一級階梯在這里向次一級階梯過渡。舉步走向臨夏盆地之初,方小敏接觸黃土的契機,來自施雅風先生布置的任務。綜合多方資料,施先生推斷青藏高原進入冰凍圈,似應在80萬年前,遂委托方小敏從沉積物中尋找證據。果不其然,年輕人從采自甘孜的黃土中找到了冰川遺跡石英顆粒,證實進入冰凍圈的時間不遲于80萬年前。從此這位有心人開始注目于高原邊緣黃土層,促成了他個人及其團隊較早一批成果問世:發現以昆侖山—布青山—阿尼瑪卿山—秦嶺為界,以北為來自亞洲內陸干旱地區的熱黃土,以南為冷黃土——高原是一個重要的粉塵新源地,物質主要來自高原本身,大致形成于約120萬~80萬年前,與高原冰凍圈和西風塵暴活動密切相關。舉一反三,方小敏提出高原中更新世隆升—冰凍圈—大氣環流—全球降溫模型,同時發現末次冰期旋回中,東亞夏季風千年尺度不穩定性變化及其與北半球高緯氣候的聯系。論文發表,世界知道了,中國黃土的構成,有少部分來自青藏高原。

              反演古環境,涉及一個國際社會都在關注、備感困擾的重大科學問題:干旱化何來?何時發生?事關青藏高原,方小敏設定的具體提問還有,高原隆升和全球變冷對干旱化進程的影響,孰輕孰重,孰先孰后,孰因孰果?

              晚新生代數千萬年里,我們的地球經歷了一系列重大地質事件,導致氣候和環境一變再變,計有全球變冷、北美和亞洲內陸干旱化、亞洲季風形成等等,其中干旱化問題深刻影響到人類生存環境,因為干旱化后面緊跟著荒漠化。尤其中國西北部,干旱化還在加劇,而且越來越多的證據將亞洲內陸干旱化成因指向青藏高原的急劇隆起和全球變冷兩大因素。以此作為盆地研究的一個重點,是因這項研究具有基礎研究和應用研究雙重價值和意義——通過對亞洲內陸干旱化過程的科學認識,一方面可以反演高原隆升和全球變冷的演化史,另一方面,有助于為正確決策提供科學依據,確保干旱地區環境資源的合理利用、保護和經濟的可持續發展——回望,是為前瞻。

              僅有臨夏一地的證據顯然不夠,沉積年代、構造隆升、環境變化,同一答卷應當在更大范圍得到印證。自1999年“973”項目第一期起,方小敏團隊就將研究區擴展到蘭州盆地,祁連山南北的柴達木盆地和酒泉盆地,拉脊山南北的貴德盆地和西寧盆地,等等。而李吉均院士帶領蘭州大學一支,則轉戰于西秦嶺和天水盆地。這樣一來,研究范圍涵括了南起東昆侖、阿尼瑪卿山,東接西秦嶺、六盤山,西迄阿爾金,中經祁連山的整個青藏高原東北部。由于現成地套用臨夏經驗和范式,動作夠快,僅僅10多年工夫,就在群山環抱、多條支脈余脈分隔的各盆地中,相繼完成了高精度磁性地層序列,獲取了與變形隆升和環境變化相關的信息——果然一個臨夏故事的放大版,比預期效果還要棒!

              首先是沉積年代更早。蘭州盆地、西寧和貴德盆地,直到柴達木盆地,諸盆地的生成年代均突破了5000萬年。那是在印度板塊和歐亞板塊碰撞之初,青藏大地形成不久,當持續的碰撞變形自南方傳遞而來,遙遠的北方響應,山地隆起了,盆地陷落了,開始接納沉積物。盆地中要數柴達木面積最大,以至于沉積層厚度可觀,最厚的地方足有上萬米。

              沉積層越厚,記錄的信息越翔實。方小敏團隊為柴達木盆地建檔,一部新生代地層的精細年代學和變形縮短史,伴隨著三次隆升兩次夷平的輪回,見證了高原之所以成為高原的滄桑演化。從量化得出的各種數據,判讀出每一輪造山運動的大致時間和幅度,就隆升問題提出一個新模式:碰撞—擠出—碰撞框架下的同步異幅變形隆升過程。

              至于干旱化證據,尤其典型。西寧盆地膏鹽沉積200多米厚度,有芒硝有石膏有鹽,顯見曾為鹽湖中心,顯見經歷了漫長的干旱時期,顯見盆地面積曾經廣大。的確如此。同一時段形成的膏鹽層,西寧以南漸薄,100多米;隔了一座拉脊山,到貴德盆地,膏鹽層只余幾米厚了。原來,拉脊山是歷次構造活動的產物,早在幾千萬年前,貴德和西寧同屬一古湖盆地,周邊古河向心流淌,匯聚于今天的西寧。當拉脊山最初輕微隆起時,河流一度改向;剝蝕夷平了,盆地重新連接。然而800萬年前開始的本次隆升,拉脊山又做了分水嶺,從此南北分流,盆地隔斷,地貌改觀——黃河及其支流湟水分別從貴德和西寧盆地流過,切穿整個新生代地層,袒露出絕佳天然剖面。

              大同小異,甚至一模一樣,高原東北部諸盆地經歷了共同命運。此前不僅貴德和西寧的盆地一體相連,它們其實是偌大隴中盆地的一個組成部分。地跨甘、青,天水—臨夏—蘭州,化隆—循化—共和,概莫能外地歸屬于這個盆地大一統。共同的命運有共同的指向,同臨夏一起復述著同一個地質演化史壯麗篇章,從起初的“一個聲音”,變而為多聲部合唱。

              盆地研究成長起一代又一代人。十幾年前在蘭大初見,還是風華正茂的年紀,現在正當盛年,依然激情滿滿;當年跟從導師做骨干,現在帶團隊,骨干30多人,來自青藏所、蘭州大學和南京師范大學。方小敏教授現任中科院青藏所副所長兼環境變化與地表過程重點實驗室主任,最近這次采訪,就是在青藏所北京部他的辦公室里進行的。方教授站在三維立體的青藏高原掛圖前講解,語速很快,山脈盆地,抬升剝蝕,多少萬年,多少個百萬年,皆在倏忽之間。采訪者也在恍惚中,感覺那人那圖遠在現實世界之外,融入浩瀚時空。

            (責編: 郭爽)

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