津北有奇观

中国国家公园

        天津北部长城脚下，群峰突起，虽无名山大川，却暗藏奇观。这片幽僻的山区之中，有一条名震地质学界的地层走廊叫“蓟县剖面”，是8亿至18亿年前地质演化史的缩影。它身上潜藏着哪些地球密码？这里为何诞生了最美的叠层石？本文作者将在第一现场寻找谜底。 1934年，高振西等学者在这一带考察时发现了一种紫红色的白云质灰岩，并将这种岩层命名为“杨庄红页岩”。“蓟县剖面”命名后，这段地层（地层是指地质历史上某一时代形成的层状岩石）被划分为一个独立的组—杨庄组。幽蓝夜空和璀璨星光之下，出露完整的红色岩层景观显得尤为壮丽，山下划过的几束灯光好似一条时光隧道，将我们带入十几亿年前的远古世界。深蓝色的夜空中划过的星轨与醒目的层状岩石景观，形成了奇妙的呼应关系。摄影／张博开<h3>天津北部山区，潜藏着一部神奇的“地质巨著”</h3><p>秋霜降临的深秋，我和朋友相约到津北山区一游。我们从市区出发，沿津蓟高速一路北上，不到一个小时就到了津北门户蓟县。从卫星地图上看，蓟县县城被严丝合缝地镶嵌在燕山南麓的冲积扇上，城北紧靠的府君山（燕山的一部分）像一道牢固的天然城墙，守护着这座小城。山下有一条横贯东西的环城公路，大致就是燕山与华北平原的分界线。说话间，车子驶入一条山道，视线立刻被起伏的群山所阻断。此时，山路四周尽是色彩斑斓的林海，丛丛密林织成了层层彩缎，顺着起伏的山势铺展开来。说起欣赏秋色，天津北郊这些小山的名气远不如北京香山。因为来此观光的游人较少，反而让这里多了几分清幽。</p><p>此次来到蓟县，我并非仅为欣赏秋色而来。这片山地中，让我更感兴趣的是一部藏在山中的神秘“长卷”——走在清幽的山谷中，我顿时觉得自己化身为武侠世界中寻宝的侠士。的确，我这次要寻找的宝藏放在世界范围内，也称得上是罕见宝贝，因为它储存着地质时期的海量信息，可以还原人类诞生前的生命世界。从明永乐二年（1404年）建城开始，天津的城市史已有600多年。若放在漫长的地质年代中，600年不过是短暂的瞬息。大约19亿到8亿年前这段时期，今天津地区为海水所覆盖。此后的7亿多年里，海水屡次进退。约1亿年前，经历“燕山运动”后，今蓟县地区的地壳不断隆起，形成了低山丘陵。</p><p>若将时光回溯至亿万年前，蓟县所在地刚刚隆升为陆地。近1万年以来，燕山与华北平原地壳稳定后，天津地区的早期文明曙光出现在蓟县地区，而天津市区所在地则被大片沼泽覆盖着，尚不适合人类居住。怪不得蓟县人常常自豪地说：“六百年历史看天津，五千年文明在蓟州。”亿万年过去了，海陆变迁和地质演化过程中到底留下过什么蛛丝马迹？今天的地质专家，如何能够窥探十多亿年前的地质面貌？</p><p>我们向山沟深处走去。据说，那部神秘的“地质巨著”就藏在不起眼的沟壑之中。</p> 岩石类型：花岗岩<br>地质年代：距今约2亿年 <br>怪石林立的盘山<br>岩浆侵入留下的景观杰作<br>从蓟县县城向西走12公里，便可以看到拔地而起的盘山，从这里向北，便是绵延400多公里的燕山山脉。盘山整体海拔不高，但山石蜿蜒起伏，颇似腾云驾雾的蛟龙，所以得名。比起蓟县古老的沉积岩和变质岩，盘山上的花岗岩则年轻了许多。它是在距今约2亿年前的中生代三叠纪，地下岩浆侵入到中新元古代地层中冷却形成，而后经过一系列构造运动“拱出”地表。如今的盘山花岗岩退去了曾经的锋芒，被风化剥蚀成为险峻的山岭。冬季这里银装素裹，干枯的树木静静等待着春季的萌芽。<h3>跨10亿年的“剖面”，袒露在大地上的“岩石史书”</h3><p>20世纪30年代，蓟县（时属河北省）北部山区还是一块人烟稀少、草木丛生的处女地。那是一个冬天，三个与当地人穿着不同的年轻人来到这里，迅速打破了山区的宁静。原来，他们是从北京来的地质学者，以北京大学地质系助教高振西为首。他们骑着几头毛驴走进了山谷，一路上走走停停，不时观察着沿途的峭壁。在一个露出地面的石壁前，三人一边拿着放大镜观察，一边拿起铁锤轻轻敲打。勘测一番之后，一种前所未有的兴奋涌上他们的心头。原来，这岩石便是他们苦苦寻找多年、形成于十多亿年前的叠层石。他们趁热打铁，沿着山谷北行，发现这里有一条南北延伸、露出地表的岩层带，后来被地质学家称为“蓟县剖面”——它完整地呈现了中上元古界（注：元古界中晚期）时期的地层面貌，所以也称“中上元古界剖面”。</p><p>其实，对标准地层或标准剖面概念，科班出身的我已烂熟于心，似乎不去现场也能轻易描述其重要意义。然而这一次，当我实地考察后，才真正感受到“剖面”更加惊人的一面—景儿峪、下马岭、洪水庄、雾迷山、高于庄、大红峪、团山子、串岭沟、常州沟、府君山……这些教科书上无比响亮的地层名竟一一出现在山村路口，并且早在国家地层命名前就已经出现在这里。仅几十分钟的车程，我们就似乎穿越了亿万年的时空隧道。显然，前文所说那部神秘的“藏宝图”，指的正是“蓟县剖面”。</p><p>对于地质学界来说，“蓟县剖面”的发现是极具轰动性的。它现在被视为“中上元古界的标准剖面”。也就是说，它是目前这一时期地层剖面中近乎完美的样本。国土资源部天津地矿研究所的朱士兴研究员评价说：“蓟县剖面几乎是完美的，地层少有错位，极少发生变质，是难得一见的好剖面。”</p><p>最初，我跟大多数人一样，有这样一个疑问：中上元古界地层很多地方都有，为何学者如此偏爱蓟县这个地方呢？理论上讲，所有地下岩层均有可能产生剖面，但由于多种复杂因素，大多数地方的地层因地壳运动而失去了本来面目，而蓟县剖面基本保持着沉积时的模样，几乎没有“失真”。</p> 图1<br>微观看地层<br>天工造就的象形世界<br>天津蓟县地层中遍布碳酸盐岩，指示了洪荒时代的海陆演变，留下了许多精彩瞬间。4张微观画面展示了其中几种有趣的岩石：由于花纹形状奇特，它们分别形象地称为虎斑岩（图1）、姜状灰岩（图2）和臼齿岩（图3、图4，当地百姓俗称“虾米石”）。图1中，一块平坦的灰岩表面一个个突出的磨圆石块，如同宫墙上的龙纹浮雕，实际上，它们并非粘在岩石表面的附着物，而是与岩石融为一体的，只是由于内部矿物成分不同，被风化的程度也有所不同。另外两种岩石中形态各异的黑斑，其成因有两种说法，有人认为黑色部分为生物有机质的遗迹，另一观点则认为黑色部分是地层破裂后缝隙中填充的“泥晶脉”，很可能是古地震作用的结果。 图2 图3 图4<br>岩石类型：碳酸盐岩<br>地质年代：距今约13亿—14亿年<p>1984年，蓟县剖面所在地诞生了“中上元古界国家级自然保护区”。进入蓟县山区后，一路为我们讲解的专家杨立公先生，是保护区管理处的负责人。这条长长的地层带，被地质学家划分为3个系、11个组、105层——这部“巨著”的系、组、层，恰似古典小说的章、回、节，地层中“章章”经典、“回回”精彩、“节节”生动。由于剖面十分完整，我们可以在地表轻易地看到10亿年前，被时光洗礼过的岩石。</p><p>从县城向北直到黄崖关脚下，两边出露地层的地质年代越来越久远。透过车窗我们看到，很多地层因为后期的构造运动而发生明显的褶曲，与水平面约呈大角度倾斜，深埋地下的部分也被“拉”出了地面。车到山路尽头，停在了长城脚下的常州村。村口一处断崖清晰地留有“元古界”与“太古界”界线。两块相距不到一米的巨石，年代跨越了7亿年。所以，此处被杨先生形容为“一步跨越7亿年”。</p><p>路上，我们遇到了许多前来游历的人。来此登山的人，往往是奔着“蓟县剖面”而来。我在现场遇到三支考察队，两支来自地质院校，一支来自地矿企业。作为地质院校的毕业生，他们中的大多数人读过李四光撰写的《中国地质学》，该书对蓟县剖面的赞誉让我印象深刻：“在欧亚大陆，同时代地层中蓟县剖面之佳，恐无出其右者。”地质圈里的人到这里来，就好比虔诚的信徒来膜拜心目的圣地。</p> 常州沟组<br>“万卷史书”长卷的<br>第一页<br>常州沟组是蓟县中下元古界中最古老的地层，距今约18亿年。地层中颗粒粗大的砾岩和杂砂岩是古河流沉积的标志。这张手绘图是将科学图件经过艺术加工的产物，远方是当我们站在蓟县的山上看到的崇山峻岭，而山前宏大的地质剖面则展示了绵绵青山下古老岩石的质地与韵律，地层的叠覆与起伏。绘图／刘震宇<p>从蓟县县城到常州村，连绵起伏的丘陵中好似一排巨大的书柜，其中安放了跨越10亿年岁月的沉积岩层；岩层则像鱼鳞瓦脊那样，重重叠叠地在大地上延伸，俨然一册册用岩石垒砌的典籍大作。数亿年时光中，宛如典籍般罗列的地层经历过各种剧烈演化，却几乎没有改变容颜，或许就是为了有一天被人发现。岩石不能言，但它们一直在等待知音的到来。</p> 朱士兴<br>国土资源部天津地质矿产研究所?研究员<br>蓟县地层表明，<br>寒武纪前有更早的<br>生命大爆发<br>天津蓟县出露的叠层石及其他微生物化石，就像一个个信息存储器，通过上面的信息，我们推断出了当时的海陆演化情景，甚至可以复原海盆的扩张及海水进退变化过程。当然，中新元古代的叠层石不仅在蓟县有发现，它们的身影遍及世界各地，但蓟县叠层石的保存完整度、图案审美性等方面独树一帜。<br>此前的地质理论认为，距今10亿到16亿年前的中元古宙，正是古老的原核生物向真核生物过渡的重要演化时期，然而从目前的发现和研究来看，多细胞的古植物也已经大量出现，说明早在5亿年前左右的寒武纪生命大爆发之前，地球就已经呈现出生命欣欣向荣的情景。也就是说，“前寒武纪”地球缺少生命迹象的传统理论将面临颠覆。 岩石类型：微生物叠层石<br>地质年代：距今约13亿—16亿年<br>蓟县叠层石<br>解开古老宇宙秘密的密钥<br>叠层石是由蓝藻等微生物的参与下形成的微生物岩（或称生物沉积构造），是一种“准化石”，它的存在说明曾经有微生物的生命活动。“蓟县剖面”几乎各个时期都有叠层石被发现，数量达数十种。图中为柱状叠层石的天然纵剖面和横剖面，“叠层石柱”之间留有缝隙，曾被海水中的矿物充填。 早期的古生物和岩层的共同作用，构成一幅幅蕴藏生机的图案，令观者真切感受到地质年代的生命律动。蓟县通往黄崖关长城的公路边上，出现了几座以叠层石工艺为主题的奇石馆。这些“会记忆的石头”的审美价值，渐渐地被民间艺人发掘出来（摄影／张博开）。 <h3>中国最美“叠层石”，还原生机盎然的“中元古界”</h3><p>5亿多年前，地质年代进入古生代的寒武纪，此后数百万年里，包括现代生动物类群祖先在内的大量多细胞生物出现。长期以来，寒武纪之前的地层中几乎找不到动物化石，所以这次生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”。</p><p>寒武纪之前的40多亿年，一度被认为是缺少生命的死寂时期，这段漫长岁月也被笼统地称为“前寒武纪”。</p><p>科学家之所以得出上述结论，很大程度上是因为前寒武纪缺少化石发现，其岩石要么严重变质，要么被埋在海底地层中。这个时候，“蓟县剖面”的出现弥足珍贵—这里先后发现了距今14亿至12亿年的微生物群化石，距今8亿至10亿年的藻类化石。这些发现，逐渐改变了过去的固有认知。据中国地质调查局天津地矿研究所数据，蓟县剖面地层中发现的微生物群至少有16个属、28个种。因此，地质环境专家张书义先生认为：“早在中上元古代，地球生物已经有了众多家族，当时已经存在一个生机盎然的生命世界。”</p><p>岩层剖面中，破解生命密码的重要钥匙就是“叠层石”，它因为布满层状纹理或由层状结构组成而得名，是寒武纪之前出现的生物化石，或“准生物化石”。蓟县剖面为中元古界的标准剖面，所以这里的叠层石几乎是最完美的。正因为叠层石的品质出色，“标准剖面”更显得名副其实。在蓟县铁岭沟、井儿峪山区，我看到了千姿百态的叠层石袒露在大地之上，清晰地显露着浮雕般的圆弧或水波纹理。大学时，我曾在实验室里见过许多叠层石，它们中的大多数要么发生了变质，要么被侵蚀损毁。在蓟县，我第一次见识了纹路如此清晰、完美的石头。这些神奇的石头，仿佛拥有特殊的魔法，一下子将我的思绪带到10亿至20亿年前。</p><p>长期以来，地质学家在意的是叠层石的科研价值，所以无意间忽视了其审美价值。我在天津结识了一位叫吴军江的摄影师。20世纪70年代，刚参加工作的老吴对家乡北部山区的了解还非常粗浅。80年代，他不断地跟地质专家打交道，方知这些不知名的小山中蕴藏着宝贝。他从事摄影创作30多年，多数作品均取材于此地。吴军江的镜头将蓟县叠层石的视觉美呈现得淋漓尽致。以形状而言，叠层石有的为锥形，有的呈柱状，有的像一面石壁或一堵城墙。纵向窥视，石头表面布满条条石柱，很像古希腊神庙中的残垣断壁；横向观之，它们形成了一个个球形凸起，看起来像一大片起伏的山丘。这些狭小的空间包含着一个个大世界——因为，那里曾是早期生命的家园，那些微观景色，是原核生物新陈代谢、生老病死过程中演奏的生命乐章。</p><p>朱士兴研究员曾长期致力于破解叠层石的生态密码。他说，那些相间分布的纹路就像树木的年轮，对应着岁月更迭。他的团队观测发现，一组蓟县叠层石蕴藏着13亿年前的季节变化等信息。这些信息证明，地球当时一年约546—588天、13—14个月——由叠层石破解出来的数据，跟天文观测结果相差无几。</p><p>岩石为何能孕育生命？不熟悉地质的人觉得不可思议。《西游记》讲了一个石头里蹦出猿猴的故事，蓟县叠层石则表明，早期生命形成与地壳运动、岩石演变密不可分，猿猴和人类的先祖最初还真离不开石头。了解这些后，吴军江对脚下这片大地更加敬畏。工作之余，他常常坐在叠层石面前沉思。“跟它们面对面，就相当于跟那个时代的地球对话。生命孕育之初，这里经历过剧烈演变，现在却是一副安详宁静的面孔。”在老吴眼中，叠层石是一种至美的雕塑艺术品，“这伟大的作品是大自然和早期生物用数亿年之功塑造的，没有哪位艺术家具备这种功底和想象力。”</p><p>遥想十多亿年前，眼前这片山地还在茫茫大海之中，条条古河流从古大陆上奔流而来，河流所携泥沙在浅海中沉积，慢慢形成了岩层。但是，这里并非荒芜、死寂的天地，那些层叠的岩石中，顽强的生命正在悄悄地完成演化，并繁衍成早期的生命王国……</p> 岩石类型：白云岩<br>地质年代：距今15亿年左右<br>红白相间白云岩<br>十多亿年前海水进退的遗存<br>走在蓟县乡间的路上，你会发现两边裸露的地层大都与地面呈大角度的倾斜，甚至近于直立，也让我们感受到地球的巨大能量。这里曾发生多次的构造运动，形成若干条褶皱，而这段岩层正是一个背斜的南翼，因而出现了地层整体向西南方向倾斜的规律。地层中紫红色与灰白色相间是杨庄组地层的典型特征，反映当时氧化、还原环境的变化，指示了无数次海水进退的旋回。而今这些被大地翻转的岩层矗立在这荒野中，白雪的映衬下，显得安详和静谧。<h3>常州沟口，“蓟县剖面”与万里长城的交会之地</h3><p>我站在蓟县剖面起点处举目四望，几座石英岩状砂岩形成的山峰连成一道弧，环抱着元古界、太古界分界处的崖壁，一条清澈见底的溪水从山前潺潺流过。在杨立公先生指引下，我攀上附近一座山头，望见了蓝天下突兀耸立的天津市最高峰——海拔1078米的九山顶。清代，蓟县黄崖关附近的九龙山、八仙山均为清东陵风水禁地，曾被封禁了近300年，不允许民众靠近。所以，这里至今从谷地到山峰，都密布着各种植被。深秋到了，山脚、山坡、山顶好似涂上了浓墨重彩，显得如梦如幻。站在八仙山主峰南眺，唯见山峦叠嶂，将这些山峰串联在一起的，正是24公里长的“蓟县剖面”岩层。</p><p>层林尽染的群峰之巅，绵延着60多公里的黄崖关长城。颇有意思的是，翻山越岭的边墙恰好横跨了“蓟县剖面”这条地质长廊，下方露出的岩层距今有18亿年。从地图上看，蓟县剖面为南北向斜跨，长城则沿东西山脊线蛇行，二者组合在一起，就像一只展翅翱翔的鸿雁—常州沟组段的蓟县剖面是大雁的头颅、躯干，两侧蜿蜒的长城则是大雁的翅膀。从明初诞生算起，黄崖关长城不过600多岁，而它身躯之下最“年轻”的地层恐怕也有10亿多岁了。人类所谓的伟大工程，在大自然缔造的“地质长城”面前，不过是个小小的角色。</p><p>晚上，我和朋友住在了长城脚下的农家院里。晚饭过后，长庚星（金星）从东面山头爬了出来，闪着耀眼的白光；不久，“猎户座”从东南天空出现。随着夜幕拉下，密集的星斗布满了天空。久居城市的我习惯了霓虹灯的光芒，很久没有看到如此纯净的星空了。这里距大城市有100多公里，又有重重山岭，远处光污染被阻断。随着夜色渐深，一道闪着白光的银河斜贯长空，高悬于山巅，并一直延伸到远处烽火台处。</p><p>夜空下的蓟县山区，天文、地质、人文，三种穿越时空的景观互相交织着，也将“天、地、人”的关系巧妙地阐释出来：地大于人、天高于地，天地之间，再美的人文景观，也不过是沧海一粟。在这个宁静的山区，看星空、登长城的同时，你可以在跨越10亿年的地层中尽情畅游，散步间就可以感悟沧海桑田之变。看似悄无声息的山林之下，地质演化仍在悄然进行。日出东方之后，“蓟县剖面”将会继续开门纳客，静候那些络绎不绝的地质“朝圣者”……</p>