莫钦乌拉山顶上的“空中河流”

解程皓

（中国地质大学（武汉）武汉 430074；新疆有色地勘局地质矿产勘查研究院 乌鲁木齐 830000）

1 引言

中国新疆，这个世界上离海洋最远的地区，横卧着一条壮美、巍峨的山脉—天山山脉，它全长2500余千米，在中国新疆境内的可达1700余公里，真所谓是横贯千里、气势如虹。它在人类面前显得那么壮美而神秘，吸引着一批又一批的地质学者去发掘和探索。

2014年7月，炎炎夏日炙烤着整个中国大地，一趟从武汉出发的列车，载着我们地质学者，开始它的旅程，目的地正是新疆东天山。火车隆隆地行驶了一天一夜，清晨熹微的阳光又一次泼洒在窗外，金色的戈壁滩和远处的天山山脉映入乘客的眼眸，新疆哈密到了。一众地质人在哈密下了列车，又马不停蹄的坐上北行的越野车，他们需要穿过哈密北部的哈尔里克山驶向天山的腹地—巴里坤盆地。越野车径直向北驶出了吐哈盆地，进入哈尔里克山的瞬间，炎热的天气退去了它的燥热，清凉的山风让大家神清气爽，旅途的疲惫也一扫而光，大家流连于车外的美景，不知不觉就走完崎岖的山路，进入盆地。一个转弯过后如仙境般的巴里坤草原忽然闯入我们的视野，对于之前几百里毫无生气的戈壁滩来说，这一抹绿，绿的让人心醉。北望草原，这一抹绿意渐渐消逝在北方荒莽的山峰脚下—莫钦乌拉山就这样走入了我们的视野。

1 天山之东—壮丽的莫钦乌拉山

“莫钦乌拉”在蒙语中的含义是“青灰色的山”。是天山的最东段，海拔超过3000米，绵延上百公里。它西侧连接着狭长的天山山脉，东侧则没入荒凉的戈壁之中，往南与隔着巴里坤盆地的哈尔里克山遥相呼应，山北则是蕴含着丰富油气资源的三塘湖盆地。这里的气候属温带亚干旱气候区，冬天最低气温可达-43.6℃。夏天则气候凉爽，不少哈萨克牧民在山中放牧和生活，除了部分的人类活动，这里也是野生动物的栖息地，马鹿、盘羊、雪鸡都这儿安家落户，甚至还有雪豹出没。野生植物更是多达500余种，其中最著名的就属天山雪莲，每到6-7月一朵朵巴掌大小的雪莲花绽放初容，异香流动，煞是美丽。山顶远眺，雄浑的山脉、翠绿的草甸衬托着星星点点的雪莲，莫钦乌拉的壮阔和秀丽非置身其中而不可体会。

图1 巴里坤草原和远处的莫钦乌拉山

2 奇怪的砾石

清晨，一阵清脆的锤子敲击声在狭长的山谷回响，打破了山中初夏的宁静。莫钦乌拉山迎来了两位新朋友。他们衣着鲜红，手握罗盘地质锤，这正是我们勤劳的地质工作者开始了一天的工作。他们沿着深邃的山谷向深山进发，山谷两侧是4亿多年前中晚奥陶世的古老砂岩。他们不时观察测量，时而低头速记着岩石的信息。

晌午时分，狭长的山谷仿佛走到了尽头，山弯一转，景色豁然开朗，峡谷变得宽缓，两侧的山峰绵延消逝在视野的尽头仿佛进入了世外桃源。谷地中蓝天白云、绿草如茵，白色的毡房炊烟袅袅，这俨然成为一个天然大牧场。俩人沉浸在这自然的美景中，沿着山脚走着走着，突然发现脚下出现了许多圆滚滚的砾石，砾石有大有小，磨圆很好，且成分多样，在这片山谷中显得尤为突兀。往山上望去，山坡上也散落着许多砾石。

为什么这些砾石与周围的环境会显得格格不入？原来这片山谷及两侧的山体被探明都是由约4.5亿年前的中晚奥陶世的砂岩所构成。这里的砂岩岩性比较均一、致密。山谷两侧岩壁上的砂岩露头也大多棱角分明，呈块状，硬度很高。通常来说，由于山中气候、生物等因素（如胀缩作用、冰劈作用、根劈作用等），山上的砂岩也会受到风化作用形成砂岩碎块脱落下来，在山谷中堆积，形成坡积物或者残积物。这种坡积、残积的砂岩滚石并没有受到远距离的搬运作用，而是就近堆积，所以滚石形状并不规则，多呈棱角状、片状、块状等不规则的形状。那么他们所见到的磨圆较好的圆状-次圆状砾石，显然不是原地堆积的，而更像我们常见的河流中的砾石的特征，由于流水的侵蚀和磨圆才形成的此圆润的砾石。可这些砾石应该出现在河床或地势较低的河谷中，为何会出现在山坡上？显然这些山坡上的砾石，不会违背重力作用从低谷里爬到高地上来，为了寻找答案，地质队员毅然向山顶进发。经过艰辛的跋涉，这疑惑终于初露真容，不远的山顶上仿佛带着一顶灰黄色的、麻麻点点的厚帽子，和下伏的灰黑色的砂岩地层有着很明显的色差，这或许就是他们苦苦寻找的答案。

图2 远观复成分砾岩和砂岩的分界线

离山顶越来越近以后，真相也摆在大家的面前。原来山顶上这顶厚帽子，是厚达数十米的灰黄色复成分砾岩。除了颜色与下伏的砂岩不同以外、岩石结构、物质组成，构造产状也截然不同。这种复成分砾岩由许多不同成分的圆滑砾石和粗粒杂砂组成，并在一定条件下受到压实、胶结等作用下形成的岩石。由于这种岩石的成分并不均一，结构相对比较松散，经过漫长岁月的风化作用，砾石纷纷从复成分砾岩中脱落，才会在山坡上散落到处都是磨圆度很好砾石。

3 山顶上的“空中河流”

地质队员们到达山顶，得到“真相”之后，工作并没有结束，更多的疑问又接踵而来，山顶上厚达数米复成分砾岩是什么时候沉积的？它从哪儿来？为何会在山顶上？代表了什么地质环境？诚然这些答案并不会在现场得到解答，他们现在能做的就是尽可能地观察地质特征、测量地质产状，并且用GPS、相机、野簿详细地记录下来，最后用地质锤敲下满满几袋样品，带回实验基地。

想要揭开莫钦乌拉山顶上这套神秘的复成分砾岩的奥秘，仅仅指望野外工作是不够的，还需要在室内进行系统的研究分析工作。

为了确切了解这套地层的来源和沉积环境，我们就需要对岩石岩性、岩石组合和沉积相进行研究。接下来的大部分研究工作将在实验室进行。野外采集的部分岩石样品经历繁琐的处理，被打磨成一张张能够在显微镜下观察的薄片，对细微结构进行观察和统计，最后结合野外所获得的宏观尺度上的资料和数据，最终确定了这套地层当时的沉积环境为陆相河流沉积环境。也就是说这套复成分砾岩正是陆地上古河流冲积所形成的。

之后的部分样品又被送到国家重点实验室，在那里，我们将解决下一个关键问题：这套地层的沉积年代。我们的测试是运用国际主流的岩石年代学的分析方式—碎屑锆石U-Pb年代学分析。即大量提取样品中一种可以测年的微小矿物—锆石，通过它来测年。其原理并不复杂，是依据放射性元素拥有固定的半衰期（母体衰减、子体积累，不断地记录下时间参数）这一特性来测定年代的。而锆石是一种广泛存在岩石中的副矿物，其矿物特性稳定且含有较高含量的长周期性放射元素母体（铀）U和Th（钍），和较低含量的子体Pb（铅）。成为最适合做UPb定年的矿物。经过忙碌的的样品测试和专业的数据调试工作，这块样品最后的沉积年龄终于尘埃落定，定格在了2亿多年前的早侏罗世，也就是众人所知的恐龙繁盛的时期。

在了解了山顶上地层的身世之后，不禁要联想，难道在遥远的2亿年前，莫钦乌拉山的山顶上流淌着一条神奇的“空中河流”？导致河流冲积物留在了山顶，才形成今天山顶上的复成分砾岩？

图3 a河流冲积物形成的复成分砾岩 b复成分砾岩中的磨圆较好的砾石

4 揭开“空中河流”的奥秘

俗话说，“人往高处走、水往低处流”。“空中河流”真的和我们想象中的一样，能在山顶上流淌吗？这看似确实不符合自然界的规律。在哈密地区有多年地质工作经验的构造地质学家王教授解释说，这一违反自然规律的现象只是大自然的障眼法，其实在自然界中这种现象并不罕见。在漫长的地质历史进程中，不停地发生着沧海桑田的变化，但这种变化通常以百万年来计算。人类的寿命在它面前过于短暂，无法感受到它的变化，因此常人总是直观认为流水是活动的、而山峰是亘古不变的。而地质事实却并非是人们想象的这样！

通过地质学家对东天山的系统研究，发现在这片土地上曾经发生过沧海桑田的巨变，早古生代之前，这里曾拥有一片海洋——古亚洲洋。海洋中漂浮着许多大陆板块。直到3亿多年前晚古生代早期，由于板块间的运动、碰撞与挤压，使海水消退、陆地拼合、隆起成古天山。

2亿年前的三叠世晚期-侏罗世早期，这片古天山经受了长期风化作用，已经被剥蚀到相对低矮的高度。莫钦乌拉山间，也形成了一条沿北西-南东走向的狭长盆地。俗话说：“人往高处走，水往低处流”，自然而然，四面八方的山间河流就会从高处流向盆地中。同时河流也携带了大量砂、砾石等冲积物，沉积在盆地之中。这种沉积过程可能持续了上千万年，最终被压实、固结成岩。直到三、四千万年之后的中侏罗世，莫钦乌拉山受到构造作用再度隆升，山间盆地也随之抬升到较高的地势，不再接受流水的沉积。此后，莫钦乌拉山又经历了多次的隆起抬升，甚至直至今天我们所见到的莫钦乌拉也依然在不停地隆升。

随着莫钦乌拉山身世谜团的揭开，“空中河流”的奥秘也拨云见日。原来，水依然是在山谷中流淌，河水携带的圆滑砾石也都是在低洼的盆地里沉积、成岩。只是受到构造地质运动的改变，沧海变桑田、盆地起高山，才有了莫钦乌拉山顶上这套“奇怪”的砾岩。我们不禁要赞叹大自然的鬼斧神工和千变万化，但这仅仅是她给我们出的一道小小的谜题。自然界中还有更多千奇百怪的现象等待我们去探索和发现，这也将激励着我们一代又一代的人为自然科学的发展而奋斗