白石山传奇

撰文/小老虎    供图/空错

【图】白石山胜景

非常喜欢王菲的那首《传奇》,就改用这首歌的歌词作为这篇小作品的开始,也同时表达一下我从白石山归来感受吧:因为在群山中多看了你一眼,再也没能忘掉你容颜,梦想着偶然有一天能有一天再相见,从此我开始孤单思念。

呵呵,废话少说了,咱们开始讲一个关于白石山的传奇故事吧。

早在中元古代(12~13亿年前),这里还是一片温暖的浅海地带,水体清澈透明,阳光透过小于15m深的水照到了海底,除了波浪袭来和周期性的潮汐冲刷海岸的声音,周围一片寂静,而独自享用这些阳光的只有那些早在三十几亿年前就已出现的藻类。这些藻类通过光合作用,从海水中吸收大量的二氧化碳,使得海水中的CaCO3过于饱和,以细小的方解石颗粒的形式沉淀下来。一些藻类(如钙藻)的外壳本身就是由钙质物质组成的,他们也是碳酸盐沉积物的重要来源。叠层石就是一个很好的证据(图1)。此外在海浪和潮汐的作用下,来自深部的海水到达浅水区后,温度骤然升高,水压降低,CO2迅速释放,也同样促进了CaCO3的沉淀,这些海浪也为藻类带来了大量的养料。因此浅海就是一个巨大的碳酸盐工厂。这些碳酸盐沉积物后来就被上覆的沉积物压实,排除水分,并被沉淀出来的碳酸盐所胶结,在经历了各种成岩作用后变为坚硬的灰岩。有时候这些碳酸盐沉积物中的钙离子会被水体中的镁离子所替代,变为富镁的碳酸盐,当他们固结成岩后就会变为白云岩图2)。

【图】叠层石

图1 叠层石(小老虎摄)

【图】白云岩

图2 白云岩

没有别的生物来与它们争夺资源的藻类养尊处优,对生存环境极为苛刻,他们只生活在温暖浅水清洁透光的环境。一旦水体变深,海水变得浑浊,他们就停止光合作用,这个碳酸盐工厂就会瘫痪无法进行生产。然而任性的地球并不会理会这些,她总会周期性的让海平面上升-下降-上升,循环往复,而这般家伙也不得不周期性迁移他们的工厂。当水体变深,藻类减少,沉积的碳酸盐也会随之减少,而那些在浑浊的海水中的泥质物质就会趁机沉淀下来,有时候这些泥质物质里面也会混杂着碳酸盐,他们沉淀下来后也会经过一段成岩作用成为岩石,根据所含钙质物质的多少,可以称为泥灰灰岩,灰质泥岩,泥岩等。

就这样,随着沉积水体深浅的变化,在这里就逐渐沉积了一套灰岩(白云岩)夹一层泥岩或泥灰岩(图3),灰岩(白云岩)和泥岩就像一个记录本似地记录下了中元古代时期的碳酸岩生产情况,实际上也是记录了地质历史时期海平面的变化情况。

【图】泥质条带

图3 泥质条带

然而,碳酸盐的生产似乎并不是那么顺利,总会有别的物质来到这个工厂游荡。这还要从活跃的洋壳说起,这些深水之下的洋壳绝不会甘于寂寞,他们会不断的形成,扩张,俯冲消亡(这方面的知识可参考板块构造学说的相关书籍),这些都与火山活动息息相关,岩浆的活动会将富硅的热水溶液携带上来,海水为弱碱性的,这些硅质物质不会马上沉淀下来,它们会随着洋流涌入到浅水区域,在这里,有大量菌藻类繁殖、死亡和有机质分解时,释放放出的有机酸、CO2等,造成局部酸性水环境,促使哪些硅质物质以SiO2的形式沉淀下来。这些硅质物质固结成岩后便成为燧石。如果硅质足够多的话,它们会连片成层,形成燧石条带,如果不够多的话,就会形成燧石结核(图4)

【图】燧石条带

图4 燧石条带

这些岩性不同,成分各异的岩石就像书页一样一层盖着一层,形成了层理,通常沉积岩层的产状多是趋于水平的,但后来的构造运动可以使其倾斜、直立、弯曲甚至发生破裂,形成褶皱、节理、断层、劈理等构造形态。说到这里我们不得不讲一个触目惊心的故事了。

中元古代时期,浅海区域碳酸盐的生产井然有序的进行着,很早以前沉积的碳酸岩已经固结成岩了,离水体越近,碳酸盐沉积物的胶结程度越弱,正在他们等待着变为坚硬岩石的时候,躁动不安的洋壳却在这里疯狂的发怒了,随着附近一个板块在深部断裂,引发了海底的地震,瞬间地动山摇,地震同时引发了海啸,巨大的海浪不断向浅海区域袭来。那些抗暴风浪袭击较弱的弱固结的岩石被破碎,杂乱堆积在一块。地震也导致已经形成的岩层发生垮塌破碎,形成巨大的角砾岩。这些角砾岩本身发育有原始的沉积层面,但现在已经不能代表它沉积时的方位了。在经历了这样一次浩劫之后,洋壳又重新回复了平静,在这些角砾岩之上又开始了新一轮的碳酸盐生产。这就是我们在地质公园所看到的地震角砾岩告诉我们的一个非常非非常古老的故事。(图5-6)

【图】层理

图5 层理

【图】古地震角砾岩

图6 古地震角砾岩组成的象形海豚山峰

故事并未就此结束,这套地层(专指该处的雾迷山组,下同)之后又经历了长期的沉积作用和构造运动,但都未对其产生重大影响。直到晚三叠世(200-190百万年前),强烈的构造运动(印支运动)使得这套已经被埋藏在地壳深部(约10km以下)的地层发生挤压变形,形成了一个巨大的开阔的向斜,而现在我们所看到的白石山岩体正处于这个向斜的核部(这就是为什么我们在景区看到的岩层产状是近于水平,而在离开景区的路上所看到的岩层产状是倾斜的原因)。而此次构造运动也揭开了该区域大规模构造运动序幕,使得该套岩层不再沉寂,开始不断的接受内力地质作用和外力地质作用的改造。

就在晚侏罗世(距今140-160百万年前),我国的许多地区受到强烈的挤压,褶皱隆起形成连绵的山脉,这次构造运动对中国大地构造的发展和地貌轮廓的奠定有着重要的意义,而这次构造运动又以北京附近的燕山为典型代表,故称为燕山运动。大规模的构造运动使得本区域断裂活动加剧,地壳深部的花岗岩岩浆沿着构造软弱带侵入到这套碳酸盐岩层中。而受到岩浆高温和溶液的作用,原先的白云岩和燧石发生了接触热变质作用,其中白云岩组成矿物白云石发生重结晶作用,晶体变的更纯更大,变成纯白的大理岩,其中的一些燧石条带则与灰岩发生变质作用反应形成硅灰石:

CaCO3(方解石)+SiO2(燧石)=CaSiO4(硅灰石)+CO2

而这套下部的侵入的花岗岩和上部变质的燧石条带白云质大理岩就奠定了白石山双层结构的基础。白云岩(灰岩)变成大理岩虽然在化学成分和矿物成分上都没有发生变化,但却对岩石的物理性质产生了极大的改变,大理岩较原先的灰岩和白云岩岩性更纯,更脆,抗风化能力变强。这为后期的白石山峰林打下了物质基础。

在距今23.3-0.78百万年前,新一轮的构造运动又一次开始,在这次构造运动中,中国东西地势高差增大,青藏高原隆升为世界最高的高原,因这一运动首先在喜马拉雅山区确定而得名。几次构造运动的作用使得极易脆裂的大理岩形成了垂直岩层的多组宏大的构造节理。其中在燕山运动中形成了两组宏大的剪节理,这两组剪切节理如刀劈状切穿全部硅灰石或透闪石白云石大理岩,每一条节理的延展均可达300m以上。此外,在两次构造运动中还形成了一些张节理,它们对白石山岩壁与峰林的形成、发展及破坏都起到重要作用(图7)

【图】节理

图7 构造节理

由于在燕山运动期间华北地区受到受到南北向挤压作用的影响,华北平原下陷,山西高原抬升,白石山地区也发生了差异升降运动,涞源小盆地形成,白石山山体上升,形成孤立山体,开始接受强烈的外力侵蚀作用,而那些节理就像木柴上面的木纹一样构成了整个岩体的薄弱面,流水沿着这些节理面侵入,肆意的侵蚀这些碳酸盐岩,这些侵蚀作用包括夏季强烈的溶蚀作用,冬季的冰劈作用。植物也趁火打劫似地扎根于风化形成的泥土之上,它们的树根会狠狠的扎入岩石细小的裂缝中,然后长大将岩石劈开,并且排出有机酸加速溶解这些岩石。除此之外还有一个无形的杀手在后面推波助澜,这就是重力,它让岩体沿着那些薄弱面发生崩塌,长此以往原先完整的一个岩体就如被刀切斧劈一般被改造成为各种形态的峰林,如我们看到的海豚出水,双雄石等。

当然此时此刻我们能看到如此雄、奇、险、幻的美景,还得去感谢一下那次由于花岗岩岩浆侵入而变质形成的大理岩,由于大理岩较碳酸盐岩具有较强的抗风化能力,大气水、地表水以及化学风化作用都对其影响微弱,所以他们构成了那些峰林坚固的基底,因此那些高耸云端的峰林能保存至今,这些大理岩是功不可没的。

但是相对于伟大而神奇的自然界,人只是短暂停留了片刻,我们所能看到的仅仅是地球历史上很短的一瞬间。地球在内力作用和外力作用正在日以继夜的改造着这块区域,在一些地方她正在雕琢着新的峰林,在一些区域她正在破坏已经形成的峰林,在这里有新生也有衰亡。我们看到的这些终将会消亡,终将会有新的地貌形态在此诞生。但我们也很幸运,我们看到了不同阶段的峰林景观(图8-9),她向我们展示了峰林形成演化直至消亡的过程,领略了不同阶段各自的魅力。

【图】峰林形成阶段的早期地貌

图8 峰林形成阶段的早期地貌

【图】峰林成熟阶段地貌

图9 峰林成熟阶段地貌

在登上海拔2096米最高峰云都峰时,当看到山顶那块“太行之首”的石碑时,当看到周围云雾缭绕时,当看到远处渺小的山峰时,我很激动,有一种征服大山的成就感,我得到了从未有过的自信。但当我写完空错邀我写的这篇科普性的小文章后,我忽然觉得其实自己才是最渺小的,自己居然为了爬上一座很小的山峰去自豪,为了能读懂一个自然界很小的奥秘而得意,岂不知还有许多个大山矗立在大地之上,岂不知有无数个奥秘未被人所知晓,而我在地球历史上短暂停留的片刻又能爬得了多少高峰,揭开多少自然界的奥秘呢?

【名词解释】

叠层石:是前寒武纪未变质的碳酸盐沉积中最常见的一种“准化石”,是原核生物所建造的有机沉积结构。由于蓝藻等低等微生物的生命活动所引起的周期性矿物沉淀、沉积物的捕获和胶结作用,从而形成了叠层状的生物沉积构造。因纵剖面呈向上凸起的弧形或锥形叠层状,如扣放的一叠碗,故名。

灰岩:以方解石为主要成分的碳酸盐岩。灰岩是一种沉积岩。

白云岩:一种沉积碳酸盐岩。主要由白云石组成,它与方解石的区别是含有较高的镁离子。白云岩的成因有多种理论,但至今仍未弄清楚,有人称其为“地质学的哥德巴赫猜想”。

花岗岩:是一种岩浆在地表以下凝却形成的火成岩,主要成分是长石,石英和云母,长石有两种,通常我们看到肉红色的那种是钾长石,白色的是斜长石。

大理岩:一种变质岩,又称大理石。由碳酸盐岩经区域变质作用或接触变质作用形成。主要由方解石和白云石组成.

节理:岩石在自然条件下形成的裂纹或裂缝

剪节理:是一种挤压应力下形成的比较平直、紧闭、陡倾角(80-90度)的裂隙。

张节理:张节理是由拉张应力产生的一种产状不稳定延伸不远的破裂面。

接触热变质作用:一般是在侵入体与围岩的接触带,由岩浆活动所带来的高温和溶液所引起的一种变质作用。

重结晶作用:指在原岩基本保持固态条件下,同种矿物的化学组分的溶解、迁移和再次沉淀结晶,使粒度不断加大,而不形成新的矿物相的作用。例如,石灰岩变质成为大理岩。

内力地质作用:以地球内能为能源并主要发生在地球内部的地质作用,包括岩浆作用,地壳运动,地震,变质作用等。

外力地质作用:以太阳能以及日月引力能为能源并通过大气,水,生物等因素引起的地质作用,包括风化作用,剥蚀作用,搬运作用,沉积作用,固结成岩作用。

【图】悬崖边的栈道

(编辑/空错)

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