青藏科考

巴基斯坦-西藏二叠纪地层古生物科考日志

文章来源 :
2020-04-03 16:02


 青藏高原及其邻区是深时生物多样性的中心,是研究生物古地理分布和生物与环境作用最好的天然实验室。2019年3月至9月,第二次青藏科考高原生长与演化任务南京地层古生物科考分队在南京大学沈树忠院士和中科院南京地质古生物研究所张以春研究员的带领下从巴基斯坦盐岭(二叠纪时在南半球高纬度区)一直穿越到西藏昌都地区(二叠纪时位于赤道附近),采获了大量化石。



第一站:巴基斯坦盐岭


2019年3月11日,在沈树忠院士的带领下,南京大学和南京地质古生物研究所一行11人赴巴基斯坦盐岭地区参加科考工作。刚下飞机,很多初次进入巴基斯坦的同事一方面显得很兴奋,另一方面大家心里也有一丝忐忑(图1),因为时值印巴关系紧张时刻,万一有突发情况,我们的科考可能随时受到影响。



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图1.初进巴基斯坦


3月12日,早上饱餐一顿之后,整装待发,正式踏上了征途(图2)。比较特别的是,在巴基斯坦的野外中,持枪警察贴身保护,并且一路都有警察护送,这种规格的保护在国内是体会不到的,大家都很好奇。下午到达到路边的一个剖面上,都还没入住,大家便迫不及待地考察了一个二叠-三叠系界线(2.52亿年左右)的剖面(图3)。这个界线在野外很容易找到,因为在界面上下发生了地质历史时期最大的生物灭绝事件,生态系统的奔溃在地层上表现的最为直观。



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图2.整装待发



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图3.在Mianwali路边考察二叠-三叠系界线剖面


工作结束后,回到宾馆入住。但正当晚上准备入睡时,意外情况发生了。因为巴基斯坦同行在手续上有一些问题没解决,当地警察不允许我们入住在Mianwali。无奈之下,我们只能连夜驱车再返回伊斯兰堡。心中的不安油然而生,因为我们的日程安排很紧,万一补办手续花几天时间的话,我们的科考计划就全部打乱了。


13号上午在伊斯兰堡等待消息,还好中午时分被告知我们可以继续进行野外工作了。大家都很兴奋,准备大干一场。


14号,科考队员们在沈老师的带领下首先在Zaluch Nala剖面进行了地质考察工作。这是一条经典剖面,以化石产量丰盛而出名,但其研究程度却很低,关于动物群的组成、时代以及生物灭绝事件发生的机制缺乏足够的研究。因此,我们为有这样的机会来做工作感到十分荣幸。我们一行人在警察的保护下,浩浩荡荡地走进了Zaluch Nala沟。最先映入眼帘的是Tobra组的砂砾岩(图4)。我们详细考察后都觉得这是与冰川作用相关的沉积,但与西藏的冰筏相相比有较大的差距,这可能与当时盐岭地区位于近岸环境有关。



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图4.Tobra组露头照片


再往沟里走,看到一层白色的砂质灰岩,这就是传说中的Amb组,沈老师几锤子就发现了我喜爱的䗴类化石。细长的个体,不用细看,这就是经典的两极分布的䗴类单通道䗴(Monodiexodina)。根据我的经验,䗴类一般生活在碳酸盐地层中,但在这种砂质含量这么高的地层中能发现也告诉我们这种䗴类生活时的水动力条件如此之强。



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图4.沈老师在采集Amb组中的䗴类化石


 继续前进,就见到了Wargal组非常漂亮的地层,每一层地层就像一页一页的纸张一样,清晰可辩。我们都感叹这是在西藏都很难见到的完整的层序。这“一页一页的纸”就是我们解析二叠纪时古环境和地理的密码。



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图5.Wargal组野外照片


这么好的地层也是开展地球化学和沉积学最好的素材,我们一边走一边看,能够清楚地体会到当时海平面的升降变化。等到走到这个组的上部时,一堆不规则的灰岩引起了我们的关注。我们随手用地质锤敲了几下,居然发现了大量的腕足化石,保存之好,密度之大甚是罕见(图6)。我又用放大镜看了一下,同时也发现了大量的有孔虫Colaniella,虽然是个小有孔虫,但是在野外能找到它说明这段地层属于晚二叠世了。再住上走就到了Chhidru组的地层了。几位有经验的老师很快找到了他们的最爱—二叠纪-三叠纪界线(PTB)(图7)。但是令人失望的是野外判断出当时的水太浅,未必能发现有价值的化石来判断界线。正在这时,有一位老师偶然间也发现了一个圆盘状的石头,拿起来检查发现原来是一个漂亮的菊石化石(图8)。虽然没在具体露头上发现,但沈老师判断这是属于二叠纪顶部的化石。



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图6.Wargal组顶部的腕足化石



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图7.二叠纪-三叠纪界线剖面



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图8.菊石化石


在沈老师的安排部署下,我们各司其职,测剖面、采样、记录等同时进行,野外很高效。一天的工作结束后大家都累惨了,但真正结束还要等到每人背至少30公斤样品走几公里出沟口后。每人都累的气喘吁吁、汗流浃背。等出沟口后,我们发现一群学生模样的人也从沟的那边往出走。等碰面交流后得知对方也是附近大学的学生来此参加地质实习,得知我们是来科学考察的,他们很友好地和我们攀谈起来,并合影留念(图9)。



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图9.与地质系学生合影


 接下来的两天,我们仍然在这个沟中进行详细的地层测量和化石采样,虽然很辛苦,但觉得很幸福,因为能采到自己喜欢的化石,乐在其中。

    

    17号,我们转战到另外一个重要的剖面Chhidru Nala,它也是二叠系的经典剖面之一。但和Zaluch Nala剖面相比,考察则更累一点,因为要走好几公里才能走进沟口,但这并没有阻挡我们的脚步,但这个剖面层序也是非常的好,几乎每一层都出露(图10),可以清晰地看到地层厚度的变化和很多的微体有孔虫化石和宏体的腕足和珊瑚化石(图11)。



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图10.科考队员在Chhidru Nala剖面考察




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图11.Chhidru Nala剖面晚二叠世珊瑚化石


大家都沉浸在采化石的乐趣中,完全没有意识到这么多样品如何才能搬运出去,等采完准备收工了发现怎么搬运出去是个问题了。大家也实在不想这么长的路再折返多次回来背,于是,沈老师带头背样品,我们所有人都满负荷背样品出沟口(图12),等出沟口看到汽车,大家都如释重负,瘫坐地上。



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图12.科考人员背样出沟口


18号仍然在这个剖面进行了紧张而高效的采样工作。终于在天黑之前完成了这个剖面的采样工作,大家都筋疲力尽。同时,大家也很高兴,因为为时一周紧张的野外工作终于画上了圆满的句号(图13)。



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图13.收工合影留念


第二站:西藏措勤-仲巴-康马


2019年6月初,我们科考的脚步挪到了西藏,由我带领的科考小组赴藏考察(图14),这次考察可理解为穿越新特提斯洋之行,路线是从措勤向南经仲巴再到康马。



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图14.西藏措勤-仲巴-康马二叠纪地层科考小组


科考小组首先考察了措勤县周边的二叠纪地层。该地区研究程度一直很低。因此,能有机会来到此地寻找化石是一件很令人兴奋的事。6月19号科考小组在扎日南木错北岸踏勘时发现一个碳酸盐岩的剖面,但该剖面重结晶较严重。因此,除了发现一些珊瑚和海绵化石外(图15),其它的化石不怎么多。



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图15.西藏措勤扎日南木错北下拉组中的珊瑚和海绵化石


接下来的几天,科考小组持续在扎日南木错北岸和南岸进行了许多剖面的测制。其中在扎日南木错南岸科考时碰到了条较长的剖面,但去了两次也没找到有价值的化石。没有化石就意味着即使测量了剖面,也不知道这条剖面属于什么时代,因此大家心里都很着急。终于在23号,当大家第三次去时无意中在转石上发现了化石的踪迹。于是大家分头行动,终于,功夫不负有心人,最终让我们找到了化石的露头,发现了大量的复体珊瑚、滴管珊瑚和䗴类(图16),通过放大镜观察了这些䗴类化石,确认了它们的时代是属于中二叠世(2.69-2.65亿年前)。找到化石了,确定时代了,大家都特别开心,看到远处空旷壮阔的扎日南木错(图17),心情也感到格外的舒畅与放松。



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图16.西藏措勤扎日南木错南岸下拉组中的群体珊瑚、滴管珊瑚和䗴类化石



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图17.西藏措勤县扎日南木错南岸一瞥


完成措勤的科学考察后,科考小组一路南下赶往仲巴县去考察仲巴地块的二叠纪地层。仲巴地块是夹持在雅江两条蛇绿岩带之间的一个微陆块。它的来源一直是未解之谜。这次科考的目的就是揭示二叠纪地层中的化石古生物地理面貌。27日,我带领科考小组进行了踏勘。该地区因为受到欧亚碰撞的影响,地层变质变形强烈,科考小组跑了很多山沟,但仍然一无所获。无奈之下,大家也只能稍作休整,下午继续奋战了。正当大家停在路边吃午饭的时候,却意外发现旁边的大理岩中有大的腕足类化石,虽然面目全非,但仍然可以判定它是二叠纪的腕足(图18)。



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图18.路边的腕足化石


找到了这个化石,大家都很激动。接下来的几天,大家连续在附近找到好多化石点。采样工作进行的热火朝天,兴奋不已,大家都舍不得走了(图19)。但比较遗憾的是,这个地区地层太复杂,褶皱很多,变形严重,野外非常难判断地层的上下关系,但可以确定的是,至少来说腕足有两个层位,对腕足来说,至少有两个层位,一个层位是特别大的腕足层;另一个是很小的冷水型腕足层(图20)。



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图20.丰盛的腕足“大餐”


7月1日,计划中的化石点只剩下仲巴后山了,我们也意识到这是难度最大的一个,看着地形图上密集的等高线,心里很是忐忑,在这样高海拔、缺氧环境下,不知大家是否有体力、耐力爬到位于山顶上的化石点。我们从早上8点多便开始了爬山,一路走一路找化石,一路爬一路喘,爬到山顶时已是中午12点多,大家一个个都气喘吁吁,精疲力尽。但失望的是,到了图中标定的化石点上,并没有找到化石。整个山上都是石英岩,这种岩性里能找到化石的可能性非常小。所以,为了不耽误接下来的行程,我们决定放弃这个点。一周多的仲巴科考划上句号,大家在山顶拍照,可以看到,身后的仲巴县城是那么渺小(图21)。



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图21.仲巴后山山顶留影


结束仲巴的科考后,7月4日,科考人员来到康马县,在萨玛达剖面上,科考人员发现这里的二叠纪地层的变形作用比仲巴还厉害,但整体层序较好(图22)。这里的地层中同样有较多的腕足化石,但是和仲巴地区一样遭受了强烈的变形作用影响(图23)。因为地层实在保存太差,因此,在进行短暂的剖面测量后,我们就结束了该地区的科考工作。



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图22.康马县萨玛达剖面远观



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图23.康马县剖面二叠纪腕足类化石


第三站:西藏昌都


2019年8月3日,第三段青藏科考开始了,由我、云南大学冯卓教授和中国地质调查局成都地调中心安显银工程师等一行8人赴西藏东部昌都-察雅一带进行科考工作,重点研究昌都地区二叠纪的层序变化和藏北地区的相似性。刚下飞机,大家赶紧穿上外套,毕竟高原的气温和平原地区的气温不是一个级别(图24)。



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图24.南京地层古生物科考分队昌都地区科考开始


在吉塘镇安顿好以后,我们4号就出去踏勘了,首先踏勘的是察雅县王卡乡一带的二叠系。早上天微亮我们便出发了,但山路崎岖不易通行,在路上历时2-3个小时才到达计划剖面。最先看到的地层全是晚三叠世的,总体属于三角洲相的地层,在云大冯教授的指引下,我们也找到了一些古植物的碎片,很多都属于根系类,是晚三叠时期的古土壤,很遗憾,没有找到大型的树叶化石,最多的全是茎干类(图25),但是这种化石也告诉我们当时该地区是靠近海岸的环境。


    继续前进,我们的目的是寻找到晚古生代的地层层序。但是不好的消息是新修的路全是从三叠纪地层中通过,沿途未见二叠纪地层和动物群。唯一通向二叠纪地层的路正在修路,我们车辆无法通行。因此,商议过后,我们决定暂时搁浅这个剖面,转向昌都妥坝剖面。




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图25.晚三叠地层中的植物茎干类化石


 8月5日,天空下着微微细雨,同样也是早起用过简易早餐之后,便驱车从吉塘镇赶往昌都妥坝乡,直至下午1点多钟才到达妥坝的沟口。驱车而来,一路上可见漫山遍野的不知名野花,三两牦牛悠闲的觅食。习惯了藏北的荒芜,见到这样生机勃勃的西藏竟也一时失神。进入沟口后,我首先发现了早二叠世最早期(2.95亿年左右)的䗴类化石,在野外我给学生们解释发现这些䗴类说明这个昌都地块不同于其它基墨里陆块,是一直位于低纬度区的一个陆块。同时,学生们发现了地层中有非常丰富的腕足化石。发现化石,他们就走不动了,大家都坐下来冒雨使劲采化石,这里要给学生们点赞(图26)。



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图26.科考队员妥坝乡采化石


这些化石采完后,我们又沿路向前走,在一个出露良好的灰岩里面又找到了䗴类动物Parafusulina, Verbeekina和Chusenella等,确定这套地层是中二叠世交嘎组。继续向前走,穿过断层和三叠纪地层后,终于发现了上二叠统妥坝组的地层,也在细砂岩中发现了被水冲走的木化石,只保留了表皮结构(图27)。



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图27.晚二叠世茎干表皮


8月6日和7日继续冒着小雨在妥坝地区进行采样工作。云南大学冯老师最先抡起锤子,一下就发现了一个植物碎片,真不愧是古植物专家,知道哪些岩性容易保存化石。他很兴奋,一会就采了不少植物化石,有些化石叶脉清晰,保存真好。我向前走了几十米,无意中看到许多较黑色的细砂岩层,拔开后发现是保存非常好的栉羊齿类(图 28),叶脉和微细结构非常好。看样子,这个植物群的多样性非常高,值得详细研究。



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图28.晚二叠世植物化石


 8月8日我带着大家踏勘了类乌齐县马查拉地区的石炭纪地层。马查拉原来是一个很高的高山,沿着盘山路而上,原本的土路也由于连绵的细雨而变得十分崎岖而湿滑,车行驶时很容易打滑,真是有点担心。当爬到接近山顶的位置,我们发现了早石炭世的含煤地层沉积(图29),煤层不是很好,基本都很薄,在灰黑的泥岩中还夹有一些砂岩夹层,总体反映了早石炭世的海陆交互相沉积环境。



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图29.马查拉地区石炭纪含煤地层


    8月12日,在完成妥坝地区的工作以后,科考分队返回察雅县,再次再针对王卡乡南面的山沟进行踏勘(图30)。从沟口刚进去不久,我发现了转石中的䗴类,拿出放大镜仔细看了一下,这个䗴是Neoschwagerina或者是Metadoliolina,确定了这个䗴的时代是中二叠世Capitanian期。我同时也确定这些䗴来自于山顶上的转石。我们赶紧向上爬,期待有新的发现。



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图30.科考人员进沟考察


等走到山根底下时,学生们在岩石露头上发现了大量的䗴类,我也指导学生们在野外如何识别䗴类并判定时代。紧接着,大家开始测剖面采样。测量完20米的地层之后,到了中午12点半,于是我们简单地吃了点午餐。吃完午饭后,令我们意外的是发现了巨厚的凝灰岩层(图31),这意味着在中二叠世后期的时候附近有大规模的火山灰沉积。越往上层位走的时候,还能见到灰岩的夹层,同时也有多层火山作用的沉积。这令我们叹为观止,真是第一次见到如此漂亮的凝灰岩层。



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图31.中二叠凝灰岩层


再往上测,发现一个非常漂亮的角度不整合,一套红砂岩角度不整合在下伏地层之上(图32),并且不整合的底界有漂亮的底砾岩,砾石基本上全是灰岩。这个不整合实在太漂亮了,而且这套地层也表明古特提斯洋闭合后,晚三叠世的沉积重新覆盖这个地区,所以下伏地层有底砾岩。这也告诉我们古特提斯洋闭合的时间是在晚三叠世之前。



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图32.晚三叠地层不整合于中二叠世地层之上


8月13日,短期的昌都科考结束了,这次科考在昌都发现了精美的植物化石;发现了大量的海相化石。也了解了这个地区的大致层序变化。这些对于重建青藏高原的横向地层对比至关重要。但仍然还有很多未解之谜,期待2020年再来这里科考。



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“竹外桃花三两枝,春江水暖鸭先知”,青藏高原上星罗棋布的化石就是高原汇聚生长的见证者,是青藏高原上璀璨的明珠。老一辈地层古生物学家在第一次青藏科考中为建立青藏高原的生物地层和年代地层格架建立了不朽的功勋。第二次青藏科考将深化青藏高原深时生物多样性和生物与环境相互作用研究,拓荒关键盲区的地层古生物研究,为青藏高原的生长与演化建立时间和古生物地理框架。科考在路上,我们2020藏北再聚会!


作者:张以春,中国科学院南京地质古生物研究所