【重磅】20亿年前!井陉最新发现

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河北地质大学教授马宝军和他的团队,在千年古县石家庄市井陉县境内,新近发现距今20亿年之前古生物遗迹层,以及叠层石礁体群。这两处遗迹的发现,可以作为地质工作者进一步研究前寒武纪沉积环境及早期古生物的一个窗口。

他们所研究的地层属于中元古界长城系赵家庄组(地质学术名)。该组可划分为4段,包括粗碎屑岩层、砂岩页岩互层、页岩层和叠层石藻礁层。岩石类型丰富,地层沉积特征明显,具有明显的远古海洋沉积环境指示作用。马宝军和他的团队这一发现和相关研究,出版在全国地质类核心期刊——西南石油大学学报自然科学版。

【发现】

20亿年前叠层石礁体群和古生物遗迹层现身

马宝军所任教的河北地质大学,是自然资源部、河北省人民政府共建大学,是原地质部直属五大院校之一。在河北地质大学资源学院任教期间,他长期深入野外进行地质调查和地质构造的研究。

马宝军说,他们新近研究区域位于太行山南段,省会石家庄市西南部井陉县测鱼镇境内,大地构造上位于燕辽裂陷槽西南端太行湾中北部,距离省会石家庄市区80公里。在地质调查过程中,发现露出地面较全的20亿年前的古生物遗迹层和叠层石礁体群,剖面出露较为完好。之前也有地质工作者发现过类似古生物遗迹,但是没有深入、全面的研究,而测鱼镇境内发现的叠层石礁体群,在全国来说,是中元古代时期最早的,其研究价值、观赏价值、生态价值和社会价值极高。

【现场】

20亿年地球演变史深藏古微生物洞孔中

7月18日,记者随马宝军一行驾车来到井陉县测鱼镇测鱼村,一路交通顺畅,雨后的空气格外清新。

测鱼村四面环山,村西方向阳坡沟的泉水非常清澈,在阳坡沟东岸有一片红褐色的层状岩石特别耀眼。

“这片岩石里面大有故事。”马宝军迫不及待地领着大家看他们的发现。只见红褐色岩石呈薄层叠状,二十几米宽,高约3米,长约几百米。在岩石的平面和侧面分布着不同规则的洞孔,大小约3厘米的洞孔内呈现白色物质。

红褐色岩石上布满了古生物洞孔。

马宝军说,这儿就是典型的赵家庄组铁质石英砂岩,成分是石英,将石英颗粒粘在一起的却是铁质成分,所以显示成红色了。在层面和层内洞孔处灰白色填充物为白云石颗粒,与外面红色铁质砂岩界线明显。他们研究团队将这一生物沉积构造称为潜穴,根据所处地层时代分析,应该属于20亿年前左右。现有资料表明那个时候,地球上还没有宏观植物和动物,所以估计这样的洞孔应该是属于微生物吸附作用形成,但也不排除有其它成因,总之大家所看到的古微生物遗迹有很大的研究价值。

“我们以前研究古生物的种类比较单一。”马宝军说,叠层石在之前陆续发现多处,但每处叠层石也有细微不同之处,作为一种古生物藻类化石,是大家研究前寒武纪时期古生物的主要方式。除了叠层石之外,古微生物遗迹层的出现,让大家看到了另一种席底生境(学术名称),对科研工作者研究那个时期古生物的进化和生长的环境多了一种研究素材。

“环环相扣”折射地球演变胜境

在测鱼村北面的孤山上,满眼葱翠,山体剖面地势坡度在15度到35度,站在山脚下便能看到山顶处马宝军所说的一片红褐色岩石。大家开始上山,攀爬过几处小规模的陡坎,来到叠层石所处的一个自然小山头,面积大约80平方米,下方一片细细的红褐色细沙状,还以为是人为开矿留下来的,经过观察后发现,此处叠层石保存完整,大片细沙状沙粒属于自然风化所致。

叠层石上的纹理,有的环状,有的像波浪。

郁郁葱葱的山体,唯独这儿寸草不生。马宝军说,这片叠层石下方为页岩的颗粒物,不含土壤成分,素有“红色荒漠”之称,植物是没办法生长的。

这儿的叠层石属于藻类吸附碳酸镁,这种小环是一种藻类,在生长过程中,白天有阳光时竖着往上长,夜晚没有阳光则横着长,一般是一天长一层,而我们所看到的每一个纹层里面又包含更多的纹层,甚至拿显微镜才能看得清,必须在浅海处生长,还得是很清的水质才行。

在现场,记者看到叠层石最大的特点是,在同一块石头上,有无数个小环形的纹理,且规则不同,有环状、柱状、分叉状、波浪状、也有成平层状的。在另外一块石头的边缘,发现有一个环状足有一只饭碗那么大,跟旁边只有一元硬币大小的无数小环相比,显得格外有趣。

“听你们这么一说,还真是稀罕。”一位本地的村民在旁边听到这儿的石头历史这么悠久,高兴地说,他从小就在这儿生活,没少在这儿攀爬玩耍,没想到这儿的石头是历经20亿年的化石。这位村民说,这么珍贵的自然环境,应该好好保护起来,千万不能让人破坏了。

有人为撬动过的痕迹。

【解读】

石家庄西部在20亿年前曾是水下世界

河北地质大学资源学院教授马宝军说,他们在测鱼、张河湾一带建有实习基地,作为实习队长,他经常带领学生来此地进行地质填图实习。通过对周边岩石露头的详细观察,确定了一系列典型的观测点,其中的两处观测点,阳坡沟古生物遗迹、测鱼孤山叠层石最具观赏性以及学术价值,这两类古生物化石均生于长城系赵家庄组,赵家庄组由河北地质大学教授杜汝霖命名,地质年龄为20亿年。

赵家庄组在没有叠层石的区域,其中的一处观测点,古生物遗迹,就是在测鱼村阳坡沟出现的古生物遗迹化石。在银峪阳坡沟出露的赵家庄组下部紫红色铁质粉砂岩、薄层石英细砂岩中发现大量生物潜穴,这些潜穴直径2毫米至10毫米,长度5毫米至40毫米。在层面上呈圆形, 垂直层面为圆柱体,分布较密集。

潜穴充填灰白色白云质粉砂,可识别出似海藻迹、针管迹、罗斯托洛万迹、蠕虫迹、线形迹、圆锥迹等,这反映出一种浅水环境。对于这些潜穴的形成,有人认为是古生物活动留下的痕迹,也有人认为在20亿年前左右还没有宏观生物,应该是微生物留下的残迹,具体是哪种微生物莫衷一是,但毋庸置疑这些遗迹对研究生物的起源与进化有着重要的意义。

马宝军教授正在研究这块脱落的叠层石。

另一处观测点,测鱼村孤山山腰露头良好的叠层石,可以分为四段,叠层石主要发育于第四段,为一个个单独的礁体,呈凸镜体状夹在红色页岩中,厚30厘米至250厘米。横向分布不稳定,这些礁体层由于具有相同的叠层石类型而组成一个完整的礁系。叠层石以原始简单的层柱状和低级柱状为主,一般个体较小,直径1厘米至3厘米,高5厘米至10厘米,呈平缓的弧形,暗层(富藻)和亮层(贫藻)交互出现,构成形态多样的叠层构造。

孤山叠层石与其他地区的叠层石比较,从时代、种类、形态、规模上比较,均具有自己的特色,具有较高的研究价值。从单个礁体观察,其规模小,个体也小,反映出当时的水体环境虽然为受波浪影响的潮坪环境,但并不太适合蓝藻的大量生长,因此赵家庄组在测鱼周围山上均有出露,但是叠层石只在孤山出现,并以点礁形式分布。

根据经典的板块构造学说,地球岩石圈变形历史可以分为始板块、古板块和现代板块活动阶段,赵家庄组所处的中元古代处于始板块(哥伦比亚超级大陆)开始裂解时期。20亿年前左右的吕梁运动使华北古陆拼合然后胀裂,形成燕辽太行裂陷槽,规模处于海和洋之间。赵家庄组属于浅海沉积,底部先保存了古生物遗迹化石,而顶部又形成了叠层石礁体,反映出当时丰富多彩的水下世界。

【演变】

两处遗迹是华北陆块演变典型代表

气势磅礴的太行山脉,雄踞在河北、河南和山西省之间,是中国东部地区重要山脉和地理分界线。高大的太行山体在远古时期却是一片海洋。马宝军向记者介绍了太行山脉在地球演变过程中的沧桑沉浮。

地球的历史有46亿年,而有岩石记录的时间从38亿年前开始。在太行山区的阜平、赞皇地区出露的古老变质岩很好地记录了本地区最早的演化。28至20亿年前是地块大拼贴时期, 那时地球大面积分布的是海洋,漂浮于大洋中的古陆核快速生长扩大,并拼合到一起,这一过程伴随大量火山活动,到中元古代末便形成了统一的华北陆块。

大约5.4亿年前后,太行山区又一次下降,整个华北陆块处于陆表海的稳定环境, 海水自东向西侵入。到晚奥陶世,在古亚洲板块和扬子板块南北挤压下,整个华北陆块抬升浮出水面,遭受剥蚀。到了晚石炭世华北陆块再次整体下陷,广泛接受浅海相沉积,并很快向海陆交互相、陆相沉积转变。这一时期华北陆块植物繁盛、环境稳定,成为我国最有利的成煤时期。井陉矿区煤炭就属于这一层位,而此时的赵家庄组已经埋于几千米以下了。

中生代(1.95亿年)燕山运动开始以来,受周围板块挤压,华北板块遭受破坏,位于中部的太行山整体表现为断块隆起状态,快速隆升使得其上地层遭受快速剥蚀,使得沉睡了20亿年的赵家庄组终于重见天日。本次记者探访的两处遗迹,正是这一古老板块运动产生的结晶。

整个石头上全是这种纹理组成。

【期冀】

来这里体验“相看两不厌,一步跨亿年”的感觉

地质研究方面叠层石的生长形态可以帮助人们判断岩层的顶底,同时赵家庄组叠层石的生长形态、生物遗迹为本区不同位置的地层对比提供了依据,还为进一步研究地球早期的生态环境提供了依据。

生产生活中,叠层石发育的岩石具有较高的观赏性。测鱼村孤山叠层石、阳坡沟的古生物遗迹为当地的绿水青山增添了情趣和内涵。此次上山和亿年古化石零距离接触,使大家有种跨越了亿年的感觉。在这里人们可以感受沧海桑田的变迁,体验“相看两不厌,一步跨亿年”的神奇。

由于风化及人类活动,阳坡沟的含化石砂岩由于有波痕及泥裂等纹饰,也成为人们建筑装饰的石材而被部分开挖。孤山叠层石这些不大的礁体已经有多处崩落,花纹各异的碎石散落于山沟。这两处遗迹均遭受不同程度的破坏,如不及时保护,若干年后可能就会消失不见。

马宝军他们经过综合分析,建议将测鱼地区的阳坡沟遗迹化石、孤山叠层石、甘陶河古火山口、定盘寨嶂石岩地貌进行统一规划,建立文化石碑,作为旅游保护区进行建设保护。更进一步,还可以结合周边地质景区和旅游景区,建设较高级别的地质公园,更好地实现“绿水青山就是金山银山”,让周边乡亲的生活尽快向小康迈进。(石家庄日报客户端;记者柳安臣文/图)

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