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吳福元院士:希夏邦馬六十年

作者:中科院地質地球所

希夏邦馬六十年

吳福元

希夏邦馬,一座完全位于中國境内的8000 m以上的高峰(8027 m)。1964年5月2日,中國登山隊10名登山健兒成功登頂希夏邦馬峰。這是人類第一次征服該峰的壯舉,因而在世界登山史上留下濃重的一筆。與這次登山活動相伴随的科學考察,也取得豐碩成果。特别是5800 m營地高山栎化石的發現,開啟了大陸青藏高原隆升研究的先例,進而使得希夏邦馬成為大陸地質學研究上一座光彩奪目的豐碑。今恰逢希夏邦馬登頂60周年,《岩石學報》刊發專輯,以紀念這一重要的曆史時刻。該專輯特約編輯為中國科學院地質與地球實體研究所王佳敏副研究員和成都理工大學蘇濤教授,我們為兩位年輕科學家的情懷所感動,對他們為組織該專輯而付出的辛勤勞動表示感謝!以下為該專輯目次:

吳福元院士:希夏邦馬六十年

1 希夏邦馬科學考察

20世紀50年代,是世界登山史上最活躍的年代。1953年5月29日,紐西蘭登山家Edmund Percival Hillary(愛德蒙·希拉裡)和尼泊爾登山向導Tenzing Norgay(丹增·諾爾蓋)成功登頂珠穆朗瑪峰。而在此之前,世界上14座8000 m以上的山峰中隻有尼泊爾境内的安納普爾納峰(Annapurna,8091 m,世界第十高峰)在1950年被法國登山隊所征服。受珠峰成功登頂的鼓舞,世界各國登山健兒向這些世界最高峰發起了一次又一次的沖擊。截止1960年底,除完全位于大陸境内的希夏邦馬峰外,地球上8000 m以上的山峰均已被人類所征服。受此國際形勢的影響,在大陸登山健兒1960年已成功登頂珠穆朗瑪峰的基礎上,國家體委開始籌劃希夏邦馬峰登頂事宜。

1964年,中國登山隊攀登希夏邦馬峰。5月2日,中國登山隊10名登山健兒(許競、張俊岩、王富洲、邬宗嶽、陳三、索南多吉、成天亮、尼瑪紮西、多吉、雲登)成功登頂希夏邦馬峰,标志着地球上所有8000 m以上的高峰均已被人類所征服。因而,這次登山活動在當時的中國社會上産生了廣泛而熱烈的影響。

為配合中國登山隊攀登希夏邦馬峰,中國科學院和國家體委組織了以施雅風和劉東生為正副隊長的中國希夏邦馬峰登山隊科學考察隊,分測量、冰川、地質、地貌及第四紀地質4個專業組。測量組有周季清、于吉廉、朱德生,冰川組有謝自楚、季之修、黃茂恒,地質組人員有熊洪德、張康富、王新平、張明亮,地貌及第四紀地質組有崔之久、鄭本興,共14人(另有1名司機)。1964年1月24日,劉東生等人從北京出發,開始希夏邦馬科考之行。3月5日,劉東生和科考隊地質組4名人員離開拉薩前往希夏邦馬,3月8日抵達定日,3月28日抵達希夏邦馬登山大學營,5月8日離開大學營沿聶拉木一線開展考察,5月24日離開拉薩前往格爾木、蘭州和西安,然後回到北京,希夏邦馬科考野外工作正式結束。整個科考野外工作曆時兩個多月。但如果算上路途的時間,整個科考曆時四月有餘。

中國登山隊登山期間,科考隊地質組對定日-聶拉木沿線和希夏邦馬5800 m營地以北(朋曲-那克多拉河-野博康加勒冰川)區域作了大量路線考察,獲得了大量的第一手資料。資料總結期間發表的相關成果(施雅風和劉東生,1964;李璞等,1965),受到學術界廣泛關注。這次考察取得的主要成果可概括如下(中國希夏邦馬峰登山隊科學考察隊,1982):

(1)明确了希夏邦馬峰地區及周圍的地質格架。将區域上變質的岩石歸類為希夏邦馬群,時代為前石炭紀(AnC)。該群可進一步劃分為上下兩組,下組位于5800 m營地以南至珠峰一帶,岩石變質程度較高,主要由下部的片麻岩、眼球狀混合岩和上部的變粒岩組成,有較多花崗岩脈貫入;而上組位于5800 m營地以北,岩石變質程度較淺,主要為片岩,闆狀外貌清楚。具體岩性包括角閃石英片岩、黑雲石英片岩、千枚岩、變質鈣質粉砂岩等,頂部出現大理岩,少量花崗岩脈貫入。本文後面将會介紹,上述兩套岩石分别對應現今劃分的高喜馬拉雅結晶岩系和肉切村群/北坳淺變質岩系。

(2)建立了石炭紀以來的地層系統,包括上古生界港門穹群、中生界土隆群和雪拉群及新生界野博康加勒群等,未發現下古生界地層。特别值得提及的是,考察隊分别在定日(今崗嘎鎮)南蘇鐵山和聶拉木土隆地區發現晚三疊世巨型魚龍化石,并命名為定日西藏魚龍。後來土隆地區的進一步發現,将其命名為喜馬拉雅魚龍(董枝明,1973),這是目前已知的最龐大的海生爬行動物。

(3)在5800 m營地的野博康加勒群下部砂礫岩中發現了植物化石。該化石後經中國科學院植物研究所徐仁先生鑒定為高山栎,生活年代大約在3 Ma左右的上新世中晚期,生長的高度應在2500 m左右,進而表明自3 Ma以後該地擡升了約3000 m,這就是中國學者關于青藏高原隆升的最早、最确切的描述。

(4)獲得了一批同位素年齡資料。對采自5800 m一帶的眼球狀片麻岩及侵入其中的花崗岩-偉晶岩脈進行K-Ar法定年,獲得13~15 Ma的年齡;而眼球狀片麻岩本身的年齡為19~35 Ma。這些年齡雖然出人意料地年輕,但為希夏邦馬峰的成因研究提供了重要資料。

(5)明确希夏邦馬峰頂的岩石為希夏邦馬群下組上部的變粒岩,以前國外學者将希夏邦馬峰劃為花崗岩侵入體的認識是錯誤的,應予以糾正。

從上述歸納可以看出,希夏邦馬科學考察獲得了大量寶貴的科學認識,特别是高山栎化石的發現和鑒定(徐仁等,1973),開創了大陸地學界關于青藏高原隆升的研究。受此次考察的鼓舞,大陸學者很快在吉隆沃瑪盆地發現中新世三趾馬化石(黃萬波和計宏祥,1979),成為大陸青藏高原隆升研究上的又一項重要發現。更為重要的是,希夏邦馬考察開創了大陸登山和科考密切結合的最佳先例。但是,這次考察也留下了些許遺憾:第一,登山結束後完成的考察報告在即将出版之前被“文化大革命”所扼殺,已經排成的文版竟遭拆毀(孫鴻烈,1984)。“文革”結束後的1982年,該報告才得以重新排版印刷,嚴重影響了這次考察學術成果的傳播。第二,希夏邦馬考察的學術成果主要是以中文形式發表的,因而其在國際學術界的影響較為有限。即便是1964和1965年發表在《科學通報》上的文章,也無英文版向國外傳播。由于處于特殊的年代,1964年8月在北京召開的關于希夏邦馬考察成果的國際性“北京科學讨論會”上,也沒有邀請北美和歐洲等國外學者的參加(張九辰,2007)。1982年出版的考察報告,也隻有一頁書名和章節的英文翻譯。即便是徐仁等(1973)發表的高山栎化石一文,也隻有半頁的英文摘要可供國外學者閱讀。如果我們檢索後來國際上發表的文獻,國外學者很少引用希夏邦馬的考察成果,實為遺憾。但無論如何,希夏邦馬科學考察為大陸青藏高原和喜馬拉雅的研究提供了成功的範例。

2 從希夏邦馬到珠穆朗瑪

山是地質學家最熟悉的地貌景觀。甚至可以說,山就是地質學的代名詞。是以,山脈的形成是地質學研究的根本任務。喜馬拉雅是地球上最高的山脈,全球14座8000 m以上的高峰全部坐落在此山脈,或更廣義的喜馬拉雅-喀喇昆侖山脈内,這也就決定了喜馬拉雅是全球地質學家研究山脈形成演化的天然實驗室。

2.1 國外學者的珠峰探險

14座8000 m以上的高峰中,有9座位于喜馬拉雅山中部,其中與中國相關的有5座(圖1),自東向西分别是馬卡魯峰、洛子峰、珠穆朗瑪峰、卓奧友峰和希夏邦馬峰。其中前4座位于中國-尼泊爾的邊境上,後者完全位于大陸境内。對這些山脈的地質研究早先是由外國學者完成的。1904年,英國入侵大陸西藏後,曾組織了多次針對珠穆朗瑪峰的探險,其中包含地質學的重要考察有:1921年第一次、1924年第三次(G. Mallory和A. Irvine在此次探險中遇難)、1933年第四次和1938年第七次等。特别值得指出的是,Ruttledge(1934)的文章中第一次出現了“Yellow band”(黃帶層)一詞。據稱,該詞在1921年的第一次探險中就得到應用。這套特征的黃色大理岩不僅是珠峰登山的重要标志,也是後來地質學家劃分地層的重要标志層。

吳福元院士:希夏邦馬六十年

圖1 喜馬拉雅中部地質圖(a)及中尼邊境地區8000 m以上高峰分布圖(b)

(照片來自網絡①)

這一階段的珠峰探險主要圍繞峰頂的岩石組成展開。1921年的第一次探險就發現,珠峰一帶岩石可劃分為西藏沉積岩系和喜馬拉雅結晶岩系,前者主要包括各類頁岩、灰岩和砂岩,東西向褶皺明顯,顯示由北向南的擠壓作用;而後者主要由下部面理程度不等的石榴石黑雲母片麻岩和上部低角度向北傾斜的鈣質片麻岩組成,含大量侵入成因的電氣石花崗岩(Heron,1922),這一認識基本得到後來考察的支援(Odell,1925)。1924年第三次考察中,Odell還在8200 m海拔處采得灰岩樣品,進而表明珠峰峰頂可能是由灰岩構成的(Odell,1967)。這一論斷也得到1933年第四次探險的證明(Ruttledge,1934)。在這次探險中,L.R. Wager在8570 m海拔采集了灰岩樣品(Wager,1933b,1934),将珠峰的岩石稱之為Everest Series(珠峰岩系),并進一步細分為上部的Everest limestone(珠峰灰岩)和下部的Everest pelite(珠峰泥質岩),其中Everest limestone的底部即為著名的黃帶層。根據與珠峰南坡的地層對比,珠峰峰頂的這套灰岩可能是石炭-二疊紀的沉積。下部的Everest pelite稍有變質,其間發育較多侵入的花崗岩席或者岩脈,推測形成于早古生代。二十世紀五、六十年代,國外學者對珠峰南坡考察采集的樣品不僅證明了峰頂灰岩的存在,而且還在灰岩中發現了棘皮化石碎屑,但其精确地質時代仍未能确定。順便提及,1933年的那次考察,Wager根據河流的切割特征提出了喜馬拉雅山隆升的概念(Wager,1933a)。

除這些考察外,著名地質學家Augusto Gansser對喜馬拉雅進行了長期的研究(Gansser,1964),并提出區域内如下的地質單元劃分方案(圖2):(1)Sub-Himalaya(外喜馬拉雅),主要由喜馬拉雅山前風化剝蝕而成的西瓦裡克(Siwalik)礫岩組成,屬前陸盆地磨拉石建造。它的南北分别以主前鋒斷層(MFT,Main Frontal Thrust)、主邊界逆沖斷層(MBT,Main Boundary Thrust)與北面的Lower-Himalaya(低喜馬拉雅,又稱小喜馬拉雅-Lesser Himalaya)相鄰;(2)低喜馬拉雅:為一套古-中元古代的淺變質岩石,并顯示自下而上變質程度增高的特點,即反轉變質帶。此套岩系以主中央逆沖斷層(MCT,Main Central Thrust)與北部的Higher Himalaya(高喜馬拉雅,又稱大喜馬拉雅-Greater Himalaya)接觸;(3)高喜馬拉雅:主要是一套經曆角閃岩相變質的沉積岩系,内有大量眼球狀花崗片麻岩(5億年左右侵入的花崗岩)。此套岩系的變質自下而上逐漸降低,然後一直過渡到上部的Tethys or Tibetan-Himalayan(特提斯喜馬拉雅或西藏喜馬拉雅);(4)特提斯喜馬拉雅:主要位于喜馬拉雅山北坡,屬于印度大陸北緣的被動陸緣沉積,由寒武紀-始新世的未變質地層組成。在喜馬拉雅南坡的尼泊爾和不丹境内,也分布有若幹此類岩石組成的推覆體。在Gansser(1964)的總結中,特提斯喜馬拉雅和高喜馬拉雅之間在變質程度上呈漸變過渡關系,因而暗示兩者為整合沉積接觸。

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圖2 喜馬拉雅造山帶構造剖面圖

(據Zhang et al., 2012修改)

2.2 國内學者的早期工作

中國科學家對喜馬拉雅山的研究是從新中國成立以後才開始的。1951年伴随西藏和平解放,中央文化教育委員會組織了以李璞為隊長的西藏工作隊,其中以李璞為組長的地質組對川藏沿線的地質作了路線考察(李璞,1955;中國科學院西藏工作隊地質組,1959)。由于初次進藏,考察隊對喜馬拉雅的考察較為有限。

為配合中國登山隊攀登珠穆朗瑪峰,中國科學院1959年組織了珠穆朗瑪峰科學考察,這是中國學者第一次對珠峰進行全面的科考研究。科考隊地質組由北京地質學院劉肇昌等3名教師組成(學院同時派王富洲等8名師生參加登山隊)。他們将喜馬拉雅地區的深變質岩系命名為珠穆朗瑪雜岩,并細分為龍堆群、卡達群和絨布群,其時代歸屬為太古宙;将區内變質較淺的闆狀大理岩及混合花崗片麻岩歸屬元古代,認為其與下伏珠穆朗瑪雜岩之間為微角度不整合關系。此兩套岩石共同構成本區的結晶基底,其上不整合覆寫晚古生代-中、新生代沉積,早古生代地層缺失(中國珠穆朗瑪峰登山隊科學考察隊,1962)。顯然,此次考察仍維持國外學者認為的珠穆朗瑪峰是由晚二疊世灰岩組成的認識。

1960年5月25日,中國登山隊王富洲、貢布和屈銀華3人登上珠穆朗瑪峰,這是人類從北坡成功登頂珠峰的壯舉。但遺憾的是,由于時間的原因,登山隊未留下證明成功登頂的影像資料。為消除國外對大陸這次成功登頂的疑慮,國家科委拟于1967年前後第二次攀登珠穆朗瑪峰。為配合這次登山活動,中國科學院成立了以劉東生、施雅風為正副隊長的西藏科學考察隊,并在1966-1968年間開展了野外考察。考察隊地質組由常承法任組長,考察的範圍東到亞東、西至吉隆,涵蓋了1964年考察的希夏邦馬峰範圍,其中以絨布河谷、聶拉木溝、吉隆溝的考察較為詳細。但由于受“文化大革命”的影響,本次考察成果的總結受到很大影響,最終成果于1974年才得以出版(中國科學院西藏科學考察隊,1974)。但這次考察就珠峰及鄰近區域地質問題獲得多項重要進展:第一,本次考察首次采用闆塊構造觀點将青藏高原劃分為若幹闆塊,其間被昆侖、金沙江、怒江、雅魯藏布江等多條縫合帶所分割(常承法和鄭錫瀾,1973),這是大陸學者運用闆塊構造理論解釋中國地質演化的第一篇論文。由于論文作者常承法先生在野外經常提及闆塊構造,人們就贈與他“常闆塊”的美名。“常闆塊”也就和“高山栎”、“三趾馬”等一起,成為大陸青藏高原早期研究的标志性成果。第二,本次考察将聶拉木地區的岩石分為三大類:即深變質的太古宙變質岩系(珠穆朗瑪群)、淺變質的寒武-奧陶系(肉切村群)和未變質的特提斯喜馬拉雅沉積岩系(穆恩之等,1973),并在未變質沉積岩系底部厘定出早古生代地層(奧陶紀甲村群,後多稱甲村組)。這一層序也被應用于珠峰北坡(尹集祥,1974),進而建立了大陸西藏境内喜馬拉雅地區完整的顯生宙地層層序。第三,肉切村群可根據岩性進一步劃分為下組和上組,兩者之間呈整合接觸。下組主要為透輝石石英片岩夾二雲母片岩,間夾混合岩、糜棱岩;上組為結晶灰岩。除方解石外,下組岩石中還含有石英、斜長石、黑雲母、透輝石、綠簾石等礦物,其中方解石和石英顯示明顯的拉長變形,并定向排列。即總體上看,下組泥質岩為主,變質變形稍強;而上組鈣質成分為主,變質變形程度相對較弱。考察還進一步指出,肉切村群與深變質的太古宙岩系之間存在逆掩斷層,但與上覆的未變質地層間為整合接觸(常承法和鄭錫瀾,1973)。從上述介紹可以看出,1966-1968年考察的一項重要成就是,認為高喜馬拉雅與特提斯喜馬拉雅之間存在斷層,兩者之間應為構造接觸,而不是前人認為的整合接觸,這一認識對國内喜馬拉雅山的研究具有重要學術價值和推動作用。

關于珠峰峰頂岩石的組成,此次考察仍維持上部鈣質岩系(8300 m至峰頂,厚約300~500 m)、下部泥質岩系(8300 m以下,厚度超過1200 m)的傳統認識(鈣質岩系底部的黃帶層即為上下兩套岩石間的标志層)。下部泥質岩系通過強變形的白雲母花崗片麻岩(即淡色花崗岩席)與深變質的高喜馬拉雅結晶岩系接觸,上部的鈣質岩系可向下向北延伸至查雅山一帶,且這一帶的灰岩與聶拉木的甲村群基本一緻。盡管在查雅山一帶的灰岩中未發現可證明其确切時代的化石,但根據區域對比,珠峰峰頂的灰岩應該與聶拉木一帶的甲村群灰岩形成同時,即大約在早奧陶世中晚期。1960年,中國登山隊登頂珠峰時,分别在峰頂和8500 m處采集了岩石樣品,它們均是結晶灰岩。此次考察室内總結期間,對這兩處岩石樣品進行了同位素測定,獲得的U-Pb同位素年齡變化在410~515 Ma之間,驗證了上述推測。值得指出的是,本次考察在珠峰北部的查雅山測制了地層剖面,将此處發育的泥質岩系命名為肉切村群下組,并發現肉切村群與甲村組群之間為斷層接觸,但對這一斷層的意義,以及它是否有區域代表性,當時并未做進一步研究。

進入20世紀70年代,青藏高原科學考察得到國家層面的高度重視。1973年,中國科學院成立了以孫鴻烈為隊長的青藏高原綜合科學考察隊。這是新中國成立以來時間最長、規模最大、涉及專業最多的一次科學考察。考察成果集中展現在數十部出版的考察報告上。本次科考結束後,中國科學院于1980年5月在北京主持召開了青藏高原科學讨論會。時任中國科學院副院長錢三強任該會議組織委員會主席,秘書長由劉東生擔任。會後,60餘位國外學者還赴西藏展開為期兩周的野外旅行。這此會議是大陸改革開放後舉辦的首個大型國際會議,得到了中外學術界的高度重視。鄧小平在會間接見了與會的部分代表,因而産生了廣泛的國際影響。

就喜馬拉雅地區而言,本次科考的最大亮點是,為配合中國登山隊第二次攀登珠穆朗瑪峰,科考隊成立了由張洪波任分隊長的中國登山隊珠穆朗瑪峰科學考察分隊。這是大陸組織的第三次針對珠峰的考察,也是對珠峰進行的最重要的一次考察。該考察分隊分地質、大氣實體和高山生理三個專業組,其中地質組參加野外考察人員為中國科學院地質研究所的劉秉光、張洪波、汪一鵬、林傳勇、鄭錫瀾、尹集祥等6人,張洪波任組長。其考察成果1979年已經出版(中國科學院青藏高原綜合科學考察隊和中國登山隊珠穆朗瑪峰科學考察分隊,1979)。中國登山隊在1975年的珠峰攀登過程中,采集了7029~8840 m間45個不同高度的65件岩石樣品,這些樣品的詳細研究結果已經發表(尹集祥和郭師曾,1979)。2022年,作者赴西藏野外工作期間,在拉薩拜見了當年登頂并參與樣品采集的羅則、貢嘎巴桑和桑珠3位登山家。他們對當年樣品采集的情形記憶猶新。貢嘎巴桑在回憶珠峰峰頂樣品采集過程時激動地說:“峰頂采樣我暈倒3次,拿了3塊石頭,我自己一個都沒留。那時要贈送什麼地方,沒有二話”。多麼樸實的語言!目前,這套樣品儲存在中國科學院地質與地球實體研究所,這也是目前全球儲存的唯一一套較系統的珠峰岩石樣品,具有重要的學術價值。

這次考察中,尹集祥和郭師曾(1978,1979)對珠峰北坡的肉切村群做了進一步劃分。1966-1968年考察時,他們曾發現查雅山地區的肉切村群缺乏上組的鈣質岩系。本次考察,他們将該地原肉切村群下組泥質岩系命名為北坳組,并從原肉切村群上部識别出上組鈣質岩系,但将此鈣質岩系予以新的岩石地層機關名稱—黃帶層。同時,将以前在此處厘定的甲村群命名為珠穆朗瑪組(同時廢除以前命名的珠穆朗瑪群,隻保留絨布組,用來表示珠峰一帶的深變質岩系)。這樣,聶拉木地區的肉切村群泥質岩系(下組)相當于珠峰地區的北坳組,肉切村群上部鈣質岩系(上組)相當于黃帶層,而甲村群相當于珠穆朗瑪組,兩地岩石地層可完全對比。

關于北坳組與黃帶層及與上覆地層的接觸關系,本次考察過程中得到較多關注。1966-1968年查雅山考察時,發現那裡的肉切村群與上部的甲村群之間呈斷層接觸,但它是否有區域意義難以确定,因而尹集祥和郭師曾(1978,1979)仍堅持以前的認識,即北坳組與黃帶層、黃帶層與珠穆朗瑪峰組之間均為整合接觸關系,隻是它們整體上與下伏結晶岩系(絨布組)呈斷層接觸。但對更多剖面的測制和研究發現,北坳組與黃帶層、黃帶層與珠穆朗瑪峰組、以及珠穆朗瑪峰組與更上部石炭紀岩石之間均為斷層接觸,汪一鵬和鄭錫瀾(1979)将其分别命名為下斷層、中斷層和上斷層。野外考察期間的構造學研究還表明,北坳組和黃帶層中有大量地層發生褶皺變形的痕迹,這兩套岩石整體上可按韌性變形的構造岩系來處理,即報告中述及的“我們覺得,被夾于中下斷層帶之間的,殘缺不全的,出露厚度和層位因地而異的這套淺變質岩系稱之為“群”是不恰當的”。報告同時還指出,聶拉木肉切村、甲村等地的肉切村群與甲村群之間也為斷層接觸,而并不是以前認定的整合接觸。該斷層下盤的黃帶層變形迹象明顯,上部的灰岩在靠近斷層處存在明顯的斷層角礫岩。兩者變質程度也存在很大差别,隻是由于兩側産狀相同及亂石覆寫,才誤認為兩者是連續沉積。也就是說,黃帶層與珠穆朗瑪組之間的斷層具有區域意義。這一認識,是喜馬拉雅地質研究中的重大突破。在此基礎上,汪一鵬和鄭錫瀾(1979)提出珠穆朗瑪北坡的疊瓦狀構造特點;潘裕生(1980)則進一步提出,珠穆朗瑪峰可能是由北向南而來的推覆體。盡管有質疑聲音出現(張信寶,1981),但在推覆構造盛行的二十世紀七、八十年代,這一認識是非常符合當時學術思潮的,因為當時國際上關于造山帶中伸展構造的厘定還處于初期階段(Davis and Coney,1979;Crittenden et al.,1980)。但正因為這一傳統學術思想的影響,也由于當時韌性變形研究在國内尚處于起步研究階段,進而導緻對這些變形運動方向的判定出現了問題。

此次珠峰科考的另一個重要發現是,在下部深變質的絨布組和上部淺變質的北坳組之間存在一套特征的“白雲母片麻岩”。此套岩石盡管變形強烈,但仍可鑒定為侵入成因的大型岩席。此外,在這套片麻岩中及其下部存在大量二雲母花崗岩、電氣石花崗岩及電氣石偉晶岩侵入體,偶見少量黑雲母花崗岩脈體(劉秉光和張洪波,1979)。這套岩石就是我們現在熟悉的喜馬拉雅淡色花崗岩。實際上,英國探險隊在攀登珠峰時,就多次發現過此類花崗岩侵入體的存在(Heron,1922;Wager,1933a,1934)。Wager(1965)更是在後來的研究中直接将其命名為“貫入的花崗岩席-injected granite sheets”,并确定其時代在14~16 Ma。同時,他還認為這些岩石不是原地混合岩化的産物,而是深部地殼來源的花崗岩漿在差異應力條件下水準侵位而成,這一認識得到後來研究的支援(Searle,1999b)。

這次考察還在珠峰北部的前進溝、絨布寺東山、秋哈拉溝等地采集到了豐富的腕足和三葉蟲等不同門類的化石,證明珠峰峰頂的灰岩确實沉積于早奧陶世。但遺憾的是,珠峰峰頂灰岩一直在化石找尋上未取得突破。後來,日本學者在峰頂灰岩中找到了三葉蟲化石(Sakai et al.,2005),這是後話。

進入20世紀80年代後,中國科學院将科考的中心移至青藏高原東部的橫斷山區以及更北、更西的藏北和喀喇昆侖地區,喜馬拉雅地區的科考工作暫告一段落。此時,中國改革開放的大門已經打開,大陸此後先後組織實施了中法、中英、中德、中美等多項國際合作。

3 從國内到國際

1984年,中法合作法方團隊提出,聶拉木地區肉切村群與上覆特提斯喜馬拉雅沉積的接觸關系應為正斷層(Burg and Chen,1984;Burg et al.,1984)。這一觀點的提出,為認識喜馬拉雅的地質演化提供了新的視角,它表明或許喜馬拉雅的地質演化已經進入伸展構造階段。同年6月,中法合作總結性的“喜馬拉雅地質科學”國際讨論會在成都召開,并在會後組織了西藏南部的野外旅行。會後,來自美國麻省理工學院(MIT)的Clark Burchfiel提出了中美聯合開展喜馬拉雅地質研究的想法,得到當時地質礦産部的積極回應。随後,MIT和成都地質礦産研究所在1986-1988年間圍繞喜馬拉雅地區的伸展構造進行了深入合作,美方的主要參與人員有Clark Burchfiel、Wiki Royden和Kip Hodges等,中方的主要研究人員為陳智梁、劉宇平、鄧昌蓉、徐建峨、唐文清等。這次考察的重要成果是藏南拆離系(STDS,South Tibetan Detachment System)概念的提出(Burchfiel et al.,1992)。期間,該合作團隊還發表過康馬穹隆屬于變質核雜岩的設想(Chen et al.,1990)。特别值得指出的是,這次合作不僅發現伸展構造在喜馬拉雅地區普遍存在,而且發現藏南拆離系以南逆沖性質的MCT斷層活動時代與STDS同時(Hodges et al.,1992)。這樣,伸展為主的上部地殼就和擠壓為主的下部地殼在喜馬拉雅地區同時并存,這一認識一定程度上導緻了後來Royden et al.(1997)下地殼流動(Lower crustal flow)概念的提出。

1994年,一項大規模、以地球實體探測為主的中美國際合作開始進行(INDEPTH)。此項合作成果豐碩,合作隊中方隊長趙文津後來對其進行過系統總結(趙文津等,2008)。此次合作研究,發現了喜馬拉雅之下主拆離斷層(Main Himalayan Thrust),進而厘定了喜馬拉雅造山帶的空間幾何結構(圖2)。另外一項重要成果是,發現西藏南部深部地殼具有低阻特征,可能暗示其處于熔融狀态(Nelson et al.,1996)。受此發現的鼓舞,地殼流(channel flow)的概念得到充分關注(Beaumont et al.,2001)。2004年12月,以地殼流為主題的學術讨論會在倫敦召開,會後英國地質學會出版了幾乎同名的論文集(Law et al.,2006)。至此,喜馬拉雅研究進入一個新的階段。

作者花了這麼長的篇幅來介紹喜馬拉雅考察與研究的經過,一方面是要展示,科學的進步永遠都是一點一滴的,都是永遠站在前人的肩膀上,不存在“從0到1”的突變之說。另一方面,我們祝賀西方學者在喜馬拉雅研究上取得的巨大學術成就,但也為我們的先輩地質工作者感到些許遺憾。1964年出版的“Geology of the Himalays”(Gansser,1964)是當時國際上對喜馬拉雅最權威的總結,因而該書作者A. Gansser又被稱為“喜馬拉雅之父”。該書将喜馬拉雅地層劃分為下部深變質岩系、中部淺變質岩系和上部未變質岩系3套,其間均為整合沉積接觸關系(圖3)。1973年,中國學者将上述3套岩石分别命名為喜馬拉雅群、肉切村群和甲村群(及以上地層),同時在聶拉木地區厘定出深變質系和上覆地層間存在斷層(常承法和鄭錫瀾,1973;穆恩之等,1973),這是喜馬拉雅地質研究上的第一個重要突破。然而,J.P. Burg在1984年提出聶拉木正斷層時,完全沒有引用中國人的這項研究成果。就珠峰峰頂的岩石組成,西方學者劃分為下部的泥質岩系和上部的鈣質岩系。而中國學者則将上部鈣質岩系細劃為下部遭受變形的黃帶層和上部未經曆明顯變質變形的珠穆朗瑪組灰岩,兩者的曆史和性質極為不同,兩者之間為斷層接觸,這是喜馬拉雅地質研究上的第二個重要進展,也是對珠峰峰頂岩石組成研究的關鍵突破。1979年,中國學者不但已厘定出組成珠峰峰頂的珠穆朗瑪組灰岩與下伏地層呈斷層接觸,且發現由下部北坳組和上部黃帶層組成的淺變質岩系(肉切村群)屬于一套韌性變形岩系(汪一鵬和鄭錫瀾,1979),它的構造學意義遠大于其地層學意義,這是喜馬拉雅研究的第三個重要進展。在這一認識基礎上,Lombardo et al.(1993)及Carosi et al.(1998)将下部絨布組和上部北坳組之間的斷層定義為下部韌性伸展斷層,而将北坳組與黃帶層之間的斷層定義為上部低角度正斷層。而Searle(1999a)則将絨布組和北坳組之間的下部斷層定義為Lhotse拆離斷層,而将黃帶層與珠穆朗瑪灰岩之間的上部斷層定義為Qomolangma拆離斷層,這兩個斷層與汪一鵬和鄭錫瀾(1979)提出的下斷層和中斷層,或者潘裕生(1980)提出的下斷層與上斷層位置完全一緻。是以,中國學者在喜馬拉雅研究上曾取得過多項關鍵突破,但這些成果在後來西方學者的文獻中較少得到展現。即便是近年來的總結(Kellett et al.,2019),對中國學者的貢獻也是隻字未提。誠然,中國學者的上述諸多認識大多以中文形式發表的,但作者很難相信,二十世紀八、九十年代的國際合作期間,中國同行就一點也沒有向西方學者介紹過自己同胞的工作?難道是,中國學者對斷層運動方向厘定的不同導緻了西方學者無視中國同行的工作?

吳福元院士:希夏邦馬六十年

圖3 喜馬拉雅造山帶地層劃分方案

作者對1980年前後國外科學家在喜馬拉雅的野外考察做了認真的梳理。1979年10月,美國“闆塊構造代表團”通路中國。這是中國改革開放後第一支進入西藏考察的外國科學家。代表團重點考察了雅魯藏布縫合帶及紅河斷裂。代表團盡管知曉穆恩之等(1973)和常承法和鄭錫瀾(1973)在聶拉木地區建立的地層層序和構造學研究(因為這兩篇文章均已在《中國科學》英文版上發表)(Bally et al.,1980),但他們未對西藏境内的喜馬拉雅作任何實地考察。1980年北京青藏高原科學讨論會結束後,60餘位國外科學家在西藏進行了為期兩周的野外旅行(6月2日-14日)。地質方面的野外考察由劉東生、尹集祥、潘裕生等帶領,考察内容包括聶拉木路線的地層、構造與變質岩等②。考察指導書明确将常承法和鄭錫瀾(1973)原來厘定的斷層命名為甲村逆沖斷層(Chiatsun thrust),并安排了專門的考察時間,這在後來的考察總結中都有明确的記載(Shackleton,1981)。作者沒有當時參加野外考察的科學家名單,但Plumb(1980)的報告顯示,考察隊外賓約80人(含親屬),與官方報道的資料吻合,表明大批國外科學家參與了聶拉木的野外考察。1980年7月,為期三年的中法合作項目“西藏喜馬拉雅山地質構造和地殼、上地幔的形成和演化”野外工作正式啟動,Jean Burg在此期間考察了喜馬拉雅的聶拉木、絨布寺、紮嘎曲、定結、亞東、洛紮等多個地區,并最終以聶拉木為例論證了高喜馬拉雅與特提斯喜馬拉雅之間存在正斷層的想法。與常承法和鄭錫瀾(1973)不同的是,Burg et al.(1984)将斷層置于淺變質的肉切村群與未變質的甲村群之間,但他在文獻中并未對中國學者早先進行的工作予以任何介紹。我們知道,常承法是②中法合作中方副隊長(另一位副隊長為李廣岑,隊長為肖序常),他多次參加聯合野外考察和雙邊學術交流,不可能不向法方學者介紹他在聶拉木一帶的研究成果。至于Clark Burchfiel在1984年提出中美合作時,他早已經有了想法或隻是參加了6月份喜馬拉雅野外後才有了想法,我們就不得而知了。作為國際知名的地質學家,并最早參與北美西部伸展構造研究,他對喜馬拉雅有一些新的想法實在是太正常不過了。但作者知道,Clark Burchfiel在1982-1985年與鄧啟東院士一起主持了海原斷裂的中美合作研究。汪一鵬是該合作隊的主要參與人員,與Clark Burchfiel有較多的接觸,這也是汪一鵬和鄭錫瀾(1979)厘定的三個斷層被Burchfiel and Royden(1985)引用的原因,但在後來STDS概念的歸納和提出上(Burchfiel et al.,1992),常承法和鄭錫瀾(1973)以及汪一鵬和鄭錫瀾(1979)在斷層構造方面的工作基本就被忽略了。

由于專業的限制,作者到現在也沒想清楚,同樣一套變質變形岩系,為何早期中國學者認為是向南逆沖,而後來國外學者認定是向北下滑。幾十年過去了,仍鮮見有學者對此問題的精細解讀。這一方面反映了問題的複雜性,但也可能受到了傳統觀念的束縛。Burchfiel and Royden(1985)曾推測,STDS在演化的早期可能向南逆沖,而晚期由于喜馬拉雅山的隆起而産生向北的垮塌,但後來的研究并沒有發現太多向南逆沖的構造形迹(Burchfiel et al.,1992;Lombardo et al.,1993;Searle,1999a),目前認定的早期向南逆沖主要還是基于概念性的擠壓造山模型。喜馬拉雅山南坡的尼泊爾也出現類似的情況:早期認為變質與未變質岩層之間的斷裂向南逆沖,後來提出主要是向北下滑。還有學者提出早期向北下滑,晚期向南逆沖等觀點(Kellett et al.,2019及其參考文獻)。很顯然,這個斷層可能并不那麼簡單,它可能還蘊藏着更多的奧秘等待我們去揭開,因為後來的研究發現,該斷層的運動方向還存在有東西向(Xu et al.,2013)。幸運的是,過去的20年,中國學者正成為喜馬拉雅研究的主力。我們希望,中國學者能夠在喜馬拉雅研究上做出更多更原創性的學術貢獻。但我們也希望,中國科學家衆多的重要工作能夠得到西方同行的關注。

無論如何,中外科學家數十年的工作,終于理清了喜馬拉雅山大體的岩石組成及互相關系,即下部為高喜馬拉雅深變質岩系,上部為未變質的特提斯喜馬拉雅沉積岩系,兩者之間為遭受強烈韌性變形的構造岩系。具體到珠峰地區,下部深變質的高喜馬拉雅結晶岩系可命名為絨布雜岩,而上部特提斯喜馬拉雅沉積岩系底部地層仍建議稱之為珠穆朗瑪組,以展現珠峰的特殊地理位置及其岩性上與聶拉木地區甲村群的不同。比較重要的是上述兩套岩石之間淺變質岩系的命名。這套岩石在聶拉木地區被命名為肉切村群,但根據岩石性質建議以後稱肉切村雜岩。在珠峰地區,此套岩石包括北坳組和黃帶層兩個地層單元。盡管它們的岩性有所差別,但它們都是統一的藏南拆離系演化過程的産物,建議以北坳雜岩統稱之(圖3)。至于這套雜岩的原岩時代和性質,部分學者将其歸入高喜馬拉雅結晶岩系,但也不排除其為早期特提斯喜馬拉雅沉積的可能性,即它與高喜馬拉雅在早期可能呈不整合接觸,後被藏南拆離系所利用(Wang et al.,2024)。但在喜馬拉雅的東部地區(如洛紮),藏南拆離系的層位明顯偏高,并将中生代地層卷入其中(Burchfiel et al.,1992)。是以,這套岩石的構造學意義遠大于其地層學意義,非常值得未來對其進行區域上的綜合研究。此外,近幾年的研究還發現,喜馬拉雅大量出露的淡色花崗岩也是沿該斷層就位,并在侵位過程中發生結晶分異和稀有金屬成礦,這也是未來喜馬拉雅研究的新課題(吳福元等,2021)。

4 重返希夏邦馬

當地質學家将主要目光投向珠穆朗瑪峰時,希夏邦馬就沒有珠穆朗瑪那麼幸運地被人經常提及了。1964年登頂以後,希夏邦馬昔日的光環逐漸褪去,以至于幾乎被人遺忘。就是連中國地質學家,他們也不再光顧這座名聞遐迩的地質豐碑了。國際著名學者Peter Molnar教授撰文,明确對希夏邦馬高山栎化石推斷的青藏高原隆升時間提出懷疑(Molnar et al.,1993)。難道我們的化石鑒定和時代厘定有問題嗎?1997年,著名地質學家兼登山愛好者、牛津大學Mike Searle教授發表了希夏邦馬峰的最新研究結果(Searle et al.,1997)。他不僅标繪了藏南拆離系在希夏邦馬的位置,更是采集了峰頂的樣品,認為峰頂是由花崗岩組成的。我們不知道原文作者是否知曉,1964年中國學者已經提出希夏邦馬峰頂由變質岩組成(劉東生和施雅風,1964),而不是前人認為的花崗岩。難道這又有問題嗎?

出于好奇,更出于求真,本人開始關注希夏邦馬峰峰頂的岩石性質問題。無論從何種角度來說,一座完全位于中國境内的8000 m以上的山峰,其峰頂的岩石組成無疑應由中國科學家做出權威回答。當年的科考報告明确提出,6900 m以上見有黑雲母片麻岩與花崗片麻岩的互層;7500 m處主要是花崗片麻岩,含黑雲母片麻岩條帶;7700 m營地向上無岩石露頭。登山隊員王鴻寶曾在此采集樣品,這是這次考察采集的海拔最高的樣品了,其岩性為花崗片麻岩與黑雲母片麻岩(中有石英脈)互層。但是,Searle et al.(1997)在文獻中報道了在7700 m、7730 m、7800 m和8000 m均采得淡色花崗岩樣品。由于缺乏精細的路線描述,我們無法判斷Searle et al.(1997)文章樣品的采集路線(1994年)與1964年中國登山隊攀登路線是否相同。但從近年來登山愛好者所拍攝的照片來看(圖4),希夏邦馬峰頂很可能真的以淡色花崗岩大量出現為特征,即所說的“貫入雜岩-injected complex”。如果這一推論成立的話,希夏邦馬峰頂淡色花崗岩中的深色捕虜體很可能是高喜馬拉雅結晶岩系頂部的片麻岩,而不是北坳雜岩。無論如何,希夏邦馬峰峰頂的岩石層位比珠穆朗瑪峰要低得多,其隐含的地質意義值得挖掘。

吳福元院士:希夏邦馬六十年

圖4 希夏邦馬峰照片

(a)希夏邦馬峰遠景(右側見崗彭慶峰),照片來自網絡③;(b)接近峰頂的花崗岩及可能的深色片岩,照片來自網絡④;(c)希夏邦馬5800 m大學營(左側即為新生代野博康加勒群地層,照片由蘇濤提供)

很顯然,找到當年中國登山隊采集的樣品,是理清上述沖突的可行途徑。作者想當然地認為,這些樣品應該儲存在中國科學院地質與地球實體研究所,然而找遍研究所博物館的所有記錄,沒有找到任何線索。我也曾懷疑,這些樣品曾由李璞先生做過同位素年齡測定,劉東生先生也曾調動至貴陽工作過,青藏高原的科考曾經也由中國科學院自然資源綜合考察委員會負責過等,那這些樣品是否可能會在中國科學院地球化學研究所或中國科學院廣州地球化學研究所,甚至現在的中國科學院地理科學與資源研究所。筆者花了近3年的時間到這些研究機構尋找樣品,基本一無所獲。但峰回路轉,2022年4月一個偶然的機會,我得知當時在中國科學院西雙版納熱帶植物園工作的蘇濤博士在北京自然博物館(現國家自然博物館)見到了當年的高山栎化石,并且得知他前一年已重返希夏邦馬,到達了5800 m營地(胡珉琦,2021⑤)。我立即聯系蘇濤,進而了解到當年科考采集的樣品可能全部儲存在北京自然博物館。當後來見到那些曾苦苦尋找的岩石樣品時,我激動的心情可想而知。更令我感到意外的是,這些樣品的标簽仍是中國科學院地質研究所,但我确實不知道這些樣品是如何轉運到了這裡,但所幸所有樣品儲存完好!

然而,仔細核對發現,這些樣品均采自5800 m大學營及更低海拔地區,更高至峰頂的岩石仍無蹤影。我甚至懷疑中國登山隊當年是否真的采集過5800 m營地以上的岩石樣品了。檢查劉東生先生的野外日記,1964年4月25日有這樣的記載:“二線的王宏寶從山上背下三十多塊石頭,看樣子全是半粘土質的岩石,為花崗質物質所侵入的。這和在5800 m所見為一單斜構造相吻合”。劉東生先生還在這段文字的邊上手繪有希夏邦馬峰頂的岩石組成剖面(與他後來發表的圖完全一緻)。盡管對圖例沒有說明,但能猜得出其下部為花崗片麻岩,上部為變粒岩。是以,5800 m以上采集過岩石樣品是不容置疑的。隻可惜,這些樣品後來均未有正式的研究報道。或許是樣品太小,難以開展進一步的工作?如果有哪一位讀者知曉這些樣品的儲存地點,請及時聯系作者,因為這些樣品對我們研究希夏邦馬峰的組成具有重要意義。順便提及,這裡提到的王宏寶,實際上應為王鴻寶(有時又被稱為王洪寶)。他求學于北京地質學院,畢業後在中國登山隊工作。地質地球所目前儲存的珠峰岩石樣品,大多是由他在1975年那次著名的登頂過程中采集的。遺憾的是,他1979年10月在珠峰因雪崩而遇難。和他一起遇難的還有曾成功登頂希夏邦馬峰的尼瑪紮西,以及另一位中國登山隊員洛朗(羅朗)。

轉眼來到2024年,這已是希夏邦馬成功登頂60年。第二次青藏科考曾考慮登頂希峰,采集冰雪與岩石樣品。我們十分期待!因為,中國人應該擁有一套甚至數套希夏邦馬峰的岩石樣品。這樣,當我們再次研究希夏邦馬峰時,就不需要再求助于國外學者了。甚至,我們可以向他們提供我們自己采集的樣品,以及基于這些樣品的研究成果。但2023年秋季發生的山難,使這一計劃暫時擱淺。

盡管如此,在過去的60年裡,大陸的地質工作者仍在希夏邦馬周邊地區進行了大量卓有成效的工作,東西兩側的樟木溝和吉隆溝是目前大陸境内喜馬拉雅研究程度最高的地區。本專輯就是近年來這一工作的集中展示,它一共收錄了19篇文章,其中13篇為希夏邦馬峰為中心的聶拉木和吉隆溝的研究工作。其主要成果包括:(1)希夏邦馬峰地區三趾馬和高山栎等化石的最新研究進展(鄧濤等,2024;李強等,2024;劉佳等,2024;蘇濤等,2024);(2)希夏邦馬峰山體的變質岩和花崗岩等基本岩石組成、及對喜馬拉雅造山和隆升過程的意義(劉小馳等,2024;王佳敏等,2024);(3)藏南拆離系在希夏邦馬峰周邊地區的運動學屬性、活動時代和發育過程(褚楊等,2024;闫佳鑫等,2024);(4)希夏邦馬峰周邊地區淡色花崗岩及相關的稀有金屬成礦作用(高利娥等,2024;侯康師等,2024;胡方泱等,2024;謝磊等,2024;楊雷等,2024)等。上述成果充分顯示,希夏邦馬峰的科學内涵正在不斷擴大,希夏邦馬峰的科學考察應仍該繼續。

5 再看喜馬拉雅

隆升是喜馬拉雅和青藏高原研究的核心主題,因為它改變了亞洲的地貌及大氣環流格局,進而影響了我們的生活(Molnar et al., 1993)。但喜馬拉雅和青藏高原是何時隆升到足以影響亞洲的氣候,這并不是目前能輕易回答的問題(An et al., 2001;Guo et al.,2008)。研究隆升,實際上就是闡明隆升的機制,而機制的解決在很大程度上取決于對隆升時間和隆升幅度的認知。一般認為,印度與亞洲的碰撞導緻了喜馬拉雅山和青藏高原的形成,這是科普說法,與嚴肅的學術定義相差甚遠。學術界目前比較認可,喜馬拉雅和青藏高原在隆升的曆史上未必完全一緻,差異隆升是大家的共識(Wang et al.,2008)。就喜馬拉雅山而言,現在基本明确,印度與亞洲的碰撞大約在60~65Ma以前就已開始,喜馬拉雅的海水大約在40Ma左右退出,而喜馬拉雅山的隆升大約發生在15~25Ma左右(Ding et al.,2017,2022)。這一認識與1964年希夏邦馬考察的認識相去甚遠,這就是要對希夏邦馬再次考察的原因所在。

另一方面,目前對喜馬拉雅隆升機制存在較大争議。這一争議的焦點,就是關于藏南拆離系(STDS)的形成機理(張進江,2007)。早先認為,STDS是由于喜馬拉雅山隆升而産生的重力垮塌(圖5a;Burg et al.,1984;Burchfiel and Royden,1985;Burchfiel et al.,1992),但後來一直未發現喜馬拉雅山在STDS發育前就已顯著隆起的證據。構造楔模型與俯沖隧道較為類似(圖5b),它一定程度上解釋了高喜馬拉雅系的變質作用特征,但對該岩系折返的原因并未讨論。是以,現在比較都多的學者支援,正是向南的地殼流動才導緻了喜馬拉雅山的隆升(圖5c)。這是一種新的造山機制,與傳統的造山理論完全不同。作者對該模型的接納也走了一段彎路,但新的事實不斷提示作者,對該模型要加強研究,隻有這樣才能有所發現、有所創造。逆沖堆疊模型與地殼流模型有所類似(圖5d),均強調了高喜馬拉雅岩系早先位于地殼的深處,但這均與高喜馬拉雅岩石具有進變質的特點不相吻合(張澤明等,2017;王佳敏等,2022)。是以,我們多次提出(吳福元等,2017,2021),高喜馬拉雅岩石的折返可能是由于印度大陸俯沖到青藏高原下部發生闆片回轉或與闆片斷離有關。在這一背景下,深部熱異常導緻俯沖前緣的印度大陸地殼發生部分熔融,然後該部分熔融的地殼由于密度差沿早期俯沖界面向上運移。部分熔融的熔體沿拆離帶向上部集聚,形成岩席狀展布的喜馬拉雅淡色花崗岩,而折返的印度大陸地殼由于減壓作用也發生一定程度的部分熔融,形成高喜馬拉雅岩系中的深熔脈體。是以,熔體是導緻岩石折返或喜馬拉雅山隆升的主要因素。顯然,在更大的尺度上,對整個喜馬拉雅山開展綜合研究是中國地質學家在造山作用理論上可能有所建樹的重要突破口。

吳福元院士:希夏邦馬六十年

圖5 喜馬拉雅山隆升和STDS形成模式圖

(據He et al.,2015;Kellett et al.,2019)

GHS和TSS分别代表高喜馬拉雅和特提斯喜馬拉雅

1960年中國人登頂珠峰,其主要緣由是當時中尼邊界的劃分。尼泊爾一方認為,中國人從未登頂過珠峰,因而對珠峰的歸屬沒有決定權。同樣是這一年,地球上8000 m以上的高峰幾乎均已被人類所征服,隻是位于中國境内的希夏邦馬峰是個例外。無奈,中國人被迫登頂希夏邦馬峰。60年過去了,中國的經濟、科技等各個方面已今非昔比,專業登山隊已經可以不時光顧這些山峰了。即使是業餘登山家,他們在專業人員的指導下,登頂這些山峰也并非高不可攀。除我們前面讨論過的珠峰和希夏邦馬峰外,我們對喜馬拉雅山中其他那些8000 m以上的山峰是否有了很多的了解呢,特别是位于中尼邊界上的馬卡魯峰、洛子峰和卓奧友峰?

洛子峰,世界第四高峰(8516 m),它是珠峰南側位于中尼邊境上的另一座山峰。珠峰北側以北坳與章子峰相隔,而其南側則以南坳與洛子峰相望。根據Searle(1999a)的研究,洛子峰的岩石組成為淺變質的肉切村群,但中國人從未從自己境内一側登頂過該峰。即使是從尼泊爾境内登頂,也未見過峰頂采集的樣品及其研究報道。幸運的是,洛子峰與珠峰相距僅3 km,我們對它的了解很大程度上可借鑒珠峰的資料。從拍攝的照片來看(圖6a),洛子峰峰頂岩石層位上位于黃帶層以下、淡色花崗岩之上。是以,洛子峰确實由北坳雜岩組成。但位于中尼邊境上的另一座山峰——馬卡魯峰就沒那麼幸運了。馬卡魯峰,世界第五高峰(8463 m),位于珠峰東南方向約20 km的地方。這是一座峰頂為淡色花崗岩的著名山峰(圖6b),以紅柱石和堇青石礦物的出現為特色。西方學者對此有較多的科學研究,發現淡色花崗岩呈1~2 km厚的岩席形式存在(Schärer,1984;Streule et al.,2010;Visonà et al.,2012)。但遺憾的是,中國人也從未從境内一側登頂過該峰。因而,我們對該峰地質情況的了解隻能依據國外學者的資料。

吳福元院士:希夏邦馬六十年

圖6 喜馬拉雅中部中尼邊境地區若幹山峰峰頂照片

(a)珠峰-洛子峰;(b)馬卡魯峰;(c)珠穆朗卓峰;(d)卓奧友峰(照片來自網絡⑥)

筆者是一名花崗岩石學工作者,對馬卡魯峰的岩石樣品很為關注。但國外學者更是提及(Searle et al.,2003),馬卡魯峰北側有一座完全位于大陸境内的7804 m的山峰——珠穆朗卓峰,也是由淡色花崗岩組成(圖6c)。珠穆朗卓是中國境内僅次于希夏邦馬的第二高峰,其後才是南迦巴瓦(7782 m)、納木那尼(7694 m)、公格爾峰(7649 m)、貢嘎山(7556 m)等。珠穆朗卓與珠穆朗瑪遙相呼應,它們共同在一起有一個漂亮的名字——卓瑪。法國人1954年就登頂過它,日本、俄羅斯、美國的登山家們後來也都曾光顧過這座山峰,但中國人卻從未登頂過這座屬于自己的山峰。

再到世界第六高峰(8201 m)的卓奧友峰。它位于珠峰以西的中尼邊境上,其間隔有世界第15高峰——格重康峰(Gyachung Kang,7952 m)。中國人曾多次登頂過該峰,但我們能夠檢索到的對該峰的研究主要是Mike Searle發表的文獻。正是對這座山峰的研究,他提出了喜馬拉雅淡色花崗岩為大型岩席的觀點(Searle,1999b)。2008年,中國地質大學登山隊曾登頂該峰,并采集了5793~6435m的10件岩石樣品,為我們了解卓奧友峰的組成和喜馬拉雅山的地質演化提供了重要資訊(高成等,2014;楊雷等,2022)。但遺憾的是,這些岩石樣品幾乎沒有得到儲存。而且,對該山峰上部約1800 m的高度,登山隊沒有采集任何樣品。Searle(1999b)認為,卓奧友峰峰頂是由和珠峰峰頂一樣的奧陶紀灰岩組成。從目前拍攝的衆多照片來看(圖6d),卓奧友峰海拔7700 m的黃帶層清晰可見,其下部為巨厚的貫入雜岩,而黃帶層之上的灰岩似乎又可進一步劃分為下部灰色和上部淺色兩種類型,但對這些岩石的詳細情況,我們還無法給出更多的資訊。第二次青藏科考2023年度開展了卓奧友峰登頂,我們幸運地獲得了部分高海拔地帶的岩石樣品。我們期望,這些樣品能夠幫助我們回答該山峰形成的一些關鍵問題。但由于冰雪覆寫,我們對峰頂的岩石組成仍所知甚少。

筆者講述這些著名山峰的岩石組成,并不意味着地質學家僅研究峰頂岩石即可,而是希望通過對峰頂樣品的采集帶動該地域整體地質的研究。基于同樣的理由,我們還需要對喜馬拉雅山南坡的諸多山峰及相關地質問題進行研究。喜馬拉雅是地球上最年輕的大陸碰撞造山帶,是研究大陸形成演化的天然實驗室。但同樣是年輕的造山帶,喜馬拉雅在地質學上的貢獻可能還是要遜色于阿爾卑斯造山帶。從新中國成立到青藏高原科學讨論會召開的1980年,中國科學家在青藏高原獲得了“常闆塊”、“高山栎”、“三趾馬”為代表的研究成果。國外學者當時在中國的周邊也進行了大量工作,獲得過很多重要的認識,甚至提出了若幹影響未來研究的主題(Molnar and Tapponnier,1975;Tapponnier and Molnar,1976)。但那個階段我們與國際學術界缺乏交流,導緻後來一定程度上的不适應。20世紀的後20年,是國際上喜馬拉雅研究最活躍的年代。藏南拆離系及地殼流模型的提出,不僅是提出喜馬拉雅新的造山或隆升模型,更重要的是揭示出地殼不同層次間的解耦,同時開啟了地殼深部與淺部及表層系統的綜合研究(Molnar and England,1990;Zhang et al.,2001)。在這一學術思路演變基礎上,中國科學院為配合2005年珠峰高度測量成立了以康世昌為隊長的珠峰地區綜合考察隊,其中地質分隊隊長由丁林研究員擔任。這也是大陸第四次有組織地對珠峰進行綜合考察研究。随後,中國科學院啟動了由姚檀棟和吳福元擔任首席科學家的“青藏高原古高度研究”項目群(2009-2012)和“青藏高原多層圈互相用及其資源環境效應”先導專項B(2012-2016)研究。雖然喜馬拉雅山的形成演化不是這些項目的重點,但這些項目的實施,為中國科學家追趕喜馬拉雅造山作用研究的步伐提供了重要基礎(Yao et al.,2015;Ding et al.,2017)。此外,目前正在實施由姚檀棟為首席科學家的“泛第三極環境變化與綠色絲綢之路建設”(簡稱絲路環境)中國科學院先導專項A和“第二次青藏高原綜合科學考察研究”(簡稱二次科考)國家重大項目研究,喜馬拉雅地質研究迎來新的轉機。獨特的地理位置決定了喜馬拉雅研究必須要有國家級的長遠規劃,以確定中國科學家在喜馬拉雅研究上有所作為,對人類有所貢獻。

不但名山大川的岩石樣品如此,喜馬拉雅地區其他方面的研究也同樣需要頂層設計和長期堅持。珠穆朗瑪峰的海拔高度是一個高度大衆化的問題,但也是非常嚴肅的學術問題。作為地質學家,我們關心的是,珠穆朗瑪峰的高度是否發生過變化。或者,是如何變化的。如果從1975年算起,中國對珠穆朗瑪峰海拔高度的高精度測量已有近50年的曆史(表1),但我們現在還不能回答,過去的50年裡,珠峰究竟是長高了,還是變矮了。目前的資料顯示,珠峰冰雪覆寫層似乎增厚了,而岩面高度卻降低了。但這些數值是不同年代、用不同方法、采用不同參考系獲得的,互相之間是否可以對比,需要專業人士給予解讀。或者說,我們還需要持續的觀測才能确切地回答這一問題,而這一問題與喜馬拉雅山的形成密切相關。

表1 珠穆朗瑪峰海拔高度測量

吳福元院士:希夏邦馬六十年

6 結語

希夏邦馬、珠穆朗瑪、珠穆朗卓……,喜馬拉雅群山中美麗的山峰,令人神往!這些名山峻嶺現在已是諸多登山愛好者的打卡地,但地質學家需要到更高的海拔去做考察、采集樣品,進而予以研究。攀登近8000 m以上的山峰,是對人類生命極限的挑戰,擷取那兒的岩石樣品更是不易(趙耀,2019⑦)。但由于技術的進步,實作這種攀登對很多非職業登山者來說已不是不可能。是以,如果有哪位登山者登上了這些頂峰,我們衷心祝賀你!但也請你在可能的情況下,采集一點岩石樣品,轉送給你熟悉或知道的地質學家。我們需要回答這些山峰的組成,這是地質學家的職責。在科研日益個體戶或作坊化的今天,擷取任何一件極高海拔山峰岩石樣品,對地質學家來說都是極度的奢侈,但我們隻能這樣。

腳注:

① 照片網址:秋日生活打卡季. 西藏這條世界級大道,可以邂逅9座8000米級高峰(2023-10-16, www.sohu.com/a/728652704_121119243).

② Organizing Committee, Symposium on Qinghai-Xizang (Tibet) Plateau. 1980. A scientific guidebook to south Xizang (Tibet). 1-104.

③ 照片網址:老蒙eki8d3tdc9. 阿裡,阿裡!(2). 個人圖書館 (2021-8-14,www.360doc.com/content/21/0814/15/52773333_991028008.shtml).

④ 照片網址:飛雪靜靜(BJ). 希夏邦馬登山日記6-頂峰感受日出. 馬蜂窩 (2008-11-2,https://www.mafengwo.cn/i/545628.html.

⑤ 胡珉琦. 在“生命禁區”穿越五十年. 中國科學報,2021年6月16日第四版.

⑥照片網址:(a) 珠穆朗瑪峰與洛子峰. 攝圖·新視界(https://xsj.699pic.com/tupian/0go3yv.html); (b)小A學長. 14座8000級高峰,你選哪個做座右銘? 新浪新聞中心 (2018-5-24,https://k.sina.com.cn/article_2077491865_7bd402990010061on.html); (c)珠峰東坡· 嘎瑪溝·世界十大經典徒步線路·12日之旅. 山人行旅行(www.sc3rx.com/detail.html?iid=3139&activityId=20034844); (d) https://(劉小馳提供)及https://bbs.8264.com/thread-5522187-1-1.html(插圖).

⑦ 趙耀. 你見過14座海拔超過8000米高峰上的石頭長什麼樣嗎?中國西藏網(2019-3-10,media.tibet.cn/wap/photo/content_11845.shtml).

作者簡介:

吳福元(中國科學院地質與地球實體研究所,岩石圈演化國家重點實驗室;中國科學院大學地球與行星科學學院):研究員,從事岩石學研究。

基金項目:

*本文受國家自然科學基金項目(91755000)和第二次青藏高原綜合科學考察項目(2019QZKK0808)聯合資助。

本研究刊登在《岩石學報》2024年第40卷第5期:

吳福元. 2024. 希夏邦馬峰六十年. 岩石學報, 40(5): 1365-1381.

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排版:李馨瑜(中國石油大學(北京)地球科學學院)

校對:邱梓惠(中國科學技術大學地球和空間科學學院)

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