天天看点

吴福元院士:希夏邦马六十年

作者:中科院地质地球所

希夏邦马六十年

吴福元

希夏邦马,一座完全位于中国境内的8000 m以上的高峰(8027 m)。1964年5月2日,中国登山队10名登山健儿成功登顶希夏邦马峰。这是人类第一次征服该峰的壮举,因而在世界登山史上留下浓重的一笔。与这次登山活动相伴随的科学考察,也取得丰硕成果。特别是5800 m营地高山栎化石的发现,开启了大陆青藏高原隆升研究的先例,从而使得希夏邦马成为大陆地质学研究上一座光彩夺目的丰碑。今恰逢希夏邦马登顶60周年,《岩石学报》刊发专辑,以纪念这一重要的历史时刻。该专辑特约编辑为中国科学院地质与地球物理研究所王佳敏副研究员和成都理工大学苏涛教授,我们为两位年轻科学家的情怀所感动,对他们为组织该专辑而付出的辛勤劳动表示感谢!以下为该专辑目次:

吴福元院士:希夏邦马六十年

1 希夏邦马科学考察

20世纪50年代,是世界登山史上最活跃的年代。1953年5月29日,新西兰登山家Edmund Percival Hillary(爱德蒙·希拉里)和尼泊尔登山向导Tenzing Norgay(丹增·诺尔盖)成功登顶珠穆朗玛峰。而在此之前,世界上14座8000 m以上的山峰中只有尼泊尔境内的安纳普尔纳峰(Annapurna,8091 m,世界第十高峰)在1950年被法国登山队所征服。受珠峰成功登顶的鼓舞,世界各国登山健儿向这些世界最高峰发起了一次又一次的冲击。截止1960年底,除完全位于大陆境内的希夏邦马峰外,地球上8000 m以上的山峰均已被人类所征服。受此国际形势的影响,在大陆登山健儿1960年已成功登顶珠穆朗玛峰的基础上,国家体委开始筹划希夏邦马峰登顶事宜。

1964年,中国登山队攀登希夏邦马峰。5月2日,中国登山队10名登山健儿(许竞、张俊岩、王富洲、邬宗岳、陈三、索南多吉、成天亮、尼玛扎西、多吉、云登)成功登顶希夏邦马峰,标志着地球上所有8000 m以上的高峰均已被人类所征服。因而,这次登山活动在当时的中国社会上产生了广泛而热烈的影响。

为配合中国登山队攀登希夏邦马峰,中国科学院和国家体委组织了以施雅风和刘东生为正副队长的中国希夏邦马峰登山队科学考察队,分测量、冰川、地质、地貌及第四纪地质4个专业组。测量组有周季清、于吉廉、朱德生,冰川组有谢自楚、季之修、黄茂恒,地质组人员有熊洪德、张康富、王新平、张明亮,地貌及第四纪地质组有崔之久、郑本兴,共14人(另有1名司机)。1964年1月24日,刘东生等人从北京出发,开始希夏邦马科考之行。3月5日,刘东生和科考队地质组4名人员离开拉萨前往希夏邦马,3月8日抵达定日,3月28日抵达希夏邦马登山大本营,5月8日离开大本营沿聂拉木一线开展考察,5月24日离开拉萨前往格尔木、兰州和西安,然后回到北京,希夏邦马科考野外工作正式结束。整个科考野外工作历时两个多月。但如果算上路途的时间,整个科考历时四月有余。

中国登山队登山期间,科考队地质组对定日-聂拉木沿线和希夏邦马5800 m营地以北(朋曲-那克多拉河-野博康加勒冰川)区域作了大量路线考察,获得了大量的第一手资料。资料总结期间发表的相关成果(施雅风和刘东生,1964;李璞等,1965),受到学术界广泛关注。这次考察取得的主要成果可概括如下(中国希夏邦马峰登山队科学考察队,1982):

(1)明确了希夏邦马峰地区及周围的地质格架。将区域上变质的岩石归类为希夏邦马群,时代为前石炭纪(AnC)。该群可进一步划分为上下两组,下组位于5800 m营地以南至珠峰一带,岩石变质程度较高,主要由下部的片麻岩、眼球状混合岩和上部的变粒岩组成,有较多花岗岩脉贯入;而上组位于5800 m营地以北,岩石变质程度较浅,主要为片岩,板状外貌清楚。具体岩性包括角闪石英片岩、黑云石英片岩、千枚岩、变质钙质粉砂岩等,顶部出现大理岩,少量花岗岩脉贯入。本文后面将会介绍,上述两套岩石分别对应现今划分的高喜马拉雅结晶岩系和肉切村群/北坳浅变质岩系。

(2)建立了石炭纪以来的地层系统,包括上古生界港门穹群、中生界土隆群和雪拉群及新生界野博康加勒群等,未发现下古生界地层。特别值得提及的是,考察队分别在定日(今岗嘎镇)南苏铁山和聂拉木土隆地区发现晚三叠世巨型鱼龙化石,并命名为定日西藏鱼龙。后来土隆地区的进一步发现,将其命名为喜马拉雅鱼龙(董枝明,1973),这是目前已知的最庞大的海生爬行动物。

(3)在5800 m营地的野博康加勒群下部砂砾岩中发现了植物化石。该化石后经中国科学院植物研究所徐仁先生鉴定为高山栎,生活年代大约在3 Ma左右的上新世中晚期,生长的高度应在2500 m左右,从而表明自3 Ma以后该地抬升了约3000 m,这就是中国学者关于青藏高原隆升的最早、最确切的描述。

(4)获得了一批同位素年龄数据。对采自5800 m一带的眼球状片麻岩及侵入其中的花岗岩-伟晶岩脉进行K-Ar法定年,获得13~15 Ma的年龄;而眼球状片麻岩本身的年龄为19~35 Ma。这些年龄虽然出人意料地年轻,但为希夏邦马峰的成因研究提供了重要资料。

(5)明确希夏邦马峰顶的岩石为希夏邦马群下组上部的变粒岩,以前国外学者将希夏邦马峰划为花岗岩侵入体的认识是错误的,应予以纠正。

从上述归纳可以看出,希夏邦马科学考察获得了大量宝贵的科学认识,特别是高山栎化石的发现和鉴定(徐仁等,1973),开创了大陆地学界关于青藏高原隆升的研究。受此次考察的鼓舞,大陆学者很快在吉隆沃玛盆地发现中新世三趾马化石(黄万波和计宏祥,1979),成为大陆青藏高原隆升研究上的又一项重要发现。更为重要的是,希夏邦马考察开创了大陆登山和科考密切结合的最佳先例。但是,这次考察也留下了些许遗憾:第一,登山结束后完成的考察报告在即将出版之前被“文化大革命”所扼杀,已经排成的文版竟遭拆毁(孙鸿烈,1984)。“文革”结束后的1982年,该报告才得以重新排版印刷,严重影响了这次考察学术成果的传播。第二,希夏邦马考察的学术成果主要是以中文形式发表的,因而其在国际学术界的影响较为有限。即便是1964和1965年发表在《科学通报》上的文章,也无英文版向国外传播。由于处于特殊的年代,1964年8月在北京召开的关于希夏邦马考察成果的国际性“北京科学讨论会”上,也没有邀请北美和欧洲等国外学者的参加(张九辰,2007)。1982年出版的考察报告,也只有一页书名和章节的英文翻译。即便是徐仁等(1973)发表的高山栎化石一文,也只有半页的英文摘要可供国外学者阅读。如果我们检索后来国际上发表的文献,国外学者很少引用希夏邦马的考察成果,实为遗憾。但无论如何,希夏邦马科学考察为大陆青藏高原和喜马拉雅的研究提供了成功的范例。

2 从希夏邦马到珠穆朗玛

山是地质学家最熟悉的地貌景观。甚至可以说,山就是地质学的代名词。因此,山脉的形成是地质学研究的根本任务。喜马拉雅是地球上最高的山脉,全球14座8000 m以上的高峰全部坐落在此山脉,或更广义的喜马拉雅-喀喇昆仑山脉内,这也就决定了喜马拉雅是全球地质学家研究山脉形成演化的天然实验室。

2.1 国外学者的珠峰探险

14座8000 m以上的高峰中,有9座位于喜马拉雅山中部,其中与中国相关的有5座(图1),自东向西分别是马卡鲁峰、洛子峰、珠穆朗玛峰、卓奥友峰和希夏邦马峰。其中前4座位于中国-尼泊尔的边境上,后者完全位于大陆境内。对这些山脉的地质研究早先是由外国学者完成的。1904年,英国入侵大陆西藏后,曾组织了多次针对珠穆朗玛峰的探险,其中包含地质学的重要考察有:1921年第一次、1924年第三次(G. Mallory和A. Irvine在此次探险中遇难)、1933年第四次和1938年第七次等。特别值得指出的是,Ruttledge(1934)的文章中第一次出现了“Yellow band”(黄带层)一词。据称,该词在1921年的第一次探险中就得到应用。这套特征的黄色大理岩不仅是珠峰登山的重要标志,也是后来地质学家划分地层的重要标志层。

吴福元院士:希夏邦马六十年

图1 喜马拉雅中部地质图(a)及中尼边境地区8000 m以上高峰分布图(b)

(照片来自网络①)

这一阶段的珠峰探险主要围绕峰顶的岩石组成展开。1921年的第一次探险就发现,珠峰一带岩石可划分为西藏沉积岩系和喜马拉雅结晶岩系,前者主要包括各类页岩、灰岩和砂岩,东西向褶皱明显,显示由北向南的挤压作用;而后者主要由下部面理程度不等的石榴石黑云母片麻岩和上部低角度向北倾斜的钙质片麻岩组成,含大量侵入成因的电气石花岗岩(Heron,1922),这一认识基本得到后来考察的支持(Odell,1925)。1924年第三次考察中,Odell还在8200 m海拔处采得灰岩样品,从而表明珠峰峰顶可能是由灰岩构成的(Odell,1967)。这一论断也得到1933年第四次探险的证实(Ruttledge,1934)。在这次探险中,L.R. Wager在8570 m海拔采集了灰岩样品(Wager,1933b,1934),将珠峰的岩石称之为Everest Series(珠峰岩系),并进一步细分为上部的Everest limestone(珠峰灰岩)和下部的Everest pelite(珠峰泥质岩),其中Everest limestone的底部即为著名的黄带层。根据与珠峰南坡的地层对比,珠峰峰顶的这套灰岩可能是石炭-二叠纪的沉积。下部的Everest pelite稍有变质,其间发育较多侵入的花岗岩席或者岩脉,推测形成于早古生代。二十世纪五、六十年代,国外学者对珠峰南坡考察采集的样品不仅证实了峰顶灰岩的存在,而且还在灰岩中发现了棘皮化石碎屑,但其精确地质时代仍未能确定。顺便提及,1933年的那次考察,Wager根据河流的切割特征提出了喜马拉雅山隆升的概念(Wager,1933a)。

除这些考察外,著名地质学家Augusto Gansser对喜马拉雅进行了长期的研究(Gansser,1964),并提出区域内如下的地质单元划分方案(图2):(1)Sub-Himalaya(外喜马拉雅),主要由喜马拉雅山前风化剥蚀而成的西瓦里克(Siwalik)砾岩组成,属前陆盆地磨拉石建造。它的南北分别以主前锋断层(MFT,Main Frontal Thrust)、主边界逆冲断层(MBT,Main Boundary Thrust)与北面的Lower-Himalaya(低喜马拉雅,又称小喜马拉雅-Lesser Himalaya)相邻;(2)低喜马拉雅:为一套古-中元古代的浅变质岩石,并显示自下而上变质程度增高的特点,即反转变质带。此套岩系以主中央逆冲断层(MCT,Main Central Thrust)与北部的Higher Himalaya(高喜马拉雅,又称大喜马拉雅-Greater Himalaya)接触;(3)高喜马拉雅:主要是一套经历角闪岩相变质的沉积岩系,内有大量眼球状花岗片麻岩(5亿年左右侵入的花岗岩)。此套岩系的变质自下而上逐渐降低,然后一直过渡到上部的Tethys or Tibetan-Himalayan(特提斯喜马拉雅或西藏喜马拉雅);(4)特提斯喜马拉雅:主要位于喜马拉雅山北坡,属于印度大陆北缘的被动陆缘沉积,由寒武纪-始新世的未变质地层组成。在喜马拉雅南坡的尼泊尔和不丹境内,也分布有若干此类岩石组成的推覆体。在Gansser(1964)的总结中,特提斯喜马拉雅和高喜马拉雅之间在变质程度上呈渐变过渡关系,因而暗示两者为整合沉积接触。

吴福元院士:希夏邦马六十年

图2 喜马拉雅造山带构造剖面图

(据Zhang et al., 2012修改)

2.2 国内学者的早期工作

中国科学家对喜马拉雅山的研究是从新中国成立以后才开始的。1951年伴随西藏和平解放,中央文化教育委员会组织了以李璞为队长的西藏工作队,其中以李璞为组长的地质组对川藏沿线的地质作了路线考察(李璞,1955;中国科学院西藏工作队地质组,1959)。由于初次进藏,考察队对喜马拉雅的考察较为有限。

为配合中国登山队攀登珠穆朗玛峰,中国科学院1959年组织了珠穆朗玛峰科学考察,这是中国学者第一次对珠峰进行全面的科考研究。科考队地质组由北京地质学院刘肇昌等3名教师组成(学院同时派王富洲等8名师生参加登山队)。他们将喜马拉雅地区的深变质岩系命名为珠穆朗玛杂岩,并细分为龙堆群、卡达群和绒布群,其时代归属为太古宙;将区内变质较浅的板状大理岩及混合花岗片麻岩归属元古代,认为其与下伏珠穆朗玛杂岩之间为微角度不整合关系。此两套岩石共同构成本区的结晶基底,其上不整合覆盖晚古生代-中、新生代沉积,早古生代地层缺失(中国珠穆朗玛峰登山队科学考察队,1962)。显然,此次考察仍维持国外学者认为的珠穆朗玛峰是由晚二叠世灰岩组成的认识。

1960年5月25日,中国登山队王富洲、贡布和屈银华3人登上珠穆朗玛峰,这是人类从北坡成功登顶珠峰的壮举。但遗憾的是,由于时间的原因,登山队未留下证明成功登顶的影像资料。为消除国外对大陆这次成功登顶的疑虑,国家科委拟于1967年前后第二次攀登珠穆朗玛峰。为配合这次登山活动,中国科学院成立了以刘东生、施雅风为正副队长的西藏科学考察队,并在1966-1968年间开展了野外考察。考察队地质组由常承法任组长,考察的范围东到亚东、西至吉隆,涵盖了1964年考察的希夏邦马峰范围,其中以绒布河谷、聂拉木沟、吉隆沟的考察较为详细。但由于受“文化大革命”的影响,本次考察成果的总结受到很大影响,最终成果于1974年才得以出版(中国科学院西藏科学考察队,1974)。但这次考察就珠峰及邻近区域地质问题获得多项重要进展:第一,本次考察首次采用板块构造观点将青藏高原划分为若干板块,其间被昆仑、金沙江、怒江、雅鲁藏布江等多条缝合带所分割(常承法和郑锡澜,1973),这是大陆学者运用板块构造理论解释中国地质演化的第一篇论文。由于论文作者常承法先生在野外经常提及板块构造,人们就赠与他“常板块”的美名。“常板块”也就和“高山栎”、“三趾马”等一起,成为大陆青藏高原早期研究的标志性成果。第二,本次考察将聂拉木地区的岩石分为三大类:即深变质的太古宙变质岩系(珠穆朗玛群)、浅变质的寒武-奥陶系(肉切村群)和未变质的特提斯喜马拉雅沉积岩系(穆恩之等,1973),并在未变质沉积岩系底部厘定出早古生代地层(奥陶纪甲村群,后多称甲村组)。这一层序也被应用于珠峰北坡(尹集祥,1974),从而建立了大陆西藏境内喜马拉雅地区完整的显生宙地层层序。第三,肉切村群可根据岩性进一步划分为下组和上组,两者之间呈整合接触。下组主要为透辉石石英片岩夹二云母片岩,间夹混合岩、糜棱岩;上组为结晶灰岩。除方解石外,下组岩石中还含有石英、斜长石、黑云母、透辉石、绿帘石等矿物,其中方解石和石英显示明显的拉长变形,并定向排列。即总体上看,下组泥质岩为主,变质变形稍强;而上组钙质成分为主,变质变形程度相对较弱。考察还进一步指出,肉切村群与深变质的太古宙岩系之间存在逆掩断层,但与上覆的未变质地层间为整合接触(常承法和郑锡澜,1973)。从上述介绍可以看出,1966-1968年考察的一项重要成就是,认为高喜马拉雅与特提斯喜马拉雅之间存在断层,两者之间应为构造接触,而不是前人认为的整合接触,这一认识对国内喜马拉雅山的研究具有重要学术价值和推动作用。

关于珠峰峰顶岩石的组成,此次考察仍维持上部钙质岩系(8300 m至峰顶,厚约300~500 m)、下部泥质岩系(8300 m以下,厚度超过1200 m)的传统认识(钙质岩系底部的黄带层即为上下两套岩石间的标志层)。下部泥质岩系通过强变形的白云母花岗片麻岩(即淡色花岗岩席)与深变质的高喜马拉雅结晶岩系接触,上部的钙质岩系可向下向北延伸至查雅山一带,且这一带的灰岩与聂拉木的甲村群基本一致。尽管在查雅山一带的灰岩中未发现可证明其确切时代的化石,但根据区域对比,珠峰峰顶的灰岩应该与聂拉木一带的甲村群灰岩形成同时,即大约在早奥陶世中晚期。1960年,中国登山队登顶珠峰时,分别在峰顶和8500 m处采集了岩石样品,它们均是结晶灰岩。此次考察室内总结期间,对这两处岩石样品进行了同位素测定,获得的U-Pb同位素年龄变化在410~515 Ma之间,验证了上述推测。值得指出的是,本次考察在珠峰北部的查雅山测制了地层剖面,将此处发育的泥质岩系命名为肉切村群下组,并发现肉切村群与甲村组群之间为断层接触,但对这一断层的意义,以及它是否有区域代表性,当时并未做进一步研究。

进入20世纪70年代,青藏高原科学考察得到国家层面的高度重视。1973年,中国科学院成立了以孙鸿烈为队长的青藏高原综合科学考察队。这是新中国成立以来时间最长、规模最大、涉及专业最多的一次科学考察。考察成果集中体现在数十部出版的考察报告上。本次科考结束后,中国科学院于1980年5月在北京主持召开了青藏高原科学讨论会。时任中国科学院副院长钱三强任该会议组织委员会主席,秘书长由刘东生担任。会后,60余位国外学者还赴西藏展开为期两周的野外旅行。这此会议是大陆改革开放后举办的首个大型国际会议,得到了中外学术界的高度重视。邓小平在会间接见了与会的部分代表,因而产生了广泛的国际影响。

就喜马拉雅地区而言,本次科考的最大亮点是,为配合中国登山队第二次攀登珠穆朗玛峰,科考队成立了由张洪波任分队长的中国登山队珠穆朗玛峰科学考察分队。这是大陆组织的第三次针对珠峰的考察,也是对珠峰进行的最重要的一次考察。该考察分队分地质、大气物理和高山生理三个专业组,其中地质组参加野外考察人员为中国科学院地质研究所的刘秉光、张洪波、汪一鹏、林传勇、郑锡澜、尹集祥等6人,张洪波任组长。其考察成果1979年已经出版(中国科学院青藏高原综合科学考察队和中国登山队珠穆朗玛峰科学考察分队,1979)。中国登山队在1975年的珠峰攀登过程中,采集了7029~8840 m间45个不同高度的65件岩石样品,这些样品的详细研究结果已经发表(尹集祥和郭师曾,1979)。2022年,作者赴西藏野外工作期间,在拉萨拜见了当年登顶并参与样品采集的罗则、贡嘎巴桑和桑珠3位登山家。他们对当年样品采集的情形记忆犹新。贡嘎巴桑在回忆珠峰峰顶样品采集过程时激动地说:“峰顶采样我晕倒3次,拿了3块石头,我自己一个都没留。那时要赠送什么地方,没有二话”。多么朴实的语言!目前,这套样品保存在中国科学院地质与地球物理研究所,这也是目前全球保存的唯一一套较系统的珠峰岩石样品,具有重要的学术价值。

这次考察中,尹集祥和郭师曾(1978,1979)对珠峰北坡的肉切村群做了进一步划分。1966-1968年考察时,他们曾发现查雅山地区的肉切村群缺乏上组的钙质岩系。本次考察,他们将该地原肉切村群下组泥质岩系命名为北坳组,并从原肉切村群上部识别出上组钙质岩系,但将此钙质岩系予以新的岩石地层单位名称—黄带层。同时,将以前在此处厘定的甲村群命名为珠穆朗玛组(同时废除以前命名的珠穆朗玛群,只保留绒布组,用来表示珠峰一带的深变质岩系)。这样,聂拉木地区的肉切村群泥质岩系(下组)相当于珠峰地区的北坳组,肉切村群上部钙质岩系(上组)相当于黄带层,而甲村群相当于珠穆朗玛组,两地岩石地层可完全对比。

关于北坳组与黄带层及与上覆地层的接触关系,本次考察过程中得到较多关注。1966-1968年查雅山考察时,发现那里的肉切村群与上部的甲村群之间呈断层接触,但它是否有区域意义难以确定,因而尹集祥和郭师曾(1978,1979)仍坚持以前的认识,即北坳组与黄带层、黄带层与珠穆朗玛峰组之间均为整合接触关系,只是它们整体上与下伏结晶岩系(绒布组)呈断层接触。但对更多剖面的测制和研究发现,北坳组与黄带层、黄带层与珠穆朗玛峰组、以及珠穆朗玛峰组与更上部石炭纪岩石之间均为断层接触,汪一鹏和郑锡澜(1979)将其分别命名为下断层、中断层和上断层。野外考察期间的构造学研究还表明,北坳组和黄带层中有大量地层发生褶皱变形的痕迹,这两套岩石整体上可按韧性变形的构造岩系来处理,即报告中述及的“我们觉得,被夹于中下断层带之间的,残缺不全的,出露厚度和层位因地而异的这套浅变质岩系称之为“群”是不恰当的”。报告同时还指出,聂拉木肉切村、甲村等地的肉切村群与甲村群之间也为断层接触,而并不是以前认定的整合接触。该断层下盘的黄带层变形迹象明显,上部的灰岩在靠近断层处存在明显的断层角砾岩。两者变质程度也存在很大差别,只是由于两侧产状相同及乱石覆盖,才误认为两者是连续沉积。也就是说,黄带层与珠穆朗玛组之间的断层具有区域意义。这一认识,是喜马拉雅地质研究中的重大突破。在此基础上,汪一鹏和郑锡澜(1979)提出珠穆朗玛北坡的叠瓦状构造特点;潘裕生(1980)则进一步提出,珠穆朗玛峰可能是由北向南而来的推覆体。尽管有质疑声音出现(张信宝,1981),但在推覆构造盛行的二十世纪七、八十年代,这一认识是非常符合当时学术思潮的,因为当时国际上关于造山带中伸展构造的厘定还处于初期阶段(Davis and Coney,1979;Crittenden et al.,1980)。但正因为这一传统学术思想的影响,也由于当时韧性变形研究在国内尚处于起步研究阶段,从而导致对这些变形运动方向的判定出现了问题。

此次珠峰科考的另一个重要发现是,在下部深变质的绒布组和上部浅变质的北坳组之间存在一套特征的“白云母片麻岩”。此套岩石尽管变形强烈,但仍可鉴定为侵入成因的大型岩席。此外,在这套片麻岩中及其下部存在大量二云母花岗岩、电气石花岗岩及电气石伟晶岩侵入体,偶见少量黑云母花岗岩脉体(刘秉光和张洪波,1979)。这套岩石就是我们现在熟悉的喜马拉雅淡色花岗岩。实际上,英国探险队在攀登珠峰时,就多次发现过此类花岗岩侵入体的存在(Heron,1922;Wager,1933a,1934)。Wager(1965)更是在后来的研究中直接将其命名为“贯入的花岗岩席-injected granite sheets”,并确定其时代在14~16 Ma。同时,他还认为这些岩石不是原地混合岩化的产物,而是深部地壳来源的花岗岩浆在差异应力条件下水平侵位而成,这一认识得到后来研究的支持(Searle,1999b)。

这次考察还在珠峰北部的前进沟、绒布寺东山、秋哈拉沟等地采集到了丰富的腕足和三叶虫等不同门类的化石,证明珠峰峰顶的灰岩确实沉积于早奥陶世。但遗憾的是,珠峰峰顶灰岩一直在化石找寻上未取得突破。后来,日本学者在峰顶灰岩中找到了三叶虫化石(Sakai et al.,2005),这是后话。

进入20世纪80年代后,中国科学院将科考的中心移至青藏高原东部的横断山区以及更北、更西的藏北和喀喇昆仑地区,喜马拉雅地区的科考工作暂告一段落。此时,中国改革开放的大门已经打开,大陆此后先后组织实施了中法、中英、中德、中美等多项国际合作。

3 从国内到国际

1984年,中法合作法方团队提出,聂拉木地区肉切村群与上覆特提斯喜马拉雅沉积的接触关系应为正断层(Burg and Chen,1984;Burg et al.,1984)。这一观点的提出,为认识喜马拉雅的地质演化提供了新的视角,它表明或许喜马拉雅的地质演化已经进入伸展构造阶段。同年6月,中法合作总结性的“喜马拉雅地质科学”国际讨论会在成都召开,并在会后组织了西藏南部的野外旅行。会后,来自美国麻省理工学院(MIT)的Clark Burchfiel提出了中美联合开展喜马拉雅地质研究的想法,得到当时地质矿产部的积极回应。随后,MIT和成都地质矿产研究所在1986-1988年间围绕喜马拉雅地区的伸展构造进行了深入合作,美方的主要参与人员有Clark Burchfiel、Wiki Royden和Kip Hodges等,中方的主要研究人员为陈智梁、刘宇平、邓昌蓉、徐建峨、唐文清等。这次考察的重要成果是藏南拆离系(STDS,South Tibetan Detachment System)概念的提出(Burchfiel et al.,1992)。期间,该合作团队还发表过康马穹隆属于变质核杂岩的设想(Chen et al.,1990)。特别值得指出的是,这次合作不仅发现伸展构造在喜马拉雅地区普遍存在,而且发现藏南拆离系以南逆冲性质的MCT断层活动时代与STDS同时(Hodges et al.,1992)。这样,伸展为主的上部地壳就和挤压为主的下部地壳在喜马拉雅地区同时并存,这一认识一定程度上导致了后来Royden et al.(1997)下地壳流动(Lower crustal flow)概念的提出。

1994年,一项大规模、以地球物理探测为主的中美国际合作开始进行(INDEPTH)。此项合作成果丰硕,合作队中方队长赵文津后来对其进行过系统总结(赵文津等,2008)。此次合作研究,发现了喜马拉雅之下主拆离断层(Main Himalayan Thrust),从而厘定了喜马拉雅造山带的空间几何结构(图2)。另外一项重要成果是,发现西藏南部深部地壳具有低阻特征,可能暗示其处于熔融状态(Nelson et al.,1996)。受此发现的鼓舞,地壳流(channel flow)的概念得到充分关注(Beaumont et al.,2001)。2004年12月,以地壳流为主题的学术讨论会在伦敦召开,会后英国地质学会出版了几乎同名的论文集(Law et al.,2006)。至此,喜马拉雅研究进入一个新的阶段。

作者花了这么长的篇幅来介绍喜马拉雅考察与研究的经过,一方面是要展示,科学的进步永远都是一点一滴的,都是永远站在前人的肩膀上,不存在“从0到1”的突变之说。另一方面,我们祝贺西方学者在喜马拉雅研究上取得的巨大学术成就,但也为我们的先辈地质工作者感到些许遗憾。1964年出版的“Geology of the Himalays”(Gansser,1964)是当时国际上对喜马拉雅最权威的总结,因而该书作者A. Gansser又被称为“喜马拉雅之父”。该书将喜马拉雅地层划分为下部深变质岩系、中部浅变质岩系和上部未变质岩系3套,其间均为整合沉积接触关系(图3)。1973年,中国学者将上述3套岩石分别命名为喜马拉雅群、肉切村群和甲村群(及以上地层),同时在聂拉木地区厘定出深变质系和上覆地层间存在断层(常承法和郑锡澜,1973;穆恩之等,1973),这是喜马拉雅地质研究上的第一个重要突破。然而,J.P. Burg在1984年提出聂拉木正断层时,完全没有引用中国人的这项研究成果。就珠峰峰顶的岩石组成,西方学者划分为下部的泥质岩系和上部的钙质岩系。而中国学者则将上部钙质岩系细划为下部遭受变形的黄带层和上部未经历明显变质变形的珠穆朗玛组灰岩,两者的历史和性质极为不同,两者之间为断层接触,这是喜马拉雅地质研究上的第二个重要进展,也是对珠峰峰顶岩石组成研究的关键突破。1979年,中国学者不但已厘定出组成珠峰峰顶的珠穆朗玛组灰岩与下伏地层呈断层接触,且发现由下部北坳组和上部黄带层组成的浅变质岩系(肉切村群)属于一套韧性变形岩系(汪一鹏和郑锡澜,1979),它的构造学意义远大于其地层学意义,这是喜马拉雅研究的第三个重要进展。在这一认识基础上,Lombardo et al.(1993)及Carosi et al.(1998)将下部绒布组和上部北坳组之间的断层定义为下部韧性伸展断层,而将北坳组与黄带层之间的断层定义为上部低角度正断层。而Searle(1999a)则将绒布组和北坳组之间的下部断层定义为Lhotse拆离断层,而将黄带层与珠穆朗玛灰岩之间的上部断层定义为Qomolangma拆离断层,这两个断层与汪一鹏和郑锡澜(1979)提出的下断层和中断层,或者潘裕生(1980)提出的下断层与上断层位置完全一致。因此,中国学者在喜马拉雅研究上曾取得过多项关键突破,但这些成果在后来西方学者的文献中较少得到体现。即便是近年来的总结(Kellett et al.,2019),对中国学者的贡献也是只字未提。诚然,中国学者的上述诸多认识大多以中文形式发表的,但作者很难相信,二十世纪八、九十年代的国际合作期间,中国同行就一点也没有向西方学者介绍过自己同胞的工作?难道是,中国学者对断层运动方向厘定的不同导致了西方学者无视中国同行的工作?

吴福元院士:希夏邦马六十年

图3 喜马拉雅造山带地层划分方案

作者对1980年前后国外科学家在喜马拉雅的野外考察做了认真的梳理。1979年10月,美国“板块构造代表团”访问中国。这是中国改革开放后第一支进入西藏考察的外国科学家。代表团重点考察了雅鲁藏布缝合带及红河断裂。代表团尽管知晓穆恩之等(1973)和常承法和郑锡澜(1973)在聂拉木地区建立的地层层序和构造学研究(因为这两篇文章均已在《中国科学》英文版上发表)(Bally et al.,1980),但他们未对西藏境内的喜马拉雅作任何实地考察。1980年北京青藏高原科学讨论会结束后,60余位国外科学家在西藏进行了为期两周的野外旅行(6月2日-14日)。地质方面的野外考察由刘东生、尹集祥、潘裕生等带领,考察内容包括聂拉木路线的地层、构造与变质岩等②。考察指导书明确将常承法和郑锡澜(1973)原来厘定的断层命名为甲村逆冲断层(Chiatsun thrust),并安排了专门的考察时间,这在后来的考察总结中都有明确的记载(Shackleton,1981)。作者没有当时参加野外考察的科学家名单,但Plumb(1980)的报告显示,考察队外宾约80人(含亲属),与官方报道的数据吻合,表明大批国外科学家参与了聂拉木的野外考察。1980年7月,为期三年的中法合作项目“西藏喜马拉雅山地质构造和地壳、上地幔的形成和演化”野外工作正式启动,Jean Burg在此期间考察了喜马拉雅的聂拉木、绒布寺、扎嘎曲、定结、亚东、洛扎等多个地区,并最终以聂拉木为例论证了高喜马拉雅与特提斯喜马拉雅之间存在正断层的想法。与常承法和郑锡澜(1973)不同的是,Burg et al.(1984)将断层置于浅变质的肉切村群与未变质的甲村群之间,但他在文献中并未对中国学者早先进行的工作予以任何介绍。我们知道,常承法是②中法合作中方副队长(另一位副队长为李广岑,队长为肖序常),他多次参加联合野外考察和双边学术交流,不可能不向法方学者介绍他在聂拉木一带的研究成果。至于Clark Burchfiel在1984年提出中美合作时,他早已经有了想法或只是参加了6月份喜马拉雅野外后才有了想法,我们就不得而知了。作为国际知名的地质学家,并最早参与北美西部伸展构造研究,他对喜马拉雅有一些新的想法实在是太正常不过了。但作者知道,Clark Burchfiel在1982-1985年与邓启东院士一起主持了海原断裂的中美合作研究。汪一鹏是该合作队的主要参与人员,与Clark Burchfiel有较多的接触,这也是汪一鹏和郑锡澜(1979)厘定的三个断层被Burchfiel and Royden(1985)引用的原因,但在后来STDS概念的归纳和提出上(Burchfiel et al.,1992),常承法和郑锡澜(1973)以及汪一鹏和郑锡澜(1979)在断层构造方面的工作基本就被忽略了。

由于专业的限制,作者到现在也没想清楚,同样一套变质变形岩系,为何早期中国学者认为是向南逆冲,而后来国外学者认定是向北下滑。几十年过去了,仍鲜见有学者对此问题的精细解读。这一方面反映了问题的复杂性,但也可能受到了传统观念的束缚。Burchfiel and Royden(1985)曾推测,STDS在演化的早期可能向南逆冲,而晚期由于喜马拉雅山的隆起而产生向北的垮塌,但后来的研究并没有发现太多向南逆冲的构造形迹(Burchfiel et al.,1992;Lombardo et al.,1993;Searle,1999a),目前认定的早期向南逆冲主要还是基于概念性的挤压造山模型。喜马拉雅山南坡的尼泊尔也出现类似的情况:早期认为变质与未变质岩层之间的断裂向南逆冲,后来提出主要是向北下滑。还有学者提出早期向北下滑,晚期向南逆冲等观点(Kellett et al.,2019及其参考文献)。很显然,这个断层可能并不那么简单,它可能还蕴藏着更多的奥秘等待我们去揭开,因为后来的研究发现,该断层的运动方向还存在有东西向(Xu et al.,2013)。幸运的是,过去的20年,中国学者正成为喜马拉雅研究的主力。我们希望,中国学者能够在喜马拉雅研究上做出更多更原创性的学术贡献。但我们也希望,中国科学家众多的重要工作能够得到西方同行的关注。

无论如何,中外科学家数十年的工作,终于理清了喜马拉雅山大体的岩石组成及相互关系,即下部为高喜马拉雅深变质岩系,上部为未变质的特提斯喜马拉雅沉积岩系,两者之间为遭受强烈韧性变形的构造岩系。具体到珠峰地区,下部深变质的高喜马拉雅结晶岩系可命名为绒布杂岩,而上部特提斯喜马拉雅沉积岩系底部地层仍建议称之为珠穆朗玛组,以体现珠峰的特殊地理位置及其岩性上与聂拉木地区甲村群的不同。比较重要的是上述两套岩石之间浅变质岩系的命名。这套岩石在聂拉木地区被命名为肉切村群,但根据岩石性质建议以后称肉切村杂岩。在珠峰地区,此套岩石包括北坳组和黄带层两个地层单元。尽管它们的岩性有所区别,但它们都是统一的藏南拆离系演化过程的产物,建议以北坳杂岩统称之(图3)。至于这套杂岩的原岩时代和性质,部分学者将其归入高喜马拉雅结晶岩系,但也不排除其为早期特提斯喜马拉雅沉积的可能性,即它与高喜马拉雅在早期可能呈不整合接触,后被藏南拆离系所利用(Wang et al.,2024)。但在喜马拉雅的东部地区(如洛扎),藏南拆离系的层位明显偏高,并将中生代地层卷入其中(Burchfiel et al.,1992)。因此,这套岩石的构造学意义远大于其地层学意义,非常值得未来对其进行区域上的综合研究。此外,近几年的研究还发现,喜马拉雅大量出露的淡色花岗岩也是沿该断层就位,并在侵位过程中发生结晶分异和稀有金属成矿,这也是未来喜马拉雅研究的新课题(吴福元等,2021)。

4 重返希夏邦马

当地质学家将主要目光投向珠穆朗玛峰时,希夏邦马就没有珠穆朗玛那么幸运地被人经常提及了。1964年登顶以后,希夏邦马昔日的光环逐渐褪去,以至于几乎被人遗忘。就是连中国地质学家,他们也不再光顾这座名闻遐迩的地质丰碑了。国际著名学者Peter Molnar教授撰文,明确对希夏邦马高山栎化石推断的青藏高原隆升时间提出怀疑(Molnar et al.,1993)。难道我们的化石鉴定和时代厘定有问题吗?1997年,著名地质学家兼登山爱好者、牛津大学Mike Searle教授发表了希夏邦马峰的最新研究结果(Searle et al.,1997)。他不仅标绘了藏南拆离系在希夏邦马的位置,更是采集了峰顶的样品,认为峰顶是由花岗岩组成的。我们不知道原文作者是否知晓,1964年中国学者已经提出希夏邦马峰顶由变质岩组成(刘东生和施雅风,1964),而不是前人认为的花岗岩。难道这又有问题吗?

出于好奇,更出于求真,本人开始关注希夏邦马峰峰顶的岩石性质问题。无论从何种角度来说,一座完全位于中国境内的8000 m以上的山峰,其峰顶的岩石组成无疑应由中国科学家做出权威回答。当年的科考报告明确提出,6900 m以上见有黑云母片麻岩与花岗片麻岩的互层;7500 m处主要是花岗片麻岩,含黑云母片麻岩条带;7700 m营地向上无岩石露头。登山队员王鸿宝曾在此采集样品,这是这次考察采集的海拔最高的样品了,其岩性为花岗片麻岩与黑云母片麻岩(中有石英脉)互层。但是,Searle et al.(1997)在文献中报道了在7700 m、7730 m、7800 m和8000 m均采得淡色花岗岩样品。由于缺乏精细的路线描述,我们无法判断Searle et al.(1997)文章样品的采集路线(1994年)与1964年中国登山队攀登路线是否相同。但从近年来登山爱好者所拍摄的照片来看(图4),希夏邦马峰顶很可能真的以淡色花岗岩大量出现为特征,即所说的“贯入杂岩-injected complex”。如果这一推论成立的话,希夏邦马峰顶淡色花岗岩中的深色捕虏体很可能是高喜马拉雅结晶岩系顶部的片麻岩,而不是北坳杂岩。无论如何,希夏邦马峰峰顶的岩石层位比珠穆朗玛峰要低得多,其隐含的地质意义值得挖掘。

吴福元院士:希夏邦马六十年

图4 希夏邦马峰照片

(a)希夏邦马峰远景(右侧见岗彭庆峰),照片来自网络③;(b)接近峰顶的花岗岩及可能的深色片岩,照片来自网络④;(c)希夏邦马5800 m大本营(左侧即为新生代野博康加勒群地层,照片由苏涛提供)

很显然,找到当年中国登山队采集的样品,是理清上述矛盾的可行途径。作者想当然地认为,这些样品应该保存在中国科学院地质与地球物理研究所,然而找遍研究所博物馆的所有记录,没有找到任何线索。我也曾怀疑,这些样品曾由李璞先生做过同位素年龄测定,刘东生先生也曾调动至贵阳工作过,青藏高原的科考曾经也由中国科学院自然资源综合考察委员会负责过等,那这些样品是否可能会在中国科学院地球化学研究所或中国科学院广州地球化学研究所,甚至现在的中国科学院地理科学与资源研究所。笔者花了近3年的时间到这些研究机构寻找样品,基本一无所获。但峰回路转,2022年4月一个偶然的机会,我得知当时在中国科学院西双版纳热带植物园工作的苏涛博士在北京自然博物馆(现国家自然博物馆)见到了当年的高山栎化石,并且得知他前一年已重返希夏邦马,到达了5800 m营地(胡珉琦,2021⑤)。我立即联系苏涛,进而了解到当年科考采集的样品可能全部保存在北京自然博物馆。当后来见到那些曾苦苦寻找的岩石样品时,我激动的心情可想而知。更令我感到意外的是,这些样品的标签仍是中国科学院地质研究所,但我确实不知道这些样品是如何转运到了这里,但所幸所有样品保存完好!

然而,仔细核对发现,这些样品均采自5800 m大本营及更低海拔地区,更高至峰顶的岩石仍无踪影。我甚至怀疑中国登山队当年是否真的采集过5800 m营地以上的岩石样品了。检查刘东生先生的野外日记,1964年4月25日有这样的记载:“二线的王宏宝从山上背下三十多块石头,看样子全是半粘土质的岩石,为花岗质物质所侵入的。这和在5800 m所见为一单斜构造相吻合”。刘东生先生还在这段文字的边上手绘有希夏邦马峰顶的岩石组成剖面(与他后来发表的图完全一致)。尽管对图例没有说明,但能猜得出其下部为花岗片麻岩,上部为变粒岩。因此,5800 m以上采集过岩石样品是不容置疑的。只可惜,这些样品后来均未有正式的研究报道。或许是样品太小,难以开展进一步的工作?如果有哪一位读者知晓这些样品的保存地点,请及时联系作者,因为这些样品对我们研究希夏邦马峰的组成具有重要意义。顺便提及,这里提到的王宏宝,实际上应为王鸿宝(有时又被称为王洪宝)。他求学于北京地质学院,毕业后在中国登山队工作。地质地球所目前保存的珠峰岩石样品,大多是由他在1975年那次著名的登顶过程中采集的。遗憾的是,他1979年10月在珠峰因雪崩而遇难。和他一起遇难的还有曾成功登顶希夏邦马峰的尼玛扎西,以及另一位中国登山队员洛朗(罗朗)。

转眼来到2024年,这已是希夏邦马成功登顶60年。第二次青藏科考曾考虑登顶希峰,采集冰雪与岩石样品。我们十分期待!因为,中国人应该拥有一套甚至数套希夏邦马峰的岩石样品。这样,当我们再次研究希夏邦马峰时,就不需要再求助于国外学者了。甚至,我们可以向他们提供我们自己采集的样品,以及基于这些样品的研究成果。但2023年秋季发生的山难,使这一计划暂时搁浅。

尽管如此,在过去的60年里,大陆的地质工作者仍在希夏邦马周边地区进行了大量卓有成效的工作,东西两侧的樟木沟和吉隆沟是目前大陆境内喜马拉雅研究程度最高的地区。本专辑就是近年来这一工作的集中展示,它一共收录了19篇文章,其中13篇为希夏邦马峰为中心的聂拉木和吉隆沟的研究工作。其主要成果包括:(1)希夏邦马峰地区三趾马和高山栎等化石的最新研究进展(邓涛等,2024;李强等,2024;刘佳等,2024;苏涛等,2024);(2)希夏邦马峰山体的变质岩和花岗岩等基本岩石组成、及对喜马拉雅造山和隆升过程的意义(刘小驰等,2024;王佳敏等,2024);(3)藏南拆离系在希夏邦马峰周边地区的运动学属性、活动时代和发育过程(褚杨等,2024;闫佳鑫等,2024);(4)希夏邦马峰周边地区淡色花岗岩及相关的稀有金属成矿作用(高利娥等,2024;侯康师等,2024;胡方泱等,2024;谢磊等,2024;杨雷等,2024)等。上述成果充分显示,希夏邦马峰的科学内涵正在不断扩大,希夏邦马峰的科学考察应仍该继续。

5 再看喜马拉雅

隆升是喜马拉雅和青藏高原研究的核心主题,因为它改变了亚洲的地貌及大气环流格局,进而影响了我们的生活(Molnar et al., 1993)。但喜马拉雅和青藏高原是何时隆升到足以影响亚洲的气候,这并不是目前能轻易回答的问题(An et al., 2001;Guo et al.,2008)。研究隆升,实际上就是阐明隆升的机制,而机制的解决在很大程度上取决于对隆升时间和隆升幅度的认知。一般认为,印度与亚洲的碰撞导致了喜马拉雅山和青藏高原的形成,这是科普说法,与严肃的学术定义相差甚远。学术界目前比较认可,喜马拉雅和青藏高原在隆升的历史上未必完全一致,差异隆升是大家的共识(Wang et al.,2008)。就喜马拉雅山而言,现在基本明确,印度与亚洲的碰撞大约在60~65Ma以前就已开始,喜马拉雅的海水大约在40Ma左右退出,而喜马拉雅山的隆升大约发生在15~25Ma左右(Ding et al.,2017,2022)。这一认识与1964年希夏邦马考察的认识相去甚远,这就是要对希夏邦马再次考察的原因所在。

另一方面,目前对喜马拉雅隆升机制存在较大争议。这一争议的焦点,就是关于藏南拆离系(STDS)的形成机理(张进江,2007)。早先认为,STDS是由于喜马拉雅山隆升而产生的重力垮塌(图5a;Burg et al.,1984;Burchfiel and Royden,1985;Burchfiel et al.,1992),但后来一直未发现喜马拉雅山在STDS发育前就已显著隆起的证据。构造楔模型与俯冲隧道较为类似(图5b),它一定程度上解释了高喜马拉雅系的变质作用特征,但对该岩系折返的原因并未讨论。因此,现在比较都多的学者支持,正是向南的地壳流动才导致了喜马拉雅山的隆升(图5c)。这是一种新的造山机制,与传统的造山理论完全不同。作者对该模型的接纳也走了一段弯路,但新的事实不断提示作者,对该模型要加强研究,只有这样才能有所发现、有所创造。逆冲堆叠模型与地壳流模型有所类似(图5d),均强调了高喜马拉雅岩系早先位于地壳的深处,但这均与高喜马拉雅岩石具有进变质的特点不相吻合(张泽明等,2017;王佳敏等,2022)。因此,我们多次提出(吴福元等,2017,2021),高喜马拉雅岩石的折返可能是由于印度大陆俯冲到青藏高原下部发生板片回转或与板片断离有关。在这一背景下,深部热异常导致俯冲前缘的印度大陆地壳发生部分熔融,然后该部分熔融的地壳由于密度差沿早期俯冲界面向上运移。部分熔融的熔体沿拆离带向上部集聚,形成岩席状展布的喜马拉雅淡色花岗岩,而折返的印度大陆地壳由于减压作用也发生一定程度的部分熔融,形成高喜马拉雅岩系中的深熔脉体。因此,熔体是导致岩石折返或喜马拉雅山隆升的主要因素。显然,在更大的尺度上,对整个喜马拉雅山开展综合研究是中国地质学家在造山作用理论上可能有所建树的重要突破口。

吴福元院士:希夏邦马六十年

图5 喜马拉雅山隆升和STDS形成模式图

(据He et al.,2015;Kellett et al.,2019)

GHS和TSS分别代表高喜马拉雅和特提斯喜马拉雅

1960年中国人登顶珠峰,其主要缘由是当时中尼边界的划分。尼泊尔一方认为,中国人从未登顶过珠峰,因而对珠峰的归属没有决定权。同样是这一年,地球上8000 m以上的高峰几乎均已被人类所征服,只是位于中国境内的希夏邦马峰是个例外。无奈,中国人被迫登顶希夏邦马峰。60年过去了,中国的经济、科技等各个方面已今非昔比,专业登山队已经可以不时光顾这些山峰了。即使是业余登山家,他们在专业人员的指导下,登顶这些山峰也并非高不可攀。除我们前面讨论过的珠峰和希夏邦马峰外,我们对喜马拉雅山中其他那些8000 m以上的山峰是否有了很多的了解呢,特别是位于中尼边界上的马卡鲁峰、洛子峰和卓奥友峰?

洛子峰,世界第四高峰(8516 m),它是珠峰南侧位于中尼边境上的另一座山峰。珠峰北侧以北坳与章子峰相隔,而其南侧则以南坳与洛子峰相望。根据Searle(1999a)的研究,洛子峰的岩石组成为浅变质的肉切村群,但中国人从未从自己境内一侧登顶过该峰。即使是从尼泊尔境内登顶,也未见过峰顶采集的样品及其研究报道。幸运的是,洛子峰与珠峰相距仅3 km,我们对它的了解很大程度上可借鉴珠峰的资料。从拍摄的照片来看(图6a),洛子峰峰顶岩石层位上位于黄带层以下、淡色花岗岩之上。因此,洛子峰确实由北坳杂岩组成。但位于中尼边境上的另一座山峰——马卡鲁峰就没那么幸运了。马卡鲁峰,世界第五高峰(8463 m),位于珠峰东南方向约20 km的地方。这是一座峰顶为淡色花岗岩的著名山峰(图6b),以红柱石和堇青石矿物的出现为特色。西方学者对此有较多的科学研究,发现淡色花岗岩呈1~2 km厚的岩席形式存在(Schärer,1984;Streule et al.,2010;Visonà et al.,2012)。但遗憾的是,中国人也从未从境内一侧登顶过该峰。因而,我们对该峰地质情况的了解只能依据国外学者的资料。

吴福元院士:希夏邦马六十年

图6 喜马拉雅中部中尼边境地区若干山峰峰顶照片

(a)珠峰-洛子峰;(b)马卡鲁峰;(c)珠穆朗卓峰;(d)卓奥友峰(照片来自网络⑥)

笔者是一名花岗岩石学工作者,对马卡鲁峰的岩石样品很为关注。但国外学者更是提及(Searle et al.,2003),马卡鲁峰北侧有一座完全位于大陆境内的7804 m的山峰——珠穆朗卓峰,也是由淡色花岗岩组成(图6c)。珠穆朗卓是中国境内仅次于希夏邦马的第二高峰,其后才是南迦巴瓦(7782 m)、纳木那尼(7694 m)、公格尔峰(7649 m)、贡嘎山(7556 m)等。珠穆朗卓与珠穆朗玛遥相呼应,它们共同在一起有一个漂亮的名字——卓玛。法国人1954年就登顶过它,日本、俄罗斯、美国的登山家们后来也都曾光顾过这座山峰,但中国人却从未登顶过这座属于自己的山峰。

再到世界第六高峰(8201 m)的卓奥友峰。它位于珠峰以西的中尼边境上,其间隔有世界第15高峰——格重康峰(Gyachung Kang,7952 m)。中国人曾多次登顶过该峰,但我们能够检索到的对该峰的研究主要是Mike Searle发表的文献。正是对这座山峰的研究,他提出了喜马拉雅淡色花岗岩为大型岩席的观点(Searle,1999b)。2008年,中国地质大学登山队曾登顶该峰,并采集了5793~6435m的10件岩石样品,为我们了解卓奥友峰的组成和喜马拉雅山的地质演化提供了重要信息(高成等,2014;杨雷等,2022)。但遗憾的是,这些岩石样品几乎没有得到保存。而且,对该山峰上部约1800 m的高度,登山队没有采集任何样品。Searle(1999b)认为,卓奥友峰峰顶是由和珠峰峰顶一样的奥陶纪灰岩组成。从目前拍摄的众多照片来看(图6d),卓奥友峰海拔7700 m的黄带层清晰可见,其下部为巨厚的贯入杂岩,而黄带层之上的灰岩似乎又可进一步划分为下部灰色和上部浅色两种类型,但对这些岩石的详细情况,我们还无法给出更多的信息。第二次青藏科考2023年度开展了卓奥友峰登顶,我们幸运地获得了部分高海拔地带的岩石样品。我们期望,这些样品能够帮助我们回答该山峰形成的一些关键问题。但由于冰雪覆盖,我们对峰顶的岩石组成仍所知甚少。

笔者讲述这些著名山峰的岩石组成,并不意味着地质学家仅研究峰顶岩石即可,而是希望通过对峰顶样品的采集带动该地域整体地质的研究。基于同样的理由,我们还需要对喜马拉雅山南坡的诸多山峰及相关地质问题进行研究。喜马拉雅是地球上最年轻的大陆碰撞造山带,是研究大陆形成演化的天然实验室。但同样是年轻的造山带,喜马拉雅在地质学上的贡献可能还是要逊色于阿尔卑斯造山带。从新中国成立到青藏高原科学讨论会召开的1980年,中国科学家在青藏高原获得了“常板块”、“高山栎”、“三趾马”为代表的研究成果。国外学者当时在中国的周边也进行了大量工作,获得过很多重要的认识,甚至提出了若干影响未来研究的主题(Molnar and Tapponnier,1975;Tapponnier and Molnar,1976)。但那个阶段我们与国际学术界缺乏交流,导致后来一定程度上的不适应。20世纪的后20年,是国际上喜马拉雅研究最活跃的年代。藏南拆离系及地壳流模型的提出,不仅是提出喜马拉雅新的造山或隆升模型,更重要的是揭示出地壳不同层次间的解耦,同时开启了地壳深部与浅部及表层系统的综合研究(Molnar and England,1990;Zhang et al.,2001)。在这一学术思路演变基础上,中国科学院为配合2005年珠峰高度测量成立了以康世昌为队长的珠峰地区综合考察队,其中地质分队队长由丁林研究员担任。这也是大陆第四次有组织地对珠峰进行综合考察研究。随后,中国科学院启动了由姚檀栋和吴福元担任首席科学家的“青藏高原古高度研究”项目群(2009-2012)和“青藏高原多层圈相互用及其资源环境效应”先导专项B(2012-2016)研究。虽然喜马拉雅山的形成演化不是这些项目的重点,但这些项目的实施,为中国科学家追赶喜马拉雅造山作用研究的步伐提供了重要基础(Yao et al.,2015;Ding et al.,2017)。此外,目前正在实施由姚檀栋为首席科学家的“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”(简称丝路环境)中国科学院先导专项A和“第二次青藏高原综合科学考察研究”(简称二次科考)国家重大项目研究,喜马拉雅地质研究迎来新的转机。独特的地理位置决定了喜马拉雅研究必须要有国家级的长远规划,以确保中国科学家在喜马拉雅研究上有所作为,对人类有所贡献。

不但名山大川的岩石样品如此,喜马拉雅地区其他方面的研究也同样需要顶层设计和长期坚持。珠穆朗玛峰的海拔高度是一个高度大众化的问题,但也是非常严肃的学术问题。作为地质学家,我们关心的是,珠穆朗玛峰的高度是否发生过变化。或者,是如何变化的。如果从1975年算起,中国对珠穆朗玛峰海拔高度的高精度测量已有近50年的历史(表1),但我们现在还不能回答,过去的50年里,珠峰究竟是长高了,还是变矮了。目前的数据显示,珠峰冰雪覆盖层似乎增厚了,而岩面高度却降低了。但这些数值是不同年代、用不同方法、采用不同参考系获得的,相互之间是否可以对比,需要专业人士给予解读。或者说,我们还需要持续的观测才能确切地回答这一问题,而这一问题与喜马拉雅山的形成密切相关。

表1 珠穆朗玛峰海拔高度测量

吴福元院士:希夏邦马六十年

6 结语

希夏邦马、珠穆朗玛、珠穆朗卓……,喜马拉雅群山中美丽的山峰,令人神往!这些名山峻岭现在已是诸多登山爱好者的打卡地,但地质学家需要到更高的海拔去做考察、采集样品,进而予以研究。攀登近8000 m以上的山峰,是对人类生命极限的挑战,获取那儿的岩石样品更是不易(赵耀,2019⑦)。但由于技术的进步,实现这种攀登对很多非职业登山者来说已不是不可能。因此,如果有哪位登山者登上了这些顶峰,我们衷心祝贺你!但也请你在可能的情况下,采集一点岩石样品,转送给你熟悉或知道的地质学家。我们需要回答这些山峰的组成,这是地质学家的职责。在科研日益个体户或作坊化的今天,获取任何一件极高海拔山峰岩石样品,对地质学家来说都是极度的奢侈,但我们只能这样。

脚注:

① 照片网址:秋日生活打卡季. 西藏这条世界级大道,可以邂逅9座8000米级高峰(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 照片网址:老蒙eki8d3tdc9. 阿里,阿里!(2). 个人图书馆 (2021-8-14,www.360doc.com/content/21/0814/15/52773333_991028008.shtml).

④ 照片网址:飞雪静静(BJ). 希夏邦马登山日记6-顶峰感受日出. 马蜂窝 (2008-11-2,https://www.mafengwo.cn/i/545628.html.

⑤ 胡珉琦. 在“生命禁区”穿越五十年. 中国科学报,2021年6月16日第四版.

⑥照片网址:(a) 珠穆朗玛峰与洛子峰. 摄图·新视界(https://xsj.699pic.com/tupian/0go3yv.html); (b)小A学长. 14座8000级高峰,你选哪个做座右铭? 新浪新闻中心 (2018-5-24,https://k.sina.com.cn/article_2077491865_7bd402990010061on.html); (c)珠峰东坡· 嘎玛沟·世界十大经典徒步线路·12日之旅. 山人行旅行(www.sc3rx.com/detail.html?iid=3139&activityId=20034844); (d) https://(刘小驰提供)及https://bbs.8264.com/thread-5522187-1-1.html(插图).

⑦ 赵耀. 你见过14座海拔超过8000米高峰上的石头长什么样吗?中国西藏网(2019-3-10,media.tibet.cn/wap/photo/content_11845.shtml).

作者简介:

吴福元(中国科学院地质与地球物理研究所,岩石圈演化国家重点实验室;中国科学院大学地球与行星科学学院):研究员,从事岩石学研究。

基金项目:

*本文受国家自然科学基金项目(91755000)和第二次青藏高原综合科学考察项目(2019QZKK0808)联合资助。

本研究刊登在《岩石学报》2024年第40卷第5期:

吴福元. 2024. 希夏邦马峰六十年. 岩石学报, 40(5): 1365-1381.

并免费下载PDF文件

排版:李馨瑜(中国石油大学(北京)地球科学学院)

校对:邱梓惠(中国科学技术大学地球和空间科学学院)

点击蓝字查看期刊全文并免费下载PDF文件