對於地質工作者而言，青藏高原無疑是研究的天堂。科學家們來到羌塘盆地，不光找到了放射蟲矽質巖，還在藏北發現生物礁，這意味著3.85億年前，北羌塘有可能是溫暖的淺海…
出品：格致論道講壇
以下內容為中國科學院南京地質古生物研究所研究員張以春演講實錄：
大家好，我是張以春，來自中國科學院南京地質古生物研究所。在2001年大學三年級時，我就第一次去青藏高原參加地質考察工作。從那時開始至今，我已經去過青藏高原23次了。今天，我想和大家分享在青藏高原上一些比較有意思的科學發現。
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談到青藏高原，可能大家的第一印象是青藏高原非常漂亮，有壯麗的冰川和雪山，有遼闊的藏北湖泊，還有在草原上奔跑的各種各樣的野生動物。這些都是我們在野外拍到的。
▲下圖從左到右：菊石、珊瑚、腕足
但是，我們更關註的卻是腳下的石頭。對於地質工作者來說，整個青藏高原就是研究的天堂。尤其是在一望無際、一片荒涼的藏北高原上，這些石頭都裸露在地表，我們只要俯下身，就能在石頭裏找到非常多的精美化石。
提到化石，大家可能對恐龍的印象最為深刻。科學家透過對恐龍化石的研究，知道了恐龍會前進演化成天上飛的鳥類，這就說明研究化石在生物演化上有重要的意義。
除此之外，化石還有重要的地層和環境指示意義。什麽意思呢？因為化石所代表的古生物是有它生活的年代和環境的。提到恐龍我們知道，它主要生活在侏羅紀和白堊紀，生活的環境主要是陸地。
尋找青藏高原上的那片海
大家還可能聽說過，喜馬拉雅地區曾經是一片汪洋，這也是可以用化石證明的。其實不止是喜馬拉雅地區，整個青藏高原曾經都在海洋裏。
▲古地理重建圖（3億年前）
https://deeptimemaps.com/
這是一張古地理重建圖，展示了地球3億年前的模樣，和今天是很不一樣的。如果要在這張圖上去找青藏高原，可能就比較復雜了，因為它被分得到處都是。主要的一部份塊體在南半球的高緯度地區，和東亞的主體之間隔了一個古特提斯洋。
▲古地理重建圖（0.5億年前）
https://deeptimemaps.com/
在3億年之後，這些板塊分別在不同的時間從南半球脫離，一直向北半球漂去。到了新生代早期，我們可以看到這樣的面貌，和現在的西藏就比較相似了。不過還有點差別，當時的海水還沒有結束去。直到印度板塊和歐亞板塊完成了最終的碰撞，高原隆升，海水結束，我們就見到了今天青藏高原的模樣。
所以，青藏高原在大家看來是一個非常非常大的整塊「鐵板」，但是在我們看來，它是由很多個不同的板塊經過復雜的演化最後「拼」起來的。
那麽問題來了。你說在3億年前，青藏高原的一部份在大洋另一邊，或者說當時的這個大洋就是從今天的青藏高原上穿過的。但是，它究竟是從哪裏穿過的呢？
前輩科學家們給出了很多種不同的假設，就是這張圖中這些白線的位置，叫做縫合帶。在1987年，吉林大學的李才教授（當時在西藏地礦局）首次提出，羌塘盆地中部的龍木錯-雙湖縫合帶代表了這個洋盆當時經過的位置。就是圖中這些紅點所在的位置，它分割了北邊的北羌塘地塊和南面的南羌塘地塊。
這個觀點提出之後，在學術界引起了很大爭議。比如有人說這不是一個縫合帶，是一個裂谷帶。那我們就想，能不能從化石的角度來研究這樣的問題呢？於是我們就花了很多年去羌塘盆地考察。
羌塘在藏語中是指北方的高地，它是青藏高原北部一個海拔特別高、人煙非常稀少、絕大部份都是無人區的地方，也是國家級自然保育區。羌塘分為兩個盆地，一個南羌塘，一個北羌塘，中間是中央隆起帶，就是圖中車北邊的這排高山，我們也把它稱為龍木錯-雙湖縫合帶。
2020年9月，我們科考隊來到了羌塘盆地中部的榮瑪鄉開展考察，正好就在縫合帶的位置上。
當時在這個溝口，我們看到一排藏野驢，長得非常地好看。但是，這個溝裏還有一堆野牦牛。大家可能不太了解野牦牛，它們對車輛的攻擊性是非常強的。
所以鑒於這樣的危險，我們暫時停了一會兒。正好在下車的時候，就找到了這種石頭，黑黑的，表面像塗了一層油一樣，它叫做矽質巖。
形成這種石頭有兩種可能性。一種是在海裏面由放射蟲化石沈積而成，一般形成於深海的環境，這種叫深海的放射蟲矽質巖。另外一種是火山噴發形成，由熱液形成的矽質的膠結，這種裏面是找不到化石的。
▲Li et al., 2024
我們在野外拿到石頭時，也看不清裏面有沒有化石，於是就拿回來進行分析。後來我的同事告訴我，這不僅是放射蟲矽質巖，而且放射蟲的時代是泥盆紀晚期，距今大約3.7億-3.6億年。
知道這個訊息的時候我非常興奮，因為這就是我們苦苦尋找的證據。這個發現就表明了在3.7億-3.6億年前，當時沿著羌塘盆地中部的龍木錯-雙湖縫合帶已經存在深海環境了。
一南一北，冷暖大不同
如果它存在深海，那麽接下來的問題就是，當時北羌塘地塊和南羌塘地塊在這個洋盆的兩邊，會不會給生物的面貌帶來差別？帶著這個問題，我們在2021年5月到了阿裏北部的無人區考察。
這個地方屬於北羌塘地塊，海拔非常高，5200公尺以上，之前我們誰都沒去過。
我們20多個人帶著幾台車，第一天進去就碰到了大雪，大雪把路基本上全部蓋住了，看不清路。但是後來我們商量了一下，覺得能進來很不容易，就咬著牙，慢慢地把車開進了無人區。從早上一直開到下午4點鐘，我們才到達預定的地點。
準備紮營的時候，我們發現新的問題又來了：找不到淡水。能找到的都是鹽堿地的水，那些水是不能喝的。於是我們又緊急派兩台車到處找淡水，還好在山腳下發現了一處泉水，所以我們就在這個地方安營紮寨了。
紮好營之後的第一天考察時，我們就在獸形湖地區找到了這樣的一種地形。它呈獨立的小小的山包狀，就像一些小火山。
▲珊瑚生物礁
但我們走近一看，發現這裏面有非常多化石。所以它不是火山，它是典型的生物礁。
▲上：海綿
中：層孔蟲
下：珊瑚
這還是第一次在藏北發現生物礁，我們就把它采回來切片研究，發現它主要由海綿、層孔蟲還有珊瑚組成。
▲今天澳洲昆士蘭東北部的暖水生物礁
可以想象一下，在3.85億年前，當時的北羌塘可能就像現在的澳洲一樣，陽光非常好，水體非常溫暖，這些生物都非常繁盛地生長著，造出很多的骨架，最後都變成了今天的化石。這些化石發現告訴我們，這個地方一直是溫暖的淺海。
▲左：雙點達阪石炭紀早期地層和腕足化石
中：尼瑪縣嗩吶湖石炭紀晚期地層和䗴類化石
右：尼瑪縣嗩吶湖二疊紀最早期，發現重要䗴類球希瓦格䗴Sphaeroschwagerina
我們在無人區繼續考察的時候，還發現了雙點達阪一帶3.5億-3.4億年前的化石，以及北羌塘地塊中部嗩吶湖一帶3.15億-3億年前的化石。幾千萬年的時間裏，整個北羌塘地塊全部都是碳酸鹽巖，而且化石非常豐富。這麽多的腕足化石、䗴類化石都告訴我們，這個地塊一直都非常溫暖。
那麽接著我們就要看看，在這個縫合帶南面的南羌塘地塊當時是怎麽樣的面貌。在2014年8月，我們就來到了多瑪地區進行考察。
▲上：日土縣多瑪鄉北部的冰海雜礫巖（約2.95億年前）
下：現代極地冰海
我們當時就發現了這樣的一種石頭，它看上去非常不協調，就是一個大礫石。它在學術界叫做冰海雜礫巖，是由冰川形成的。就相當於現在的南極有大陸型冰川，在冰川的外邊有很多的浮冰，浮冰裏夾了很多的石頭。當浮冰融化的時候，這個石頭就往下掉，砸碎了海底正常的沈積，這就是為什麽我們能看到這種不協調的現象的原因。這種現象告訴我們，南羌塘地塊當時是在高緯度地區，而且它非常地冷。
▲南羌塘木實熱不卡地區冰海雜礫巖（2.95億年前）
在2023年，我們在木實熱不卡地區考察的時候也找到了另外一種石頭。它和我們在西部發現的一樣都是冰海雜礫巖，但是它的基質是泥巖，這說明當時海底是泥巖的沈積，而且它的成因更加復雜。
▲南羌塘地塊紅土達阪一帶冷水腕足化石（2.92億年前）
那麽在這種冷水環境之下，要是想去找暖水生物像復體珊瑚、大型䗴類這樣的化石，基本上是找不到的。但是有一種生物能夠在冷水的環境下生長，就是我們在紅土達阪一帶發現的這種大大的厚殼的腕足類化石。它能夠適應冷水的環境。
▲https://deeptimemaps.com/
所以我們用化石的證據就確定了，當年李才老師提出的龍木錯-雙湖縫合帶確實是當時的古特提斯所在的位置。在3.7億-3.6億年前，沿著這個帶裏已經是深水了。6000萬年之後，這個洋盆越開越大，南羌塘地塊已經跑到高緯度地區了，所以我們能見到冰磧巖和生活在冷水裏的動物群。
相比之下，北邊的北羌塘地塊一直在中低緯度地區，所以上面的生物群所代表的的水域就非常暖和。
揮別南方大陸的南羌塘
化石能夠告訴我們當時的海洋是怎麽擴張的。那接下來的問題是，我們今天看到的南羌塘和北羌塘是連在一起的，但是3億年前它們隔著幾千公裏，這個過程是怎麽發生的？
▲https://deeptimemaps.com/
我們想了解當時的南羌塘是怎麽樣、什麽時候從南面大陸跑走的，所以我們又到南羌塘地塊做了很多年的工作。
▲南羌塘地塊多次考察（2006，2009，2014，2017，2022，2023）
因為南羌塘地塊非常非常復雜，我們做了好多次的科考，終於釘選了南羌塘地塊西部的剖面，這可能是一個非常重要的剖面。
▲日土縣多瑪鄉脫塔拉剖面
這個地質剖面有三四公裏長，從這個剖面可以看到，底端是深水，再到上面逐漸變成淺水。它記錄了這個地塊從南方大陸裂解的完整過程。也就是說，大家現在看到的山頂上突出來的石頭，代表到這個時候南羌塘已經不在南方大陸邊緣了，裂解出去了。
裂解出去之後對生物群有沒有什麽影響呢？想找到答案，我們就要看看山頂上究竟有什麽化石。
我們在2017年5月花了3個小時從山底爬到了山頂，但是非常地不幸，到了山頂就迎來了風雪暴。風雪暴不是正常的下雪，那個雪打在臉上就像刀割的一樣。但是我們也不可能再花3個小時再爬一次山，所以我們就在這個石頭的反面躲著，等風雪暴過後再進行考察采樣。
風雪之後見彩虹，我們找到了非常多的珍貴化石，包括很多的腕足類、復體的珊瑚、還有很多的䗴類，時代是2.9億年前。它們呈現出一衍生機勃勃的樣子，是生活環境非常暖和的生物群，和當時的南方大陸是非常不一樣的。
但是我們也要確定一下，這種生物群的變化是由氣候變遷還是板塊運動引起的。為了驗證這一點，我們就需要進行對比。
我們來看看當時南羌塘地塊的南面，當時拉薩地塊在這個時間段內發生了什麽。
這是2011年我們在申紮縣木糾錯地區考察的一張照片。可以看到在2.7-2.8億年前，這個地塊上還能找到非常多的偏涼水的牙形類生物，還有這種一個一個的單體珊瑚。這些化石指示的環境是偏涼水的，這說明拉薩地塊在2.75-2.8億年前還是偏涼的環境。
▲沈樹忠等，2024
相比之下，我們剛才說的南羌塘地塊在2.9億年前就已經非常溫暖了，對比起來看它們兩個的差異非常大。所以根據這樣的證據，我們認為南羌塘地塊是在2.9億年前從南方大陸裂解的，裂解之後在南面形成了一個新的洋盆，我們把它叫做中特提斯洋。
▲Stampfli and Borel, 2002
其實，從南方大陸裂解的不僅僅是南羌塘地塊，它的範圍很大，從伊朗到阿富汗、喀喇昆侖，再到我們雲南的西部，到緬甸、馬來西亞、印度尼西亞，上萬公裏的地塊都在2.9億年前從南方大陸裂解了。為什麽？到目前為止，這還是地質上的一個謎團。
但是可以看到，青藏高原正好位於這個上萬公裏條帶的核心位置，所以在青藏高原上做的工作是解釋一些重大科學問題的關鍵。
青藏高原的故事仍在繼續
研究地質除了有科學意義外，還有現實的意義。比如遠在藏北的羌塘盆地現在是國家資源勘探的重點盆地。
▲北羌塘地塊熱覺茶卡一帶
二疊紀晚期的煤層（2009年5月）
我們在2009年考察的時候，就在2.52億年前的地層裏發現了一條黑黑的煤層。
▲昌都地區二疊紀晚期的煤層（2019年10月）
10年之後，我們在北羌塘地塊的昌都地區考察的時候，同樣也找到了一個煤層。這引起了我們非常大的興趣。
我們就對這個問題開展了研究，證明了煤實際上只能分布在當時的北羌塘地塊上，它形成的煤是受當時特殊的板塊構造控制的。但是你要是看現在和它相鄰的南羌塘地塊，就在這個時代找不到煤。因為在地質歷史上，它們並非是鄰居，而是相隔了一個數千公裏的大洋。
這張圖展示了我們20多次在青藏高原開展工作的各個科考點。我們在近幾年的考察中也發現了許多前人沒有發現過的生物群，結合著其他的學科，我們也提出了青藏高原板塊演化的規律性。
近幾年，我們也把考察點延伸到了國外，到了伊朗、巴基史坦和緬甸等地區。但是我們發現，隨著研究的深入，更多、更難的科學問題也湧現了，這就需要我們進一步地開展考察的工作。所以我們還會繼續前往西藏。
給大家展示一個科考的野外實錄，這是2021年5月我們去西藏無人區考察的影像。當時進入無人區的時候下著暴雪，找到紮營點之後，我們一部份人在洗碗，一部份人在搭帳篷，分工非常明確。因為當時正在下著雪，所以我們要趕緊把營地給撐起來。
在這個地區的考察過程中，我們也找到了非常多重要的化石，包括石炭紀的珊瑚、腕足，還有泥盆紀的生物礁。而且這個地區也非常有意思，有很多的野生動物，特別是這些藏野驢會和車進行賽跑，這是跑過西藏的人都知道的。
我們每天上山都會背著很重的石頭下山，非常辛苦。但幸福的是，我們能找到各式各樣前人沒有發現過的化石材料。
盡管青藏高原還是比較艱苦，但是20多年的研究讓我們深切地感覺到了國家經濟的發展和藏區生活的改善。曾經泥濘的道路變成了現在通暢的柏油路，甚至在藏北的一些小鎮裏，我們都能拿手機掃碼來采購物資了，在紮營的時候我們還能跟家人連線視訊。這是以前想都不敢想的。
接下來，我們李四光青藏高原地層古生物科考突擊隊將再次進入西藏，趕往羌塘無人區進行考察。
我希望這次能有更多新的發現，來服務於重大的科學問題和國家的重大的需求，把青藏高原這張圖「拼」得越來越好。
謝謝大家！
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