太行山嶂石岩的形成与演化
2018-10-24 20:09阅读：
太行山是中国第二级台地和第三级台地的转折带。
嶂石岩地貌是在太行山中、南段广泛发育的地貌景观类型。红崖赤壁和深谷大峡是嶂石岩地貌的特征、也是太行山中段山地的标志性地貌景观。由红色石英砂岩构成的崖壁，相对高度达600米到700米，其上为鲕状灰岩覆盖。
图1 河南林州石板岩乡嶂石岩大峡谷
笔者在自己撰写的《太行山地质地貌新解》中认为，太行山嶂石岩实为广义馒头组同期沉积物，嶂石岩上面的鲕状灰岩与山东长青的徐庄组和湖北宜昌的的三游洞群，应为同期大海侵沉积物。笔者这次希望通过在太行山地区最新观察发现的细节情况，和对这些最新材料的思考做进一步阐述，弄清楚其来龙去脉。
1，嶂石岩的初始形成环境，是发生在华北地区三山子组上面一组规模巨大的陨击事件造成的。由于这次在中国东部发生的一组陨击事件，造成了陨击坑附近地壳的剧烈波动，在太行山这个地区形成了的凹陷，为大规模陆相沉积提供了条件，换句话讲是为嶂石岩的沉积提供了条件。嶂石岩为陆相沉积形成的，赤红的嶂石岩层是氧化环境形成的。嶂石岩必然沉积在华北三山子组同时期的最高层面上，嶂石岩的沉积是环境突变的反应。（图2）
图2 陨击事件发生前，中国大陆是个稳定的沉积环境。
2，在华北区三山子组上面规模巨大的陨击事件发生后，海水广退，嶂石岩沉积过程开始。但是沉积环境除了向凹陷区域沉积形成嶂石岩外，同时还发生向外围的海洋的剥蚀，由于张夏组——三山子组还没有成岩，所以风化剥蚀迅速，很快使马家沟组岩层大面积暴露。形成嶂石岩的物质主要来源于三山子组及其以下没有石化的海相沉积物，当然也包括陨击事件产生的陨击碎屑和飘落物，这些暴露出来地方除了向嶂石岩沉积区域输送风化剥蚀物质外，也向海洋方向提供风化剥蚀物质。
3，嶂石岩中波纹和交错层理非常发育。波纹是在浅水环境在风的作用下形成的，显示水面极端的浅及环境极端开阔（图4）。交错层理发育是与当时水流的方向经常性的异常飘忽不定有直接关系。来水方向的易变和不确定，被当时的沉积物质实时记录下来，就是现在看到的交错层理。交错层理的形成也可能是波浪造成的结果，泥沙含量极高的浅水，被波浪带领下的泥沙在洲边的叠积现象（图3）。这也可以证明当时的沉积环境肯定不是海洋，海洋沉积环境有很大的明确性。
图3
嶂石岩中的交错层理。
图4
嶂石岩中的波纹现象。波纹的种类繁复，形态各异，完全可以在剖面上逐层拿到波纹形式及走向，研究当时的气象环境，真实再现沉积环境。
4，嶂石岩的沉积材料基本是张夏组之上三山子组之下这部分物质提供。这也就可以解释为什么华北地区石炭纪二叠纪三叠纪的煤炭都沉积在马家沟组之上的原因了。因为陨击事件发生时，马家沟组已经胶结固化成岩石了，这可以为现在马家沟组多为内碎灰岩所证实，马家沟组内碎的性质是发生在三山子组上面规模巨大的陨击事件造成的，张夏组——三山子组没有这现象，陨击事件发生时它们还没有成岩。厚达700米的嶂石岩沉积过程也是张夏组——三山子组的剥蚀过程。（图2）
5，嶂石岩上面还沉积500米厚层鲕状灰岩，这是再次大海侵的证据。这层鲕状灰岩在整个嶂石岩沉积区都有表现，只是被有意无意的忽略了，很少有人提及。另外，这层鲕状灰岩容易和张夏组灰岩相混淆，甚至是始终混淆着的。因为这两套地层太相似了。嶂石岩上面的这套厚层鲕状灰岩、是和南方宜昌的三游洞群、以及山东馒头组上面的徐庄组同时期大海侵造成的。
图5
太行山的嶂石岩及其上的鲕状灰岩，与湖北宜昌及山东枣庄的地层是同时期形成的，它们的底界都是发生在三山子组上面一系列规模巨大的陨击事件。
6，马家沟组地层中的上部，笔者以前认为存在一个风化带。现在看来那不是风化带，而是嶂石岩形成过程中对马家沟组地层造成的影响结果。嶂石岩形成过程会对底部地层造成压力，由于张夏组以上地层没有固化石化，因此只会风化剥蚀，向外围的流向海洋，向中心的形成嶂石岩。对已经石化的马家沟组岩层，由于马家沟组上面的张夏组及其以上沉积物质的剥离，再加上沉积环境中心嶂石岩的压力，使马家沟组上层中的薄弱层面撅起，形成间隙，间隙为物质渗入，和现在用硅酸盐矿物质的膨胀效用有些类似，周而复始，于是就在马家沟组上部形成了现在看似风化带的现象。这也暗示马家沟组的底盘体量巨大，底部深不可测。
图6
马家沟组地层上部有一层不超过10米厚的土状沉积，是嶂石岩形成过程的中的副产物。各地为了发展旅游业，在这个层面上修路，即安全，又快捷，还经济划算。涉县北山。
图7
马家沟组上部泥质层的形成机理。这个泥质层面，河北涉县，河南巩义，河南焦作都有存在。
7，嶂石岩的陆相淡水沉积环境生物化石丰富，完全可以颠覆人们传统的对生物进化历程的认识。水生藻类异常繁盛发达，覆盖整个水域。鱼类的祖先已经可以在淡水中悠闲的生存。太行山嶂石岩的沉积形成时期，涵盖了云南澄江生物群的发生时期。澄江生物群发生在海相沉积环境，而嶂石岩生物群发生在陆相沉积环境，这是以往人们很少注意并研究的。
图8
河北涉县嶂石岩底部的早期鱼类化石与江苏徐州徐庄组早期鱼类化石完全一致。偶鳍还没产生，尾鳍和现在鱼类一样了，而且涉县完全是淡水环境。回游鱼鱼类，可能就形成与这个时期。
8，有人说太行山是第四纪时期地质运动强烈抬升的产物，观点基本上是错误的。从嶂石岩开始沉积时起，太行山及太行山附近广大地区是剥蚀和沉积同时进行的。看看嶂石岩的沉积厚度及沉积规模，如此巨量的沉积物必须有同等体量的剥蚀物来供应。根据太行山周边煤炭资源的分布情况，可以看出在石炭纪时太行山地区的地质地貌已经与现在相差无几了。
图8
太行山东阶地水切及风化剥蚀之现在结果（林州段）。层序错落与沉积过程相对应，并没有明显的相对隆起现象。
9，现在太行山自上而下的落差，不是隆起的结果。落差自上而下依次是：嶂石岩以上的厚层鲕状灰岩、嶂石岩、张夏组——三山子组、马家沟组，这与自下而上的沉积承序是一致的，说明现在太行山地质地貌是自然风化水切剥蚀的结果。太行山即使有小规模的整体隆起，也并没有影响风化剥蚀的自然规律。从谷歌卫星地球可以查到，宜昌三游洞群与其下地层的结合部的海拔高度，与枣庄山亭区徐庄组与其下地层结合部的海拔高度是一致的，它们都与河北涉县的嶂石岩最上层的高度相差300米，从一个广大地区和一个漫长的地质历史看，这样的所谓隆起是微不足道的。
图9
河北涉县韩王山、山东枣庄山亭和湖北宜昌三峡人家的地理分布。
10，以上这些分析，又引发一个新的问题，南方三游洞群、华北徐庄组与太行山区最高层位的厚层鲕状灰岩上面，存在一个突然的、神秘的大海退。三游洞群、徐庄组和嶂石岩上面的厚层鲕状灰岩是同时期大海侵造成海相沉积，也是大海侵的存在证据。三游洞群与嶂石岩上面的厚层灰岩沉积厚度基本一样，徐庄组厚层鲕状灰岩相对较薄薄，看来是近海风化剥蚀快速的结果。普遍公认的奥陶纪大海侵已经被笔者证实是不存在的，奥陶纪大海侵不仅存在，恰恰相反，奥陶纪存在一个确凿无疑的规模空前的大海退，中国东部的基本地形地貌就是这次大海退后确立的。这笔者将专题论述。
11，讨论：太行山区由于嶂石岩与其上鲕状灰岩结合部，与同一地区的张夏组与其下地层结合部非常类似。所以，这两个出露地层以往都被认为是寒武系。尽管这两套地层看上去相同相似，但它们之间的形成也许有1亿年的时间差距。马家沟组-张夏组-三山子组经历过发生在三山子组上面的规模巨大的陨击事件，故马家沟组内岩相多内碎形式，马家沟组与张夏组之间的过渡地层，也存在只有用巨大陨击事件才能解释的地质现象——震裂纹，震裂纹现象在嶂石岩中没有表现。今年9月8日去的涉县韩王山，有疑似毛庄组的三叶虫化石被发现，但我还是自我否认这是毛庄组三叶虫化石。因为在我固有的认识里，始终认为这里和济源五龙口张夏组是同一套地层。10月10日我再去了一次涉县，到废弃的国电150发电厂，看到了这里的嶂石岩，才意识到，嶂石岩上面的鲕状灰岩与济源五龙口的鲕状灰岩不是同一时期形成的。这里的厚层鲕状灰岩，是毛庄组徐庄组同时期的地层，那个被我否定的毛庄组三叶虫化石，是真实的毛庄组三叶虫化石。
图10 河北井陉与河北涉县和武安磁山，毛庄组-徐庄组和张夏组-三山子组。Pt
2是嶂石岩。
图11 河南济源与河南林州，毛庄组-徐庄组和张夏组-三山子组。Pt
2是嶂石岩。
图12
河南济源五龙口和河北武安鼓山张夏组下面红色岩层中垂直于沉积层面的陨击震裂纹，说明陨击发生时此层面沉积物已经固化。震裂纹在嶂石岩中没有存在，说明嶂石岩的形成只能在三山子组上面的陨击事件发生以后。
图13
徐州和涉县毛庄组三叶虫对照。徐州毛庄组三叶虫生活在海湾中，涉县三叶虫生活在陆表广海，三叶虫化石破损严重。两地岩相基本一样，都是生物碎屑灰岩。
九里山人2018.10.26
