和Kellen Gunderson探索大弯曲国家公园的地质奥秘

Kellen Gunderson是在雪佛龙能源技术公司工作的野外地质学家。 您可以通过Google Scholar阅读更多关于他的研究。

Click here for the English version.

翻译:何小芳

成为一个旅行地质学家,从某种意义上讲,意味着好奇心和探索精神永不停歇,即使是度假的时候。对那些和我们旅行地质学家结合的勇敢灵魂而言,也意味着很多家庭旅游只是掩饰得很好的地质探险而已。典型例子就是我和我妻子刚结婚的时候,当她注意到我的度假行李清单上包括地质锤,地质指南还有半打地质图的时候,可能觉得旅游就是个幌子。直到后来发现,地质学家总喜欢去偏远和异域的地方,而这些地方除了地质露头之外,通常还有迷人的景色。所以,她现在也挺享受这种名为 “度假”其实就是稍加掩饰的野外之旅。但也不得不常常面临她朋友的提问,比如:“你为什么要选择去死亡谷度假呢?”这时候她都回答:“因为我丈夫是地质学家”。

今年,我们延续了这个家庭传统,利用假期去了美国德克萨斯州的大弯曲国家公园周围的沙漠。大弯曲国家公园位于德克萨斯西部一个偏远的角落,靠近由里奥格兰德(Rio Grand)河流域相隔的美墨边境北向大弯曲点。在48个州的国家公园中,这是最人迹罕至的一个。这也不难理解,在整个美国境内,我还没去过一个比这更偏远的地方。从最近的机场,德克萨斯的埃尔帕索(El Paso)到这里至少四个小时的车程。大弯曲位于西德克萨斯Trans Pecos境内,这里到处是广袤的沙漠和高山,人烟稀少,人迹罕至。也正是它的荒凉偏远,赋予了这款土地独特的魅力。身处大弯曲公园之中,独特的景象让人感觉到了世界尽头,慢慢地你会觉得,仿佛现在所见的就是亿万年前智人尚未出现时的地球惊鸿一瞥。在美国,除了在阿拉斯加,这种感受变得越来越少见。和我们去的国家公园一样重要和美丽的,比如黄石,大烟山,锡安山国家公园等,因为持续增长的游客数量,渐渐被过度拥堵和开发充斥。

图1.  大弯曲国家公园主要构造单元和岩石类型地质图。图片源自美国美国地质勘探局(USGS)

大弯曲的地质历史很复杂,但是只要知道应该观察哪里,就很容易解读。这里有多期造山运动,剧烈火山喷发,以及富含海洋生物的平静浅海沉积的记录(图1)。公园里最古老的岩石是古生代的沉积岩,这些岩石在宾夕法尼亚–石炭系之间的马拉松造山运动中(Marathon Orogeny)发生变形。这个古老的造山带也是最年轻的的超大陆–泛大陆(联合古陆Pangea)聚合过程中发生的更大规模的Ouachita-Marathon-Sonoran造山事件的一部分。马拉松事件相关的地质构造可以在公园的东北出口的一个小镇附近观察到,当然了,意料之中,这个小镇的名字就叫–马拉松。

At the famous Santa Elena Canyon the Rio Grande River has incised through large limestone cliffs that were deposited in the Cretaceous interior seaway. The limestones form a frontal monocline that was deformed during the Laramide Orogeny.  

图 2.  在著名的圣埃伦娜大峡谷里奥格兰德河,河流下切石炭纪内陆海道沉积的灰岩。这些灰岩壁在拉拉米造山运动(Laramide Orogeny)中发生变形,形成了一个前斜坡

大弯曲国家公园的沉积岩大多为石炭纪灰岩,沉积于沿墨西哥湾一直延伸到北极的内陆水道中。这些灰岩形成了圣埃伦娜(Santa Elena)、马里斯加尔(Mariscal)和波奎拉斯峡谷(Boquillas Canyons)的巨大峭壁(图2)。在这些灰岩构成的平顶山上徒步是一件乐事,因为在路边随处可见贝类和菊石类的化石(图3)。

图3. 野外小径上发现的菊石化石

这些石炭纪灰岩沉积后不久,就经历了拉拉米造山运动(Laramide orogeny)导致的构造抬升,褶皱和断层作用。拉拉米造山运动始于石炭纪,一直持续到始新世(56­–34百万年前)。正是这次造山运动,造成了包括加拿大阿尔伯塔和科罗拉多的前缘山岭在内的北美落基山脉的大幅抬升。在大弯曲,拉拉米造山运动造成了圣埃伦娜山西部和色拉德尔·卡门(Sierra del Carmen)山东部的抬升(图4)。这些山脉完全相反的构造指向和移动方向,代表二者经历了相向褶皱和逆冲作用,并被波奎拉斯盆地(Boquillas Basin)盆地隔开。

图4. 色拉德尔·卡门(Sierra del Carmen)山中发育的拉拉米期(Laramide age)逆冲构造

波奎拉斯盆地平静地接收来自四周增生山脉的沉积物,直到始新世末-渐新世初,这里成为了该地区火山作用的中心。大弯曲在始新世从褶皱到俯冲再到火山构造的转换常被理解为是由Farallon板块的平板俯冲作用造成了俯冲相关的火山作用的东移,直到现在公园的所在地。

在奇索斯(Chisos)山上出露的火山岩十分壮观,是大弯曲的自然瑰宝。这座山从周围的沙漠中拔地而起,让人觉得如同作家托尔金脑海中想象的城堡要塞。山峰高达2300米,已经足以形成自己的微型气候和生物带。沙漠的主要生物是灌木蒿、走鹃和犰狳。在奇索斯山上有很多不同的针叶树,大型哺乳动物比如黑熊,美洲狮和鹿等。熊的数量近几年呈爆发式增长,据报道最多的时候达到25-30只。对于一个孤立的小地方,这数量已经令人惊叹了。大弯曲火山作用的历史证据在奇索斯随处可见:安山岩、流纹岩、凝灰岩几乎伴随着每一次徒步(图5)。因为这些露头发育极好,完全可以在几个典型的观察点坐下来,靠肉眼观察就可以搞清楚火山喷发的序列。

图5. 在奇索斯盆地发现的火山灰流凝灰岩

最后一次大规模构造运动最终形成了大弯曲国家公园,而且现在仍然在继续——这一过程也叫盆岭扩张作用。在色拉德尔·卡门群山中从风景秀丽的波奎拉斯峡谷向下徒步,可以见到峡谷岩壁上的一个大型的正断层(图6)。这个断层的水平断距将近100米,这是周围地形发展并不平静,相反,而是受到大型构造运动影响的重要证据。

图6. 波奎拉斯大峡谷出露的大型正断层,形成于该地区的盆岭扩张作用

2016年,美国国家公园庆祝了100周年纪念日。这些公园是珍贵的宝藏,不仅值得好好保护,更值得亲身体验一番。作为旅行地质学家,我们有和普通游客不一样的优势,因为我们能够读懂岩石的语言。这也意味着我们到这些公园旅游的同时,还可以了解遥远的过去:剧烈的大陆碰撞,灭绝的远古生物。即使在假期,对地质的探索也从不需要停止。我们所需要的,不过是一张份地质图,一个放大镜、野外记录簿,和一个永远不乏耐心的爱人而已:带着他们,我们就能穿越沙漠,去向下一个露头。

地质爸爸:用一背包岩石换一个背包中熟睡的小宝贝。

 


Print Friendly

CC BY-NC-SA 4.0 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.