邯鄲石龍群的成因與年代研究

蔡 湛，徐 寧，邸明慧，張麗云，李慶辰，白 潔

（1.河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所，河北石家莊 050011；2.河北政法職業(yè)學(xué)院，河北石家莊 050061）

邯鄲石龍群的成因與年代研究

蔡 湛1，徐 寧1，邸明慧1，張麗云1，李慶辰1，白 潔2

（1.河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所，河北石家莊 050011；2.河北政法職業(yè)學(xué)院，河北石家莊 050061）

在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，從地質(zhì)學(xué)的角度對河北省南部邯鄲縣姜窯村出土的石龍群的成因及其形成年代進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，由1條大龍和9條小龍組成的石龍群是鈣質(zhì)膠結(jié)的洺河古河道沙體，形成于距今4萬年前的晚更新世晚期，對應(yīng)于玉木早冰期華北平原第Ⅲ古河道發(fā)育期。石龍沙體上的橫切V形裂口是古河道沙體在干縮過程中形成的橫切裂隙，沿古河道沙體下泄的富含碳酸鈣的地下水在此滲出是形成裂隙兩側(cè)脊?fàn)钔黄鸷汀褒堊Α钡闹苯釉?，新?gòu)造運(yùn)動(dòng)可能是造成紫山斷塊隆升并迫使洺河改道和石龍群整體向北東方向翹首的直接原因。

邯鄲；石龍群；成因；古河道沙體；晚更新世；水系演化

1988年河北省邯鄲市西北10km的邯鄲縣三陵鄉(xiāng)姜窯村村民在村西磚廠取土?xí)r，發(fā)現(xiàn)一條石質(zhì)長龍，長28.7m，寬2.5m，高4.3m，其左右兩側(cè)分別又挖出4條和5條小龍，在各條龍?bào)w上每間隔0.5～1m即發(fā)育一條橫切裂隙，裂隙兩側(cè)有類似于骨關(guān)節(jié)兩側(cè)的脊?fàn)钔黄稹Ｕw觀察，條條石龍如同一排長長的脊椎動(dòng)物的脊椎骨，甚至在大石龍龍?bào)w的左側(cè)偏后部位還有一個(gè)“龍爪”生出，更使其形態(tài)逼真。2002年國家文化研究院專家到此連續(xù)進(jìn)行專題考察后發(fā)現(xiàn)古石龍非同一般。20年來，圍繞這片石龍，專家、學(xué)者對其成因、形成年代等進(jìn)行了各種推測［1，2］，產(chǎn)生了“化石說”、“鎮(zhèn)陵信物說”、“天然形成說”等多種觀點(diǎn)。2008年4月8－14日，中央電視臺10頻道“走進(jìn)科學(xué)”欄目，連續(xù)播出《探秘中國巨龍陣》7集專題片后，更是在海內(nèi)外引起轟動(dòng)。本文擬探討石龍群的成因、形成年代及其發(fā)育過程。

1 石龍群形體特征描述

組成石龍群的10條石龍?jiān)谄矫嫔洗篌w平行排列，最大的石龍呈扁平的棒狀臥于石龍群的中央，其左右兩側(cè)的小龍龍?bào)w形狀與大龍相同或類似，只是體量較小（單體長約15m，寬1.9～2m，高1m）。10條石龍均呈棕黃色，質(zhì)地堅(jiān)硬，龍?bào)w上橫切裂隙深1～1.2m，在橫斷面上呈楔形，頂部開口寬1～3cm；“龍爪”自一條較大的橫切裂隙處生出，呈放射狀向末端分出4支，并在距龍?bào)w0.5～0.7m的范圍內(nèi)逐漸尖滅。在大石龍龍?bào)w的兩側(cè)，垂向上可見4組清晰的水流波痕交錯(cuò)層理，單個(gè)層組中的層理在沿龍?bào)w延伸方向呈現(xiàn)單向斜層理，頂截下切特征明顯；這些水流波痕層理構(gòu)成了龍?bào)w兩側(cè)的規(guī)則花紋，與龍?bào)w兩側(cè)杠狀突起和扁平狀凹坑相互襯托，更使石龍栩栩如生。10條石龍的龍?bào)w均向N53E方向微微翹起（仰角為3°～5°），呈昂首騰飛狀。石龍被發(fā)現(xiàn)后，當(dāng)?shù)卮迕窀鶕?jù)想象，為其分別雕筑了神采各異的龍頭。

2 石龍群的成因分析

2.1 化石說

盡管組成石龍群的條條石龍形狀各異，但均顯現(xiàn)出較為一致的脊椎動(dòng)物脊柱形態(tài)，除具有長0.5～1m的類似于椎骨的分段結(jié)構(gòu)外，各段椎骨間的骨節(jié)處還形成高1～3cm不等的脊?fàn)钔黄?，與目前常見的脊椎動(dòng)物的椎骨結(jié)構(gòu)相似；加之“龍?bào)w”兩側(cè)的杠狀突起和扁平狀凹坑，使其具備了脊椎動(dòng)物脊柱的外觀；尤其是在大石龍左側(cè)后部沿橫切裂隙“生”出的“龍爪”，如同自“骨縫”中長出，其形狀類似現(xiàn)代大型蜥蜴的后腿骨；而且，“龍?bào)w”上的骨節(jié)長度、“龍爪”的尺度與“龍?bào)w”的尺度比例基本協(xié)調(diào)，與現(xiàn)代脊椎動(dòng)物的相應(yīng)比例十分相近。因此，曾引起人們關(guān)于其為傳說中的“龍”化石或恐龍化石的討論。

但仔細(xì)觀察卻發(fā)現(xiàn)，各條石龍?jiān)谛螒B(tài)和結(jié)構(gòu)上，均存在明顯的不均勻和不協(xié)調(diào)，與嚴(yán)格意義上的脊椎骨結(jié)構(gòu)相去甚遠(yuǎn)。首先，精確的量度表明，組成“脊椎”的椎骨在長度上有40cm、50cm、70cm、100 cm多個(gè)尺寸，而且長度變化無規(guī)律可循；其次，椎骨間骨節(jié)處的脊?fàn)钔黄鸬慕M成顆粒較椎骨明顯更細(xì)，二者分別為細(xì)沙和粗沙，椎骨間的“骨節(jié)”也不平整光滑，甚至出現(xiàn)分叉現(xiàn)象；第三，龍?bào)w兩側(cè)的杠狀突起和扁平狀凹坑分別由發(fā)育平行層理和斜層理的黃沙組成，因沙粒的直徑不同，差別風(fēng)化現(xiàn)象明顯；第四，位于大石龍左側(cè)后部的“龍爪”在斷面上出現(xiàn)分層現(xiàn)象，即“龍爪”由鈣板層夾粉砂亞粘土組成，而不具有整體性；第五，石龍?jiān)跀嗝嫔弦嗖痪邆渖锕趋乐械墓琴|(zhì)結(jié)構(gòu)，而是具有單向水流形成的槽狀交錯(cuò)層理。因此，石龍群為“化石”的說法不成立。

2.2 鎮(zhèn)陵信物說

趙王陵位于邯鄲縣與永年縣西北交界，距邯鄲市區(qū)20km，是戰(zhàn)國時(shí)期七雄之一趙國的帝王陵寢。盡管10條石龍?bào)w量大小不一，神態(tài)各異，但其長軸均沿N53E方向延伸，在平面上大體平行排列，昂首朝向趙王陵方向，難免使人聯(lián)想到其與1.5km之外的趙王陵的關(guān)系；而大龍居中，9條小龍左4右5展布兩側(cè)的空間布局，也正應(yīng)民間廣為流傳的龍生9子之說；龍?bào)w上分節(jié)斷開的構(gòu)造亦引起人們分段建造的假想。故有石龍群為趙王陵的鎮(zhèn)陵信物之說，認(rèn)為是戰(zhàn)國時(shí)期人工修建。

但對石龍群的進(jìn)一步考察發(fā)現(xiàn)，其并無明顯人工修建的痕跡。一是10條石龍的底床不在同一高度，大石龍的底床明顯高于其兩側(cè)的小石龍，左側(cè)4條小石龍的底床明顯高于右側(cè)5條小石龍；二是左右兩側(cè)小石龍距大石龍的距離明顯不對稱，且小石龍之間的距離亦從不足0.5m到2m不等，平面分布無規(guī)律；三是橫切龍?bào)w的裂隙并未完全切穿龍?bào)w，即裂隙在龍?bào)w的下半部分消失，由人工一節(jié)節(jié)做成再拼接的推論不能成立；四是組成龍?bào)w的黃沙沙粒間未見戰(zhàn)國長城修建過程中使用的人工粘合劑，在無粘合劑的條件下人工修建杠狀石龍幾乎不可能；五是石龍的形體呈橫臥的杠狀，而不是人工堆積的圓錐狀（斷面呈三角）；六是石龍?bào)w上的斜層理與相鄰層組具有上截下切沉積構(gòu)造，人工無法實(shí)現(xiàn)。因此，“鎮(zhèn)陵信物說”也不能成立。

2.3 天然形成說

石龍群10條石龍的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成物質(zhì)均呈現(xiàn)自然形成的重要特征，即其可能為被鈣質(zhì)膠結(jié)的古河道沙體。1）首先，組成石龍群的10條石龍?jiān)谕庑紊贤耆梢耘c位于其西北側(cè)26km的北洺河現(xiàn)代河床形態(tài)類比，包括河床的形狀、尺度、組成物質(zhì)等均十分類似，而大石龍右側(cè)的4條小石龍若連若分的形體更是直接勾畫出了網(wǎng)狀河床的形態(tài)。2）組成石龍龍?bào)w的粗砂，其分選、磨圓均較差，表明物源較近。這里地處太行山東麓山前地帶，無大河通過，山前溪流多以水位或流量變幅較大的短小溪流為主；而石龍的成群分布，則與地處山前洪積扇前緣地區(qū)、河流表現(xiàn)為網(wǎng)狀河、具有多條河床并行且河床側(cè)向遷移迅速的地貌過程相一致。3）10條石龍?jiān)谄叫衅潺報(bào)w的剖面上顯示出向北東方向傾斜的單向斜層理，單一層組內(nèi)的紋層亦具有上截下切的沉積構(gòu)造，具有單向水流波痕遷移時(shí)所形成的層理特征［3］。4）石龍?bào)w上普遍發(fā)育的橫切裂隙呈窄深的“V”形，顯示出類似泥裂的特征構(gòu)造，即古河道沙體在被鈣質(zhì)膠結(jié)以前，曾長期（至少在干季）暴露于空氣中，因失水收縮而形成干裂，這種現(xiàn)象在現(xiàn)代山前季節(jié)性河流河床上經(jīng)常見到，甚至在新修的山前低等級柏油路上也可時(shí)常見到。而裂隙兩側(cè)的脊?fàn)钔黄穑ù笫堊髠?cè)后部的“龍爪”，則與后期沿古河道沙體形成的潛流有關(guān)：由于周邊出露的基巖為古生代灰?guī)r和中生代富含鈣質(zhì)的紅色砂巖、泥巖和頁巖，為地下潛流提供了豐富的碳酸鈣，在干旱氣候條件下，流經(jīng)古河道沙體的富含鈣質(zhì)的地下水便在裂隙兩側(cè)和前緣形成鈣質(zhì)沉積物，從而形成裂紋兩側(cè)的脊?fàn)钔黄鸷汀褒堊Α?。所以，“龍?bào)w”得以保存是地下水中的碳酸鈣對古河道沙體進(jìn)行后期膠結(jié)的結(jié)果。5）在個(gè)體形態(tài)上，10條石龍?bào)w形細(xì)長，沿北東方向自然延伸，其長軸走向與出土地點(diǎn)衛(wèi)星影像圖上由地面流水形成的紋理走向一致，說明其成因與洺河有關(guān)，很有可能是洺河的古河道沙體；而石龍群整體向北東方向昂首則與邯鄲斷裂的后期活動(dòng)有關(guān)。

3 石龍群的形成年代與發(fā)育過程

3.1 石龍群的形成年代

石龍群上覆12m厚的晚更新世黃土狀土，其原生沉積層理清晰完整，表明在石龍群沙體沉積形成后，有一個(gè)黃土狀土沉積期。參照華北平原南部山前洪積扇前緣柱狀巖芯沉積物年代資料［4］，本區(qū)域在100～10KaB.P.的晚更新世后期沉積速率為：

據(jù)此，推算石龍群上覆的黃土狀土沉積期為：

忽略石龍群上覆的黃土狀土表面在10KaB.P.以來的全新世期間的剝蝕量，石龍群沙體形成時(shí)代為：即邯鄲石龍群沙體沉積于40KaB.P.。

3.2 石龍群的發(fā)育過程

前人研究表明［5］，在40KaB.P.，華北平原處于玉木早冰期，此時(shí)氣候寒冷干燥，區(qū)域植被主要是少量針葉林草原，降水量少，但降水集中且變率較大，多暴雨，河道水流暴漲暴落且含沙量大，侵蝕強(qiáng)烈，堆積旺盛，河流變遷改道頻繁，形成廣泛發(fā)育的古河道沉積體，組成石龍群的古河道沙體此時(shí)也得以形成；因地處太行山東麓山前洪積扇前緣，地表河流多呈網(wǎng)狀河性質(zhì)，多條水道并存，因而形成并排的多條古河道沙體。由于河水含沙量大且改道頻繁，當(dāng)河流遷移離開發(fā)育古石龍沙體的河道后，這里便成為干涸的條狀古河道沙帶，常年（至少在干旱季節(jié)）無地表水流通過，由于氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈，得不到地表水覆蓋的河道沙體脫水收縮而形成橫切沙體的V形裂口。在古河道沙體表面V形裂隙形成的同時(shí)或稍后，因其組成顆粒較粗，孔隙率較高，聯(lián)通性好，故仍然作為區(qū)域性地下水排泄的通道；而來自邯鄲西部山區(qū)的地下水流經(jīng)富含碳酸鈣的古生代灰?guī)r和中生代紅層分布區(qū)時(shí)，沿途溶解了大量的碳酸鈣，富含鈣離子的地下水在流經(jīng)古河道沙體的過程中，在將河道沙體膠結(jié)固化的同時(shí)，還持續(xù)或間歇性地在橫切石龍的裂隙處（壓力降低）滲出，使地下水中溶解的CO2逸出，因而析出碳酸鈣并沉淀在裂隙兩側(cè)或前緣，形成沿裂隙兩側(cè)的脊?fàn)钔黄鸷汀褒堊Α薄?/p>

在此后的4萬年中，這里未再次受到河流的影響而是沉積了12m厚的黃土狀土，其可能是地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響的結(jié)果［6］，即南北向的紫山斷塊隆起阻斷了洺河向東的流路，迫使其改道，在清化向北流，使洺河在清化和大油村形成兩個(gè)90°拐彎，而未再次影響到本區(qū)（圖1）；而邯鄲斷裂的后期活動(dòng)亦使包括古石龍群在內(nèi)的局部地層發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使原本向東傾斜的石龍群向東翹起，呈現(xiàn)出目前的產(chǎn)狀景觀（圖2）。

4 結(jié)語

邯鄲石龍群為天然形成，是鈣質(zhì)膠結(jié)的古河道沙體，沉積于約40KaB.P.，對應(yīng)于玉木早冰期華北平原的第Ⅲ古河道發(fā)育期。石龍沙體上的橫切V形裂口是古河道沙體在干縮過程中形成的橫切裂隙，沿古河道沙體下泄的富含碳酸鈣的地下水在此滲（溢）出是形成裂隙兩側(cè)脊?fàn)钔黄鸷汀褒堊Α钡闹苯釉?；距?萬年以來的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可能是造成紫山斷塊隆升并迫使洺河改道和石龍群整體向北東方向翹首的直接原因。今后研究方向：包括邯鄲斷裂活動(dòng)在內(nèi)的區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)需深入研究；邯鄲石龍群上覆的12m厚黃土狀土是晚更新世沉積的原生黃土狀土，可通過古地磁測量進(jìn)一步研究其時(shí)代；古石龍?bào)w上的裂隙表明，其曾暴露于空氣中，接受過太陽直接照射，也可借助熱釋光法測得古石龍的沉積年代。

［1］ 楊文.古石龍從何而來，又因何而來［N］.科技日報(bào)，2008－05－13（6）.

［2］ 姚世春.三百米石龍現(xiàn)身邯鄲之謎破解［N］.北京青年報(bào)，2007－11－05.

［3］ 《沉積構(gòu)造與環(huán)境解釋》編著組.沉積構(gòu)造與環(huán)境解釋［M］.北京：科學(xué)出版社，1984.

［4］ 張宗祜，邵時(shí)雄，陳云，等.中國北方晚更新世以來地質(zhì)環(huán)境演化與未來生存環(huán)境變化趨勢預(yù)測［M］.北京：地質(zhì)出版社，1999.

［5］ 吳忱，陳萱，許清海，等.華北平原四萬年來自然環(huán)境演變［M］.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

［6］ 揚(yáng)承先.邯鄲、湯陰斷陷地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其活動(dòng)性質(zhì)［J］.地震地質(zhì)，1984，6（3）：59－65.

Formation and Age of the Handan Grand Stone Dragons

CAI Zhan1，XU Ning1，DI Ming－h(huán)ui1，ZHANG Li－yun1，LI Qing－chen1，BAI Jie2
（1.Institute of Geographical Sciences，Hebei Academy of Sciences，Shijiazhuang 050011；
2.Hebei Polytechnic College of Political Science and Law，Shijiazhuang 050061，China）

Based on the field spot investigation，the cause of formation of the Handan grand stone dragons is discussed in this paper.The results of comprehensive analysis according to geological fundamentals indicate that the Handan grand stone dragons consisting of a large stone dragon and nine small stone dragons are calcium carbonate cemented paleochannel sand body which deposited during the Late Pleistocene about 40KaB.P.corresponding to theⅢPaleochannel Development Stage in North China Plain during the Early Wurm Glacial Epoch.

Handan；grand stone dragons；formation；paleochannel sand body；Late Pleistocene；river system change

P531

A

1672－0504（2012）03－0106－03

2012－02－10；

2012－04－15

河北省科學(xué)院計(jì)劃項(xiàng)目（101113－2）；河北省科技支撐項(xiàng)目（09277122）

蔡湛（1969－），女，副研究員，從事旅游開發(fā)及自然地理等方面的研究。E－mail：cz900＠sohu.com