化石在沉積學(xué)中的作用略析

王 星

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

母巖經(jīng)過物理化學(xué)生物風(fēng)化作用、剝蝕作用、搬運(yùn)作用，在新的沉積環(huán)境下沉積下來，再經(jīng)過長時(shí)間的壓實(shí)脫水膠結(jié)等作用，最終形成沉積巖。在被搬運(yùn)的碎屑物中，經(jīng)常會(huì)有一些動(dòng)植物的殘骸，或者骨骼碎片等，它們伴隨著沉積作用，有一部分就變成了化石。無論在海相、陸相還是海陸過渡相中，都不難發(fā)現(xiàn)生物化石的存在。

1 化石的石化作用

地史時(shí)期的生物遺體和遺跡被沉積物埋藏后，經(jīng)歷漫長的地質(zhì)年代，隨著沉積物的成巖作用，埋藏其中的生物遺體或遺跡在成巖作用過程中經(jīng)過物理化學(xué)作用的改造，就形成化石，即石化作用［1］?；男纬珊捅４嬷饕Q于以下幾個(gè)方面。

1.1 生物本身?xiàng)l件

從生物本身來說，最好具有硬體，因?yàn)檐涹w容易腐爛、分解而消失，而硬體主要是由礦物質(zhì)組成，如磷酸鈣、碳酸鈣等，能夠比較持久的抵御各種破壞作用。硬體的礦物質(zhì)成分不同，其保存為化石的可能性也不同［2］。由方解石、硅質(zhì)化合物和甲氰磷酸鈣等礦物組成的生物硬體，在成巖和石化的過程中比較穩(wěn)定，容易保存為化石;霰石和含鎂方解石等不穩(wěn)定礦物，在轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定礦物之前則容易遭到破壞;有機(jī)質(zhì)硬體如角質(zhì)層、木質(zhì)、幾丁質(zhì)薄膜等，雖易遭受破壞，但在成巖過程中可以碳化而保存為化石，如植物的葉子，筆石體壁等。

1.2 生物死后的環(huán)境條件

生物死后所處的物理化學(xué)環(huán)境直接影響到化石的保存和形成。在高能水動(dòng)力條件下，生物遺體容易被破壞;水體pH值小于7.8時(shí)，碳酸鈣組成的硬體容易遭到溶解;氧化環(huán)境下的有機(jī)質(zhì)容易腐爛分解，在還原環(huán)境下有機(jī)質(zhì)容易保存下來［3］。此外，活著的動(dòng)物吞食和細(xì)菌的腐蝕作用也影響到化石的保存。

1.3 埋藏條件

生物死后，掩埋的沉積物不同，保存為化石的可能性也不同。如果生物遺體被化學(xué)沉積物、生物成因的沉積物所掩埋，除軟體部分外，硬體較容易保存下來。但如果被粗的碎屑沉積物埋藏，由于粗碎屑的機(jī)械活動(dòng)性和富空隙，生物遺體容易遭到破壞。

1.4 時(shí)間條件

只有生物死后被迅速埋藏起來才有可能保存為化石。被埋藏起來的生物遺體還必須經(jīng)過長時(shí)間的石化作用才能形成化石。有時(shí)生物遺體雖然被迅速掩埋，但不久又因?yàn)楦鞣N原因被曝露出來遭受破壞，也不可能形成化石。有時(shí)被埋藏在淺層沉積物中的生物遺體還有被生活在泥底中的生物吞食的可能［4］。在一些較古老的巖層中的化石，巖層的變形和變質(zhì)作用也容易使化石遭到破壞。

1.5 成巖條件

沉積物在固結(jié)成巖作用過程中，其壓實(shí)和結(jié)晶作用都會(huì)影響到化石的石化作用和化石的保存。一些孔隙度較高、含水分較多的碎屑沉積物，壓實(shí)作用顯著，因而保存在其中的化石變形作用明顯。保存在碳酸鹽沉積物中的化石，由于沉積物的成巖結(jié)晶作用，由碳酸鈣組成的生物體也將發(fā)生重結(jié)晶，因而生物體的結(jié)構(gòu)易被破壞［5］。只有壓實(shí)作用較小且未經(jīng)過嚴(yán)重結(jié)晶作用的情況下，才能保存完好的化石。

保存在沉積物中被埋藏起來的生物遺體，在沉積物的成巖作用過程中所發(fā)生的石化作用主要有以下3中形式。

1.5.1 礦質(zhì)填充作用

生物的硬體組織中的一些空隙，通過石化作用被一些礦物質(zhì)沉淀填充，使得生物的硬體變得致密和堅(jiān)實(shí)。這種填充作用可發(fā)生在生物硬體結(jié)構(gòu)中，如貝殼中的微孔、脊椎動(dòng)物的骨髓等;也可發(fā)生在生物硬體結(jié)構(gòu)之間，如有孔蟲殼的房室、珊瑚的隔壁之間等。

1.5.2 置換作用

在石化作用過程中，原來生物體的組成物質(zhì)被溶解，并逐漸被外來礦物質(zhì)所填充，如果溶解和填充的速度相當(dāng)，以分子的形式置換，那么原來生物的微細(xì)結(jié)構(gòu)可以被保存下來［6］。例如，華北二疊紀(jì)的硅化木，其原來的木質(zhì)纖維均被硅質(zhì)置換，但其微細(xì)結(jié)構(gòu)如年輪以及細(xì)胞輪廓都清晰可見;美洲西部三疊紀(jì)硅化的動(dòng)物標(biāo)本，一些微小和精細(xì)的殼飾都完好的保存下來。如果置換的速度小于溶解速度，則生物體的微細(xì)結(jié)構(gòu)不會(huì)保存下來，僅保留其外部形態(tài)。

1.5.3 碳化作用

石化作用過程中生物遺體中不穩(wěn)定的成分經(jīng)過分解和升餾作用而揮發(fā)消失，僅留下較穩(wěn)定的碳質(zhì)薄膜而保存為化石。

2 化石在沉積學(xué)方面的應(yīng)用

生物化石在沉積學(xué)中占據(jù)著不可或缺的地位，根據(jù)化石可以指示地層的頂?shù)?，也可以指示地層年代，而且化石還能作為地層年代對(duì)比的重要依據(jù)。

2.1 示頂?shù)?/h3>

以六射珊瑚為例，六射珊瑚屬于刺胞動(dòng)物門珊瑚蟲綱六射珊瑚亞綱，隔壁輪生，在六個(gè)原生隔壁形成以后，再產(chǎn)生的隔壁都以六的倍數(shù)增加。所以每一輪次生的隔壁總數(shù)目總是等于它們以前發(fā)生隔壁的總和，顧名六射珊瑚［7］。六射珊瑚的生存年代大致是T2—R。

珊瑚全屬于海生固著的地棲動(dòng)物，大多是生活在溫暖清澈的淺海地區(qū)，一般水深在100m左右，但有少數(shù)生活在水深1 000m以上。古生代的珊瑚經(jīng)常同典型的淺海固著地棲生物伴生，所以珊瑚化石多保存在淺海沉積的灰?guī)r或泥巖中。

在沉積地層中若發(fā)現(xiàn)珊瑚化石，只要確定珊瑚的固著面，就能夠準(zhǔn)確的判斷出該地層的頂?shù)酌?，即珊瑚的固著面是該地層的頂面，沒有發(fā)生地層倒置。

2.2 指示地層年代

以紡錘蟲為例，紡錘蟲屬于原生動(dòng)物門肉足蟲綱有孔蟲亞綱的一個(gè)目，是一種單細(xì)胞動(dòng)物。其生存年代為C—P。是一種重要的年代指示化石［8］。若在沉積地層中發(fā)現(xiàn)紡錘蟲化石，則可以判斷該地層的年代在C—P之間。

2.3 地層對(duì)比

用化石進(jìn)行地層對(duì)比，可以利用標(biāo)準(zhǔn)化石。標(biāo)準(zhǔn)化石是指那些演化速度快、地理分布廣、數(shù)量豐富、特征明顯、易于識(shí)別的化石。

以三葉蟲為例，三葉蟲屬于節(jié)肢動(dòng)物門三葉蟲綱。三葉蟲身體扁平，身披堅(jiān)固的背甲，腹側(cè)為柔軟的腹膜和附肢。背甲為兩條背溝縱向分為一個(gè)軸葉和兩個(gè)肋葉，因此得名。三葉蟲始先于早寒武世，寒武紀(jì)最為繁盛，地層意義最大。奧陶紀(jì)仍較繁盛，但由于頭足類和筆石興起，三葉蟲在海洋中不再是居統(tǒng)治地位的生物。志留紀(jì)至二疊紀(jì)，三葉蟲急劇衰退，至二疊紀(jì)末滅絕。

Redlichia Cossman，1902(萊德利基蟲)頭鞍長，錐形，具2－3對(duì)鞍溝;眼葉長，新月形，靠近頭鞍;內(nèi)邊緣極窄。面線前支與中軸線成50°～90°夾角，眼前顏線延伸方向與面線前支相近。尾板極小［9］。早寒武世。

Dorpyge Dames，1883(叉尾蟲)頭鞍大，強(qiáng)烈上凸呈卵形或兩側(cè)具一對(duì)前坑;無內(nèi)邊緣，外邊緣極窄;具頸刺;固定頰窄。尾軸高凸，兩側(cè)近平行，后端圓滑;肋部肋溝顯著，間肋溝微弱;邊緣不甚清楚，6對(duì)尾刺，其中第5對(duì)最長，第6對(duì)最短。殼面具小瘤點(diǎn)。中寒武世。

Coronocephalus Grabau，1924(王冠蟲)頭鞍前寬后窄、成棒狀，后部狹窄部分被3條深而寬的橫溝分隔;前頰類面線，活動(dòng)頰邊緣上有9個(gè)齒狀瘤;頭甲殼面具粗瘤。尾甲長三角形，軸部分為35～45節(jié);肋部分節(jié)數(shù)較少，由14～15個(gè)簡(jiǎn)單的無溝的肋節(jié)組成。中志留世。

Dalmanitina Reed，1906(小達(dá)爾曼蟲)頭鞍向前擴(kuò)大，具3對(duì)鞍溝，后一對(duì)內(nèi)端分叉;前邊緣不發(fā)育;眼大、靠近頭鞍;前頰類面線;具頰刺。尾甲分節(jié)多;后端具一對(duì)末刺［10］。中奧陶世至早志留世。

Damesella Walcott，1905(德式蟲)頭甲橫寬，頭鞍長，向前收縮，鞍溝短;無內(nèi)邊緣，外邊緣寬，略上凸;眼葉中等大小，固定頰窄。尾軸逐漸向后收縮，末端渾圓;肋溝較間肋溝寬而深;邊緣窄而不顯著，具長短不同的尾刺6～7對(duì)。殼面具瘤點(diǎn)。中寒武世晚期。

Shantungaspis Chang，1957(山東盾殼蟲)頭蓋橫寬，頭鞍向前略收縮，具3對(duì)鞍溝;具頸刺;內(nèi)邊緣寬，邊緣溝深、寬;外邊緣窄而凸，中部寬，向兩側(cè)變窄。眼葉中等大小，以平伸的眼脊與頭鞍前側(cè)相連，因而眼前翼和內(nèi)邊緣寬度一致。早寒武世晚期。

Bailiella Matthew，1885(畢雷氏蟲)頭鞍錐形，前段渾圓;內(nèi)邊緣寬;無眼，但有時(shí)可見微弱的眼脊。固定頰極寬，活動(dòng)頰極窄。尾小，橫寬，分節(jié)清楚;尾緣顯著［11］。中寒武世。

Drepanura Oezdikmen，2006(蝙蝠蟲)頭蓋梯形，頭鞍后部寬大，前部較窄，前段截切;前邊緣極窄。眼葉小，位于頭鞍相對(duì)位置的前部，并十分靠近頭鞍;后側(cè)翼成寬大的三角形。尾軸窄而短，末端變尖，尾部具一對(duì)強(qiáng)大的前肋刺，其間為鋸齒狀的次生刺。晚寒武世早期。

3 結(jié)語

通過對(duì)生物化石的研究，可以對(duì)沉積學(xué)的發(fā)展有極大的幫助，同樣，沉積學(xué)的深入發(fā)展也能夠極大的促進(jìn)古生物的研究工作的開展，二者相輔相成，缺一不可。

［1］陳哲，孫衛(wèi)國.陜南晚震旦世后生動(dòng)物管狀化石Cloudina和Sinotubulites.微體古生物學(xué)報(bào).2001，18(2):180 －202.

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