美麗的“獼猴桃石”
——霧渡河球狀花崗閃長巖

魏運(yùn)許，趙小明

（中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心（中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心），武漢430205）

中國是獼猴桃的原生中心，世界獼猴桃原產(chǎn)地在湖北省宜昌市夷陵區(qū)霧渡河鎮(zhèn)——這是2008 年11 月6 日在新西蘭舉行的國際獼猴桃大會(huì)上世界19 個(gè)國家200 多位專家一致認(rèn)定的結(jié)論。 隨著霧渡河鎮(zhèn)觀音堂村附近球狀花崗巖的發(fā)現(xiàn)（圖1），其風(fēng)化外表呈球狀、橢球狀，部分球狀花崗閃長巖的球狀體內(nèi)部特征（圖2 中a）與切開的獼猴桃（圖2中b）極像，而被當(dāng)?shù)乩习傩招蜗蟮胤Q為“獼猴桃石”。然而，遺憾的是這一發(fā)現(xiàn)被人曲解成佐證霧渡河鎮(zhèn)是獼猴桃原產(chǎn)地的化石依據(jù)，并發(fā)網(wǎng)貼稱“8.2億年全球最早的‘獼猴桃石’在霧渡河發(fā)現(xiàn)并得到年輪鑒定”。為了求證其是否為獼猴桃的化石，應(yīng)湖北獼猴桃協(xié)會(huì)會(huì)長黃祥禮先生邀請(qǐng)，作者到獼猴桃協(xié)會(huì)介紹了關(guān)于“獼猴桃石”相關(guān)情況。 眾所周知，化石是存留在沉積作用相關(guān)的巖石中的古生物遺體（如琥珀）、遺物或遺跡，常見的有動(dòng)物骨骼、貝殼（如腕足類化石）及植物化石（如烏木，亦稱陰沉木）等，而巖漿巖由地球深部熾熱的巖漿形成，其中不可能有化石存在。 故有必要在此與大家展開討論，達(dá)到去偽存真之目的。

圖1 球狀花崗閃長巖——“獼猴桃石”

圖2 球狀花崗閃長巖中的球狀體及獼猴桃

1 “獼猴桃石”的由來及產(chǎn)地

霧渡河的“獼猴桃石”出露于湖北省宜昌市霧渡河鎮(zhèn)觀音堂村西南，其出露范圍不足150 m2。 其本質(zhì)是一種具有球狀構(gòu)造的巖石，地質(zhì)專有名詞叫球狀巖， 最早由Von Buch 于1802 年發(fā)現(xiàn)并命名。球狀巖在自然界中出露很少，它們的面積很少超過幾百平方米。 目前全世界僅一百余處，我國目前已有報(bào)道的僅四處，分別是浙江石角（超鎂鐵質(zhì)球狀巖石）[1]，河北灤平（球狀閃長巖）[2]，湖北黃陵（球狀花崗閃長巖）[3]及內(nèi)蒙古烏拉蓋蘇木（球狀酸性淺成巖）[4]。 因其具有漂亮而獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及較好的觀賞性，被視為地質(zhì)珍品[1-6]。 而霧渡河的球狀花崗巖中的球狀體，形態(tài)多樣，圖案美麗，更是珍品中的精品，堪稱球狀結(jié)構(gòu)的典范。霧渡河球狀花崗巖中，不僅有內(nèi)部酷似獼猴桃的內(nèi)部形態(tài)的球體——“獼猴桃石”， 它是由白色細(xì)粒長石和石英晶體與暗色角閃石和黑云母等晶體構(gòu)成的球狀體（圖2a），其切面與獼猴桃內(nèi)果肉和籽組成的切面極其相似 （圖2b）；還有內(nèi)部切面形態(tài)呈近似內(nèi)方外圓的球體，像古代的銅錢，被稱為“金錢石”或“明錢石”（圖2c、d），部分人將其制作成工藝品擺放家中，取招財(cái)進(jìn)寶之意。 自然界存在如此美麗圖案的巖石，再次讓我們感受到大自然的鬼斧神工。

2 “獼猴桃石”的特征

宜昌市霧渡河鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)的“獼猴桃石”——球狀花崗閃長巖由主巖、球狀體和球間基質(zhì)三部分組成（圖3a）。 所謂主巖，顧名思義指不含球狀體的部分或球狀體稀疏處球外的主要巖石，球狀巖的主巖為花崗閃長巖，主要礦物有斜長石、鉀長石（也稱紅長石）、石英（俗稱白火石），以及少量的黑云母、角閃石等。 球間基質(zhì)指球與球之間的部分，其成分常常不均勻，主要為中細(xì)粒（礦物直徑＜2 mm 為細(xì)粒，2 ～5 mm 為中粒）花崗閃長巖，以斜長石為主，角閃石、石英、鉀長石次之，少量黑云母、綠泥石，還有一些直徑為0.05 ～0.1 mm 細(xì)小粒狀磁鐵礦， 零散分布于基質(zhì)間。

球間基質(zhì)指球與球之間的部分， 其成分不均勻，主要巖性為中細(xì)粒花崗閃長巖，礦物成分以斜長石為主，角閃石、石英、鉀長石次之，少量黑云母、綠泥石；部分地方暗色礦物含量較高者為石英閃長巖。

球狀體是指由中心核和外部圍繞核的一層外殼，或者多層成分交替的同心環(huán)狀外殼所組成的具有球狀或近球狀的巖石。 霧渡河球狀花崗閃長巖中，球狀體呈透鏡狀集合體集中于侵入雜巖體的邊緣，球狀體大小3 ～15 cm，多為5 ～10 cm。球狀體的核可以是多種來源，如圍巖捕擄體，先期球形體碎片，寄主花崗巖類核，多個(gè)原始核集合體，早期形成的斑晶等。 有些核占據(jù)了球狀體的大部，而有些球狀體卻沒有清晰的核，這可能緣于切割效應(yīng)（即露頭未能暴露出球狀體的核部）。有意思的是，核部形態(tài)似乎決定著整個(gè)球狀體的形態(tài)，說明由晶體自核部向外各個(gè)方向生長速率大致相同。依據(jù)球狀體形態(tài)特征，可分為單殼層球狀體（圖3a）、多殼層球狀體（圖3c）及無殼層的球狀體3 種類型，各種類型的球體呈無序分布。

單殼層球狀體在球狀體中占比達(dá)1／2 以上，球狀體多呈橢圓形—圓形。由一個(gè)長英質(zhì)的核及富角閃石或富斜長石殼（邊）組成，球狀體與花崗閃長巖基質(zhì)呈突變接觸。 這種核-殼（邊）構(gòu)造的變化形成了野外所觀察到的各種球狀體（圖1c 中I、圖2c、圖 3 b、圖 3 d）。

圖3 霧渡河鎮(zhèn)球狀花崗閃長巖及藝術(shù)品

多殼層球狀體依據(jù)球核成分， 可分為2 個(gè)亞類，由暗色礦物與淺色礦物成明顯分帶形成具有多殼層同心結(jié)構(gòu)的球狀體（圖1c 中 II、圖3c），圖3c顯示了具13 層同心殼層結(jié)構(gòu)的球狀體， 由外向內(nèi)可分為13 個(gè)帶，球核礦物組成以斜長石為主，含量約占球核的70%， 垂直球狀體邊緣呈梳狀生長，晶體結(jié)晶粗大。 將其制成薄片，可以在顯微鏡下觀察到球核中原生石英中存在氣相水（水蒸氣）、液相水和二氧化碳包裹體（包裹體是指礦物中由一相或多相物質(zhì)組成的并與宿主礦物具有相的界限的封閉系統(tǒng)）。 另一類為以異源捕虜體為核形成的多殼層球狀體，球狀體核部為斜長角閃巖或角閃石巖捕虜體（所謂捕虜體是指巖漿侵入過程中所捕獲的圍巖碎塊）（圖2d），周圍常被淺色巖漿質(zhì)組分形成的球殼所包圍，主要由淺色礦物斜長石、鉀長石、石英及少量暗色礦物角閃石等組成，向外則由暗色礦物與淺色礦物呈明顯分帶形成，暗色礦物角閃石呈放射狀近垂直于環(huán)帶分布。

球狀體的殼或邊在成分及結(jié)構(gòu)上變化多樣，典型構(gòu)成為角閃石和斜長石，少量黑云母呈不同比例沿球狀體的軸向或切線方向排列。有時(shí)在球狀體的切面可見角閃石集合體好似電風(fēng)扇的葉片，分布于球狀體中。 球狀體有時(shí)只有一層外殼，有時(shí)會(huì)有多個(gè)成分交替的外殼。 殼以角閃石為主，夾少量斜長石 （圖 2a、2d）， 或者以斜長石為主夾少量角閃石（圖1c 中II）， 有些球狀體最外層全部由角閃石組成，同時(shí)有一些球狀體最外層全由斜長石組成。 盡管球狀體殼的層數(shù)和礦物學(xué)特征各有不同，但球狀體集合體通常表現(xiàn)出具有相同礦物組合的最外層，要么富含角閃石，要么富含斜長石，很少見到二者含量相當(dāng)?shù)那闆r。 在霧渡河球狀花崗閃長巖中，還可見破碎的球狀體（圖1c 中IV），破碎的球狀體展示出的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征表明其形成之前遭受塑性或脆性變形。

3 “獼猴桃石”形成時(shí)間

眾所周知， 樹木可以通過年輪計(jì)算其生長時(shí)間，亦可以利用14C 法（放射性碳法）測定古生物年代（生物死亡的時(shí)間）。對(duì)于如何確定古老巖漿巖形成的時(shí)間人們可能不太了解。巖漿巖的時(shí)代可以用其中的鋯石結(jié)晶的時(shí)代確定，鋯石結(jié)晶時(shí)捕獲的U（鈾）和Th（釷）元素放射性衰變可以形成不同的鉛同位素， 利用該原理可以計(jì)算鋯石結(jié)晶的時(shí)代，從而間接確定巖漿巖形成時(shí)代[7]。 對(duì)霧渡河“獼猴桃石”（球狀花崗閃長巖）中選出的鋯石進(jìn)行同位素年齡測試，比較均一的鋯石，其年齡為8.3 億年；另一類鋯石存在2 組年齡，一組位于鋯石的核部，形成年齡為19.8 億年，而邊部鋯石形成年齡為8.3 億年，說明霧渡河“獼猴桃石”的形成過程是由19.8 億年的巖石經(jīng)過部分熔融改造于8.3 億年結(jié)晶形成。

4 “獼猴桃石”的成因

球狀巖十分罕見，在世界范圍內(nèi)各處的花崗巖中所占比例遠(yuǎn)小于萬分之一。 從已有的報(bào)道看，球狀體可產(chǎn)于淺層玢巖系，火山噴出巖以及變質(zhì)核雜巖中，球狀巖獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造預(yù)示了其獨(dú)特的形成條件及復(fù)雜的形成過程，其神秘的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象一直吸引著眾多巖石學(xué)家的注意。盡管它們從美學(xué)和科學(xué)的角度都很令人心生向往，但球狀花崗巖的詳細(xì)研究報(bào)道依舊非常少，其形成條件和機(jī)制存在相當(dāng)多的爭議。對(duì)該類巖石的成因解釋目前存在如下不同觀點(diǎn)：一種認(rèn)為是由兩巖體接觸帶上特定的“構(gòu)造陷井”結(jié)晶形成，它獨(dú)特的球狀構(gòu)造可能由耗散結(jié)構(gòu)理論的自組織機(jī)理所造成。 所謂“耗散結(jié)構(gòu)理論”是由比利時(shí)科學(xué)家伊里亞·普里戈金（Ilya Prigogine）于1969 年在一次“理論物理學(xué)和生物學(xué)”的國際會(huì)議上正式提出。由于他對(duì)非平衡熱力學(xué)尤其是建立耗散結(jié)構(gòu)理論方面的貢獻(xiàn)， 獲了1977 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 “耗散”一詞起源于拉丁文，原意為消散， 在這里強(qiáng)調(diào)與外界有能量和物質(zhì)交流這一特性。耗散結(jié)構(gòu)理論是研究遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī)律的一種理論。指一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)通過不斷地與外界交換物質(zhì)和能量，在外界條件變化達(dá)到一定閾值時(shí)，可以通過內(nèi)部的作用產(chǎn)生自組織現(xiàn)象，使系統(tǒng)從原來的無序狀態(tài)自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)空上和功能上的宏觀有序狀態(tài)，形成新的、穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。 這種非平衡態(tài)下的新的有序結(jié)構(gòu)就是耗散結(jié)構(gòu)[1，2，5，8，9]。 另一種觀點(diǎn)認(rèn)為其是巖漿同化（巖漿熔化或溶解）捕虜體[10，11]和巖漿結(jié)晶[2，3，11]（巖漿是一種以硅酸鹽為主的熔融體，當(dāng)它冷凝到一定程度時(shí)，達(dá)到了其中某一礦物的飽和點(diǎn)，礦物就會(huì)從巖漿中結(jié)晶出來，如磁鐵礦、金剛石等，就是從巖漿中結(jié)晶形成的，這種元素聚合成礦物的過程稱為巖漿結(jié)晶作用）綜合作用形成。

近幾十年來，越來越多的研究表明：球狀體為巖漿起源，形成于巖漿中，且該巖漿曾經(jīng)歷了過熱事件，其成因模式涉及到超高熱作用。 對(duì)于單一相占絕對(duì)優(yōu)勢的球殼斜長石（圖3b 中白色柱狀晶體）和角閃石（圖3b 中黑色柱狀晶體）表現(xiàn)了一種高度過冷熔體內(nèi)非平衡狀態(tài)下晶體不受阻礙的快速生長，從而表現(xiàn)出典型的樹枝狀晶體習(xí)性。

對(duì)于多殼層的球狀體，球狀體核部結(jié)構(gòu)和礦物學(xué)特征各異，長英質(zhì)礦物環(huán)繞核部和基性礦物沿軸向和切線方向生長形成的同心圓殼層。這些球狀體的核心直接從形成球體的巖漿中結(jié)晶出來，在核心外，首先是內(nèi)部鎂鐵質(zhì)，再是長英質(zhì)層，然后是外層鎂鐵殼。球狀體出現(xiàn)在基質(zhì)中。它們同時(shí)生長，在進(jìn)化中表現(xiàn)出近乎完美的平行關(guān)系（圖2a）。 盡管對(duì)不同的球狀體形成原因尚存爭議，但有一點(diǎn)是可以肯定的，8 億年前的“獼猴桃石”（球狀花崗巖）與現(xiàn)代植物—獼猴桃具有非常相似的橫截面，如此的有規(guī)律性，由耗散結(jié)構(gòu)理論的自組織機(jī)理來解釋比較合理：“獼猴桃石”從原來的無序狀態(tài)自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)空上和功能上的宏觀有序狀態(tài)，形成新的、穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。 如同我們把鴨蛋做成松花皮蛋，里面出現(xiàn)的松花也可能是由其在特定的環(huán)境下，自身組織機(jī)理形成，環(huán)境改變，則不能形成松花一樣的道理。對(duì)于多殼層，不同形態(tài)特征的球狀體的成因，值得有興趣的人們繼續(xù)探索及下一步更深入的研究。

獼猴桃屬于被子植物門雙子葉植物綱獼猴桃科獼猴桃屬。 而最早的被子植物發(fā)現(xiàn)于早白堊世（距今1.45 億～0.66 億年）初期，故獼猴桃出現(xiàn)時(shí)間應(yīng)小于1.45 億年， 從另一個(gè)側(cè)面佐證了形成于8億年之前霧渡河球狀花崗閃長巖并非植物獼猴桃化石。

總之，霧渡河“獼猴桃石”為巖漿作用形成的球狀花崗巖，并非獼猴桃的果實(shí)埋藏于地下經(jīng)過石化而形成。