太湖地區(qū)早全新世沉積物中富鐵質(zhì)棍狀結(jié)核體成因研究

左書豪，謝志東

南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023

太湖成因一直為中外學(xué)者關(guān)注，其成因假說有潟湖說（陳吉余等，1959）、構(gòu)造成湖說（黃第藩等，1965）、河道擴(kuò)張成湖說（孫順才和黃漪平，1993）、火山噴爆說（沈自勵(lì)，2003）、綜合成湖說（姜加虎等，2009），另外還有頗受爭議的沖擊成因假說（何永年等，1990；楊主恩和徐道一，1993；王爾康等，1993a，b，2001；王鶴年等，2009）等。

20 世紀(jì)末，何永年等（1990）在太湖東岸以及湖中一些島嶼上，發(fā)現(xiàn)晚泥盆世五通組石英巖的石英晶粒中廣泛發(fā)育微裂隙及變形紋，認(rèn)為是沖擊的證據(jù)，提出太湖沖擊成因的可能性；王爾康等（1993a，b，2001）根據(jù)太湖地區(qū)發(fā)現(xiàn)的疑似震裂錐、砂巖中石英變形紋（PDFs 和人字形裂隙）等證據(jù)推斷太湖為沖擊成因。但由于這些變形特征存在多解性，因此太湖沖擊成因的結(jié)論多是假設(shè)與推論，很難定論。

21 世紀(jì)初，太湖及其周邊地區(qū)發(fā)現(xiàn)的形態(tài)各異的富鐵質(zhì)結(jié)核體引起人們的關(guān)注，其中棍狀菱鐵礦結(jié)核體非常特別，據(jù)筆者所知，世界其他地方未見有此類棍狀結(jié)核體的報(bào)道和研究。王鶴年等（2009）根據(jù)太湖區(qū)域發(fā)現(xiàn)的奇特菱鐵礦結(jié)核，并結(jié)合前人的結(jié)論（王爾康等，1993a，b），再次復(fù)興了沖擊學(xué)說，并確定太湖是隕石沖擊坑，認(rèn)為棍狀菱鐵礦結(jié)核體為沖擊濺射物。黃志誠和劉冠邦（2012）持不同觀點(diǎn)，認(rèn)為太湖地區(qū)發(fā)現(xiàn)的棍狀結(jié)核是太湖現(xiàn)代沉積淤泥層中形成的菱鐵礦結(jié)核，與沖擊無關(guān)。董宇潔等（2012）對太湖地區(qū)的石英砂巖中的石英變形特征進(jìn)行了詳細(xì)的研究，認(rèn)為太湖砂巖石英變形特征不足以為確鑿的沖擊證據(jù)，沖擊坑確定的認(rèn)識（王鶴年等，2009）有待充分論證。董宇潔等（2012）一文也提出菱鐵礦結(jié)核體是探究太湖成因的一個(gè)突破口，值得深入研究（董宇潔等，2012）。

隨著研究的深入，筆者認(rèn)為這類棍狀結(jié)核體有兩種成因模式，其一可能是泥質(zhì)層中生長，其二可能是沖擊氣柱的回落物（Xie et al.，2015，2016，2019）。本文主要聚焦在棍狀結(jié)核體的產(chǎn)狀特征、分布特征和礦物學(xué)特征描述，進(jìn)而探討棍狀結(jié)核體的成因。

1 地質(zhì)概況、樣品來源和實(shí)驗(yàn)方法

1.1 湖區(qū)地質(zhì)概況

圖1 綜合地層柱狀圖（據(jù)孫順才等，1987修改）Fig. 1 Composite columnar section of Taihu lake area

太湖地處長江三角洲平原，南北長68.5 km，東西寬34 km，平均水深近1.89 m，最大水深不超過三米（圖1）。太湖基底地層為晚更新世的硬黃土層，質(zhì)地堅(jiān)硬致密且層位穩(wěn)定，與陸地相接（孫順才和黃漪平，1993；姜加虎等，2009），湖底硬黃土層的形成年代為20～11 ka B.P.（孫順才，1992；劉金陵等，1996）。太湖以西山島為界，大致分為東太湖和西太湖。東太湖部分硬黃土層上的淤泥層較厚(圖1 中Unit I 和Ⅱ)，平均2～4 m，而西太湖中部大部分湖底受水體擾動(dòng)影響較大，僅有極薄的淤泥表層，厚度0.2～1 m 左右，而靠近岸邊，淤泥層厚度增加。

太湖地區(qū)發(fā)育最廣泛的基巖地層是泥盆系五通組（D3w）與志留系茅山組砂巖層系，如圖1，2 所示，主要出露在太湖島嶼及周邊地區(qū)。五通組主要包括灰白色厚層至巨厚層粗至細(xì)粒石英砂巖，局部含頁巖和泥巖夾層；茅山組包括紫紅色或淺紫紅色中細(xì)粒石英砂巖，局部含泥巖夾層。另外太湖區(qū)域零星分布石炭系石灰?guī)r（C3c）和二疊系龍?zhí)督M（P2l1）石灰?guī)r，零星出露侏羅（J3）火山巖、燕山期花崗巖以及花崗閃長巖。太湖四周分別被北西向與北東向兩組區(qū)域性斷層所圍限，整個(gè)湖區(qū)被斷塊作用分割為棋盤格式斷塊（沈自勵(lì)和張邦柱，1990）。太湖區(qū)域在加里東—海西期為海相或海陸交互相沉積；印支期古生界蓋層發(fā)生強(qiáng)烈擠壓，產(chǎn)生多組構(gòu)造斷裂；燕山期中性與中酸性巖漿噴出與侵入；新近系為海陸交互環(huán)境，沉積厚度自西向東遞增（孫順才和伍貽范，1987）。20～11 K是硬黃土層，是小冰期時(shí)期的季風(fēng)黃土沉積，當(dāng)時(shí)海面退至日本海，現(xiàn)在海岸線幾百公里外，太湖平原為剝蝕沉積臺地，有通海河道?，F(xiàn)代太湖基底為一層連續(xù)的硬黃土層，太湖的基底形成不會(huì)早于11 ka B.P.（孫順才，1992，劉金陵等，1996）。小冰期結(jié)束11 K 之后，氣候轉(zhuǎn)暖，海面上升，7 K 左右升至最高，是否覆蓋全部太湖區(qū)域，尚有爭議，最近的一些孢粉工作，也顯示太湖平原在8000 年前還是沼澤平原（程瑜等，2018；蕭家儀等，2004；景存義，1985）。前人根據(jù)眾多的古文化遺址點(diǎn)，推算太湖地區(qū)大水面形成在2～3 千年前（孫順才，1992；洪雪晴，1991；劉金陵等，1996；王建等，1996）。

1.2 樣品來源

蘇州石湖湖底清淤工程、太湖西山島周邊的圍湖取土及修路等工程顯露了一層以前沒有認(rèn)識的富含富鐵質(zhì)結(jié)核的標(biāo)志性泥質(zhì)層，此泥質(zhì)層廣泛發(fā)育于太湖及其周邊地區(qū)，包括蘇州石湖、西山島周邊、蘇州灣、平臺山島附近等地（袁悅等，2019）。此泥質(zhì)層含有大量富鐵質(zhì)小球粒、棍狀菱鐵礦結(jié)核體及不規(guī)則狀結(jié)核體。本文的主要研究對象為棍狀結(jié)核體，采樣點(diǎn)如圖2 所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

主要研究方法包括手標(biāo)本觀察，薄片和光片的顯微鏡觀察及掃面電鏡（SEM）、電子探針（EPMA）等。以上實(shí)驗(yàn)主要在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

手標(biāo)本觀察主要是觀察棍狀結(jié)核體的外表特征，包括結(jié)核體的外部顏色、長短、大小，表面紋路，不同類型結(jié)核體的相互連接關(guān)系等。選取比較新鮮的野外樣品，主要為來自石湖湖底或太湖原始層位的結(jié)核體。野外采集的新鮮樣品常包裹在泥土中，取出后用軟毛刷輕輕刷去表層泥土。選取部分棍狀樣品制作光薄片或光片，制作的薄片以Al2O3粉打磨，由于內(nèi)部含黏土礦物，較松散，磨制厚度較厚，大于標(biāo)準(zhǔn)薄片厚度（0.03 mm），在正交偏光顯微鏡 (Nikon LV100POL)下進(jìn)行初步鑒定。

圖2 太湖地理簡圖及采樣點(diǎn)（簡圖根據(jù)最新衛(wèi)星圖像繪制，地層分布參考1：20萬地質(zhì)圖，1977①江蘇省地質(zhì)局地質(zhì)調(diào)查隊(duì). 1977. 1:20萬地質(zhì)圖（蘇州圖幅，宜興圖幅）.）Fig. 2 Simplified geological map of Taihu lake area and sample collecting sites

應(yīng)用SEM 觀察樣品內(nèi)部微區(qū)結(jié)構(gòu)特征，運(yùn)用能譜（EDS）半定量分析獲得微區(qū)礦物成分。儀器為日產(chǎn)JSM-6490 型掃描電鏡。為了增加樣品導(dǎo)電性，部分樣品表面噴C；因所測樣品中含大量菱鐵礦（FeCO3），更多的樣品表面噴Au。電子探針（EMPA）被用來定點(diǎn)定性/定點(diǎn)定量分析，儀器為JEOL JXA8100M，儀器工作條件為：加速電壓15 KV，加速電流20 nA，束斑直徑1～2 μm，所有測試數(shù)據(jù)均以ZAF 程序進(jìn)行了矯正處理，元素的特征峰測量時(shí)間為10 s，背景測量時(shí)間為5 s。Fe的標(biāo)樣是赤鐵礦和薔薇輝石；Si 的標(biāo)樣為石英，石榴子石；Al 的標(biāo)樣為石榴子石。另外，部分樣品進(jìn)行了XRD，XRF 分析，以確定樣品所含礦物組成、各元素相對含量。

2 結(jié)果

2.1 棍狀結(jié)核體的產(chǎn)出層位及分布

如圖1 太湖地區(qū)綜合地層柱狀圖所示，棍狀結(jié)核體主要出露在湖底的標(biāo)志性泥質(zhì)層中。此類泥質(zhì)層廣泛發(fā)育于太湖及其周邊地區(qū)（圖2），包括平臺山島附近、西山島周邊、蘇州灣、蘇州石湖等地均有分布（Xie et al.，2016；袁悅等， 2019），14C 測年數(shù)據(jù)顯示該標(biāo)志性泥質(zhì)層年齡約為7000 a B.P.,（袁悅等，2019）。該層為一層約60～80 cm 厚的青灰色泥質(zhì)層（圖3a），暴露一段時(shí)間為褐色（圖3b）。標(biāo)志性泥質(zhì)層下伏硬黃土層，上覆現(xiàn)代淤泥層（圖3a, b）。

太湖地區(qū)棍狀結(jié)核體、球粒及不規(guī)則狀結(jié)核體橫向上分布廣泛，西太湖平臺山島、西山島、三山島、蘇州石湖、無錫、宜興等地均有出露；縱向上，棍狀和塊狀結(jié)核體在太湖地區(qū)不同高度都有發(fā)現(xiàn)，從湖底到岸邊的田地，山麓下的溝槽里也有出露。結(jié)核體所處高度相差可達(dá)幾十米。這些非湖底富鐵質(zhì)結(jié)核大多已經(jīng)土質(zhì)化，外表通常都有磨損的跡象，這些結(jié)核顯然是被搬運(yùn)后再被掩埋。這些不同高處的結(jié)核所處層位不是連續(xù)地層；根據(jù)不同高處所處地層下伏基巖地層判斷，所處高度可能代表古地形的不同高度。

圖3 (a)石湖湖底地層和 (b)太湖西山島附近的湖底地層Fig. 3 (a) The layers of Shihu Lake bottom of Suzou city (b) The layers of the Taihu lake bottom near the Xishan Island

新鮮的棍狀結(jié)核體多直立插在較厚的原始泥質(zhì)層中，如蘇州石湖湖底的原始泥質(zhì)地層，西山島衙甪里原始地層。棍狀體豎直插于標(biāo)志性泥層中，與水平方向夾角75°～90°，個(gè)別棍狀體頭部插在硬黃土層頂部，個(gè)別棍狀體頂部（尾部）暴露在泥質(zhì)層外，成為被氧化的一段。圖4 顯示蘇州石湖的棍狀體的原始直立產(chǎn)狀。有些短的棍狀結(jié)核直立插在標(biāo)志性泥質(zhì)層中（圖4a）。圖4b 可見直立的石棍在青灰色泥質(zhì)層中，泥質(zhì)層還含有大量焦炭（燒焦的木炭在圖左上角）。圖4c 顯示直立的小石棍插在石湖清淤后的湖底。圖4d 顯示細(xì)長的石棍直立在泥質(zhì)層中。原始層位中具有直立產(chǎn)狀的棍狀結(jié)核體大多比較新鮮，保存完整的表面特征和內(nèi)部特征。

被擾動(dòng)過的標(biāo)志性泥質(zhì)層，主要的標(biāo)志是富含被磨損的富鐵質(zhì)結(jié)核、氧化嚴(yán)重的結(jié)核，或堆積在一起的小球粒。西太湖中心位置，靠近平臺山島附近的湖底存在一個(gè)長幾公里寬幾十米的鐵砂帶，曾被報(bào)道過（孫順才和伍貽范，1987），被認(rèn)為是硬黃土中被淘洗出來的富鐵質(zhì)小球粒的富集。筆者認(rèn)為這些鐵砂帶是原始層位被擾動(dòng)后，所留結(jié)核的富集。由于湖中心暴風(fēng)流的作用，原始泥質(zhì)層中的粘土被沖走，但其中的富鐵質(zhì)結(jié)核較重，被搬運(yùn)、淘洗、富集在一起，形成鐵砂帶。

在太湖區(qū)域及周邊地區(qū)也常發(fā)現(xiàn)風(fēng)化氧化或磨損嚴(yán)重的棍狀體，一般為短柱狀，基本沒有長棍，大多被翻上來暴露在地表或保存在擾動(dòng)層中。新鮮的棍狀菱鐵礦結(jié)核體中含大量FeCO3，極易風(fēng)化和氧化，需要保存在具有還原性質(zhì)的清灰色泥質(zhì)層中，否則棍狀體難以保存（圖5a, b）。西太湖平臺山附近的鐵砂帶，其中也包含一些表面被磨損棍狀體，鐵砂帶是原始層位被淘洗后的富集物。一些近岸邊的河道出口，也可見散落的棍狀體。據(jù)新聞報(bào)道，無錫梅山河道中也有大量表皮被磨損的短的棍狀體。山麓邊或湖邊的淺灘上的棍狀體大多氧化嚴(yán)重，表皮被磨損，顯然不是原始層位的棍狀體，是原始地層擾動(dòng)后被搬運(yùn)或沖刷的結(jié)果。

圖4 棍狀結(jié)核原始直立產(chǎn)狀Fig. 4 The field pictures of the original upright occurrence of elongated concretions

圖5 西山果園、西山近湖堤岸棍狀結(jié)核照片F(xiàn)ig. 5 Photos of weathering rod-shaped concretions

2.2 棍狀結(jié)核體的外形特征

棍狀結(jié)核體直徑0.5～2 cm，長度2～80 cm，新鮮外表為灰色—鋼灰色，自然斷面灰色，泥質(zhì)光澤。完整的棍狀體如箭矢，有頭有尾；原始直立產(chǎn)狀時(shí)，下端為頭部，多為半球狀，半球表面具放射紋延展到棍身（圖6a-d）；上端為尾，稍粗。棍狀結(jié)核體表面紋路特征獨(dú)特，表面具有螺旋紋，如皺皮紋、鰈形紋或干裂紋；偶爾可見較深的螺旋紋，就如旋扭的草繩。保存完好的棍狀結(jié)核體表層具有交錯(cuò)雙螺旋紋（圖6a-d）。太湖地區(qū)棍狀結(jié)核體多含外殼層，厚0.1～0.2 cm，致密。

圖6 太湖地區(qū)富鐵質(zhì)棍狀結(jié)核體的外形特征Fig. 6 The morphology characteristics of iron-rich rod-shaped concretions in Taihu lake area

棍狀結(jié)核體頭部常粘有小球粒，有些球粒為空殼球粒，有些球粒內(nèi)嵌在棍狀體表面，球粒與棍狀體連接處具有內(nèi)陷特征（圖6d）。不少不規(guī)則狀結(jié)核體是棍狀體的集合體或變體。環(huán)狀結(jié)核體是棍狀體的彎曲形態(tài)，外表依然可見棍狀體獨(dú)特的交錯(cuò)螺旋紋（圖6e）。多個(gè)棍狀體集合在一起，或扭在一起，個(gè)別棍狀結(jié)核體為兩根或三根石棍相互纏繞，形成螺旋狀結(jié)核體（圖6f）。

2.3 棍狀結(jié)核體的內(nèi)部特征

棍狀結(jié)核體內(nèi)部具有典型的膠體結(jié)構(gòu)。我們以兩個(gè)石湖的短柱狀樣品Su2 和Su3（圖7a, 8a）為代表來介紹棍狀結(jié)核體的膠體結(jié)構(gòu)特征。棍狀結(jié)核體中，膠結(jié)物為微米級的自形程度較高的菱鐵礦微晶，正交透射光下顯示為黃色—黃褐色（圖7b，8b）,因?yàn)榱忤F礦原子量高，電子顯微鏡圖像襯度高，為白色。被包裹的碎屑主要包含幾微米到幾百微米大小不等的石英晶屑、長石晶屑或巖屑等（圖7b-d，8b-f），晶屑和巖屑原子量相對較低，為灰色。石英晶屑棱角分明，分選差，巖屑塊體混雜于石英碎屑中（圖8d，e）。棍狀結(jié)核體多具有深褐色針鐵礦殼層（圖7b, 8b）。也可見“小球?！北话诠鳡罱Y(jié)核體內(nèi)部。棍狀結(jié)核橫切面顯示一些球粒被包裹在棍狀結(jié)核體中。棍狀結(jié)核體本身也可以是球粒的集合體，如Su3 樣品就含有大量球粒（圖8e）。小球粒不僅在棍狀結(jié)核體的外表黏結(jié)（圖6e）, 也可以是組成棍狀結(jié)核體的基本單元。

Su2 和Su3 具有不同內(nèi)部礦物特征，石英晶屑的大小與所占的比例，菱鐵礦微晶的大小、成分組成、膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)都稍有不同。Su2 樣品中，石英晶屑和巖屑較小，幾微米到幾十微米，所占比例低，不到25%，菱鐵礦自形晶成嵌晶狀結(jié)構(gòu)，粒徑從微米以下到5 μm （圖7b-d）。而Su3 樣品所含石英晶屑和巖屑較大，可達(dá)300 μm，并且晶屑在樣品中所含比例高，可達(dá)50%以上。菱鐵礦自形晶有的成嵌晶結(jié)構(gòu)，粒徑在幾個(gè)微米，也見到菱鐵礦微晶圍繞晶屑為中心集合成小球粒集合體，直徑15～30 μm，如圖8e 所示，大量的球粒集合體成為膠體的基質(zhì)。

圖7 棍狀結(jié)核體Su2顯微圖像Fig. 7 The microphotographs of rod-shaped concretion (Su2)

圖8 棍狀結(jié)核體Su3顯微圖像Fig. 8 Micrographs of rod-shaped concretion of Su3

電子探針(EMPA)數(shù)據(jù)（表1）顯示棍狀結(jié)核體中主要礦物有石英、菱鐵礦及少量長石和黏土礦物。EMPA 數(shù)據(jù)與SEM 數(shù)據(jù)、XRD 數(shù)據(jù)、XRF數(shù)據(jù)及偏光顯微鏡的觀察相互一致，可以確定棍狀結(jié)核體中的膠結(jié)基質(zhì)為菱鐵礦FeCO3，探針數(shù)據(jù)顯示灰色基質(zhì)（圖7d, 8f）總體含量63%～73%,含F(xiàn)eO（45%～69%），含少量的CaO 和 MnO。棍狀結(jié)核中的被包裹物主要為石英晶屑，但石英的總量～97%，推測石英中含有少量水。表1 中Su2樣品中的點(diǎn)1 與點(diǎn)2 為草莓狀黃鐵礦，電子探針數(shù)據(jù)總量遠(yuǎn)大于100%，若去除配比的O，黃鐵礦（FeS2）質(zhì)量百分比接近99%。

3 討論

3.1 棍狀結(jié)核體的直立產(chǎn)狀、分布特征與成因模式

清淤工程或取土工程使得棍狀體的原始產(chǎn)狀得以被發(fā)現(xiàn)，棍狀結(jié)核體的原始產(chǎn)狀有助于解釋其成因模式及其與標(biāo)志性泥質(zhì)層的相互關(guān)系。太湖地區(qū)標(biāo)志性泥質(zhì)層中棍狀體的原始直立產(chǎn)狀說明其不會(huì)老于下面的硬黃土層，不是前人文獻(xiàn)中認(rèn)為的硬黃土的淘洗物（孫順才和伍貽范，1987）, 也不會(huì)老于標(biāo)志性泥質(zhì)層的7000 a B.P.（袁悅等，2019）。太湖地區(qū)有許多雜亂分布、非直立、表面沒有紋路的棍狀結(jié)核，此類棍狀結(jié)核大多為短柱狀，是后期搬運(yùn)和磨損的結(jié)果。太湖西山島的一些果園、農(nóng)田的上翻泥土中也發(fā)現(xiàn)不少短棍狀結(jié)核，氧化和土化非常嚴(yán)重（圖5），說明菱鐵礦棍狀結(jié)核體不易保存，青灰色的標(biāo)志性泥質(zhì)層是一層具有還原性質(zhì)的保護(hù)層。

原始直立產(chǎn)狀也說明棍狀體的成因模式可能有兩類，其一是就地生長，傳統(tǒng)的水底淤泥中的膠體沉積結(jié)核模式，如注?；S志誠等，2012）。其二是空爆氣柱的回落物（Xie et al.,2016, 2019），在氣柱中合成，自空中落下，插入已有的泥質(zhì)層或與泥質(zhì)層同時(shí)落下，形成如圖4所示的直立產(chǎn)狀。棍狀結(jié)核體橫向上在太湖地區(qū)分布廣泛，太湖湖底、湖岸邊、蘇州石湖等地均有出露，這些結(jié)核中，被淤泥覆蓋，處在原始層位可以保持原始產(chǎn)狀，如西山岸邊，石湖湖底；若湖底淤泥層較薄，風(fēng)暴流影響較大，結(jié)核會(huì)被擾動(dòng)和匯集，如西太湖的鐵砂帶等?？v向上從太湖湖底到山邊的田地，再到山麓下的溝槽，甚至幾十米高的山坡上，不同高度都有發(fā)現(xiàn)棍狀結(jié)核體，這些結(jié)核外表通常都有磨損的跡象，這些結(jié)核顯然是被搬運(yùn)后再被掩埋。水沉積很難解釋不同高度都有的現(xiàn)象。空中回落物可以解釋棍狀結(jié)核分布廣泛及不同高程都有的現(xiàn)象。

表1 Su2和Su3電子探針數(shù)據(jù)（wt%）Table 1 EPMA analysis of Su2 and Su3 (wt%)

3.2 棍狀結(jié)核體外形及內(nèi)部特征

太湖地區(qū)的棍狀菱鐵礦結(jié)核體具有自然界中非常罕見的獨(dú)特的外形特征。新鮮的棍狀結(jié)核體頭部多為曲面半球體或尖頭，且有螺旋紋延展到棍狀結(jié)核體表面（圖6a，b，c），偶爾可見較深的螺旋紋，就如旋扭的草繩。這些特征說明棍狀體形成時(shí)可能受到旋轉(zhuǎn)力的扭曲作用，另外，也有許多彎曲成環(huán)的棍狀體（圖6e），還有多個(gè)棍狀體的扭曲集合體（圖6f），皆顯示棍狀結(jié)核體的半塑性特征。棍狀結(jié)核體外表還會(huì)黏結(jié)小球粒，個(gè)別小球粒內(nèi)陷在棍狀體表面（圖6d），顯示半塑性體的相互擠壓和黏結(jié)的效果。這些半塑性特征有可能是空氣動(dòng)力學(xué)作用的結(jié)果，空中回落物的模式可解釋這些現(xiàn)象。

棍狀結(jié)核體內(nèi)部為膠體結(jié)構(gòu)，主要膠結(jié)物為微米級自形程度高的菱鐵礦晶體，包裹大量石英晶屑，及少量巖屑集合體（圖7，8）。石英晶屑棱角分明、磨圓度差、分選差（圖7b-d；圖8bf），說明這一類石英沒有經(jīng)過遠(yuǎn)距離搬運(yùn)，這些特征是機(jī)械破碎的結(jié)果。棍狀結(jié)核體內(nèi)部局部區(qū)域包含大量小球粒集合體（圖8e），小球粒是由菱鐵礦微晶圍繞微小晶屑組成。棍狀結(jié)核體為膠體產(chǎn)物，可以是氣溶膠或水溶膠產(chǎn)物。如果是水溶膠，這些結(jié)核體可能產(chǎn)于太湖大面積水域下的湖底淤泥。如果是氣溶膠，這些結(jié)核體可以是空爆氣柱的合成產(chǎn)物。

3.3 菱鐵礦的成因模式及密實(shí)度

自然界中菱鐵礦的成因模式主要有三類：水沉積膠體成因（Raiswell et al.，2000；姚鳳良等，2006；Mozley et al.，1992； Mozley，1989）、巖 漿成因（常麗華等，2006；王凱怡等，2002；薛云興等，2007；Halama et al.， 2005）、熱液交代成因（Palinka? et al., 2009；Pohl et al., 1986）?？紤]到太湖棍狀體的產(chǎn)狀和分布特征，巖漿成因與熱液交代成因模式顯然不符合，可以不考慮。菱鐵礦的水沉積成因模式，通常指含鐵溶液，如Fe(OH)3膠體溶液或Fe(HCO3)2真溶液，在水體與淤泥交界面下空隙中，處于還原且HCO3-過飽和的環(huán)境下形成菱鐵礦膠體結(jié)核（Raiswell et al.，2000）。

原生的菱鐵礦微晶是太湖富鐵質(zhì)結(jié)核體的主要組成部分，是棍狀結(jié)核體與不規(guī)則狀結(jié)合體的主要膠結(jié)物基質(zhì)，部分小球粒也含有菱鐵礦。黃志誠和劉冠邦（2012）認(rèn)為太湖富鐵質(zhì)結(jié)核為生物或細(xì)菌作用沉積成因，與沖擊無關(guān)。該文中指出，棍狀菱鐵礦結(jié)核體內(nèi)部含有植物碎片和植物蛋白，部分微區(qū)發(fā)現(xiàn)生物殘留化石，認(rèn)為菱鐵礦是在較封閉的條件下逐漸聚集充填而成，是各種水生維管束植物內(nèi)管腔的鑄型體（黃志誠和劉冠邦，2012）。該文介紹了球粒結(jié)核與棍狀結(jié)核體的礦物學(xué)特征，尤其是內(nèi)部含有大量生物殘留化石，與筆者的觀察也類似。筆者認(rèn)為空爆形成的沖擊波沖擊地表，形成垂直地面的空爆氣柱可以含有大量地表的粉碎物質(zhì)，可以解釋這類殘留物的存在?？罩斜ǖ臎_擊波會(huì)將基巖和土壤粉碎，大量石英、黏土、碳酸巖碎屑形成，并將粉塵拋向空中；沖擊氣柱具有高還原性環(huán)境（Knauth et al.，2005 ；Burt et al.，2008），氣柱如同一個(gè)氣溶膠反應(yīng)室，菱鐵礦在粉塵云柱中結(jié)晶，此過程類似于冰雹的形成過程（Sheridan and Wohletz, 1983 ；Schumacher and Schmincke，1995），CO2可由太湖地區(qū)的石灰?guī)r或大氣提供，F(xiàn)e 可由含鐵的黏土或砂巖提供，菱鐵礦微晶形成結(jié)核體基質(zhì)；粉塵含有大量粉碎的石英晶屑和表層土的各類物質(zhì)，可包含巖屑、黏土集合體及植物碎屑。棍狀菱鐵礦結(jié)核體可以是空爆氣柱中合成的產(chǎn)物（王鶴年等，2009 ；Xie et al., 2016，2019）。筆者也關(guān)注水沉積成因模式的可能性。但認(rèn)為黃志誠和劉冠邦（2012）缺乏結(jié)核體的產(chǎn)狀認(rèn)識，沒有認(rèn)識到原始層與擾動(dòng)層的區(qū)別（文章中從宜興一側(cè)所撈取的樣品是擾動(dòng)層位的結(jié)核，并且氧化嚴(yán)重），另外所觀察的樣品很少，新鮮樣品更少，難以對富鐵質(zhì)結(jié)核體的成因提供有效的解釋。

水沉積模式的菱鐵礦結(jié)核的形成除了必要的溶液酸堿度、還原電勢、化學(xué)成分濃度外，也與溫壓條件和形成深度有關(guān)，菱鐵礦沉積深度與其孔隙度存在以下關(guān)系，depth (km)=6.02 (1-φ)6.35，depth 為沉積深度（水底淤泥交接面為0），φ為菱鐵礦孔隙度（Raiswell et al.，2000）。太湖區(qū)域新鮮的棍狀菱鐵礦結(jié)核體孔隙度小于 20%，發(fā)現(xiàn)深度在水底界面以下2～3 m 左右。 而根據(jù)公式計(jì)算，深度2.88 m 對應(yīng)的結(jié)核體孔隙度應(yīng)該在 70%（d=2.88 m，φ=70%）?？紫抖?0%對應(yīng)的深度是1460 m。水沉積成因模式難以解釋如此淺的深度如何形成如此密實(shí)的太湖棍狀結(jié)核體。

4 結(jié)論

棍狀菱鐵礦結(jié)核體橫向上廣泛分布于太湖及其周邊地區(qū)一層標(biāo)志性泥質(zhì)層中，縱向上，棍狀結(jié)核體從湖底到山邊的田地, 山麓下的溝槽里，在不同高度都有發(fā)現(xiàn)。原始泥質(zhì)層位可見新鮮棍狀結(jié)核體，其原始產(chǎn)狀為直立插于標(biāo)志性泥質(zhì)層中，頭部多為具有發(fā)散螺紋的半圓球，棍身表面多具螺旋紋。棍狀菱鐵礦結(jié)核具有自然界中非常罕見的獨(dú)特的外形特征和內(nèi)部特征。棍狀結(jié)核體的原始直立產(chǎn)狀說明其不是下伏硬黃土層的淘洗物，不會(huì)老于標(biāo)志性泥質(zhì)層的年齡（7 ka B.P.）。兩種成因模式可以解釋棍狀結(jié)核體的成因，其一是就地生長，水底淤泥中的膠體結(jié)核沉積模式；其二是空爆氣柱的回落物，在氣柱中合成，自空中落下，插入已有的泥質(zhì)層或與泥質(zhì)層一起落下?？毡瑲庵芈湮锏募僬f可以合理解釋棍狀菱鐵礦結(jié)核體的產(chǎn)狀及分布特征，也可解釋其獨(dú)特的外形和內(nèi)部特征。

致謝：感謝國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40972031）及南大地科院國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的自主研究課題（2008-II-15, 2012-II-13)等資助項(xiàng)目的支持。ZSH在此感謝王德滋院士、蔣少涌教授對于太湖研究的支持和鼓勵(lì)，感謝王鶴年老師、錢漢東老師、李永祥老師在野外工作與研究中的幫助與教導(dǎo)。我們特別感謝王來金、王家超兩位太湖奇石收集者提供的大量研究樣品并一起出野外。感謝繆秉魁及李永祥兩位審稿人的建議和指正，特別感謝本雜志原執(zhí)行主編邱檢生教授的幫助和肯定。感謝關(guān)心太湖富鐵質(zhì)結(jié)核研究的眾多師長及友人的一貫支持，不好一一具名，在此表示衷心的謝意。