馬璐 梁宇

話說竹葉灰?guī)r

馬璐 梁宇

明成祖朱棣在修建紫禁城的時候從北京郊區(qū)西山、房山一帶開采了很多石材，其中以故宮保和殿后一塊采自房山的漢白玉制成的最大云龍圖案石雕最為吸引游客；而注意到太和殿前的地板的游客就不多了，這些地板由產(chǎn)自北京西山寒武系的石灰?guī)r拼成，其中很多石板表面可見長條狀、扁圓狀等的礫石，這就是地質(zhì)學上通稱的“礫屑灰?guī)r”（flat-pebbleconglomerate limestone），中國沉積學家形象地稱之為“竹葉灰?guī)r”。竹葉灰?guī)r在全球的寒武紀淺海碳酸鹽巖地層中廣泛分布，在山東寒武紀地層中更是特別常見，曲阜孔府建筑群中有不少石柱、石碑都是由取自濟寧一帶的竹葉灰?guī)r雕刻成的，在武當山道觀中供奉著一塊被當成道教圣物的石頭，其實就是竹葉灰?guī)r。濟南長清陳溝灣剖面的崮山組到長山組地層簡直就是各種竹葉灰?guī)r的畫廊，它們講述著5億年前海底風暴的故事。這里的各類竹葉灰?guī)r類型指示了不同的形成方式。

長條直立—斜立型。礫石多呈長條狀，邊界弱磨圓，分選性較好，可呈直立或略傾斜排列（圖1）。這說明這些礫石經(jīng)風暴打碎后又被搬運一定距離，當風暴浪略微減弱時，礫石多垂直降落到海底迅速堆積起來。這種近于直立的堆積方式是不穩(wěn)定的，但由于之后沒有再經(jīng)過后期波浪的沖蝕平鋪，使得它們能夠“背靠背”地堆積起來。清代畫家、揚州八怪之一的鄭板橋在山東濰坊當過縣令，附近山上就有很多這樣的竹葉灰?guī)r，沒準兒他從中得到過畫竹的靈感呢。

圖1 近于直立型的竹葉灰?guī)r，參差交錯，是否有點鄭板橋畫竹的神韻

扁平平鋪型。這些礫石邊界呈中等程度磨圓，但大小懸殊，并且數(shù)量眾多。這反映了當時的沉積區(qū)域可能就是風暴中心，并且在風暴過后還存在陣陣余波，使得眾多礫石在正常波浪潮汐的沖蝕下棱角磨圓后，平鋪海底保持最穩(wěn)定的狀態(tài)。

二次沉積型。從圖3可以看到1塊包含著小型礫石的竹葉灰?guī)r母巖被風暴再次打碎成新的“竹葉”，和其它單個扁平、長條形的礫石共同堆積，說明此塊竹葉命途多舛，經(jīng)歷了不止一次的風暴打擊。

圖2 扁平平鋪型竹葉灰?guī)r

圖3 靠下面1塊礫石里邊包含了數(shù)片小竹葉，海洋的風暴頻繁發(fā)生，讓它們不得安寧

圖4 曬過日光浴的竹葉

圖5 在小洼地中找到避風港的礫石

圖6 鮞粒灘灰?guī)r的上部散落著幾片稀疏的礫石

具橘黃色氧化邊型。這種竹葉最好看，礫石邊緣被氧化成橘黃色，其長軸多與層面一致，平鋪海底（圖4）。說明礫石被打碎后曾露出海面曬過太陽，形成了氧化鐵風化暈，由此可知當時的沉積環(huán)境為極淺的海灘。太和殿前的石板多屬這種，更能襯托出金鑾殿的皇家氣派。

硬底沉積型。礫石磨圓度弱，分選性差，這是由于海底灰?guī)r層被風暴打碎后，部分礫石被搬運到海底洼地之中堆積（圖5），這兒像個避風港，隨后的風暴或波浪無法將它們繼續(xù)攪起帶走，這些竹葉也就了安于現(xiàn)狀地生根了。

大礫石之間一般由砂屑或灰泥充填，但我們還能偶然發(fā)現(xiàn)竹葉懸浮在鮞粒中的現(xiàn)象，這些礫石多呈倒伏狀排列（圖6）。鮞粒是由波浪不斷翻動碳酸鈣過飽和的海水形成的，不需要大風暴，而礫石則是由風暴打碎海底巖石形成的，二者共存可說明礫石非原地堆積，而是從遠處偶然被搬運至鮞粒灘區(qū)域堆積而成的。

盡管竹葉灰?guī)r的類型多種多樣，但其形成原因萬變不離其宗：在正常的淺海環(huán)境中形成的固結(jié)或半固結(jié)的薄層灰?guī)r被強烈的水動力破碎，搬運和磨蝕，并在水動力條件較弱的環(huán)境中堆積下來，再經(jīng)成巖作用形成竹葉灰?guī)r。可看出當時華北淺海區(qū)的海水很清，極少陸源泥質(zhì)影響，但經(jīng)常發(fā)生風暴級的大浪，礫石的磨圓度和分選性成正相關(guān)（圖7）。

圖7 下面一層小礫石磨圓度和分選性更好，應該經(jīng)歷過更多次的風暴淘洗

圖8 薄層泥狀灰?guī)r中的遺跡化石，在短暫的風平浪靜期生存下來不容易

竹葉灰?guī)r一層接一層地出現(xiàn)，昭示著華北淺海區(qū)頻繁的風暴氣候。但這片淺海仍存在著片刻安寧。竹葉灰?guī)r中偶然夾有的薄層泥狀灰?guī)r指示了低水流影響環(huán)境，細膩的泥狀灰?guī)r中見豐富的遺跡化石，以2種類型居多，一種是海生跡（Thalassinoides），可有Y型或彎曲型分叉；另一種是垂直型的蟲管，也稱石針跡（Skolithos），這些遺跡可能都是某些蠕蟲類逮著了短暫的無風暴期的機會，在潮坪區(qū)軟灰泥中棲居所形成的（圖8）。

這些寒武系的竹葉灰?guī)r還蘊含著深刻的演化古生物學意義。從寒武紀到早奧陶世，竹葉灰?guī)r是很常見的，在奧陶紀到二疊紀之間全球出現(xiàn)了竹葉灰?guī)r空白期，而在二疊紀末生物大滅絕之后三疊紀早期，竹葉灰?guī)r又出現(xiàn)了，隨著三疊紀中期生物的復蘇，竹葉灰?guī)r又趨于沉寂，通俗地說，就是新地層中出現(xiàn)老地層中特有的沉積相，這就是演化古生物學上所說的“時錯相”（anachronistic facies）?！昂浼o底質(zhì)革命”（Cambrian substrate revolution）的意義在于，三葉蟲低水平的生物擾動不會或僅微弱影響碳酸鹽顆粒的固結(jié)成巖，強風暴波及淺海區(qū)域時，打碎搬運的是固結(jié)的巖石而非沉積物顆粒。而在奧陶紀生物大輻射之后，海底生態(tài)群落更加多樣化，生物對底質(zhì)的影響程度加劇，頻繁的生物擾動作用不利于碳酸鈣顆粒的迅速固結(jié)成巖，風暴更多攪動的是松軟的海底沉積物而非固結(jié)的巖石。形成“竹葉”的母巖都難以形成，更何況孕育其中的竹葉灰?guī)r。

風暴作用的深度一般在60m以內(nèi)，即使海面上波濤洶涌，而在幾百米深的海底卻相當安靜的。這些竹葉灰?guī)r堆積時的深度理所當然在深度60m以上的淺海區(qū)，華北寒武紀廣布的淺海滿足這一物理-生物條件。哪位是建材商的讀者有心開發(fā)這種石材，按照下面我們免費提供的口訣去尋找礦點保準沒錯：

華北多，華南少；寒武系多，其它層少；金色竹葉價更高。