第四章　沉積岩地區的地質旅行

一、地層是研究地質學的基礎

地質學是研究地球的科學，就目前的科學水平而論，主要是研究地殼部分。而地殼則由各種岩石組成。所以，研究地質學的第一個對象，就必須跟岩石打交道。比如我們在研究各種礦產資源跟某些地質情況發生哪些關係時，先得把賦存礦產的岩石進行分門別類的整理，而且還需要進一步說明這許多岩石的形成過程及其歷史，建立它們的縱剖面；同時，還要將與此相關而出露各地的岩層作同類同期的對比和歸納，即建立橫剖面。

由此看來，如果把組成地殼的各種岩石能在空間和時間上的分佈關係確立起來，那麼，研究地質學的基礎也可以說奠定了。比如要闡明某地地質構造的變動情況，研究某種礦產的形成年代及其展佈情況，某地的滄海桑田的變遷等等，都有所依據了。

何謂地層？就廣義的概念來說，地層不僅包括沉積岩層，而且應該包括由火成岩、變質岩所組成的岩層。不過，作為賦有相對年代次序的地層來說，沉積岩是主要的。火成岩與變質岩的年代的確定還得依靠與其相鄰的沉積岩層的年代作間接的推斷。由此可見，沉積岩層在地層領域內的重要性不言而喻了。

正因為如此，我們在地質旅行時對沉積岩層的注意，特別重要。作為基礎地質的調查或研究，首先就得選擇在沉積岩發育的地區開始，這是十分自然的事。具體地說，任何地質圖、地質柱狀圖、地質剖面圖的編制以及任何野外地質研究都是首先在查明當地沉積岩層的地質年代、性質、成因和產狀的基礎上而進行的。至於沉積礦產的普查，諸如石油、煤炭、水泥原料、陶瓷原料、建築材料等等，更離不開沉積岩。因此，明確沉積岩區的地質旅行任務，是極為重要的。

二、研究沉積岩的基本要求

（1）沉積岩系的岩層層序：沉積岩既然是成層的，各層形成的次序必然有先後關係，因此先得清理其層序。

層序的先後關係，在岩層沒有發生劇烈變動的情形下，凡位於下面的先形成，位於上面的後形成，即服從「下早上晚」的地層層序律。按照這條定律，水平岩層，傾角不大的單向傾斜岩層，很容易劃分出上下層序（圖4.1）。但是，當地層直立、或者因構造劇烈變動使岩層上下關係發生倒轉的情況下，又怎樣判別其層序呢？這裡，就需要運用一些沉積學的原理和方法了。大致有以下常用的幾項：

１序粒層理　又稱粒級層理，或遞變層。每一單層的沉積岩層，由底到頂，沉積過程中的顆粒大小，總是由粗逐漸變細，例如由粗砂質遞變為細砂質，甚至到泥質。而相鄰的兩粒級層之間，由於下層的頂面常受到沖刷，因而在粒度上或成分上，顯示出截然突變。根據粒級層的這種下粗上細的遞變特徵，可以識別其頂底關係，恢復地層的原先面貌。

２交錯層理　它是在一個單層中出現與主層理呈斜交的層紋構造，此層紋在頂部與主層理呈大角度斜交；其底部的層紋則收斂變緩，與主層理以小角度相切。因此，根據其「頂部角大，底部角小」的原則辨識地層之頂底。

３波痕　我們在海灘、湖濱、江邊的沙灘或泥質沙灘上經常看到水波滌蕩留下的起伏痕跡。當其埋藏成巖以後，在岩層的頂面上也能留存此種特徵，一旦暴露地面，即見尖稜突起的波峰和圓弧下凹的波谷間換組成的圖案。如其尖稜朝上，即指示岩層頂部所在。波痕常見於砂岩、粉砂岩、泥巖中。

４泥裂　又稱乾裂。我們在一些乾旱的水田表面曾經看到過，就是那些不規則的多邊形裂塊，尤其可注意的是這些裂縫與地面垂直，裂隙作楔狀，上寬下窄。地層中的某些岩層也有這種乾裂現象保存，它們成為岩層時，縫隙則被泥沙充填，充填物的形態也作楔形，據這些特徵，可以辨認其頂底關係。

５雨痕與冰雹痕　當沉積物半干而尚未固結時，如遇暴雨或冰雹的猛烈打擊，即在柔軟的泥質或粉砂質沉積物表面留下圓形或橢圓形的凹坑，待沉積物固結為岩層後，此類凹坑即留下痕跡，借此可以辨認地層的頂底。

６沖刷面　當岩層沉積後，有時露出水面，或在水下被水流沖刷，使其層面上造成凹凸不平的不規則面，其上再沉積的岩層往往顯示出序粒層理。據此可辨認地層的頂底。

７化石的生長和保存狀況　若干固著生長的動植物，如樹木、珊瑚之類，向上生長，主幹與地層層面垂直，頂底位置也與岩層的頂底一致。大部分疊層石的生長方向也與層面垂直，其層紋的凸起部分總是朝向層面的頂部。軟體動物的貝殼，往往以其凸面朝上是最穩定的埋藏狀態，借此也可識別地層的頂底關係。

（2）各地層的相對地質年代：在確定沉積岩系各地層層序的同時，還應確定其相對地質年代，可為本區建立系統的地層表作準備。這項最關鍵的工作就是採集化石，借此鑒定地質年代。當然，化石的保存不可能每一地層都能發現，因此，有經驗的地質工作者，要善於找尋化石的埋藏地。根據我個人的經驗和體會，以下幾種情況容易獲得化石，應注意發掘：

１當你打下一塊新鮮的碎屑狀結構的石灰岩層破碎面，用放大鏡細看，這些碎屑往往是由大量的古代生物的殘骸組成，有時也能見到某些個體細小而比較完整的形體混雜其中。

２岩石性質發生改變的層位上，因為巖性（如成分、顏色、組織結構等）的改變，也就意味著沉積環境的改變，在此情景下，生物極易造成大批死亡，因而化石也就比較集中。

３若乾泥質灰巖或泥灰岩層的結核內，也往往包裹著化石。因為含結核的岩層一般形成於淺水動盪的環境中，生物死亡以後，在水波攪動的情況下，使生物遺體周圍的泥質凝聚彙集起來，終於膠結成結核，所以在野外遇到此種岩層的結核，可及時打開獲得形態比較完整的化石。例如在浙江、江西一帶上奧陶統黃泥崗組內的泥灰質結核團塊內，常能找到相當美麗的三葉蟲化石。

４深色的灰巖或頁岩中也往往有較多的化石埋藏。因為深色的岩層反映出其成巖的沉積環境富含有機質，各類生物最喜歡來此聚居生活，一旦環境突變，生物無法適應，集群死亡，就成為豐富的化石群落而埋藏於此。

反過來，根據我們的野外工作經驗，在下列幾種岩層內很少發現化石，或保存不佳。

１紅色粗砂岩或礫岩層，岩石多在氣候乾燥環境裡形成，那裡缺少生物，化石自然貧乏。即使偶而保存化石，由於岩石粗糙，化石上微細的特徵（比如葉脈、殼外紋飾）無法烙印保存下來。所以，往往能見到一些化石的跡象，卻很難鑒定其屬種名稱了。

２厚層、緻密、巖性均勻的堅硬砂質岩石也缺乏化石。因為這類岩石的形成環境是處於長期缺少有機質的情況，生物也就很少了。

３質地勻稱、巖性一致的厚度很大的石灰岩層，或很薄的石灰岩層中也缺乏化石保存，這類岩層的成因主要是化學因素，很少是生物因素，也就是說，沉積環境中缺少生物活動，所以化石貧乏了。

４發生變質作用的岩層，缺少化石，因為變質作用是在強大的壓力和很高的溫度下進行的，使原來的岩石發生化學或物理的變化，比如「重結晶作用」，就把原先即使保存下來的化石也投入「熔爐」，自然化石也就見不到了。最明顯的例子，如遠離侵入體的石灰岩，化石密集，而鄰近侵入體的石灰岩變質成為大理巖，化石早就消失了。

５某些鹽類礦物，諸如白雲石、硫化物、鹵化物高度集中的岩層裡，也缺乏化石。因為形成此類礦物的環境具有「毒性污染」作用，不宜生物生長，所以化石也就極少了。

不管怎樣，在野外一旦遇上化石碎片，即應大力搜索，當查明某一含化石的單層時，哪怕厚度極薄，也應認準此層，順籐摸瓜，及時發掘，擴大成果。經初步研究以後，就要在野外記錄本上將化石分佈的特徵、屬種的成分、生態性質以及保存情況等都作簡要的記述，作備忘之用。

在這裡，比較困難的是化石屬種名稱的當場鑒定，一般可以查閱隨身攜帶的《化石手冊》之類，對照圖版及文字描述作初步的辨認，往往能鑒定到屬的名稱也就不錯了。不過，有意識的地質旅行，在小分隊的成員中，最好能吸收古生物工作者參加（特別在沉積岩地區穿行路線時），以便及時處理。

當然，鑒定化石屬種的名稱的最主要目的是確定地層的相對地質年代，屬什麼紀、什麼統，能說出組的名稱來就更好了。

當在一系列岩層中的某一兩層找到化石，並能確定其所歸屬的地質年代以後，就可以按層序的上下關係，推測其他地層的地質年代，建立地層層序了。