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地質旅行

作者:夏樹芳
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                前言
  地質旅行,對於地質、地理工作者來說,並不陌生。但是,真正比較系統他講述這方面的基礎知識,無論在國外。或者在國內的出版物中,作者尚未見到過。同時,在專業院校的教學計劃中,也沒有這樣一門課程。所以,當我提筆寫這本書的時候,不免感到有一定程度的困難——不知從何著手為好?可是一顆普及地質科學的責任心驅使我大膽地嘗試。
  如果有讀者問我,為什麼要寫這本書,在此,我談談自己的寫作動機。
  第一,在多年的地質教育工作中,往往遇到一些學生的提問。在大學教育中,強調精簡課程,減少授課時數,讓學生增加自學時間,可是課外讀物畢竟太少,希望老師們關心這一問題,寫些小冊子,以彌補不足。我想,大學生都具有自學的基本能力,做教師的應該滿足他們的合理要求。除了正常的教學、科研工作以外,應該盡自己的力量給學生們再準備一些除教科書以外的,「精神副食品」,這是天經地義的。
  第二,多年來,我接觸過不少地學夏令營的青少年朋友,他們大多是高中一二年級的在校學生,上過地理課,但缺乏野外實踐知識。一旦來到山清水秀的名勝地,對著山石發呆,不知如何結合基本的地質或地理知識進行路線觀察。雖有老師指導,也總難發揮他們主動學習的積極性,培養他們對地學的興趣。因此,如果有一本能適當指導他們有興趣往郊外去作地質旅行,幫助他們理解地理課內容的圖書,豈不更好?
  第三,更多的生活在農村的青年人,每天都看到本鄉本土的山容水貌,若是掌握一點基礎地質知識,在勞動之餘,提一把鐵錘,走走打打,說不定會發現某種奇跡——找到貴重的礦產或珍異的化石。這樣定會使他們加深鍾愛家鄉的感情,更加熱愛自己的祖國。
  為此,我在寫作的時候,盡量照顧到具有地質專業知識的青年同志們,他們可將本書作為課外補充讀物之用;對具有中等文化程度、略具自然地理常識或稍微瞭解地質專業知識的讀者,也能對本書的某些部分發生興趣,並用之於實踐。
  作者
  1987年8 月29日於南京大學
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  第一章  什麼是地質旅行
  一、從遊山玩水談起
  隨著人類物質生活的逐步提高,解決了溫飽問題以後,人們就會想到提高精神生活的享受。遊山玩水——離開家門,外出觀光,遊覽名勝古跡,尋訪名山大川就是其中之一例,特別是近十幾年來,各地的旅遊事業蓬勃發展,參加旅遊的人們日益增多。
  況且人們在暢遊之餘,頗有大開眼界、增長見識的感觸。借他山片石,為我所用,對於促進物質生活與精神生活的建設還能起到積極的作用。請看歷史上不少政治家、科學家、史學家……的成就,差不多都跟「讀萬卷書,行萬里路」聯繫在一起。後者也就是遊山玩水,用現代的術語來說,就是旅遊吧!比如孔仲尼周遊列國,風塵僕僕14年之後,著書立說,設立講壇,開辦教育,成為偉大的教育家。司馬遷所著的《史記》,被魯迅先生稱之為「史家之絕唱,無韻之離騷」的不朽名著,是作者經過長途跋涉,遍訪華夏,對各地區的經濟、風俗、習慣、古跡、山川充分觀察以後而寫成的。李時珍到過河南、河北、江西、安徽、江蘇等地,調查民情風俗和各種疾病的治療方法,踏遍青山尋找草藥,深入民間搜求秘方以後寫成了被譽為「東方醫學巨典」的《本草綱目》。徐宏祖從22歲開始,花了34年的時間,馳騖數萬里,足跡遍及江蘇、浙江、福建、湖南、廣西、貴州、雲南等16個省區,凡遊蹤所經的古洞、名剎、溫泉、飛瀑、奇峰、深林、幽篁等靈境奇觀,無不捨身而趨,飽覽而歸。他以驚人的毅力,非凡的膽識,「聞奇必探,見險必截」。終於寫下了一部地質、地貌的考察記錄——《徐霞客遊記》。該書成為舉世聞名的古代地學名著……如此等等,不勝枚舉。所以說,遊山玩水決非閒暇無聊之舉,乃是高度文明的表現。遊山玩水不僅能鍛煉身體,增強體質,而且對於陶冶性情,開闊心胸,培養自己樂觀向上的個性也大有裨益。
  特別是現代科學技術突飛猛進的發展以後,製造了各類理想的交通工具,使遊山玩水更為方便。各種服務性行業的大力開展,又為旅遊者提供了良好的生活條件;再由於人們文化生活水平的日益提高,旅遊事業得以迅速發展,旅遊業已成為當今經濟結構中的第三產業的重要組成部分,為各國政府所重視,不少國家甚至把它列為國庫收入的不可缺少部分。
  因此,如何指導人們去遊山玩水,提高欣賞山水的能力與水平,如何觀察風俗民情等社會面貌,怎樣結合科學考察去遊山玩水,都成為今日精神文明建設中一件頗為必要的事了。
  提到遊山玩水,人們往往以羨慕的語氣向地質或地理工作者問道:「你們的職業為你們創造了遊山玩水的有利條件,跑過不少名山大川吧?」從表面看,地質或地理工作者有較多的時間和條件跟大自然打交道,能接觸到許多山水風景。但從本質上講,他們更多地是注視著路途上的地質、地理現象及其特點,盤算著在科學或經濟意義上有什麼發現。因此,縱使是千峰競秀、萬壑爭流的絕處佳境擦身而過,也往往無意流連而讓它過去了。
  二、地質旅行並非遊山玩水
  對於研究或考查地質、地理、生物、水利或其他科學目的的「遊山玩水」,嚴格地說,並非人們常說的旅遊。特別是對地質工作者的野外旅行來說,則另有其稱呼,名之曰「地質旅行」。說得清楚一些,就是以旅行手段進行地質考察的一項業務性活動。
  當然,以地質旅行方式考查地質時,不可能對山水地質的特徵瞭解得十分詳盡,但是很有必要。比如說,一位即使很有經驗的地質學家,初到某地,在缺乏任何地質資料情況下要開展工作,也必須先作一次走馬觀花式的旅行,熟悉一下那裡的地勢起伏、山川分佈、岩石露頭、植被覆蓋、氣候特點乃至當地的經濟情況、交通條件等等,這是為下一步怎樣開展調研工作進行物質和思想準備所必需的。
  或者,一位野外工作時間較短的年青地質工作者,初到一處,雖有現成的大量地質資料可以幫助他瞭解本地的地質情況,但他畢竟是「新兵上陣」,對前人的工作成果首先要有一個「消化」過程,最好的消化方法就是親身實踐,獲得感性認識,而這個開始階段的實踐工作,也頗帶有地質旅行的意思。
  還有一種情況,更是經常遇到的,許多地質工作者可能由於職業的緣故,每到一地,見有山巖,總喜歡敲打一番,習慣地拿出放大鏡,觀察一下這裡的地質標本,探索此間的地層年代、含礦情況、化石面貌、構造格架之類,說不定會有所發現,乘興而歸。這種「遊山玩水」的工作方法,也可以說是地質旅行吧!也許是一種傳統,凡是碰到地質工作者聚會——比如業務會議以後,往往擠出半天或一天的時間到附近看看山容水貌,概略地瞭解一些地質情況,這樣的「遊山玩水」通常也被稱為地質旅行。因為這種旅行並不是單純地出於雅興或好奇,而是地質工作者聯繫自己的專業、隨時隨地增進自己見識的一種好機會。
  對於地質院校的學生,到野外作教學實習,由教師領著觀察各種地質現象,聽講解、作記錄、畫素描、采標本,沿著事先選定的路線行進,這實際上也是一種地質旅行。這些實踐活動,可以培養廣大學生對地質科學的興趣。
  與此類似,老師們率領中學生開展地學夏令營活動,到野外去,邊走邊講,引導青少年初步瞭解若干地質礦產知識。這樣的路線踏勘,寓科學於旅遊之中,也是一種地質旅行。
  由此看來,地質旅行不同於觀光賞景、接觸民俗、選購土產、寫作遊記之類的一般旅遊,而是具有學習專業知識性質的科學旅遊。
  三、地質旅行並非地質普查和勘探
  正式的野外地質工作(即礦產地質勘查),一般分為兩個階段,前期是在一定的範圍之內作初步的地質調查研究,簡稱普查。它的任務是根據規章在地質調查基礎上,達到某種目的,比如找尋礦產、發現地下水或確定構造部位(特別是勘探石油所需要的)的線索,為下一步工作做好準備,以便有的放矢。後期的工作,是在選定某個有意義的礦產地後,深入進行地質工作,通過打鑽、挖槽,揭示礦體(或其他項目)的形態、範圍、含礦性等等,為正式開採礦體提供可靠的資料依據,這一階段的工作,簡稱為勘探。所以普查和勘探是正式野外地質工作的兩個既有區別、又有聯繫的重要步驟,每一位地質工作者都必須掌握。
  一般來說,地質旅行達不到普查或勘探的預期效果,這是因為地質旅行最多只能在某地穿越一條或幾條交通方便的路線,所獲得的材料只限於「線的概念」,而且它又不是按正規的路線、地質的規範進行工作,所以,旅行所至,只能得出些簡單的認識。也就是說,地質旅行代替不了地質普查,更代替不了地質勘探。
  不過,話得說回來,地質旅行往往有啟發性作用,通過偶然性,揭示地質特點的必然性。由於地質旅行機動靈活,工作富有探索性,偶有發現,能以小見大,由此及彼,具有舉一反三的效果。所以,正式的地質普查或勘探工作開展之前,對於地質旅行中獲得的地質資料也不能忽視。比如在許多人跡罕至、交通不便、生活艱苦的沙漠、高山、草原地區,不可能在一開始就動員龐大的隊伍投入工作,只能先派小組或小分隊,帶上必要的交通工具和生活資料,像探險隊那樣地不按規範穿越一條或幾條路線,為開墾地質的處女地而搜索前進。這樣的地質旅行,正是正式地質工作大規模開展之前的必要步驟。
  四、地質旅行與地學研究的關係
  古人有所謂「仗劍去國,辭親遠遊」,說的是在旅遊中學習各種知識,提高自己的創作水平或專題研究的能力,並稱之為「遊學」。推而廣之,地質旅行與學術研究也有著密切的關係。
  當然,在近代地質學尚未問世的時候,有意識地作地質旅行的學者是不存在的,不過,在他們「宦游」或「遊學」的過程中,搜集到有關地質科學的一鱗半爪,並進而予以記敘或論述的事例則是常見的。也許可以這樣認為:這些古代學者的片言隻語,也算是地質旅行的萌芽吧!
  現在,讓我們舉幾個主要的例子作為借鑒。
  酈道元(466 或472 ?—527 ),河北涿州人,幼年時,隨著做官的父親來到山東,從小酷愛大自然,年長以後,特別留心於河道溝渠的分佈和通塞情況的考察。
  做官以後,遊歷的地方更多了,仍不斷注意觀察各地的地理、水文情況,收集了大量實際資料,終於寫成名著《水經注》。書中不僅糾正了以往有關我國河道發源、流向、流域等的錯誤記載,而且涉及到了許多有關地質學的問題。
  例如《(+上晶下糸)水注》中描述平城(今山西大同)西南的火山和溫泉等自然景觀時寫道:「火山西溪水,導源火山,西北流。山上有火井,南北六七十步,廣減尺許。源深不見底,炎熱上升,常若微雷發響。以草爨之,則煙騰火發。
  ……伙井東五六尺(1 尺=0.3333米,全書同),又有湯井,廣輪與火井相狀,熱勢又同。以草內之,則不燃,皆沾濡露結,故俗以湯井為目。……井北百餘步,有東西谷,廣十許步。南崖下有風穴,厥大容人,其深不測,而穴中肅肅,常有微風,雖三伏盛暑,猶須襲裘,寒吹凌人,不可暫停。「
  如果把這段文字當作地質旅行的記錄來讀,亦未嘗不可也。現在,雖然當地火山已經熄滅,但當地留下15座火山錐地貌,孤立突兀於平原之上,全由玄武岩構成,屬內蒙古高原火山區邊緣部分。由此幫助我們瞭解了1400多年以前晉北地區的火山活動及其地貌特徵,是研究我國境內火山活動的難得文獻。
  在同一文中,酈道元還提到「山有石炭,火之,熱同樵炭也」。可見,大同煤礦在當時已經發現,或許早被人們開採利用了。
  《水經注》裡還有化石產地的記載:「石燕山(今湖南祁陽)有石蚶而狀燕,因以山名。其石或大或小,若母子焉。及雷風相薄,則石燕群飛,頡頏如真燕矣!」
  在這段文字中,記載的腕足動物化石——石燕的產地是正確的。湘中泥盆紀地層廣泛發育,所含石燕化石甚多。不過,他所說的石燕遇雷風而飛,則不可信,大概是岩層露頭久經風化以後,當雷雨大作時,狂風捲過,將石燕吹落下來的形象描述。
  至於酈道元對長江三峽、黃河三門峽的描述,不僅地貌形態逼真,而且文字優美動人,不失為地質旅行實錄之華章。
  沈括(1031—1095),錢塘(今杭州市)人,生於封建官僚家庭中,精通數學、物理、天文、地質、醫學、氣象等多門類自然科學,對問題的思考具有非凡的天才,取得了輝煌的成果。自23歲起,就開始做官,積極參與王安石的新政活動,經常出京到各地查訪新政推行的情況;出使過遼國,擔任談判邊界問題的代表;還擔任過抗擊西夏入侵的軍事指揮官。直到1088年,57歲時退出仕途,來到京口(今江蘇鎮江),購置夢溪園定居,晚年專心從事著述,完成《夢溪筆談》,書中整理出昔日見聞,記載了許多極有科學價值的資料,其中頗有相當篇幅是地質學方面的記述,具有地質旅行情趣。英國的科學史家李約瑟教授把《夢溪筆談》譽為「中國科學史的坐標」。
  例如1070年,他在察訪浙東時,遊覽雁蕩山後記載:「諸峰皆峭拔險怪,上聳千尺,穹崖巨谷不類他山。」他認為這種地貌特徵是由於山谷受大水沖擊,沙土盡去,導致巨石巋然挺立。如大龍湫、小龍湫、水簾、初月谷等均是水鑿之穴。沈括根據對山底和山頂兩個方面的認真考察,斷定雁蕩山奇峰峭壁的形成是由於流水侵蝕沖刷所致。這一卓越的見解,比歐洲人最先提出流水侵蝕地貌的見解要早600 年。
  至今在雁蕩山龍鼻洞壁上還留有沈括親筆題名的石刻。
  公元1080年前後,沈括任陝西(鹿)延經略安撫使,帶兵抗擊西夏,駐紮在延州永寧關(今延川縣東南35千米)。一天,他在黃河岸邊深數十尺的土中「得竹筍一林,凡數百,莖幹相連,悉化為石」。於是他聯想到西北地區氣候乾燥,氣溫寒冷,以致「延郡素無竹」,進而提出疑問,並試圖解釋說:「此入地數十尺土下,不知其何代物,無乃曠古以前,地卑氣濕而宜竹耶?」今已證實,沈括在文章中所說的竹筍化石屬三疊紀的新蘆木。他由此而推論的古地理與古氣候特點,完全正確。
  據尹贊勳《我國古生物學之根苗》中的研究,沈括的見解較之歐洲最早的同類見解的提出者達·芬奇要早400 年之多。
  另外,他在公元1064—1067年間,還記載了澤州(今山西晉城)人家穿井時掘得一物「蜿蜒如龍蛇狀,畏之不敢觸。久之,見不動,試撲之,乃石也」。他又根據「鱗甲皆如生物」,於是推斷「蓋蛇蜃所化,如石蟹之類」。這裡的蛇蜃化石可能是鱗木,因為目前所見到的蛇類化石僅能保存其骨骼,蛇皮柔軟而易腐,是不大可能成為化石的。所以這則記錄實際上是鱗木化石的最早報道,也符合當地的地質條件。
  沈括在《夢溪筆談》中還提到:「(鹿)延境內有石油(石油這一名詞,即由沈括最先提出),舊說高奴縣出脂水,即此也。出於水際,沙石與泉水相雜,惘惘而出。土人以雉尾裛之,乃采入缶中,頗似渟漆,燃之如麻,但煙甚濃,所霑幄幕皆黑。余疑其煙可用,試掃其煤以為墨,墨光如漆,松墨不及也。遂大為之,其識文,為延州石液者是也。此物後必大行於世,自余始之。蓋石油至多,生於地中無窮,不若松木有時而竭。」他還興奮地賦詩云:coc1二郎山下雪紛紛,旋卓穹廬學塞人。
  化盡素衣冬未老,石煙多似洛陽塵。coc2他還提到江西鉛山的山澗流水中含有膽礬,可以煉銅,這些記錄,都符合當地的地質情況,對後來的找礦提供了可貴的線索。現已證實,陝北內蒙隴東地區,是一個規模不小的油田。
  像沈括這樣的科學家,不但學識淵博,著述豐富,尤其可貴的是治學重視實地考察與認真推論。雖一生從宦,行程萬里,在處理繁重的政治和軍事事務以後,凡旅行所至,對於地理、地質、物候、動植物生態之類都極為留心,作了詳細的記錄,為我們作地質旅行記錄提供了很好的借鑒。
  我國古代的地學家中,還應提到徐宏祖(1586—1641),又名徐霞客,江蘇江陰人,自幼好學深思,博覽群書,對於輿地誌和山海圖經之類尤感興趣。他曾說:「丈夫當朝碧海而暮蒼梧,豈以一隅自限耶?」立志要「問奇於名山大川」。1608年,22歲時,在母親的支持下,離鄉背井,遍游海內,歷時34載,5 次遇盜,4 次絕糧,從未稍移其志,以探索大自然奧秘為畢生快事。最後寫出了地學名著《徐霞客遊記》。
  在這部著作中,徐霞客論述了山水地質的許多道理,例如他對我國西南石灰岩地區的巖溶(喀斯特)現象的觀察與理解都十分符合科學論證。文中所說的「諸峰分峙迭出,離立獻奇」,「亂峰尖疊,什石為伍」,「獨秀四削天柱」,「碧蓮玉筍世界」,「千山百為群,離合競變,有分三歧者,東歧大而高,中次之,西歧特銳,細長如竹枝,詭態尤甚。有聳立群峰間,卓如簪筆者」都是敘述石灰岩地區峰林地貌的絕妙詞句,也很合實際。
  又如他注意到石灰岩區與非石灰岩區山麓堆積物的差異時說:「自柳郡(今柳州)西北兩岸山土石間出,土山迤邐間,忽石峰數十,挺立成隊,所異陽朔桂林者,彼四顧石峰,不受寸土,此則如錐處囊中,尤覺有脫穎異。」他在描述石灰岩的落水洞及溶蝕窪地時說:「從嶺上東向平行其間多墜壑成阱,小者為眢井,大者為盤窪. 」提到暗河時說:「升降土阜,上多迴環,中窪如塘如井,俯不見底,水由地行。」「自馱僕陸行至太平,輒知岡陀盤旋,四環中墜,深者為井,淺者為田,上下異穴,彼此共竄,蓋他處皆轉峽出,必有一洩水門,惟此地明澗甚少,水皆從地中透去,竅之直墜者,下陷無底,旁通者則底平可植五稼。」「飛流下搗,不見下流所溢……蓋地穴潛通也。」
  徐霞客對石灰岩洞穴中的鐘乳石和石筍亦作了形象的描述:「洞頂垂石夭矯,交龍舞螭,繽紛不一。」「乳柱花萼,垂垂圍簇千萬計。」而且對其成因提出解釋:「崖間有懸虯枝,為水所淋漓者,其外皆結膚為石,蓋石膏日久凝胎而成。」
  徐霞客還對巖溶的術語提出釐正,如石峰為峰林,圓窪地稱環窪,落水洞稱眢井,天然橋稱石樑等。其中「峰林」(熱帶巖溶山峰)一詞,不但現今國內廣泛使用,在國際巖溶研究中亦廣泛使用。例如牛津大學斯維汀博士在1993年的學術論文中還提到徐霞客的貢獻。
  徐霞客對石灰岩區的地貌、地質特點的研究是最早的。他的著作是世界上第一部廣泛而系統地探索和記載巖溶地貌的科學文獻,歐洲人對石灰岩地貌進行廣泛的考察始於公元1774年的愛士培爾,最早對石灰岩地貌進行系統分類的是公元1858年的羅曼,比之徐霞客要晚二三百年。
  徐霞客在旅途中對水文學的研究也有獨到之處,比如自《禹貢》以來有「岷山導江」之說。當他看到黃河的發源地在崑崙山之北的星宿海,河流如帶,其寬度不及長江的1 /3 ;而長江江面寬闊,流量很大,於是產生了為什麼黃河流長而長江流短的疑問,欲窮其秘,親自踏勘,終於查清金沙江是長江上游的事實,最後寫成《江源考》。
  徐霞客在旅途中也注意到火山地質現象,當他到達雲南騰沖(當時稱騰越)打鷹山時,聽說山上有個時時噴冒蒸汽的深潭,30年前發生過一場大火,把山林都燒光了。於是他登上山去觀察,記載了火山噴發物——赭紅色的浮石,狀如蜂房,份量很輕,最後他感歎道:「真劫灰之餘也!」騰沖活火山正是17世紀時首次噴發,當時的情景正巧被徐霞客記載下來,十分可貴。
  據專家考證,現存的《徐霞客遊記》,僅原作的1 /6 ,共40多萬字。即使就現存的這些篇幅,也夠稱得上地學巨著了。無怪乎英國的李約瑟教授說:「他的遊記讀起來並不像17世紀學者所寫的東西,倒像是一位20世紀的野外勘探家所寫的考察記錄。」
  這裡介紹了三位有代表性的我國古代科學家的著作,大致可以窺見旅行記錄與學術研究之間的關係。其他如司馬遷、法顯、玄奘等的有關旅遊作品中,涉及到不少經濟地理、自然地理方面的內容,也有少量地質內容,就不一一細述了。
  國外有許多著名的科學家,也都十分注意旅途中的筆記或日記之類。例如達爾文能夠寫出名著《物種起源》,主要是他參加貝格爾號的環球航行,將其沿途所聞所見,作了忠實的記錄(其中有相當一部分也屬於地質內容),回國整理以後,深化認識,終於創立了生物進化學說。
  其他如早期來華的外國地質學家龐培烈、李希霍芬、維裡士等的地質專著,也都是在穿越路線的基礎上,將隨手的記錄內容整理出來的,毋需詳述。
  我國老一輩地質學家能夠在沒有地質資料可供參考的空白地形圖上填繪出色彩斑斕的地質圖,並寫出所經之處的地質處女報告。其基礎工作,就包括類似地質旅行或路線觀察等內容,只要我們去查閱一下他們的野外工作日記、沿途筆記之類,就可以深受啟發。其中最有名的,恐怕要數我國近代地質學的創始人之一丁文江先生的西南地質調查報告。黃汲清在整理他的遺稿時,發現他的論文僅佔他所掌握資料的1 /10,這些原始資料,都是他在地質旅行時的實地記錄。
  有些地質學家,在療養或休養期間,當圍繞著住處周圍散步的時候,對那裡的山石也不忘細心地觀察。例如李四光在大連療養院附近發現的「蓮花狀構造」,隨手作了記錄,成為後來撰寫專著的基礎資料。這是特殊的地質旅行與學術研究的關係之一例。
  還有些地質旅行中的記錄可以產生多種「副產品」的學術論文,例如黃汲清在1941—1943年間曾兩次到甘肅、新疆進行石油地質普查,但在沿途考察時,除了集中精力觀察石油地質問題外,也注意地貌和第四紀地質現象。後來,他把這些附帶記錄下來的素材寫成學術論述《中國新構造運動的幾個類型》。
  如前所述,地質旅行是地質普查的前導。現在也不妨說,地質旅行也是地學研究的第一步。道理很簡單,涓涓細流匯成江河,而最後歸入大海。科學上的點滴觀察,信手記錄,當累積到一定程度時,思考良久,豁然貫通,也許某些成果會勃然產生。所以,地質旅行對於從事地質工作或對地質有興趣的人來說,無疑是一項十分重要的工作,它是地質科學研究中的首要步驟。
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  第二章  地質旅行的目的與任務
  雖然地質旅行不同於地質普查或地質勘探,似乎沒有什麼「硬任務」的規定,但畢竟它是具有科學意義的專業性旅行,總要聯繫到一些地質業務問題。因此,對地質旅行提出若干目的和任務,還是很必要的,至少可以使每一個參加地質旅行的人明確自己的目的,有所作為。
  依我的理解,其目的與任務應包括下列幾個方面。
  一、瞭解沿途地貌特徵
  凡地質旅行,一般總不會選擇在一望無際的大平原上,大多數情況是選擇在地勢起伏的山川地帶進行,因此,首先要遇到的就是比較複雜的地貌問題。
  什麼是地貌?先從地形談起。所謂地形,是指地勢高低起伏的變化,即地表的形態。諸如山脈、丘陵、河流、湖泊、海濱、沼澤等均歸屬之。假如以圖形表示,也就是用等高線繪製出來的地形圖。如果要進一步追究,這裡的山嶽為什麼如此高聳?那裡的山丘為什麼顯得低矮?為什麼河流會從這裡通過,而且彎彎曲曲?湖泊的邊岸為何如此平直?諸如此類的問題,僅僅停留在地形的觀察上是解答不了的。
  而必須進一步研究高山和低山內在的岩石特徵和差異,或者研究地質構造有無控制之類;湖岸的平直,是否有巨大的斷層通過;河道的彎曲,是否在流域範圍內有軟硬不同的岩層控制所致。總之,我們研究了地表形態的差異原因或成因以後,才能解答這些問題,這就是地貌的具體內容。所以,地貌是在地形的基礎上再深入一步,須探究其前因後果。總之,地貌學乃是研究地形成因的科學(圖2.1 )。
  地形特徵是受地質特徵控制的,地形起伏,反映出地質的性質。
  許多區域地質的特徵表明:山脈的走嚮往往與區域構造線(斷層或褶皺軸向)
  方向大體一致,像我國東半部多見北東方向延伸的山脈即所謂震旦走向,就與構造線的「華夏方向」一致。又如山坡的陡峻或平緩,與岩層的產狀有關,如山坡方向與地層傾斜方向一致,常呈緩坡;反之,則呈陡坡。如河北承德的山地風光和南京的紫金山(圖2.2 )即為二例。山形的突兀起伏,也反映出岩石性質的差異,如「諸峰分峙迭出,離立獻奇」(徐霞客語),「江作青羅帶,山如碧玉簪」(韓愈詩)的桂林地形,則系平整的厚層石灰岩地層在熱帶氣候環境中侵蝕所形成;峻拔尖削,紫氣生光的林立懸崖削壁,如黃山、雁蕩山的山水風光,往往是花崗岩、火山岩類構成之地形。頂平如桌,□崗逶迤的丘陵,往往是玄武岩組成,並構成特殊的火山景觀。山坡突然而止,陡崖如劈,成排的「三角面」山定向延伸,往往是新斷層通過之處,即所謂斷層崖地貌現象,如昆明的滇池邊岸。凡此上述種種地形與地質特徵均有密切聯繫,也是地貌學要研究的內容。
  實際上,沿著預定的路線作地質旅行時,最概略的地質情況的瞭解,往往是從地貌開始的,也可說是由表及裡的觀察。所以,沿途的地貌觀察就成為地質旅行的先行任務。
  二、瞭解沿途地層年代
  地層是研究一切地質問題的基礎,確定地層的年代是進一步研究當地地質構造、地殼運動、山川的來龍去脈以至礦產形成的過程等的必需步驟,所以在地質旅行時對沿途地層年代的確定是十分重要的。
  這裡所說的確定地層的年代,是指地層的相對地質年代,即瞭解各地層之間的先後或新老的次序就行了,不需要同位素地質年代(絕對年齡)的數據。
  在野外確定地層的相對年代,基本上應注意以下幾項:(1 )地層排列的順序:說來很簡單,在正常情況下,即未受或稍受地殼運動影響的地層,位於下者為早(老),位於上者為晚(新),這是盡人皆知的。所以,凡平整或微作傾斜的地層按此原則就易分辨出新老來。但問題是,如遇直立地層,位於左側、右側者孰新?
  又如受到多次地殼運動的影響,以致其原來的上下層序發生紊亂,有時甚至完全搞顛倒了的地層,又怎樣恢復其原先的層序?這樣,必得從每一單層岩石的各種特徵作綜合的詳細研究以後才能確定。其具體的判斷方法,將在後面第四章「沉積岩地區的地質旅行」中作介紹。
  (2 )憑地層內所含的化石判斷層序:化石是埋藏在地層內的古代生物的遺體、遺骸和遺跡的總稱。由於生物在進化的道路上,具有階段性和不可逆性的特點,所以化石的從原始到高級,從簡單到複雜的各種特徵,都記錄了地質歷程的先後關係。
  根據化石的種類以及它們的進化特點,確定其所在的地層層位,從而瞭解這些地層形成的年代。所以尋找或採集化石也就成為地質旅行時的重要工作,是確定地層年代的關鍵手段。
  實際上,富有經驗的地質工作者在野外尋找化石時,主要是尋找「標準化石」。
  所謂「標準化石」,主要是指該類化石數量不多、生存時間短暫、分佈地域廣泛、特徵清楚、易於識別鑒定者。例如寒武紀地層中的三葉蟲,奧陶紀地層中的筆石,石炭、二疊紀地層中的呢,新生代地層中的哺乳動物化石等等。
  (3 )注意地層間的接觸關係:地層的接觸關係反映出地質歷程中的地殼運動情況。也就是說,每次地殼運動以後,多多少少總在地層的界面上留下當時運動特徵的某些形跡,根據這些形跡的特性可以判斷當時地殼變動的激烈或緩和的程度,並借此瞭解地層在形成過程中有無沉積間斷、當時的地殼運動是造山運動還是造陸運動等等。根據這些,聯繫區域地質情況或鄰區的相似情況,大致確定其地層的年代。
  (4 )觀察地層的岩石性質,包括其中的礦物成分、組織結構、顏色等方面,由此間接地推斷所遇地層的地質年代,即所謂岩層對比法。也就是將兩地或兩地以上所遇到過的巖性相同或基本相同的地層進行比較,如甲地的地層已經憑其中所含的化石或其他手段獲悉其所屬的地質年代,那麼乙地某相似地層的年代也許就與甲地的相同了。
  (5 )就已知的標誌層推斷未知地層的年代。所謂標誌層,往往含有某種豐富的化石,具有特殊岩石性質的地層,容易識別並確定其地質年代,如果這一套岩層層序正常的話,則位於標誌層上下的地層年代也就不言自明瞭。例如山東泰安地區,晚寒武世的「竹葉狀灰巖」,長江中下游一帶晚石炭世的「球狀構造石灰岩」(實際上是一種葛萬藻化石),都可列為標誌層。
  三、瞭解山川的來龍去脈
  當沿途地層的地質年代和地層之間的接觸關係搞清楚以後,大體上也就可以闡明當地山川的來龍去脈了。
  這實質上就是瞭解山和水的形成年代及其以後的地理面貌的變遷。比如在穿行路線地質時,見到以下幾種情況:1從寒武紀到三疊紀各地層的接觸關係比較正常,上下層間見不到角度不整合現象;2在一系列地層中,僅見泥盆紀地層屬於陸相(在大陸環境裡)沉積,其他地層全為海相沉積;3三疊紀以後的侏羅紀地層,是陸相沉積,兩者的接觸關係,呈明顯的不整合,而且侏羅紀以前的諸地展傾斜較陡,大體一致,但侏羅紀地層相當平坦,其底部有一定厚度的礫岩層(圖2.3 )。
  根據上述的基本資料,我們就可以分析這座山脈的基本歷史了。從寒武紀到志留紀,當地是海洋環境。志留紀晚期,當地有所抬升(屬於造陸運動的性質),出現陸地。所以泥盆紀的地層就在高出海面以上的新生大陸環境中形成,表現出湖沼或河流相的特點。到石炭紀時,地殼發生下沉,海水再度侵進,大陸淪為海洋,一直持續到三疊紀晚期,又形成一套新的海洋中沉積的地層。三疊紀末,當地發生了比較劇烈的地殼運動,不僅使以往的所有岩層都抬升出水面,而且使這些岩層在抬升過程中發生斷裂和褶皺,也就是造山運動,形成山脈,海洋環境宣告結束,緊接著在新生的山繫上發生風化、侵蝕作用,出現了新的河流、湖泊,造成陸相的侏羅紀地層,掩蓋在三疊紀及其以前諸地層(往往構成盆地的基底)之上,不整合接觸面即由此而成。再考慮地層傾斜情況,表明此間的山脈在三疊紀末期已初步形成。
  這裡,我們見到了一幅滄桑變遷的畫面,即山川的來龍去脈了。
  四、瞭解沿途礦產資源情況
  這裡所說的礦產資源基本上包括三大類:第一類是不屬於地層本身形成的礦產,而屬於地下岩漿、熱液上升到地殼某個部位,凝結聚集或與周圍岩層發生某種化學變化而產生的有用礦物,它們的大多數屬於金屬礦產。第二類是直接與地層形成有密切關係的,或者說地層本身就是某種礦產,或礦產賦存於地層中,比如白雲巖、石灰岩、石英砂岩、鋁土頁岩、鐵礦層、煤層、油氣層、磷礦層、石煤層、石膏層等等。第三類是儲存於岩層或斷裂帶中的水資源,也就是剖面上所見的泉水或熱泉出露情況及其埋藏特點。旅行時,不僅要注意沿途這些資源的有無問題,而且要粗略地估計資源的數量和質量。
  如果旅行路線沿河道、溪澗前進,還應注意河床或河灘上礫石、砂屑沉積中的重礦物賦存的情況,比如金砂、錫砂、鎢砂、獨居石砂、磁鐵礦砂等等混雜其中,隨手抓取,肉眼觀察,亦有所見。根據這些重砂(礦物)的蛛絲馬跡,順籐摸瓜,沿水道溯源追索,或許會發現其原生礦床的所在地,至少可以縮小找礦的範圍。即使對重礦物砂未能及時追尋蹤跡,瞭解其「礦苗」情況,但作好記述,對以後的找礦工作也是有意義的。
  最有意思的是金剛石砂,往往以其晶瑩耀眼的光芒和堅硬的顆粒為特徵,在山坡、山麓、河灘地帶夾雜在岩石碎屑或沙泥中暴露出來。特別在雨後放晴之際,最易發現。而且從金剛石砂的線索可以追尋其原生礦體。例如魯蘇交界處長期以來在平丘緩崗的斜坡上往往被群眾撿到金剛石砂粒,後來根據地質和地貌特點,探索其原產地,終於在山東蒙陰境內找到原生的金剛石礦床。
  黃金也是極易識別的礦種,例如1984年7 月間,湖南省會同縣有群眾偶然看見一塊大石頭上發出點點金光,走近一看,果然是金屑,其中最大的一片竟有手指頭那麼粗,這塊含金的石頭嵌生在褐鐵礦化的石英脈中。消息傳開,山溝裡沸騰了,幾天之內,聚集了千餘人淘金。後經地質隊專題調研,這些金子是生產在十幾億年前的變質岩系中。後來由國家管理開採。
  瞭解沿途的礦產資源概貌以後,可以為進一步勘探提出計劃,甚至對此間的經濟建設問題提出初步設想。
  五、注意生物和人類的活動與礦床的關係
  由於構成地殼的各類岩石的元素分佈並不是均勻的,各地岩石風化以後剝落下來的碎屑,散佈到土層中,使土層中的元素也不均勻,例如花崗岩區的土壤多含鉀、銣、銫、鋰、鋇;閃長巖、粗面巖、輝長巖區則多含鐵、鈦、釩;玄武岩、橄欖巖區則多含鉻、鎳、鈷和鎂等元素。因此,生長在那裡的動物和植物,在它們器官的某些部分,甚至某些種類的特殊性上都有明顯的特點。若是某些元素聚集而變成礦床的話,生物的特殊性更加清楚,成為找礦的指示。最有意思的例子就是海州香薷,俗名銅草(圖2.4 )。它最歡喜生長在含銅元素較高的地表或碎石堆上,幾乎滿山遍野,隨手可摘。尤其是它散發出一股異常的「銅臭」氣味,行人到此,莫不驚異,環顧四周,隨「香」覓物而認識它。因而,銅草便成為天然的「報礦」草了。
  有些山區居民,往往有某種地方性疾病,患者痛苦不堪。多數是因為那裡的飲用水中缺乏某種元素,或過分集中某種元素之故。如作進一步瞭解,往往反映了這些地區有某種礦床埋藏的可能性。例如某地有一山村,居民面黃肌瘦,體弱多病,貧血症十分普遍。後經地質隊協同環境保護部門深入調查研究,才發現這裡的山村居民長期以來飲用村邊一條小溪中的流水,而這條溪流正好流經銅礦區,不健康的原因即由此而來。這條不經意的線索,為後來找到一處儲量可觀的銅礦提供了重要的信息。
  又如齲齒病,或者稱為「斑釉齒病」,就是患者的牙齒上出現白色、黃褐色、黑褐色的斑點或斑塊。意大利維蘇威火山附近的居民很早就發現他們的牙齒有此病症,印度的馬得拉斯、日本、美國、北非等地也發現類似的病症,經調查,原來這些地方居民的飲用水(天然水)中含有過量的氟,而氟的來源,又與當地火山噴發有關的岩石或礦物中的成分有關。再如有的農田,由於含有鉛、鎘的水流進入,而使稻秧枯黃致死,由此線索,可以尋找附近的鉛、鎘礦床。
  提到鎘元素,前些時候曾報道福建邵武水北鎮高陽村是遠近聞名的女兒村,這個距離市區23千米的小山村裡,共有22戶人家,40多年來共出生嬰孩136 人,其中女嬰占125 名,男嬰僅11名,比例為1 :11.4. 後來查明,當地的飲用水中含有過量的鎘,它對男子的精子有不利的影響,所以出生的嬰兒中男女比例失調。
  此類實例頗多,不勝枚舉,這一課題,是當前環境地質研究的重點,我們在野外旅行時不得不予以注意。
  六、瞭解沿途經濟地理與地質的關係
  主要是通過沿途所見的農作物、居民聚落、道路等的佈局情況察看當地的地質特點。這是因為在水質與土質上的反映頗為敏感,由此指示地質特點。比如在北方比較乾旱的地區作地質旅行時,當發現村落比較集中,農作物長勢良好的地方,多半有大量泉水流過,由此可以進一步調查當地的水文地質條件。筆者在山西汾河谷地旅行時,曾見到太原晉祠附近和洪洞縣廣勝寺一帶頗似江南的景觀,農田齊整,一片蔥綠,屋舍毗連,流泉潺潺。原來兩地各有一股流量不小的泉水從山洞中流出,當你進一步臨近洞口查看時,便會明白原來這裡正是早奧陶世與中石炭世石灰岩地層間的不整合面,再加上斷裂的錯動,形成一條規模較大的斷裂帶,周圍巖溶空隙中的儲水,就大量往斷裂帶所在處集中,乘虛湧出地面了。
  又如在江南一些大河谷地區旅行時,但見一片紫紅色的丘陵地形,起伏連綿,而生長在坡地上的農作物長勢不佳,惟見稀疏的松樹錯落其間,也很少見到較大的村落分佈。一路行來,「紅塵」滾滾,尾隨其後。雖然見不到堅硬的岩石露頭,但有經驗的地質工作者,十之八九可以猜測到所經之處乃屬白堊紀晚期至早第三紀早期的「紅層」,即砂礫岩夾泥巖的地層。
  通過經濟地理特點來觀察地質現象,最適宜於長途地質旅行,比如坐汽車或火車。
  七,瞭解風景名勝與地質的關係
  這一點,實際上是地質旅行中最為經常接觸的課題,有人將研究這類問題稱之為「山水地質」。這是因為風景名勝地點,必有山水之美,究其緣由,自然與當地的地質特點有密不可分的聯繫。
  比如厚層石灰岩發育的地方,由於含有碳酸的水溶液沿著岩石的縫隙滲透溶蝕,久而久之,造成奇峰林立、渦洞相通的巖溶地貌,儼若一幅碧蓮玉筍圖像。而花崗岩、火山岩地區,由於巖性堅硬,不易溶蝕。而斷層、節理在此出現以後,刀劈斧削的懸崖隨處皆是,造成險峰拔地千尺、深淵墜谷萬丈的景觀。再如湖南張家界國家森林公園地區,由於當地泥盆紀的砂岩與頁岩地層相當平整,垂直節理十分發育,把砂頁岩層切割成大小不同的塊體,再經流水、雨水、霜凍等的雕琢之後,出現了神奇的峻峭峰林、奧秘的深邃幽谷、清澈的流泉飛瀑,還有石炭二疊紀和三疊紀的石灰岩,構成奇巧的巖溶洞府。完好的自然生態環境和人跡罕到的原始次森林組成一幅又一幅天然畫圖,遊人到此,莫不稱奇讚歎。至於煙波浩森、浮動乾坤的大湖或海濱,則可追尋湖泊之成因、海岸之由來。這些往往也是地質學家作專題研究的好材料。
  如有機會坐著輪船沿江河作長途旅行,若穿越於「重巖疊嶂,隱天蔽日」的峽谷地帶,或航行於急流飛漱、懸泉奔瀉的險灘上,此乃地質近期的上升區,或許有背斜構造被河流切穿;若在迂迴水道中前進,曲流兩岸,曠達開闊,偶有平丘緩崗,伏地蜿蜒,一眼望去,「野曠天低樹」,「月湧大江流」,說明已進入河流的下游地段,沖積的泥沙十分發育,則應屬地質近期的下降區,至於那些大片分佈著頁岩、泥巖、千枚巖、片巖等軟弱巖性的地區,因極易風化侵蝕,僅見低山起伏,平疇相間,平淡無奇,便談不上什麼景致了。
  在查勘山水地質新地點的同時,應該注意到能否開闢作旅遊區的可能性。例如1983年在南京郊縣六合桂子山開挖石方時,在一座不出名的玄武岩小山坡上暴露出比較罕見的火山石柱林,頗為壯觀,前往參觀者絡繹不絕(圖2.5 )。尤其對研究火山地質,更有價值。於是當地政府企圖在此興辦旅遊事業,而一般不懂地質的群眾看過石柱林風光以後,反映並不強烈,於是又邀請幾位地質學家前往進一步調查,發現當地遍佈含有瑪瑙的砂礫石地層,不遠處還有一座規模頗大的水庫,魚產豐富。
  這樣,不僅湖光山色,引人入勝;而且美味魚餐也逗人喜愛;再加上毗鄰處尚有一座保存完整的火山口遺址,更是地質學家嚮往之地。如此數點聯繫在一起,不就可以建成一座富有科學意義的火山地質公園了嗎?
  八、從文物考古資料瞭解地質事件
  文物考古資料在我國極為豐富,遺憾的是很少被地質學家利用研究地質事件。
  當地質旅行時,應予注意。
  例如我國西北黃土高原地區,在相對高度數十米的階地上,經常發現若干新石器時代或稍遲一些的村落遺址,似乎頗不符合自然條件,因為一般而論,居民點總選擇在傍水地方,方便生活。由此,可以猜想到:當初先民們的村落所在地不像今日所見的那麼高,而是位於高出河水面10米、20米之間,所以目前村落遺址的高度,可能是由於數千年來當地地殼抬升的緣故。
  另一種相反的例子,在野外經常見到一些沉沒於湖泊或河流、海濱水下的古村落、古墓葬。想當初建造時,不可能埋沒於水下,值得進一步調查其原因。如無人工建設方面的影響,例如築水庫之類,那麼就可以考慮地質沉陷的因素了。如淮河下游的泗洲城遺址(在今江蘇泗洪縣管轄的洪澤湖邊岸及水下),明代時完全位於陸上,其城北有規模宏偉的明祖陵(朱元璋祖父的陵墓),而如今不僅整個泗洲城淹沒於水中,連當年位於高地上的明祖陵也半淹於水中。600 年來,為何出現如此巨變?雖有可能受到歷史上的淮河洪水暴漲、改變流路、水流受堵的影響,但也不能不考慮地殼的沉降原因。類似的情況,在太湖沿岸,錢塘江口附近也有所見。
  此外,如一些石碑、寶塔、古建築,由於歷史上的某些地震,使之發生開裂,壁面上的文字或佛像圖案(圖2.6 )等發生錯位,對於地質工作者來說,是一項難得的資料。由此可以瞭解到當地以往發生地震的烈度。或者在某些古墓內的供桌上所擺設的器皿被地震震落在地,甚至土石堆砌的供桌發生開裂或崩坍一角,斷裂方向與當地地質構造線一致,由此證明,這條構造線在人類歷史時期尚有重新活動的跡象,屬於新構造運動的性質,應該特別注意。因為這些材料對於當地的建築設施十分有用,尤其是工程設計者所不能忽視的。因此,近年來有所謂「地震考古研究」
  之說。我國是具有幾千年歷史記載和文物佐證的文明古國,這些素材意義之重大,可想而知。
  有時,在旅遊過程中,也能收集到有意義的地質資料,例如江蘇鎮江金山寺西側石壁上有一塊古代金山圖的石刻,明顯地表示出金山原是長江中的小島,清代道光年間以前,均需橫渡上金山。早在宋代,蘇東坡作《游金山寺》詩有云:「羈愁畏晚尋歸楫,」可為佐證。舊戲中有所謂「水漫金山」的傳說,也是符合當時的地理特點。後來,由於長江的擺移淤積,自清代道光以後,金山就與陸岸相連,變成「騎驢上金山」了。於此一方石刻圖,豈不是幫助我們瞭解到近代長江的變遷?
  又比如民間故事廣泛流傳的「梁紅玉擊鼓抗金兵」的故事,公元1130年春天,韓世忠指揮水兵自鎮江金山溯江乘勝追擊金兵,把幾萬金兵包圍在黃天蕩,取得大勝。這黃天蕩現今已不存在,地理學家與歷史學家合作研究,終於考查出古黃天蕩位置位於南京市郊區的棲霞山與龍潭之間的長江河漫灘上。由此瞭解到1000多年來長江水流的變遷,對現今的沿江開發設計頗有價值。
  綜上所述,地質旅行中的觀察任務是多方面的,但並非在每一條旅行路線上都能夠如數實現,只能說根據所經地方的具體情況決定其觀察任務。至於其目的,只能歸納為一個,就是為地質調查工作提出必要的建議,最終為國民經濟建設服務。
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  第三章  地質旅行的準備與方法
  一、地質旅行的準備工作
  既然我們的地質旅行帶有一定的任務,那麼,欲達到預定目標,做好充分的準備工作,是十分必要的。
  1.文獻資料閱讀有目的地查閱將要登程路線上的有關文獻資料,瞭解前人的工作成果、具體的行程、遇到的問題,特別是地質方面的資料,然後再根據自己的打算,訂出可行的方案,避免走「彎路」,使地質旅行收到事半功倍的效果。
  目前,全國性的1 :20萬比例尺區域地質調查在很多地方已經結束,相應的調查報告及地質圖件也已陸續出版。為我們閱讀文獻提供了有利條件。
  對小範圍的地質旅行來說,許多區域性的綜合報告,或專題調查報告、學術論文甚至科普文章都可以搜集閱讀。
  除此以外,我認為凡旅途將要經過地區的地方志、古籍記載乃至遊記之類也可以順便瀏覽。因為在這些非專業性的文字中,往往有與地質有關的記載,如哪裡采過礦,哪裡發生過地震等,如能繼續追尋蹤跡,也將會獲得某種成果。
  特別是我國,世界文明古國之一,我們的祖先在與自然鬥爭中,積累了豐富的經驗,其中不乏與地質科學有關的記載,常見的地名之類,往往就能反映出古人在那裡開採過什麼礦。
  例如湖北大冶鐵山,果然名不虛傳,整座山都是高品位的鐵礦石。1952年以後,從鐵山開始,經過大力勘探,在地下發現了更大的鐵礦,為武漢鋼鐵公司提供了數以千萬噸的鐵礦原料。
  以銅字命名的地名更多,如江西德興銅廠、安徽銅陵銅官山、湖北大冶銅錄山、山西中條山銅礦峪、南京附近的銅井與銅山等等。這些地方,確實都是銅的產地,並且自古以來就已開採,但由於古代採礦技術與打洞條件的限制,往往只能開採表面露頭下不深的小部分銅礦,無法向地下縱深處延伸。現在,我們已在這些古老銅礦或廢棄不開採的老銅礦基礎上,經過進一步地質勘探,擴大了它們的儲藏量或礦區的範圍,取得了很高的經濟效益。在這些銅字命名的地方,如今已建立了規模可觀的銅礦山。
  有些地名,非銅非鐵,卻有其他金屬字眼,例如甘肅白銀市,原名白銀廠,50年代勘探發現,當地是一處頗有規模的黃鐵礦型銅礦。老百姓為何稱之為白銀而非銅呢?原來,這種類型的銅礦床表面確實存在一些銀礦。又比如祁連山地區的一些銅礦,一般每噸也含有幾克銀、幾十克銀,甚至幾百克不等,當達到100 克以上,夠銀礦的工業品位,就成為銀礦山了。也許最早是從這種黃鐵礦型的銅礦表面先認識銀,名稱就這樣叫起來了。
  湖南新化錫礦山,也是以礦命名的地方,早在明代洪武元年(1368年),當地居民就發現了礦,由於他們還不認識銻,而且銻與錫的外貌特徵又很像,於是叫起錫礦山了。直到近代,經地質學家糾正,才知道這裡是世界上儲藏銻礦最豐富的礦山,素有「世界銻都」之稱,但舊有的錫礦山之名卻留下了。
  當我們注意這些老礦區遺址時,往往還能看到古代開採的痕跡,如冶煉以後丟棄的爐渣、廢棄的礦石堆。古人冶煉技術不高,含礦量稍低的礦石都無法提取乾淨。
  用現代科學技術水平看,這些廢渣、廢石堆身上往往還能發現「高品位」的礦石呢!
  例如前文提到過的江西德興的斑岩銅礦,開採歷史恐怕已經有1000多年了,而山坡上的老礦洞有好幾處,「廢渣」、「廢石堆」上到處都能撿到有用的礦石。從1954年開始,地質隊在這裡工作,連續幾年的勘探,終於探明這是一處大型的銅礦山,現在已成為我國重要的銅礦基地。
  就拿德興來說,當地不僅可見「廢渣」、「廢石堆」之類的自然證據,而且當地的縣志上還有詳細的記載:唐、宋以來就有人在此採銅和冶煉硫磺的記錄。德興銅廠祝家的《祝氏宗譜》也有記載云:「明成化年間(1465—1487)採銅頗盛」之語。清代人顧祖禹所作的《讀史方輿紀要》中也記述:「銅山(即銅廠)在德興東北三十里(1 裡=500 米),唐置銅場處。山麓有膽泉(硫酸銅的水溶液),亦曰銅泉,土人汲以浸染,數日,輒類朽木,刮其屑鍛煉成銅。」如果用現代科技語言將這段文字加以解釋,就是說,鄉民們用硫酸銅溶液浸鐵而刮取銅粉的方法來煉銅。
  實質上是應用簡單的化學置換方法提取銅。
  又如,北京附近,有一個地質隊在那裡找尋鐵礦,辛辛苦苦地找了好幾年,而且動用了鑽機,結果還是沒有找到像樣的礦體,領導決定撤離,另找地方。而有些地質隊員仔細地研究了當地的地質條件,認為還有希望,只是因為打鑽的部位沒有選准。正在躊躇之際,他們想到古籍,於是找來當地縣志及其他有關的古書,詳細地翻閱了資料,最後認為,應把鑽機搬到「古礦區」去,果然在地下深處打出優質厚層的礦體,找到了新的礦體,由此地質隊又安定下來,紮寨勘探。
  由此啟發,翻閱古書整理出找礦線索是完全可能的。例如戰國時代成書的《管子·地數》篇中有「出銅之山四百六十七」,也就是說,在我國東半部,當時已經開採銅礦的山已達467 個了,可能有人認為誇大不可信,但進一步想想,殷周時代,我國的青銅器十分發達,數量特多,質量亦佳,從武器到日常用品,無不取材於銅,可見銅礦的開採當時已經很普遍了。考古學家如果能真正考查出這467 個銅產地的具體地點,再結合地質調查,該能做出多大的貢獻啊!
  另一本也是戰國時期成書的《山海經》中,亦記載了600 多處出產80餘種礦物、岩石或礦石的產地,無疑也是值得好妹研究的。
  甚至在吟詠古代詩詞時,也會給我們啟發,例如唐代劉禹錫(772 —842 )被貶到湖南時寫的《浪淘沙》之六云:coc1日照澄洲江霧開,淘金女伴滿江隈。
  美人首飾王侯印,儘是沙中浪底來。coc2在這首小詩中,他指出沙金最容易聚集的地方是在澄洲(指江心小洲)和江限(指江流的彎曲處)兩處,這裡是淘金最合適的地方。現已查明,常德附近的沅水中確實產有沙金,前已提及,湘西會同縣發現金礦的地方正是處在沅水上游,可見此詩是寫實的,是有科學意義的。如果說,地質工作者事先不知常德產沙金,偶然讀到《浪淘沙》,豈不是啟發我們去找金礦嗎?
  再如清代康熙皇帝游南京燕子磯有詩云:coc1鍤江當時此磯雄,振翼翩躚儼若飛。
  此際漲沙成沃土,春來惟見麥菲菲。coc2在詩中,寫出了「磯」的地貌特點,又寫出了長江淤積形成河漫灘的經過。後來,乾隆皇帝游燕子磯留下的詩篇中,更細緻地刻畫出這裡的地貌特點:coc1當年聞說繞江瀾,撼地洪濤足下看。
  卻喜漲沙成綠野,煙村相鑿久相安。coc2於此可見,200 年前的燕子磯是三面環水、一面接陸的濱江小丘;而如今已變為三面接陸、一面臨水了。讀此七絕,撫今追昔,滄桑變遷,可見一斑。
  至於晚唐詩人皇甫松的《浪淘沙》:「宿鷺眠鷗非舊浦,去年沙嘴是江心。」
  說出了江流對沙洲的破壞和堆積作用的迅速變化,在短短的一年間,河流的地質作用,使當地的地理面貌發生巨變。
  再如位於江蘇東北角的連雲港市的地質演變,也可在古籍中找到,《山海經》與《水經注》都提到郁州(今連雲港市的新浦)在海上。沈括在《夢溪筆談》中提到連雲港市西側東海縣境內的羽山:「堯殛鯀於羽山,舊說在東海中,今乃在平陸。」
  而羽山之東的雲台山,當時蘇東坡(1037—1101)作遊覽詩所提的則在海上:coc1鬱鬱蒼梧海上山,蓬萊方丈有無間。
  舊聞草木皆仙藥,欲棄妻孥守市寰。coc2甚至明代吳承恩(1510?—1582?)
  寫《西遊記》時提到的花果山(雲台山脈的一部分)也還在海上,他寫道:「東勝神州海外有一國土,名曰傲來國,國近大海,海中有一名山,喚為花果山。」但由於黃河淤積和改道,到了清康熙五十年,花果山才脫離黃海,與大陸相接。
  僅從上述這些不完全的古代詩歌、文獻的摘錄中不難看出,自東海縣東延至連雲港的50多千米距離內,3000年間,大陸逐步東移,昔日的「海上仙山」逐漸向大陸靠攏。這樣,給我們提出了地理變遷的研究課題——是黃淮平原淤積的結果還是上升的結果,或者兩者兼而有之?當我們親臨其境考察地質時,有針對性地尋找地質證據,豈非收效更佳?
  我在這裡舉這些文字作品的例子,無非說明在我國大量的古代文獻中,有許多資料對我們研究地質、地理問題,為我們提供地質旅行的依據具有十分重要的參考價值。
  2.圖件準備作為地質旅行應用的圖件,最主要的就是地形圖。根據旅行者的不同要求,選擇合適的地形圖,隨身攜帶,以便隨時觀看。最普通的就是1 :50000的。如需在短距離內觀察剖面,則可選1 :10000 的地形圖。
  在收集地形圖時,還可注意不同年代測繪的(最好是同一比例尺的)圖件,往往可以發現一些地形變化情況,特別是河流下游地段,變化十分驚人,由此可以進一步研究變遷的原因是否具有地質意義。例如南京的棲霞山至鎮江間的長江河道與兩岸地形的變化,近二三十年來非常明顯,比較各年份的航空照片或測繪的地形圖都很容易看得出來。
  其次是地質圖,有條件的話,也可以根據不同需要選擇不同比例尺的地質圖——地層劃分的精細程度有所差異。
  第三類是地質剖面圖,包括實測剖面、信手剖面(示意性的)(圖3.1 )等圖件。一般說來,這類圖件都是比較精細的,最適合路線穿行時應用,可以按圖踏勘,對照觀察。
  如果上述三種圖件都具備的話,作為教學實習或參觀性的地質旅行基本上可以滿足需要了。
  此外,還可以收集一些補充性的圖件,例如某一觀察點的地質素描圖(圖3.2 )
  或照片之類。這些圖片,針對性強,如構造特點、地層接觸關係,化石埋藏情況,岩石構造面貌,由地貌反映出來的地質特徵、礦體埋藏與圍巖的關係,火成岩脈的相互穿插關係,火山作用留下的遺跡以及其他等等。這類圖件或照片可以
  更清楚地瞭解某種地質現象,具有專題研究的功用。描繪得精彩的野外地質素描圖,有時比照片更清楚,甚至更富有實用價值。
  如果作大面積的區域性地質旅行,還應該收集航空照片、衛星照片之類。這是遙感地質的一部分內容,例如分析區域地質構造特點,利用此類照片往往比看地形圖或小比例尺地質圖能收到更好的效果。特別是要到前人未曾工作過的空白地區,或者是地形複雜、交通困難的高山或沙漠地區旅行,在出發之前,事先分析一下航空照片或衛星照片,然後根據預定目標選擇旅行路線,收效肯定較大。例如在勘探塔里木盆地石油之前,先從衛星照片上判讀沙漠地形、乾涸沙道、可能出現泉水地點以及含油構造區等,然後選擇路線,計劃交通及後勤裝備;基本定妥以後,人員才大舉進軍。
  一般非專業人員當然不可能做到收集如上述的各種圖件,但至少應有一份能指明山川方向、村落位置、地物標誌等的普通地圖,這對瞭解旅途沿線的地貌、地質特徵亦有幫助。
  3.工具器材準備由於地質旅行是輕裝前進的,因此帶到野外去的用品必須以選擇輕型、堅固、多功能用途的為宜。除了最基本的鐵錘、放大鏡、羅盤「三大件」
  以外,在目前條件下,再帶上用於登高時觀察標高的空盒氣壓儀、照相機、手提錄像機、度量工具等也是必要的。
  至於記錄本、文具、包裝紙、標籤紙、棉花之類,此處不必一一列舉了。
  需野外及時查看的鑒定化石手冊、礦物手冊、區域地層表之類的工具書籍,也應適當攜帶,以便隨時翻閱。
  除上述與業務有關的工具、器材、圖書資料以外,還應帶些勞動防護藥品,諸如蛇藥、消暑藥品、外傷急救包紮藥品之類。
  二、野外地質旅行的方法
  室內的準備工作就緒以後,就可以出發旅行了。但由於要求和目的不同,旅行的具體方法也必然有所差別。換言之,根據不同的地質旅行的目的,選擇不同的交通方式,採用不同的考察方法,現敘述如下:1.坐火車的地質旅行所謂坐火車的地質旅行,一般而言,不是有意識地去佈置的。只是趁旅途之便,利用坐火車的機會,憑窗注視沿途的地質概貌而已。特別是在陌生的鐵路線上旅行時,也可算是額外的收穫吧!對於地質工作者以及地質愛好者來說,應該利用一切可充實自己地質見識的機會。
  當然,坐火車看地質,是極為粗糙的,可稱為宏觀觀察法。根據我個人的經驗,採取遠近結合的辦法來瞭解沿途地質概貌是可行的。
  遠看,著重於觀察山形、山峰的特點,大致可以分辨出視野之內的山脈是由哪些岩石構成的。比如山嶺高峻、尖峰刺天,有如「萬笏朝天」,而且巖壁面上顯現出黃色、褐色,或微帶粉紅色者,並有古松自懸崖伸出,奇株蒼勁,則此山可能是花崗岩類、火成岩類或較為堅硬的變質岩類之岩層構成。如若峰巒圓潤、群山林立,而諸山相連之鞍部常以「U 」形接壤,山色青灰,蔥鬱深沉,很少有古松盤桓,代之以雜樹迴環,並可見採石燒製石灰,此類山體多為石灰岩層構成。若山勢不高,常見懸崖峭壁,峰林疊嶂,蒼松在紅巖之間相映成趣,渦洞於斷崖之處凹凸造奇,頗似巖溶地貌,則多為火山岩系或中、新生代的紅色砂礫岩層構成,如武夷山或粵北丹霞地區所見。若在沉積岩區穿行,高山與低山相間出現,山勢有一定走向,則可能是不同時代的堅硬的砂岩、石英砂岩與較軟弱的泥巖、頁岩地層相間出現之故,車行之處,或者是褶皺構造區,有背斜與向斜出現。
  岩石情況瞭解以後,結合已知的區域地層分佈,大致可以判別遙望所在處的地層組合情況了。如能在近處看出岩層的產狀,根據其傾斜方向,恢復其層位的上下(新老)關係,也許能確定其背斜和向斜的分佈位置,結合山脈延伸方向,推測當地的構造線方向。
  若山坡常由峭壁構成,坡下有低山緊偎,如此景觀,延伸相當距離,則可能是較近地質時期發生的斷層所致。與此類似,大河谷地與山體相交之處,成排的「三角面山」構成山麓,並有固定的延展方向,則此谷地可能系斷層陷落而成(圖3.3 )。
  此處如有泉水出露,更可證明無疑是斷層了。若河谷兩側均有類此地貌,則此谷地或系地塹構造造成的。
  近看的目的是瞭解鐵路旁的岩石露頭,能夠比較正確地觀察岩石的類別名稱及其特性、地層的產狀、傾斜的方向、地層的接觸關係、岩層受地殼變動影響的程度、沿途的水文地質(如泉水出露,不一定見到泉眼,可根據綠野流水判斷)與工程地質的情況,特別在人工開挖的隧道洞口附近、邊坡上,這些都是觀察的好地點。
  如果沿途地層排列齊整,鐵路線穿越地層走向前進,當你初步確定地層的新老關係以後,還能預測迎面而來的前方岩層應屬某種地層的可能。
  將遠處與近處的所得材料相互結合、相互印證以後,至少對所經之處的區域地質概貌會有所瞭解,例如是地台區,地槽區,古陸區,還是沉降區。
  列車在河谷谷地前進時,還應注意階地地貌特點,如階地的級數、階地面的寬度,甚至瞭解階地的類型,由此推測當地新構造運動的特徵。如在山西汾河兩岸所見。
  如列車在山區行駛,沿著某些河流上游谷地前進時,還可注意那裡的河曲是否深切?是否還是正常的?例如在天寶路上,從寶雞到天水,火車沿渭河上游谷地前進,可以看到明顯的深切河曲,這一帶正是新構造運動的劇烈上升區。
  要是鐵路穿越較大的、由丘陵起伏構成的盆地,當走過一段較長的路途以後,回過頭來小結一下,也許會瞭解到若干中、新生代盆地的發育情況——諸如它們受什麼樣的斷裂控制(可用羅盤測量方向),從盆地邊緣到盆地中心的岩層性質有什麼樣的變化規律,進而找到研究盆地發育過程中的古環境和古地理面貌的線索。
  2.坐汽車的地質旅行坐汽車作地質旅行有時是作為大面積踏勘工作的前導。
  由於公路有條件在山區盤旋,沿途山坡上往往有築路工人開挖的剖面,露頭良好,而且被觀察的對象臨近車窗,車行速度比較緩慢,因此,坐在汽車上觀看沿途地質,比坐在火車上略勝一籌,所得到的地質資料的可靠性也更大。
  如果汽車在沉積岩發育的地區行駛,基本上可以看清沿途暴露的岩層,初步鑒定出它們的名稱、產狀、受構造運動影響的情況等。這樣,如果出發前閱讀過當地的一些地質資料的話,不需行駛多長的路程,便大致可以估計出眼前出露的地層屬於哪個地質年代?叫什麼層位?隨著行車的前進,還可以預料迎面而來的地層是老還是新。由此進一步瞭解沿途的構造地質情況——有無褶皺或斷層,然後判斷其構造線的方向。
  如果汽車在變質岩發育的地區行進,那麼臨窗注視變質岩的類別——片麻巖、大理巖、片巖、千枚巖、板岩以及混合巖之類也可以鑒定出來。
  假如在火成岩區行進,也能判別花崗岩、輝綠巖、閃長巖、玄武岩、流紋巖、粗面巖、凝灰巖、凝灰角礫岩之類。也能辨識侵入體的形態是巖基還是巖脈,甚至看到幾條巖脈的相互穿插關係。
  岩石的節理,特別是一些噴發巖的柱狀節理往往清晰可見。如遇汽車上坡減速,還可以大致測量裂隙的方向,幫助瞭解區域構造線的方向。
  坐在汽車上看沿途的地貌現象可能是頗為理想的了,當然還是屬於宏觀地貌現象。例如考查剝蝕面(或夷平面)(圖3.4 )具有優越的條件,這是因為公路經常翻山越嶺而過,從山麓到山頂,都能見到。
  自山巔俯瞰,腳下群峰很有層次地排列成幾條水平線。每一條水平線又都獨自展開,構成開闊的谷地,這就是次一級、形成時代較晚的新的剝蝕面。如筆者在大巴山區地質旅行時,曾見到多層的剝蝕面,氣派雄偉,十分壯觀。
  坐汽車看地質還有一個有利條件,可以隨時停車,下來細看某些感興趣的地質現象。這種「粗中有細,線上夾點」的觀察方法是十分有效的,也就是踏勘大剖面時常用的方法。
  3.坐輪船的地質旅行經過江流河道,特別在若干大河上游的峽谷地帶旅行,坐在船上觀察剖面是頗為理想的。例如長江的三峽地區,兩岸青山,歷歷在目,水洗懸崖,岩層暴露無遺。如果是溯流而上,船行緩慢,可以多次觀看,細心琢磨,瞭解沿途地質情況,比坐火車、汽車更勝一籌。不僅地層的岩石性質、產狀、層序,乃至褶皺、斷裂都能指點記錄,甚至素描示意圖也有充裕的時間,攝影取景也很方便。
  在航行時,還可注意水道的寬窄與當地岩石性質、構造的關係。如石英巖類、硅質岩類等堅硬岩層分佈區,水道流過,往往構成落差較大的急流險灘,浪花飛濺,水聲震耳。如水道流經石灰岩或白雲巖地區,由於溶蝕造洞,致使河底突兀不平,深淺無常,河面水流,時見漩渦。小船扁舟,往往有遭覆舟沒頂之危,人們視為畏途。如水道流經結晶較粗的花崗岩類岩石分佈區,或其他巖性較為鬆軟的沉積岩、變質岩區,因質地脆弱,極易風化,故常見寬拓之河谷,即使在上游地段,亦不例外。耕田村舍,錯落其間,儼若中游之景觀也。要是仔細觀察河谷兩旁,或能見到若干階梯狀之地形,據此還可以瞭解當地在最近地質時期內,地殼發生節奏性上升的特點。
  有時候,船行峽谷中,但見兩岸崖壁,挺拔峻峭,好似千仞高峰,而捨舟登陸,攀登而上,眼前卻是一片峰巒平整的準平原地貌,甚至在這個準平原山頂上能找到由地質近期形成的河床礫石所組成的礫岩層,足見此峽谷形成的年代,並非久遠,此間則是強烈的上升區,河水下切迅速而構成此種特殊地貌現象。如在三峽就能見到此種地貌特點,由此推測,三峽最後形成的時間當在距今不遠的更新世時期(圖3.5 )。
  到河谷的中、下游地段,邊岸不見山崖,平疇千里,一望無垠。雖偶有殘山剩丘在視野遠處浮現,也無法判斷其岩層的巖性及所屬的年代。所以觀察地質特點顯然不如上游峽谷地區,但其地貌景觀仍應予注意。例如多層的階地地貌,發育良好,借此可以判斷地殼上升運動的影響;河曲迂迴,堆積岸與侵蝕岸的發育,借此可以瞭解河流擺移作用的因素,並進而研究其未來的趨勢,對當地工程建設,農田水利有無影響等。
  沿河旅行,如能瞭解到歷史上的變遷記錄,也是很有趣味的事。如南京的長江邊岸,李白在《游鳳凰台》詩中有云:「三山半落青天外,二水中分白鷺洲。」當年的三山磯是臨江的小山丘,白鷺洲則是長江中的小島,而今兩處均已與岸陸相連,長江主流線也西遷了。這些地貌變化,對長江沿岸的工程設計(如碼頭設置)是極為有用的材料。
  當河道進入平原地段,如偶然遇有山丘佇立於江濱,船過其旁,不能掉以輕心,其中有許多富有意義的地質現象可供觀察。如在長江航線上的皖贛交界處的小孤山、安徽馬鞍山市境內的採石磯及其西側當塗境內,曾被李白詩中描述為「天門中斷楚江開,碧水東流至此回」的天門山,南京長江大橋沿幕府山北麓直到燕子磯,以及鎮江的金山和焦山等名勝地,巉巖屹立,峭壁千仞,往往是大斷裂通過之處。
  總之,沿江河作地質旅行,瞭解某些地段甚至全流域的地質概貌及其河流發育史,用乘船觀察的辦法,是比較有效的。
  4.徒步地質旅行這是最普遍、最常見的地質旅行,也是調查或研究沿途地質概貌的最佳辦法。隨身攜帶的各種野外工具、儀器都可以協助我們提高觀察的質量,可以根據自己的需要用記錄本、素描冊、照相機等詳細地記錄、繪畫、攝影。
  徒步地質旅行的最重要步驟是選好剖面,一般而論,剖麵線方向應與地層的走向方向垂直,或者說,跟地層的傾斜方向一致。這樣,可以用最少的時間、最短的距離,看到最多的內容。基本上可以通過穿越幾條剖面的辦法瞭解到區域地層分佈的面貌,岩石的類別、特徵與構造的格局等等。
  這樣說來,是不是一定要選擇在完全合乎理想的垂直於地層走向線上的剖面才能作地質旅行呢?當然,能符合此條件的最好,而實際上,長距離的旅行路線是很難找到理想剖面的。這是因為山區大多崎嶇無路;而行人的道路,又不一定符合我們的要求。按地質要求選路就有困難,況且,山坡上經常被浮土和植被掩蓋,岩層露頭不佳,因而觀察內容貧乏,收不到預期效果。因此,在野外選擇旅行路線時,只要能照顧到既能大體上符合剖麵線方向,又能利用自然的或人工的露頭看清岩層排列、產狀的路線就行了。
  所謂人工露頭,最理想的就是在沿山公路上觀察路旁山坡峭壁上的露頭。所謂自然露頭,一般多選擇在峽谷、溪澗、山間小路上因風化剝蝕出來的岩層露頭。這時候,應張開地形圖,如有前人工作過的地質圖更好,再結合訪問,謹慎選擇路線。
  如果途中有合適的休息地、名勝古剎之類,也可結合選線,那裡往往有重要的地質現象。
  至於徒步地質旅行要求觀察的項目,著重點應放在地層及構造方面。地層方面的具體內容包括巖性、名稱、產狀、所含化石、各層之間的接觸關係、岩層的厚度、岩層的其他特點等。如遇火成岩,則還應觀察巖體、巖脈的形態、穿插關係、火成岩與沉積岩的先後關係或兩者接觸處的變質現象。如遇變質岩,起碼要判斷屬於何種變質類型。
  構造方面的具體內容,包括斷層、褶皺及其類型,節理的方向及其組合關係,變質岩系中的節理組合與方向,區域構造線的方向。
  綜合上述觀察的內容,可以判斷此間地殼運動的性質,演變的歷史以及當地大地構造所處的構造單元的部位。
  如遇有礦點或礦化現象,應觀察礦物的種類,何者為主,何者為次;可能的成因類型、類別,估計其礦體範圍及其經濟價值。
  徒步地質旅行還可以觀察小地貌現象,主要是注意巖性與構造地質這兩方面對當地地貌的影響,例如溝谷與斷層的關係、懸崖與斷層的關係、山坡形態與岩層傾向的關係以及與岩石性質的關係等等。如在石灰岩地區,注意洞穴有無成層性現象,如果存在,則可考慮當地在地質近期內地殼上升的節奏性運動;溶洞及巖溶的形成過程與自然環境的關係等。如在火山岩、花崗岩或其他堅硬岩層發育地區,要特別注意裂隙系統對塑造山形水流的關係。
  徒步地質旅行,邊走、邊看,要停就停,要走就走,隨手作筆記,隨時作記錄,還可及時素描或攝影,把特殊的地質現象或具有特殊意義的地質現象以附圖的方式描繪下來,一幅清晰的圖件,經常起到勝過文字的作用,並能提高工作效率。更重要的是,信手剖面必須隨著前進的步伐而隨時描繪下來,哪怕是不很準確的、示意性質的都能起到重要的作用。所以,一位技能全面的地質工作者,應該在繪畫技巧方面有所訓練。
  徒步地質旅行還有一項更重要的工作,就是採集標本,這是上述幾種地質旅行所難以辦到的。當然,在地質旅行時採集的標本也不能完全按照規定的標準來做,比如,按國家規定的正規比例尺的填圖,必須按規定的密度採集,每塊標本的體積也有一定尺寸,而地質旅行的採集標本便可以自由些了。
  不過,徒步地質旅行時採集的標本必須選擇富有代表性的。所謂富有代表性,指的是所採集的地層的巖性標本、化石標本、礦物標本及構造標本等能較全面、準確地反映所觀察的地質現象。採集這些標本的目的是為了進一步確定(帶回室內研究)該地層的年代、岩石的名稱、構造的特點,掌握沿途地質情況,為下一步工作設計方案。
  徒步地質旅行除了本人直接觀察地質對像以外,更有利的條件是根據地質特徵,進行一些訪問工作,比如向當地群眾瞭解到某些生產或生活中遇到的問題,說不定與當地的地質條件有關,由此可以啟發我們去深入瞭解或作好進一步研究的準備。
  常碰到的如以村莊內泉水出露情況瞭解水文地質特點;以動植物的異態,來瞭解土壤中礦物元素分佈的情況;甚至偶見村落旁邊的廢棄礦渣堆(古代土法冶煉所遺棄的)可以瞭解此間某種礦產的埋藏情況,在黃土高原地區,通過「龍骨」(主要是新生代後期的哺乳動物化石)挖掘的線索,找到重要的化石產地;在南方巖溶地貌發育區,通過「泥巖肥料」(大多是洞穴內的哺乳動物化石堆積物,其泥土中含有豐富的磷質,可作肥料)線索找尋化石,甚至人類化石(例如巨猿與馬壩人化石便是如此發現的)以及其他等等。
  總之,利用徒步地質旅行,隨時隨地向群眾瞭解有關的地質情況是十分必要的,這是其他形式的地質旅行不易辦到的,因此,應充分發揮其作用。
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  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(圖4.2 )。
  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(圖4.3 )。
  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(圖4.4 )。
  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(圖4.5 )。
  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(圖4.6 )。
  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(圖4.7 )。
  (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(圖4.8 )。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(圖4.9 )。
  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。
  (3 )各地層的岩石性質:岩石性質的內容較多,一般最常用的,或者說必須瞭解的基本內容,應包括下列幾項:1顏色:一般取決於岩石中所含的礦物成分,其中最有影響的是鐵質和有機質的含量。根據鐵的氧化程度,色調頗有不同,如低氧化鐵具淡綠色、淡青色;當含氧量增高時,則呈黃色、橙黃色、紅色直至紫褐色。
  錳的氧化物也有強烈的染色作用,可將碎屑巖染成黑色、淺藍紫色。
  有機質可使岩石出現暗色甚至黑色。如無有機質時,岩石幾乎是白色的。
  若干黏土巖類、砂岩或石灰岩中含有海綠石或綠泥石時,可使岩石染成綠色、淺藍綠色。
  鉀長石顆粒組成的長石砂岩可使岩石呈現淺棕紅色。
  輝石、角閃石顆粒則使岩石呈暗灰色。
  石英、硫酸鹽、碳酸鹽、鹽類礦物混入時則呈白色。
  觀察岩石的顏色時,還應注意新鮮的與風化面上的不同顏色。
  2成分:由於沉積岩是岩石風化後經搬運而沉積的產物,有一部分則屬於化學沉澱的產物,故其成分可分為三大類:第一,碎屑巖類,這類岩石的成分是由母巖機械破碎的產物,其中如碎塊巨大的角礫岩、礫岩的成分常以所含的岩石名稱辨識之;而砂質岩石,則以其中所含的礦物名稱表達之。
  第二,黏土巖類,其成分是母巖在風化過程中分解出殘餘的或新生的黏土物質,它們常是化學風化過程中呈膠體狀態的、不活潑的物質,如A1{2}O{3} 、SiO{2}等在適當的條件下就形成的黏土礦物,也有一部分是由機械磨研而成的粉末,其成分的名稱也以礦物的名稱表達。
  第三,化學巖和生物化學巖,主要成分是由活潑性較大的金屬元素,如K 、Ca、Mg等呈離子狀態形成真溶液,而A1、Fe、Si等氧化物呈膠體狀態,形成膠體溶液,在適當條件下,發生化學作用而沉澱成巖。其成分名稱也按礦物名稱表達。常見的有如下各類:鋁質岩:富含A1{2}O{3} ,與黏土巖類相似,含鋁高時,即成鋁土礦。
  鐵質岩:富含鐵質,當其含鐵量達30%以上時,即成為鐵礦,有赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦等,但黃鐵礦主要提煉其硫,不作正常的鐵礦開採。
  錳質岩:如其含錳量達到20%以上時,即可列為錳礦開採,有菱錳礦、硬錳礦、軟錳礦之分。
  硅質岩:含SiO{2}很高的巖類。其中有生物成因的硅藻土、海綿巖、放射蟲巖;也有非生物成因的碧玉巖、燧石巖。尤以燧石巖最為常見。
  磷質岩:當P{2}O{5}的含量達到12%以上時,即可成為磷礦,主要以膠磷礦、磷灰石等礦物出現。
  碳酸鹽巖:由碳酸鹽類礦物組成,以石灰岩和白雲巖兩類最為常見。此類岩石分佈較廣,約占沉積岩總量的20%,比黏土巖類、碎屑巖類少些。在我國範圍內,碳酸鹽巖的數量頗大,可達沉積岩分佈面積的55%。此類岩石除其本身有經濟價值外,還跟許多金屬、非金屬的成礦有關。與水文地質、工程地質的關係也極為密切,即巖溶水文地質與工程地質問題,目前則是環境地質研究的重要課題之一。
  鹽巖:這是純化學作用的產物,因水體的蒸發而沉澱形成的巖類。主要是由鉀、鈉、鈣、鎂的鹵化物及硫酸鹽礦物組成,礦物種類有100 多種。鹵化物有食鹽、鉀鹽;硫酸鹽有芒硝、石膏等,均具有重要的經濟價值。
  可燃性有機巖:主要由含碳、氫、氧、氮的有機化合物組成,如煤、油頁岩、瀝青質岩類等,具有很重要的經濟價值。
  沉積岩的命名除所含的基本礦物外,還可考慮某種有顯著含量的次要礦物附加到名稱中去,如長石砂岩、海綠石砂岩、白雲質灰巖、鐵質鋁土巖等等。因此,在觀察各種岩石成分時,必須注意其主要成分和次要成分。
  觀察碎屑巖類的成分時,還應注意其膠結物的成分,如硅質、泥質、鈣質等。
  3構造:沉積岩的構造,主要是指沉積岩形態特徵,其中最基本的便是層理,這是由於沉積岩的成分、顏色和結構的差異而形成的一種層狀構造。通過層理特徵的研究,不僅可以瞭解沉積介質的性質和能量的狀況,而且還可以判斷沉積環境,有些層理還可以確定當時的水流方向。
  層理的基本形態,常見者有三種:水平層理、波狀層理和斜交層理。
  水平層理是沉積物質在緩慢運動的水中,以懸浮狀態沉積而成的。由許多直線狀彼此平行(平行於層面)的細層所組成。這類層理多見於河漫灘、牛軛湖、湖泊、深水海灣、潟湖、沼澤等地形成的岩石中。如果在泥巖中的水平層理,僅以顏色的深淺不同而表現出層紋現象,則此層理的成因是由於季節性氣候的差異所致。如:夏季時沉積物中的有機質含量豐富,形成深色;冬季時沉積物中的有機質含量較少,於是形成淺色。
  波狀層理是由於水波浪的振蕩運動而造成的。往往見於淺水的湖泊、海灣中形成的岩層,也可於河漫灘上因微弱的單向水流運動而造成,不過此種波狀層理多為不對稱的。
  斜交層理,是在水體流動中沉積而成的。多見於砂岩類岩層中,主要形成於河流環境,湖濱、海濱及三角洲沉積物中也有所見,不過,後兩者常表現為楔形交錯層(圖4.10)。
  此外,尚有形成於潮汐帶的層理,如透鏡狀層理,以砂質的、具交錯層理的不連續透鏡體夾於泥質沉積物中。脈狀層理以砂質交錯層系(圖4.11)為主,夾在深色泥質的細薄層中。
  碳酸鹽類岩層的構造,除與上述有共同者外,尚有生物成因的構造,如生物礁構造、蟲跡構造、蟲孔構造、藻類生長的層狀構造(疊層石)等。還有化學成因的構造,如縫合線、結核構造等。
  4結構:岩石的結構,一般是指組成岩石的碎屑顆粒大小、形態及其外表特徵。
  顆粒大小稱為粒度,粒度是以顆粒的直徑來度量。粒度與沉積岩命名的關係十分密切,例如碎屑巖類中,假如顆粒的直徑有半數是1 毫米以上的,稱為礫,屬於粗碎屑巖類;半數以上的顆粒直徑為1 ~0.1 毫米的稱為砂,屬於砂質岩類;如主要是由0.1 ~0.01毫米的顆粒組成的,稱為粉砂,屬粉砂岩類;50%以上(按重量計算)
  屬於0.01毫米以下的顆粒組成的岩石,稱為泥,屬於黏土巖類。
  如果某種質點(顆粒)不達50%時,則應分其主次,命名時以其次要的成分形容其主要成分,如砂質頁岩,表示此類岩石的主要成分是黏土,次要成分是砂;其餘如粉砂質泥巖、泥質砂岩……可類推。
  碳酸鹽類似乎見不到顆粒,若仔細觀察,仍能見到顆粒結構,分為5 種類型:1內碎屑結構,物質沉積後呈弱固結時,被浪濤、岸流、潮汐衝擊破碎而再沉積的碎屑。
  2生物碎屑結構,由生物的硬體破碎而成。
  3鮞粒結構,以礦物小顆粒為核心包裹凝結而成,如鮞狀灰巖。
  4球粒結構,又稱團粒結構,呈卵圓形,大小約在0.03~0.2 毫米之間,系由微細的骨屑、藻類、泥晶碳酸鹽礦物發生凝聚作用而成。
  5團塊結構,即不規則的復合團塊,外形多變,常由藻類粘結而成。
  在研究碎屑巖類的結構時,還應注意其圓度,即指碎屑顆粒的稜和角被磨蝕圓化的程度,一般分為4 級;1稜角狀。顆粒具有尖銳的稜角,原始形態尚未改變,表示顆粒未經搬運。
  2次稜角狀。顆粒的稜角稍有磨蝕,尖角不很突出,表示顆粒已經短距離的搬運,受到一定的磨蝕。
  3次圓形。稜角有顯著磨損,已看不出原始的形態,表示顆粒已經較長時間和較長距離的搬運。
  4圓形。稜角全部消失,顆粒滾圓,表示經過相當長的距離和相當長時間的搬運。
  除考慮圓度外,還要注意球度,即顆粒接近球體的程度。當三軸相等長時,表示球度最高。球度不同於圓度,比如柱狀體和片狀體,稜角消失,圓度可稱良好,但球度不佳;另外如球形晶體,尚帶稜角,圓度不佳,而球度卻是好的。對同種岩石或礦物而言,球度高者,表示搬運距離長,時間久。
  結構的最後一項指標是表面特徵,包括磨光度和微刻蝕痕兩方面。由此可以判斷搬運和沉積的介質,如風力搬運者,顆粒表面毛糙;冰川搬運者,顆粒表面有擦痕;濁流搬運者表面有微刻痕。不過,一般的表面特徵,肉眼不易察看,將顆粒置於顯微鏡下才能清晰可見。
  在研究沉積岩的結構時,還應注意岩石孔隙度,碎屑巖類砂粒之間的孔隙,最高者可達15%~30%,碳酸鹽類岩石的孔隙最高者可達5 %~15%,後者還應注意後生的溶解作用,能使孔隙度增高。岩石孔隙度的大小,與礦床的成礦關係頗為密切;與石油、天然氣、地下水的運移和儲存也有重大關係;對水文工程地質的影響也很大。
  此外,在研究沉積岩時還應注意其成分、顆粒和孔隙大小的關係,一般而言,成分愈純,分選愈好,顆粒愈多,膠結物愈少者,孔隙度愈低。
  三、各類沉積岩的研究要點
  (1 )角礫岩:凡稜角和次稜角狀的礫石含量大於50%以上的稱角礫岩。在野外,必須判別角礫岩的成因類型,也就是屬於什麼性質的角礫岩。通常有以下幾種類型:1沉積角礫岩。計有同生角礫岩(沉積過程中破碎的,如竹葉狀灰巖)、礁翼角礫岩(礁體邊坡崩坍堆積而成)、冰川角礫岩。
  2重力角礫岩。由重力作用而形成的,如山崩滑坡角礫岩、巖堆角礫岩、近岸角礫岩。它們均見於地形陡峻的崖坡之下。
  3斷層角礫岩。見於斷層的破碎帶上,與地層的分佈無關。
  4火山角礫岩。見於火山口附近,是因火山噴發形成的。
  5衝擊角礫岩。由於隕石降落,被衝擊岩層破碎而成,分佈比較局部,有隕擊坑及隕石碎塊等佐證。
  6溶洞角礫岩。石灰岩或其他易熔岩石,在其洞壁、洞頂發生崩坍而形成的角礫岩,分佈局部,常呈窩囊狀。
  7成巖後生角礫岩。常見於山麓地帶。
  (2 )礫岩:在地層中常見的礫岩有兩種,必須分辨清楚。一是底礫岩,位於某個地層組合底部的侵蝕面上,代表長期沉積間斷以後,一個新的沉積時期開始的產物,故在不整合面或假整合面上時有所見。
  在野外如何識別底礫岩?可以根據以下的特點予以判斷:1位於侵蝕面上,其礫石成分具有其下伏各岩層所成的礫石。2礫石的成分比較簡單,常見的以石英質的礫石最多。3礫石的磨圓度良好,分選也好。4分佈的範圍不大,但分佈的層位相當穩定。5同一底礫岩層中的礫石及砂粒,自下而上變細,磨圓度變好。
  確定底礫岩存在與否的意義十分重要,因為它既是劃分地層(系、統、組)界線的標誌,又是闡明地殼運動的標誌,是恢復古地理面貌、討論區域地質發展階段性等問題的重要資料。某些礦產的賦存,諸如金、鈾、銅、金剛石、鉬等也往往與底礫岩在一起。因此,在地質旅行中重視底礫岩的研究是很自然的。例如本世紀60年代初期,南京大學地質系師生在贛南工作時,發現泥盆紀地層的底礫岩中含有花崗岩礫石,說明在泥盆紀以前,此間就有地殼的劇烈運動並伴有規模較大的岩漿入侵活動,而此間的大片花崗岩長期以來都認為是發生在中生代的,屬於「燕山運動」
  的產物。後來,進一步工作,並將兩類花崗岩作化學分析、放射性同位素年齡測定,證明贛南除了燕山期花崗岩以外,還有早古生代晚期的花崗岩,即加裡東期的花崗岩。斷定當地受「加裡東運動」影響十分顯著。由於不同時期的花崗岩賦存的礦種與礦床類型也不相同,因此這一發現為後來找礦提供了重要的理論與實踐的依據。
  第二種礫岩是層間礫岩,它的產生大多數是由於沉積過程中局部的環境發生變化,比如水流的沖刷、波浪的衝擊、暫時的乾涸、岸坡的滑動、地殼的微弱升降等均可導致層間礫岩的形成。
  在野外,如何認識層間礫岩呢?主要有以下幾項標誌:1相夾在普通的岩層之間,與侵蝕面、不整合面、假整合面無關。2其礫石的成分與其下最接近的地層巖性相關。3有時層間礫岩層之下有沖刷面。4礫石的磨圓度較差,而且含有石灰岩、黏土巖類等容易溶解或易破碎的岩石所形成的礫石。5膠結物、充填物比較複雜。
  作為最典型的層間礫岩,就是同生礫岩,例如華北地區寒武紀地層中極為常見的竹葉狀灰巖。
  在觀察礫岩的岩石性質時,還可以根據礫石的外形和排列情況判斷其形成時的環境。例如在河流中形成的礫石的外形對稱性較差,其長軸方向與水流的流向垂直,傾斜方向與水流流向相反,傾角較大,可達15°~30°。形成於海濱的礫石,排列的傾斜方向對著海洋,傾角較小,7 °~8 °,長軸方向與海岸平行。
  (3 )砂岩:凡岩石碎屑中2 ~0.05毫米粒級的顆粒在50%以上者,叫砂岩。
  根據顆粒直徑還可以進一步分為巨粒砂岩(2 ~1 毫米),粗粒砂岩(1 ~0.5 毫米),中粒砂岩(0.5 ~0.25毫米),細粒砂岩(0.25~0.1 毫米),微粒砂岩(0.1 ~0.05毫米)。也可將0.25~0.05毫米的統稱為細砂岩。
  砂岩有另一種命名原則,可根據其成分組合關係,基本上分為以下3 種:1石英砂岩。90%以上為石英顆粒碎屑,次為少數的長石、巖屑等。如果從化學成分特點看,其中SiO{2}的含量可達95%~99.5%,故石英砂岩可作玻璃原料或耐火原料。
  石英砂岩的生成環境,一般為地形起伏不大、氣候潮濕溫和之地,由富含石英的母巖(如花崗岩類)風化以後,不穩定礦物(如容易風化的暗色礦物)消失,留下石英,經較長距離的搬運沉積而成。
  2長石砂岩。碎屑物中的石英含量少於75%,而長石的含量大於25%,也就是說,長石含量偏高,而且顆粒多具稜角狀。它常在氣候比較乾燥寒冷、地形起伏較大、地殼活動比較活躍的地區出現。母巖經受強烈的風化和侵蝕作用,在短距離的搬運之後而迅速沉積下來,特別在山間或山前坳地內最為常見。
  3巖屑砂岩。又稱硬砂岩、雜砂岩。由於其成分中巖屑的含量較多,占25%以上,它主要分佈於強烈隆起的山前凹陷區內。所以,這類岩石可以幫助我們認識當地某個地質時期地殼運動及其地勢變化的情況。
  上述三種不同類型的砂岩,反映出不同的沉積環境,對於恢復當地古地理面貌等,頗為有用,故在野外旅行、穿越剖面時不能疏忽。
  當然,砂岩的經濟意義也不小,除其中優質的可用於耐火材料、建築材料外,有時本身還含有金、銅、鉑、鎢、錫等礦砂,至於石油、天然氣、地下水的富集和儲存,也往往與孔隙較多的砂岩有關。
  (4 )粉砂岩:凡0.05~0.005 毫米的碎屑含量達50%以上者,稱為粉砂岩,即介於砂岩與泥巖之間,故常混有砂粒或黏土。粉砂岩是經過長距離的搬運,在平靜的水域中,緩慢沉積而成。如在河漫灘、三角洲、潟湖、沼澤等環境中頗為常見,故借此可以恢復古沉積環境。
  與粉砂岩有關的另一種岩石——黃土,是一種半固結的黏土質粉砂岩,風力或水力均可使其沉積,但其形成環境,總是在乾燥或半乾燥的氣候區內。
  特別在我國的北方及西北地區,第四紀地層中的黃土或黃土類岩石分佈極其廣泛,因此,在那裡作地質旅行時,如何進行黃土研究,是很重要的。一般應包括以下幾方面內容:1研究黃土的物理性質,判別其成因類型。此處的物理性質包括顏色、顆粒大小、結構、黏結力等方面。比如砂粒或黏土含量較高,黏結力很強,顏色偏紅者,則與水成(洪積、沖積等)有關。而顏色淺黃帶灰,粉砂含量頗高,以手指研磨,無砂感或黏感,山崖的直立性良好,則可能與風成有關。
  2盡可能瞭解黃土地層的地質年代。具體辦法是找尋含在該地層中的化石,特別是哺乳動物、雙殼類、腹足類化石最為常見,它們經常埋藏在黃土地層夾層的砂礫、泥灰岩層中,那些地層原先多系河流或湖泊環境,生物喜歡聚居。如果能找到若干有代表性的標準化石,便可大致確定出更新世的某個階段。
  如我國黃土高原上的黃土地層,可分為三個時期,最早的屬早更新世,稱為午城黃土,分佈比較局部;其次屬中更新世的,稱離石黃土,分佈很廣;最新的,屬更新世晚期的,稱馬蘭黃土,分佈面積尚可,基本上是風成類型的。
  3初步研究黃土層中的古土壤埋藏情況。據我個人的野外工作體會,黃土層中的古土壤可分為兩種類型:一類是地質年代較新的古土壤,見於更新世晚期或全新世的黃土夾層中,顏色灰暗,與現代土壤十分相似,還能看出土壤發育的A 、B 、C三層以及古樹根、草根等。
  另一類時代較早的古土壤,屬更新世早期或中期的,已見不到原來土壤的顏色及其發育的層次構造,而是由深紅色與淺紅色不同色調相間的條帶組成,在不同色調的界面上,常伴生密集成層分佈的白色鈣質結核。像這種情況,為什麼能斷定它是古土壤層呢?當土層比較長時期地暴露於地表時,土壤層就開始發育了,黃土層中原先就富含鈣質,在雨水的溶淋下,鈣質就向下滲透,直到地下水(潛水)面附近,聚集凝結,特別在氣候乾燥地區,鈣質凝塊就固結成結核,當地殼發生抬升時,潛水面下降到另一高度處,鈣質結核層上升到新的潛水面以上而保存下來。以後,多次的黃土層堆積,多次的土壤層發育,多次的潛水面下降,多次的鈣質結核層的形成,也正是節奏性的地殼運動的結果。例如在汾河河谷地區,更新世中期的黃土層中,可見20餘層色調深淺相間、伴有鈣質結核的古土壤層的遺跡呢(圖4.13)!
  4注意黃土層的沖刷面或沉積間斷面,這也是劃分黃土地層年代的重要標誌之一(圖4.14)。在巖性堅硬的沉積岩層中,沖刷面往往以起伏不平的侵蝕面表現出來;沉積間斷往往以假整合面或不整合面、或巖性與化石性質的突變表現出來。而在巖性大體一致的黃土層中,不可能以像堅硬岩層那樣清楚的界面表現出來,因此,注意沖刷面就顯得十分重要了。
  判斷有無沖刷面或沉積間斷,可以掌握以下一些特徵:a.下伏的水平地層有斜面切削其頂。b.多層的古土壤層被起伏不平的侵蝕面所切割。c.界面上下的巖性有顯著變化,尤其在界面上有砂礫夾層出現。d.界面上下土層的色調也明顯改變,而且界面不是水平的。e.起伏不平的界面上,或許有古土壤層的殘留,此時,可以採取孢粉樣品,帶回室內分析,作進一步的論證。
  5注意黃土區的地貌特點。除一般黃土區的似喀斯特(似巖溶)地貌現象以外,特別要研究黃土區的階地特點。結合「地文期」的研究,對黃土地層的地質年代的劃分十分重要。例如在汾河地區,河漫灘與一級階地上的次生(經過搬運以後的再沉積作用)黃土基本上是全新世的;二級階地,基本上是更新世晚期的;三級階地,基本上是更新世中期的,在高階地的底部沉積,有時可見更新世早期的黃土層。
  (5 )泥巖和頁岩:均屬黏土巖類。泥巖不顯層理,呈塊狀,局部失去可塑性,遇水不立即膨脹。頁岩有明顯的頁狀層理,已大部失去可塑性。兩者的成分比較複雜,多數黏土礦物已轉變為水雲母,並常有其他物質混入,因此名稱也多,如砂質泥巖,鐵質泥巖,碳質泥巖,鈣質頁岩(碳酸鈣含量不到25%時稱鈣質頁岩;超過時,則稱泥灰巖;含量更高時,就是石灰岩了),鐵質頁岩,硅質頁岩(如二氧化硅的含量達到85%以上時,則可稱硅質岩、燧石層之類,往往是海底火山噴發或生物成因的),黑色頁岩(往往含有較多的有機質、分散黃鐵礦、菱鐵礦,其層理極薄,無化石,形成於潮濕氣候條件下的深水湖、淡化潟湖、沼澤中),炭質頁岩(含有大量炭化了的有機質,但因其灰分含量高於30%,故不宜作燃料,其風化的露頭能污手,形成於湖泊- 沼澤中,常為煤系地層的組成部分),油頁岩(常呈棕黑色,有油脂光澤,具薄層理,黏結性很強,形成於閉塞海灣和深水湖環境中,含瀝青者,則稱為瀝青質油頁岩,經常組成含油或含煤的巖系。油頁岩的含油率可達4%~20 %,最高者可達30%,可直接提煉石油)。
  黏土巖類的經濟意義很大,野外工作時應予高度重視。以下幾種都屬於有價值的黏土巖類:高嶺石黏土巖,是含A1{2}O{3} 很高的黏土巖,礦物成分以高嶺石為主,以礦物命名稱為高嶺土,俗稱觀音土、五色土。當你用手撫摸時,有很強的滑膩感。具有耐火性和可塑性,故可作為高級耐火材料,也是製作陶瓷器的重要原料,在造紙業、橡膠業、肥皂、化妝品工業等方面也要用到高嶺土。特別在我國,利用含A1{2}O{3}.較高的黏土巖製造陶瓷器皿有著悠久的歷史,例如江蘇宜興丁蜀鎮,素有陶都之稱,當地群眾早在數百年前就利用那裡早石炭世高驪山組的黏土巖作原料,製作出精美的紫砂器皿,名聞遐邇,暢銷中外。其他在煤系地層發育的地區,也利用高鋁質的黏土巖類(它往往含在煤系中)製作陶瓷器,如唐山、淄博等地也是頗有名氣的「瓷都」。
  蒙脫石黏土巖,即富含蒙脫石的黏土巖,呈灰白、淺黃、淡紅等色,極柔軟,有很強的吸附性和吸水膨脹性,故大量地用於石油化學工業,其他在油脂、制糖、造酒、造紙、紡織等工業中亦需蒙脫石黏土作淨化劑和漂白劑之用。
  凹凸棒石黏土巖,為漂白土中的上品,被廣泛用作精煉石油和塑料、樹脂等的脫色劑;也用作味精產品的光亮劑及釀酒工業上的澄清劑。由於它的孔隙度大,放出「沸石水」以後能吸收有機分子,故又用於環境保護工作,具有較強的去污和吸附作用,可作淨化水域、吸收放射性廢物及有害氣體之用。在農藥、化肥方面用作稠化劑、加厚劑、乳化穩定劑、黏合劑、填料及玻璃琺琅原料等。還因為它在高溫、高鹽度水中具有高度的蝕變性和熱穩定性,故在深海鑽井及地熱鑽井中被選為優質泥漿原料。
  凹凸棒石多產於白堊紀及新生代的湖相、海相地層中,特別是第三紀鹼性玄武岩層之間尤為常見,如江蘇六合、盱眙一帶的凹凸棒石黏土即產於此。
  水雲母黏土巖,即一般的黏土,為製作陶器和磚瓦的原料。
  黑色頁岩,近年發現其中含有多種礦產,如銅、鈾、鉬、釩、鎳等。
  (6 )石灰岩類:在野外識別不同的石灰岩,主要是根據其結構特點,有以下幾種:1內碎屑灰巖,如竹葉狀灰巖、礫屑灰巖。
  2生物碎屑灰巖,根據所含化石的特點而進行命名,如以貝殼碎屑為主,則名為介屑灰巖;如以蟲跡為主,則命名為蟲跡灰巖;以蜒類殼體為主,名為蜒灰巖;以藻類為主者,名為藻灰巖,含大量鸚鵡螺化石,稱寶塔灰巖(因鸚鵡螺化石縱切面形似寶塔)等。
  3鮞狀灰巖,形成於溫暖淺水、攪動不大強烈但具有強烈蒸發的環境中,尤其是在大陸邊緣,穩定的海灘地帶最易發育鮞狀灰巖。
  4球粒灰巖,常形成於富含有機質的礁後潟湖環境中。
  5團塊灰巖,常見於藻類富集的岩層中。
  有時,為了強調石灰岩類中所含成分的特殊,也可冠以礦物名稱:如白雲質灰巖、海綠石灰岩、瀝青質灰巖(臭灰巖)、泥質灰巖等等。
  有時,為了強調石灰岩的構造特點,也用構造特點冠其名,如我國南方中奧陶統的龜裂紋(或稱馬蹄花)灰巖。雖然從命名原則講,此類命名不大正規,但在野外應用,加深人們的印象是頗有意義的。
  (7 )白雲巖:其命名與石灰岩相似,主要是根據其結構特點而定名,在野外常用的名稱有下列幾種:1泥晶白雲巖:由小於0.005 毫米的泥晶白雲石組成,結構均勻,具顯微層理,生物殘體很少,有時可見介形類化石,多為原生白雲巖。
  2微- 細晶白雲巖:晶體大小不一,晶形頗佳,外貌頗似砂糖,野外可用砂糖狀白雲巖稱之,往往由其他類型的白雲巖重結晶而成。
  3藻白雲巖:與藻灰巖相似,即由藻類化石組成的白雲巖,我國元古代和震旦紀地層中的白雲巖大多屬於此類,可能是原生白雲巖類型。
  4生物白雲巖及生物碎屑白雲巖:可見其中的化石殘體,多由生物碎屑灰巖經白雲巖化交代作用而成。
  5內碎屑白雲巖:根據其中的碎屬大小又可分為礫屑、砂屑、粉屑白雲巖。它們常以夾層的形態見於一般白雲岩層中。形成於淺海上部或潮間帶以上的環境中,其碎屑即由波浪或水流衝擊而成。
  6鮞狀白雲巖:這是一類次生的白雲巖,即由鮞粒石灰岩經白雲巖化作用而成。
  由於其孔隙度較大,常為石油或地下水的理想儲藏層。
  上面提到原生白雲巖、次生白雲巖,是就白雲巖的成因而言。從其形成條件而言,可將白雲巖分為三類:原生白雲巖:原地沉積的白雲巖,是在乾燥炎熱的氣候(28℃~35℃)下蒸發作用而成。鹽度高,水淺(0 ~3 米深的潮汐帶上),PH值高於8.3 的鹹化潟湖或海灣中形成,也可在陸上鹹湖中形成,並常伴生有膏鹽層。
  成巖白雲巖:在碳酸鈣沉澱過程中,被白雲石交代而成,通常分佈不連續,在石灰岩層中呈透鏡體狀或斑塊狀,有時也成層狀分佈,延伸一定距離。
  次生白雲巖:或稱後生白雲巖,分佈局限,常見於斷裂構造帶。
  因此,判別白雲巖的成因類型,主要著重於野外的觀察研究。
  (8 )鹽巖類:純化學作用的沉積岩,如石膏、石鹽、鉀鹽、芒硝等。形成於氣溫高、蒸發量大的環境中,而且隨著海水(或鹹水)蒸發過程中的逐步濃縮,各類鹽巖相繼沉澱而出現,例如水分蒸發掉40%以上時,開始出現石膏、硬石膏;當蒸發到90%以上時,沉澱岩鹽(食鹽);蒸發到99%時,鉀鹽出現。
  所以,憑借鹽巖類的存在,可以瞭解地質時期的某個時候的乾旱氣候,閉流的內陸盆地、海灣、潟湖等,對恢復古地理環境極為有效。
  四、注意沉積岩區的構造特點
  當我們在沉積岩發育地區作地質旅行時,並把地層的層序關係、地層的地質年代、地層的岩石性質及其名稱等大體上搞清楚以後,緊接著就應該研究穿越剖面時所遇到的地質構造的特點了。
  所謂地質構造,實際上就是觀察褶皺、節理、斷層這三項主要的項目。不言而喻,這些構造現象在層狀岩石中是表現得最為清楚的了。
  (1 )褶皺:岩層受力的擠壓而發生彎曲的現象稱為褶皺,幾乎在任何沉積岩區都能見到的一種極普通的構造地質現象,只是其規模大小不同而已——大者長達幾十千米,甚至幾百千米,小者在標本上就能觀察到,甚至在顯微鏡下可見。不過,在野外視野所及者,幾百米、幾千米的規模居多。真正特大的褶皺,在距離較短的剖面上是看不出來的,必須通過長距離的剖面穿越,或通過填繪地質圖以後才能分析出來,而本書所談的褶皺,主要是指視野範圍之內能觀察到的褶皺。
  研究褶皺的基本要點,不外乎褶皺的形態、產狀、類型、形成的方式以及分佈的特點。
  1褶皺的基本形態,只有兩種:背斜和向斜。背斜的標誌是岩層向上彎曲、核心部位是老岩層,兩側為新岩層。向斜的標誌是岩層向下彎曲,核心部位為新地層,兩側翼部為老地層。如果岩層被侵蝕風化,在地表暴露出來(以平面圖形式表示的話)時,從中心到兩側,岩層的排列,由老到新,對稱出現,是為背斜。相反,從中心向兩側的岩層,自新到老,對稱出現,則為向斜。
  認識背斜和向斜構造以後,就可以按照褶皺要素——核部、翼部、轉折端、軸向、傾伏等進行具體的描述了。例如某背斜構造,核部由志留系地層構成,兩側由泥盆系至石炭系地層構成,軸向東北,向西南傾伏(圖4.15)。
  然後,再將觀察的褶皺進行分類,最常用的褶皺分類是根據褶皺軸面的產狀分為:直立褶皺、歪斜褶皺、倒轉褶皺、平臥褶皺、翻捲褶皺(圖4.16)。一般說來,這些褶皺的形態都反映了岩層受力程度的不同。或者說,從直立褶皺到翻捲褶皺,受力越來越強,因兩側受力的程度不同,軸面向受力較弱的一側傾斜。
  另一種褶皺形態分類,根據岩層彎曲的形態而定,也是野外觀察剖面時常用的,有圓弧褶皺、尖稜褶皺、箱狀褶皺、扇形褶皺及撓曲(圖4.17)。
  以上所說的褶皺形態,可以說是「小型」的褶皺,即站在褶皺岩層的面前,一眼看去,就清晰能辨。而實際上,還有「大型」的褶皺,在野外地質旅行,穿越長剖面時才能辨認的,它們大多是「非單個」褶皺,而是由一系列褶皺復合組成。通過剖面示意圖最能說明此種類型——基本上有兩類。
  一是復背斜和復向斜,也就是在它們的兩翼被一系列次一級褶皺所複雜化,或者說,大的褶皺輪廓是背斜,但在翼部尚包含若干小的背斜和向斜。反過來,大的褶皺輪廓是向斜,而在其翼部則尚有次級的背斜和向斜(圖4.18)。此類複式的背斜和向斜,常見於「地槽區」,如我國的秦嶺、天山、內蒙中部、喜馬拉雅山等地均有所見。
  二是隔擋式褶皺和隔槽式褶皺:一個平行褶皺群內,如果背斜呈緊密褶皺,而向斜呈開闊平緩的褶皺,稱為隔擋式褶皺,如四川東部的褶皺群。而隔槽式褶皺,則是一系列相間排列的開闊背斜褶皺被一系列緊密向斜所隔開(圖4.19)。
  在褶皺形態的觀察基礎上,進一步就是研究形成褶皺的機理,可在地質旅行告一段落以後作詳細的解剖——如縱彎褶皺作用、橫彎褶皺作用、柔流褶皺作用、壓肩作用等,此處不作進一步論述。
  2怎樣研究褶皺?在地質旅行或踏勘剖面時,認識褶皺以後,如何進一步作具體的研究是一項重要的課題,基本上可從以下幾方面入手。
  對褶皺形態的研究:其中包括查明褶皺的位置、產狀、規模、形態和分佈特點,探討褶皺形成的方式和形成的時代,瞭解褶皺與礦產的關係等等。
  在這裡,需要觀察的要點有:查明地層的層序並追索標誌層。根據地層內所含的化石特徵以及岩石性質等標誌,確定組成褶皺構造的層序關係。進而查明其層序是正常還是倒轉。再觀察這些地層的對稱排列及其重複關係,確定背斜或向斜的所在位置。在觀察地層層序及其排列關係時,必須抓住某個巖性特徵顯目、厚度不大、展佈穩定的岩層作為瞭解褶皺的標誌層。褶皺的產狀也可根據標誌層予以確定。這些產狀,主要是測定褶皺樞紐和軸面的產狀,此兩者是正確判斷褶皺產狀和真實形態的前提。
  其次是觀察褶皺出露的形態,也就是從褶皺在地面出露的形態作縱橫方面的觀察,經過多方分析,恢復其真實面貌。
  再次,對褶皺內部的小構造研究也應注意。所謂小構造,指小褶皺、小斷裂面、線理等等。它們分佈於主褶皺的不同部位,各自從一個側面反映出主褶皺的某些特徵,這些內部構造,由於規模較小,易於觀察,因此,以小比大,通過對褶皺內部小構造的研究能進一步瞭解和闡明主褶皺的某些特徵。
  (2 )節理:這是很常見的一種構造地質現象,就是我們在岩石露頭上所見的裂縫,或稱岩石的裂縫。這是由於岩石受力而出現的裂隙,但裂開面的兩側沒有發生明顯的(眼睛能看清楚的)位移,地質學上將這類裂縫稱為節理,只要你一上山,接觸石頭,到處都能見到節理。
  節理的名稱,根據分類的不同原則而異,通用的名稱是以節理與岩層的產狀要素的關係而劃分為四種:走向節理:節理的走向與岩層的走向一致或大體一致。
  傾向節理:節理的走向大致與岩層的走向垂直,即與岩層的傾向一致。
  斜向節理:節理的走向與岩層的走向既非平行,亦非垂直,而是斜交。
  順層節理:節理面大致平行於岩層層面(圖4.20)。
  前三種最為常見。
  其次,節理的分類還可以節理的走向與區域褶皺主要方向、斷層的主要走向或其他線形構造的延伸方向等關係而進行,可劃分為—縱節理:兩者的關係大致平行。
  橫節理:二者大致垂直。
  斜節理:二者大致斜交。
  如果褶皺軸延伸穩定,不發生傾伏的話,則走向節理相當於縱節理,傾向節理相當於橫節理。
  在認識節理的形態及其名稱以後,也可以適當地作些力學分析研究,如節理與褶皺的關係,節理的形態與受力的關係等。不過,此類問題的深入研討,已屬專題性質,非地質旅行時所要瞭解的範疇了。
  一般野外調查應選擇節理比較密集(數十條在一起)的地方作為觀察點。而對節理的記錄要求,大致有下列各項內容:1節理群所在地的地理位置。2節理與褶皺或斷層的關係:如在褶皺的軸部、翼部、斷層的上盤或下盤等等。3節理所在的岩層時代或層位、岩石的性質、岩層的產狀要素。4節理的產狀要素。5節理面及充填物的特徵。6節理的力學性質及旋向。7節理組、系歸屬及相互關係。8節理密度統計(條/米)。9備註。
  (3 )斷層:斷層與節理同屬斷裂構造,而斷層往往是節理的進一步發育所致。
  或者說,當節理發生位移,兩壁有所錯動時,即稱為斷層。
  斷層是野外常見的一種重要地質現象。
  地質旅行時遇到斷層,應如何研究呢?首先要確定斷層的幾何要素,其內容包括下列各點:1斷層面。所謂斷層面,就是兩部分岩塊沿著滑動方向所產生的破裂面。斷層面的空間位置也像地層的層面一樣,是由其走向和傾向而確定的。但斷層面並非一個平整的面,往往是一個曲面,特別是向地下沿伸的那一部分,產狀可以有較大的變化。此外,斷層面不是單獨存在的,往往是有好幾個平行地排列著,構成所謂斷層帶,又由於斷層帶上兩壁岩層的位移錯動,使岩石發生破碎,因此又稱為斷層破碎帶。其寬度達幾米、甚至幾十米。一般情況下,斷層的規模愈大,斷層帶的寬度也愈大。
  2斷盤。斷層面兩側相對移動的岩塊稱為斷盤。由於斷層面兩壁發生相對移動,所以斷盤就有上升盤和下降盤之分。在野外識別時,按其位於斷層面之上者稱上盤;位於斷層面之下者稱下盤。當斷層面垂直時,就無上盤或下盤之分。
  3斷層線。斷層面與地面相交之線,稱斷層線。
  4位移。這是斷層面兩側岩塊相對移動的泛稱。在野外觀察斷層時,位移的方向是必須當場解決的問題之一。特別遇到開礦時,一旦遇到礦脈(或礦層)中斷,往往是斷層位移所致,需要立即追查。追查的辦法是運用兩側岩層的層序關係來判斷或撫摸斷層面上的擦痕等來確定。
  在地質旅行時,如何注意斷層?怎樣研究斷層?觀察什麼內容?此類問題必須熟練掌握,現分述如下:先討論斷層的標誌及兩盤相對位移問題。
  1構造(線)不連續。各種地質體,諸如地層、礦層、礦脈、侵入體與圍巖的接觸界線等都有一定的形狀和分佈方向。一旦斷層發生,它們就會突然中斷、錯開,即造成構造(線)的不連續現象,這是判斷斷層現象的直接標誌。
  2地層的重複或缺失。這是很重要的斷層證據。雖然褶皺構造也有地層的重複現象,但它是對稱性的重複;而斷層的地層重複卻是單向性的。至於地層的缺失,凡沉積間斷或不整合構造也可造成,但這兩類地層缺失都是區域性的,而斷層造成的地層缺失則是局部性的。關鍵的問題,旅行者應對區域內的地層系統及其分佈情況有一個較為全面的瞭解(可以在旅行準備時查閱地層表、剖面、地層柱狀圖之類)。
  利用地層的重複或缺失不僅是判斷斷層的重要手段,而且是判斷斷層兩盤相對動向的重要方法,借此還可以確定斷層的性質——正斷層,還是逆斷層?基本上有六種情況,如圖4.21所示。
  3斷層面(帶)上的構造特徵。這是識別斷層的直觀證據,即在眼前「方寸」
  之地內所能見到的若干構造現象,最常見的有以下幾種:斷層擦痕:就是斷層兩側岩塊相互滑動和磨擦時留下的痕跡,由一系列彼此平行而且較為均勻的細密線條組成,或為一系列相間排列的擦脊與擦槽構成。在堅脆岩石的斷層擦痕的表面,往往平滑明亮,發光如鏡。並常覆以炭質、硅質、鐵質或碳酸鹽質的薄膜。有時,也在斷層的擦面上見到不規則的階梯狀斷口,其上覆以纖維狀的礦物(如方解石之類)
  晶體。
  斷層擦痕對於決定兩盤位移方向頗有用處,如用手撫摸時,感到光滑的方向乃是對盤活動位移的方向。或自粗而細,自深而淺的方向乃示對盤活動位移的方向。
  或者利用階梯狀斷口,階梯形陡坡之傾向指示對盤相對滑動的動向。
  構造巖:當斷層兩壁相對移動之時,岩石發生破碎,在強大的壓力下,礦物出現定向排列,並有重結晶作用。也就是說,由於動力作用而發生變質,形成一系列新的岩石,即稱為構造巖。
  構造巖的種類很多,如構造角礫石(角礫形狀不規則,大小不一)。碎裂巖(破碎的程度比前者更高,主要是原巖中的礦物顆粒的破碎,常見於逆斷層或平移斷層的斷裂帶中)。糜稜巖(破碎極細,用顯微鏡觀察)。更進一步的破碎即片理化巖(具有片狀構造的構造巖)。
  此外,還有牽引構造:是斷層帶中的一種伴生構造,它是由於斷層兩壁發生位移時使地層造成弧形的彎曲現象,可以指示斷層的位移方向,如圖4.22所示。
  與斷層帶有關的,還有一種斷層的伴生構造,主要是斷層旁側的節理及拖曳褶皺。這些節理常與斷層斜交,其銳角所指的方向指示本盤滑動的動向。
  其他標誌,主要是指地貌或水文上的一些特徵,不過,此種地質現象只能說明有斷層存在,不易說明其兩盤的運動方向,諸如三角面山,河流的突然改向,山脊的突然中斷,眾多的溫泉或泉水的定向分佈,小型的火成岩體的入侵及其伴生的變質作用、礦化現象及礦脈的定向分佈等等均示斷層的存在,特別是從較大的地貌現象所反映的斷層特徵,有時在航空照片甚至衛星照片上都能看到。
  認識斷層的證據、判斷斷層的存在以後,就可以進一步將斷層進行分類,這也是野外觀察斷層時必須解決的問題。
  一般最常用的斷層分類法,是根據兩盤岩塊相對移動的性質而定,分為三種:正斷層、逆斷層和平移斷層(圖4.23)。如果斷層面的傾角小於30°,則又稱為逆掩斷層。若規模很大的逆斷層(推移數千米以至數十千米者),又稱為推覆體。這是「地槽區」常見的一種構造現象,如阿爾卑斯地區是世界上最聞名的推覆體所在地。
  不過,野外所見到的斷層,往往並非單個出現,而是以組合的形態出現居多,比如有下列各類最為普通。
  1階梯斷層。此類組合由一系列正斷層構成,多見於地殼塊斷運動上升地塊的邊緣,地貌上的表現,是山脊與山谷的相間排列(圖4.24)。
  2地塹與地壘。兩條大致平行的斷層,其間有一共同的下降盤,稱為地塹;其中如有一共同的上升盤,則為地壘。一般形成地塹與地壘的斷層多為正斷層,也有逆斷層,或為正、逆斷層的結合。許多由新生代地層組成的盆地,多被地塹構造所控制(圖4.25),例如我國的汾河、渭河地塹盆地。當然,也有視野所能及的小型地塹與地壘構造。後者在地質旅行路線上亦有機會相遇。
  3疊瓦狀構造。由若干條平行排列的逆斷層構成,其上盤在剖面上構成一個接一個的疊瓦狀(或稱覆瓦狀)構造,我國四川龍門山地區有此種構造存在。
  除三者比較常見外,在某些特殊場合還能見到以下幾種類型:環型斷層及放射狀斷層,多見於火山活動區的火山錐附近或穹隆構造的周圍,也見於侵入體的周圍。
  近年來,不少地質學家認為天體撞擊地球以後的隕擊坑周圍亦有此種斷裂構造,有人認為太湖四周也能見到,故太湖也可能屬天體撞擊形成的。
  旋扭斷層,多見於較大的斷裂之旁,是一種規模小的弧形斷層,好似主斷層派生出來。
  還有一種在地質旅行時不易見到而在研究板塊構造時大範圍內認識的轉換斷層,特別在研究海底地質構造時十分重要,此處不再詳述了。
  關於斷層的野外觀察,還有一類特大的斷層,屬於地殼上的深斷裂帶,也應注意。就目前所知的這些著名的深斷裂帶,如西太平洋海溝構成的「深斷裂帶」,北起千島群島,向南經日本、琉球、我國的台灣至菲律賓,長達7000千米以上。又如東非大裂谷,南自莫桑比克向北經坦桑尼亞至烏干達以北,長達6000千米。我國東部郯城(山東)至廬江(安徽)的大斷裂,呈東北方向延伸,長達2400千米。還有一條,自浙江麗水至廣東海豐的大斷裂,長度亦可達500 千米以上。
  這樣巨大而延伸遙遠的深而大的斷裂,能否在短距離的地質旅行中也能有所認識呢?可以。
  因為如此巨大的斷裂,並非一時發育起來的,而是經過長時間的發展才形成的。
  因此,在巨大斷裂的兩側的沉積岩層的特徵就明顯地反映出差異性。它們的沉積建造,幾乎從元古代到古生代這樣長的地質歷程中都不相同,其他如火成岩活動、成礦作用等也都反映出明顯的差異性。所以,當我們在地質旅行穿越剖面時,特別要注意在近距離內,有如上述斷層的兩側沉積建造等方面的差異性。
  在地質旅行時,除了認識和判斷斷層的存在、類型、性質等外,還要進一步查清斷層發生(或形成)的時間。其方法是根據地層的年代。總的來說,凡被斷層切斷的地層,這些斷層的發生年代應在被切斷的最新地層之後,在未被切割的最老地層之前。例如某斷層切穿三疊紀地層,而未斷及侏羅紀地層,則此斷層形成的時間應在三疊紀末較妥(圖4.26)。
  斷層年代的確定,對於研究區域地質發展史、成礦作用的時期等都十分重要。
  而年代問題的確定,主要是在野外解決。
  五、怎樣在沉積岩區作野外記錄和信手剖面
  每一位對地質發生興趣者,在地質旅行之時,必須養成隨手記錄,隨手作剖面示意圖的習慣。這兩件事,也是地質基本功內容,不能忽視。因為這是幫助我們收集地質資料的不可缺少的手段,也是幫助我們記憶的最好方法,作為地質調查報告或學術論文的胚胎,就從這裡開始孕育。
  野外記錄內容:除了旅行日期、旅行地點、經過路線等共同項目外,在沉積岩區觀察時,主要還是記載所遇到的岩石和構造地質方面的內容,其具體項目,已如上述,此處不再重複。
  此外,還應注意巖性、構造與地貌的關係,比如當地為何高峰突起,為何萬丈深淵,到底受什麼巖性影響還是受什麼構造控制,都應記錄清楚。
  再如當地岩石的風化、侵蝕、搬運等地質作用和過程,跟水文地質或工程地質的關係也應注意,並作些記錄。例如頁岩、泥巖發育的地區,若遇地形陡峻,則經常出現滑坡;特別當大雨過後,在鬆軟岩層之下有堅硬岩層作為隔水層,其地層傾斜方向又與地形坡度一致時,極易發生災害性滑坡。在這些斜坡上,往往可見樹幹傾斜的小樹林,即所謂「醉漢林」景象都值得我們注意記錄,是工程地質的「感性材料」(圖4.27)。
  有趣的是,水文地質條件與工程地質要求往往發生矛盾,比如說泉水往往出露於斷層帶上,而這裡正是工程地質所忌諱的。可能造成施工困難,此類地質現象都不能忽視。
  當然,與礦產有關的岩層,或某些本身就具有重要意義的「經濟」岩層,更要作詳細記錄,將在下面再作敘述。
  至於信手剖面,應畫哪些內容?作畫時的步驟如何?大致敘述如下(圖4.28):當你走過一段路程以後,就可以著手作圖,首先要根據路程的長短(也就是剖面的長短),大致確定比例尺,再注意剖面上的地形起伏情況,畫出盡量接近實際地形的曲線,並用羅盤測出剖面的方向,在圖上表示出來。
  第二步,在上述地形起伏線之下,表示出各地層層位、成套巖系或不同組的地層的分界線,尤其要注意這些界線所在地與地形起伏的關係。
  第三步,把各組內的巖性符號畫出來,此時,要注意地層界線與符號的傾斜角度盡量符合實際情況(即真傾角)。
  第四步,把岩層內發現的化石所在地也用適當的符號(一種或幾種)在示意剖面圖上表示出來。如果岩層內有含礦現象、礦化現象、礦層也要著重標明。
  第五步,當若干剖面連接在一起時,注意構造地質現象,如褶皺的形態,軸面的傾斜及其與地形起伏的關係。又如遇到斷層,其具體位置、形態、性質與地形起伏的關係等都要在圖上的適當位置上表示出來。與此類似,如有不整合面、假整合面、整合面的所在部位,形態與地形的關係等也都在信手剖面圖上表示出來。
  其他,如泉水出露的位置、滑坡發生的位置等均需標明。
  一個善於製作或勤於畫出信手剖面的地質工作者都十分重視剖面圖工作,它不僅減少文字記錄,而且可以一目瞭然旅途上的地質特徵。
  六、化石的觀察與記錄
  在沉積岩發育地區作地質旅行,對化石的搜尋固然重要,而且對化石的觀察和記錄也不能忽視。因為研究化石不僅可以確定遇到的地層的年代,而且可以瞭解沉積岩系的形成環境,乃至某些沉積礦產的成因及其找礦方向。所以,化石的研究也是基礎地質資料,極為重要,現分述如下:植物化石:陸相地層,特別是煤系地層中植物化石最為豐富,除用於鑒定地層的相對地質年代外,在研究其群落組合的基礎上,也是作為指示古地理、古氣候、古緯度的重要手段。因此,採集植物化石時,首先要注意植物群的面貌,盡可能多地採集屬種成分。植物化石主要是葉的印痕,而某些類型,其莖部的特徵,如鱗木類也十分重要。甚至其根部化石,如痕木也不能忽視。
  如遇莖幹或樹根化石時,則宜注意其埋藏情況,也就是注意其莖幹與層面的關係——平行還是垂直,由此判斷此類化石是原地埋藏還是經過搬動。尤其在研究煤田地質時,此項觀察極為重要,比如莖幹化石分散零亂,橫斜無序,則屬搬運堆積;如莖幹與層面垂直,則為原地埋藏;如枝莖略具傾斜,可能是靜水盆地(湖、沼)
  中沉積;如葉片捲曲或彎曲,舒展不開來,則可能是風浪環境中堆積而成。
  值得一提的是,不能簡單地把大樹幹化石集中的地區就認定為森林區,因為有可能是經過流水搬運而聚匯起來的。
  研究植物化石與古氣候的關係,是地質學的重要課題之一,其原則與方法就是「將今論古」,例如蘇鐵類植物生長於熱帶或亞熱帶地區;棕櫚是溫暖氣候或炎熱氣候的標誌。不過,研究時,也不能單純以某一化石的發現就斷定某種氣候環境,應以「組合」面貌為準,例如在蘇聯(即前蘇聯)阿納德爾河流域的白堊系內有一種體型較小的蘇鐵類植物就不是熱帶的產物,而可能生長在溫涼甚至比較寒冷的氣候環境中。當然,這類問題不一定全能在野外解決,但有時候也能在野外采化石時作出判斷,或注意問題的關鍵,為此,地質旅行中也不應忽視。
  至於植物化石中的孢子和花粉,是恢復古環境、古氣候、古生態的主要材料,所以,在陸相(有時海濱相)地層中極宜注意此類化石。一般來說,凡有機質比較豐富的地層、泥巖類地層,都是孢粉化石比較集中的處所。當然,只能把樣品帶回實驗室分析鑒定以後才能瞭解其地質意義。
  無脊椎動物化石:無論海相地層,或陸相河湖沼澤中形成的地層中,無脊椎動物化石是最豐富的了,平常在野外旅行時最易遇到,採集也方便。不過,應注意以下幾個問題:第一,屬種成分與沉積環境的關係,如屬種成分(即名稱)比較單調,但數量很多的話(圖4.29),則可能系閉流或半閉流盆地環境,往往是淡化或鹹化盆地所特有。有時,也可在淺水海灘上見到某種貝殼類化石特多,如牡蠣灘,但與上述情況有所不同。
  其次,要注意化石的形態特徵,借此可以瞭解化石的埋藏地是否是動物的生活地區,比如化石殼體大小的分選現象相當清楚,則指示埋藏時的水體是流動的,波浪的擺動使之分選。若使貝殼破碎,則更證明是流動環境。然後還可以參看岩層的構造特點,論證其水動力條件。
  某些貝殼類的大小也與氣候因素有關,一般來說,大型厚殼體多生活於溫暖水域中,小型殼體多生活於寒冷水域中。若遇某些種類的殼體比常規者偏小,則可能由於水體鹽度的變化所致,不一定是氣候的因素。
  化石殼體的厚度往往也與環境有關,如石灰質的厚殼化石表示碳酸鈣濃度大,氣溫較高,生活於淺水地帶的類型。所以生活於熱帶海洋礁體上的貝殼類的殼體厚度較寒冷地區者為厚。
  另外,在水動力條件較強地區的貝殼類的殼體厚度也大,這是防備衝擊磨蝕殼體所必需的。況且殼體加厚,體重增加以後,水流不易搬動,動物不致受傷。
  相反,營漂浮生活的貝殼類動物,一般殼體較薄,這是減輕體重所必需的。棲居於污泥質水底、水動力較差的貝殼類,特別是穴居者,殼體也特別輕薄,甚至為半透明狀態。
  我們還可以從動物殼體的表面飾紋研究其與生活環境的關係,例如生活於海岸地帶的動物,其殼體的飾紋傾向於粗糙;穴居埋沒不深的動物,其貝殼後部常具飾紋。在靜水中生活,或者在水底表面生活的類型,不僅殼體較薄,而且飾紋也逐漸稀少。深度較大的海生貝類,其殼體的飾紋很細。淡水中生活者,一般來說,較海水中生活者飾紋要細,惟有在砂質河底中生活者才有粗糙的紋飾。
  此外,還可注意化石保存情況,比如從殼體的排列特點——聚集、分散、零亂無序、規則定向等等可以瞭解其埋藏情況(圖4.30)。屬於原地掩埋還是經過一段搬運以後的掩埋?浪擊(圖4.31)、岸流對埋藏有無影響?還可以從化石殼體的破損情況瞭解其埋藏環境。
  脊椎動物化石:脊椎動物化石,以魚類、爬行類和哺乳類最為常見。魚類的埋藏情況,基本上是原地的,多屬湖泊沉積岩層。水生的爬行類化石,也多屬原地埋藏。而應注意者,陸生的爬行類及哺乳類化石,它們多以零散的骨骼、牙齒、蹄、角之類的硬體出現,在野外就要判斷其埋藏情況,原地還是經過搬運?識別的辦法是看其完整個體還是零散的硬體?即使「散架」的,也應看其「零部件」基本上在小範圍內都能找到,大體可以「並接」;還是極散,無法復原,甚至看骨骼、牙齒等有無磨損破壞。這些特徵,都有助於認識含化石地層的形成過程及其成因類型,對恢復古環境關係比較重要。
  脊椎動物,特別是哺乳動物的組合面貌,與環境的關係極為密切,從其類別構成可以推測當時是森林、森林- 草原、草原的景觀。所以,在採集大型化石時,一些微小的化石也不能放過,例如齧齒類的小牙齒應注意搜檢,不然,恢復動物群的組合面貌就不全面,或反映不真實了。
  問題是脊椎動物化石一般不及無脊椎動物或植物化石那樣容易找尋,所以一旦發現其一鱗半爪,就要仔細分析其巖性、古地貌以及相鄰區域的地質情況,估計其埋藏的可能條件,順籐摸瓜,以窺全貌。這裡,就有個尋找化石的經驗問題。根據前人的經驗,不妨提示若干。
  魚類化石,較多的是保存在稍為堅硬的頁岩或泥質砂岩層內,有時也在泥巖中,少數情況見於石灰岩中。採掘時注意沿層面逐層劈采,這時,要特別注意把層面跟節理面分開,如誤將節理面作層面發掘,那麼,就可能把完整的魚化石破壞得不像樣子了。採掘的工具宜用劈刀,交替插入薄層,敲下大片岩層才有希望獲取完美的化石。有時碰到紙狀頁岩,標本容易破碎,則直準備小盒盛放或膠水加固。
  兩棲類化石,由於其脊椎骨對鑒定類別頗有作用,研究分類也重要,不宜不顧。
  另外,其四肢骨中空,並不堅實,採掘時要細心。
  爬行類化石,中生代地層最多,大型化石居多,尋找時宜在斷崖、沖溝、植物少的山坡地方搜索,所謂不毛之地,岩層裸露,容易發現化石。尤其在岩層傾角不大,有大面積風化露頭的地方,尤可注意。地層傾角大的岩層,即使露出殘體,採掘的難度大,也不易採得完美的化石。
  恐龍類化石多與堅硬岩層固結一起,具體的採掘有「斷塊取骨法」,「套箱法」
  等,非一般地質旅行時所能解決,此處不細述。
  哺乳類化石最主要的是牙齒,中生代與新生代早期者多見於「紅層」中,找尋的方法與爬行類相同,而產於新生代晚期者,多見於半固結或未固結的砂性地層或土狀地層中,至於洞穴或岩石裂隙中的堆積物內,也常有發現。由於這些岩層比較松弱,易受風化侵蝕,故在陡崖斷壁之處,尤其在雨後放晴之時,多有采獲機會。
  一旦發現其暴露殘體,應在其周圍細心地挖去岩石或土狀堆積物的碎屑,不使化石受損,如有斷裂破壞,注意縫合銜接,盡量使其復原。
  第四紀的哺乳動物化石多埋藏於洞穴堆積內,應予以特別注意。況且不少有價值的古人類化石也多發現於洞穴堆積物中,如北京猿人便是一例。
  為了使野外採集化石盡量能獲得完整的、關鍵的部位,我們必須熟悉各類動物骨骼的基本構造,比如從脊椎骨的暴露可以看出頭骨的埋藏位置,從頭骨的某個部位的暴露可以推測牙齒的埋藏位置等等。這樣,發掘之時,胸有成竹,便可得心應手了。
  遺物和遺跡化石,這類化石的主要作用在於深入瞭解動植物的生態特點,瞭解古地理、古環境面貌。所以,在地質旅行的路途上,接觸到沉積岩層之時,除了採集化石標本外,遺物和遺跡標本也不能忽視。現將幾種常見的此類化石簡述如下,在旅途中可以引起必要的注意。
  第一類是人類活動的遺跡,主要是石器、骨器、火燒的獸骨、灰燼、燒土等。
  如何識別早期人類使用的石器(舊石器)十分重要,因為它的外形非常接近於天然的石頭碎片,其最重要的特點在於石器的表面留有人類加工的痕跡,器形有一定形狀,便於手握使用,或作砍砸、或作刮削、或作割裂等。既然是石器,一旦發現,總不可能是孤零零的單個存在,而是眾多的堆積在一起。由於石器的埋藏地多少總與古人類活動有關,因此,還應聯繫起來考慮。此外,還應注意石器埋藏地的地質環境,比如中國猿人洞中曾發現數以千計的以石英為原料的小型尖狀石器、刮削石器等,而周圍儘是石灰岩,顯然石英原料是由猿人有意識地從外地搬來、在洞穴內加工製作而遺留下來的。
  恐龍蛋一旦被發現,不要忙於發掘,它往往是成窩埋藏的,而且各窩之間有一定的間距。例如山東萊陽的短圓蛋,每窩之間的距離約為2 米;廣東南雄的大型橢圓形蛋每窩之間距離有7 ~8 米。從恐龍蛋的分佈密度可以獲悉恐龍下蛋的習慣,甚至可以推測其類別。
  每窩內的蛋的排列方式亦應注意,如有呈放射狀的重疊排列,各層之間有土掩蓋,可見恐龍生下一層蛋後,蓋上薄土再生第二層蛋,南雄的恐龍蛋窩就有此特點。
  但也有無規則的散亂恐龍蛋,與現代龜鱉類相似,這肯定是不同種類的恐龍了。
  野外即使找不到完整的恐龍蛋,碎片也不宜遺棄,因為通過蛋殼的顯微結構也能辨識不同的種類。
  足跡化石是動物的歷史腳印,往往是化石的珍品,雖然它難以鑒定動物的屬種名稱,但可瞭解其歸屬的大類。更有意思的是,從足跡的真實形象、保留的密度,瞭解動物是群居還是獨處的習性;從足跡分佈的規律,瞭解動物是漫步、奔跑、跳躍等行動的習性。從不同足跡的保存情況,可瞭解其生存競爭、弱肉強食的情況,如此等等,都是很有價值的資料。
  足跡化石以恐龍類最為常見,如我國的山西大同,四川廣元、宜賓,山東萊陽,遼寧朝陽均有發現。
  特殊的足跡化石,具有特殊的科學價值。例如1970年在土耳其德密爾帕魯附近建造水壩時,發現印入火山灰中的人的足跡,測定其火山灰的同位素年齡,為距今25萬年,從而確定此人足跡為尼安特德人所遺留。又如1978年2 月24日著名的古人類學家瑪麗·利基夫人在華盛頓宣佈,英國科學家A.黑爾在坦桑尼亞北部的萊托裡爾一層灰黃色的中粒砂岩上面發現350 萬年前的人類的足跡,伴存者尚有象、犀、羚羊,食肉類和鳥類的足跡。他提到這樣的人的足跡有六個印痕,其特徵是比現代人短而寬,腳弓不大發育,大拇趾像人那樣指向前方,和直立行走的人的足跡是極相似的。可惜沒有找到更有價值的早期人類化石的遺骸,不過,從其絕對地質年代來看,也許這是世界上最早出現的人類化石呢!還有一個很有趣味的例子,1972年澳大利亞科學家在維多利亞州東部一條河邊上發現被1971年的大洪水沖刷出來的砂岩中保存著70個足跡化石,經研究,這些足跡化石應屬於305000萬年前(晚泥盆世)
  最古老的兩棲類——同魚石螈(圖4.32)有聯繫的足跡化石。古脊椎動物學家分析了這些化石以後認為:該動物的體長約有1 米,後足為5 趾,前足至少有3 趾,均有蹼。今後有可能在這裡找到第一代從水域登上陸地的四足動物。
  糞便化石(圖4.33)也是一項重要的化石,但極稀少。從糞化石的形態可以瞭解動物消化道末端的結構和它的食性,也可間接瞭解動物生存時的周圍環境。例如螺旋紋的糞化石可能是魚類的,螺旋的程度由高到低,一般是板鰓類→肺魚類→軟骨硬鱗魚類。
  另外,分析糞化石中所含食物的殘渣——骨碴、鱗片、甲殼、牙齒、介殼及植物等,可以直接瞭解古動物的食性及其共生生物的關係。特別是糞化石中的孢粉材料,可以恢復當時的景觀面貌。
  我國境內曾發現過不少糞化石,如貴州桐梓白堊系、陝北三疊系和侏羅系,陝西延安以西安定組中成層的魚糞化石。山西武鄉張村北溝一帶泥質砂岩中曾見爬行動物的小型糞化石。其他如山西平陸、武鄉、榆社,廣西柳城,湖南永順和河北陽原泥河灣等地均找到過哺乳動物的糞化石。其中以北京猿人洞穴中的鬣狗糞化石為數最多,保存最好而聞名。
  無脊椎動物的遺跡化石,這是近年來引為廣泛注意的化石,是動物以它的重量、活動作用於沉積物而形成的。其方式有向下的印、壓;向側向下的挖、掘;向內向外的鉤、扒;向前向後的移、退;還有吞食和填充。而在地層中造成的後果有足跡、腹跡、尾跡、移跡留存在層面上;在沉積層層內則有窟穴、鑽孔和管道。
  此類化石形成以後,除了外力的消毀蕩平以外,都是原地保存的,不存在搬運或遷移問題。所以,必須反映沉積物是在寧靜環境中形成,如有濁流沖刷,則無法保存此類遺跡化石。
  當我們在野外遇到此類化石時,應該注意以下幾個問題:1一個動物,可以產生不止一個的蹤跡,在條件許可時,一個動物甚至可以產生一片地區的全數蹤跡。
  2一個動物可以製造出一種以上的生活蹤跡,即一個動物,既有棲息,又有移動;既有嚙食,又有排泄;既有打洞,又有穿窟、覓食、回游。其活動留下的蹤跡是各種各樣的,即所謂「一物多態」。3蹤跡化石可以由同種的多個動物,集體活動所造成。如交叉軌道、分枝窟穴、密集的管道均可能由群體合作製造的。此類化石最為普遍,反映了生物的繁盛、忙碌和喜好群居。4不同種類的動物由於生活方式的相同,或相似的體態可以造成類同的遺跡,如蠕蟲的遺跡化石,或蠕蟲與某些腹足類的類同遺跡化石;腹足類與雙殼類亦有類同遺跡化石;甲殼類和無鉸腕足類有類似的窟穴,即所謂「異物同態」。
  目前,研究無脊椎動物的遺跡化石的最困難問題是——追尋它的主人是誰?這裡,有若干尚在探討的專門研究的方法,此處不作細述。當然,這些觀察,不能脫離同層位,甚至同層面上留下的動物化石的種類,配合現代生物的活動印跡而進行。
  七、標本的採集與整理
  觀察剖面,作信手剖面以後,就要將有意義的標本順便採集,帶回可作進一步研究。這些標本,基本上包括兩類:一是岩石標本,一是化石標本。
  岩石標本,選擇有代表性的岩層露頭採集,凡顏色、成分、結構、構造都能看得清楚的,比較新鮮的標本均可供選擇。正規地質標本的大小有一定規格,通常是3厘米×6厘米×9 厘米,相當大。不過地質旅行時採集的標本可以不在此限,靈活掌握,可大可小,根據需要而定。如項目較多,比如除肉眼觀察外,尚需分析、磨片之用,則宜大宜多,增加採集量。
  如果為了說明某種特殊的地質現象,如波痕、交錯層理、斷層擦痕、小型褶皺之類,則顯然需要採集較大的標本,以能說明問題為準。
  礦化或礦物標本,也不一定按規格採集,而是選擇能說明問題,表示礦化與礦物特徵者。不過,既然是地質旅行,不是普查、勘探,這類標本只要少量採集,足以說明某種礦產有存在的可能就行了。
  化石標本,這是野外採集時比較複雜的一類標本,根據化石所屬門類的不同,採集的要求也不一樣。
  微體化石,如蜒、介形蟲、輪藻、層孔蟲、苔蘚蟲之類,容易採到完整的,一旦如有發現,也都是集群性保存的。因此,採集時要求選擇密集程度高、大量集中的塊體標本,以便帶回室內加工(磨片、挑樣)處理時可以找到理想的整體化石。
  珊瑚類標本個體較大,多以集群性方式保存在石灰岩之內,除若干體型較大的單體珊瑚能在風化剝落的露頭上找到以外,其他的復體珊瑚應選擇化石密集、能看到不同方向切面、特徵保存清楚者,以便磨製薄片時可以獲得理想的標本。
  腕足動物標本,多保存在石灰質或砂泥質岩層中,最好是選擇化石密集、岩石風化並開始剝落下來的地方挖掘,那裡往往可獲完整的「立體」標本。特別是層面與山坡傾斜方向一致的風化面上,更易尋找到所企求的佳品。
  為了進一步研究腕足動物殼體的內部構造,我們也要注意採集內膜或通過切片後能見到內部構造的標本。為了研究各種定向部位的特徵,凡不同方向保存的印模標本也都應注意收集,除作正型標本外,作輔助觀察也是十分需要的。
  軟體動物殼體化石標本,其要求基本上與腕足動物相似,不再贅述。
  三葉蟲及其他甲殼類化石標本,欲采獲「立體標本」是極困難的。當然,采獲連頭帶尾的整體標本也很不容易,況且三葉蟲化石多是頭、胸、尾部分開保存的,這時候,應該注意採集頭部及尾部標本,因為化石的主要特徵就集中在這裡,遇有完整的胸部標本,當然也不能放棄。
  昆蟲化石,重點是翅膀標本,應擇其脈翅清楚者采之,因為鑒定特徵時主要是靠它。
  特殊的牙形刺標本,除少數用放大鏡能看到的按一般微體化石標本的要求採集外,相當多的牙形刺是無法用肉眼觀察的,於是只好試探性地選擇關鍵層位採取幾塊,帶回經室內處理以後,發現有化石存在時,再根據要求進行系統採集,然而這已不是地質旅行的任務了。
  植物化石的最重要部位是葉片化石,尤其是高等植物,因此採集時選擇葉緣完整、葉脈清晰的標本帶回。採掘必須順層面細心劈裂,切忌垂直或斜交層面硬挖,這樣做,會使完整的葉部化石割裂得不成樣子。植物葉片化石多保存在泥巖或頁岩中,此類岩石受水濕潤以後極為柔軟易碎,所以採掘時竭宜選擇地勢高、乾燥、巖性稍硬的部位發掘。有時,採出的標本極精美,但因巖性軟弱不宜包裝運輸,於是要用盒子盛裝,避免損壞。
  蕨類植物化石的石松和蘆木之類,莖部乃至根部的特徵均極重要,採集時應予注意。
  至於植物化石中的孢子和花粉,在若干未見「大化石」的「啞層」中極為重要,當然是採集的對象。可是野外無法用肉眼觀察,於是只好選擇一些富含有機質的層位,挖取岩石標本帶回室內處理以後再看,如有發現,下一步再作道理了。
  脊椎動物化石,最重要的是頭骨化石,所以在地質旅行過程中發現有脊椎動物出露時,應千方百計去尋覓頭骨化石,發掘時要特別細心,不致損壞。哺乳類的牙齒化石又是頭骨化石中的最重要部位,更宜謹慎發掘。
  最理想的脊椎動物化石莫過於完整的骨架。一般地質旅行時,來去匆匆,不可能久留發掘。不過,當現場觀察研究以後,如能判斷有希望挖到完整的骨架時,就應詳細記錄、素描或攝影,以待來日再進一步工作,並盡可能向有關方面或當地群眾提出保護要求,採取保護措施。例如四川的馬門溪龍(目前我國第二大的恐龍化石),早在抗日戰爭時期即已發現其「苗頭」,直到解放以後,花了三年時間才將其整體挖掘出來。
  話得說回來,在地質旅行時採集化石,不可能要求像專題研究那樣把發現的化石盡量採集,以至「掃光」。實際上,重點應放在如何善於發現化石方面,能採到若干關鍵性的能解決地質問題的化石也就足夠了。所以,要求參加地質旅行的人能像高明的新聞記者一樣,有一雙善於觀察的「慧眼」和一雙善於做記錄的「能手」,隨時隨地捕捉到化石的「蹤影」,待來日再行挖掘也未嘗不可。
  這裡,就有個「群眾路線」問題,即要向群眾做科普工作,宣傳化石的基本知識,發動群眾一起找尋化石,獲悉化石產地等等。許多地質古生物工作者在這方面曾經嘗到過許多「甜頭」,經歷過有趣的遭遇。總之,這是一條成功的經驗,值得推廣。
  至於採得化石以後,必須寫好標籤,用棉花墊上化石。包裝運輸之類是人們都熟悉的,這裡不必煩瑣,恕我從略了。
  八、研究有用礦產的層位
  不少有用礦產是以地展形式出露於剖面上,因此在野外地質旅行穿越剖面時竭宜注意。常見的有以下幾類:1石灰岩。作為工業原料用的石灰岩,要求成分純淨,含氧化鈣的量較高。因此,具有開採價值的石灰岩一般均呈灰白色或稍帶微紅色,具微晶結構,層厚且延伸穩定。例如華南與長江流域一帶所見的中、上石炭統的石灰岩就可作為水泥、化工原料的上品,具有很高的經濟價值。不過,作水泥原料的,略帶一些泥質的石灰岩,呈灰色者也可用。
  2白雲巖。大量的用於冶金煉鋼工業。要求質地純淨,含碳酸鈣鎂的量較高,層厚而分佈穩定。如華南及長江流域震旦紀晚期的白雲巖,寧鎮山脈地區寒武紀的白雲巖均是目前開採的白雲石礦。
  3石英砂岩。為玻璃工業的重要原料,有些亦可作耐火材料之用。要求二氧化硅的含量較高,雜質很少,即其他礦物含量甚少,顏色純白,有一定厚度,延伸穩定。如華北地區一些晚元古代的石英砂岩層,華南及長江流域晚泥盆世的石英砂岩層均有開採價值。
  4鋁土頁岩。為含三氧化二鋁成分較高的頁岩,作為耐火材料、陶瓷原料之用,如含量特高者,則可作為鋁土礦開採。通常呈紅褐色、紅色、暗灰色、綠灰色等,手摸有滑膩感。最常見的鋁土頁岩與煤系地層有密切關係,或者與富含植物化石的地層有關。如華北石炭紀和二疊紀的煤系地層中即富產鋁土頁岩,故煤礦附近均有名瓷出產,如唐山、淄博均有瓷器問世,並聞名海外。
  5煤層。在野外自然露頭上很少看到巨厚的煤層,這是由於煤層極易風化剝蝕的緣故,所以常見的只是一些「煤線」,我們在野外旅行或踏勘時要注意這樣的有希望找到煤層的「蛛絲馬跡」,適當追索它的延伸方向,是否比較穩定,結合當地的地質構造特點,判斷其有無經濟價值。
  6油氣層。在自然界露頭上是很難見到出露油氣的地層,而能見到的多是含有瀝青質的岩層,如臭灰巖、油頁岩之類,有時也能在裂隙間看到一些滲透出來的油跡,用纖維吸油,甚至可燃。又一種情況,裂隙間充填「瀝青脈」,可聞瀝青氣味。
  這些,都不能算找到油氣層,只能算發現「油苗」。真正的含油氣的岩層,均深埋於地下,需要運用構造地質原理去勘探。只不過,「油苗」為我們提供了有希望的油氣層的根據。
  7鹽類地層。即含有食鹽、鉀鹽、硫酸鈉和蘇打等的地層。在天然露頭上常以鹽霜、溶蝕洞穴,鹽鹼土之類出現為標誌,如附近有水窪地,則水溶液中含有某種鹽類,會發出異常的氣味,根據這些跡象再作地質特徵的觀察。
  8鐵礦層。暴露於地表的鐵礦層,因風化剝蝕而成為鐵礦石碎塊、碎屑,或經氧化以後而成為褐鐵礦的團塊、赤色的土層,可作為找礦的標誌。如遇磁鐵礦,則有磁性異常反應,可進一步追尋。
  9含銅砂岩或含銅頁岩。它們多見於雜色的碎屑沉積岩系中,常在紅色岩層間顯示出淺綠色、灰綠色或灰色的岩層。甚至在局部地段出現翠綠色、深藍色的如孔雀石、銅藍等礦物。個別情況還可見自然銅膠結的礫岩。
  十錳礦層。沉積的錳礦層多見於鐵質岩石、硅質岩石和碳酸鹽類岩石間。它們的風化露頭,尤其在潮濕而溫暖的氣候條件下,錳會形成大量薄膜狀和結核狀的聚集體。在強烈氧化情況下,則形成碳酸鹽和硅酸鹽的氧化物——錳帽。錳帽為黑色,常為粉末狀,易污手,所以在地質旅行時極易識別此類含礦層。
  □磷礦層。地層中最主要的含磷岩層是淺海相的磷塊巖,往往含在石灰岩、鈣質砂岩、燧石、燧石質泥巖內,有時則形成結核狀、膠膜狀而出現。野外的鑒定方法極為簡便,先滴一點硝酸,然後再滴一點鉬酸銨,出現黃色(磷酸銨)粉末狀溶液者即顯現磷灰石存在,色濃者示含磷量高。磷礦是製造農業肥料的主要原料,地質旅行時應十分注意。我國西南地區及中南、華東各地寒武紀早期,震旦紀及早二疊紀地層中均有發現,前者規模極大。這些磷礦層的附近,往往出現密集的小殼動物群,特別是軟舌螺類化石最多,它們就成為找礦的標誌。
  □硅藻土層。主要由化石硅藻組成,硅藻殼的主要成分是蛋白石。岩層呈白色、淺黃色,質輕而軟,孔隙度大,吸收性強,具薄層理。硅藻土在制糖、食品、石油工業中作漂白劑之用,還可作絕熱、隔音材料。我國的硅藻土礦多見於第三紀及第四紀的湖泊相地層中,如吉林延邊、山東臨朐等地均有出產。
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  第五章  火成岩區的地質旅行
  一、岩漿和岩漿作用的基本概念
  在地殼表面出露的岩石中,除了沉積岩佔據最大的面積以外,火成岩要數得上第二位了。因此,在地質旅行中仍有較多的機會跟火成岩打交道,對它們的容貌、內在特徵,以及與人類生活的關係諸方面,不能不做一些基本瞭解,特別是許多重要的金屬礦產資源還是火成岩的「親家」呢!
  什麼是火成岩?可以用一句最簡單而明確的話語概括——火成岩是地下的岩漿或火山噴溢的熔岩冷凝結晶而成的岩石。
  那麼,什麼是岩漿呢?地質學家研究大量資料以後認為:岩漿是自然形成於地球深處一種熾熱的、黏度較大的硅酸鹽質的熔融體。只有極少數情況,出現過碳酸鹽質的熔融體。例如本世紀60年代初,曾在坦桑尼亞奧多依尼倫蓋火山口發現了噴出的具有碳酸鹽成分的岩漿;在智利,還見到過噴溢出鐵流的火山。
  當地殼一旦有所變動,產生一些破裂時,這些位於地殼深處的岩漿熔融體就沿著裂縫上升,在地殼的某個地段冷凝並結晶為岩石,如在深部成巖,稱為深成巖;如在地殼的淺部成巖,則稱為淺成巖。深成巖和淺成巖合稱為侵入巖。如果岩漿繼續沿著裂隙上升,順火山通道而噴溢出地面,冷凝而成為岩石,則稱為噴出巖。而實際上,岩漿在地下深處有自行物質分異作用,也就是說,一般情況下,重的、難熔的組分留在深部;而輕的、易熔的組分則遷移到地球的外層來。前者是侵入巖,後者就是噴出巖(圖5.1 )。
  我們把岩漿的分異、運移、噴溢、冷凝等全過程概括起來,可將其稱為岩漿活動或岩漿作用。一部分岩漿活動只將岩漿侵入到地殼中而未暴露出來(現在看到的是經過後來的風化剝蝕作用而暴露出來的)的,叫做岩漿的侵入作用;而另一部分的岩漿活動噴出於地表,則稱火山作用,或噴出作用。岩漿的侵入作用在地下進行,人們無法直接觀察;而火山作用,是人們能直接看到的地質現象(圖5.2 )。對於火山噴發,許多史書上也都有詳細的記載,例如意大利的維蘇威火山,於公元79年爆發,使龐貝和赫古拉農姆兩座城鎮被埋沒於火山灰之下。美國聖海倫斯火山,休眠了123 年以後,於1980年3 月27日連續大爆發,噴出的火山灰達40多億噸。我國黑龍江的五大連池火山群,於1719、1720年噴發,熔岩流溢地面。由火山噴發物堆成現今的高達516 米的老黑山和高達393 米的火燒山,同時形成五個堰塞湖。
  當我們瞭解岩漿和岩漿作用的基本概念以後,應該進一步認識由這種作用而產生的火成岩了。關於火成岩的具體名稱,迄今已達1000餘種,而實際上,叫出1000餘種的名稱是很困難的,也沒有這個必要。通常在野外地質旅行時,只能把這千餘種的名稱歸納為幾大類,然後掌握若干類就可以了。
  怎樣歸納呢?其基本條件,無非是考慮岩石中所含的礦物成分、化學成分、結構和構造、產出的形式等幾個方面。其中最關鍵的指標是岩石中二氧化硅的含量、長石的性質及其含量。可分為五大類:1超基性巖。二氧化硅的含量小於45%,幾乎全由鐵鎂礦物組成,硅鋁礦物含量極少。如橄欖巖。
  2基性巖。二氧化硅的含量為45%~52%,主要由鐵鎂礦物和基性斜長石組成。
  如玄武岩。
  3中性巖。二氧化硅的含量為52%~65%,主要由中性斜長石或鹼性長石與鐵鎂礦物組成。如閃長巖、安山巖、粗面巖。
  4酸性巖。二氧化硅的含量大於65%,由石英、長石和鐵鎂礦物組成。如花崗岩、流紋巖。
  5鹼性巖。含鹼金屬很高(K{2}O{2},Na{2}O)和一定數量的副長石和鹼性深色礦物。如霓霞巖、霞石正長巖。
  二、火成岩的結構與構造
  火成岩的名稱,固然與其所含的礦物成分、化學成分有密切的關係,但瞭解這些物質組分的形態面貌也十分重要,後者用專門術語來說就是岩石的結構和構造。
  火成岩命名時的另一基本原則,就要考慮它的結構和構造。這是因為同樣的礦物成分、化學成分的岩漿,當其沿裂隙上升到某一部位時,冷凝後表現出來的結構和構造也是不同的,這樣,岩石的名稱也就自然有差別了。例如在酸性巖類中,正長石、斜長石、石英等基本礦物形成晶體時,呈粒狀結構,就稱為花崗岩;而當其噴溢出地面,雖然其物質組分相同,但顆粒結構不清楚,有時還出現流動的帶狀構造,這樣,就不能稱做花崗岩,而叫流紋巖了。
  由此可見,火成岩的野外定名,不可不注意其結構和構造。
  什麼是岩石的結構?簡單地說,是指岩石物質組分的結晶程度、顆粒大小、形態特徵以及它們之間的相互關係等。
  什麼是火成岩的構造?是指組成岩石的各部分(集合體)在形成岩石時,在排列充填其空間方式上所構成的岩石特點;或者也可以說,是集合體的排列、配置與充填方式的關係。
  具體地怎樣認識火成岩的結構與構造呢,現分別予以闡述,先談結構,主要應從以下幾方面去認識。
  1岩石的結晶程度。我們把岩石中的礦物形成晶體的,稱為結晶物質,簡稱晶質;把另一種未能形成晶體的物質,稱為玻璃質,簡稱非晶質。所謂岩石的結晶程度,即指晶質與非晶質之間的比例關係。
  此種比例關係,大體分為三大類:全晶質結構——岩石中的礦物,全部都形成晶體,例如花崗石。
  玻璃質結構——岩石中的礦物全部都是非晶質的,跟玻璃十分相似,主要見於某些火山噴出巖,如黑耀巖。
  半晶質結構——岩石中既有礦物晶體,又有玻璃物質,火山噴出巖類頗為常見,如流紋巖、安山巖、玄武岩等。
  2礦物顆粒的形狀。這是由於礦物的習性和結晶空間約束的變化,使晶體形成不同形態的顆粒。這些顆粒的形狀有:粒狀(如石英),柱狀(如角閃石及輝石),板狀(如長石),片狀(如雲母和綠泥石),針狀(如金紅石),纖維狀(如蛇紋石)。放射狀,這是纖維狀和針柱狀的礦物作放射狀排列而成(如電氣石和磷灰石)。
  3礦物顆粒的大小。指肉眼能分辨得出來的顯晶質顆粒的體積而言,按其直徑分為:粗粒>5 毫米 中粒5 ~1 毫米細粒1 ~0.1 毫米 微粒<0.1 毫米如果礦物晶體的顆粒更細小,肉眼難以分辨,需要放在顯微鏡下才能看得清楚的,則稱為隱晶質。如果比隱晶質更小,一般顯微鏡底下也難以辨認的,即見不到晶體形狀的,則稱為非晶質。
  在野外觀察礦物結晶顆粒的大小,隱晶質和非晶質均無實際意義,只有顯晶質才有用處。這樣,為方便我們描述火成岩特徵起見,把顯晶質礦物的大小歸納為三種情況,即三種顆粒結構類型:等粒結構——同種礦物顆粒的大小大致相等,多見於侵入巖類。
  不等粒結構——同種礦物顆粒的大小不等,多見於侵入體的邊緣及淺成侵入巖類。
  斑狀或似斑狀結構——岩石中的礦物顆粒很清楚地分為兩大群類,大晶體明顯可見,小晶體十分微小,但細心觀察也能見到(岩石學稱之為基質),因此,晶粒在基質的襯托之下,呈現出斑狀結構,多見於淺成侵入體或噴出巖類中。
  4礦物彼此之間的相互關係。這是一種比較特殊的結構,如在某些火成岩中,它表現為礦物晶體彼此之間的鑲嵌關係,於是這種結構反映出由交錯穿插而形成的各種花紋圖像:或作條紋、或作蠕蟲狀、或作環帶狀、或作捲曲狀,百態千姿,十分絢麗。
  現在,讓我們來認識火成岩的構造,比較常見的構造類型有以下幾種。
  1塊狀構造。這是由於岩石中的礦物組分均勻分佈所造成的一種構造,十分普通,侵入巖與噴出巖類中均有所見。
  2斑狀構造。這是一種非均一的構造,由於岩石中的礦物組分在結構上或成分上均有差異而形成,特別在顏色和顆粒大小方面極不一致,於是呈現出斑駁陸離的面貌。
  3帶狀構造。形成此種構造的原因與斑狀構造相同,故本質上應歸於斑狀構造,只是其斑駁的色調具有定向性的條帶而已。
  4球狀構造。這是一些礦物圍繞著某些中心,呈同心狀分佈而形成一種球體狀的構造,最多的見於一些花崗岩類岩石中。
  5氣孔和杏仁狀構造。此種構造常見於火山噴出巖中(圖5.3 ),當岩漿沿地殼裂隙噴溢於地表,在流動冷凝過程中,所含的揮發物質向外逸散,留下空洞,有圓形、橢圓形及其他不規則的形狀,這樣,此類噴出巖就具有氣孔狀構造了。假如氣孔特多,占總體積的90%以上者,岩石很輕,能在水面浮動,稱為浮巖。有人放置於金魚缸內,充作觀賞之用;如浮巖產量較多,可開採作高層建築的石材之用。
  當氣孔構造被後來的其他礦物(如沸石、方解石)充填,在暗色巖體上顯示出白色或其他淺色的斑體,形似杏仁,故稱杏仁狀構造,玄武岩類、安山巖類岩石中常有所見。
  6晶洞構造。侵入於地殼上部的岩漿,停留在某處冷凝過程中,巖體的內部有時會留下空隙,在此空洞周圍的洞壁上發育了密集的某些礦物(最多的是石英)的晶體,形態多姿,精美絢麗,稱為晶洞構造(圖5.4 )。
  7枕狀構造。基性熔岩有時在水下的火山通道噴溢出來,驟然遇到低溫,加速冷凝,在熔岩體的表層先呈半固結狀,而其內部仍高溫流動,在流動受阻的情況下出現了扁球狀、扁橢球狀的枕狀構造。如四川峨眉山二疊紀時曾發生海底火山噴發,玄武岩層形成許多枕狀構造,若萬千睡枕,成堆壘疊,蔚為奇觀。
  8流紋狀構造。多見於火山噴出巖(圖5.5 )。當岩漿流溢於地表,由於其中的礦物具有色調的差異性,在流動過程中,造成條帶狀構造,有如行雲流水,或如飄帶飛舞,形成逗人喜愛的花紋,最典型的莫如流紋巖中所見者。如杭州西湖寶椒山所見。
  9柱狀節理。當火成岩形成時,由於熱量的散逸,熔融體逐漸冷凝收縮,岩石就按一定的方向發生自然破裂,就形成節理,把整體的岩石分割成無數多邊形的柱體,如玄武岩常以垂直的六邊形或多邊形的柱狀節理發育為特徵;也有成圓弧狀的節理,如輝綠巖常具球形節理,沿節理面風化剝落以後,使輝綠巖在野外露頭上呈現為一個個好似排列起來的石球(圖5.6 )。還有如花崗岩常呈三個方向的節理發育,當其風化以後,形成「萬笏朝天」奇觀,如蘇州天平山所見。
  火山岩地區由於柱狀節理特別發育,滿山柱體林立,構成奇特的景色,往往能招徠大批遊客前來尋奇探勝,成為著名的遊覽勝地。如蘇格蘭的「神仙台階」、浙江臨海桃渚鎮海濱(當地稱珊瑚石)、江蘇六合桂子山的「火山石柱林」,都十分壯觀。
  三、火成岩的產狀
  上面所談的火成岩的結構與構造,基本上是用肉眼在一塊手標本上,或者在一米見方的野外露頭上就能觀察到的岩石特徵,可以說是一項「微觀」考察吧!現在要談的,是在比較大的範圍內考察,也可說是一項「宏觀」項目吧!這就是火成岩的產狀。
  所謂火成岩的產狀,是指火成岩體在地殼中產出(存在)的狀態,具體地說,就是野外所看到的整個巖體的模樣。當然,這也是在火成岩發育地區旅行時所必須瞭解的內容。
  火成岩體產狀的具體內容,包括巖體的大小、形狀及其與圍巖之間的關係,這是由構造環境的特點所決定的。所以當我們對火成岩體的產狀有所瞭解以後,對火成岩的成因、形成的條件等方面也就有所認識了。
  先談火山岩的產狀,它的特點與火山的噴發方式有密切的關係。
  如果是中心式的噴發,則形成許多錐形的火山岩堆積,組成古火山群,例如山西大同所見到的第四紀火山群就屬於此種類型(圖5.7 )。如果是沿著地殼的斷裂帶分佈的火山岩,或者說是由裂隙式的火山噴發而形成的,則出現線狀分佈的火山群,如南京地區所見到的第三紀火山群。
  各地火山岩組成的物質也有所不同,有的以熔岩為主,有的則以火山碎屑為主。
  如以現代的活火山為例,勘察加汝帕華火山和夏威夷的基拉韋亞火山以熔岩為主,噴溢之時,猶如河流奔瀉,或如飛瀑高懸(圖5.8 )。以火山碎屑物為主者系爆炸式火山噴發而來,火山灰數量極大。有的則兩者兼備,此種類型倒是比較普遍的。
  至於侵入巖的產狀,情況遠比火山噴出巖複雜,因而形式也較多樣,就野外所見者,基本上有以下各類。
  1巖基。這是一種規模巨大的巖體,其面積可達60平方千米以上,其周圍還有若干小巖體。當我們在這樣的巖基所在地作地質旅行時,往往整天,甚至幾天穿越其剖面尚未能抵達邊界。巖基多由花崗岩組成,其地形外貌,或作高山峻嶺,或作丘陵緩崗,逶迤起伏,連綿不絕。如我國南嶺地區不少中生代的花崗岩即構成巖基,在普通小比例尺的地質圖上看到的一塊塊標注紅色的符號者,多為巖基所在地。
  2巖株。這是一類規模中等的巖體,其面積在60平方千米以內,周圍沒有什麼零散的小巖體,與其他圍巖的接觸邊界,相當陡直。
  3巖牆或巖脈。這是一類小型的侵入體,其長度自幾米至幾千米,寬度自幾厘米至幾百米。在野外視野範圍內基本上看得清楚。它的存在形式有幾種,或為圍巖(沉積岩、火成岩或變質岩均有)發生斷裂,岩漿順裂隙侵入而成;或由另一巖體的支脈侵入而成。有的是孤單的一條巖牆,有的是多條的交錯巖牆組合而成。如果遇到巖牆本身的岩石比其圍巖堅硬,則在風化露頭上往往構成一道延伸挺直、儼如城牆屹立、氣勢非凡的景色;如果巖牆本身的岩石較之圍巖軟弱,則往往侵蝕為一條溝壑;若巖牆與圍巖的風化程度相似,無分高低時,地形特點不顯,則憑其岩石性質相異而辨識之。
  巖牆是很普通的侵入體,一般地質旅行途中頗易見到。
  4岩床。這是一種沿著地層層面入侵的侵入體,往往夾在上下兩個沉積岩(或火山岩、變質岩)層之間,具有一定厚度,延伸較為穩定,一般多由基性巖組成。
  岩床的規模不大,一般在數十至數百米的露頭上就能見到,但也有數千米者。
  5巖蓋。其基本形態與岩床相同,只是其中心部位厚度較周圍為大。
  6巖盆。其基本形態亦與岩床相同,只是其中心部位下凹,呈盆的形狀。
  我們在地質旅行時,為什麼要注意侵入巖的巖體形態呢?這是因為許多礦床同這些巖體在時間上、空間上以及成因類型方面都有密切的聯繫。比如說,有的礦床分佈在巖體內部,有的則分佈在巖體與圍巖相鄰的接觸帶上,有的卻分佈到遠離巖體的圍巖中去了。究其原因,這種種分佈規律,與巖體的產狀、成分、內部構造、圍巖性質以及與圍巖之間的接觸關係均有一定聯繫。通過華南地區各種花崗岩體的研究表明,鎢、錫、鉬、鈹等礦床往往與各巖體的較晚期形成的小巖株有關。吉林某地的銅鎳硫化礦床與基性至超基性巖盆有關,而且礦體位於盆底部位。由此可見,研究巖體的特點有助於指導礦產的找尋。
  四、學會野外鑒定火成岩
  學會用肉眼或借助於放大鏡來鑒定火成岩,是野外地質旅行的基本功之一。特別在填繪地質圖、測制剖面圖、研究侵入體及其相互穿插關係,觀察侵入體與其圍巖的關係,以及各種火成岩與成礦的關係等方面,均具有重要意義。
  學會野外鑒定火成岩,大體上應從以下幾項步驟入手。
  首先觀察岩石的顏色、含石英的份量、含鐵鎂礦物的份量這三項指標,估計遇到的火成岩應歸屬於哪一個大類。比如淡紅色、淺灰色,含石英晶體的顆粒較多,而含鐵鎂礦物的份量較少的,大體上是屬於酸性火成岩。如果岩石呈灰色、灰綠色,鐵鎂礦物的含量相當明顯,而石英晶體的顆粒大為減少,或偶爾可見者,大體應屬於中性火成岩。如果岩石的顏色黝黑,並略帶橄欖綠,完全看不到石英顆粒,鐵鎂礦物幾乎成為岩石的全部組分,則應屬於基性巖類。
  基本上分辨出酸性、中性和基性三大類岩石以後,接著就應該鑒定其具體的名稱了。這時候,認識岩石中所含的礦物名稱是鑒定的關鍵,因此,熟悉一下最基本的幾種造巖礦物很有必要。
  石英:晶體多為六方柱體及菱面體的聚形,晶面有橫紋。顏色多種多樣,純淨者無色透明,稱之為水晶。常見者有白色、灰色乃至暗灰色。如含錳質,呈紫色;含有機質,呈煙黃色、煙褐色、墨色。玻璃光澤。斷口不平,有如貝殼狀。硬度7 ,超過鐵器,故刀口針尖均難以刻畫。
  正長石:晶體短柱狀,常呈粒狀或塊狀。表面可見解理裂縫。顏色多呈肉紅色、淺黃色。玻璃光澤。硬度6 ,與鐵器相近。
  斜長石:板狀、板柱狀晶體,多為白色、淺灰色,有時為淺綠色、淺紅色。常為不規則的粒狀。玻璃光澤。硬度6 ~6.5.黑雲母:晶體常呈板狀、柱狀。片狀解理發育,極易剝落成薄片,故可用小刀、指甲撥開。具玻璃- 珍珠光澤。硬度低,2~3. 薄片富有彈性。顏色呈黑、褐色。易風化,成為綠泥石。
  白雲母:晶體形狀與黑雲母相同。片狀解理亦發育,極易剝成薄片。玻璃- 珍珠光澤。硬度2 ~3 ,顏色白、淺黃,淺灰、淺綠。不易風化。
  普通角閃石:晶體常呈柱狀,橫斷面為假六邊形,顏色為黑色。綠色、褐色。
  玻璃光澤。有時可見金屬光澤。其解理裂縫的交角為60°。硬度5.5 ~6.普通輝石:晶體呈短柱狀。其橫剖面為假八面形。顏色多為黑色、墨綠色及褐黑色。玻璃光澤。
  硬度5 ~6.解理裂縫的交角呈90°。
  橄欖石:它的顏色比較特殊,通常呈橄欖綠、黃綠色,有些則呈黑色。有較強的玻璃光澤。斷口呈貝殼狀。硬度6 ~7 ,因其極易風化,表面常見淺紅色的銹斑。
  它常見於基性及超基性巖類中,成為判斷此類岩石的標誌性礦物。
  石榴石:晶形發育良好,有時也呈顆粒狀。能見到菱形的晶面。玻璃光澤較強。
  顏色為紅褐色、褐綠色、褐色。硬度為6.5 ~7.5.比重較大。因其形態如石榴子,故名。
  掌握了識別上述最基本的造巖礦物以後,再結合酸性、中性和基性三大類岩石的特徵,就可以進一步具體地鑒定各種火成岩的名稱了。
  從岩石的顏色看,花崗岩跟正長巖幾乎沒有什麼差別,都呈肉紅色或灰白色。
  而兩者的最主要區別在於有無石英——正長巖不含石英,而花崗岩中的石英含量可達20%以上。
  相當於花崗岩的噴出巖就是流紋巖,多具斑狀結構,其斑晶即由石英和長石構成。另外,還具有流紋狀構造,少數也具有氣孔狀構造,這些氣孔多呈拉長的順流紋層延伸的方向。
  相當於正長巖的噴出巖稱為粗面巖,亦具斑狀結構,其斑晶由長石、黑雲母或角閃石之類構成。
  花崗岩跟花崗閃長巖也很相似,但花崗閃長巖中的石英含量較花崗岩為少,一般在20%~15%左右;而其中的暗色礦物則顯著增加,達10%~15%。另外,花崗閃長巖中多含斜長石,而花崗岩中則含大量的鉀長石。
  典型的閃長巖,色調較深,因所含的暗色礦物較多,一般不少於15%~20%,其中以普通角閃石和黑雲母的含量為最多。閃長巖中一般是見不到石英的,有時可見極少量散落的石英晶粒,後者稱之為石英閃長巖。
  相當於閃長巖的噴出巖稱為安山巖,一般呈紅褐色、淺紅色或灰綠色。屬細粒巖類,具斑狀結構,其斑晶多由輝石、角閃石、黑雲母等構成,斜長石有時也作板狀晶體存在。安山巖具塊狀或氣孔狀構造。如氣孔被次生的碳酸鹽、硅質礦物充填時,則形成杏仁狀構造。
  輝長巖,多呈黑色,灰色或微帶紅的深灰色。一般為中粗粒結構。灰白色的斜長石和黑色或古銅色的粒狀輝石均勻地間雜分佈,有時尚有黃綠色的橄欖石和深黑色的磁鐵礦顆粒散佈其間。輝長巖是基性侵入體中常見的巖類。
  相當於輝長巖的噴出巖稱玄武岩,一般是黑色或灰黑色的細粒緻密的岩石,風化後常呈暗紅色、黑褐色、暗綠色。氣孔構造是玄武岩的重要特徵,氣孔的形狀常隨熔岩流動的狀態而變化。當氣孔很多時,組成多孔或熔碴狀構造。如氣孔被次生的礦物充填,則形成杏仁狀構造。玄武岩也常見斑晶,後者多由斜長石、橄欖石、輝石等組成。橄欖石風化以後變為褐紅色的伊丁石,故在黑色的底色上顯示出棕色的斑點。
  超基性的侵入巖就是橄欖巖,一般多呈黑色、暗綠色或黃綠色。主要由橄欖石、金屬礦物組成,也夾少量的輝石、角閃石、黑雲母等。通常為細粒、粗粒或緻密塊狀結構。
  以上所述的幾種岩石,都是最常見的,在野外憑肉眼就能識別。至於各主要巖類之間的過渡型岩石,則視情況而定,更正確的名稱,有待於室內磨製成薄片以後放在顯微鏡下鑒定。另外不大常見的岩石,此處也毋需贅述。
  五、注意火成岩與礦產的關係
  研究火成岩的主要目的是為了找尋礦產,也就是說,運用「以大見小」的原則,從廣泛出露的火成岩中得到某種啟示去發現那些為數不多、不易暴露的礦產。所以,當地質旅行遇到火成岩時,應縝密注意礦產出現的可能性。
  好在不同的礦產往往與一定的巖性有密切關係,所以在認識大類岩石的基礎上就可以有意識地注意某些礦種了。茲簡單地歸納如下,作為地質旅行時的參考。
  (1 )超基性岩石中的礦產。主要有磁鐵礦、鉻鐵礦、鈦鐵礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、自然鉑、金礦等。它們常以不規則的形態充填於早先結晶的橄欖石之間,或包裹在橄欖石、輝石中。當這些礦產形成層狀分佈時,就有經濟價值了。如河南桐柏的鉻鐵礦成層狀發育,寧夏小松山的鉻鐵礦呈豆狀發育。
  其他如鎳鈷礦多產於和輝長巖相伴生的富鎂超基性巖中。
  鉑礦主要產於純橄欖巖中。
  金剛石產於金伯利巖中,往往在大斷裂帶上出現。如山東蒙陰,即位於郯廬大斷裂帶上,產鑽石。
  超基性巖變質以後,常可形成石棉、滑石、蛇紋石、菱鎂礦等非金屬礦產。
  (2 )基性岩石中的礦產。最多的是銅鎳硫化礦床,釩鈦磁鐵礦床,產於巖盆的底部,也有的呈脈狀、透鏡狀分佈。某些銅礦則與玄武岩有關,如台灣金瓜石的自然銅礦床即產於玄武岩的氣孔中。鈷釷礦、瑪瑙也有產於玄武岩中。
  基性巖本身還是良好的鑄石原料。例如玄武岩的鑄石產品具有耐酸、抗磨、抗壓、絕緣性能。
  輝長巖可用作精美的建築石材,俗稱深色花崗岩。
  (3 )與中性巖類有關的礦產。最主要的是銅鐵矽卡巖型礦床,這是一種當閃長巖跟碳酸鹽岩石相接觸的時候,在岩石發生接觸變質(交代作用)的地方出現的金屬礦產。例如湖北大冶的鐵礦、銅綠山的銅礦,安徽銅官山的銅礦,河北武安的鐵礦,山東萊蕪的鐵礦等均屬此類型。
  閃長巖的抗風化力強,其壓力強度為2400千克/厘米2 ,所以又是優質的建築材料,俗稱灰色花崗岩。
  與安山巖有關的礦床有金銀礦。黃鐵礦型銅礦、黃鐵礦等。安山巖也是耐酸的建築材料。
  與正長巖有關的礦產不多,已報道的有矽卡巖型磁鐵礦、放射性礦產、陶瓷原料等。與粗面巖有關的礦產亦不多,只有銅、鉛、鋅等。
  (4 )與酸性巖類有關的礦產。與花崗岩有關的礦種相當多,如鐵、銅、鉛、鋅、金、銀、鎢、鈹、汞、銻以及稀土、放射性元素等形成的礦產。這些礦產或伴生於花崗岩中,或在巖體邊緣上形成矽卡巖型的礦床,或在偉晶巖中,或為熱液礦床。
  花崗岩本身也是優質的建築石材,市場上十分暢銷。
  與酸性噴出巖有關的礦產也頗多,如鐵、銅、鉛、鋅、汞、鈾、明礬石、葉蠟石(雕刻圖章的青田石之類即屬此)等。流紋巖也是一種優質建材,而松脂巖和珍珠巖經過加工以後,更是一種良好的輕質建築材料。
  (5 )與鹼性巖類有關的礦產。主要是稀有元素與放射性元素形成的礦產。有時有磷灰石礦。如果富霞石,則可作為提取鋁和制玻璃的原料。與響巖有關的礦產也較少,據已報道的材料,有銅、金礦等。
  六、脈巖和火山碎屑巖
  上面我們敘述了火山熔岩和侵入巖的一些基本常識,而在火成岩地區旅行時,還應注意脈巖和火山碎屑巖。
  所謂脈巖,實質上也是岩漿巖的一種,常以脈狀或巖牆狀充填於巖體或其圍巖的裂隙中,由於這類岩石多呈脈狀出現,故專稱之為脈巖。它們在物質成分上和空間分佈上均與深成巖有一定的聯繫,按其性質,可分為三大類型。
  1煌斑岩類。為暗色富含雲母的脈巖。其礦物成分中以暗色礦物(黑雲母、角閃石、輝石等)為主,並作斑晶出現,成為斑狀結構。它們的產狀除巖牆形式外,也有岩床,有時則成為人山錐或火山頸的充填物。
  2細晶巖類。淺色的脈巖。主要由淺色礦物(長石、石英)組成,暗色礦物極少或缺失,外貌頗似砂糖。最常見的細晶巖,從成分上看,屬花崗岩類。
  3偉晶巖類。這是一類巨粒結構的脈狀岩石。其晶體較大,常在幾厘米以上,最大的晶體,直徑可達一米以上,重數噸,如新疆阿爾泰地區某偉晶巖脈內所獲的綠柱石晶體,就有如此巨大。
  偉晶巖的經濟價值是所有脈巖中最重要的,因為其中常見有用的礦產,如白雲母、水晶(石英晶體)、黃玉、鉀長石以及含有鋰、銫、鉭、鈮、鈰、鋯等稀有元素所構成的礦物。
  火山碎屑巖是火山噴發時產生的碎屑物質沉降堆積以後,再經固結或熔結(熔岩流參與膠結作用)而形成的岩石。火山碎屑,大小不一,大者猶如石塊砂粒,小者猶如塵埃粉末,故在其堆積過程中,具有分選特點——近火山口附近者以大塊為主,遠火山口者以細塵為主。如碎屑物質降落於水流或水域中,則其沉積特徵具有沉積岩性質,隨地而異。
  為識別火山碎屑物質大小與岩石命名的關係,即以火山碎屑巖的結構為基礎,列表如下:表1  火山碎屑物質大小與岩石命名的關係粗火山碎屑  細火山碎屑石塊     角礫 火山灰 火山塵粗     細       粗      細粗      細          粉>128 毫米 128 ~32毫米 32~8毫米 8~2 毫米 2 ~0.25毫米 0.25~0.0625毫米 0.0625~0.0039毫米 <0.0039毫米根據表1 內所列的顆粒大小(粒級標準)及其含量的多少,將火山碎屑物質的結構分為以下幾種基本類型:集塊結構:50%以上由大於32毫米以上的粗碎屑組成。
  角礫結構:50%以上由介於32~2 毫米的角礫組成,即由細火山角礫組成。
  凝灰結構:50%以上由小於2 毫米的火山灰組成,且以2 ~0.0039毫米級的火山灰為主。
  火山塵結構:由小於0.0039毫米的細小火山塵組成,岩石緻密,外貌頗似泥質岩石。
  熟悉了有關火山碎屑巖的顆粒、結構以後,就可以瞭解火山碎屑巖的具體名稱了,通常最易碰到的有以下幾種:1火山碎屑熔岩。這是一類具有火山碎屑巖與熔岩過渡性質的岩石,也就是說,其岩石性質基本上屬熔岩,但其中混有相當份量的火山碎屑物質。多見於火山頸、破火山口、火山構造窪地、巨大的火山碎屑巖中。
  2集塊巖。主要由粒徑大於32毫米的粗火山碎屑物質組成的岩石,其物質成分主要由熔岩的碎塊和其他少量的碎塊混雜在一起。有玄武岩質的,安山巖質的,也有酸性的火山岩、鹼性的火山岩,顏色也有黑色的、紫紅色的。故可在具體命名時用玄武質集塊巖、安山質集塊巖稱之。
  3火山角礫岩。由大於2 毫米的火山角礫組成,其成分比較複雜,有熔岩碎屑、晶體碎屑、非晶體的玻璃碎屑。大小無定,分選很差,常帶稜角,無層理現象。一般分佈在火山口附近,與火山集塊巖伴生,以紫紅色者最為常見。
  4凝灰巖。50%以上的顆粒由小於2 毫米的火山碎屑物質組成。顏色很多,有灰白色、白色、紅色、淡綠色、紫色、黑色等。外貌疏鬆多孔,層理較清楚。
  5沉積火山碎屑巖類。這是火山碎屑物質降落到水域中沉積凝結而成的岩石,常以沉凝巖稱之。此類岩石成分大體上與凝灰巖相近,層理頗為清楚,經常可在其中找到動、植物化石,因此,作為判斷火成岩區地層年代,劃分地層層序時,沉凝巖是十分重要的目的層。如浙江東部中生代火山岩區內所見到的大部分岩層就屬此類。
  近年研究表明,火山碎屑巖與礦產的關係極為密切,有銅、鐵、鉛、鋅、黃鐵礦、鈾、硼、沸石等,如長江中下游及東南沿海地帶許多火山岩區中所產的金屬礦產,大多與此類岩石有關。
  七、火成岩的野外工作要點
  以上所談的,屬於火成岩的基本常識,當我們在地質旅行時,特別作觀察記錄的時候,又應該注意哪些問題呢?
  對於侵入巖(岩漿巖)來說,基本上要包括以下幾方面內容:1憑肉眼(借助於放大鏡)鑒定岩石的名稱。
  2進一步描述岩石的性質,如顏色、礦物成分、結構、構造等。
  3侵入巖產狀的初步確定。
  4考察侵入體與圍巖的關係,初步確定侵入體形成的地質時代。如果有兩個以上的侵入體或脈巖存在,大致查明它們的先後關係。
  5侵入體與成礦的關係,包括砂礦。
  6侵入體的地貌特徵,風化侵蝕後所造成的景觀。與水文地質(如裂隙性泉水的出露)及工程地質的關係。
  7侵入體的構造地質特點,脈巖的產狀。
  8侵入體所在範圍內的生物特點,特別是植被面貌。
  遇到火山噴出巖時,應注意以下幾方面內容:1憑肉眼鑒定岩石的名稱。
  2描述岩石性質,如顏色、礦物成分,結構,構造等。
  3確定此類岩石的產狀,測量其產狀要素。
  4注意火山岩與相鄰沉積岩的關係,初步確定其噴發時的地質年代。如遇沉積凝灰巖,注意採集其中所含的動、植物化石,借此鑒定火山岩系的地質時代。如浙江東部出露廣泛的火山岩系中,經常可以發現晚侏羅世至早白堊世的魚類、軟體動物、植物等化石。
  5如果發現火山岩系內有一套或幾套沉積岩層出現(往往作為火山岩系內的夾層),則可確定火山噴發的次數或期數,劃分出火山噴發期與間斷期。
  6如果發現火山岩與侵入體共存,則應搞清楚它們之間的先後關係。
  7火山岩系中的礦產。除金屬礦產外,有時甚至出現噴發間斷時形成的煤系地層或夾於其中的煤層。
  8火山岩系中的構造地質特點。
  9火山岩系的水文地質與工程地質的特點。
  十根據火山岩的名稱、結構、構造、產狀等特點,恢復古火山的位置,再造古火山的輪廓。
  當然,以上各項內容,並不是說通過一條剖面的穿越,就能全部解決,獲得滿意的答案。能做到什麼樣的程度,要看地質旅行的主觀條件和客觀條件而定了。
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  第六章  變質岩區的地質旅行
  一、泰山的啟示
  泰山,五嶽之首。古跡名勝,久聞天下。每當列車途經泰安,旅客們總是憑窗遠眺,以傾慕崇敬的心情注視著一座座黝黑而雄偉的峰巒。中外旅遊者認為有機會登泰山、上南天門,一覽齊魯壯觀乃平生快事。
  五台山,譽稱北嶽,為我國著名的佛教聖地之一,古剎名園,比比皆是;青峰翠巒,逶迤不絕。欲朝山進香的善男信女們固然希望到此頂禮膜拜以如願,就是一般遊客,又何嘗不思慕此間的高峰絕境而登臨尋幽呢!
  說來也巧,從地質學角度看,這「兩岳」都是由變質岩系構成的山勢。早在上世紀末至本世紀初,就吸引了一些外國地質學家,他們懷著獵奇的心情,在遊山玩水中登跋泰山、五台山等地考察地質,他們在這些地質構造複雜、岩石性質多變的地層間發現了這「兩岳」原是中國最古老的地層所在地,或者說,是我國大陸的核心部分,屬於地球歷史早期的大古代和元古代的產物。從此以後,要研究變質岩的岩石學家、要研究地質發展史的地層學家、要研究變質岩系中特殊地質構造的構造地質學家們,都紛紛登上泰山和五台山,發掘研究課題,開闢研究領域,提出地質上的許多新發現或新見解,豐富了地質學的內容。一直到今天,這「兩岳」仍然是研究變質岩地質的理想之地,每年吸引不少自教授專家至青年學生們絡繹不絕地來「朝覲」。其中也就包括了懷著不同目的的地質旅行者在內,可見在變質岩地區的地質考察也是地質旅行的重要內容之一。
  二、變質岩的基本概念
  既然變質岩是指沉積岩、火成岩或已變質過的岩石經過變質作用而來的岩石,那麼,什麼叫「變質作用」呢?這是由於地球內部的高溫、高壓,在新的物理和化學條件下會使岩石中的礦物成分和結構、構造等方面改造和轉變。或者說,地球的內力使岩石改造並發生變化,稱為變質作用。這種變質作用的具體特點,主要是通過岩石中所含礦物的變化,比如重新結晶、物質成分的遷移或重新組合,結構和構造的變化等等而表現出來。因此,凡經過變質作用而形成的岩石,就稱為變質岩。
  至於另一種由於岩石暴露地表,發生風化作用,使岩石中的某些礦物發生變化(包括成分的改變),這類岩石不能稱為變質岩。
  正因為變質岩的主要原巖來自沉積岩和火成岩兩大類,因此變質岩也就劃分為兩大類型,由沉積岩經變質作用而形成的變質岩稱為副變質岩;而由火成岩經變質作用而形成的變質岩稱為正變質岩。
  怎樣認識變質岩?
  首先要從岩石的礦物成分中認識有無變質礦物的存在,常見的變質礦物(若干則通過顯微鏡鑒定)有以下幾種:1富鋁礦物:剛玉。
  2富含鋁的硅酸鹽礦物:紅柱石、藍晶石、硅線石、葉蠟石、十字石、硬綠泥石、硬玉。
  3鹼質或鈣質鋁硅酸鹽礦物:濁沸石、方柱石、鈉雲母、絹雲母。
  4鈣鋁質硅酸鹽礦物:簾石類、符山石、葡萄石、硬柱石等。
  5含鋁的鐵鎂質硅酸鹽和鐵鎂質鋁硅酸鹽礦物:鋁石榴石、綠泥石、藍閃石等。
  6鐵鎂質硅酸鹽礦物:滑石、蛇紋石、硅鎂石等。
  7鈣鎂質和鈣質硅酸鹽礦物:透閃石、陽起石、硅灰石等。
  8碳質礦物:石墨。
  必須說明,上述各種礦物主要是存在於變質岩中,但沉積岩與火成岩中也可能存在,只是存在於變質岩中的這些礦物,有如下特點:1數量顯著增加;2廣泛地發育成纖維狀、鱗片狀、長柱狀、針狀等,並有規律地作定向排列;3變質岩中所含的石英和長石有些具有較為發育的裂紋,而沉積岩或火成岩中的石英和長石無此種現象。
  其次,要從變質岩的結構和構造去認識,也就是觀察變質岩組分的形狀、大小和其相互關係,以及它們在空間排列和分佈上所反映的岩石構成方式,著重於礦物個體在方向和分佈上的特徵。
  變質岩的結構基本上有4 種情況:1破碎結構:當原巖在定向壓力作用下,持續到超過彈性極限時,使礦物發生彎曲、變形。如壓力再增加,超過其強度極限,則發生破裂。根據其破碎程度,從顆粒裂碎到粉末均有,不過太小的粉粒,肉眼是無法辨認了。
  2變晶結構:在高溫、高壓之下,礦物發生重新結晶,其表現的特點是:晶體不完整或嚴重變形。
  3殘餘結構:重結晶作用不完全時,可以保留部分原巖的結構。
  4交代結構:原巖中的礦物被新礦物取代。
  不過,在以上四種變質結構中,前兩種可以肉眼觀察;後兩種多在顯微鏡下觀察,不宜野外運用。
  至於變質岩的構造,就其重要意義來說,是野外識別變質岩的關鍵手段之一,或者說,是認識變質岩的重要標誌,野外工作時,務必熟練掌握。其基本特徵與類型有以下幾種:1變余構造:原巖雖經變質,但仍有一部分未受「變質」,保存原巖的構造特點。例如熔岩中的氣孔構造、流紋構造;沉積岩中的層理構造、波痕構造等。
  2變質構造:岩石經過變質作用以後而生成的特殊構造。這是識別變質岩最重要、最常見的一種構造,有以下幾類:A.斑點狀構造:受變質的岩石中,由於某些成分的局部聚集,產生2 毫米左右大小的斑點。這些成分有碳質、硅質、鐵質或某些變質礦物(如紅柱石、堇青石等)。如果變質程度增高,則此類斑點經重結晶而變成斑晶,若其形體增大時,可在岩石中形成瘤狀構造。B.板狀構造:岩石在經受變質時,由於應力作用,出現一組平行的裂開面,使整塊岩石如木板覆疊。每個裂開面上,平整光滑,如板岩所見(圖6.1 )。C.千枚狀構造:岩石內的礦物發生重結晶作用,一方面可見這些礦物具有定向排列,另一方面又使整塊岩石呈現出薄片狀構造,在片理面上,平整光滑並發出絲絹狀的光澤。有時,在千枚狀構造的岩石上可見小型的撓曲或褶皺現象。一般來說,千枚狀構造比板狀構造的變質程度要深一些,如千枚巖(圖6.2 )。D.片狀構造:岩石內的礦物具有明顯的變質晶體,形成鱗片狀、柱狀,並作定向排列和分佈,沿片理面劈削成薄板狀特徵。其變質程度又較千枚巖深一步,如片巖(圖6.3 )。E.片麻狀構造:岩石具有顯晶質的變晶結構,以粒狀變晶礦物為主,間以鱗片狀、柱狀的變晶礦物,作斷斷續續的定向排列和分佈,故在塊體的標本上可見片理特點,它往往是由侵入巖變質而來。最典型的就是片麻巖(圖6.4 )。F.條帶狀構造:岩石由不同礦物,不同結構,或其他不同部分的成分形成條帶狀分佈,如暗色礦物形成的條帶狀大理巖(圖6.5 )、條帶狀的磁鐵石英巖等。
  在上述構造中,特別是板狀、千枚狀、片狀、片麻狀這幾種外貌特徵是變質岩中最多、野外也最容易識別的構造。總之,變質岩的構造是認識變質岩的最重要標誌。
  三、最常見的幾種變質岩
  各種變質岩的存在條件,幾乎跟它們的變質作用的類型有密切關係,換句話說,如果在野外工作時,能識別出變質作用的類型,那麼也就大體上能估計出其中有哪些具體的變質岩的種類了。
  何謂變質作用的類型?主要是根據地質成因和變質作用的因素來考慮變質作用的格局,實際上,也包括了變質作用的規模。其類型大體上劃分為四種,都是野外常遇到的。
  1接觸變質作用。這是由岩漿沿地殼的裂縫上升,停留在某個部位上,侵入到圍巖之中,因為高溫,發生熱力變質作用,使圍巖在化學成分基本不變的情況下,出現重結晶作用和化學交代作用。例如中性岩漿入侵到石灰岩地層中,使原來石灰岩中的碳酸鈣熔融,發生重結晶作用,晶體變粗,顏色變白(或因其他礦物成分出現斑條),而形成大理巖。從石灰岩變為大理巖,化學成分沒有變,而方解石的晶形發生變化,這就是接觸變質作用最普通的例子,又如頁岩變成角巖,也是接觸變質造成的。它的分佈範圍局部,附近一定有侵入體。
  2動力變質作用。這是由於地殼構造運動所引起的、使局部地帶的岩石發生變質。特別是在斷層帶上經常可見此種變質作用。此類受變質的岩石主要是因為在強大的、定向的壓力之下而造成的,所以產生的變質岩石也就破碎不堪,以破碎的程度而言,就有破碎角礫岩、碎裂巖、糜稜巖等等。好在這些岩石的原巖容易識別,故在岩石命名時就按原巖名稱而定,如稱為花崗破裂巖、破碎斑岩等。
  3區域變質作用。分佈面積很大,變質的因素多而且複雜,幾乎所有的變質因素——溫度、壓力、化學活動性的流體等都參加了。凡寒武紀以前的古老地層出露的大面積變質岩及寒武紀以後「造山帶」內所見到的變質岩分佈區,均可歸於區域變質作用類型。例如本章開頭提到的泰山及五台山所見的變質岩,均為區域變質作用所產生。就岩石而言,包括板岩、千枚巖、片巖、大理巖與片麻巖等。
  4混合巖化作用。這是在區域變質的基礎上,地殼內部的熱流繼續升高,於是在某些局部地段,熔融漿發生滲透、交代或貫入於變質岩系之中,形成一種深度變質的混合巖,是為混合巖化作用。也就是說,在區域變質作用所產生的千枚巖、片巖等,由於熔融漿的滲透貫入而成混合巖。
  此外,尚有不大常見的氣體化水熱變質作用,復變質作用。
  其實,對於野外地質旅行者來說,最常見的變質作用還是接觸變質和區域變質兩大類,其次是混合巖化作用。因此,熟悉變質岩的名稱,也就圍繞這些變質作用有關的變質岩就足夠了,茲簡述如下。
  板岩:具板狀構造的變質岩,由黏土巖類、黏土質粉砂岩和中酸性凝灰巖變質而來。屬於區域變質作用中的輕度變質的岩石。
  千枚巖:具有千枚狀構造的變質岩,原巖類型與板岩相似,在其片理面上閃耀著強烈的絲絹光澤,並往往有變質斑晶出現。
  片巖:片理構造十分發育,原巖已全部重新結晶,由片狀、柱狀、粒狀礦物組成,具鱗片、纖維、斑狀變晶結構,常見的礦物有雲母、綠泥石、滑石、角閃石、陽起石等。粒狀礦物以石英為主,長石次之。片巖是區域變質岩系中最多的一類變質岩。
  片巖的種類頗多,其命名則根據所含的變質礦物和片狀礦物的顯著份量而定,例如雲母片巖、滑石片巖、角閃石片巖等等,另外,常用綠色片巖之名,系由中性和基性的火山岩、火山碎屑巖等變質而來。
  片麻巖:具片麻狀或條帶狀構造的變質岩。原巖不一定全是岩漿巖類,有黏土巖、粉砂岩、砂岩和酸性、中性的岩漿巖。具粗粒的鱗片狀變晶結構。其礦物成分主要由長石、石英和黑雲母、角閃石組成;次要的礦物成分則視原巖的化學成分而定,如紅柱石、藍晶石、陽起石、堇青石等等。
  片麻巖的進一步命名,根據礦物成分,如花崗片麻巖、黑雲母片麻巖。
  片麻巖是區域變質作用中頗為常見的變質岩。
  角閃巖:主要由斜長石和角閃石組成的變質岩。其原巖是基性火成岩和富鐵白雲質泥巖。具粒狀變晶結構,塊狀微顯片理構造。
  麻粒巖:是一種顆粒較粗、變質程度較深的岩石,基本上由淺色的石英、斜長石、鐵鋁榴石、輝石等礦物組成,無雲母、角閃石。具粒狀變晶結構,塊狀或條帶狀構造。
  石英巖:幾乎整個岩石均由石英組成,淺色、粒狀。一般作塊狀構造,粒狀變晶結構。它是由較純的砂岩或硅質岩類經區域變質作用,重新結晶而形成。
  有時,有人將沉積岩中由較純淨的石英顆粒組成的岩石也稱石英巖,與變質岩類的石英巖混淆不清,雖然就化學成分或礦物成分來看,兩者很難分開,但變質岩類的結構要緻密些,稱石英巖;而沉積成因者,顆粒清晰,緻密程度稍差,故為了區別起見,稱之為石英砂岩。
  大理巖:碳酸鹽岩石經重結晶作用變質而成,具粒狀變晶結構。塊狀或條帶狀構造,由於它的原岩石灰巖含有少量的鐵、鎂、鋁、硅等雜質,因而在不同條件下,形成不同特徵的變質礦物,出現蛇紋石、綠簾石、符山石、橄欖石等,於是在潔白的質地上,襯托出幽雅柔和的色彩,構成天然的圖案花紋,給人們想像出一幅又一幅詩情畫意的圖卷,文人墨客在它們的加工石面上取出許多逗人喜愛的景名——瀟湘夜雨、千峰夕照、平沙落雁等等。因而大理石就成為高級的建築石材,或成為高級傢俱的裝飾性鑲嵌材料。而潔白的細粒狀的大理石,俗稱漢白玉,也是工藝雕刻或富麗堂皇的建築材料。
  大理巖見於區域變質的巖系中,也有不少見於侵入體與石灰岩的接觸變質帶中。
  角巖:這是一類由泥質岩(以黏土礦物為主的頁岩之類)在侵入體附近由接觸變質作用而產生的變質岩。顏色呈深暗或灰色,硬度比原巖顯著增加,故多有將角巖製成硯或其他工藝品,如在蘇州靈巖山、寒山寺等旅遊區出售的硯石,即利用產於靈巖山花崗岩體附近的角巖所制。
  混合巖:由混合巖化作用形成的變質岩,其基本組成物質是由基體和脈體兩部分組成。所謂基體,是指混合巖形成過程中殘留的變質岩,如片麻巖、片巖等,具變晶結構、塊狀構造,顏色較深;所謂脈體,是指混合巖形成過程中新生的脈狀礦物(或脈巖),貫穿其中,通常由花崗質、細晶巖或石英脈等構成,顏色比較淺淡。
  混合巖具明顯的條帶狀構造,並普遍可見交代現象,以此與區域變質作用形成的變質岩區別開來,但它是在區域變質的基礎上發展起來的。
  混合巖由於混合巖化的程度不同,形成不同構造特點的混合巖,如網狀混合巖、條帶狀混合巖、眼球狀混合巖等等。
  四、怎樣在變質岩區開展工作
  在認識變質作用的基礎上,掌握了能夠鑒定變質岩名稱的方法以後,當我們在旅行路線上遇到變質岩時,就可以進一步做些變質岩的初步調查或研究工作了。現就不同的變質區如何開展工作問題,簡述如下:(1 )熱接觸變質岩區的工作。
  熱接觸變質岩區也就是侵入體與圍巖相接的地帶。
  在這裡,首先要穿越接觸帶的剖面,也就是決定一條從侵入體到未變質圍巖之間的路線,觀察侵入體的岩石名稱及其巖性;觀察圍巖受侵入體的接觸變質的影響——出現何類變質岩,其巖性特點,變質礦物,有否成礦的條件和可能,接觸帶上有無斷裂之類的構造控制?未變質岩石的名稱及其巖性,圍巖屬於哪個地質時代?
  侵入體屬於哪個地質時代?等等。
  把這許多必須瞭解的內容,作沿途記錄,作剖面示意圖,採集有代表性的標本以及攝影或素描。
  如果交通、人力、物力、時間條件允許的話,可作再詳細一些的觀察,諸如追索接觸帶在面上分佈的範圍,觀察蝕變暈圈的發育情況。
  再進一步,還可根據變質礦物的組合關係,劃分出蝕變的相帶——即內帶、中帶、外帶。同時還可研究熱變質岩石與原巖性質的關係,甚至注意多期變質的疊加作用,不同變質帶上所賦存的礦產關係。
  (2 )區域變質區的工作。
  由於區域變質作用而產生的變質岩分佈面積廣闊,岩石情況亦特別複雜,而且其間的褶皺、斷裂等構造又十分發育,因此,在這裡工作的難度也較大。
  首先,當我們根據地層走向選擇剖麵線以後,在旅途行進中,要像研究沉積岩層那樣,注意各變質岩層的上下層序關係,即排除由於褶皺或斷層的干擾,恢復其原來的正常層位。當然,這項工作往往不是穿越一條剖面就能「一次性」成功的,而要多幾條剖面相互比較才能接近正確。
  其次,在觀察剖面過程中,要恢復原巖的性質——是沉積岩還是火成岩。如果確定為沉積岩,再進一步判斷其原巖的名稱,並運用研究沉積岩的辦法,研究它們的沉積旋回、沉積建造的特徵。注意地層間的不整合、假整合等有助於劃分層序的接觸關係。努力搜尋其中淺變質岩系(例如板岩)裡的化石痕跡,一旦若有發現,並能確定其鑒定價值,便能牽動全局,整個變質岩系的時代及各套岩層的層序也許能迎刃而解。例如筆者等在本世紀60年代初期在江西南部「龍山群」(前泥盆紀的地層)變質岩系地區工作時,一個多月過去了,還沒有搞清楚它們的層序關係。後來,有位學生在一處淺變質的板岩中找到一些筆石碎片,帶隊的教師很受啟發,認為這是揭開此間變質岩系時代之謎的重要線索,於是專門組織隊伍,就在出現筆石碎片的上下層地段,分段包干,著力搜尋。通過「順籐摸瓜」的辦法,終於在這裡的幾個岩層中找到了保存相當完整而精美的筆石(圖6.7 ),經鑒定,屬於早奧陶世的種類,從而結合巖性、層位的接觸關係,大致確定了自寒武紀至奧陶紀的各個大的層位。後來,又接連在寒武系下部的板岩中發現了海綿骨針化石(圖6.8 ),從而又劃分出震旦系地層。這樣,幾十年來,一直把厚達幾千米甚至上萬米的前泥盆紀變質岩系「龍山群」地層,分解為震旦紀、寒武紀、奧陶紀三個系,進而在各系內再分出若干組。
  在分層基礎上,結合巖性、巖相及沉積旋回的研究,初步摸清了早古生代時期此間原為「地槽區」。進而又證實了此間的花崗岩分屬於兩個不同時期形成的:一是志留紀晚期的「加裡東花崗岩」;一是中生代的「燕山花崗岩」,而且此間的大量金屬礦產與「燕山花崗岩」的入侵活動有關。
  在研究區域變質岩系的時候,還可注意各類變質岩系的空間分佈規律及其相互關係,注意不同岩石和礦物組合的關係,總之,注意變質程度和變質作用問題,並聯繫找礦標誌和成礦規律。
  (3 )混合巖化區的工作。
  首先要注意混合巖的基體和脈巖的特點,形態特徵,交代作用等。注意混合巖化的強度帶及其與區域構造(斷裂帶和褶皺帶)作用的關係,甚至可以瞭解混合巖化的期次問題。
  一般而言,混合巖化區的觀察工作並非單獨進行的,它是在研究區域變質岩區內的附帶工作,因此,諸如礦產之類的問題,也都跟研究區域變質岩同樣地進行了。
  五、變質岩中的礦產
  變質岩中的礦產,主要見於接觸變質和區域變質兩大類型中。
  就接觸變質而言,矽卡巖型的礦產最多,這是因為以碳酸鈣為主要成分的石灰岩跟侵入體(特別是中性岩漿侵入)接觸時,最容易發生化學交代作用,形成礦產。
  最常見的是銅、鉛、鋅等硫化礦床(如黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦)及剛玉等。硫化礦中多數還含有銀礦及其他稀有元素礦產。
  作為矽卡巖型礦床的伴生副礦物,最常見的有石榴子石、透輝石、透閃石、綠簾石、陽起石、矽灰石等,亦可算是找尋此類礦產的標誌礦物。大理石也是此種變質礦產類型的特色。
  至於區域變質岩系中的礦產,多存在於太古代及元古代的變質岩系之中,其中有規模巨大的鐵礦以及石墨、磷、硼等礦產,部分地區尚有剛玉、石棉、矽線石、大理石等。
  這裡,特別提一下鐵礦。這是距今20多億年前變質岩系中的最引人注目的礦產,凡美國、加拿大、蘇聯(即前蘇聯)、澳大利亞、印度、南非以及我國鞍山地區等蘊藏的數以億噸計的鐵礦床均屬此類。據估計,此類鐵礦床佔全世界鐵礦總儲量的80%以上,可見其重要性了。
  為什麼有這麼多的鐵礦埋藏在這些古老的(圖6.9 )變質岩系地層中呢?原來,當時出現一種微生物——鐵細菌,成為造鐵的「功臣」,它是一種需要氧氣,但不要很多氧氣的菌類生物。據研究,距今32億~34億年前的大氣中尚缺乏氧氣,僅由二氧化碳、甲烷、氫氣等組成,具有高度的還原性。到了距今32億~27億年前形成的地層中,我們發現了藍綠藻,說明它們能夠攝取還原性大氣層裡的二氧化碳,通過葉綠素進行光合作用,放出遊離氧,使大氣層中逐漸增加了氧氣,於是產生了鐵細菌。它能把溶解於水中的氫氧化亞鐵氧化成不溶於水的三氧化二鐵,沉積於水中。
  其過程可用化學反應式表示之:
  鐵細菌分泌出不溶性鐵質、硅質,在體外構成一層比自身大幾倍甚至幾十倍的「鐵質皮鞘」,後者脫落以後,就沉積成鐵礦。
  水中的可溶性鐵質,來源於遠古時代火成岩的風化產物,在濕熱氣候條件下,這些可溶性鐵質往往呈膠體狀態,從陸地帶到淺海裡,生活在那裡的鐵細菌也就在海洋裡造鐵了。
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  第七章  地質旅行中的攝影與素描
  一、攝影與素描各有千秋
  地質調查工作,具體他說,以地質旅行為例,是一項頗具特色、以描述為主的工作。文字記錄固然少不了,但單憑文字的記敘,最後總感到「美中不足」。比如過分的煩瑣,無法形象的表達,起不到直觀的效果等,因此,當我們觀察了某一地質現象,並作過記錄以後,總希望能將野外的真實形象留在自己的記錄本上或其他地方,作為重要的信息帶回室內去,讓自己或其他同行們能見到實際模樣的景物,以便於進行深入研究或切磋探討。
  這樣,很自然的,每一個對地質有興趣者必須學會攝影和素描這兩項基本技術,配合文字(更確切他說,應是補充文字的不足)記錄,就可以使自己的地質調查記錄生色,具有「錦上添花」之妙了。
  善於地質攝影和素描的地質工作者,不僅使自己的野外記錄生動、真實、美觀;而且還可以節省大量的文字篇幅,縮短調查和觀察的時間,也就是說,提高工作效率。這一點,在當今的信息社會裡,真是太重要了。
  不過,也許有人會問:我們學會攝影就行了,何必還要學會素描呢?或者說,攝影是「科學儀器」的產物,而素描是藝術家的任務,不是我們地質工作者所能勝任的。
  但事情並非如此簡單,根據我們自己的野外工作體會,實際上也是許多前輩地質工作者的經驗總結,攝影和素描對於野外調查工作來說,都同樣重要,兩者是相輔相成、互為補充的手段,不可偏廢。
  攝影的優點在於鏡頭所拍攝的景物可以毫無遺漏地收取過來,而且取景迅速、形象逼真。特別是給旁人觀看時,使他們也有身臨其境的感覺。另外,還可以多張複印,廣為散發,擴大影響。或者可以放大洗印,製作幻燈片,景物更為清晰,當其展覽、陳列、放映時,可以收到更好的效果。
  但是,攝影也有它的難以避免的缺點,比如天氣陰晦,能見度較低;照相機本身的功能不理想;甚至景物的某些細節特徵難以用攝影的辦法獲取;至於洗印、放大、做幻燈片等還有一系列技術與效果的協調問題尚待解決。換句話說,調查者所需求的地質資料往往會受到各種各樣條件的限制,不可能隨心所欲地獲得。這時候,雖然捧著現代化的照相機,也許會望「景」興歎,感到無可奈何!
  假如地質工作者此時能掌握一手熟練的素描技巧,運用自己的慧眼和洞察力,去捕捉景物身上為地質科學所需要的某些細節或宏觀輪廓,得心應手地畫下某些地質資料,克服照相機無能為力的缺陷,該有多好啊!
  當然,素描到底不是「科學儀器」的產物,再高明的畫家,也無法畫得如照相那般的逼真、形象,所以說,能幹的地質工作者,應該學會攝影與素描這兩手,該用攝影表達時就拍照,該用素描來表達時就提起畫筆,兩者都需要時就一起上。我們的前輩地質學家中,有不少在這兩方面都有一定的特長,在他們的地質論文或地質調查報告中都有自己創作的素描作為插圖,顯示出他們的科學與藝術相結合的才能,值得我們虛心學習。
  二、地質攝影
  地質攝影的最主要特點應該包括兩方面:一是要求攝取的景物具有真實性和科學性;二是要求所攝影的景物盡量給人們以美的享受。當然,科學性與美學性並不是等量齊觀,應以科學性為主,美學性是為科學性服務的。
  為什麼對地質攝影要強調這「兩性」呢?科學性是相片的靈魂,是我們獲取地質科學資料的目的與手段。這一點,任何一個地質工作者都瞭解並悉心注意的,毋需再予強調。而我認為:一張拍得好的地質相片,僅僅只有科學性是不夠的,還需要注意這張照片的展覽與欣賞效果,這樣才能普及地質科學知識,提高論文與報告的質量。因此,要求這張相片的取景角度在不損傷科學性的前提下,在使用光圈、速度方面符合美的要求。不僅使照片上的景物清晰可見,而且能吸引別人來看,成為一張名副其實的科普美術作品。
  特別是拍攝視野範圍較大的地貌照片時,美學的重心要放在畫面的顯眼位置上來。例如我們專業地質工作者曾經拍攝過不少在石灰岩區的溶蝕地貌景觀、高山地區的冰川地貌景觀、花崗岩地區的裂隙地貌景觀等的地質照片,但比之攝影記者在同樣地區拍攝的名勝風光照片要差得多,其最主要的不足之處即在於取景範圍、攝取角度、光線運用等沒有很好地運用美術技巧,以致畫面平淡無奇,不足以吸引人,更談不上「愛不釋手」了,所以當我們選擇教學相片給學生觀看時,往往就選擇專業攝影記者所拍攝的風光片來替代了。可見,拍好地質照片是很不容易的!
  地質攝影基本上分兩大類:一是視野範圍比較大;一是視野範圍比較小。這兩者的目的與要求都有差別,因此對攝影技術的要求也就不一樣了。
  視野範圍大的地質攝影,主要用於宏觀的地質現象與地質作用,特別用於地貌景觀方面。例如要表達岩石性質、地質構造與地貌發育的關係,岩石性質與地面植物生長的關係,規模較大的斷層或褶皺在地表露頭的形態、地形起伏與巖性、構造的關係,地層層序剖面圖、較大的礦體或礦脈的露頭形態等等。
  這類鏡頭,最好利用俯視角度、遠近結合的辦法取景,使整個畫面具有宏大的氣派,地質與地貌的輪廓清晰,而具體的地質特徵可從近鏡頭所見的局部現象中獲得瞭解,由近推遠,全區的地質概貌也就瞭解到了。
  拍攝時,竭宜注意光線的照射與陰影的關係,怎樣運用光線的特點使景物的層次分明,起伏清晰,富有立體感,才能收到實效。
  而視野範圍小的地質攝影,主要用於攝影局部性的地質現象或地質作用,比如岩層的某些構造特點(波痕、乾裂、交錯層理之類),裂隙系統的特點(節理組合、斷層錯位之類),脈巖或礦脈的延伸方向以及它們的相互穿插關係等,局部的構造地質現象(褶皺的軸部、斷層的上下盤關係之類),化石的埋藏特點(植物莖幹與層面的關係,垂直還是平行。大型脊椎動物的骨骼,特別是腿部與層面垂直還是平行等等),化石種類的伴生關係(比如造礁生物的門類),泉水出露的特點(沿斷裂帶的湧泉之類),甚至礦物晶體的自然特徵(晶洞)等等。
  對此類鏡頭的要求,主要集中在目的物的逼真形象及其微細特徵上,甚至有些照片只求局部顯示,不求輪廓面貌。所以,此類攝影最主要的是焦距要掌握適當,采光方向與取景角度也有講究,最後的形象務必使微細特徵暴露無遺,使觀看者猶如近在咫尺。
  如今彩色照相已經相當普及,地質攝影又具有明顯的色調特點,應盡量採用彩照,尤其如拍攝礦物共生關係、化石與圍巖的關係、植被與巖性的關係、礦物與岩石的關係、巖脈或礦脈的互相穿插關係等必須運用彩照,色澤分明,關係清晰,自然能收到很好的效果。當然運用彩照時要注意盡量符合或接近天然色調。
  三、地質素描
  1.地質素描的優越性前面已經提到,攝影有許多缺陷(或者說受限制)的問題,運用素描的辦法差不多都可以得到彌補和解決。比如素描不受天氣的限制,不受鏡頭取景範圍的限制,不受近景清楚、遠景模糊的限制等等。更重要的是,當我們分析某種地質現象並認為哪些特徵應該強調,哪些附屬物或近旁的草木可能對這些特徵有所干擾而應該排除時,若用照相的辦法,忠實於客觀景物的複製,會有「魚龍混雜」、「喧賓奪主」之嫌,收不到理想的效果。若用素描技術處理,完全可以根據觀察者的需要,對地質體的各種形象與特徵,對附近的景物等有所取捨,該強調哪些,該精簡哪些,都可以憑自己的運筆而描繪。比如說,當我們在野外的岩層露頭上看到有兩三組頗有意義的節理,需要給予攝影,而這些節理的裂縫中長滿雜草,攝下來的照片肯定看不清節理特徵。此時,若用素描技術處理,就可以解決這個矛盾了。我們可以有意識地不畫或少畫那些干擾節理特徵的雜草,而將這兩三組不同方向的節理畫得清清楚楚。像這樣的處理,並沒有歪曲地質體的客觀事實,倒是更清楚地強調了客觀實際,這是完全合理的。
  又比如在野外遇上大型脊椎動物化石,為了研究它的埋葬特點,很需要有一幅能表達其實景的照片或畫圖。但由於骨骼上沾滿碎石污泥,若用相機攝影,這許多附屬物必然完全攝入鏡頭,致使骨骼的輪廓帶來模糊不清的形象,如用水沖洗或揩抹乾淨,費事費工,還不見得滿意。此時如用素描的辦法來處理,可以有意識的把骨骼上的附屬物捨去,將骨骼的輪廓畫得清楚些。
  再如畫一幅視野廣闊的地貌圖,比用相機拍攝要好,它可以把遠山遠景的輪廓清晰地表達出來。如此等等,不勝枚舉。由此可見,素描對於地質工作者是一項十分重要的技術。
  2.地質素描的基本常識何謂素描?簡單他說,一句話:單色作畫。也就是運用單色線條在平面上勾畫出景物的立體形象。
  何謂地質素描?從地質觀點出發,運用透視原理和繪畫技巧來表達地質現象或地質作用的畫幅。在野外勾畫的素描,往往要求在較短的時間內完成,通常就在野外地質記錄本上畫,不可能精工細畫,也可稱為地質素描草圖。以鉛筆作畫較多,如技術熟練,用筆有把握,也可用鋼筆作畫。
  作素描圖的最基本要求,必須懂得透視原理,或者說,必須掌握投影法則,整個畫面,就是一張實物的投影圖。
  所謂投影法則,在我們日常生活的經驗中都能體會到,比如說遠處的山肯定比近處的樹高,而當我們站在曠野上,極目遠望時,卻覺得遠山矮於近樹。又如公路兩側排列成行的電線桿,每一根的高度,肯定都是相同的。但當我們向電線桿的盡頭望去時,只覺得近處的桿子高,向遠處挨個兒低下去。
  再如當我們站在挺直的鐵路上向遠處望去,兩條鐵軌好似從平行逐漸向盡頭交匯合併起來。
  如此等等,就是透視現象。從這個現象中我們可以總結出幾條規律,可作為素描時掌握之要點:1等大的物體,近者大而遠者小,以至消失。
  2物體等距排列,處於近處之間距較長,而處於遠者較短,最後與視平線處於重合。
  3等高的物體,近者高,而遠者低,最後與視平線處於重合。『4視中線左側物體,漸遠漸偏向右方,右側者反之,最遠處交彙集中於一點。
  歸納起來,就是:「近高遠低,近大遠小,近寬遠窄,近前遠後,近彎遠直,近清遠蒙(圖7.1 )。」也可說是實地運筆時應該掌握的基本技法。
  素描的線條基本上分為兩大類:一是輪廓線,這是最主要的線條,用於勾勒景物的基本輪廓,有如建築物的骨架,因此運筆畫輪廓線時,必須抓住景物的關鍵部位,按透視法則表達之。故輪廓線所表達出來的景物形象,有如一幅速寫圖(圖7.2)。
  二是陰影線,在輪廓線勾勒的基礎上,如何使景物符合「立體感」的形象,必須運用陰影線,而運用陰影線的關鍵在於表達光線在景物上的明暗差異(圖7.3 )。
  運用得宜,景物逼真;運用不善,損傷了輪廓線,甚至景物的形態也無法辨認了。
  因此,運用陰影線時也需注意以下幾個要點:1方向性。陰影線的起伏必須保持與景物表面的起伏一致,掌握「線條隨面走,面變線亦變」的原則。
  2疏密性。線條的疏密是表示光線明暗的辦法之一,明處用線要疏,暗處用線要密,最暗時甚至塗黑,盡量符合陽光照射於景物上的實際情況。
  3靈活性。在注意景物科學性的基礎上,要考慮到美化圖面,如何合宜地運用陰影線頗有講究。也就是說,陰影線的長短、疏密、曲直、斷續等技法的運用要靈活掌握,以美化和令人悅目為標準。這方面的功夫,只有在素描技巧比較熟練的基礎上才能逐步提高。
  此外,地質素描除了表達地質景物的最基本特徵外,有些圖幅還可適當配合一些襯托物體,諸如林木、野草、村舍之類。其目的有三:一是作為景物的比例尺,經常作為襯托物之用的有人物、動物之類;二是為了美化圖面,不使有孤單枯燥之感,如道路、草木、屋舍之類;三是為了作特殊背景、專門說明某個問題的,如泉水出露、水草豐盛之類。總之,畫襯托物時要求考慮構圖的整體效果,切忌不適當的堆砌、虛空和不協調等弊病,因此,襯景物也宜選擇。
  3.地質素描的基本步驟地質素描的基本步驟,實際上跟美術素描的基本步驟是相同的。大體如下:1選定素描對象的範圍,在白紙上劃出需要作畫的圖框,確定主要地質體的位置,一般放在中心位置上或其他合適的位置上。
  2安排主要對像和次要對象的大小比例關係及相對位置的關係,在圖框內勾出其範圍。
  3勾勒地質體(或景物)的輪廓線,這主要是抓住外形的輪廓—如山脊、河床、陡崖、階地(台地)的邊緣、河岸、層面、大裂隙之類。素描勾勒時,先近後遠。近處畫得細緻、清晰、濃重;遠處畫得粗略、輕淡、隱約。畫輪廓線時盡量注意透視原理來運筆。遠近景物交匯之處,應有意識地在圖面上留出空隙,使視線有開朗深沉的感覺。
  4在輪廓線勾勒就緒的基礎上,加陰影線。這一步主要是掌握景物形象的立體感,使之逼真如實。
  5適當畫些背景或襯托物,用以美化圖面。
  6為了清楚地表達圖內的內容,可在地質體附近或景物附近標上必要的文字,如村莊名稱、地層年代符號或其他地質符號之類。
  7最後寫上圖名、地名、方位、測量數據、比例尺以及其他必要的說明。
  8通常這類素描圖是在野外用鉛筆完成的,如為長期保存,需要加墨線的話,則可帶回室內再整理著墨。
  4.地質素描實例地質素描的內容頗多,幾乎所有的地質現象和地質作用都可作為獵取之列。按其基本內容,最常見的素描,大致有下列各類:(1 )地層素描地層素描多用於剖面圖的測制方面,是實測剖面圖和信手剖面圖的重要補充手段,通常作為近景插圖之用。
  地層素描的對象即地層,包括沉積岩、火成岩和變質岩三大類。因此,首先要注意岩石性質的不同,在素描圖上表現出來的內容要點亦應有所差別。比如沉積岩層以清晰的層理為要點;火成岩類以緻密塊狀伴以節理現象為重點;而變質岩系地層則以褶皺及其複雜的微細構造為要點。
  其次,岩層中的結構和構造特點也應盡量在素描圖上表達出來。如巖性軟弱的岩層(頁岩、泥灰巖、薄層灰巖之類)應描繪出柔曲易褶的特點;剛性較強的岩層(如砂岩、石英巖、火山岩類)應描繪出裂隙發育、塊狀堅實的特點。
  若沉積岩層層面上有波痕起伏,岩層露頭上可見結核或火成岩體的球狀風化等,都需細心運用陰影線方能表達其效果。
  如遇砂岩中有交錯層理發育、序粒層理發育,作局部素描時,可以採用些誇張的技法,使其特徵清楚可見,是允許的。
  如有好幾條不同時期或不同成分的巖脈相互穿插時,若單純用美術技法素描,必然無法分辨它們之間的先後關係,此時,則可創造一些或按地質圖例所規定的花紋將這些不同的巖脈分別出來,才能達到科學所要求的效果。
  地層接觸關係的素描,往往是地層素描中的重要內容。如果上下兩層間呈現角度不整合現象,素描時容易畫得清晰。但如果上下兩層間呈整合或假整合接觸時,甚至是低角度不整合時,用素描表示出它們的接觸關係特點就比較困難了。畫得不好,上下兩層無差別,看不出發生變化的地質現象,素描就失敗了。那應該怎麼辦呢?這時候,我們應該仔細揣摩假整合面或整合面上的微小變化,將這些微細特徵給予必要的誇張,使其明顯起來。例如發現有薄的、易揉皺的岩層,或者具有粉末狀的風化面、底礫岩、不大平整的岩層面之類,都可以視為誇張的對象,著意加工,使人們看見它就能瞭解到這是由上下兩套不同層位的岩層在此接觸的景象。假如在這類接觸帶上有植物生長,則可借助作襯景托物之用,也是可以的(圖7.4 )。在圖上寫一句說明就清楚了。
  地層的含礦性,必須在素描中正確地表達。由於含礦層在露頭上往往與其他岩層的堅硬性有所差異,風化以後顯示出凹凸不平的情況,如煤層、石膏層較之相鄰岩層易風化剝落,或易溶蝕成凹穴,故素描這些含礦層時,可以著意加工其外形特徵,特別在運用陰影線時,盡量使其突出。
  畫地層素描時,最傷腦筋的是:遇到幾層巖性差別不大,而分別屬於不同時代或不同單位的地層,例如黃土高原上的新生代後期地層基本上是土狀堆積物,但分屬於不同層位,素描時必須予以分開。若「忠實」地素描,是無法分開的,這樣,只好運用不同的花紋代表不同時代(或層位)的土狀堆積地層了(圖7.5 )。一般運用花紋素描時,最好遵照統一的圖例符號,不宜隨意創新。
  (2 )構造地質素描構造地質素描的主要對象是褶皺、斷層、節理及其他構造地質現象。素描時除抓住其外形特徵以外,更要注意其產狀要素的準確性,這樣才能較好地取得直觀效果。
  1褶皺素描。地層發生褶皺,不會是單一岩層發生的,而是成套的、眾多的岩層發生褶皺的。因此,素描未動筆前,要先琢磨一下哪一層可以作為「標誌層」,以此追索整個褶皺的形態,並確定其褶皺的名稱,諸如背斜、向斜、箱狀褶皺、伏臥褶皺等等。然後,再仔細琢磨這個「標誌層」的巖性特點以及如何表達的素描技法。這樣,把這個「標誌層」置於圖框的合適位置上,按其起伏與延伸方向勾勒出這個「標誌層」的褶皺形態。接著,再找次要的「標誌層」素描。有這樣兩三個「標誌層」的控制,就可以把整個成套岩層的褶皺格局定型了,或者說,某褶皺的骨架已經勾勒搭建成功了。於是其他岩層就可以順著這些「標誌層」的起伏形態進行素描了,在輪廓線的基礎上,加陰影線,圖面結構就呈現出來了。當然,「標誌層」的素描可以著意加工,其他岩層則作襯托,就像紅花與綠葉的關係一樣,不能偏廢(圖7.6 )。
  2斷層素描。跟褶皺一樣,斷層也不會發生在單一岩層中,總是一組岩層一起發生斷裂的,所以,素描斷層現象之前,也應先找出它的「標誌層」。以此追索斷層的上下盤及其錯動關係,確定斷層的形態特徵及其名稱(圖7.7 )。
  當素描斷層時,先將斷層面(線)畫在圖框的適當位置內,勾勒時宜注意斷層面的產狀,特別是傾角的大小、斷距的大小及其比例關係,必須盡量符合實際。然後畫出「標誌層」的上下盤位置,這樣,這個斷層的性質及其格局就基本上控制住了,畫「標誌層」時,也宜仔細琢磨一下巖性特徵及其運筆時的技巧,要在畫面上突出顯眼。
  為了美化圖面或強調某一方面的特點,可以畫些作比例尺之用的襯景,如人物、房屋、草木之類。
  如果斷層的規模較大,在斷層帶附近出現拖曳褶皺、斷層角礫岩、發育大量巖脈之類,則可以進行選擇性的取捨,作刪除或誇張的畫法,不必拘泥於如數素描,能說明問題就行了。
  如果斷層發生在厚層的、巖性均勻的地層(如石灰岩)中,而其斷距不大,很難畫清楚它。此時,應注意斷層帶上的微特徵(如斷層角礫岩、斷層糜稜巖之類)
  以及斷層兩壁上留下的錯動或位移的痕跡,素描時可以將這些微痕跡作些誇張處理,使其形象清晰。
  如果有些巖性特徵與微構造痕跡仍難以用素描表達,則可在素描圖的斷層線兩側加上箭頭,以示上下盤的動向。
  3節理素描。節理素描比較容易,特別是岩層露頭上的節理素描主要是把幾組不同方向的節理表達清楚就可以了。這裡,應該注意的是兩組以上節理的交角大小畫到圖上時,應盡量使其符合實際。哪一組裂隙的寬度大些,哪一組裂隙的寬度小些也要符合實際。不過,交角的大小與裂隙的寬度也應符合透視原理,不應不顧景物的遠近距離而機械地如實描畫。
  另一方面,我們也應注意節理裂隙與層面或其他縫隙的相互干擾與分別,素描時為了清楚地表達節理特點,可以將其他縫隙排除,輕淡運筆,甚至不畫它,這也是允許的。
  如果在火成岩發育區,柱狀節理十分豐富,為了表達其「柱狀」的立體感,不妨用俯視角度畫(圖7.8 )。這樣,可以兼顧柱體的縱橫切面,也就充分表達出兩組以上節理的方向及其柱體的逼真形象。不同方向的節理面,宜用陰影線著力表達,使之具有強立體感。
  (3 )地貌素描這是一類視野頗大的素描圖,從地質學觀點考慮,主要是表現地貌特徵與岩石性質、地質構造的關係;有時也為了表達風化、侵蝕、冰川、火山、地震,氣候等與地貌的關係,今將幾種常用的地貌素描簡述如下:1多層地形的地貌素描。多層地形指的是河谷階地及剝蝕面。這是由於新生代後期大陸地區的地殼運動發生節奏性的升降運動,於是地表的侵蝕作用與堆積作用交替進行,從而出現了由河谷兩旁的階地以及分水嶺上的剝蝕面所組成的多層地形。
  作此類素描圖時,首先要判斷視野範圍內的多層地形有幾層?哪些屬於階地的範圍,哪些屬於剝蝕面的範圍?然後考慮取景的範圍,把最有代表性的鏡頭畫到圖上去。第一步,先用幾條淡檔的橫線勾畫出「多層」的階地面和剝蝕面,作為全畫幅的控制線。第二步,運用透視原理勾勒出山容水貌的輪廓線。第三步,運用陰影線渲染山形、河曲、階地、剝蝕面的立體形象,使具真實感。近景宜細緻,遠景可疏淡;陡坡、陡崖、陡坎宜濃影,緩坡平台宜淡影,甚至留白。第四步,襯以樹林、村舍、曲徑、人物、家畜之類以美化圖面。最後可用文字在圖面上寫些必要的說明,諸如山名、村名之類,使讀者一目瞭然,如親歷其境。據筆者的野外旅行經驗,在我國西北黃土高原地區,尤其是在崇山峻嶺中行進時,此類地貌素描圖很有用處,至少可以減少很多文字記述,而且形象生動,便於直觀(圖7.9 )。
  2巖性與地貌關係的素描圖。此類素描圖用於特殊地貌現象居多,例如石灰岩地區,因溶蝕作用而產生的巖溶地貌;如花崗岩或火山岩地區,因巖性堅硬,節理發育而產生陡崖峭壁、群峰林立的「黃山型」地貌或「丹霞型」(廣東北部丹霞縣境紅層地區所見者)地貌。也有如大河谷地兩岸,或盆地周圍而出現的平丘緩崗地貌之類。
  動手素描之前,先要確定取景範圍與取景角度,怎樣能在方寸的紙面上容納較多的地貌現象。第二步,勾勒出山脊、山坡、水岸、崖壁、洞穴之類的輪廓線。第三步,著陰影線,這是很關緊要的一步,據筆者的體會,可以仿借中國山水畫技法的皴法來表示,比如火成岩(花崗岩或其他火山岩)區的地貌,要畫出雄峙、峭拔、堅硬、蒼健的形態和質感,可以參閱我國傳統山水畫中五代、兩宋的荊浩、關同、李成、范寬、馬遠、夏圭等曾運用的豆瓣皴、釘頭皴、斧劈皴、鐵刮皴等技法表現(圖7.10)。
  對於堅硬的、成層性較好的石英砂岩、厚層硅質岩、其他玄武岩、凝灰巖地層,著陰影時可以模仿南宋、李唐山水畫中的斧劈皴技法。
  對於畫石灰岩、白雲巖及其他具溶蝕性岩石的地貌特徵,著陰影線可參考雲頭皴法、破網皴法、鬼臉皴法、骷髏皴法、彈窩皴法。像「鬼臉皴」表現太湖石的質感——玲瓏剔透尤佳。
  對於畫變質岩的地貌特徵時,可以仿雨點皴、豆瓣皴、芝麻皴、水斯皴、馬牙皴等。
  這些皴法,在地貌的不同部位上應該交替使用,例如坡台斜面極宜用斧劈皴兼折帶皴;而斷層崖壁和整個山嶽,又宜用磯頭皴兼披麻皴;洞穴宜用卷雲皴,破網皴等等。
  為了美化圖面,在基本地貌格局完成的基礎上,可以適當配上一些樹林、房舍之類。
  3構造地質與地貌關係的素描圖。主要是由褶皺、斷層構造控制的地貌特點,所以在著手素描之前,先研究清楚此間的構造地貌,是受褶皺控制,還是受斷層控制,或者是兩者俱備,誰主與誰次之類的問題。然後抓住其中最富有代表性的、典型的構造地貌著筆(圖7.11)。
  比如以褶皺為例,背斜為谷,向斜為山的地貌現象比較普遍;也有背斜為山、向斜為谷的正常地貌現象。在運筆之前,要把岩層在露頭上的傾斜方向先抓住,再注意岩層的傾角大小與山坡坡度之間的關係,地層的傾向與山坡的坡向之間的關係。
  第三步,要善於選擇哪一部分地層最能清楚地表示出地貌特徵者,即以此為重點解剖構造與地貌的關係,素描時也就以此為重點,把這部分素描畫得形象逼真。然後配上其他的相應地層,使在總體上看得出「褶皺山」的地貌景象,也就是說,即使岩層露頭不佳,也大體上能從若隱若現、斷斷續續的露頭上看得出褶皺的整體與山形的輪廓關係就行了。
  第二類與褶皺有關的地貌現象是單面山和豬背山,它們都是單斜岩層組成的山形地貌。單面山的地層傾角在30°以下;豬背山的地層傾角在30°以上。素描時應注意以下幾點:A.山坡與地層傾角的關係,順地層傾向的山坡緩,逆地層傾向的山坡陡。B.陡坡一側往往暴露出岩層的傾向與傾角的大小;緩坡一側則不清楚。C.有時在外貌上不易表達此種地貌特徵(比如森林或植被覆蓋得很密時),則可在山麓切出一塊地質剖面示意圖,在此處運用地質圖例及符號標明地層的岩石性質、傾向與傾角、地層的時代之類,使讀者更加清楚。
  此外,還常遇到未經褶皺的水平岩層的地貌,其主要特徵表現為大大小小的平台地形間以深深淺淺的峽谷或溝壑地形,素描此種地形的關鍵應放在如何表達切割水平岩層的溝谷上,只要把縱橫交錯的溝谷地形畫清楚了,其他地貌景色也就自然出現了(圖7.12)。
  與此類似,還有水平岩層區的穹隆地貌。素描時應注意兩點:一是山脈呈環狀排列,而水系呈放射狀排列;二是穹隆以外的地層保持水平,穹隆內的地層以緩和的傾角表示,地形也以緩坡出現為標誌(圖7.13)。
  與斷層有關的地貌現象也是相當普遍的,最顯著的是斷層崖和三角面山(圖7.14),此外尚有地壘山、地塹谷、斷塊山等。
  畫斷層崖的主要所在是表現好崖壁的地貌特色,如刀劈斧削。幾條縱向的輪廓線是全圖的關鍵,動筆之前,要琢磨清楚。為了表達斷崖的立體感,在輪廓線的基礎上再加些輔助線。陰影線要稀疏一些,只是在斷崖後面的山坡、崖頂、崖麓諸處,則加密一些陰影線,使崖壁顯眼。
  畫三角面山,宜作近遠結合的透視法素描,三角面以上的山脊和山坡都需要清楚地表達,因為斷層通過一系列山坡時,走向挺直,斷壁陡立的三角形形象是三角面山地貌的主要特徵,三角面的輪廓一定要勾勒清楚。兩三角面之間的溝谷要加密陰影線,作為三角面的陪襯。山背,山坡也可用較濃的陰影線。這樣,三角面山的地貌特徵就能突出醒目了,至於三角面以下的河流、邊岸、道路、田野之類,為了美化圖面,可適當取捨。
  地壘山、斷塊山往往有階梯狀斷崖出現,地形作相應的陡坡與緩坡相間。當輪廓線勾好以後,著陰影線時,陡坡宜濃密,緩坡宜稀疏。
  地塹谷,實際上往往由河谷兩岸的兩排三角面山及其上的階梯狀斷崖構成,素描的方法可以參照上述,不需贅述。
  4其他地貌素描圖。往往是專門性的地貌素描,比如火山地貌,常見者有玄武岩台地,火山口的火山錐、熔岩流等遺跡。動筆之前,先要研究一下這些地貌的輪廓線,如何表達才能清晰醒目。畫近景,尤其表達熔岩流的構造特徵,比如繩索狀構造,需用細膩的筆法,陰影線的運用頗為重要,不然看不出流動構造的特點。
  畫冰川地貌,著重於取景冰蝕地貌——冰斗、角峰、鰭脊、U 形谷之類(圖7.15)。
  重點在於輪廓線的勾勒,陰影線比較次要。至於山林、房舍等襯景物盡量減少,否則,容易產生喧賓奪主的「幫倒忙」的效果。在描繪古冰川地貌時,經常會遇到由於風化侵蝕的影響而使地貌標誌模糊,素描時可以排除此種干擾,有意識地誇張某些方面的特徵,使形象顯得逼真一些。
  沙漠地貌,主要著眼於岩石的裸露,裂隙的發育,露頭的崩解破碎。有些水平岩層或火成岩類往往風化呈城堡狀的露頭形。素描時著重於輪廓線的勾勒。畫沙漠地區的沙丘,特別如新月形沙丘,除輪廓線的勾勒需清楚外,在其凹窪處用陰影線表達也十分重要,柔和彎曲的陰影線要平行地畫,切忌交錯起來(圖7.16)。
  海濱、湖濱地貌素描,重要的是從成因類型出發取景。畫湖泊地貌,還要注意其發育的階段性問題。除地貌輪廓外,湖岸與湖內生長植物的情況盡量接近實際畫下來,它們的繁茂程度可以幫助讀者理解湖泊的發展史,甚至植物的性質(名稱、特徵)也宜細緻描繪。
  (4 )化石素描換換換換基本上分為兩大類:一是室內的,一是野外的,要求各有不同。
  野外化石素描,多用於露頭範圍較大,或化石的色調與岩層的色調一致,反差不大等情況,此時用照相攝影,效果不見得好,可以素描代替。況且這種化石露頭對於研究生物群落、古生態、化石埋藏等方面具有重要價值,素描時還可根據作者研究的需要在某方面有所側重。
  比如在某地露頭上沿層面分佈著眾多的化石(如石灰岩中的生物礁、煤系地層中的植物群體化石),對於研究各類動物或植物間的共生關係至為重要,恢復它們的群落也極有意義。因此,素描的側重點就應放在化石的形態上,使讀者能大致分辨出它們的門類以至屬的名稱(圖7.17)。其他在露頭上的有干擾的物件(岩石破碎,植物生長之類)可以省略不畫。就是在畫這些化石時,也應著重於它們的輪廓形象,不求其內部構造的細微描繪。同時,各類化石的數量關係、個體的大小比例關係等也應注意,盡量符合實際情況。
  如果素描的對象是為了研究古生態或埋葬群的特點,則化石的位置、定向與岩石結構或構造的關係等方面均需作重點描繪,甚至它們在地層中的傾斜角度、附著情況都要如實素描,而化石體的若干微細構造可以簡略一些,只求能分辨出輪廓特徵,大致叫得出門類的名稱也就行了,特別是它們的生長方式或化石的排列方式與層面的關係要切實注意。例如竹節石、軟舌螺等長錐形化石的排列方向往往可指示當時的水流流向。煤系地層的基幹化石的排列方向(圖7.18)可以指示煤層是原地形成的,還是經過搬運以後埋藏的,由此,還可以對煤層的經濟價值作參考性的評價。當觀察清楚以後,可以在不損害科學事實的前提下,適當地運用誇張手法使化石埋藏的特點更具典型化,以便收到更好的效果。
  大型脊椎動物化石,往往見到全身各部的骨骼散亂地保存在一定的範圍之內(比如在十幾平方米以內),表示基本上是原地埋葬的,這時候,除畫清楚這些部位骨骼(頭,胸、腳部)的輪廓外,還應注意相互間距的比例關係(圖7.19)。
  有時,要利用化石的埋藏特點說明岩層的形成環境,則素描此類化石(例如貝殼灘)要著重於它們的堆積特點,不必拘泥於各個化石的細微形態,有個大致輪廓也就行了。
  化石的室內素描,一般說來,並不是地質旅行中的任務,不過對於訓練畫個別化石的形態特徵仍有幫助,不妨在此作些簡介。
  個別化石素描的關鍵在於形態逼真,立體感強。總的說來,要求用筆細膩,凡化石上的微小特徵都要表達出來(圖7.20)。不過,也不盡然,因為每一個化石的特徵有主要的,次要的;也有屬於屬一級特徵的,也有屬於種一級特徵的。一般而言,能畫到屬一級的特徵已算是很不錯了。因此,屬於種一級的特徵就可以畫得粗略一些。
  其次,有些特徵在天然標本上保存比較模糊(因風化關係),而實際上這個特徵是存在的,那麼,在素描時可以使其「完整化」,有意識地將其「補充」起來。、再次,為了使化石標本顯眼,在其背景襯托上可以適當運用「美化」的辦法,例如加濃色調,或減輕色調(往往用陰影線的濃密、疏淡表示)。
  有時候,我們還會碰到化石由於保存的原因而出現一些細小的裂縫,或附著一些難以去掉的雜質,或帶有鐵錳銹斑之類。如果如實描繪時,必然影響到化石的應有特徵,形成干擾。這時候,只能排除干擾,凡與化石本身特點無關的雜質、裂縫、銹斑之類完全不畫出來,使化石「淨潔」醒目。如果遇到大型化石,其上附有裂縫、雜物,而不會影響該化石的特徵時,適當地畫幾筆也無妨,有時反而增加其天然情趣,有逼真的「化石感」。
  哪些該去,哪些該畫,由作者根據需要而定。
  即將結束本章內容的時候,必須指出:素描的成功與否在於執筆者的多多練習,而不在於瞭解或熟記多少基本知識、步驟、技法之類。畫多了,熟能生巧,肯定能創作出既合乎科學道理、又合乎美學要求的素描圖來。
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  附一  重要礦物肉眼鑒定
  自然金:多為分散的粒狀,或不規則的樹枝狀集合體。金黃色,隨其成分中含銀量的增高則漸變為淡黃色。條痕與顏色相同。有強烈的金屬光澤。硬度2.5 ~3.具強延展性,可以錘成金箔。純金的比重為19.3. 導電性良好,化學性能良好,除溶於王水外,不溶於任何酸類。熔點1062℃。用於貨幣,製造精密儀器及裝飾品。
  主要產於石英脈中,自然金常富集成沙金礦床。
  金剛石:晶形呈八面體、菱形十二面體,較少呈立方體,而大多數呈圓粒或碎粒狀產出。無色透明或帶有藍、黃、褐和黑色。標準金剛光澤。具強色散性。硬度10. 性脆。比重3.50~3.52. 在紫外光照射下能發生黃、綠、紫螢光。用於精密及特種切削工具,製造金屬鋼絲的拉模、鑽頭及貴重的寶石。
  常產於超基性巖的金伯利巖(即角礫雲母橄欖巖)中。當含金剛石的岩石遭風化後,可形成金剛石砂礦。
  石墨:常呈鱗片狀、塊狀或土狀集合體。顏色和條痕均為黑色。半金屬光澤。
  極軟,硬度1 ~2 ,有滑感,易污手。比重2.21~2.26. 由於其熔點高、抗腐蝕、不溶於酸等特性,可用於製作冶煉用的高溫坩堝。具滑感,可作為機械工業的潤滑劑。導電性好,又可製作電極等。高碳石墨可做原子能反應堆中的中子減速劑及國防工業應用。
  石墨在沉積變質成因的巖系中分佈最廣,系富含有機質或碳質的沉積岩受區域變質作用而成。
  高嶺石:常呈土狀、粉末狀、鱗片狀。純淨者顏色白,如含雜質,則染成淺黃、淺灰、淺紅、淺綠、淺褐等色。蠟狀光澤。硬度極低,1 ~3 度。比重2.6.吸水性強,舌舔有黏性。
  為陶瓷、造紙、橡膠等重要化工原料。
  高嶺石的來源,有黏土沉積形成,有長石、霞石等風化而成。
  磷灰石:單晶體為六方柱狀或厚板狀,集合體為塊狀、粒狀、結核狀。其顏色因成因而異,純淨者無色或白色,但少見。一般呈黃綠色,亦有灰、綠、褐、藍、紫等色。油脂光澤。
  主要用於製造磷肥以及化學工業上的各種磷鹽和磷酸。
  海相沉積成因者形成膠磷礦,具有巨大的經濟價值。有時與火成岩有關者,也可能有經濟價值。
  磁鐵礦:常呈粒狀或緻密塊狀,晶體形狀為小八面體與菱形十二面體。顏色呈鐵黑色,半金屬光澤。硬度5.5 ~6.5.性脆,具強磁性。為重要的鐵礦石。形成於內生作用和變質作用過程。
  赤鐵礦:常呈片狀、緻密塊狀、鮞狀、腎狀、土狀等。顏色呈紅- 鐵黑色,條痕為櫻桃紅色,半金屬光澤,硬度5.5 ~6.5.無磁性。也是重要的鐵礦石。赤鐵礦是自然界分佈很廣的鐵礦物之一,可形成於熱液作用、變質作用以及沉積作用的環境中。
  硬錳礦:通常呈葡萄狀、鐘乳狀、樹枝狀以及土狀集合體。灰黑至黑色,條痕褐黑色至黑色。半金屬光澤,如土狀者,則無光澤。硬度4 ~6.性脆。比重4.4 ~4.7.為提煉錳的重要礦物原料。常見於沉積錳礦床和錳礦的氧化帶上。
  黃銅礦:常為緻密塊狀或分散粒狀。黃銅色。條痕墨綠色,金屬光澤。硬度3~4.性脆。比重4.1 ~4.3 ,能導電。是提煉銅的重要礦物原料。黃銅礦可形成於各種地質條件。
  黃鐵礦:晶形常呈立方體,五角十二面體。集合體常呈緻密塊狀、散染粒狀。
  淺黃銅色。條痕綠黑色。金屬光澤。硬度6 ~6.5.性脆。比重5.斷口參差狀。黃鐵礦是制取硫酸的主要原料,也可提煉硫磺。黃鐵礦是地殼中分佈最廣的硫化物,形成於各種地質條件下,其中多見於火山岩系中。
  方鉛礦:晶體常呈立方體,通常成粒狀、緻密塊狀的集合體。顏色為鉛灰色。
  條痕灰黑色。金屬光澤。硬度2 ~3.比重較大,為7.4 ~7.6.具弱導電性和良檢波性。
  是提煉鉛的最重要礦物原料,並常含銀、鋅作為副產品。
  自然界分佈較廣,熱液過程者最為重要,經常與閃鋅礦在一起形成硫化礦床。
  閃鋅礦:晶形多呈四面體,菱形十二面體,但常見者是粒狀塊體。顏色因含鐵量的不同而有差異,灰色、淺黃、棕褐直至黑色。條痕白色至褐色。光澤由松脂光澤至半金屬光澤。從透明至半透明。硬度3.5 ~4.比重3.9 ~4.1 ,隨含鐵量的增加而降低。
  閃鋅礦是提煉鋅的重要礦物原料,並從中可得鎘、銦、鎵等元素。常產於熱液礦床中。
  黑鎢礦:常呈板狀及粒狀。顏色棕至黑。條痕暗褐色。半金屬光澤。硬度4.5~5.5.比重6.7 ~7.5.含鐵較多者具弱磁性。
  黑鎢礦為提取鎢的重要礦物原料,主要用於冶煉合金鋼及電子工業。常產於高溫熱液石英脈及與花崗岩有關的礦床中。
  錫石:其形態隨形成溫度、結晶速度、所含雜質的不同而異。晶體常呈雙錐柱狀、長柱狀、針狀,集合體呈不規則粒狀。一般呈紅褐色,無色者極為少見,含鎢者呈黃色。條痕淡黃。金剛光澤,斷口油脂光澤。半透明至不透明。硬度6 ~7.性脆,貝狀斷口,比重6.8 ~7.0 ,是提煉錫的主要礦物原料。
  其形成與花崗岩有密切關係,氣化- 高溫熱液成因的錫石石英脈最有價值,風化後,常富集為錫礦砂。
  辰砂:單晶體呈厚板狀或菱面體形。集合體多為粒狀,或緻密塊狀以及被膜狀。
  紅色,有時表面呈鉛灰的錆色。條痕紅色,金剛光澤,硬度2 ~2.5 ,比重8.05,導電性極差。
  辰砂是提煉汞的最重要的原料。其單晶晶體可用作激光調製晶體,是當前激光技術的關鍵材料。形成於低溫熱液過程中。
  輝銻礦:單晶體呈柱狀或針狀,柱面具明顯的縱紋。集合體為放射狀或緻密塊狀,鉛灰色,條痕黑色,晶面常帶暗藍錆色,金屬光澤,硬度2 ,性脆,比重4.6.輝銻礦為提煉銻的重要礦物原料。用以製造合金及化工原料。
  輝銅礦:單晶體少見,晶形呈假六方形的短柱狀或厚板狀,通常呈緻密塊狀、粉末狀。暗鉛灰色。條痕暗灰色。金屬光澤。硬度2 ~3.略具延展性。小刀刻畫時不成粉末,卻留下光亮刻痕。比重5.5 ~5.8.導電性好。
  輝銅礦是含銅最富的硫化物,為提煉銅的重要礦物原料。
  見於熱液成因的銅礦床中。
  斑銅礦:常呈緻密塊狀或粒狀,新鮮的斷面呈暗銅紅色,不新鮮的表面常被覆藍紫斑狀錆色,條痕灰黑色,金屬光澤,硬度3 ,性脆,比重4.9 ~5.0 ,具導電性。
  為提煉銅的重要礦物原料。
  斑銅礦是許多銅礦床中分佈廣泛的礦物。常見於火山岩系中。
  孔雀石:單晶體呈柱狀或針狀,但極少見。集合體常為鐘乳狀或結核狀,有時其內部具纖維狀構造。深綠至鮮綠色。條痕淡綠色。玻璃光澤至金剛光澤。纖維集合體呈絲絹光澤,結核狀者光澤暗淡,硬度3.5 ~4 ,性脆,比重3.9 ~4.量多時可作提煉銅的原料,但質純而色美者多作工藝品原料,粉末可制顏料。
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  附二  常見化石簡介
  朱魯賽疊層石(Jurusania )
  次圓柱狀柱體,柱體平整、光滑、細而長。二分杈,但較少。子柱體比母柱體小。分出的二子柱體之間的夾角為銳角。基本層通常被柱邊所截。不具側壁。可具長而向下彎曲的簷或連接橋。通常柱體表面有一包裹柱體的薄膜。晚前寒武紀。
  揚子螺(Yangtzespira)
  殼微小,左旋,具1.2 ~2 個螺環。早期螺環小,末螺環迅速增大。臍孔或有或無。殼口大,近半圓形,口緣大且翻轉。殼面飾以同口緣一致的脊和生長線。早寒武世。
  萊得利基蟲(Redlichia )
  頭鞍窄而長,幾乎伸至外邊緣,三對頭鞍溝,頸環寬大。具頰刺。眼葉新月形,末端與頭鞍相接。邊緣溝深。麵線前支與中軸線交角成45°~90°。胸節多。尾部小,不分節。早寒武世。
  叉尾蟲(Dorypyge)
  頭鞍特別凸出,前端略收縮並具一對前坑。頭鞍溝3 對,但極短。頸刺頗長。
  眼葉小,位於中部。固定頰狹。尾部大,各尾肋均有側刺,後側端的一對特長,而末節的一對較短。中寒武世。
  蝙蝠蟲(Drepanura )
  頭鞍凸起,呈梯形。具三對頭鞍溝。眼葉小。固定頰極狹。尾部前側端伸出一對粗大的長刺,兩大刺之間具小鋸齒。晚寒武世。
  阿門角石(Armenoceras )
  殼體直錐形,橫切面略呈橢圓形。梯板較密,體管大,呈扁寬的念珠狀。早奧陶世較多。
  對筆石(Didymograptus )
  筆石體具兩個筆石枝,下垂至上斜,胞管為簡單的直管狀。早奧陶世至中奧陶世。
  震旦角石(Sinoceras )
  殼體呈圓錐至圓柱形。殼面飾有波狀彎曲的橫紋。梯板頸直,較短,體管細小,位於中央或略偏。中奧陶世。
  南京三瘤蟲(Nankinolithus )
  頭部強烈凸起,頭鞍具一明顯的假前葉節,三對頭鞍溝,後兩對較清楚。飾邊分為一個凹陷的內邊緣和一個略凸的頰邊緣,上葉板上,內邊緣有2 ~3 列小陷孔分佈在放射狀陷坑之內,頰邊緣前部小陷孔作放射狀排列,側部小陷孔排列不規則;在下葉板的樑脊之外有一列或兩列小陷孔。頰刺向後或向外側伸。胸部6 節。尾短,三角形或半橢圓形,中軸狹窄,分節明顯,肋葉有三對肋溝。晚奧陶世。
  針鏈珊瑚「Halysites (Acanthohalysites)」
  個體為圓柱狀或橢圓狀,大管之間發育小管。個體相連成鏈。整個珊瑚體的斷面呈多角篩網狀。橫板多而齊整。隔壁刺發育。志留紀。
  泡沫珊瑚(Cystiphyllum)
  單體,闊錐狀或角錐狀,體內充滿泡沫組織。志留紀。
  五房貝(Pentamerus)
  殼體呈長卵形或五邊形。鉸合線微彎曲,主端圓。近等雙凸形。中槽與中隆均不顯。殼面光滑或僅前部有微弱的同心線。志留紀。
  花瓣筆石(Petalolithus)
  筆石體單枝雙列,橫切面扁平,或呈長方形。胞管為細長的直管,排列緊密,大部掩蓋。早志留世。
  鋸筆石(Pristiograptus)
  筆石體僅一個筆石枝,直或曲,只一側有胞管,胞管為直管形,排列呈鋸齒狀,志留紀。
  單筆石(Monograptus )
  筆石體單枝單列,直或略曲。胞管口部向外彎曲,呈鉤狀。志留紀至早泥盆世。
  王冠蟲(Coronocephalus)
  頭鞍後部顯著收縮,有三對橫越的頭鞍溝,頭鞍前葉頗大,並與假鞍前區融合,頰刺長。活動頰外邊緣上有一排齒狀瘤。頭部殼面具粗瘤。胸部11節。尾部三角形,軸節數目較肋節多,肋節外端無肋刺。中、晚志留世。
  拖鞋珊瑚(Calceola)
  單體,拖鞋狀,腹面平坦而背面上凸。具半圓形萼蓋,隔壁呈短脊狀,在平坦面上和萼蓋內面成平行排列,而在凸面上成羽狀排列。萼穴極深。早、中泥盆世。
  巔石燕(Acrospirifer)
  殼體亞半圓形,主端翼狀,但不十分橫長。雙凸形。鉸合面微凹,不高。中隆、中槽顯著,光滑。側區殼褶粗強,脊頂渾圓,數目不多。同心層顯著,並飾以梳齒狀的細放射紋。早泥盆世至中泥盆世早期。
  多鰓魚(Polybranchiaspis)
  背甲呈橢圓形。胸角呈翼狀。胸角末端與背棘末端大致在一水平線上。頭甲背緣中央向後突伸為背棘,其兩側向內凹進。口孔背位,靠前,橢圓形。眼孔側位。
  松果孔甚小。每側有各自獨立的外鰓孔11個。主側溝前部近眼孔處分屬於眶下溝。
  眶上溝呈V 字形。主側溝尚有4 ~5 對橫枝。甲片表面具星狀突起斑紋。晚志留世至早泥盆世。
  工蕨(Zosterophyllum)
  植物體矮小,簇狀叢生。近地表的擬根莖部分發生H (即工字形)或K 字形的特殊分枝,並由此分出二歧分叉的直立枝。這些分枝寬約1 ~2 毫米,表面光滑。
  孢子囊穗位於直立枝的頂端。早泥盆世。
  六方珊瑚(Xexagonaria )
  塊狀復體,個體呈多角柱狀。兩級隔壁,有時具脊板。鱗板帶寬,由多列半圓形鱗板組成。橫板帶窄,橫板多不完整,常見邊板。中、晚泥盆世。
  鴞頭貝(Stringocephalus )
  殼大,近圓形,雙凸形,腹殼凸度稍高。最大殼厚位於後方。腹喙長,似梟喙。
  殼面光滑無飾。中泥盆世。
  弓石燕(Cyrtospirifer )
  殼近方形,殼的最大寬度位於鉸合線上。雙凸形。鉸合面低矮。中槽與中隆均發育良好。側區殼褶較粗,簡單分枝。晚泥盆世。
  簿皮木(Leptophloeum)
  喬木,二歧分枝。葉座較大,菱形或斜方形,相互擠緊,螺旋狀排列。葉痕位於葉座的中或上部,卵形或橢圓形,中央有一維管束痕,晚泥盆世。
  貴州珊瑚(Kueichouphyllum )
  大型單體,錐柱狀。隔壁多而長,在橫板帶內常加厚,少數會集中心。次級隔壁也長。主內溝清晰。鱗板帶寬,鱗板呈規則同心狀。橫板呈泡沫狀,向中心上升,早石炭世晚期。
  小紡錘(蟲+上竹下廷)(Fusulinella )
  殼小至中等,紡錘形。6 ~9 圈。旋壁由緻密層、透明層和內、
  外疏鬆層組成。隔壁平直或在兩極輕微褶皺。旋脊粗大,每圈均有。初房小而圓。中石炭世。
  假希瓦格(蟲+上竹下廷)(Pseudoschwagerina )
  殼體大,球形。最初1 ~4 圈包捲很緊,其後驟然放鬆,最後
  一圈又收緊。旋壁由緻密層及蜂巢層組成。隔壁微有褶皺。初房小。晚石炭世。
  鱗木(Lepidodendron )
  高大的喬木,二歧式分枝。葉座呈菱形或紡錘形,螺旋狀排列。葉痕橫菱形或斜方形,中央有一維管束痕,兩旁各有一側痕。葉座常有中脊和橫皺紋。晚石炭世至早二疊世最盛。
  南京(蟲+上竹下廷)(Nankinella)
  殼中等大小,凸鏡形。殼緣圓尖,臍部外凸。一般8 ~14圈。旋壁常礦化,構造不易看清。隔壁平直。旋脊發育,每圈均有。此(蟲+上竹下廷)常硅化,在風化的石灰岩表面突出顯著。二疊紀。
  新希瓦格(蟲+上竹下廷)(Neoschwagerina)
  殼體較大。粗紡錘形。11~20圈,旋壁由緻密層與蜂巢層組成。副隔壁有軸向和旋向兩組。每組尚有第一副和第二副隔壁之分。擬旋脊低而寬,發育完好。列孔多,初房圓而小。早二疊世。
  旱阪珊瑚(Hayasakaia)
  叢狀復體,由彎曲的、直的稜柱狀或部分呈圓柱狀個體組成。各個體之間由規則的成四排分佈在稜上的聯接管聯接,橫板完整,上拱傾斜,沿體壁邊緣發育斷續的泡沫帶,隔壁刺狀,晚石炭世至早二疊世。
  多壁珊瑚(Polythecalis)
  塊狀復體,個體呈不規則多邊形。外壁部分消失,個體之間以泡沫板相接。邊緣泡沫板凸度大,較規則。隔壁未伸入泡沫帶,隔壁帶與泡沫帶界線分明。復中柱較小,由中板、規則的輻板及斜板組成。橫板緩向復中柱傾斜,早二疊世。
  輪葉(Annularia )
  葉輪生,分佈在一個平面上。每輪有葉6 ~40枚,長短近相等,幾乎互相連合,呈放射狀排列。葉線形、倒披針形或匙形,具單脈。早二疊世最盛。
  櫛羊齒(Pecopteris)
  多次羽狀復葉,羽軸表面光滑或具細縱紋。小羽片舌形、橢圓形、矩形。基部整個著生於末級羽軸上或略收縮,兩側邊近平行,全緣。葉脈羽狀,中脈一般明顯。
  晚石炭世至二疊紀最盛。
  假提羅菊石(Pseudotirolites )
  殼外卷,側部有明顯的肋,距腹部不遠處常有側瘤和橫肋,腹部具明顯的中脊。
  菊面石形的縫合線。晚二疊世。
  大羽羊齒(Gigantopteris )
  大型單葉、倒卵形、長橢圓形。邊緣全緣、波狀或齒狀。葉脈有四級,中脈粗,一至三級側脈羽狀。三級側脈聯結成大網眼,內有由細脈結成的小網眼,形成重網狀。具鄰脈和盲脈。早二疊世晚期至晚二疊世早期。
  克氏蛤(Claraia )
  殼體近圓形,不等殼,左殼較凸。殼頂位於前端。殼面具同心線或具放射線。
  後耳較大,不延伸,與殼頂部分的分界不明。前耳小或缺失。右殼扁平,前耳下足絲凹槽顯著。鉸邊直而短。早三疊世。
  緬甸蛤(Burmesia)
  殼近橫卵形,兩側稍不等。鉸邊直,略小於殼長。膨凸中等。殼頂小而不顯,殼嘴內彎。殼面中部有放射線,而前後部則具明顯的同心線。殼面尚有密集的小斑點。晚三疊世至早侏羅世。
  新蘆木(Neocalamites)
  莖分節,中空。節間的縱肋與縱溝較細。葉輪生在節上,數量多,窄長,長短相近,基部分離,單脈。節上有一排圓形或橢圓形的葉跡。三疊紀至中侏羅世。
  側羽葉(Pterophyllum)
  葉羽狀,裂成細線形或舌形的裂片。裂片基部著生於羽軸的兩側,上下兩邊近於平行。葉脈平行,不分杈或在靠近基部處分杈一次。三疊紀和侏羅紀最為常見。
  蘇鐵杉(Podozamites )
  枝細。葉橢圓形、披針形或長線形。螺旋狀或兩列狀排列在枝上。葉脈細而直,與側邊平行,至頂端聚交或交於兩側邊緣。晚三疊世至早白堊世。
  狼鰭魚(Lycoptera )
  頭大,眶上骨一塊,眶上感覺溝終止於頂骨。眼大。鰓蓋系統完全,前鰓蓋骨下枝較上枝寬大;下鰓蓋骨小,鰓條骨纖細。椎體筒狀,中部略收縮。齒骨較大,向後逐漸增高。上下頜有牙齒。一般背鰭與臀鰭相對。胸鰭大,內側有一粗大不分節的鰭條。正型尾,尾椎骨上揚。晚侏羅世。
  類三角蚌(Trigonioides)
  殼體大小不等,卵形或方形。殼飾除同心紋外,都具有中部的「V 」字形,與兩側的「人」字形脊飾。中央小齒發育較正常。白堊紀。
  嵌齒象(Gomphotherinm )
  屬長頜乳齒象中的最基本的一屬。上門齒相當長大,向下並向外稍彎曲;下頜聯合部引長成喙嘴狀,嵌在二側上門齒中間,故名嵌齒象,下門齒微向下彎曲,橫切面趨向扁平。頰齒的齒尖成圓錐形(乳頭狀)。附尖發達,磨蝕後三葉形圖案清楚,中間頰齒有三個橫脊。中新世至更新世早期。
  大唇犀(Chilotherium)
  體矮壯,四肢短。前後腳均為三趾。頭骨短,鼻骨長而弱,無角。下頜結合部粗壯並擴大成鏟狀。門齒大,間距寬,向外上方伸出。前臼齒比後臼齒小並向前急速遞減。臼齒具粗大的前刺和反前刺。第二臼齒明顯地大。中新世至上新世。
  三趾馬(Hipparion )
  比現代馬小,前後肢均為三趾,中趾粗而著地,側趾較小而不著地。門齒有凹坑。頰齒高冠,稜柱形,前臼齒已臼齒化。上頰齒琺琅質褶皺強烈,白堊質豐富,原尖孤立,圓柱形。下臼齒有兩個突起,形成一個縱長的雙柱形。上新世。
  馬(Equus )
  四肢高度特化,第三趾特別發育,其餘趾均退化,掌骨很長,而趾(指)骨較短。門齒有凹坑。頰齒高冠,斜方形。原尖和次尖分別以窄頸與前脊和後脊相連,原尖比次尖大,通常為橢圓形。第四紀。
  上門齒長大,彎曲很小;下頜短,臼齒低冠至半高冠。齒脊數目多,中間臼齒有6 ~11個橫脊,最後一個臼齒有9 ~15個橫脊,齒脊上乳突急速地分裂,分成很多小錐,谷部充填的白堊質發育。上新世至中更新世。
  頭骨高,穹形。有強大的額部突起。大象牙較直,末端輕微向上向內彎。臼齒高冠,齒板緊密平行排列。琺琅質薄,呈波浪式褶皺。
  猛□象(Mammuthus )
  頭骨短而高,枕骨前的額頂脊特別高,前額凹。頭蓋和下頜的垂直高度非常大。
  臼齒高冠,冠面寬,齒板數目多,第三臼齒齒板達27個之多。齒板琺琅質厚度小,褶皺細密。中、晚更新世。
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  附三  地質旅行實例兩則
  (一)西湖地質旅行杭州西湖,是一處早已聞名中外的旅遊勝地,這當然是由於她的明山秀水誘人的緣故。而對於地質工作者來說,那裡的地層和構造的特點(具有沉積岩發育區的代表性),在我國南方各省區中也是比較典型的。所以,有機會來杭州西湖,除了訪古尋幽以外,作一番地質旅行也是很有價值的。這裡,你也許會問:偌大的西湖,群山連綿,碧水環回,應從何處作地質旅行最為適宜?要回答這個問題,就得按地層產狀的特點進行考慮,而地層產狀又往往反映在山脈的走向上。因此,可取一張普通的西湖地形圖看一看。
  西湖群山,基本上集中在湖的西南側,山脈與溪谷的走向基本上是東北—西南向。那麼,我們的地質旅行路線就應該選擇西北—東南向,以便跨越不同時代的岩層,觀察其巖性變化、化石特點、構造格局、地形起伏與地質的關係等等。具體他說,可以選擇從北高峰經飛來峰、龍井、南高峰至玉皇山一線為最佳。
  現在,就讓我們沿這條路線作一次地質旅行吧!先從北高峰北側(古蕩地區)
  的東老岳起步。這裡的低丘間分佈著一套紫紅色粉砂岩和細砂岩,也有粉砂質泥巖,根據鄰區地層對比關係,應屬於晚志留世潭頭群的頂部,也可以說是西湖一帶最老的層位了。接著,上北高峰,自北坡直到山頂(海拔313 米)周圍,岩石變為紫紅色、灰黃色、灰綠色厚層狀至塊狀的長石石英砂岩,砂岩夾頁岩,這套岩層也見於天竺山、五雲山、六和塔、虎跑泉等地,由於這些岩石抵抗風化和水流侵蝕能力較強,所以往往形成西湖
  外圍地帶的突兀高聳的山脊和峰巔。根據巖性特點,與六和塔發現溝鱗魚化石的下、中泥盆統唐家塢群相當。又由於這些岩層具有良好的透水性能,每當斷裂發育時,泉水便可沿裂縫上升,流溢出地面,如附近的虎跑泉、江蘇無錫的天下第二泉均屬此類型。
  從北高峰南坡下山,巖性為乳白色的石英砂岩夾頁岩,與此相當的地層,在杭州附近的其他地方,曾發現斜方鱗皮木(或稱薄皮木)化石,該層可歸屬晚泥盆世,並命名為西湖組。
  到北高峰南麓,靠近飛來峰時,出現一套由雜色砂岩、泥巖以及劣質煤構成的岩層,巖性疏鬆,極易風化,且被流水沖走,故此處形成谷地,附近的天竺溪、滿覺隴等窪地亦相同。在這些岩層中曾找到亞鱗木、腕足類化石,定其時代為早石炭世。值得注意的是,前述各地層,基本上是陸相的,而下石炭統出現海陸交替相沉積,預示著將有規模較大的海侵發生。這套地層,稱為珠藏塢組。
  自北高峰南麓向東南行,便是著名的靈隱飛來峰。這座滿佈石刻佛像,洞壑玲瓏的石灰岩小山,由於在灰白色略帶粉紅色的岩層內發現(蟲+上竹下廷)類化石以及「球狀構造」(藻類化石),確定其地質年代及其層位為中石炭世黃龍組和晚石炭世船山組。如果再注意其地層產狀,北坡向南傾,南坡向北傾,山頂為上石炭統,山麓及山坡為中石炭統,由此可見,整個飛來峰就構成一個典型的向斜構造。
  自飛來峰南坡南行,接天馬山北坡,又出現先前在北高峰見到過的泥盆紀地層,這種層序關係上的突變,應引起注意,原來在天馬山與飛來峰之間的山窪處,正是一條逆衝斷層通過。也正有泉水淙淙流出,冷泉是也。
  要是再注意此間巖性,石灰岩組成的飛來峰正好位於石英砂岩與頁岩組成的北高峰、天馬山之間,顯得飛來峰的岩層與周圍所見者不同,被砂頁岩包裹著石灰岩、飛來峰之名,更具有地質特徵了。
  天馬山之南,即龍井,為谷地所在,平坦的上石炭統地層出露,其南接南高峰,兩者之間,又有一條逆衝斷層。多溶洞的石灰岩層再加上斷裂,泉水自然溢出,故龍泓澗上游出現著名的龍井泉了。
  整個南高峰,雖然都是石灰岩地層,但細分起來有三組地層,山麓的灰白色略帶微紅者可能歸中石炭世的黃龍組。山坡上灰白色者為上石炭統的船山組(此兩者與飛來峰相同),山頂深灰色並含燧石結核者,含有豐富的大型(蟲+上竹下廷)
  類及珊瑚腕足類化石,屬早二疊世的棲霞組。南高峰地層與產狀,南北相向對稱,新地層位居中間,老地層位居兩側,與飛來峰一樣,也是一座向斜山。石灰岩山的溶蝕洞頗為發育,再加上兩側山麓的衝斷層,於是巖溶地貌更為稱奇,著名的水樂洞、煙霞洞、石屋洞以及洞內絢麗多姿的鐘乳石的發育,就與這些地質現象有關了。
  南高峰之東南,為青龍山,出露早石炭世的砂頁岩地層,並構成背斜構造,其北翼與南高峰之間為一逆衝斷層;南翼接連上覆中石炭世至早二疊世的黃龍組、船山組與棲霞組的石灰岩地層,即九曜山是也。其南側與玉皇山相連處,呈一埡口,下石炭統覆於下二疊統之上,此處又是一條逆衝斷層,跨過斷層帶向上攀登,為玉皇山,此山出露的地層與構造格局,與南高峰相同,亦屬向斜部位。
  玉皇山,又名玉龍山,海拔高度241 米,登上山頂,既可俯瞰西湖景色,又可眺望錢塘江雄姿,故古人曾有「玉龍山上接穹羅,左帶錢江右枕湖」之句。站立峰巔,回首環顧自北高峰以來的地質與地貌景觀,歷歷在目,信手剖面大體上可告一段落。尤可注意的,由於山頂適當向斜中心,便於儲存岩層中的裂隙水,故有白玉蟾井、天一池等古跡。巔頂東南側,巨大的溶洞——紫來洞,為遊人常到之地。
  玉皇山之南的將台山,地層展佈與構造格局與玉皇山相同,只是在兩山之間的埡口處為一衝斷層所在。將台山之南的棲雲山,又出現與北高峰相同的泥盆紀砂頁岩地層。到此,這條西湖地質旅行路線基本完成,總的面貌已經清楚,北面的北高峰與南面的棲雲山出露本區較老的泥盆系,而中間的南高峰則為本區較新的下二疊統,這樣,北高峰—南高峰—棲雲山構成一條較為完整的向斜構造。但中間仍有如天馬山、青龍山所見的小背斜和飛來峰、南高峰、玉皇山所見到的小向斜。因此,用構造地質學術語來說,整個西湖群山構成一條杭州復向斜——大的向斜構造中包含著若干小的背斜和向斜。也就是這條地質旅行路線上見到的結論。
  如果有時間、有興趣的話,還可以選擇西湖周圍的其他地質旅行路線,各有各的特色。例如從龍井翻越獅峰,沿九溪十八澗而下,直至徐村一線,沿途可以觀察有爭議的冰川地貌遺跡。沿葛嶺、寶石山至孤山一線,可以觀察火山碎屑巖地層,瞭解晚侏羅世浙江火山活動之一二。也可注意「寶石」(火山岩中的碧玉)的由來以及壽星石、石屏風、正川洞、紫雲洞等名勝與火山岩地貌的關係。站在孤山上,瞭望西湖周圍的山形以及平原地貌特點,還可研究百萬年以來從海灣演變為西湖的滄桑史。總之,西湖的地質內容極其豐富,是地質旅行的好地方,在此,不可能一一介紹。
  (二)黃山地質旅行黃山,位於安徽南部,是皖南丘陵山區的中樞,東接浙皖交界的天目山,北連佛教四大聖地之一的九華山,西南通向祁門山區,南緣為屯溪盆地。也是錢塘江與長江下游的分水嶺。面積達154 平方千米,區內有著名的72峰,多數高度在千米以上,其中以蓮花峰最高,1873米,也是安徽省境內的最高峰。
  黃山風景聞名於世,始於唐代,李太白有《送溫處士歸黃山白鶴峰舊居》詩云:黃山四千仞,三十二蓮峰。
  丹崖夾石柱,菡苕金芙蓉。
  直到1616年、1618年徐霞客兩次登黃山,寫下了遊覽日記,於是名聲大盛。
  「五嶽歸來不看山,黃山歸來不看岳」的贊語流傳至今。
  黃山的奇異景致,主要是花崗岩構成。這裡的花崗岩體呈橢圓體,長軸15千米,短軸10千米,出露面積107 平方千米。在黃山作地質旅行,主要也就是瞭解花崗岩體的某些特徵,因此,可作為火成岩區地質旅行的代表。這條路線可選擇在桃花峰至芙蓉嶺南北向剖面上,今簡述如下。
  桃花峰為石英砂岩(可能屬泥盆系)及因花崗岩入侵而變質的綠色砂岩,至黃山賓館,出露細粒花崗岩,在逍遙溪中所見者最為清楚,這些細粒結構的花崗岩,說明侵入體邊緣部分冷卻較快所致。自黃山賓館至光明頂,一路都見粗粒花崗岩,表示向巖體的中心部位靠近。至獅子林,則見斑狀花崗岩,已達巖體的中心。這類粗粒和斑狀結構,說明岩漿冷卻緩慢,結晶顆粒就變得粗大了。自獅子林至芙蓉嶺,又見到粗粒花崗岩變為細粒花崗岩,靠近巖體的邊緣了。所以,從黃山賓館到芙蓉嶺,比較完整地見到了黃山巖體的面貌。
  自芙蓉嶺再向北行,出露花崗閃長巖,即稱為太平巖體,由於含有較多的黑色礦物,極易風化,地貌上變為渾圓平坦的小丘,風化土也較厚。相比之下,黃山巖體的黑色礦物較少,巖性堅硬,抵抗風化侵蝕力較強,以致形成群峰林立、萬石爭奇的風光了。
  如果要觀察黃山的地貌景觀,上述路線也可同時進行,在黃山花崗體所在處,峰林地貌十分壯觀。不過,需要說明的,通常所說的峰林是指石灰岩地區的巖溶地貌而言,而這裡的峰林成因則由於巖性堅硬外,深大而垂直的節理也特別發育,沿裂隙作強烈的切割侵蝕,於是就形成一座座尖銳的山峰,構成石林如海的奇觀了。
  在這些峰林地貌中,尤以海拔1600~1800米的峰巒(如玉屏樓、天都峰、蓮花峰、始信峰、飛來石、排雲亭、光明頂、獅子峰、翠微峰等)最為壯麗,多屬懸崖峭壁,深溝峽谷。在這些「峰林」兩側,則有1000~1200米高度的硃砂峰、紫雲峰等,形成南北對稱的低一級群峰及其峽谷。再低一級,為600 ~700 米的低丘了。這三級不同的高度,代表了三級剝蝕面。又由於在最高級的剝蝕面上曾經發現白堊紀的沉積物,由此可見,自白堊紀晚期以來,黃山地區曾發生過三次間歇性的上升。進入第四紀以來的二三百萬年間,山體上升仍未停歇。
  如果你對生物有興趣的話,黃山的名花奇株、珍禽異獸也十分豐富。就植物而言,高等植物有1600多種,其中有70種是珍稀品種,被列為保護對象。由於黃山氣候分帶與海拔高度有關,故植物的垂直分佈特徵甚是清楚。例如1100米以下是常綠闊葉林帶,屬亞熱帶環境;1100~1600米是落葉闊葉林和山地矮林帶,屬溫暖濕潤的溫帶環境。
  動物方面,鳥類170 多種,獸類48種,爬行類38種,魚類24種,兩棲類20種,其中14種已在保護名單之列。
  在地質旅行的路途中,還可順便注意這些生物分佈,可謂意外收穫也。
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  附四  中國各地質時期主要內生礦產簡表
  侵入期 距今年數(億) 主要分佈地區 岩石類型 有關礦產
  新生代
  喜馬拉雅期 0.2 ~0.5  西藏、台灣等 超基性巖、石英閃長巖、花崗石Cr、Au、Cu、Pb、Zn
  中生代
  燕山期 晚期 0.7 ~1.0  東部地區、滇西、西藏、喀喇崑崙山 花崗岩、閃長巖、二長巖等 Sn、W 、Mo、Pb、Zn、Cu、Hg、Sb、Au、螢石、明礬、葉蠟石、重晶石、水晶
  中期 1.37 東部地區、滇西、西藏 黑雲母花崗岩、花崗閃長巖、基性和超基性巖 W 、Sn、Bi、Mo、Fe、Cu、Pb、Zn、Be、Cr、Ni、Ti、Pt、石棉、葉蠟石、明礬石
  燕山期末分 東北北部、內蒙北部、秦嶺 花崗岩、白崗質花崗岩、斜長花崗岩、花崗斑岩、基性巖 Mo、Cu、Pb、Zn、Au、螢石、水晶、鈦釩磁鐵礦
  印支期 2.00 南嶺、海南島、川西、滇西、秦嶺、南祁連山 黑雲母花崗岩、石英閃長巖、輝長巖 Fe、Cu、Ni、稀有金屬、雲母
  晚古生代
  海西期 晚期 2.30 東北、內蒙、天山、崑崙山、川滇、台灣 花崗岩、基性和超基性巖 Fe、W 、Sn、Mo、Pb、Zn、Be、Cr、Ni、釩鈦磁鐵礦、金雲母、水晶、石棉
  中期 2.40 大興安嶺、內蒙北部、天山及川滇邊區 黑雲母花崗岩、花崗閃長巖、基性和超基性巖 Fe、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、釩鈦磁鐵礦、雲母、水晶、菱鎂礦
  早期 2.8  阿爾泰、準噶爾、天山、川滇邊區、祁連山、崑崙山、內蒙 基性和超基性巖、花崗岩、花崗閃長巖 Cr、Cu、Ni
  續表
  侵入期 距今年數(億) 主要分佈地區 岩石類型 有關礦產
  早古生代
  加裡東期
  晚期 4.05 南嶺、內蒙北部、天山 黑雲母花崗岩、花崗閃長巖 與金礦關係密切
  早期 4.40 北祁連山、北山、賀蘭山 基性和超基性巖、變質火山岩 Cr、Pt、Cu、Ni、Fe
  元古代
  後期 6 ~17 秦嶺、鄂西 花崗岩、閃長巖
  前期 17~27 遼東、華北、華南 花崗岩、花崗閃長巖、花崗斑岩、超基性和基性巖 Cu、Pb、Zn、Au、Cr、Ni、Fe、滑石、石棉、菱鎂礦
  太古代
  >27 東北、華北 花崗岩、基性和超基性巖 雲母、稀有金屬、Au、Cu、Ni、Cr、Fe、B
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  後記
  夏樹芳
  《地質旅行》初版迄今整整10年了。湖南教育出版社為貫徹江澤民主席提出的「科教興國」偉大方略,總結20世紀中國科普創作的成就,普及科學知識,提高國民的科學文化素質,推動和繁榮我國科普創作之目的,編輯出版《中國科普佳作精選》,將拙作列入修訂重版之列,對我個人來說,當然是很高興的事。這也是廣大讀者對我多年來從事科普創作的肯定和鼓勵。
  《地質旅行》一書,最初由科學出版社出版。當時,正值「文化大革命」後,許多學術團體恢復活動,逐步走上正常的運作軌道,除了促進科學研究,開展論文交流以外,還注意到向廣大群眾普及本學科知識的任務。中國地質學會和中國古生物學會與科學出版社合作計劃各出一套基礎知識叢書,我先後接受了《古生物與能源》、《地質旅行》兩本書的編寫任務並按期完成。其目的是向具有中等地理知識的廣大青年普及動態的地質知識,特別給身在農村或喜歡到山水名勝地區旅行觀光的知識青年在接觸大自然過程中學習一些基礎地理和地質知識,認識自然、掌握自然,開拓科學眼界,有機遇時,還可為經濟建設做點工作。同時,也可以給初步涉獵地質專業的學生們增加學習興趣,幫助他們在野外觀察各種地質作用和地質現象,補充課堂教學內容。
  本書出版後的這10年來,各地旅遊事業迅速發展,並逐步形成新的產業,備受各界關注。城市群眾紛紛離開喧鬧的環境,接觸大自然的機會日益增多,他們對自然界的興趣與日俱增。在遊覽觀光途中,已不滿足於導遊人員的故事講解,而希望瞭解各旅遊地點的自然環境及其賦存的科學意義。於是,那些地方的地質概貌及其特點也就成為旅遊者關心的熱點,他們希望學習到一些科學文化知識,頗帶古人倡導的「遊學」的味道。我認識兩位生長在上海和杭州的中學畢業生,他們曾到過不少地方,受到《地質旅行》的啟發,在遊覽過程中,寫了不少有關地質方面的心得體會,或記錄材料,還經常來信與我探討他們觀察到的問題。有時,還採集到不少化石、岩石或礦物標本要求鑒定,成為業餘的收藏愛好者,還曾將藏品在當地舉辦的小型展覽會上亮相,獲得好評。
  有些在旅遊學校任教的地理老師,也把《地質旅行》作為他們備課時的教學參考書,給未來擔負導遊任務的青年學生講授地質、地理知識,使他們在向遊客講述旅遊勝地的山容水貌時能充實科學內容,揭開大自然的神秘面紗。
  許多遊客也反映,在欣賞景點的風光之時,他們感到希奇古怪的胡編故事不及帶有科學見解的地質知識有意義。
  由此看來,《地質旅行》已經不是局限於地質專業的科普讀物,其作用或影響,隨著國民經濟的持續發展,超過了10年前的想像了。
  趁本書再版的機會,回顧一下本人科普創作的經歷,總結一下科普創作的思想與經驗教訓,也許是有益的。
  早在中學時代,我很愛好文學,曾在家鄉的地方報紙上發表過多篇散文與詩歌,似乎有一種模糊的創作習慣。進入大學地質系以後,與文學告別了。但在學得地質專業知識以後,萌發了科普創作的念頭,1953年,試寫了一篇《地下水與打井》,寄給《科學大眾》,不久,竟在抗旱專號上發表了。興奮之餘,想不到這篇短文竟能在當時久旱氣候時尚有實用價值,可幫助生產。因此心想今後不妨繼續寫下去。
  1955年大學畢業後不久,做郭令智院士(當時是教授)的助手,參加汾河地質調查,在野外考察期間,郭老師鼓勵我寫些地質旅行文章,並風趣他說:「做一名現代徐霞客如何?」當時,並沒有想做徐霞客的雄心壯志,但他這一提醒卻激發了我寫作的慾望。兩個月的野外工作結束,把必要的考察記錄整理好以後,隨手寫了一篇《汾河地質調查記》,寄給《旅行家》,不久,發表了。此後的兩年間,又寫了《閩贛道上看地質》、《隴東黃土高原查勘記》等文章,相繼在《旅行家》上發表。
  當時,正值第一個五年計劃期間,礦產資源勘探的消息經常在新聞報道中出現,引起廣大群眾的關心和興趣,我的地質科普文章反響也自然很大。經常由《旅行家》編輯部轉來群眾來信,詢問他們家鄉的一些地質或礦產資源問題。其中一些還由編輯部在專欄內選刊出來,密切了編者、作者和讀者的關係。這幾年間,我深深地體會到群眾很需要科學知識,科普創作應該是自己義不容辭的責任。
  但是,作為一名大學教師,評定學術水平的標準是靠專業論文,而不是寫科普文章。所以自己的主要精力當然撲在教學與研究上,科普文章只能偶爾為之。
  「文化大革命」將近尾聲之時,上海科技出版社的《科學畫報》改名《科學普及》,編輯來南京大學組稿,需要地學方面新近發展起來的課題的科普文章。當時,我的老師王德滋院士(當時任教務長、副教授)接待他們,介紹我為該雜誌撰稿。
  我先後寫了板塊構造、古氣候方面的科普文章,都刊出了。不久,「文革」結束,編輯部經常轉來群眾來信,要求解答常見的地質現象問題。從此,感受到了「文革」
  以後廣大群眾渴望獲得科技知識的迫切心情並感到科普創作的大好形勢正在形成,我應當擔負一些責任。
  1976年末,上海科技出版社編輯鄧榮輝同志向我建議,是否寫一本介紹化石的書。當時,中國科學院古脊椎動物與古人類研究所創辦的《化石》雜誌已經問世兩年,並得到毛主席的讚揚,群眾對化石知識也頗感興趣。她的提議,引起我的觸動,於是答應下來。雖然科普文章我己寫過多篇,可是科普著作,尚未嘗試過。好在鄧榮輝富有編輯經驗,雙方共同合作下,花了一年時間,終於完成《化石漫談》一書,1978年正式出版,初版7 萬多冊,半年就賣完了,以後又作第二次印刷。
  當《化石漫談》出版後不久,我陸續收到來自工人、農民、學生、基層幹部的來信,他們都談到閱讀後的收穫,或提出他們見到過的若干地質現象及其疑問,有些還附上素描圖、照片,甚至寄來標本,要求鑒定。讀者的熱烈反響,提高了我科普創作的興趣,更增強了我在教學和科研工作中的信心,從中明白了鑽研專業與群眾的需要是緊密相連的道理。
  此時,香港《文匯報》上也發表了一篇評論《化石漫談》的文章,認為這是一本質量較高的科普作品,讀者不僅學到了豐富的化石知識,而且還學到辯證唯物主義與歷史唯物主義。同時,還讚揚書中的插圖也畫得好,以為出自富有經驗的畫家之手,其實,他們都是初出茅廬的「青年畫家」,只是在作畫時與我密切配合,共同切磋完成的。
  1980年,本書獲得《新長征優秀科普作品》二等獎。
  此後,我陸續寫了地球歷史、地質旅行、人類起源等方面的科普小冊子好多本。
  1990年,獲得由全國科普作家協會第二次代表大會頒發的成績突出的科普作家稱號。
  回顧這些年來的創作,感受是很豐富的,歸納起來,有以下幾點:一、科普創作的靈魂是科學性,也就是說,每一篇科普作品必須把各個學科的最基本的、嚴格而準確的概念告訴讀者,絕不能認為科普作品是寫給一般普通群眾閱讀的,不是科學論文,可以隨便地寫作,甚至把不符合科學實際(或規律)的純幻想傳授給讀者,避免造成誤導,以訛傳訛。
  我曾經接觸過不少出版社的編輯,在組織科普稿件時,總希望從事本專業工作的科學家來寫,道理就在於此。
  二、科普創作應盡量具有文藝作品的吸引力。一般而論,科學論文強調邏輯思維,文藝創作則強調形象思維,而科普作品,我認為必須兩者兼備。也就是說,一篇(本)好的科普作品,應該是科學與文藝的完美結合,使讀者在閱讀科普作品時感到輕鬆愉快,不費腦力,從中獲得科學知識。內行人看後感到沒有錯誤,外行人看後感到饒有興味。
  三、科普作品要含有較多的信息量,寫作時要善於旁徵博引,借題發揮,把本專業應有的知識「亮相」以外,還要吸收相關的、有聯繫的其他知識。如果寫作時僅局限於某個小問題闡述,有時會感到施展不開來,問題也說不清、講不透。如果把筆頭開拓一下,觸類旁通,游刃有餘,問題也就能說清講透。比如我遇到過不少有相當文化水平的讀者,他們分不清古生物學與考古學的概念,當他們弄清楚化石與文物的概念以後,再結合實物來理解,這問題就解決了。
  四、科普作品要吸收一定的文學知識,特別是古典文學的知識是很有必要的。
  因為我國古代自然科學是相當發達的,古籍中自然現象的記載也是相當豐富的。例如,有關我國地震的記載,早在《詩經·小雅·十月之交》中就提到:燁燁震電,不寧不令。
  百川沸騰,山塚崒崩。
  高岸為谷,深谷為陵。
  哀今之人,胡慘莫懲?
  諸如此類的科學問題,在許多古典詩詞中均屢見不鮮,當我們提到現代科學時,適當聯繫一下古代科學,對我們發揚愛國主義精神也是很有好處的。
  五、科普作品要寫得通俗易懂。據說,唐代大詩人白居易每寫好一首詩,首先念給群眾聽聽,徵求他們的意見,達到「老媼都解」的境地。我想,既然科普作品是讓廣大群眾閱讀的,行文時必須注意用字遣詞的通俗性,盡量避開晦澀的字或詞,不然就不能叫科普作品了。
  今年(1998)正好是中國共產黨十一屆三中全會20週年,我的第一本科普讀物出版也正隨著改革開放的足跡走過了20週年,所以,此次《地質旅行》的修訂也算是對我從事科普創作的鼓勵,我將為繁榮科普創作而奮鬥終生!
  1998年歲暮於南京大學
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<<地質旅行>> 〔完〕

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