灰岩上長出了烏龜殼？

喀斯特地貌

灰岩是個什麼岩？

灰岩，是沉積岩的一種類型，化學成分以碳酸鈣為主，與成分為碳酸鎂為主的白雲岩等一起被稱為碳酸鹽岩。灰岩是可溶性岩石，在水量充沛、氣候潮濕的地區常常形成岩溶地貌，又稱為喀斯特地貌。灰岩在我國很多地方都廣泛出露，小編本科期間在野外地質實習過程中就見到過秦皇島亮甲山組、周口店府君山組、秭歸茅口組和栖霞組等不同地區和時代的各式灰岩。灰岩與我們的生活息息相關，可以用來燒制石灰和水泥，是重要的建築和工業原材料。

灰岩上的龜背？

在我國陝西南部、重慶、四川、湖北、湖南、貴州等地，有這樣一種外部造型獨特的灰岩，灰岩表面凹凸不平，呈塊狀隆起，以四邊形、五邊形、六邊形為主，塊體邊緣呈現凹槽，凹槽相連形成網狀，層面上廣泛發育這種多邊形的網紋，形如烏龜的背殼。在重慶南部的萬盛國家地質公園内，就以奧陶紀的龜裂紋灰岩為主體形成了奇特的石林、峽谷地貌。

重慶萬盛地質公園内的龜裂紋灰岩

好端端的灰岩上怎麼就長出了“烏龜殼”？

接下來我們就來看看這一奇特的“龜裂紋灰岩”

寶塔鎮河妖（烏龜）

1924年，我國著名地質學家李四光在對長江三峽進行地質考察時，在湖北省秭歸縣新灘龍馬溪以東的雷家山命名了一套奧陶系地層，因其中的灰岩富産外形似寶塔的化石——直殼頭足類中華震旦角石（Sinoceras chinense）而被命名為“寶塔灰岩”，其後被廣大地質工作者沿用至今，該組灰岩在地層劃分與對比方面極為重要，為中奧陶統上部的标志層。1929年，丁文江等對川黔公路沿線進行地質調查時，發現奧陶系寶塔灰岩層面上廣泛發育似龜裂紋構造，又像馬蹄的印痕，結合當地農民的叫法，命名為“馬蹄石灰岩”。其後有學者根據其風化面裂紋構造常呈五邊形、六方形，似烏龜背殼，将其稱為“龜裂紋灰岩”或“網紋狀灰岩”。其後很多學者和地質工作者在陝西黎坪、重慶萬盛以及四川、湖北、湖南、貴州等地也相繼在寶塔組發現了這種網紋灰岩。

重慶萬盛地質公園内龜背狀寶塔灰岩和形似寶塔的角石化石

（廖紀佳等，2017）

陝西漢中黎坪龍山景區内的龜背狀寶塔組灰岩

龜背由何而來？

寶塔組是我國華南地區分布最廣、岩性最穩定的碳酸鹽地層之一，寶塔灰岩是組内具網紋構造的泥晶灰岩或生物碎屑泥晶灰岩。針對其特殊的龜背形網紋構造，很多學者提出了不同的假說來解釋其成因，下面我們就來看看這些成因模式你最信服哪個。

01 暴露幹裂成因

有學者在湖南的寶塔灰岩内發現了共生的鳥眼構造，據此推測寶塔組當時曾被擡升至潛水面之上，由于暴露而在灰岩中形成幹裂；還有學者在重慶萬盛地區的寶塔組内還發現大部分網紋在層面上形成的交角約為 120°，同現代的多次“暴露幹裂—水體浸沒”的泥裂具有相似性。

泥裂是沉積間斷暴露于地表的标志

02 水下膠縮(收縮) 成因

有學者從網紋特征、古生物、古地理環境等方面對寶塔灰岩網紋構造的“暴露幹裂”觀點提出了質疑。首先，寶塔灰岩的裂縫特征與多級發育、垂向呈V形或U形的“幹縮裂紋”特征具有明顯差異；此外，寶塔組以發育漂浮類型鹦鹉螺化石組合為特征，指示當時的沉積環境為低能環境，這與泥裂所要求的潮上帶環境顯然不同，沉積地質學家們提出了新的看法，即寶塔灰岩特殊的網紋構造是在廣闊的甯靜水體中，呈凝膠狀态且緩慢堆積的泥質、碳酸鈣組分以及生物碎屑沉積物在固結成岩之前由膠體脫水收縮而成。膠态黏土礦物與灰質組分以緩慢的速率沉積，化學沉積分異作用使灰質組分聚集，上覆壓力則造成膠體态黏土礦物脫水收縮，局部産生張力從而形成了裂縫，壓實作用進一步加劇，裂縫開始互相連通并逐漸合并、加寬，最終便形成了如今所見的“龜背網紋構造”。

水下膠縮假說裂縫形成過程示意圖，左圖空心點和實心點分别代表泥質質點和灰質質點

（王安東等，2012；廖紀佳等，2017）

03 成岩作用成因

有學者結合寶塔組中發育的縫合線特點建立了岩溶成岩作用模式：淺埋壓實環境中，灰泥成岩将水排入黏土層，随着埋深增加，壓力、溫度也随之增加，黏土層内孔隙水由于細菌分解産生二氧化碳而呈現酸性。随着埋深進一步增加，在高溫、高壓和酸性孔隙水的作用下，碳酸鹽岩圍岩發生溶解并形成水平縫合線。

寶塔灰岩壓溶成岩模式

（廖紀佳等，2017）

04 成岩—構造作用成因

有學者認為在奧陶紀揚子闆塊的強烈運動使未固結的碳酸鹽沉積物在剪切或拉張力作用下形成裂隙，此後成岩作用中晚期發生的壓溶作用又對深埋的碳酸鹽沉積物中的裂隙進行強烈改造，形成了如今我們看到的獨特網紋。

網紋灰岩的成岩—構造作用成因示意圖

（廖紀佳等，2017）

a．沉積階段; b．受構造應力和成岩作用的淺埋藏階段; c．受壓溶作用的深埋藏階段; d．表生風化作用階段

除了上述成因之外，還有學者根據不同證據提出準同生變形構造、生物遺迹成因、海底硬地收縮等假說，至今仍然沒有定論，學界還在讨論之中。不過目前取得的共識是排除了暴露幹裂成因，原因在于：1、很多學者發現鳥眼構造并不僅僅保存于極淺水或間斷暴露的潮上環境中，而且可以形成于潮下至潮上等低能條件的沉積環境中；2、顯微鏡下觀察結果顯示，網紋中有沿裂隙方向分布的原岩殘留體，網紋中的泥質和生屑種類與其包圍的灰岩基本一緻，由網紋與“圍岩”的關系可以說明，寶塔組的特殊網紋構造并非先暴露幹裂再充填而形成；3、地球化學分析的結果也表明，晚奧陶世寶塔期處于較深水環境，進一步證明了網紋構造并非潮上帶幹裂成因（廖紀佳等，2017）。

關于灰岩上面長龜殼的原因，你最支持哪一個呢？

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參考文獻：

1.周書欣，王建國．貴州石阡地區寶塔灰岩的成因［J］．石油實驗地質，1992，14(3):291-295．

2.王堯．上揚子地台中奧陶統"龜裂紋"灰岩成因的新解釋［J］．地質科學，1995，30(3):268-274．

3.李協能，廖雲平，鄧濤，等．重慶萬盛區的龜裂紋灰岩及其成因見解［J］．西部探礦工程，2012，24(2):113-117．

4.王安東，周瑤琪，仲岩磊，等．陝南奧陶系寶塔組灰岩網狀裂縫成因［J］．地球科學—中國地質大學學報，2012，37(4):843-850．

5.廖紀佳,馬思豪,廖明光,等.奧陶系寶塔灰岩網紋構造成因研究進展及新發現[J].沉積學報,2017,035(002):241-252.

美編：盧陽陽

校對：陶 琴