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地质旅行 -作者:夏树芳-第9部分

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  鱼类化石,较多的是保存在稍为坚硬的页岩或泥质砂岩层内,有时也在泥岩中,少数情况见于石灰岩中。采掘时注意沿层面逐层劈采,这时,要特别注意把层面跟节理面分开,如误将节理面作层面发掘,那么,就可能把完整的鱼化石破坏得不像样子了。采掘的工具宜用劈刀,交替插入薄层,敲下大片岩层才有希望获取完美的化石。有时碰到纸状页岩,标本容易破碎,则直准备小盒盛放或胶水加固。
  两栖类化石,由于其脊椎骨对鉴定类别颇有作用,研究分类也重要,不宜不顾。
  另外,其四肢骨中空,并不坚实,采掘时要细心。
  爬行类化石,中生代地层最多,大型化石居多,寻找时宜在断崖、冲沟、植物少的山坡地方搜索,所谓不毛之地,岩层裸露,容易发现化石。尤其在岩层倾角不大,有大面积风化露头的地方,尤可注意。地层倾角大的岩层,即使露出残体,采掘的难度大,也不易采得完美的化石。
  恐龙类化石多与坚硬岩层固结一起,具体的采掘有“断块取骨法”,“套箱法”
  等,非一般地质旅行时所能解决,此处不细述。
  哺乳类化石最主要的是牙齿,中生代与新生代早期者多见于“红层”中,找寻的方法与爬行类相同,而产于新生代晚期者,多见于半固结或未固结的砂性地层或土状地层中,至于洞穴或岩石裂隙中的堆积物内,也常有发现。由于这些岩层比较松弱,易受风化侵蚀,故在陡崖断壁之处,尤其在雨后放晴之时,多有采获机会。
  一旦发现其暴露残体,应在其周围细心地挖去岩石或土状堆积物的碎屑,不使化石受损,如有断裂破坏,注意缝合衔接,尽量使其复原。
  第四纪的哺乳动物化石多埋藏于洞穴堆积内,应予以特别注意。况且不少有价值的古人类化石也多发现于洞穴堆积物中,如北京猿人便是一例。
  为了使野外采集化石尽量能获得完整的、关键的部位,我们必须熟悉各类动物骨骼的基本构造,比如从脊椎骨的暴露可以看出头骨的埋藏位置,从头骨的某个部位的暴露可以推测牙齿的埋藏位置等等。这样,发掘之时,胸有成竹,便可得心应手了。
  遗物和遗迹化石,这类化石的主要作用在于深入了解动植物的生态特点,了解古地理、古环境面貌。所以,在地质旅行的路途上,接触到沉积岩层之时,除了采集化石标本外,遗物和遗迹标本也不能忽视。现将几种常见的此类化石简述如下,在旅途中可以引起必要的注意。
  第一类是人类活动的遗迹,主要是石器、骨器、火烧的兽骨、灰烬、烧土等。
  如何识别早期人类使用的石器(旧石器)十分重要,因为它的外形非常接近于天然的石头碎片,其最重要的特点在于石器的表面留有人类加工的痕迹,器形有一定形状,便于手握使用,或作砍砸、或作刮削、或作割裂等。既然是石器,一旦发现,总不可能是孤零零的单个存在,而是众多的堆积在一起。由于石器的埋藏地多少总与古人类活动有关,因此,还应联系起来考虑。此外,还应注意石器埋藏地的地质环境,比如中国猿人洞中曾发现数以千计的以石英为原料的小型尖状石器、刮削石器等,而周围尽是石灰岩,显然石英原料是由猿人有意识地从外地搬来、在洞穴内加工制作而遗留下来的。
  恐龙蛋一旦被发现,不要忙于发掘,它往往是成窝埋藏的,而且各窝之间有一定的间距。例如山东莱阳的短圆蛋,每窝之间的距离约为2 米;广东南雄的大型椭圆形蛋每窝之间距离有7 ~8 米。从恐龙蛋的分布密度可以获悉恐龙下蛋的习惯,甚至可以推测其类别。
  每窝内的蛋的排列方式亦应注意,如有呈放射状的重叠排列,各层之间有土掩盖,可见恐龙生下一层蛋后,盖上薄土再生第二层蛋,南雄的恐龙蛋窝就有此特点。
  但也有无规则的散乱恐龙蛋,与现代龟鳖类相似,这肯定是不同种类的恐龙了。
  野外即使找不到完整的恐龙蛋,碎片也不宜遗弃,因为通过蛋壳的显微结构也能辨识不同的种类。
  足迹化石是动物的历史脚印,往往是化石的珍品,虽然它难以鉴定动物的属种名称,但可了解其归属的大类。更有意思的是,从足迹的真实形象、保留的密度,了解动物是群居还是独处的习性;从足迹分布的规律,了解动物是漫步、奔跑、跳跃等行动的习性。从不同足迹的保存情况,可了解其生存竞争、弱肉强食的情况,如此等等,都是很有价值的资料。
  足迹化石以恐龙类最为常见,如我国的山西大同,四川广元、宜宾,山东莱阳,辽宁朝阳均有发现。
  特殊的足迹化石,具有特殊的科学价值。例如1970年在土耳其德密尔帕鲁附近建造水坝时,发现印入火山灰中的人的足迹,测定其火山灰的同位素年龄,为距今25万年,从而确定此人足迹为尼安特德人所遗留。又如1978年2 月24日著名的古人类学家玛丽·利基夫人在华盛顿宣布,英国科学家A。黑尔在坦桑尼亚北部的莱托里尔一层灰黄色的中粒砂岩上面发现350 万年前的人类的足迹,伴存者尚有象、犀、羚羊,食肉类和鸟类的足迹。他提到这样的人的足迹有六个印痕,其特征是比现代人短而宽,脚弓不大发育,大拇趾像人那样指向前方,和直立行走的人的足迹是极相似的。可惜没有找到更有价值的早期人类化石的遗骸,不过,从其绝对地质年代来看,也许这是世界上最早出现的人类化石呢!还有一个很有趣味的例子,1972年澳大利亚科学家在维多利亚州东部一条河边上发现被1971年的大洪水冲刷出来的砂岩中保存着70个足迹化石,经研究,这些足迹化石应属于305000万年前(晚泥盆世)
  最古老的两栖类——同鱼石螈(图4。32)有联系的足迹化石。古脊椎动物学家分析了这些化石以后认为:该动物的体长约有1 米,后足为5 趾,前足至少有3 趾,均有蹼。今后有可能在这里找到第一代从水域登上陆地的四足动物。
  粪便化石(图4。33)也是一项重要的化石,但极稀少。从粪化石的形态可以了解动物消化道末端的结构和它的食性,也可间接了解动物生存时的周围环境。例如螺旋纹的粪化石可能是鱼类的,螺旋的程度由高到低,一般是板鳃类→肺鱼类→软骨硬鳞鱼类。
  另外,分析粪化石中所含食物的残渣——骨碴、鳞片、甲壳、牙齿、介壳及植物等,可以直接了解古动物的食性及其共生生物的关系。特别是粪化石中的孢粉材料,可以恢复当时的景观面貌。
  我国境内曾发现过不少粪化石,如贵州桐梓白垩系、陕北三叠系和侏罗系,陕西延安以西安定组中成层的鱼粪化石。山西武乡张村北沟一带泥质砂岩中曾见爬行动物的小型粪化石。其他如山西平陆、武乡、榆社,广西柳城,湖南永顺和河北阳原泥河湾等地均找到过哺乳动物的粪化石。其中以北京猿人洞穴中的鬣狗粪化石为数最多,保存最好而闻名。
  无脊椎动物的遗迹化石,这是近年来引为广泛注意的化石,是动物以它的重量、活动作用于沉积物而形成的。其方式有向下的印、压;向侧向下的挖、掘;向内向外的钩、扒;向前向后的移、退;还有吞食和填充。而在地层中造成的后果有足迹、腹迹、尾迹、移迹留存在层面上;在沉积层层内则有窟穴、钻孔和管道。
  此类化石形成以后,除了外力的消毁荡平以外,都是原地保存的,不存在搬运或迁移问题。所以,必须反映沉积物是在宁静环境中形成,如有浊流冲刷,则无法保存此类遗迹化石。
  当我们在野外遇到此类化石时,应该注意以下几个问题:①一个动物,可以产生不止一个的踪迹,在条件许可时,一个动物甚至可以产生一片地区的全数踪迹。
  ②一个动物可以制造出一种以上的生活踪迹,即一个动物,既有栖息,又有移动;既有啮食,又有排泄;既有打洞,又有穿窟、觅食、回游。其活动留下的踪迹是各种各样的,即所谓“一物多态”。③踪迹化石可以由同种的多个动物,集体活动所造成。如交叉轨道、分枝窟穴、密集的管道均可能由群体合作制造的。此类化石最为普遍,反映了生物的繁盛、忙碌和喜好群居。④不同种类的动物由于生活方式的相同,或相似的体态可以造成类同的遗迹,如蠕虫的遗迹化石,或蠕虫与某些腹足类的类同遗迹化石;腹足类与双壳类亦有类同遗迹化石;甲壳类和无铰腕足类有类似的窟穴,即所谓“异物同态”。
  目前,研究无脊椎动物的遗迹化石的最困难问题是——追寻它的主人是谁?这里,有若干尚在探讨的专门研究的方法,此处不作细述。当然,这些观察,不能脱离同层位,甚至同层面上留下的动物化石的种类,配合现代生物的活动印迹而进行。
  七、标本的采集与整理
  观察剖面,作信手剖面以后,就要将有意义的标本顺便采集,带回可作进一步研究。这些标本,基本上包括两类:一是岩石标本,一是化石标本。
  岩石标本,选择有代表性的岩层露头采集,凡颜色、成分、结构、构造都能看得清楚的,比较新鲜的标本均可供选择。正规地质标本的大小有一定规格,通常是3厘米×6厘米×9 厘米,相当大。不过地质旅行时采集的标本可以不在此限,灵活掌握,可大可小,根据需要而定。如项目较多,比如除肉眼观察外,尚需分析、磨片之用,则宜大宜多,增加采集量。
  如果为了说明某种特殊的地质现象,如波痕、交错层理、断层擦痕、小型褶皱之类,则显然需要采集较大的标本,以能说明问题为准。
  矿化或矿物标本,也不一定按规格采集,而是选择能说明问题,表示矿化与矿物特征者。不过,既然是地质旅行,不是普查、勘探,这类标本只要少量采集,足以说明某种矿产有存在的可能就行了。
  化石标本,这是野外采集时比较复杂的一类标本,根据化石所属门类的不同,采集的要求也不一样。
  微体化石,如蜒、介形虫、轮藻、层孔虫、苔藓虫之类,容易采到完整的,一旦如有发现,也都是集群性保存的。因此,采集时要求选择密集程度高、大量集中的块体标本,以便带回室内加工(磨片、挑样)处理时可以找到理想的整体化石。
  珊瑚类标本个体较大,多以集群性方式保存在石灰岩之内,除若干体型较大的单体珊瑚能在风化剥落的露头上找到以外,其他的复体珊瑚应选择化石密集、能看到不同方向切面、特征保存清楚者,以便磨制薄片时可以获得理想的标本。
  腕足动物标本,多保存在石灰质或砂泥质岩层中,最好是选择化石密集、岩石风化并开始剥落下来的地方挖掘,那里往往可获完整的“立体”标本。特别是层面与山坡倾斜方向一致的风化面上,更易寻找到所企求的佳品。
  为了进一步研究腕足动物壳体的内部构造,我们也要注意采集内膜或通过切片后能见到内部构造的标本。为了研究各种定向部位的特征,凡不同方向保存的印模标本也都应注意收集,除作正型标本外,作辅助观察也是十分需要的。
  软体动物壳体化石标本,其要求基本上与腕足动物相似,不再赘述。
  三叶虫及其他甲壳类化石标本,欲采获“立体标本”是极困难的。当然,采获连头带尾的整体标本也很不容易,况且三叶虫化石多是头、胸、尾部分开保存的,这时候,应该注意采集头部及尾部标本,因为化石的主要特征就集中在这里,遇有完整的胸部标本,当然也不能放弃。
  昆虫化石,重点是翅膀标本,应择其脉翅清楚者采之,因为鉴定特征时主要是靠它。
  特殊的牙形刺标本,除少数用放大镜能看到的按一般微体化石标本的要求采集外,相当多的牙形刺是无法用肉眼观察的,于是只好试探性地选择关键层位采取几块,带回经室内处理以后,发现有化石存在时,再根据要求进行系统采集,然而这已不是地质旅行的任务了。
  植物化石的最重要部位是叶片化石,尤其是高等植物,因此采集时选择叶缘完整、叶脉清晰的标本带回。采掘必须顺层面细心劈裂,切忌垂直或斜交层面硬挖,这样做,会使完整的叶部化石割裂得不成样子。植物叶片化石多保存在泥岩或页岩中,此类岩石受水湿润以后极为柔软易碎,所以采掘时竭宜选择地势高、干燥、岩性稍硬的部位发掘。有时,采出的标本极精美,但因岩性软弱不宜包装运输,于是要用盒子盛装,避免损坏。
  蕨类植物化石的石松和芦木之类,茎部乃至根部的特征均极重要,采集时应予注意。
  至于植物化石中的孢子和花粉,在若干未见“大化石”的“哑层”中极为重要,当然是采集的对象。可是野外无法用肉眼观察,于是只好选择一些富含有机质的层位,挖取岩石标本带回室内处理以后再看,如有发现,下一步再作道理了。
  脊椎动物化石,最重要的是头骨化石,所以在地质旅行过程中发现有脊椎动物出露时,应千方百计去寻觅头骨化石,发掘时要特别细心,不致损坏。哺乳类的牙齿化石又是头骨化石中的最重要部位,更宜谨慎发掘。
  最理想的脊椎动物化石莫过于完整的骨架。一般地质旅行时,来去匆匆,不可能久留发掘。不过,当现场观察研究以后,如能判断有希望挖到完整的骨架时,就应详细记录、素描或摄影,以待来日再进一步工作,并尽可能向有关方面或当地群众提出保护要求,采取保护措施。例如四川的马门溪龙(目前我国第二大的恐龙化石),早在抗日战争时期即已发现其“苗头”,直到解放以后,花了三年时间才将其整体挖掘出来。
  话得说回来,在地质旅行时采集化石,不可能要求像专题研究那样把发现的化石尽量采集,以至“扫光”。实际上,重点应放在如何善于发现化石方面,能采到若干关键性的能解决地质问题的化石也就足够了。所以,要求参加地质旅行的人能像高明的新闻记者一样,有一双善于观察的“慧眼”和一双善于做记录的“能手”,随时随地捕捉到化石的“踪影”,待来日再行挖掘也未尝不可。
  这里,就有个“群众路线”问题,即要向群众做科普工作,宣传化石的基本知识,发动群众一起找寻化石,获悉化石产地等等。许多地质古生物工作者在这方面曾经尝到过许多“甜头”,经历过有趣的遭遇。总之,这是一条成功的经验,值得推广。
  至于采得化石以后,必须写好标签,用棉花垫上化石。包装运输之类是人们都熟悉的,这里不必烦琐,恕我从略了。
  八、研究有用矿产的层位
  不少有用矿产是以地展形式出露于剖面上,因此在野外地质旅行穿越剖面时竭宜注意。常见的有以下几类:①石灰岩。作为工业原料用的石灰岩,要求成分纯净,含氧化钙的量较高。因此,具有开采价值的石灰岩一般均呈灰白色或稍带微红色,具微晶结构,层厚且延伸稳定。例如华南与长江流域一带所见的中、上石炭统的石灰岩就可作为水泥、化工原料的上品,具有很高的经济价值。不过,作水泥原料的,略带一些泥质的石灰岩,呈灰色者也可用。
  ②白云岩。大量的用于冶金炼钢工业。要求质地纯净,含碳酸钙镁的量较高,层厚而分布稳定。如华南及长江流域震旦纪晚期的白云岩,宁镇山脉地区寒武纪的白云岩均是目前开采的白云石矿。
  ③石英砂岩。为玻璃工业的重要原料,有些亦可作耐火材料之用。要求二氧化硅的含量较高,杂质很少,即其他矿物含量甚少,颜色纯白,有一定厚度,延伸稳定。如华北地区一些晚元古代的石英砂岩层,华南及长江流域晚泥盆世的石英砂岩层均有开采价值。
  ④铝土页岩。为含三氧化二铝成分较高的页岩,作为耐火材料、陶瓷原料之用,如含量特高者,则可作为铝土矿开采。通常呈红褐色、红色、暗灰色、绿灰色等,手摸有滑腻感。最常见的铝土页岩与煤系地层有密切关系,或者与富含植物化石的地层有关。如华北石炭纪和二叠纪的煤系地层中即富产铝土页岩,故煤矿附近均有名瓷出产,如唐山、淄博均有瓷器问世,并闻名海外。
  ⑤煤层。在野外自然露头上很少看到巨厚的煤层,这是由于煤层极易风化剥蚀的缘故,所以常见的只是一些“煤线”,我们在野外旅行或踏勘时要注意这样的有希望找到煤层的“蛛丝马迹”,适当追索它的延伸方向,是否比较稳定,结合当地的地质构造特点,判断其有无经济价值。
  ⑥油气层。在自然界露头上是很难见到出露油气的地层,而能见到的多是含有沥青质的岩层,如臭灰岩、油页岩之类,有时也能在裂隙间看到一些渗
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