灰岩上出现神秘乌龟壳：自然奇迹还是生命繁衍的力量？

灰岩上长出了乌龟壳？

喀斯特地貌

灰岩是个什么岩？

灰岩，是沉积岩的一种类型，化学成分以碳酸钙为主，与成分为碳酸镁为主的白云岩等一起被称为碳酸盐岩。灰岩是可溶性岩石，在水量充沛、气候潮湿的地区常常形成岩溶地貌，又称为喀斯特地貌。灰岩在我国很多地方都广泛出露，小编本科期间在野外地质实习过程中就见到过秦皇岛亮甲山组、周口店府君山组、秭归茅口组和栖霞组等不同地区和时代的各式灰岩。灰岩与我们的生活息息相关，可以用来烧制石灰和水泥，是重要的建筑和工业原材料。

灰岩上的龟背？

在我国陕西南部、重庆、四川、湖北、湖南、贵州等地，有这样一种外部造型独特的灰岩，灰岩表面凹凸不平，呈块状隆起，以四边形、五边形、六边形为主，块体边缘呈现凹槽，凹槽相连形成网状，层面上广泛发育这种多边形的网纹，形如乌龟的背壳。在重庆南部的万盛国家地质公园内，就以奥陶纪的龟裂纹灰岩为主体形成了奇特的石林、峡谷地貌。

重庆万盛地质公园内的龟裂纹灰岩

好端端的灰岩上怎么就长出了“乌龟壳”？

接下来我们就来看看这一奇特的“龟裂纹灰岩”

宝塔镇河妖（乌龟）

1924年，我国著名地质学家李四光在对长江三峡进行地质考察时，在湖北省秭归县新滩龙马溪以东的雷家山命名了一套奥陶系地层，因其中的灰岩富产外形似宝塔的化石——直壳头足类中华震旦角石（Sinoceras chinense）而被命名为“宝塔灰岩”，其后被广大地质工作者沿用至今，该组灰岩在地层划分与对比方面极为重要，为中奥陶统上部的标志层。1929年，丁文江等对川黔公路沿线进行地质调查时，发现奥陶系宝塔灰岩层面上广泛发育似龟裂纹构造，又像马蹄的印痕，结合当地农民的叫法，命名为“马蹄石灰岩”。其后有学者根据其风化面裂纹构造常呈五边形、六方形，似乌龟背壳，将其称为“龟裂纹灰岩”或“网纹状灰岩”。其后很多学者和地质工作者在陕西黎坪、重庆万盛以及四川、湖北、湖南、贵州等地也相继在宝塔组发现了这种网纹灰岩。

重庆万盛地质公园内龟背状宝塔灰岩和形似宝塔的角石化石

（廖纪佳等，2017）

陕西汉中黎坪龙山景区内的龟背状宝塔组灰岩

龟背由何而来？

宝塔组是我国华南地区分布最广、岩性最稳定的碳酸盐地层之一，宝塔灰岩是组内具网纹构造的泥晶灰岩或生物碎屑泥晶灰岩。针对其特殊的龟背形网纹构造，很多学者提出了不同的假说来解释其成因，下面我们就来看看这些成因模式你最信服哪个。

01 暴露干裂成因

有学者在湖南的宝塔灰岩内发现了共生的鸟眼构造，据此推测宝塔组当时曾被抬升至潜水面之上，由于暴露而在灰岩中形成干裂；还有学者在重庆万盛地区的宝塔组内还发现大部分网纹在层面上形成的交角约为 120°，同现代的多次“暴露干裂—水体浸没”的泥裂具有相似性。

泥裂是沉积间断暴露于地表的标志

02 水下胶缩(收缩) 成因

有学者从网纹特征、古生物、古地理环境等方面对宝塔灰岩网纹构造的“暴露干裂”观点提出了质疑。首先，宝塔灰岩的裂缝特征与多级发育、垂向呈V形或U形的“干缩裂纹”特征具有明显差异；此外，宝塔组以发育漂浮类型鹦鹉螺化石组合为特征，指示当时的沉积环境为低能环境，这与泥裂所要求的潮上带环境显然不同，沉积地质学家们提出了新的看法，即宝塔灰岩特殊的网纹构造是在广阔的宁静水体中，呈凝胶状态且缓慢堆积的泥质、碳酸钙组分以及生物碎屑沉积物在固结成岩之前由胶体脱水收缩而成。胶态黏土矿物与灰质组分以缓慢的速率沉积，化学沉积分异作用使灰质组分聚集，上覆压力则造成胶体态黏土矿物脱水收缩，局部产生张力从而形成了裂缝，压实作用进一步加剧，裂缝开始互相连通并逐渐合并、加宽，最终便形成了如今所见的“龟背网纹构造”。

水下胶缩假说裂缝形成过程示意图，左图空心点和实心点分别代表泥质质点和灰质质点

（王安东等，2012；廖纪佳等，2017）

03 成岩作用成因

有学者结合宝塔组中发育的缝合线特点建立了岩溶成岩作用模式：浅埋压实环境中，灰泥成岩将水排入黏土层，随着埋深增加，压力、温度也随之增加，黏土层内孔隙水由于细菌分解产生二氧化碳而呈现酸性。随着埋深进一步增加，在高温、高压和酸性孔隙水的作用下，碳酸盐岩围岩发生溶解并形成水平缝合线。

宝塔灰岩压溶成岩模式

（廖纪佳等，2017）

04 成岩—构造作用成因

有学者认为在奥陶纪扬子板块的强烈运动使未固结的碳酸盐沉积物在剪切或拉张力作用下形成裂隙，此后成岩作用中晚期发生的压溶作用又对深埋的碳酸盐沉积物中的裂隙进行强烈改造，形成了如今我们看到的独特网纹。

网纹灰岩的成岩—构造作用成因示意图

（廖纪佳等，2017）

a．沉积阶段; b．受构造应力和成岩作用的浅埋藏阶段; c．受压溶作用的深埋藏阶段; d．表生风化作用阶段

除了上述成因之外，还有学者根据不同证据提出准同生变形构造、生物遗迹成因、海底硬地收缩等假说，至今仍然没有定论，学界还在讨论之中。不过目前取得的共识是排除了暴露干裂成因，原因在于：1、很多学者发现鸟眼构造并不仅仅保存于极浅水或间断暴露的潮上环境中，而且可以形成于潮下至潮上等低能条件的沉积环境中；2、显微镜下观察结果显示，网纹中有沿裂隙方向分布的原岩残留体，网纹中的泥质和生屑种类与其包围的灰岩基本一致，由网纹与“围岩”的关系可以说明，宝塔组的特殊网纹构造并非先暴露干裂再充填而形成；3、地球化学分析的结果也表明，晚奥陶世宝塔期处于较深水环境，进一步证明了网纹构造并非潮上带干裂成因（廖纪佳等，2017）。

关于灰岩上面长龟壳的原因，你最支持哪一个呢？

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参考文献：

1.周书欣，王建国．贵州石阡地区宝塔灰岩的成因［J］．石油实验地质，1992，14(3):291-295．

2.王尧．上扬子地台中奥陶统"龟裂纹"灰岩成因的新解释［J］．地质科学，1995，30(3):268-274．

3.李协能，廖云平，邓涛，等．重庆万盛区的龟裂纹灰岩及其成因见解［J］．西部探矿工程，2012，24(2):113-117．

4.王安东，周瑶琪，仲岩磊，等．陕南奥陶系宝塔组灰岩网状裂缝成因［J］．地球科学—中国地质大学学报，2012，37(4):843-850．

5.廖纪佳,马思豪,廖明光,等.奥陶系宝塔灰岩网纹构造成因研究进展及新发现[J].沉积学报,2017,035(002):241-252.

美编：卢阳阳

校对：陶 琴