硅化木―植物遗体化石(摘录)-石种介绍

文章首页奇石入门奇石快讯买石信息藏石心得石友风采收藏故事以石会友赏石文艺理论探讨奇石杂谈石种介绍其他文章精华文章

您当前位置：网站首页 >> 文章首页 >> 石种介绍 >> 阅读文章

硅化木―植物遗体化石(摘录)

来源：互联网发布者：精美奇石馆发布时间：2010-06-12 查看次数：1762

一、硅化木--不可再生的自然遗产
植物遗体化石之一的硅化木以及各种植物、无脊椎动物、脊椎动物化石和遗迹化石，都属于不可再生的自然遗产，必须人人爱护，严加保护。
严格地说，硅化木及生物化石应当属于那些没有经过人为移动，保持原产地地质特征的地质体，它与四周的地质现象构成有机的组合，它记录了各地质时期的各种地质信息，运用这些信息的综合分析，取得有益于人类进步的各种取与求，运用这些信息促进人类的生存、发现与发展。
“古生物化石指是人类史前地质历史时期形成并赋存于地层中的生物遗体和活动遗迹，包括植物、无脊椎动物、脊椎动物等化石及其遗迹化石。它是地球历史的鉴证，是研究生物起源和进化等的科学依据。古生物化石不同于文物，它是重要的地质遗迹，是我国宝贵的不可再生的自然遗产。”（摘自国土资源部地质环境司《中国重要的古生物化石产地及其保护》李明路）
二、原生地硅化本的研究价值
硅化木一般都是高大乔木的石化部分残留体，从硅化木中我们可以获得大量当地、当时及一段年代的古气象资料，如太阳光照、光照长短，雨水多少，丰沛程度，千百年气候变化，植物群落组合，地域间变化关系，经纬度变化关系，地史变化变迁规律。
对生长在温带硅化木树干上的年轮，可清晰的数出其一圈圈的年轮，每一圈为一年形成层，对生长在热带树干上的年轮，由于气候季节性变化小，形成层参生的细胞没有什么差别，硅化木上一圈圈的年轮也就不太清晰了。
硅化木茎干上的年轮，在茎干的韧皮部内侧有一圈细胞生长特别活跃，分裂也极快，促使形成新的木材和韧皮组织称为形成层，形成层增多树干变粗壮，季节变化反应在形成层的变化。相应树种区域性形成层变化规律，是研究古气候的必备资料。
通过对硅化木残余结构分析，从年轮特征可判断出春夏季节是树木生长的旺季，形成层的细胞分裂快、生长快，产生的细胞体积大，细胞壁薄，纤维少，输水导管多，颜色浅，质地疏松称为早材。秋冬季节是树木生长的弱季，形成层的细胞分裂慢、生长慢，产生的细胞体积小，细胞壁厚，纤维多，输水导管少，颜色深，质地紧密称为晚材。早材与晚材构成一圈便是年轮，从年轮中的细微变化关系可推测那一时段的冷暖变化规律。
从出露硅化木树种的分布，赋生的的地质构造单元及地层，在某些方面可以推测出当时的古气侯变化，海陆变迁。
如银杏，它是我国特有的高大乔木，现今国外十分稀少，但在一亿多年前地球上银杏则广为分布，由于古气候的变化，地壳运动使银杏都埋入地下，部分形成硅化木化石。从银杏分布的一个侧面，反映出古气候的变化规律。
如水杉，在一亿多年前的上白垩纪时代，在北极圈广为分布，上白垩纪时代的北极圈气侯温和，不象今日冰雪覆盖，水杉石英硅化木常在该地域中出现。新生代中期气候、地质条件的变迁，水杉逐向欧州、亚州、北美扩展并称霸一时，又在这些地域留下无数的水杉硅化木化石，但到了第四纪大陆冰川密布，气候异常寒冷，欧州、北美水杉灭绝，水杉硅化木化石也不覆存在。但当时中国的第四纪冰川具分散、不连片特点，在沟谷中仍生长着，水杉逃过了冰川的刼难而保存到现代，这时的欧州、北美冰川连片分布，水杉失去了得以生存的环境而消亡，水杉硅化木化石也不覆存在。
地质学家李四光先生是研究世界第四纪冰川的开拓者，在我国第四纪冰川发现于江西庐山，水杉的分布与第四纪冰川的分布息息相关。
1941年在四川万县磨刀溪发现三颗稀有松柏类植物，后来又在湖北东部的利川县发现几百株同样的植物，当时并不知道属珍贵的水杉，查阅世界各国的植物文献也毫无记载，更不知归属哪一种、哪一属，经历了四年，直到1945年才确定为松柏类中的孑遗植水杉，水杉成了活化石，现今生长的水杉与水杉硅化木成为二十世纪植物中的重要发现。
三、地史时期的植物遗体化石
1、地质年代
硅化木化石是在漫长的地质历史时期，在特殊的地质环境下形成的乔木、灌木树干、树根植物遗体化石。
我国幅源辽阔，从元古代到新生代各个地层发育齐全，经历了长达数十亿年的地质历史时期。生物起源从震旦纪算起至今也有八亿余年,据河北蓟县某地变质岩中锆英石同位素年龄测定达三十六亿年，而人类历史仅五十万年。
各地质时代及相关年代如下：

时代		年代
元古代	前震旦纪	800--2,500百万年
元古代	震旦纪	570--800百万年
古生代	寒武纪	510--570百万年
	奥陶纪	438--510百万年
	志留纪	410--438百万年
	泥盆纪	360--410百万年
	石炭纪	290--360百万年
	二迭纪	248--290百万年
中生代	三迭纪	208--248百万年
	侏罗纪	145--208百万年
	白垩纪	65--145百万年
新生代	第三纪古新世	53--65百万年
	始新世	36.5-53百万年
	渐新世	23--36.5百万年
	中新世	5.3-23百万年
	上新世	1.8--5.3百万年
	第四纪更新世	0.01--1.8百万年
	全新世	现代--0.01百万年

2、植物遗体化石
浩翰宇宙中一颗尉蓝色星球，沦海桑田，海陆变迁，当我们翻开地球上那似“书本”状厚厚的沉积岩时，生物活动的遗体、遗迹，一页页地记录下我们这个星球的变化。
在元古代震旦纪，白云岩、磷块岩中出现的巨环藻、叠层石化石，以及寒武纪陡山沱时期的生物第一次大爆发，古生代开始在碳酸盐岩中普遍出现的以蓝绿藻构成的层纹石、迭层石、核形石，在二迭纪煤系地层粘土页岩中，则开始出现了保存完好炭化了的各类植物叶片化石。
植物逐渐演化进化从胞子植物到被子植物，从大羽羊齿(厥类)植物到二迭纪开始出现高大的乔石如鳞木、栌木，中生代时期尤其是侏罗纪、白垩纪大量的松、柏、水杉、银杏，桫椤，给当时称霸地球一时的恐龙世界提供了丰富的食源。
地质历史时期的山麓、湖相盆地，大河出海口的三角洲，滨海沉积区，为原始丛林的生长构筑了天然集中连片的条件，在各种地质灾害作用下又深埋了这些丛林，植物树干、树根及树叶在地下随着时间的变化，上覆土层(岩层)温度、压力的改变，部分处于还原条件下，有的炭化后形成煤(烟煤，烟煤经变质作用形成无烟煤)、炭质页岩，有的在氧化环境下有机质荡然无存。而另外，也有很少部分植物树干、树根在特定的地质条件下，产生硅化作用使树木变成了硅化木化石。
四、硅化木成因
1、硅化木形成的地质条件
1)、苛刻的地质条件
侏罗纪、白垩纪是地球上生物大爆发的时期之一，那时天上飞的、水中游的、陆地上爬的均由恐龙主宰，整个地球属于“恐龙时代”。与以食植物为生的恐龙相匹配的植物，生长茂盛，森林密布，松、柏、金钱松、落叶松、水杉、云杉、银杏、桦木、桫椤、鸽子树及蕨类丛生。
然而相对而言，至今所见到的恐龙化石及硅化木化石是极其微少的，这与化石形成的苛刻地质条件密切相关。
2)、树木的埋藏
产生于中生代的燕山运动是陆相造山运动，地壳产生错位、断裂、下沉，浅源陷落地震过程中树木堆积埋藏。
在造山运动过程中产生的大面积泥石流，岩崩，海进、海退，洪水的冲刷都可能将树木埋藏。
陆相火山爆发产生大量的炽热气体和铺天盖地的火山灰沉积、大面积覆盖、堆积埋藏森林。
陨石的撞击，地球表层产生形变，部分森林被埋藏。
3)、良好的保存环境
树木在地质灾害中死亡后，必须有一个良好的地质保存环境。若树木曝露地表，由于处于氧化作用状态，木质纤维易腐烂变质。深埋地下造就一个还原环境，树木才能保存。在地下水潜水面以下易受到水质流动干挠破坏，不易保存，在地下水潜水面以上，地层中干燥则易保存，但受不到热液交代，也不能形成硅化木化石。
要造就硅化木化石的形成，必须具备一个相对稳定、地质构造有一定变化、有热液活动，以及封闭的环境。
2、SiO2 热液来源
1)、岩浆期后的热液作用
区域性的酸性岩浆岩侵入，是热液的基本来源，尤其在岩浆期后有大量富含SiO2 热液在地层中沿裂隙流动，当SiO2达到饱和状态，在特定介质参与下，SiO2从溶液中晶出形成SiO2矿物。
2)、火山喷发热液作用
局部地域内的酸性火山岩浆喷发后期，形成大量的炽热水蒸气和挥发组分，极大的增加了溶解能力，使岩浆中的SiO2及地层中SiO2被带出，形成一定范围内的SiO2热液流动。
3)、地热增温
地层深度按每三十三米增温一度，当地表水沿深大裂隙远移循环至数千米后，形成地下热液。当热液循环富SiO2地层时，在温度、压力及介质的参与下，可溶解部分SiO2形成胶体溶液。
4)、深部岩浆热源
由于构造运动及变质作用的影响，产生切割至近上地幔的深裂隙，受上地幔岩浆源热力作用，地下潜水形成热水溶液，运移过程中在有利地段获取SiO2，形成富SiO2热水溶液。
3、SiO2胶体溶液性质
地壳中分布最广的是水溶胶、结晶溶胶、水凝胶，胶体是一种粒度为1-100nm(1nm=10-6mm)的物质显微质点(分散相), 显微质点是极细小的结晶相，分布于水溶液(分散媒)中，胶体溶液是介于真溶液与悬浊液(乳浊液)之间的一种水的矿化液体，在氧化作用、还原作用、置换分解作用引起分子凝聚。
胶体溶液是由多种分子、原子、离子聚集而成，自然界易形成胶体的元素有Si、Al、Fe、Mn、P、S。在地壳中SiO2 胶体溶液是较多的一种。
胶体溶液中的扩散现象与真溶液相比是微弱的，原因系胶体中的SiO2分散相的质点大于离子，因而在胶体溶液晶出的矿物石英、玉髓具不均匀的形态。
SiO2胶体溶液的PH<7呈现酸性，侏罗纪、白垩纪地层以碎屑岩类、粘土岩类为主，也呈酸性状态，因此在酸性介质环境中有利于硅化木形成。
热液作用下难溶的SiO2经机械及化学作用方式呈分散相分布于热水中，形成一种水胶溶体即胶体溶液，胶体质点带有电荷能吸附异性电荷，有机质同样具有吸附异性电荷的能力，SiO2中当电性被中和后则产生沉淀，结晶成石英、玉髓。
当SiO2胶体溶液中产生蒸发及被带异性电荷质点中和后，水胶溶体变为胶凝体，形成蛋白石结晶。
受外界地质应力、热力作用，胶凝体失水，由非晶质的蛋白石，转变为晶质石英、玉髓。
随着时间的延续，也会产生陈化作用，非晶质蛋白石可转变为晶质石英、玉髓。现在观测中生代时期形成的蛋白石硅化木已不覆存在，己重新结晶为石英、玉髓。
4、硅化作用方式及次生浸染
蛋白石、石英、玉髓在硅化木中的交代方式有如下几种。
1)、浸润式硅化作用
SiO2胶体溶液交代硅化木的过程，是在地质环境处于相对稳定状态中，SiO2胶体成浸润式交代，在茎干的韧皮部内侧的一圈细胞构成的形成层中以玉髓为主体充填、交代、结晶，细胞、细胞壁、纤维、输水导管构成微细空间，限制玉髓结晶形态，木质纤维在交代过程中逐渐消失，保留下不溶性细胞痕迹，在每一个细胞腔体内有无数玉髓显微晶粒聚集，在细胞壁上分布的是更为细微的玉髓晶粒。
2)、间隙式硅化作用
SiO2胶体溶液交代硅化木的过程，是在地质环境处于相对不稳定状态中，SiO2胶体成渗透、浸润交代，在茎干的韧皮部内侧的一圈细胞构成的形成层中以石英、玉髓为主体充填、交代、结晶，细胞、细胞壁、纤维、输水导管构成微细空间，限制石英、玉髓结晶形态，同时石英又不受细胞、细胞壁、纤维、输水导管构成微细空间的控制并超越，木质纤维在交代过程中逐渐消失，保留下不溶性细胞痕迹，在每一个细胞腔体内有无数石英、玉髓显微晶粒聚集，在细胞壁上分布的是更为细微的石英、玉髓晶粒。
3)、变动式硅化作用
SiO2胶体溶液交代硅化木的过程，是在地质环境处于相对变动状态中，SiO2胶体成渗透式交代，在茎干的韧皮部内侧的一圈细胞构成的形成层中以石英、为主体，充填、交代、结晶，细胞、细胞壁、纤维、输水导管构成微细空间，石英不受细胞、细胞壁、纤维、输水导管构成微细空间的控制并超越，木质纤维在过程中逐渐消失，在石英单晶粒中保留下不溶性细胞痕迹，在每一个细胞腔体内有无数石英晶粒聚集，在细胞壁上分布的是更为微细的石英，有的单晶石英可穿越数个细胞，在石英中保留下细胞痕迹。
4)、蛋白石交代作用
当SiO2胶体溶液处于分散相大于分散媒状态时，交代硅化木的矿物在茎干的韧皮部内侧的一圈细胞构成的形成层中，以蛋白石为主体充填、交代、结晶，细胞、细胞壁、纤维、输水导管构成微细空间，蛋白石不受细胞、细胞壁、纤维、输水导管构成微细空间的控制并超越，木质纤维在交代过程中逐渐消失，在蛋白石中保留下不溶性细胞痕迹，在每一个细胞腔体内有无数蛋白石聚集，在蛋白石中保留下细胞痕迹。
五、硅化木显微结构特征
1、木质细胞结构
硅化木中完全保留下树木茎干上的年轮，在茎干的韧皮部内侧细胞，木材和韧皮组织形成层，细胞壁、输水导管痕迹。
2、木质细胞变晶结构
在地质应力作用下形成层中细胞、细胞壁、输水导管痕迹产生局部位移，矿物产生变晶。
3、木质细胞碎裂结构
在地质应力作用下形成层中细胞、细胞壁、输水导管痕迹产生局部位移，矿物产生变晶，同时产生碎裂。
4、木质细胞角砾结构
在地质应力作用下形成层中细胞、细胞壁、输水导管痕迹产生局部位移，矿物产生变晶，同时产生碎裂成块，碎块产生不同程度的位移。
5、木质细胞残留结构
硅化木中残缺不全的保留下树木茎干上的年轮，在茎干的韧皮部内侧细胞，木材和韧皮组织―形成层，细胞壁、输水导管痕迹也是部分清晰；部分隐约可见；部分全部消失，由于选择性交代结果，细胞中无充填物仅在细胞壁上进行，细胞呈显微孔穴状。
六、硅化木中矿物形态特征
1、石英
石英系硅化木主要成分，结晶呈他形显微―微细粒状，交代充填细胞。在应力作用下产生变形，晶体拉长或压扁并产生波状消光，他形粒状转变成变晶状。在空心树干的边部，可见石英结晶成半自形―自形晶柱状并常聚集分布，有的构成细小晶簇。石英晶中残留有浅黄褐色木质细胞痕迹。
石英硅化木形成后，由于构造变动产生裂隙，次生石英脉沿裂隙充填，由于构造变动的多期次，可以形成多期次石英脉沿裂隙充填，石英脉属矿化载体，常伴有铜矿、铅锌矿分布。
2、玉髓
玉髓系硅化木主要成分之一，结晶呈隐晶显微粒状集合体，交代充填于细胞中，在应力作用下产生变形，有的产生重结晶逐使晶粒加大。玉髓隐晶集合体在细胞壁处结晶变大，玉髓纤维垂直于细胞壁展布，玉髓中残留有浅黄褐色细胞痕迹。
3、蛋白石
蛋白石系硅化木成分之一，常伴有石英、玉髓参入，结晶呈隐晶均质状集合体，交代充填于细胞中，在应力作用下产生变晶，有的产生重结晶逐使晶粒加大脱水转变成晶质状石英，蛋白石中残留有浅黄褐色痕细胞迹。
4、褐铁矿
处于风化作用状态下的硅化木，受铁质胶体溶液充填、浸染，铁质成极细小质点褐铁矿不均匀的渗透。
5、赤铁矿
处于风化作用状态下的硅化木，受铁质胶体溶液充填、浸染，铁质成极细小质点赤铁矿不均匀的渗透。
6、水云母
水云母是树木生长土壤的主要矿物组分，当树木被掩埋后，土壤被挤入树木中，水云母是一种十分稳定的矿物，当硅化木形成后，水云母被包裹在石英中，变质作用下水云母可转变成绢云母、白云母。
硅化木树根中水云母常成团块分布，在树干空心硅化木中，也是水云母常出现地方。
7、方解石
表生状态下碳酸钙溶液沿硅化木表面及裂纹中沉淀结晶，方解石脉纵横贯穿，生物的作用在硅化木表面有藻类生长，方解石构成层纹石。
8、高岭石
表生状态下Al2O3胶体溶液，沿硅化木表面及裂纹中沉淀结晶，高岭石充填。
七、硅化木种类

1、硅化木矿物种类

作者对数千件硅化木标本鉴定结果及相关资料分析，硅化木矿物种类以石英为主，其次玉髓，蛋白石十分稀少。

矿物学分类为：石英硅化木、玉髓硅化木、蛋白石硅化木。

从硅化木的残余结构分析，部分蛋白石硅化木己转变为石英硅化木，尚见脱水作用下的弯曲裂隙残留。中生代时期形成的蛋白石硅化木，由于时间长远，应力作用、热力作用及陈化，现已转变成石英硅化木，只有新生代的蛋白石硅化木才得到保存。

2、硅化木颜色种类

1)、白色硅化木

矿物纯净度高，粒度均匀，组成单一，细胞残留色浅，细胞壁残留物极少，细胞形态主要从石英、玉髓交代、充填、堆积形成的细胞轮廓判断。树种多以水杉，银杏等非产树脂性植物为主，后期浸染作用微弱。白色硅化木较少见。

2)、灰色硅化木

矿物纯净度高，粒度均匀，组成单一，细胞残留色深，细胞壁残留物较多，细胞形态主要从石英、玉髓交代、充填、堆积形成的细胞轮廓及明显的细胞壁判断。树种多以水杉，银杏等非产树脂性植物为主，后期浸染作用较强。灰色硅化木常见。

3)、黄色硅化木

矿物纯净度高，粒度均匀组成单一，细胞残留色深，细胞壁残留物较多，细胞形态主要从石英、玉髓、蛋白石交代、充填、堆积形成的细胞轮廓及明显的细胞壁判断。树种多以松，柏等产树脂性植物为主，黄色在硅化木中分布均匀，里、外一致，与原始木质相关，黄色硅化木常见。另一种黄色硅化木。由于Fe2O3的黄色矿物相的浸染作用，使硅化木呈显黄色，这种黄色是不均一的，有浅深之分。

4)、褐色硅化木

矿物纯净度高，粒度均匀组成单一，后期氧化铁质浸染并深入细胞，残留色浅―深，细胞壁残留物少―较多，细胞形态主要从石英、玉髓、蛋白石交代、充填、堆积形成的细胞轮廓及明显的细胞壁判断。各树种均有。

受Fe2O3的褐色矿物相浸染，使硅化木呈显褐色。在硅化木中整体呈褐色者少见，大多数呈斑块状、花斑状或一团团的分布。

5)、红色硅化木

受Fe2O3的红色矿物相浸染，使硅化木呈显红色。在硅化木中整体呈红色者少见，大多数呈斑块状、花斑状或一团团的分布，当硅化木中充填、交代物为玉髓质时，常展现一种似玛瑙状的外貌。

6)、绿色硅化木

矿物纯净度高，粒度均匀组成单一，后期CuC03质浸染并深入细胞，残留色浅―深，细胞壁残留物少―较多，细胞形态主要从石英、玉髓、蛋白石交代、充填、堆积形成的细胞轮廓及明显的细胞壁判断。各树种均有。

受CuC03浸染，使硅化木呈显绿色。孔雀石呈薄膜状附着于硅化木表面及裂隙中，在硅化木中常成片分布，也呈斑块状、花斑状出现。

3、玛瑙状硅化木

曾有报导一种“玛瑙硅化木”，这在自然界是不存在的，在成因上大相径庭。当结晶致密细腻的玉髓硅化木被后期氧化铁质浸染，有时氧化铁质浸染依附于年轮展布，外貌酷似玛瑙，将这种具有玉石质地的硅化木，可称为“玛瑙状硅化木”。

最近笔者检测了一批“玛瑙状石英玉髓硅化木”有红色、褐红色、浅褐黄色、乳白色、墨黑色、灰色，亦有几种颜色混合或有规律分布，由于硅化作用强烈，木质纤维细胞结构残存极少，有的局部可见环状年轮、细胞的形貌，抛光后细腻光润，玉石感极强，多由石英、玉髓矿物组成，但形似玛瑙而非玛瑙。

玛瑙在矿物、岩石学中赋于特定的定义和形成机理，玛瑙是一种分泌体，是在一定的空间中(多呈圆形)，自外向内生长结晶而成，结晶充填整个空腔。分泌体的典型特征为同心层状条带的色环，系分泌作用过程中，SiO2凝胶在空穴中缓缓沉淀结晶而成，有的在中心空腔的壁上生长着石英晶簇。在硅化木中或与围岩接触部位，若存在一定的孔隙、空洞，也可形成局部的玛瑙结晶，但从整个树干而言，它不具备玛瑙形成的地质环境。

玛瑙多产于火山岩的气孔中；沉积岩中硅质岩的空穴处；热液石英脉的石英晶簇的壁端。在云南、贵州、四川三省交界处近五十万平方公里上，分布着二叠纪峨眉山玄武岩，在一种气孔状玄武岩内，气孔中的充填物为各种颜色的玛瑙，雨花石大多数也属玛瑙，巴西盛产的紫晶晶簇洞中，在其壁端分布着条带状玛瑙。

4、特殊硅化木

1)、扁平、扭曲硅化木

硅化木形成后所处的地质结构不同，展现的形状也各不相同，作者曾见于白垩纪地层中的松柏类石英硅化木，在后期压应力作用下呈扁平状。在另一处四周为扭曲褶皱的侏罗纪地层，出露松柏类石英硅化木，树干成“S”状。

2)、炭化石英硅化木

作者见到一炭化石英硅化木，树干高约二米，树干直径一米余，奇特之处在于树干三分之二以上硅化，形成坚硬的石英硅化木，三分之一为炭化后形成可燃性炭。形成机理推测认为系树干在生长时受到雷电的霹雳击中燃烧炭化，后埋藏地下硅化而成。

3)、碧玉状硅化木

碧玉状硅化木系结晶细腻致密，经过铁质浸染后颜色成褐色调的石英硅化木、玉髓硅化木、蛋白石硅化木，由于应力作用常压扃平状。

4)、藻附着硅化木

硅化木形成后长期浸泡在低温的碳酸钙液体中，滋生的藻类层纹石，附着生长于硅化木上，形成藻层纹的包裹现象。

5)、水晶硅化木

硅化木形成后又遭受多次SiO2的作用，在硅化木的有利地段、空间形成第二世代、第三世代的水晶。