话说竹叶灰岩

马璐 梁宇

话说竹叶灰岩

马璐 梁宇

明成祖朱棣在修建紫禁城的时候从北京郊区西山、房山一带开采了很多石材，其中以故宫保和殿后一块采自房山的汉白玉制成的最大云龙图案石雕最为吸引游客；而注意到太和殿前的地板的游客就不多了，这些地板由产自北京西山寒武系的石灰岩拼成，其中很多石板表面可见长条状、扁圆状等的砾石，这就是地质学上通称的“砾屑灰岩”（flat-pebbleconglomerate limestone），中国沉积学家形象地称之为“竹叶灰岩”。竹叶灰岩在全球的寒武纪浅海碳酸盐岩地层中广泛分布，在山东寒武纪地层中更是特别常见，曲阜孔府建筑群中有不少石柱、石碑都是由取自济宁一带的竹叶灰岩雕刻成的，在武当山道观中供奉着一块被当成道教圣物的石头，其实就是竹叶灰岩。济南长清陈沟湾剖面的崮山组到长山组地层简直就是各种竹叶灰岩的画廊，它们讲述着5亿年前海底风暴的故事。这里的各类竹叶灰岩类型指示了不同的形成方式。

长条直立—斜立型。砾石多呈长条状，边界弱磨圆，分选性较好，可呈直立或略倾斜排列（图1）。这说明这些砾石经风暴打碎后又被搬运一定距离，当风暴浪略微减弱时，砾石多垂直降落到海底迅速堆积起来。这种近于直立的堆积方式是不稳定的，但由于之后没有再经过后期波浪的冲蚀平铺，使得它们能够“背靠背”地堆积起来。清代画家、扬州八怪之一的郑板桥在山东潍坊当过县令，附近山上就有很多这样的竹叶灰岩，没准儿他从中得到过画竹的灵感呢。

图1 近于直立型的竹叶灰岩，参差交错，是否有点郑板桥画竹的神韵

扁平平铺型。这些砾石边界呈中等程度磨圆，但大小悬殊，并且数量众多。这反映了当时的沉积区域可能就是风暴中心，并且在风暴过后还存在阵阵余波，使得众多砾石在正常波浪潮汐的冲蚀下棱角磨圆后，平铺海底保持最稳定的状态。

二次沉积型。从图3可以看到1块包含着小型砾石的竹叶灰岩母岩被风暴再次打碎成新的“竹叶”，和其它单个扁平、长条形的砾石共同堆积，说明此块竹叶命途多舛，经历了不止一次的风暴打击。

图2 扁平平铺型竹叶灰岩

图3 靠下面1块砾石里边包含了数片小竹叶，海洋的风暴频繁发生，让它们不得安宁

图4 晒过日光浴的竹叶

图5 在小洼地中找到避风港的砾石

图6 鲕粒滩灰岩的上部散落着几片稀疏的砾石

具橘黄色氧化边型。这种竹叶最好看，砾石边缘被氧化成橘黄色，其长轴多与层面一致，平铺海底（图4）。说明砾石被打碎后曾露出海面晒过太阳，形成了氧化铁风化晕，由此可知当时的沉积环境为极浅的海滩。太和殿前的石板多属这种，更能衬托出金銮殿的皇家气派。

硬底沉积型。砾石磨圆度弱，分选性差，这是由于海底灰岩层被风暴打碎后，部分砾石被搬运到海底洼地之中堆积（图5），这儿像个避风港，随后的风暴或波浪无法将它们继续搅起带走，这些竹叶也就了安于现状地生根了。

大砾石之间一般由砂屑或灰泥充填，但我们还能偶然发现竹叶悬浮在鲕粒中的现象，这些砾石多呈倒伏状排列（图6）。鲕粒是由波浪不断翻动碳酸钙过饱和的海水形成的，不需要大风暴，而砾石则是由风暴打碎海底岩石形成的，二者共存可说明砾石非原地堆积，而是从远处偶然被搬运至鲕粒滩区域堆积而成的。

尽管竹叶灰岩的类型多种多样，但其形成原因万变不离其宗：在正常的浅海环境中形成的固结或半固结的薄层灰岩被强烈的水动力破碎，搬运和磨蚀，并在水动力条件较弱的环境中堆积下来，再经成岩作用形成竹叶灰岩。可看出当时华北浅海区的海水很清，极少陆源泥质影响，但经常发生风暴级的大浪，砾石的磨圆度和分选性成正相关（图7）。

图7 下面一层小砾石磨圆度和分选性更好，应该经历过更多次的风暴淘洗

图8 薄层泥状灰岩中的遗迹化石，在短暂的风平浪静期生存下来不容易

竹叶灰岩一层接一层地出现，昭示着华北浅海区频繁的风暴气候。但这片浅海仍存在着片刻安宁。竹叶灰岩中偶然夹有的薄层泥状灰岩指示了低水流影响环境，细腻的泥状灰岩中见丰富的遗迹化石，以2种类型居多，一种是海生迹（Thalassinoides），可有Y型或弯曲型分叉；另一种是垂直型的虫管，也称石针迹（Skolithos），这些遗迹可能都是某些蠕虫类逮着了短暂的无风暴期的机会，在潮坪区软灰泥中栖居所形成的（图8）。

这些寒武系的竹叶灰岩还蕴含着深刻的演化古生物学意义。从寒武纪到早奥陶世，竹叶灰岩是很常见的，在奥陶纪到二叠纪之间全球出现了竹叶灰岩空白期，而在二叠纪末生物大灭绝之后三叠纪早期，竹叶灰岩又出现了，随着三叠纪中期生物的复苏，竹叶灰岩又趋于沉寂，通俗地说，就是新地层中出现老地层中特有的沉积相，这就是演化古生物学上所说的“时错相”（anachronistic facies）。“寒武纪底质革命”（Cambrian substrate revolution）的意义在于，三叶虫低水平的生物扰动不会或仅微弱影响碳酸盐颗粒的固结成岩，强风暴波及浅海区域时，打碎搬运的是固结的岩石而非沉积物颗粒。而在奥陶纪生物大辐射之后，海底生态群落更加多样化，生物对底质的影响程度加剧，频繁的生物扰动作用不利于碳酸钙颗粒的迅速固结成岩，风暴更多搅动的是松软的海底沉积物而非固结的岩石。形成“竹叶”的母岩都难以形成，更何况孕育其中的竹叶灰岩。

风暴作用的深度一般在60m以内，即使海面上波涛汹涌，而在几百米深的海底却相当安静的。这些竹叶灰岩堆积时的深度理所当然在深度60m以上的浅海区，华北寒武纪广布的浅海满足这一物理-生物条件。哪位是建材商的读者有心开发这种石材，按照下面我们免费提供的口诀去寻找矿点保准没错：

华北多，华南少；寒武系多，其它层少；金色竹叶价更高。