峡东地区的三峡奇石一沉积结核张先进;彭松柏;李华亮;易顺华湖升奇 【摘要】峡东地区大量发现的具有极大观赏价值的三峡奇石,实际上是夹持在沉积 岩中的同生大型钙(硅)质沉积结核.通过对这些奇石野外特征、内部组成、形成环境 等方面的研究，表明它们应该是形成于强还原环境中陆棚浅海一滞流(海湾)盆地，稳 定水动力条件下的产物.本文借鉴人工合成锰矿物实验及其产物”报道的经验和晶体成核理论”以及国外有关学者的近期研究见解，全面深入地分析、讨论了该 类罕见的同生钙质结核的形成机理.A lot of perfect ornamental Three Gorges landscape stones found in Eastern Three Gorges Area.They are actually large-scale calcium(silica) syndepositional nodules body wrapped in sedimentary rocks.Through studing the field character,internal composition,forming environment and other aspects of thses rocks.The paper points out that they came into being probably in strong reducing shallow shelf-stagnation flows (the Gulf) basin with very stable hydrodynamic conditions.Referring to the report experimental and synthetic manganese mineral products and crystal nucleation theory as well as recent research insights of foreign scholars,we shows a comprehensive in-depth analysis and discussion on formation mechanism of the sort of rare syngenetic concretion.【期刊名称】地质论评 【年(卷)，期】2013(059)004 【总页数】10页(P627-636)【关键词】峡东地区;沉积结核;三峡奇石;发育特征;形成环境;形成机理【作者】张先进;彭松柏;李华亮;易顺华湖升奇【作者单位】中国地质大学地球科学学院，武汉,430074;中国地质大学/教育部长 江三峡库区地质灾害研究中心，武汉,430074;中国地质大学地球科学学院，武 汉,430074;中国地质大学/教育部长江三峡库区地质灾害研究中心，武汉,430074; 中国地质大学地球科学学院,武汉,430074;中国地质大学地球科学学院,武 汉,430074;中国地质大学地球科学学院,武汉,430074【正文语种】中文最近20年来，在三峡库区不少城市的旅游景点、奇石园中，往往可见透镜石、飞 碟石、梅花石、乌龟石、怪兽石，葫芦石，甚至弥勒佛像石等多种形态的奇石，其 具有极大观赏和收藏价值，吸引了大量游客驻足观赏。它们既不是当今奇石市场上 通常称谓的“画面石”，也不是经过流水冲刷、风沙磨蚀作用形成的“普通像形 石”，而是与同生沉积、成核、成岩作用等具有密切的成因关系。国内外关于钙质结核的研究，一般分为同生，成岩及后生三种成因类型。一些国内 学者对后生结核（刘彬昌，1980 ；郑铁民等，1986 ；单连芳等，1987 ;王振宇， 1990 ;滕志宏等，1990 ;滕志宏等，1991;楼章华等，1993）、成岩结核（李立 文等，1985 ；王玉明等，2006 ；钟福平等，2011）做过较多研究，对同生结核的 研究则相对较少（董进，2009 ；董进等，2009）,而国外学者则做过较多研究 （Hudson, 1978; Duck, 1990;Lash et al., 2004 ）。而峡东地区的沉积结核三峡奇 石前人少有详细报道和深入研究，长期以来一直被简单描述为沉积透镜体或锅底灰 岩（湖北省地质矿产局，1984），一些学者也认识到其实质是罕见类型的沉积结核(董进，2009 ；董进等，2009)，其沉积环境特殊，形成机理与通常所谓锰、磷、 燧石结核的成因有一定类似之处，也有较多不同之点。因此，探索与阐明峡东地区产出的该种沉积结核体的发育特征、形成条件和形成机 理，不仅是当今社会大众均感兴趣的问题，而且更具有沉积岩石学研究的理论意义。 1野外地质特征1.1产出地域区域地层资料表明，该沉积结核三峡奇石主要产出在秭归、巴东、枝江、宜昌一带 方圆为数百平方千米的地方，平面圈闭为近东西弧形走向的长条形地带(湖北省地 质矿产局，1984)。跨出这一范围：向北至兴山、远安、当阳，向南至五峰、宜都， 向西至建始、恩施之后，震旦系陡山沱组第四段(Z1d 4)的地层已大部分尖灭；寒 武系水井沱组G1sh)的地层厚度减小，岩性也有较大变化。该沉积结核产出地域 变化的标志主要体现在两个方面：其一，极少见有灰质白云质的透镜体，其二，可 见生物和流水扰动现象并发育较多生物化石。1.2赋存层位沉积结核三峡奇石主要赋存在震旦系陡山沱组第四段(Z1d4)和下寒武系统水井沱 组(U1sh )的两套地层之中，两套地层均由黑色页岩、碳质页岩、高碳质页岩、碳 质硅质页岩，夹少量薄层或透镜状钙质页岩、泥灰岩、微晶灰岩和微晶灰质白云岩 等岩性组合而成；其特征为无底栖生物和流水扰动现象，生物化石稀少。图1峡东地区沉积结核三峡奇石Fig. 1 Three Gorges landscape stones of sedimentary concretion in Eastern Three Gorges Area(a)透镜石；(b)飞碟石； (c)梅花石;(d)乌龟石;(e)怪兽石;(f)葫芦石;(g)二像奇石:腹部显示弥勒佛像；(h) 二像奇石:背部显示乌龟石(a) lens-shaped stone; (b) UFO(flying saucer)- shaped stone; (c) plum-shaped stone; (d) turtle-shaped stone; (e) monstershaped stone; （f） gourd-shaped stone; （g） two facing stone: abdomen, showing maitreya buddha; （h） two facing stone: back, showing stone turtle 1.3空间形态按奇石命名原则，具体可见：双面凸起、中心最厚、由中心至边缘逐渐变薄的 透镜石（图1a）;双面凸起、中心最厚、由中心至边缘突然变薄的飞碟石（图1b）;单面凸出、一个中心、总体为饼状，但边缘有连续缺口，总体状似梅花的梅花石 （图1c）;由一大一小两个中心结合形成，具有乌龟形态的乌龟石（图1d）;由多 个大小不一的中心结合形成，具有怪兽形态的怪兽石（图1e）;由一大一小两个中 心叠置在一起形成，具有葫芦形态的葫芦石（图1f），以及腹部表征弥勒佛像，背部 表征乌龟像的二像奇石”（图1g、h）等。在上述沉积结核三峡奇石中，透镜石的 发育最为普遍；飞碟石、乌龟石、怪兽石、梅花石、葫芦石的发育比较难见；二像 奇石的发育，则极为罕见、独一无二。图3团块状内核的的沉积结核三峡奇石Fig. 3 Three Gorges landscape stones of sedimentary concretion with blocky cores（a）内核为粘土、方解石、白云石 矿物集合体；（b）内核为黄铁矿集合体（a） kernel is displayed as clay, calcite, dolomite mineral aggregates ； （b） kernel is displayed as pyrite aggregates 图2沉积结核三峡奇石发育的纹层或圈层与围岩的层理具协调空间关系Fig. 2 Harmonious distribution relationship between laminae or circular layer developed in Three Gorges landscape stones of sedimentary concretion and bedding in country rock此外，沉积结核三峡奇石可进一步细分为单体和复合体。其中，围绕一个中心逐渐 长大成形的为单体；围绕二个甚至三个中心逐渐长大成形的为复合体。例如，透镜 石、飞碟石、梅花石（图1a、b、c）就是围绕一个中心逐渐长大成形的单体，乌龟 石（图1d）是围绕二个中心逐渐长大成形的平面二连复合体，葫芦石（图1e）是围绕 二个中心逐渐长大成形的剖面二连复合体，怪兽石(图1f)则是围绕多个中心逐渐长 大成形的三维多连复合体。图4 (a)、(b)、(c)结核从里到外的偏光显微镜图像Fig. 4 Polarizing microscope images of sedimentary concretion from inside to outside : (a), (b), (c)从天然陡坎中脱落和人工采石场剥露的样本上我们观察到，该沉积结核的实际空间 几何形态总体呈现三大类型：占绝大多数的a=bc扁球体，占少数的 a = bc旋转椭球体，非常鲜见的具有a = b=c的圆球体。具有上述多种形体的 沉积结核三峡奇石，个体大小甚殊，以a轴b轴的长短论，小者仅厘米级，巨者 可达23m ;以c轴的长短论，薄者可小于1cm，厚者可大于100 cm。表1 A、B、C三个结核由内而外的组分含量分析(%)Table 1 The component content analysis (%) from inside to outside of the three sedimentary concretion A, B, C 送样号 SiO2CaOMgOAl2O3TiO2Fe2O3FeOK2ONa2OP2O5MnBaSA-0173.97 6.67 3.53 1.15 0.07 0.81 0.20 0.52 0.18 0.30 0.04 0.01 0.01A-0269.94 7.49 4.46 2.18 0.12 1.04 0.13 1.00 0.16 0.15 0.14 0.05 0.01A-0342.23 16.74 10.61 1.39 0.07 0.97 0.10 0.57 0.14 0.10 0.11 0.03 0.01A-0410.41 27.52 17.68 0.92 0.05 0.47 0.08 0.43 0.10 0.04 0.10 0.02 0.02B-0182.61 3.10 1.60 1.38 0.08 1.05 0.22 0.68 0.15 0.28 0.03 0.03 0.01B-0259.64 14.70 9.39 1.38 0.08 0.81 0.08 0.65 0.18 0.10 0.11 0.05 0.01B-0348.31 12.18 6.27 1.27 0.06 0.65 0.33 0.510.14 0.10 0.06 0.09 0.01B-0410.59 26.93 17.55 0.92 0.04 0.46 0.22 0.39 0.17 0.04 0.10 0.02 0.01C-0164.72 9.69 5.91 1.03 0.05 0.28 0.58 0.39 0.09 0.23 0.04 1.21