边坡上露出一层砂岩,层面上几十枚长形贝壳几乎朝同一方向,壳长 20–100 毫米。常被解读成原地群落,更常见的解释是水流把它们顺流向摆齐。要分清两种,得先量方位,不能凭一眼印象。
先在层面上量长轴,出现单一优势方位才是水流定向
在每个测点量 30–100 枚长形化石的长轴方位,投到玫瑰图上看分布。只有一个明显优势方位,才说明受过单向水流整理;若方位散乱或呈两组对称,多属波浪来回摆动或生物扰动。没有优势方位,就不要谈古流向。
长轴平行流向是常见结果,但锥状壳与长锥壳还会尖端迎流,扁平壳则倾向凸面朝上稳定。壳片叠压成叠瓦状时,最大扁平面倾向上游,倾向的反方向即来水方向;壳片倾角常 10–30 度。
扁平壳片的叠瓦倾斜,给出上游方向
量方位要在同一个层面上做,不同层位的水流可以完全不同;单层厚常 10–50 厘米,采样间距 0.5–2 米,逐层记录才看得出流向是否反转。只在一块手标本上量十几枚,统计上站不住。
找叠瓦要看侧面:扁平壳片一片压一片、一致向一侧倾,倾伏方向稳定才算数。凸面朝上、凹面朝下代表水动力下稳定埋藏;凸面朝下、壳体直立或杂乱,多属风暴或浊流的快速堆积,不能当常态水流读。
长轴、叠瓦、交错层理与波痕四者一致才算定案
单靠化石定向容易被假象骗,最硬的做法是几类证据互证:化石长轴、砾石叠瓦、交错层理前积层倾向与波痕脊线,四者同一方向才定古流向。前积层厚常 1–10 厘米,波痕波长常 5–30 厘米。
交错层理的前积层倾向指向下游,波痕脊线大体垂直流向,两者与长轴方位配得上,流向才可信。四类证据互相矛盾时,优先查构造变形,而不是改数据;劈理与拉伸线理会把所有化石转到同一方向。
原地生长与构造变形最会造出假的定向
原地生长的定向不是水流:直立的珊瑚、以肉茎固着的腕足类、成丛的海百合茎,都是生活位置,长轴与流向无关。生物扰动还会把壳体搅乱或集中成团,看着像一片杂乱,实则与水流整理无关。
构造变形是最难缠的假定向:岩层受挤压,化石连同砾石一起被拉长、转到劈理方向,方位比水流造成的还整齐。压扁还会把长轴读数改掉。潮坪的双向水流则给出两组相反方位,不是单向流。
关键数据
下列数值为常见范围,随水动力与岩性变动。记录时写明测点层位、测量枚数、优势方位与配套的交错层理、波痕证据;只写贝壳都朝一边,事后无法复核,也难与邻区剖面的古流向对比,更谈不上恢复物源。
- 常见长形化石壳长 20–100 毫米,每测点量 30–100 枚长轴。
- 壳片叠瓦倾角常 10–30 度,扁平面倾向上游。
- 砂岩单层厚常 10–50 厘米,采样间距常 0.5–2 米。
- 交错层理前积层厚常 1–10 厘米,波痕波长常 5–30 厘米。
- 连续露头可追 5–50 米,同一剖面流向可多次反转。
- 定向反映沉积瞬间,时间尺度远短于 1 百万年。
边界
静水或深水缺氧的页岩里化石随机或原地保存,本就没有定向可用;软沉积滑塌与变形层会把已有定向再造一遍。层面被风化磨平后,壳片倾伏方向也读不出。只测十几枚、又只见一个露头,不宜下古流向结论。
定向反映的是沉积当时的水动力,时间尺度远短于 1 百万年的地层分辨率,且同一套地层里可多次反转。本文判断:被搬运后再沉积的化石还会失去定年意义;古流向宜作沉积相与物源判读,不能单独用来定层位。
参考文献
- 曾允孚, 夏文杰 主编.《沉积岩石学》. 地质出版社, 1986. —— 叠瓦构造、交错层理与古流向。
- 朱筱敏 主编.《沉积岩石学》. 石油工业出版社. —— 层面组构与水流定向。
- Bromley R.G. Trace Fossils: Biology, Taphonomy and Applications. Chapman & Hall, 1996. —— 生物扰动与埋藏组构。
- Briggs D.E.G., Crowther P.R. (eds.). Palaeobiology II. Blackwell Science, 2001. —— 化石定向与埋藏学。