【地理素材】喜马拉雅块体中奥陶世腹足类化石及古地理演化研究进展，地层中沉积相的识别标志，化石及其形成在地理试题中的体现

我国西藏最南部的喜马拉雅地块是目前地球上海拔最高的区域，其沉积历史、构造演化、古生物面貌和矿产资源等一直是地质学领域研究的热点。近年来，中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队针对该区域的下古生界进行多次野外工作，在沉积学、碳同位素化学地层学、牙形刺和笔石生物地层学等领域取得了一系列研究成果。

腹足类动物作为现代地球上最繁盛的软体动物，其化石组合也有着重要的古生态学和古地理学意义。2016年以来的几次野外期间，研究团队在西藏聂拉木地区采集到了大量完整保存的腹足类化石。

近期，南京古生物所李文杰博士、方翔副研究员、黄家园博士生和张元动研究员等，与来自曲阜师范大学、泰国马哈沙拉堪大学和澳大利亚新南威尔士地质调查局的同行合作，系统研究了这批腹足类化石标本，并依据该地层产出的其他门类化石组合规律和沉积学特征讨论这些腹足类化石的古生态学意义。同时，研究团队还收集了周边地区奥陶纪腹足类化石产出记录，利用定量分析手段开展了中–晚奥陶世之交的古地理演化研究。相关研究成果近期发表在国际SCI期刊《远古世界》（Palaeoworld）上。

研究团队系统描述了新采集自阿来剖面阿来组的腹足类标本，共2属5种，对前人在该地区报道过的部分标本进行了厘定。

图1. 西藏聂拉木地区阿来剖面阿来组的马氏螺标本Maclurites xizangensis（A–B）和Maclurites cf. xizangensis（D–I）

牙形刺生物地层指示这些腹足类属于中奥陶世达瑞威尔中晚期。阿来组所产出的腹足类化石以马氏螺（Maclurites）占绝对优势，同时伴随少量的“链房螺”（"Hormotoma"）和铁饼螺（Tropidodiscus）。这种腹足类组合特征与前人在北美识别的生活在底栖组合BA2-4的马氏螺群落（Maclurites community）高度相似。

图2. 华北西缘桌子山组的鄂尔多斯“链房螺”（"Hormotoma" ordosensis）（A）和西藏阿来剖面阿来组的鄂尔多斯“链房螺”（"Hormotoma" ordosensis）（B–E）

结合前人报道的阿来组腕足动物化石产出记录和沉积微相特征，本研究认为阿来组的腹足类也属于马氏螺群落，并且可指示水能较高的BA2-3（水深约5–60 m）。

研究还发现产自喜马拉雅块体的马氏螺群落可以与华北板块西缘同时期地层桌子山组中的马氏螺群落对比，并且两地在达瑞威尔晚期均发生了显著的水体加深现象，导致马氏螺群落几乎同时消失。伴随这一现象，喜马拉雅块体中原本与华北十分相似的直角石类头足类和暖水牙形刺等生物类群也被华南型的特征分子所替代。

图3. 达瑞威尔期冈瓦那和冈瓦那周缘地区马氏螺群落古地理分布特征（A）和达瑞威尔中–晚期华北西缘和喜马拉雅块体岩相、生物相转换事件对比（B）

研究人员还对我国主要块体和澳大利亚产出的奥陶纪腹足类化石记录进行聚类分析，发现从大坪期（中奥陶世早期）到桑比期（晚奥陶世早期），华北逐渐远离喜马拉雅；而华南则与喜马拉雅逐渐靠近，在桑比期腹足类面貌与喜马拉雅块体有着极高的相似性。

本研究依据奥陶纪腹足类化石和沉积岩相对比，进一步揭示了冈瓦那周缘地区在奥陶纪中-晚期之交发生的动物区系转换现象，并认为该事件与海平面上升以及构造活动有紧密联系，进而对于理解冈瓦那周缘地区在奥陶纪的生物古地理演化有重要意义。

本研究得到第二次青藏科考项目、国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项（B类）联合资助。

当前，国内外多数人把沉积相看作是沉积环境的物质表现，即一个沉积环境中所有的原生沉积特征的总和，包括岩石、古生物和岩石地球化学等特征。因此识别沉积相时就要从最能反映沉积相的一些标志入手，主要包括：①岩性特征—岩石的颜色、成分、结构、构造、岩石类型及其组合；②古生物特征—生物的种属和形态；③地球化学特征。

按沉积环境不同，可划分出不同的沉积相类型，进而，还可根据各相类型中的亚环境、微环境及其沉积特征，确定出相应的沉积亚相和微相。不同环境中的沉积相，沉积亚相和微相有不同的沉积特征，可根据对应的相标志对其进行识别。

1 大陆环境中沉积相类型及其识别标志

1.1 冲积扇相

冲积扇相是大陆沉积体系中颗粒最粗、分选最差的近源沉积物，以砾岩、砂砾岩和砂岩为主，夹粉砂岩和泥岩。包括河道沉积、漫流沉积、筛积物及泥石流沉积。其识别标志可从以下五个方面描述。

（1）岩性特征：以砂砾岩为主，含碳酸盐、硫酸盐等矿物。

（2）结构标志：成熟度低，粒度粗；扇根到扇缘分选和磨圆逐渐变好；粒度逐渐变细。扇体与平原的过渡地带以粘土为主。粒度曲线跳跃总体发育差或整体呈略向上拱弯弧状。

（3）沉积构造标志：泥石流沉积—块状、递变层理；河道沉积—砾石叠瓦状排列；筛状沉积—块状构造；漫流沉积—平行、交错、块状、水平层理、变形构造及暴露构造。常见冲刷—充填构造。

（4）颜色标识：泥质沉积物多带有红、黄、棕红等氧化色。

（5）生物化石标志：几乎不含化石，很少含有机质。

1.2 曲河流相

1.2.1 河床亚相

（1）河床滞留沉积

沉积物以粗粒为主，多为砾石，时有垮塌或冲刷泥砾；发育明显的冲刷—充填构造，可有叠瓦状构造；横向上河床滞留沉积呈透镜状、席状；垂向上其位于河流沉积的最底部。

（2）边滩沉积

沉积物以砂为主，成分成熟度较低；分选中等，跳跃组分为主；发育大中型槽状、板状交错层理，平行层理；沉积物垂向上向上粒度变细，层理规模变小；横向上呈板状、透镜状而平面上呈带状。

1.2.2 堤岸亚相

（1）天然堤

沉积物为粉砂、泥的薄互层，向河道方向可有细砂，一般单旋回厚几厘米至几十厘米；发育小型波状、槽状、攀升层理、水平层理，顶部可有水平层理、暴露构造；天然堤位于边滩沉积之上，剖面呈楔形而平面呈豆荚状。

（2）决口扇

沉积物以细砂、粉砂为主，较天然堤粗；发育中小型交错、波状层理，冲刷—充填构造；垂向上上下均为河漫泥质沉积，单旋回厚十几厘米—几米；剖面上呈透镜状；平面上呈舌形或扇形；垂向上为正粒序。

1.2.3 河漫亚相

（1）河漫滩

沉积物以粉砂、粘土为主；发育水平层理、波状层理、各种暴露构造（干裂和雨痕、不对称波痕）；垂向上：垂向加积产物，位于河流相旋回的上部；化石稀少，见植物碎片。

（2）河漫湖泊

沉积物以粘土、粉砂为主，是河流相中最细部分；洪水期沉积层理不发育，湖泊沉积中具水平层理。

（3）河漫沼泽

沉积物与河漫湖泊多相似，特别的是其具有泥炭沉积；构造上以块状为主，粘土岩中有时可见水平层理

1.2.4 牛轭湖亚相

沉积物以粉砂、粘土为主；发育交错层理、水平/块状层理。

1.3 辫状河相

辫状河沉积以心滩为主，心滩是在多次洪泛事件不断向下游移动过程中，垂向加积而成。沉积物以砂砾为主，少有泥质加积；分选中等—差，滚动组分为主；发育大型板状交错层理为主，不同时期沉积层间有冲刷面；平面上：上游沉积物较粗，遭受侵蚀，下游沉积物较细，发生沉积；垂向上：不明显的向上变细粒序；横向上：单个透镜状，多彼此冲刷相连，形成“砂包泥”。

1.4 网状河相

1.4.1 河道沉积

沉积物以砂为主；结构：跳跃组分；发育槽状交错层理；平面上呈带状、网状；剖面上砂体厚、窄，呈多层叠置的透镜状；垂向上：垂向叠加为主，少有侧向加积。

1.4.2 湿地沉积

沉积物为富含泥炭的粉砂、粘土；横向上呈现“泥包砂”。

1.5 湖泊相

1.5.1 滨湖亚相

沉积物以杂色砂岩、粉砂岩为主，有时具砾岩或生物介壳；成熟度较高；下部发育交错层理、浪成波痕，上部发育暴露构造；有生物化石碎片及植物根等。

1.5.2 浅湖亚相

沉积物为浅灰、灰绿色粘土岩、粉砂岩，可夹颗粒灰岩薄层或透镜体；结构成熟度较高；发育波状层理、水平层理、透镜状层理、浪成波痕；底栖生物化石丰富，多破碎，磨蚀。

1.5.3 半深湖亚相

沉积物为灰.、灰黑色粘土，有时含粉砂、碳酸盐薄层；发育水平层理；生物化石多为浮游生物。

1.5.4 深湖亚相

沉积物为暗色粘土岩，有机质含量高；发育水平层理；生物化石为浮游、游泳生物，保存较好；横向上分布稳定。

2 海陆过渡环境中沉积相类型及其识别标志

2.1 三角洲相

2.1.1 三角洲平原亚相

（1）分流河道

以砂为主，向上变细，为正韵律；层理构造：槽状或板状和波状交错层理；形态特征：砂体剖面透镜状；曲流砂坝不稳定。化石及沉积特点：泥砾、植物干茎等残留沉积物。

（2）天然堤

以粉砂和粉砂质黏土为主，由河道向两侧变细和变薄；沉积构造：水平纹理和波状交错层理发育，水流波痕发育，有时可见雨痕和干裂等暴露成因构造。化石：植屑、植茎、植根和潜穴等较常见。发育着钙质和碳酸盐结核。

（3）决口扇

以细砂和粉砂为主，比天然堤粗，稳定性差，发育块状层理和小型交错层理。

（4）沼泽

沉积物为暗色有机质泥岩、泥炭或褐煤沉积，常夹薄层粉砂岩，均匀层理和水平纹理。化石：含植屑、炭屑、植根、介形虫和腹足类以及菱铁矿等。

（5）分流间湾

岩性为泥岩，中夹少量透镜状的粉砂岩和细沙岩。岩石中水平纹理发育，生物扰动作用强烈，偶见海相化石。

2.1.2 三角洲前缘亚相

（1）水下分流河道

多层小韵律砂岩叠合在水下形成砂体，周围则是滨浅湖/海相泥岩；垂直流向剖面上呈透镜状，侧向变为细粒沉积物。

（2）水下天然堤

沉积物为极细的砂和粉砂。流水形成的波状层理为主，局部出现流水的与波浪共同作用形成的复杂交错层理。有时可见植物碎片。

（3）水下分流间湾

以黏土沉积为主，含少量粉砂和细砂，具水平、水平波状、块状层理。具水平层理和透镜状层理，可见浪成波痕。生物介壳和植物残体等，虫孔及生物搅动构造发育。

（4）分流河口坝

沉积物为砂及粉砂，分选好；发育楔形交错层理或“S”形前积纹理和水平纹理；化石稀少，存在部分介壳；平面长轴方向与河流方向相同，横剖面为透镜状。

（5）远砂坝

沉积物为粉砂和少量黏土，垂向为反韵律。沉积构造：波状交错层理和脉状-波状-透镜状复合层理。沿层面有植屑和碳屑，生物扰动构造和潜穴发育，贝壳零星分布。

（6）前缘席状砂

以砂为主；发育平行纹理和水流线理；长形三角洲：不易形成大面积砂体；朵状三角洲：易形成三角洲。

2.1.3 前三角洲亚相

岩性：暗灰色黏土和粉砂质黏土组成，仅含少量河流带来的细砂；沉积构造：不发育，主要为水平纹理和块状层理，偶见透镜状层理。生物特征：存在生物扰动构造和潜穴，含广盐性的化石种属。

2.2 扇三角洲相

沉积物多砂砾混杂，泥质含量高，分选性和磨圆度较差，成熟度也较低。沉积物粒度粗也是扇三角洲沉积的重要特点和标志。

（1）扇三角洲平原为近源的砾质辫状河沉积，以牵引流和重力流的粗粒沉积物为特征，没有曲流河段。岩性是砂和砾互层，砾石层具不明显的平行层理或交错层理，分选差，具砂质基质。

（2）扇三角洲前缘（过渡带）具较陡前积相，牵引流构造很发育，见大中型交错层理。

（3）前扇三角洲（水下扇三角洲），为不规则分布的泥、砂和砾石的透镜状层。沉积物为泥质支撑。

2.3 辫状河三角洲相

2.3.1 平原亚相

辫状河三角洲平原亚相主要由辫状河道和冲积平原组成。辫状河道沉积以色杂、粒粗、分选较差、不稳定矿物含量高、底部发育冲刷充填构造为特征。冲积平原由辫状河道的迁移摆动形成，一般范围较宽，以砂砾质沉积为主。

2.3.2 前缘亚相

（1）水下分流河道

沉积物粒度较细，整体上向上粒度变细，单砂体厚度减薄。

（2）河口坝

主要为砂岩，也可见含砾砂岩和粉砂岩，在垂向上一般呈下细上粗的反韵律，砂体中可见平行层理和交错层理。

（3）远砂坝

砂体厚度较薄，岩性较细，为细砂岩和粉砂岩。

（4）席状砂

砂体一般为粒度较细的砂岩、粉砂岩与泥岩互层，颗粒分选性和磨圆度较好，垂向上呈反韵律或均质韵律。

（5）水下分流河道间沉积

岩性一般为暗色泥岩，含粉砂泥岩及含泥粉砂岩，见水平层理及小型砂纹层理。河道间泥岩中常夹一些漫溢成因的孤立砂体，其岩性变化较大，可从含砾砂岩至粉砂岩，结构成熟度较低。

2.3.3 前三角洲亚相

沉积物主要为泥岩和粉细砂质泥岩，颜色较深，有时见水平层理。若辫状河三角洲前缘沉积速度快，可形成滑塌成因的浊积砂砾岩体包裹在前辫状河三角洲或深水盆地泥质沉积中。

3 海洋环境中沉积相及其识别标志

3.1 滨岸相

岩石特征：纯净、成分成熟度高的砂砾岩。结构：成熟度高，跳跃组分常分两组。构造：各种成因交错层理、波痕。前滨：大型冲洗交错层理；近滨：板、槽状交错层理，向下出现水平层理；生物扰动强烈。生物特征：各门类海相生物碎片。砂体形态：平行海岸线，长条状。垂向层序：下粗上细的反旋回。

3.2 浅海陆棚相

3.2.1 过渡带亚相

沉积物：泥质粉砂、粉砂质砂，砂泥近于等量产出。构造：波状层理、浪成交错层理、生物扰动构造强烈。生物：最为繁盛，底栖生物繁多。

3.2.2 滨外陆棚亚相

沉积物：粘土、粉砂，极少量细砂；碳酸盐、铁、锰、铝、磷等。结构：较滨岸相稍差。构造：水平层理、浪成交错层理，浪成波痕，生物扰动构造、虫孔、虫迹。生物：种类和数量众多。

3.3 半深海相

沉积物类型：各类软泥、浮游生物和砂。沉积物：富深海微体生物的粉砂、极细砂。

结构：分选好而纯净。构造：小型交错层理、水平层理。垂向上：正粒序或逆粒序，顶底清楚，单层较（<5cm）。化石：多破碎。

3.4 深海相

沉积物：各种生物软泥（主要是钙质和硅质）；陆源沉积物（底流、冰川搬运、浊流、滑坡）；化学、生物化学沉积（锰、铁、磷）。具有典型浊积岩。

济阳坳陷馆陶组辫状河三角洲相分析

研究发现，济阳坳陷馆陶组下段存在以浅水湖泊为背景的辫状河三角洲沉积体系。辫状河三角洲由平原、前缘和前三角洲组成，水下分流河道为前缘骨架砂体，河口坝和远沙坝不甚发育，前三角洲发育较薄。如图1。

1 辫状河三角洲平原亚相

辫状河三角洲平原是辫状河三角洲的水上部分，分布于湖盆边缘侵蚀区与湖岸线之间，其结构特征和沉积构造表现为辫状河环境，由辫状河道、冲积平原和河漫沼泽组成。其中占主导地位的是辫状河道沉积。

①辫状河道微相

辫状河道沉积沉积物较粗，为颗粒支撑的砾岩、含砾砂岩及砂岩。碎屑颗粒一般为次棱角一次圆状，分选磨圆都较差。它们组成若干个向上变细的砂岩透镜体，在垂向上相互叠置。沉积构造以冲刷一充填构造、槽状交错层理、波状交错层理以及河道沙坝侧向迁移加积而形成的“侧积交错层”为特征。整个序列厚度最大可达30m,其中砂砾岩占地层厚度的90%以上。

辫状河道可细分为砾质和砂质两种类型。前者砾岩底部具冲刷面，可见植物根化石，砾石砾径向上变细，可见大型冲刷充填构造以及槽状交错层理等。砂质辫状河道沉积是在馆下段晚期构造抬升减弱或斜坡地带出现的以粉细砂岩为主的大套砂岩沉积，层序底部和层序之间常见冲刷面，粒度向上逐渐变细。

②冲积平原微相

该微相在整个地层中的厚度不及1000m，以紫红色泥岩、含砾泥岩、泥质粉砂岩等组成的不等厚互层为其特征。

③河漫沼泽微相

该微相发育在辫状平原上相对低洼的部位，为洪水期洼地积水而成。岩性主要为灰绿色泥岩、含碳质泥岩以及薄的煤层。碳质泥岩及煤层的多次出现表明水体的深度不稳定，湖平面动荡对之影响较大。

2 辫状河三角洲前缘一浅水湖泊沉积组合

辫状河三角洲前缘亚相十分发育。该亚相以水下分流河道砂体为骨架砂体，占前缘沉积总量的90%以上，河口坝和远沙坝较为少见，往往是水下分流河道砂体直接与湖相泥岩呈冲刷接触。

①水下分流河道微相

沉积物粒度较粗，为颗粒支撑的砂质细砾岩、含砾砂岩、不等粒砂岩、粉细砂岩与浅灰、灰绿色泥岩组成不等厚互层。碎屑颗粒中石英含量在45%左右，长石占38%，岩屑占17%左右，分选磨圆中等。结构成熟度和成分成熟度趋于中等。沉积构造主要包括冲刷充填构造、大型板状、楔状交错层理、块状层理以及平行层理，总体反映了较强的水动力条件。发育于中、粗砂岩中的平行层理常常发育剥离线理，表明当时的水流流速是相当大的。

水下分流河道常由若干个单河道复合而成，在垂向上表现为多个小韵律层叠置成较厚的复合韵律层，累计厚度可达30多米。水下分流河道常常发生侧向迁移，使得多个相邻的河道在横向上连片而形成一个大的复合体。由于水体较浅，水下分流河道以平面喷射的高密度流形式在入湖后能够沿着湖底继续进行着以推移为主的运动，形成富有特色的水下分流河道，一直到河流的推移作用为湖水拥阻抵消后，才会形成河口坝沉积，使得滨浅湖区相带狭窄而变得不突出。

②河口坝微相

正常的河口坝位于河道人湖处，与滨岸线相隔很近。但是该辫状河三角洲只在距岸线的远端形成数量有限的河口坝沉积。水上河道进人浅水湖泊后的能量很高，即使在河口附近形成一些砂质沉积，也会因河道的侧向迁移摆动而遭到破坏。

河口坝自下而上由泥质粉砂岩、粉细砂岩、含砾砂岩以及砂质细砾岩组成了下细上粗的反旋回。单砂层厚度一般为3-8m，自然电位曲线呈漏斗形（如图3）。河口坝砂岩中泥质含量低，分选、磨圆偏好，砂岩纯净，是良好的油气储集体。

③远沙坝微相

远沙坝位于河口坝的末端，实际上，河口坝与远沙坝是连续的砂体。砂体较薄，一般为2-3m，岩性多为泥质粉砂岩和粉砂岩，在测井曲线上常表现为低幅的指状、漏斗状或微齿状（如图3）。

④席状砂微相

为三角洲前缘连片分布的砂体。形成于波浪作用较强的沉积环境。先期形成的水下分流河道、河口坝等砂体被较强的波浪改造，发生横向迁移并连接成片，便形成了席状砂。砂体为粒度较细的粉砂岩、泥质粉砂岩与泥岩的互层沉积，颗粒分选磨圆都较好。单砂体厚度一般为1-2m，测井曲线上多呈指状叠加。

⑤水下河道间微相

分布在水下分流河道侧翼以外，沉积作用以悬浮沉积为主，岩性多为灰绿色、浅灰色泥岩、含粉砂泥岩以及泥质粉砂岩。河道间泥岩中常夹一些孤立的薄层砂体，岩性不固定，可见到细砾岩，也可见到泥质粉细砂岩。河道间呈均质韵律，发育小型的交错层理和微波状层理，泥质粉砂岩中可以见到大量的生物倾斜潜穴。

⑥浅水湖泊沉积(前三角洲沉积)

浅水湖泊与前三角洲不易分开。主要由浅灰泥岩、粉砂质泥岩组成。湖泊除桩西、煌北地区有较厚的湖相泥岩外，其余地区沉积较薄，有的仅有几米，很快向上过渡为三角洲前缘沉积。泥岩中多发育水平层理、块状构造、微波状层理以及纹层状粉砂质泥岩。

遥远的地史时期，生物伴随着地壳的形成开始孕育而生。生物遗体或其生命活动痕迹在死亡后，如果条件适宜， 就会慢慢变成化石。化石伴随着适宜的地层产生并夹杂在其中，它指示着某个地层的年代，是解开地层的一把“钥匙”。

通俗地说，化石就是生活在遥远过去生物的遗体或遗迹变成的石头。

在漫长的地质年代里，地球上曾经生活过无数的生物，这些生物死亡后的遗体或是生活遗留下来的痕迹，许多都被当时的泥沙掩埋起来。在随后的岁月中，这些生物遗体中的有机质被分解殆尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头，但是它们原来的形态、结构（甚至一些细微的内部构造）依然保留着；同样，那些生物生活时留下的痕迹也可以这样保留下来。我们把这些石化了的生物遗体、遗迹统称为化石。通过研究化石，科学家可以逐渐认识遥远的过去生物的形态、结构、类别，可以推测出亿万年来生物起源、演化、发展的过程，还可以恢复漫长的地质历史时期各个阶段地球的生态环境。

古生物想要变成化石，就要经历由血肉之躯向坚韧之石的“进化”，地质学称之为“化石化作用”，即埋藏在沉积物中的生物体在成岩作用中经过物理化学作用的改造而成为化石的过程。

化石化作用一般包括如下几种作用：

1

矿物质填充作用

即生物的硬体组织中的一些空隙，通过石化作用[注2]被一些矿物质沉淀充填，使得生物的硬体变得致密和坚实。

这种充填作用可发生在生物硬体结构之中，如贝壳、脊椎动物的骨髓等；也可发生在生物硬体结构之间，如珊瑚的隔壁之间等；

2

置换作用

与化学反应中的“置换作用”相近，即发生了置换、取代。在石化作用过程中，原来生物体的组成物质被溶解，并逐渐被外来矿物质所填充。

如果溶解和填充的速度相当，以分子的形式置换，那么原来生物的微细结构可以被保存下来，如硅化木中木质纤维均被硅质置换，但其微细结构如年轮以及细胞轮廓仍清晰可见。

如果置换速度小于溶解速度，则生物体的微细结构不会保存，仅保留其外部形态。常见的置换作用有硅化、钙化、白云石化合黄铁矿化等。

3

炭化作用

石化作用过程中，生物遗体中不稳定的成分，经过分解和升馏作用[注3]而挥发消失，仅留下较稳定的炭质薄膜而保存成为化石。

如以几丁质（有机质）成分（C15H26N2O10）为主的笔石和植物叶子，经升馏作用，H、N和O挥发逃逸，留下炭质化石薄膜。

化石形成的难易程度较矿物与岩石的形成要难很多。我们应当知道，不是所有的古生物都能变成化石，而且不是所有变成后的化石都能够良好的保存。

这与以下几个条件密不可分：

1

生物自身的条件

一般来说，生物自身（不论大小）应具备良好的硬体，是形成化石与保存的先决条件，因为软体的部分容易在生物死亡后发生腐烂，进而分解直至消失，而硬体部分主要由矿物组成，能够比较持久地抵御各种破坏作用，但硬体矿物质成分不同，保存为化石的可能性也不同。

如由碳酸钙、硅质化合物和磷酸钙等矿物组成的生物硬体，在成岩[注4]和石化作用过程中比较稳定，容易保存为化石；

如霰石[注5]和含镁方解石等不稳定矿物，在转化为稳定矿物之前容易遭受破坏；

如角质层、木质、几丁质薄膜等有机质硬体，虽然易于遭受破坏，但在成岩过程中可炭化而保存为化石，如植物叶子、笔石体壁等。

但是，在某些极为特殊的条件下，一些动物的软体部分有时亦能保存为化石，如虫珀（一种含有昆虫化石的琥珀）和第四纪冻土中的猛犸象等。

另外，生物大量死亡，形成化石的几率也会增加，典型的例如珊瑚。

2

生物死亡的环境条件

生物死后尸体所处的物理、化学环境，会直接影响化石的形成和保存。

若（物理条件）在高能水动力作用下，生物尸体会因流水来回运动而易被磨损破坏；

若（化学条件）水体pH小于7.8时，碳酸钙组成的硬体易遭溶解从而破坏；

若在氧化环境中有机质易因氧化而发生分解、腐烂，而还原环境中有机质则易保存下来；

此外，若当时生活着的生物对尸体进行吞食或细菌的腐蚀作用，亦会影响化石的保存。

3

埋藏条件

由于生物死后所掩埋的沉积物不同，保存为化石的可能性也会不同。

如果生物尸体是被化学沉积物、生物成因的沉积物所埋藏，那么，除软体部分外，硬体是比较容易保存下来的；

如果是被较粗的碎屑沉积物埋藏，则由于粗碎屑沉积物的机械活动性和丰富的空隙，使得生物尸体遭受破坏；

但在某些特殊的沉积物，如松脂、冰川冻土中，一些生物的软体部分亦能完整低保存下来。

4

时间条件

生物死亡后，只有被迅速埋藏起来，才有可能保存为化石。因为如果生物尸体暴露于空气中越久，越容易受到其它生物或外力地质作用的各种破坏；因此，短时间内快速的掩埋，有利于化石的形成和保存。被埋藏的生物尸体还必须经过长期的石化作用才能形成化石。

有时，虽然生物死后被迅速埋藏了，但不久又因为各种原因（如地壳的运动）被重新暴露出地表而遭受破坏，也不能形成化石；

有时，生物尸体被埋藏在较浅层的沉积物中，也会有被活动在该区域生物吞食的可能。

另一方面，保存在一些较古老岩层中已形成的化石，也会因发生岩层变形和变质作用遭受破坏。

5

成岩条件

沉积物在固结成岩作用（沉积岩形成的命运之“成岩作用”）过程中，压实作用和结晶作用都会影响石化作用和保存。

一些孔隙度较高、含水分较多的碎屑沉积物的压实作用显著，因而保存在其中的化石变形作用明显；

保存在碳酸盐沉积物中的化石，由于沉积物的重结晶作用，由碳酸钙组成的生物体也将发生重结晶，因而生物体的结构容易被破坏；谭老师地理工作室综合整理

只有在压实作用较小且未经过严重重结晶作用的情况下，才能保存完好的化石。

小结：我们在思考和研究化石形成时，需要综合考虑和分析其形成条件。另外，也要考虑化石形成后，地质作用的参与，会影响化石的完整度和保存。化石大部分是保存在沉积岩或沉积地层中，以及一些浅变质的岩石或岩体中，岩浆作用以及深变质作用的岩石或岩体中是无化石存在的，因为高温、高压会使得化石“灰飞烟灭”。

【地理试题中的化石】

1.（2018年佛山二模）阅读图文资料,完成下列要求。(22分)

琥珀是地质时期松脂类树木分泌的树脂由于地壳运动埋藏于地下,经矿化后形成的有机化石。缅句北部的胡康谷地是世界上最著名的琥珀产地之一,以沼泽、洼地为主。该地区处于印度洋板块北部边缘。白垩纪时期,当松脂类树木受到火山灰石块的砸击,动物撞击等损害时,在高气温环境下会从伤口处流出树脂,有些树脂会浸没一些昆虫,形成虫珀。通体透明的虫珀被誉为“时间胶囊”,具有很高的科研价值。下图为胡康谷地位置及矿区示意图。

(1)每年5-10月份胡康谷地无法开采琥珀,简述其原因。(6分)

(2)分析地质时期胡康谷地有利于虫珀形成的自然条件。(8分)

(3)指出虫珀的科研价值,并说明虫珀比石质化石的科研价值更大的的原因。(8分)

解析：

（1）考点：影响产业（采矿业）进行的原因。本题指令词为“简述”，所以需要简单分析。题干中有关键词“每年5-10月”、“谷地”，同时材料中发现这里有大面积沼泽、洼地，而琥珀是埋藏于地下的，结合区域背景，该地谓语东南亚为热带季风气候，5-10月正好是其雨季，降水多，地势低平，容易积水，导致无法作业。

（2）考点：特殊地理事物（虫珀）的形成条件。本题要求分析虫珀的形成条件，关键词要有虫和珀，是一个概率事件，所以历史上该地应该要有众多的松脂类树木和大量的昆虫，而该地湿热的季风气候让其有这种可能；形成虫珀的另一个条件是要有树脂流出，而材料中该地位于板块交界处，历史上火山灰、石块砸击可以加速树脂流出，从而让昆虫得以被树脂包裹。剩下最后一步，还需要地壳运动导致被树脂包裹的昆虫得以埋藏于地下，剩下的就交给时间吧！

（3）考点：比较虫珀比化石科研价值大的原因。本题难度较大，是拔尖题目，跨学科考查。虫珀也是地球的“文字”，但好在其能够反应当时的植物和动物的生存环境、完美的展示生物形态，特别是细节部分，对研究生物进化演变确实有很大作用。

答案：

（1）①该地区属热带季风气候,5-10月份为雨季(2分),②且谷地多沼泽、湿地(2分),③使得矿区积水,淹没矿井(2分),导致无法开采琥珀。

（2）①气候湿热,森林植被茂密,森林中松脂类树木和昆虫广泛分布(3分);②处于板块的交界处,火山活动频繁,火山爆发时落下的火山灰石块的容易砸伤树枝,该地区气温高,树脂分泌多,树脂浸没昆虫的机会大(3分):③地壳活动导致地层下沉,使浸没了昆虫的树脂掩没在地层中被矿化(2分)。

（3）①虫珀的科研价值:保存了地质时期古生物的形态和生存环境(2分),有利于研究生物的进化和演变规律(2分)。②虫珀是昆虫在树脂中保存完好,矿化后形成的虫珀是透明的(2分),③这样可以更完美地展示出古生物的形态细节(2分),所以比石质化石更有科研价值。

2.阅读图文材料，完成下列要求。

萨拉乌苏河主要位于陕西省与内蒙古边界地区，为无定河的支流，向东南注入黄河。萨拉乌苏河水面宽度仅数米，水深不过两米，但在新桥至巴图湾段却侵蚀出陡立的峡谷，谷宽数十至百余米，谷深几十米。某考察队对河谷剖面的地层进行考察，发现剖面情况如右下图所示。考察队对沉积物考察时发现，大沟湾组有原产于非洲的野牛等动物化石；城川组有原产于中亚的骆驼等动物化石；萨拉乌苏组有古河套人遗址，王氏水牛、古齿象等动物化石及旧石器。

（1）推测萨拉乌苏河河谷由古至今各时期气候变化过程。

（2）古河套人化石出土于萨拉乌苏组，估计年龄在距今13.5万～7.5万年前，分析当初古河套人在此生活的原因。

（3）与大沟湾组沉积时期相比，简述现在萨拉乌苏河水文特征。

【答案】

（1）由萨拉乌苏组沉积时的暖热湿润气候，转变成为城川组沉积时温凉干燥的气候，再转变成大沟湾组沉积时暖热湿润的气候，最后转变为现代的温凉干燥气候

（2）湖泊密布，水源充足；气候温暖湿润；位于湖区边缘，地势平坦；大型草食动物众多，猎杀对象丰富，鱼类多，食物充足

（3）现在萨拉乌苏河流量较小，含沙量较大，结冰期较长

【解析】

（1）据材料中化石的变化以及右图可知，由非洲的野牛等动物化石，到城川组有原产于中亚的骆驼等动物化石，再到萨拉乌苏组有古河套人遗址，王氏水牛、古齿象等动物化石及旧石器，可判断由萨拉乌苏组沉积时的暖热湿润气候，转变成为城川组沉积时温凉干燥的气候，再转变成大沟湾组沉积时暖热湿润的气候，最后转变为现代的温凉干燥气候。

（2）适合人类居住的原因主要考虑自然条件。例如地形、气候、土壤、水源、资源等。河套人在此居住，说明当时该地湖泊密布，水源充足；气候温暖湿润；位于湖区边缘，地势平坦；大型草食动物众多，猎杀对象丰富，鱼类多，食物充足。

（3） 河流的水文特征应从流量、水位、含沙量、结冰期等方面分析。据上题分析可知，大沟湾组沉积时期为暖热湿润气候，而现在为温凉干燥气候，则河流量较小，含沙量较大，结冰期较长。

3.读图文材料，完成下列问题。

材料一　智利位于南美洲的安第斯山脉西部，金属矿产（大多数金属矿产的形成与内力作用有关）资源丰富，是世界上产铜和出口铜最多的国家，但煤、石油、天然气等化石能源（由古代生物的化石沉积而来）短缺。国内电力主要依靠进口化石能源作燃料，在过去的7年间，智利的电价已经翻倍。高昂的能源成本严重影响到智利企业，尤其是矿产企业的竞争力。为应对国内迅速增长的能源需求，未来智利将着力发展水电和新能源，暂时不会考虑发展核能。

材料二　下图为智利部分地理事物分布图。

（1）简述智利化石能源短缺但金属矿产丰富的原因。

（2）分别说出图中P、Q两处沿海平原地区最适合开发的新能源形式。

【答案】

（1）化石能源短缺的原因：热带沙漠气候广布，生物量有限；地处（南极洲板块和美洲板块）板块交界地带，地壳运动以上升（隆起或抬升）运动为主，沉积作用弱；金属矿产丰富的原因：位于环太平洋火山地震带，多岩浆活动和变质作用（位于板块交界处，地壳运动强烈，岩浆活动频繁）

（2）P地适合开发太阳能，Q地适合开发风能

【解析】

（1）智利化石能源短缺但金属矿产丰富的原因主要从地质作用角度分析。化石能源（煤炭、石油等）为古代生物沉积形成的，而该地气候主要为沙漠气候，生物量小，所以缺乏生成化石能源的条件。金属矿产与地壳运动有关，该地位于板块交界处，地壳活动剧烈，多岩浆活动和变质作用，所以多金属矿产。

（2）根据纬度位置和海陆位置可判断，P地位于热带沙漠气候区，晴天多，降水少，太阳能丰富，适宜开发太阳能；Q地位于温带海洋气候区，全年盛行西风，海岸线长，风能资源丰富，适宜开发风能。 综合自中国科学院南京地质古生物研究所、 百度百科、 地球地理地质科普、中学地理研究等