硅化木成因及硅化木显微结构特征

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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。