馬鞍山風物誌之-鞍山歲月

引言

地層古生物學是地質研究的三大支柱之一 ( 其餘為岩石學和構造學 ) 。地層古生物學是通過組成地層的岩石的特徵及地層中含有的古生物化石，重建地層由老至新的層序關係 ( 參考地質年代表 ) ，重塑地層形成時的自然環境。並研究在地質歷史中可能發生過的重大事件，例如生物屬種爆發性的增生或戲劇性的大絕滅、全球海平面的升降，局部地區受構造運動控制所發生的環境突變，如海陸變遷、山系、河流及湖泊的形成及火山爆發等等。進而探討和解釋現代的地理、地質及地貌形成的歷史淵源。

香港是一個以火山岩和岩漿侵入岩發育為主的地區。由於火山噴發所形成的凝灰岩的覆蓋，以及岩漿侵入的吞食，香港沉積岩的出露面積極為有限。而且，沉積地層由於受到中生代火山活動和岩漿侵入的破壞，岩石大多巳發生不同程度的變質，難以發現化石。因此，對地層的詳細研究極為困難，給原有地層層序的重建造成了很大的阻礙。

香港的沉積岩僅見於新界北部，赤門海峽兩岸及大嶼山島西北部等零星地方。某些層位的岩石，例如大理岩，僅見于鑽孔之中，地表根本末有出露。

馬鞍山地區及鄰近赤門海峽對岸船灣淡水湖一帶是香港古生物化石的重要產地。在這個地區曾發現和採集到大量古生代多門類的古生物化石。這些化石的發現解決了該區沉積岩地層時代問題的長期爭論，對地質歷史中古環境的重建提供了有力的化石依據。

香港地層古生物研究歷史

早在十九世紀中期，一些西方地質學家在調查中國南方地質時，就順便提到過有關香港的地質和地層。二十世紀二十年代早期， Heanley, C.M. 首先在香港發現了菊石和雙殼類化石。菊石化石經鑒定後確認為是新屬種，被命名為「香港菊石」 ( Hongkongites hongkongensis Grabau 1923) 。香港最早的地質填圖是 1923-1927 年由加拿大地質學家 Brock, R.W., Uglow, W.L., Schofield, S.J 和 Williams, M.Y. 進行的。他們的工作建立了香港初步的地層層序。 1952 年香港大學的 Davis, S.G 在前人工作的基礎上，編輯出版了附有香港地質圖的 [ 香港地質 ] 一書，第一次將香港的沉積岩和火山岩系納入到地層學的觀點來討論。 Ruxton, B.P. 於 1960 年在英國地質學會雜誌上發表了系統論述有關香港地質的文章，成為重要的參考文獻。

英國地質調查所的 Allen, P.M. 和 Stephens, E.A 於 1967 年開始在香港進行較系統的地質調查，于 1971 年完成了地質調查報告及一比五萬比例尺的香港地質圖。他們的工作對香港地質地層的研究具有重要影響。

1977 年香港土木工程署屬下土力工程處成立後，其下屬機構香港地質調查組，於 1982 年開始了系統全面的一比二萬區域地質填圖工作。到 1996 年香港全境 15 幅一比二萬地質圖及 6 份相關的地質報告全部完成。與此同時，結合香港市鎮發展規劃，對地下有岩溶或溶洞，以及具複雜地質情況的地區，還進行了一比五千比例尺的地質測量。目前已完成了 25 幅一比五千比例尺的地質圖及 6 份相關的報告。由於客觀條件的限制，雖然有關古生物化石的研究，在地質圖和相關報告中並未有深入探討，但所有這些地質填圖工作為香港地層的深入研究創造了基本的條件。

香港地層古生物研究近況

七十年代後，許多華人地質學家作了大量古生物化石的採集鑑定工作和地層層序的討論，他們的研究成果大多發表在歷年的香港地質學會的通訊上。香港地層古生物研究近年來最重大的進展，是香港土木工程署、香港理工大學與中國科學院南京地質古生物研究所合作，於 1988 – 1990 年間開展的一項名為「香港地層」的綜合研究項目。這一合作研究的成果，為現今香港較完整精確的地層層序的建立奠定了基礎。

這次合作研究歷時十五個月，包括野外化石採集、室內修理化石、查閱資料及鑑定化石等工作。其最終研究成果已於 1997 及 1998 年編輯成上下兩冊「香港古生物和地層」的專著。這一專著是目前香港地層和古生物研究的最新及最重要的參考文獻。本文在分析沉積環境時所參考依據的古生物資料，大多都是從這一專著和大量前人工作的成果中引用的。

馬鞍山地區的植物化石

馬鞍山地區的植物化石採自於馬鞍山東北側蓄水池附近。化石產於一套灰綠色、灰黃色含雲母的粉砂岩中。過去曾有許多人對這套主要由粉砂岩組成碎屑岩進行過研究，但從未發現過化石，因此，有關這套地層的時代問題一直懸而未決。

香港土木工程署、香港理工大學與中國科學院南京地質古生物研究所，在這次合作研究中，在馬鞍山地區採到許多植物的化石。經專家鑑定，產於馬鞍山的植物化石屬於薄皮木屬的斜方薄皮木種。該植物化石的拉丁文全名為： Leptophloeum rhombicum Dawson, 1861 。在這個屬種名稱中，前邊部份 Leptophloeum 是屬名 (genus) ，緊跟着的 rhombicum 是種名 (species) 。最後註明該種化石是由 Dawson 於 1861 年首次發現並命名的。

在馬鞍山地區所採集到的斜方薄皮木是一種外形類似小樹的蕨類植物，它的樹葉像棕櫚樹的葉子一樣，直接生長在樹幹上。在所採集到的化石中，保存最好的莖幹僅長約 10.0—20.0 厘米，粗達 4.0—8.0 厘米。莖幹的表面全部由緊密螺旋狀排列的葉座覆蓋。葉座呈菱形或扁菱形，是樹葉生長的基座部分。菱形葉座寬為 1.0—1.2 厘米，高為 0.8—1.0 厘米，通常它的寬稍大於高。葉座之間具有狹窄的分隔帶，分隔帶寬約 0.1—0.2 厘米 ( 參考圖版 1 ， 2) 。這些化石標本與江西、廣東和江蘇泥盆紀的標本極為相似。

自從在古植物化石分類中創建薄皮木屬一百四十多年以來，該屬巳被發現廣泛地分佈於世界各地泥盆紀的地層中。該屬的地質歷程可能開始於泥盆紀中晚期 ( 約三億七千五百萬年前 ) ，絕滅於泥盆紀 — 石碳紀之交 ( 約三億五千五百萬年前 ) 。薄皮木屬是一種單種屬植物，也就是說，在這個屬中，次一級的分類單位「種」，只有唯一的一個，即「斜方薄皮木」。

斜方薄皮木被視為晚泥盆紀時期的標準植物化石。即一旦在地層中發現了這種化石，這套地層就可據此確定屬於泥盆紀的晚期沉積。同時，斜方薄皮木又是世界性廣泛分佈的植物化石。僅在中國大陸各地泥盆紀晚期碎屑相沉積中，就有一百多處地方發現了這種化石。這次在馬鞍山採集到斜方薄皮木化石，是香港首次發現的標準的泥盆紀晚期植物組合。這一發現為確認這套地層的時代提供了極有說服力的化石依據。

根據斜方薄皮木化石及賦存化石地層的岩石特徵，這套地層被命名為「馬鞍山組」。馬鞍山組不僅包含發現有斜方薄皮木化石的粉砂岩，還包括了其下與馬鞍山鐵礦有密切關係的碳酸鹽岩 -- 大理岩。也就是說，「馬鞍山組」分上部碎屑岩及下部碳酸鹽岩兩段不同的岩性，代表完全不同的沉積環境 ( 後邊將詳細討論 ) 。

馬鞍山鄰近地區泥盆紀的化石

馬鞍山地區「馬鞍山組」泥盆紀植物化石的發現，必須在更加廣泛的地理範圍內加以討論，才能充分體現其重大的意義。雖然斜方薄皮木是唯一發現於馬鞍山地區的化石，但是在鄰近的赤門海峽西北岸，船灣淡水湖一帶的泥盆紀的地層中 ( 地層劃分中該地層被命名為「黃竹角咀組」 ) ，發現了大量各門類化石。包括其他種類的植物化石及雙殼類、介形類、葉肢介類及魚和魚鱗化石。它們組成了一個相當豐富多彩的化石群落，顯示了香港泥盆紀多樣化的沉積環境，以及自然環境隨時間而變化的歷程。現將在馬鞍山鄰近船灣淡水湖一帶發現的泥盆紀的各門類化石簡要介紹如下：

雙殼類 是一種底棲的、有兩瓣對稱殼的軟體動物。雙殼類化石見於船灣淡水湖一帶 8 個化石採集點。其中三個點的化石保存較好 ( 參考圖版 3) 。所採集到的雙殼類化石構成三個生物組合，顯示海相及海陸交互三角洲相沉積環境。化石的時代為泥盆紀早、中期。

葉肢介 是一種個體微小的節肢動物，長度一般不超過 20 毫米，小的僅 1-3 毫米。葉肢介可以生活在河口半咸水環境。在赤門海峽西北岸，船灣淡水湖一帶發現的葉肢介化石數量眾多，但保存較差，殼瓣大多被擠壓變形，殼上細微紋飾消失。只能根據殼形和生長線的分佈來鑑定。這次發現的葉肢介化石被認為時代屬泥盆紀中期 ( 參考圖版 4) 。除了香港之外，中國泥盆紀中期葉肢介化石，目前只見於廣東的樂昌和廣西的合浦兩個地方。

介形類 也屬於微體節肢動物，殼長一般僅 0.5-4 毫米，最大可達 30 毫米。介形類可生活於海陸各種環境的水體中。香港泥盆紀介形類化石發現於船灣淡水湖一帶 6 個化石採集點。化石包括 2 屬 4 亞屬 21 個種。所發現的介形類化石全部屬於中華豆石介族，是代表近岸潮間帶的種屬。化石產地所發現的化石數量很多，但保存不佳，大多受擠壓變形。

中華豆石介族是營底棲爬行生活的微體節肢動物。它們主要生活在淺海潮間帶，對環境和生物地理區系具有重要的指示意義。中華豆石介族的時代為泥盆紀早、中期之交 ( 參考圖版 5) 。

香港魚類化石是由李作明 (C.M.Lee ， 1982) 首先發現的。經專家鑑定，這種魚化石屬于盾皮魚。盾皮鱼是繁盛於泥盆紀的一類具頭胸甲的有頜類魚，絕滅於泥盆紀末期。專家的進一步研究確認，該魚化石很可能屬于泥盆紀中晚期的溝鱗魚類。在未發現泥盆紀盾皮魚化石以前，二疊紀的沉積岩被認為是香港最古老的沉積地層。盾皮魚化石的發現把香港最古老的沉積地層年代推早了一億多年！

除了在八十年代發現的盾皮魚化石，香港土木工程署、香港理工大學與中國科學院南京地質古生物研究所在近年的聯合考察中，在船灣淡水湖東岸又採集到了一些 魚鱗化石 ( 參考圖版 6) 。中國科學院古脊椎動物與古人類研究所仔細研究和鑒定了這些鱼鱗化石，確認這些鱼鱗化石屬於骨鱗魚類、空棘魚類及輻鰭魚類等多種泥盆紀晚期的魚類。並根據其中一些非常獨特的魚鱗化石，建立了一個新的化石魚屬 — 「香港魚屬」 ( Hongkongichthys Wang gen.nov.) 。

赤門海峽兩岸泥盆紀地層對比

泥盆紀的沉積岩是香港目前發現的有化石證據的最古老的沉積地層，主要出露在赤門海峽兩岸。其北岸從白沙頭洲到黃竹角咀，出露一套粗碎屑岩為主的沉積岩，命名為「黃竹角咀組」。根據岩性黃竹角咀組可分為上下兩段：下部為粗粒砂岩、卵石礫岩夾雜色粉砂岩。時代為泥盆紀早期，含雙殼類、介形類及葉肢介類化石。上部為淺色砂岩、含礫砂岩、卵石礫岩夾灰色粉砂岩、泥質粉砂岩。

時代為泥盆紀中睌期，含魚鱗、介形類、葉肢介類及原始蕨類植物化石。根據化石證據，「黃竹角咀組」包含了由早至晚全部泥盆紀的沉積。

赤門海峽南岸馬鞍山一帶，末見到有化石依據的泥盆紀早中期的沉積。僅在粉砂岩中出現泥盆紀晚期的標準植物化石 --斜方薄皮木( Leptophloeum rhombicum ) 組合。粉砂岩之下，與礦化有關的大理石中未見化石。但根據大理石出現的層位，其時代應屬於泥盆紀中至晚期。馬鞍山一帶這套上部為含植物化石的碎屑岩，下部為大理岩的地層，明顯地與赤門海峽北岸「黃竹角咀組」不同，被命名為「馬鞍山組」(李作明等，1997)。「馬鞍山組」僅包含中晚泥盆紀的沉積。

香港泥盆紀沉積環境分析

馬鞍山及鄰近地區所發現的泥盆紀化石種類眾多，不僅為地層年代的鑒別及地層層序的劃分提供了依據，而且為分析泥盆紀時香港地區的自然環境，以及環境的演變提供了證據。

從區域古環境的分析來看，廣東省及相鄰地區在泥盆紀時期，經歷了一個大致由西向東較完整的海進過程。也就是說，在泥盆紀期間，海水由西向東逐漸地浸漫到陸地。由于古地形的差異及升降速率的不同，各地沉積相的變化較複雜。除粵中南地區泥盆紀地層幾乎全部由碎屑岩組成，其他各區皆具有下部為碎屑岩，上部為碳酸鹽岩 ( 大理石等 ) 夾碎屑岩的不等厚二元結構 ( 趙汝旋， 1995) 。從構造沉積區的劃分上看，香港與粵中及粵中南應同屬一體。香港赤門海峽兩岸泥盆紀沉積正好體現了這種二元結構；泥盆紀早、中期 ( 即泥盆紀沉積的下半部份 ) 在赤門海峽北岸船灣淡水湖一帶全部都為碎屑岩。中、晚泥盆紀時期，在馬鞍山地區出現了碳酸鹽岩 ( 大理石 ) 和粉砂岩。因此，統觀香港泥盆紀的沉積序列，可以很好地與中國南方同時代的地層進行對比。

赤門海峽北岸「黃竹角咀組」全部由砂岩、粉砂岩、礫岩等碎屑沉積組成。從下到上岩性變化不大，但所含的化石，卻包含了從早睌全部泥盆紀的整個沉積序列。由於沉積的碎屑只能來自於陸地的風化剝蝕，因此碎屑沉積一般指示河口、三角洲或近岸淺海環境。「黃竹角咀組」所含的化石如雙殼類、介形類及葉肢介類、魚類等也都為這種環境提供了證據。到晚泥盆紀時，這裡出現了部份陸生原始蕨類植物化石，說明沉積環境發生了根本的變化。把整個泥盆紀的沉積相和生物組合結合在一起分析，可以看到赤門海峽北岸船灣淡水湖一帶，早、中泥盆紀時，主要為濱海、河口三角洲相或近岸淺海沉積環境，在泥盆紀大部時間內，這裡一直處於從西邊延伸過來的泥盆紀海域的東南邊緣。但到晚泥盆紀時，海水從局部地方退出，露出了部份供原始蕨類植物生長的陸地。

赤門海峽南岸馬鞍山一帶未見到早、中泥盆紀的沉積。因此「馬鞍山組」與赤門海峽北岸「黃竹角咀組」不相同，它只包含了泥盆紀中晚期的沉積。而且岩性也與「黃竹角咀組」不一樣；其下部的大理岩的前身石灰岩，屬於正常陸棚海的沉積。陸棚海由於離海岸較遠，碎屑物質的來源很少，因此以化學和生物 -化學沉積為主。「馬鞍山組」下部的大理岩指示其沉積環境的水體深度也遠比「黃竹角咀組」要大。在這套正常陸棚淺海沉積的碳酸鹽岩之上，覆蓋著含陸生植物斜方薄皮木化石的粉砂岩，這構成一個明顯的海退序列。它指示到了晚泥盆紀時，海水廣泛地從馬鞍山地區退出，沉積了一套巨厚的含斜方薄皮木化石的陸相地層。因此，根據這些岩石性質的變化及地層中化石的出現，可以很確切地推斷，馬鞍山地區中晚泥盆紀時的沉積環境，發生了一個由海洋到陸地、翻天覆地的巨大變遷。滄海桑田，海陸變遷，一切都在變化之中，這就是馬鞍山地質歷史所教導我們的。

本文獲香港特別行政區政府土木工程署署長及土力工程處總監的許可而發表。