木化石的解剖构造(杨小菊)

木化石是泛指在整个地质历史时期中被石化的木材。因此，它的一般概念与现生木材是相对而言的。因为木化石的成因和沉积环境不同，所以种类繁多，但是我们接触较多的、具有较大研究价值的主要有三大类：渗矿化木、煤和木炭、煤核。
1.1.1 渗矿化木
在渗矿化木中，由于矿化介质成分不同，又可分为硅化木、钙化木和黄铁矿化木等。
1.1.1.1 硅化木
在世界各地所收集到的化石木材标本中，硅化木是数量最多，也是最为普通的一种木化石。因为它的矿化物质成分主要由二氧化硅（SiO2） 组成，所以称为硅化木。二氧化硅是火山岩或深成岩的次生产物，也有的是热水溶液的产物，常与玉髓 （SiO2·nH2O），石英 （SiO2） 相组合。在外生条件下，二氧化硅呈非晶质硅胶，有的就地沉积，有的被携带到各种水体或水介质中。当木材被浸入到含有适当浓度的二氧化硅水溶液中后，经长时间渗透，树干内部所有组织和细胞便会灌满二氧化硅的溶液，经过脱水和石化作用后，就变成了硅化木。经研究证明，在水介质中，二氧化硅的含量对硅化木的质量是非常重要的因素。因为二氧化硅的含量过低，不容易形成硅化木，或木材在硅化之前就已腐烂。在这种情况下，既使木材形成了硅化木，其质量也很不好，因为植物体内会被泥砂等杂质填充，细胞结构往往得不到很好的保存。如果二氧化硅含量过高，它们对植物体内的细胞会产生强烈的破坏作用，因为过饱和的二氧化硅溶液往往会产生“玛瑙化”，这样就使细胞壁和各部的组织结构遭到瓦解或破坏 （张武，等，2005；Zheng et al.，2008）。
硅化木的形成环境是多种多样的，但最主要的可分为两大类：原地埋藏型和异地埋藏型。当一片茂密的森林，突然遭到火山喷发的侵袭，由于火山喷发的熔岩流伴随着高温和热浪，那些距火山喷发中心较近的森林将会被炽热的熔岩流吞没或烧毁，化为灰烬。但距喷发心中较远的森林，除了被高温、热浪烘烤之外，同时还会被飘落的火山灰埋没在原生长地上，变成直立的硅化树桩或就地掩埋的倒木。保存较好的硅化木，长可达20～30 m。如在深圳仙湖植物园和沈阳植物园中异地保存的 “木化石森林” （图1.1.1，图1.1.2），以及在辽宁省本溪和朝阳市国家地质公园中异地建造的 “木化石林” （图1.1.3，图1.1.4）。上述所有的硅化木，其原产地均为中国辽宁西部的中侏罗统髫髻山组火山岩系的凝灰岩夹层（距今164～165 Ma） （陈文，等，2004）。这些硅化木在原产地中均属于原地埋藏型。
原地埋藏型硅化木 在世界各地有广泛的分布，如在澳大利亚西部的南蓬国家公园中，在一片沙地上，保存有带小尖顶的直立的硅化木桩，数量可达数百棵之多，它们产生于距今约4万年前的更新世（图1.1.5）。美国黄石国家公园中直立的 “北美红杉” 树桩，形成于距今约50 Ma的始新世 （图1.1.6）。
异地埋藏型硅化木 在漫长的地质历史时期中，每当有狂风骤雨、地震、海啸或海侵事件发生时，可能会引起山体滑坡或泥石流，使大片的森林坍塌，或因洪水冲垮森林绿地，或因飓风将树木连根拔出或折断。大量毁坏的树木被洪水冲走，当洪水过后，漂木被搁浅下来，如在台湾岛东海岸海滩上被搁浅的漂木（图1.1.7），如果这些漂木长期暴露在大气中，它们会因慢慢腐烂而消失；如果它们被搬运到地势低洼的水体中，同时又被泥砂迅速掩埋起来，在含有适量二氧化硅的水溶液作用下，就会变成硅化木。

图1.1.1 深圳仙湖植物园中异地保存的木化石 （张武摄）


图1.1.2 在沈阳植物园中异地保存的木化石 （张武摄）

硅化木的形成环境包括河床相、河漫滩相、湖盆相，以及山间盆地堆积相等。异地埋藏的硅化木与原地埋藏的硅化木相比，其产状是没有直立的或与岩层层面垂直的根系和树桩，而仅有少数与层面近于平行的圆木或树木的一些断片。异地埋藏的硅化木的一个较好的实例是在中国辽宁义县上石洞沟下白垩统沙海组河床相砾岩中沉积的松柏类木化石 （图1.1.8）。

图1.1.3 辽宁本溪国家地质公园中异地保存的木化石 （张武摄）


图1.1.4 辽宁朝阳国家地质公园中异地保存的 “木化石森林” （张武摄）


图1.1.5 澳大利亚西部的南蓬国家公园中的石化森林（据卢莉芬）


图1.1.6 美国黄石国家公园中直立的 “北美红杉” 树桩 （据卢莉芬）


图1.1.7 中国台湾岛东海岸海滩上被搁浅的漂木。由于山洪暴发，冲毁森林后又被洪水搬运到海滩上的树干和木材的断片 （郑少林摄）


图1.1.8 中国辽宁义县上石洞沟下白垩统沙海组砾岩层中异地埋藏的硅化圆木 （郑少林摄）

1.1.1.2 钙化木
钙化木是指当木材被含有碳酸盐的水溶液浸泡后，经过成岩作用而形成的木化石。碳酸盐矿物大多为外生成因的，主要由沉积作用形成。碳酸盐矿物的晶质体又称方解石 （CaCO3）。方解石在自然界中是分布较广泛的矿物之一。碳酸盐矿物的集合体形态多种多样，其中有致密块状的，如石灰岩；粒状的，如大理岩等。石灰岩、大理岩在风化过程中被地下水溶解并进入水溶液中。当木材被浸泡在这样的水体中时，碳酸钙在植物体的细胞内和各种组织中沉淀下来，使木材成为钙化木。从木化石研究的角度来看，钙化木不如硅化木的质量好，因为硅酸盐非晶质胶体溶液在常温常压下不形成晶质体，对细胞构造无破坏作用；而碳酸盐溶液在常温常压下可以形成方解石的斜方晶体或其他类质同相晶体，有时会对植物体内的细胞构造产生破坏作用，致使解剖构造不清。但在大多数情况下，钙化木在经过解剖切片后，基本上都可以保存有较好的内部构造。因此，钙化木也是木化石标本的重要来源之一。含有碳酸盐的水体一般多集中在石灰岩地层较发育的地区，或与海水有关系的水体或水介质中，因为海水中往往含有丰富的碳酸盐矿物。
1.1.1.3 黄铁矿化木
黄铁矿（FeS2） 是地壳中含量较高的一种矿物。在沉积岩中，特别是在还原环境的煤系地层中，黄铁矿化木的形成，可能与植物残体的分解作用有关。黄铁矿的单个晶体多呈六面体，集合体为粒状、致密块状、浸染状或球状；隐晶质胶体则称胶黄铁矿。黄铁矿化木材，一般不适合作为研究标本，因为用它们制作薄片时很容易破碎，必须经过煮胶，用以加强其坚固性。另外，黄铁矿在常温常压下，很容易形成六面晶体，它们对植物体的内部构造可能产生破坏作用。而且黄铁矿在遭受风化作用后，会因失去硫离子而转化为褐铁矿（Fe2O3·nH2O），它的颜色深暗，更容易造成铁锈状污染，至使解剖构造不清。但在有些情况下，黄铁矿化木也是可能利用的，如潘随贤（1983） 在中国山西上古生界太原组的2-3号煤层中发现有一些黄铁矿化的煤核，经研究，也可以鉴定出一些植物的属种。
1.1.2 煤和木炭 （丝炭）
煤可定义为一种压缩化石。它是在一段时间里被压缩的异质混合物 （Scott，1987）。一般来说，煤的变质程度与植物细节的保存有直接关系。低等级的煤，在保存植物细节方面，要比高等级的煤好。较高等级的煤，是指更多的煤已经变质和有较高的含炭量。煤的等级由低到高为：褐煤、亚烟煤、烟煤和无烟煤。褐煤在煤的形成过程中代表早期阶段，所以在褐煤中的植物器官和组织没有被压碎或腐朽，通常是可以辨认的。一般情况下，保存于褐煤中的化石木材及植物的各个部分，在扫描电子显微镜下是能够识别的 （Alvin and Muir，1969）。例如，在美国佛蒙特州一个著名的早中新世植物产地的布兰登褐煤中，梳理分离的植物断片和各种构造并将其恢复成植物整体就是一个很好的实例（Haggard and Tiffney，1997）。烟煤是变质更深的煤，其中植物部分压得更扁，但在烟煤中研究植物断片也是可能的。无烟煤，是最高等级的变质类型，它的变质等级已经达到使最初的植物材料很少能够认出的程度。
为了获得木化石的信息，把煤制作成薄片，其中的木材碎片、孢子、花粉粒可以被认出。另外，还可以用环氧树脂把煤包埋起来，磨光煤的表面，并把它放在一种低温的等离子场中蚀刻，采用撕片法，将蚀刻的表面制成薄膜，用光学显微镜或扫描电镜确定煤的生物成分 （Winston，1989）。这种方法可以成功地确定在不同类型的煤中各种植物的含量 （Winston，1986）。还可以用化学试剂，浸软煤的固体碎块，使其释放出植物碎片。通过对植物成分的检查，进一步确定在古代成煤沼泽中生长的植物种类。13C核磁共振 （NMR） 技术的应用和高温分解-气相色谱分析，确定煤形成的不同阶段（Hatcher et al.，1989）。相同的技术也被用于新生代叶部化石和木材的鉴定 （Yang et al.，2005）。煤的成分还可以用于古生态方面的分析 （Poole et al.，2006）。
木炭或丝炭：木炭产生于有机物质的不完全燃烧，还可称为丝质体或丝炭，它们是古植物材料的重要来源之一 （Cope and Chaloner，1985；Lupia，1995）。关于木炭化植物的残体可以追溯到最早的陆生植物 （Glasspool et al.，2004b）。有一些技术用于检查木炭化石 （Sander and Gee，1990；Guoand Bustin，1998；Figueiral et al.，2002），它们提供有关埋藏学和古生态学方面的信息 （Scott et al.，2000），包括过去的大气成分（Scott and Glasspool，2006），以及在古生态系统中野火的存在 （Uhl etal.，2004，2007a；Collinson et al.，2007）。在世界各地的白垩纪岩层中发现有保存得很漂亮的木炭化的花 （Tiffney，1977；Friis and Skarby，1981）。这些发现，使我们获得了有关化石木材的大量信息。
丝炭是地质时期野火活动的结果。野火是干旱—半干旱生态系统中的一种自然现象，其成因可能与火山活动和大气中的雷电作用有关。当森林火灾过后，会留下许多燃烧未尽的植物残片和残体的炭块。它们可以保留部分木质结构，经成岩和压缩作用后变成了丝炭。丝炭经过酸溶液浸解后，变成黄褐色的透明材料，木材结构和细胞及各种组织的构造清晰可见。何德长 （1995） 在我国内蒙古霍林河和伊敏煤田中，获得了许多丝炭的样品并以此确定了一些木材化石属种 （图1.1.9），大大丰富了我国白垩纪木化石组合的内容。但是，丝炭材料多数都是一些细小的茎干残片，虽然可以获得较好的径切面和弦切面上的解剖特征，但往往很难得到木材横切面的材料，因此必须进行详细的统计和对比研究。关于丝炭的形成环境，就多数而言，可能属于异地埋藏，但不能排除原地埋藏的可能。何德长（1995） 认为在伊敏组中，16号煤层含有丰富的丝炭式木化石，估计丝炭含量可达20％，它们是原地植物经氧化而形成的，并非木材燃烧的结果。最近，张武等人在辽宁西部朝阳市异地保护木化石林公园中发现一棵木化石，作为一个整体是被硅化的，但其中有一部分却是炭化木材，这部分经切片研究，它的木质结构保存完好（图1.1.10）。这个事实说明，在地质历史时期中，经雷电或野火烧焦的木材形成炭化木的实例是存在的。

图1.1.9 丝炭木材的横向、弦向和径向切片，显示木材的内部构造


图1.1.10 辽宁西部朝阳市异地木化石森林公园中的炭化木标本（据郑少林）

1.1.3 煤核
煤核 （Coal balls） 代表渗矿化的泥炭沉积物，而且几乎完全是由保存在碳酸钙中的植物部分组成的。首次在英国发现的一些煤核几乎全是球形的，因此取名为煤核，但是它们的实际形态是不规则的，体积也是变化的，而在厚度方面可变化于几厘米至几米之间。我们所知道的石炭纪煤沼植物的解剖、形态以及生物学知识比任何其他时代的都要多，这主要是由于煤核的发现。在石炭纪期间，北美和欧洲与赤道是接近的，分布着广泛的热带森林。今天，它们为这些地区提供了丰富的煤炭资源。与这些煤炭相联系的是煤核，它们的形态是各种各样的，出现在产煤的矿层中。对于煤矿矿工来说，这些碳酸盐岩煤核，在煤层中代表一种杂质，它们通常是采煤的 “障碍”；但对古生物学家来说，它们却提供了一个有极大吸引力的信息来源。这些信息可以用于对几亿年前生长在泥炭沼泽中植物生物学的研究。最老的煤核有一些产自德国和捷克的上纳缪尔阶 （上密西西比亚阶），中国的二叠纪含煤地层中也有产出 （李星学等，1995；王士俊等，2009）。对它们可以通过切片和揭膜技术进行研究 （图1.1.11）。

图1.1.11 煤核木材的横切面：显示茎干的髓部、次生木质部圆筒和皮层

关于煤核的形成方式，已有少数古植物学家进行了评述 （Falcon-Lang，2008）。Stopes andWatson （1908） 对此进行研究，但这个形成过程，迄今并没有被完全弄清楚。新鲜的泥炭或部分腐烂植物在还没有被充分压紧之前，已被含有碳酸盐 （纤维状方解石） 的溶液渗透。因为有些煤核是与海相石灰岩相联系的，所以它也被暗示，这些植物是生长在低洼的与海接近的沼泽地区。这个假设提供了在石炭纪期间，与中北美大陆相适合的古地理。在暴风雨或海侵期间，煤炭沼泽被海水淹没，它为植物体的渗矿化提供了一个碳酸钙的来源 （Mamay and Yochelson，1962）。这个假设解释了在有些煤核中保存有植物和海生动物的残体，表明了淡水和咸水生物的混生性质。
Scott and Rex （1985） 提出，不是所有的煤核都以同样方式形成，并提出一个非海相生成的形成模式，认为渗矿化的流体是来源于含高碳酸盐地下水的渗透。Scott et al. （1996） 检查了石炭纪和二叠纪产于欧美和中国的煤核的起源，并包括了有些被复杂化了的不同途径，认为它们的成因应依照煤核在煤层中所处的地区和位置而定。根据碳同位素，他们发现了一些煤核与一种海水和淡水的混合物通过泥炭渗透有关，多数煤核至少形成于具有一些受海相成因影响的淡水盆地中。在这里存在一个小疑问，煤核的形成是一个高度特化的过程，因为在石炭纪—二叠纪之后，我们对煤核的知识就什么都不知道了 （Taylor et al.，2009）。
从严格的定义上讲，煤核本身并不完全属于木化石，因为在煤核中，除了含有一些植物茎干的木质部残片以外，大多是由植物的营养器官，如叶、根、蕨类的根茎，以及生殖器官，如大小孢子叶穗，裸子植物的雌雄球果、果穗、种子和孢粉等组成。在裸子植物的茎干中，仅有木质部的部分是属于木化石的研究范畴。我国煤核原始物质的堆积环境均为滨海沼泽，煤核植物代表了古滨海泥炭沼泽和冲入泥炭沼泽中的植物埋葬群。这种堆积环境与较多的煤核形成可能有一定的联系 （田宝霖、王士俊等，1995）。煤核的渗矿化物质成分也是多种多样的。大多数煤核与海相沉积较为密切，由于海水中碳酸盐的成分很丰富，所以多数煤核以钙化为主。但是在特殊的情况下也可以形成黄铁矿化的煤核 （潘随贤，1983）。而在西欧，晚石炭世的斯蒂芬阶 （Stephanian） 的煤核产地还发现有硅化的煤核，如法国的Grand Croix地区，但该区的煤核产于砾岩中，所在地层的层位高出含煤岩系数百米，一般被认为它是次生堆积而成的 （田宝霖、王士俊等，1995）。

图1.1.12 变质硅化木的横切面，示残留的髓部、次生木质部圆筒和沿着生长轮和木射线方向灌入的次生石英脉


图1.1.13 变质硅化木，显示在硅化木内部残留的次生木质部碎片

另外，还应稍加说明的是“再沉积硅化木化石” 和“变质木化石”：前者是指已经矿化了的木化石，经过风化剥蚀，被流水携带到新的沉积地点，之后被再一次沉积下来，形成新的岩石。这种经过剥蚀、搬运后再沉积的木化石，在研究中必须充分加以说明，因为它们不能作为所在层位地质时代的证据，更不能用它作为讨论地理环境的依据。后者主要是指木化石在形成之后，由于含木化石的岩层受到局部的动力变质 （如构造运动） 或热力变质 （如岩浆活动或火山喷发、岩脉侵入） 等影响，致使木化石渗矿化物质成分产生重熔后再结晶现象。有的可能经过变质后原来的木材结构已经面目皆非，无法辨认，这种木化石一般研究价值较低。但有的还保留局部的木材结构，在横切面中，生长轮和管胞清晰可见。这种经变质的木化石，由于木质结构遭到严重破坏，一般都无法进行确切的鉴定和分类研究。但它们经过变质后，可能会有少量稀有金属元素混入，被染成各种各样的颜色，其中还保留或残留一些木材的原有构造，形成美丽的花纹和图案，具有一定观赏价值，因此，它们可作为“奇石” 加以开发和利用 （图1.1.12，图1.1.13）。

前言
植物化石标本是不可再生的自然资源,为了植物化石资源能有序、准确而有效地获取,特制定《植物化石标本资源收集技术规程》,以确保安全合法而有效地获取植物化石标本资源。
赴野外采集植物化石前需做好与采集相关的一系列准备工作,野外寻找与采集时也应遵循一定的原则与方法,植物化石标本资源的收集还涉及交换标本、捐赠标本和索取标本等。
本规程由国家科技基础条件平台提出。
本规程起草单位:中国科学院南京地质古生物研究所。
本规程起草人:杨小菊。
本规程由国家岩矿化石标本资源共享平台负责解释。
1 范围
本规程规定了植物化石标本的收集所用术语,植物化石标本采集准备工作、仪器设备要求、野外记录本要求、野外记录的内容和标准格式、采集步骤、标本的野外处理、标本的包装材料和包装方法、标本运输方法,以及交换标本、接受赠送标本和索取标本的信息记录、要求和注意事项。
本规程适用于古植物学工作者、地质工作者野外采集植物化石工作及博物馆等保存单位征集植物化石工作。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规程的引用而成为本规程的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改稿(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规程,然而,鼓励根据本规程达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本规程。
GB/T2260—2007 中华人民共和国行政区划代码
GB/T9649.9—2009 地质矿产术语分类代码 第9部分:结晶学及矿物学
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本标准:
1)植物大化石(megafossil):指除孢子花粉等个体微小及保存大小在几个毫米以下的植物碎片以外,一般的植物化石,如具解剖构造的木化石、保存有角质层的叶、花、种子等或它们的印痕化石。
2)植物中化石(mesofossil):指中等大小的植物化石,主要包括丝炭化的木化石碎片及叶、大孢子和种子等繁殖器官,标本的大小一般约在0.25mm到几毫米之间。肉眼可以辨别但需用显微镜研究。
3)压型化石(compression):植物各器官被细粒沉积物迅速掩埋后,在沉积物累计的重压下,逐渐脱水和压扁,有机物挥发后仅留下与原来植物部分轮廓完全一致的炭质膜,保存有部分或大部分植物原有物质和结构。
4)印痕化石(impression):植物体留在岩石基底上的印迹,通常是压型化石的反面印痕,或是植物体本身的物质消失后留下的部分内面或外面的印痕。
5)矿化化石(petrification):被埋藏的植物体各部分器官经含矿物质溶液浸泡,矿物质逐渐渗透入植物的细胞腔及细胞间隙而矿化,但植物体仍保持原有的结构。
4 准备工作
4.1 采集工具
根据采集任务的需要,准备以下工具:铁锹、铁锥、十字镐及小手镐、钉字镐、手锯、钢撬、地质包、地质锤、地质罗盘。
放大镜:一般用10倍的。
定位仪:目前野外工作常用GPS仪(全球定位系统)。
4.2 野外记录工具
野外记录簿:最好是防雨纸质的记录本,用以记录工作地点的地质地理、地形地貌、化石产出和采集的剖面位置和层位、工作情况等。
记号笔:油性笔用于直接在标本上编号,普通笔用于记录。
标签纸:应有统一的印刷格式,记录植物化石采集的时间、地点、采集人,化石产出的时代、层位、野外初步鉴定结果及鉴定人,化石的野外编号。
胶布:粘贴在岩石上用于标号。
照(摄)相机。
4.3 标本包装材料
包装纸和棉花:包裹化石,以防标本受到磨损、挤压、碰撞而遭破坏。
纸袋:用来放置已脱离的表皮材料。
玻璃瓶:放置小块的重要的植物化石,如碎裂的叶片、种子、孢子叶球。
4.4 防护用品
根据工作环境和性质,应适当准备一些劳保用品,如护眼、手套、安全帽、防晒霜。
4.5 相关文件和资料
在进行挖掘和采集化石之前,采集者必须了解化石产地的所有权,进入产地采集并收集化石的相关法规及合法性资料。
已有的地质研究资料,包括发表和未发表的相关文章、地质报告、图件等。
4.6 其他
1)大范围地进行挖掘工作,要求清除大量的上覆物,要考虑挖掘机的参与,或者采取爆破等手段。上覆岩块的清除还可以用配有电动绞车的四轮驱动汽车或卡车等移开。
2)在植被覆盖地区进行大面积挖掘时,事先应与林业部门和环保部门取得联系,并避免对森林植被及水土保持造成不良后果。
3)在采集压型化石时,应准备一些小纸袋、小盒子、小瓶子等,以盛装剥落的角质层以及小块的重要的植物化石,如碎裂的叶片、种子、孢子叶球等。
5 植物化石的寻找与采集
5.1 确定并记录化石产地
无论从事何种类型的采集,根据已有线索作有计划大规模发掘是获得丰富化石材料的必要手段。
如果要对某个区域进行评估,最好仔细考察本区内所有已发现的岩性中最有希望的露头,而不要仅停留在一个已发现了化石的地点进行采集。用罗盘或借助卫星定位仪器测出化石点的方位。
针对化石的层位以不同距离拍照并对化石点再次定位。
5.2 辨认化石及岩性
含有植物大化石的层位没有严格的岩相类型限制。在许多沉积岩中都可以找到大、中化石,有时甚至在海相沉积物或火山岩和火山灰中也能找到很好的化石。
沿层面上产出的植物化石,只要沿着平行层面揭开就可以了。即使压型/印痕化石保存差,被风化,它们也易于在碎石堆中找到,产这些化石碎片的岩性就指示了好的化石材料可能在附近某一层位中。
矿化植物化石如果没有适当暴露,就比较难以发现。在大多数岩相中鉴定较小类型矿化化石要求相当精确地观察。发现以后可借助10倍的放大镜进行观察,以确定化石是否保存了解剖结构。
5.3 挖掘和搬运化石材料
确定了被认为值得挖掘的采集地点之后,主要根据研究类型和范围的要求来决定挖掘的程度。
如果为开展生态研究而进行大化石定量统计研究,就要进行“大范围工程”,它要求大幅度地揭示岩层表面,几乎肯定是要大范围清除上覆岩层(上部掩盖)。
当采集压型或矿化化石时,化石本身的大小应当决定了挖掘岩块的大小,因为它是整株植物复原中首要的考虑因素。首先应清除上覆物。另外,最好不要挖出上部岩石压住的块体,否则岩块内部的层面可能会开裂,从而很容易破坏化石标本。
如果估计在野外采到的岩块可能产有丰富的化石,可把岩块带回实验室后再劈开、修理,或进行浸泡处理等。
5.4 挖掘方法
1)大范围的挖掘工作要求清除大量的上覆物,这种工作需要挖掘机的参与。有时上覆岩块可以用配有电动绞车的四轮驱动汽车或卡车来移开。相对松散的岩块有时可用拖绳来移走,也可以用简易的手动汽车千斤顶放在岩块后将松散的岩块移开或沿斜坡推下。
2)对于不超过1～2m大小的岩块,可使用重型钢撬(至少2m长)移开相连接的岩块。
3)移开较小一点的岩块可以用小一点的撬棍或手凿子,用撬棍松动岩块,然后轻轻地撬起再搬开。
4)成层的岩块采用重方锤和凿子进行松动后,将其移开。
5)上覆岩层清理完毕,在采集开始之前,应该清晰地标明化石产出的岩相和层位。可以用喷绘、彩色标志,或彩色粉笔标出,以便于作业。为了在实验室对取回的岩块进行定向,必须进行详细的野外素描和照相。
6)根据研究类型的不同,含化石的岩块可在野外挖掘过程中劈开,或整个搬回实验室后再劈开。
7)含压型或印痕化石的成层较好的沉积岩,可用锤子和凿子或具凿边的锤子沿层面剖开。20mm或30mm厚、较薄的岩片要用夹钳或带刃的老虎钳对压型化石的周围进行修理。
8)矿化的标本最好成块带回实验室,进行切片。如果含有矿化植物的岩块在掘出过程中破碎了,必须对破碎的表面进行仔细观察,以检查矿化标本是否顺延到了毗邻的岩块中。
9)保存在大块的坚硬沉积岩里的植物化石,可用建筑工人的石工锯移动或切开岩块。
10)最好使用较高质量的地质锤和凿子。
11)发现巨大的树桩和树干化石时,可根据研究需要将其全部采出,或采取大块,或采取拳头大小的标本。
12)大规模的工作中,最好将不含化石的上覆岩层全部铲除,将岩石剥到一定的程度,使所获得的含印痕岩板不致过薄和易碎(其厚度一般为2～3cm,根据标本的大小而定)。打去多余的岩石,结实而湿润的页岩可用刀切割,较坚硬的可用手锯来锯。从标本四周和下部打去多余的岩石时可用刀子来切割或用十字镐或地质锤轻轻地短促地敲打。很脆和很小的标本应当用棉花包裹起来,置于小盒内。
13)不明显,但很有价值或感兴趣的或值得保存的印痕应用记号笔圈出。
5.5 包装
所有采集到的材料,尤其是裂开的压型化石,都必须尽快、妥善地包裹好,防止灰尘和沙子破坏化石表面的细微构造、角质层等有机物质从化石表面脱落。具体要求为:
——精致的化石首先要用软纸或厨房用的卷纸仔细包好,为了更加保险,再用报纸或“泡沫材料”进一步包裹。
——绝对不要将压型化石的正模与负模再次“拼接”起来包裹,清晰的表面尽管“大体吻合”,但拼接后会破坏一些细微结构。这些标本最好一直用合适的材料分开包装,以保护其新鲜暴露面。如果岩石块体破碎,在没有被胶结之前,清晰的压型或矿化标本最好在原位置就拍下照片,然后再各自分开包装,认真加上标签。
——许多地方产出的化石在刚采集时是潮湿的,比干燥时更容易裂开。那些在野外采集,准备搬回实验室再劈开的岩块,可以二次浸水。方法是将岩石置于数层湿报纸之间,放置几天。如果要完整地劈开层理差的岩石中的压型化石,这种方法相当有效。
——对较易破碎的和较软的含有柔弱印痕的黏土、软质页岩和含泥质砂岩的标本,最好首先用棉花或软纸包裹起来,含印痕的微小的岩块包在棉花里,数个同置于一个盒子中。
——在用纸包裹标本时应当将其包裹成便于叠放的形状,如方块状和砖状。
——为了避免磨损,应将标签折叠起来置于纸包内的一个角落里,为保证记录完整,在标签和纸包上不同地方多写1～2次。用这种方法包装的标本可以放在背包和背囊中搬运。
5.6 野外记录的内容
在野外记录本上应记录含化石的标本是在什么条件下(山谷倾斜处、采石场、泥塘、探槽、铁路路堑)采集的,并标明岩层的垂直方向、距地表的深度及产有标本的岩石名称和位于该岩石上下岩层的名称(如在砂岩中的页岩夹层)。野外采集时一定要在采集时对化石进行编号,包装好后进行编录并附上标签。记录的内容包括:
——准确的发现地,最好指出最近的居民点、火车站、区域、省份及其与河流的关系以及有关的地物、地貌等。
——标明采集日期。
——写出采集人的姓名。
——记录化石产出的时代、层位。
——记录露头或人工点的号码,同一岩层中的全部标本必须用同一号码标出,如+++号露头,++号标本;采自同一岩层的标本不必每块都单独进行特殊的编号,但如标本是在同一露头上或剖面上的两个或以上的岩层中采集的,就应当用特殊的号码标明岩层的上、下关系;从同一剖面的不同岩层上采集的数块标本应当按顺序进行编号,并指明标本之间的距离(如++露头,第1号岩层)。
——记录野外初步鉴定结果及鉴定人。
——记录化石的野外编号。
5.7 运送或邮寄标本
为确保安全,应将标本放置在不易弯曲变形、可堆放得很牢固的箱子里,以免在震动时擦伤或破损。为了包装得更加牢固,可以塞上刨花和纸,或稻草、干草等可以减震的充填物(必须是干的,以免标本长霉)。
6 交换标本、捐赠标本和索取标本
主要是正模标本。这些标本的获得应符合相关的法律。
——签署一个“转交项目”合同,将交换标本、捐赠标本和索取标本的合法所有权转给收藏单位(博物馆或研究机构)。
——标本登记并建立交换、捐赠和索取标本的目录,其中包括标本来源的个人(或单位)资料和标本数据,这些信息应人工记录或输入数据库中。
——向捐赠者发一份正式的感谢信。
——对标本进行检查,确定是否要求特殊保存,如必要便立即实施。
——将标本的详细信息进行记录或输入数据库,每个标本都应编有登记号。这些信息包括采集人/捐赠人、标本学名、地层细节、产地信息、岩性、保存形式以及所采用的特殊保存措施。如果是在某文献中已描述的标本,还应记录作者姓名、文章题目、书刊名称、出版年份、页码、图版等。
除了基本的模式标本以外,下列情况的标本也在收集之列:
——馆藏中未曾描述,或只是粗略描述的标本。
——来自与馆藏已有但层位不清的标本是同一产地且有准确层位的标本。
——馆藏中已有的,但保存特别好的标本。
——新采集标本。
——特殊保存的标本。
——曾在出版物中发表的标本。
——即将被发表的标本。

地层中保存的木化石主要是裸子植物及被子植物的木材化石。木材通常是指树木（乔木），而且往往是把树木中树干的木质部称为木材。要研究化石木材，首先要了解现生木材（主要是树干） 的基本解剖构造，在对比现生木材结构的基础上对化石木材进行识别和研究。一株树木通常可划分为树冠、树干、树根三个部分，对木材研究来说最重要的是树干的构造。

1.2.1 木材的基本结构

1.2.1.1 树干的组成

树皮 形成层以外各种组织的总称。树皮是贮藏养分的场所，是把树叶所制造的养分向下输送的渠道，同时它还是树干的保护层，可防止树木生活组织受外界湿度剧烈变化或机械损伤的影响。

形成层 介于树皮和木质部之间，是分生组织，分生的细胞向内形成次生木质部，向外形成次生韧皮部。

木质部 介于形成层和髓之间。根据细胞组织的来源不同，木质部可分为初生木质部和次生木质部。初生木质部起源于顶端分生组织，围绕在髓的周围，量很少。次生木质部由形成层分生而来，常常简称木质部，它是木材利用的主要部分。

髓 位于树干的中心，为木质部所包围，通常直径很小。髓和初生木质部合称为髓心。

1.2.1.2 木材的三切面

木材是由大小、形状和排列各异的细胞组成。构成木材的细胞大多数沿树干轴向 （纵向） 排列；也有少量的细胞构成组织带，沿树干半径方向排列（木射线）。要全面、正确地了解木材的细胞或组织所形成的各种构造特征，就必须通过木材的三个切面，横切面、径切面和弦切面（图1.2.1）来观察。

图1.2.1 茎的三种切面的切法

横切面 与树干轴向方向垂直的切面，这个切面能反映出木材纵向细胞或组织的横断面形态及分布规律，也能反映出横向组织木射线的宽度、长度方向等特征。横切面较全面地反映了细胞间的相互联系，是识别木材的重要切面。

径切面 与树干轴向相平行的沿树干半径方向 （即通过髓心） 的切面，这个切面能反映纵向细胞的长度和横向组织的长度和高度，以及交叉场纹孔的特点。

弦切面 与树干轴向相平行的不通过髓心的切面，这个切面能反映纵向细胞的长度及横向细胞或组织的高度和宽度。

1.2.1.3 木材的宏观构造特征

生长轮 树木在一个生长周期内所产生的一层木质环轮。在横切面上，生长轮呈同心圆的圈层。温、寒带地区的树木，一年仅有一度生长，形成层每年向内生长一层木质部，故亦称之为年轮。在热带或亚热带，因四季温差小，树木生长与雨季和旱季相关，一年之内形成几圈木质层。每个生长季节早期形成的木材，其颜色较浅，组织较松，材质较软，称早材，早材位于生长轮内侧；生长季节后期所形成的木材，其颜色较深、组织较密，材质较硬，称为晚材，晚材位于生长轮外侧。

木射线 在木材横切面上，有许多由内向外呈辐射状的浅色线条，与年轮垂直。这些线条有的从髓心放射出来，称为髓射线；木射线在横切面上呈辐射状的细线，显示其长度和宽度方向；在径切面上呈横行带状或片状，显示其高度和长度；在弦切面上则顺着木纹方向呈点状、细线状或纺锤状，反映其高度和宽度。

管孔 木材由细胞（中空） 组成。多数细胞纵向排列，在横切面上呈孔洞状。仅一种细胞在宏观下可见——导管分子。根据导管的有无可以把木材分为两类，不具导管分子的针叶材 （无孔材）和具有导管分子的阔叶材 （有孔材）。在阔叶材中根据管孔的分布可以把木材分为环孔材、散孔材、半散孔材、辐射孔材、切线孔材、交叉孔材等不同的类型。

轴向薄壁组织 在横切面上所见的一部分材色较周围的材色浅，并能形成各种形态的组织。针叶树的木材轴向薄壁组织不发达或根本没有，宏观下一般不可见。多数被子植物阔叶材有较丰富的轴向薄壁组织。

胞间道 是由分泌细胞围绕而成的长形孔道，是树脂道和树胶道的统称。它不是细胞，而是细胞间隙。

树脂道 某些针叶材的胞间道中充满树脂，故称树脂道。树脂道有轴向树脂道、径向树脂道；还有正常树脂道和创伤树脂道之分。

1.2.1.4 针叶材的微观构造

管胞 是一种纵向的厚壁细胞，是构成针叶材的主要细胞，占细胞总量的90％以上。在纵切面上，管胞细而长，两端尖削。横切面上早材管胞呈近正方形，壁较薄，而晚材管胞呈长方形或扁平状，壁较厚。管胞长度多为3～5 mm，最长可达11 mm，最短为1.2 mm。管胞壁上的纹孔为具缘纹孔。

木射线 木射线的组成细胞有射线薄壁细胞和射线管胞两类。根据木射线在弦切面上的形态，可分为两种类型：单列木射线——木射线仅由一列或偶见两列细胞构成，如冷杉、杉木等；纺锤形木射线——由于横向树脂道的存在而使木射线呈纺锤形，如松、落叶松、云杉等具径向树脂道的树种。在径切面上，由射线薄壁细胞和早材管胞相交区域内的纹孔式，称为交叉场纹孔。它可分为5种类型：窗格型、松木型、云杉型、杉木型和柏木型。

轴向薄壁组织 针叶材中轴向薄壁细胞含量极小，以杉科、柏科、罗汉松科等木材中较发达。在横切面上，轴向薄壁细胞呈方形或长方形，壁薄，常含树脂等内含物 （树脂细胞）。在纵切面上，若干长方形轴向薄壁细胞连成一串，胞壁具单纹孔。

树脂道 由薄壁的分泌细胞围绕而成。观察轴向树脂道在横切面上进行，观察径向树脂道则在弦切面进行。树脂道的大小、数量和分泌细胞的数目、壁的厚度等随树种而异。

1.2.1.5 阔叶材的微观构造

导管 导管为阔叶材所独有，是一种由一连串轴向细胞形成的纵向管状组织，约占木材体积的20％。构成导管的单个细胞称为导管分子，在横切面上呈孔状，称为管孔。导管分子是形体较短的厚壁细胞，但细胞腔大，壁较薄，胞壁上的纹孔为具缘纹孔。相连的两个导管分子之间底壁相通的孔隙称为穿孔。相邻导管与导管间的纹孔称管间纹孔。

管胞 阔叶材的管胞通常包括导管状管胞和环管管胞，它们不同于针叶材的管胞，也不同于阔叶材中归为木纤维的纤维状管胞。导管状管胞类似小导管，但不具穿孔。环管管胞类似短的纤维细胞，位于环孔材大导管周围，不成一定的轴向排列，多呈扁平状。

木纤维 木纤维是阔叶材的重要组成细胞，占木材体积的50％以上。它是一种两端尖削，呈长纺锤形，腔小壁厚的纵向细胞。

轴向薄壁组织 由若干个薄壁细胞纵向串联而成。阔叶材的轴向薄壁组织较丰富，在横切面上的排列与宏观下所观察的相同。在纵切面上，轴向薄壁组织的高度相近，有时亦有少量分隔的纺锤形薄壁细胞。

木射线 阔叶材木射线均由横卧、直立、方形射线薄壁细胞组成。根据木射线的宽度 （弦切面） 可把木射线分为几个类型：单列木射线 （一个细胞宽）、多列木射线 （两列或两列以上）、聚合木射线 （多列木射线中夹杂有木纤维等细胞）。

从射线薄壁细胞组成来看，仅具横卧细胞的称为同形木射线；既有横卧，又有直立细胞的称异形木射线，如垂柳。

1.2.2 木化石的主要解剖特征

木材保存下来成为化石的部分常常是不完整的。绝大多数所谓的木化石主要是次生木质部，也有一部分除了次生木质部外还保存了髓，因此，化石木材的解剖特征也常常是不完整的。研究化石木材也主要是从三个切面观察木材的解剖构造。在具有专业设备的实验室里，将要研究的化石木材按横向、径向和弦向三个方向制备成适合在生物显微镜下进行观察、测量和拍摄的薄片；或在电子显微镜下观察、照相的样品。现将在裸子植物的密木型木材 （如松柏类、银杏类）、疏木型木材 （如苏铁类），以及被子植物木材中，各个方向上所能观测到的解剖构造特征简介如下。

1.2.2.1 横切面

在横切面上可以看到木材是否有生长轮，生长轮的明显度 （明显、略明显或不明显） 和宽度，以及早材和晚材在一个生长轮内的急缓变化。

1） 松柏类木材的横切面 （图1.2.2）：除观察生长轮外，主要观察纵向树脂道的存在与否，管胞横截面的形态、壁的厚薄和直径的大小，以及木射线的分布、宽窄和密度；当有轴向木薄壁组织存在时，还应主要观察它们的细胞壁上是否有纹孔出现。当有髓部和次生木质部被保存时，应注意观察髓的形态、大小及髓细胞是否属于同质的，是否有分泌细胞、分泌管以及分泌道等的存在。

2） 被子植物木材的横切面 （图1.2.3）：在横切面中主要观察管孔的分布 （环孔材、散孔材、半散孔材、辐射孔材、切线孔材、交叉孔材） 和管孔的排列以及管孔内是否含有侵填体、树胶和其他沉积物，轴向薄壁组织发达与否，及轴向薄壁组织与管孔的连生关系 （离管还是傍管），树脂道或树胶道的有无。

3） 苏铁类木材的横切面 （图1.2.4）：它们往往很容易同髓、次生木质部、皮层以及由叶柄基或低出叶柄基组成的防护套等一起被保存。苏铁类的髓比较大，在其中可以观察到髓的维管束、黏液道、转输细胞和由它们组成的转输组织，以及带状叶迹。髓的外侧是木质部圆筒，它由初生木质部和次生木质部两个部分组成。在现生的苏铁类中，木质部基本上有两种形式：单环型和多环型。单环型仅有一个较窄的次生木质部环，初生木质部位于次生木质部的内侧，并被初生的髓射线分割；多环型可以有两个或两个以上的次生木质部环，每个次生木质部环的内侧都有一个初生木质部带。在化石苏铁类的木材中，除了有与现生苏铁类相同的单环型和多环型以外，还发现有类似中始式的木质部环，即次生木质部有离心的次生木质部环和一个向心的次生木质部环。木质部环往往被初生的髓射线或次生的木射线分割成许多的木质部束。在木质部环的外侧，依次是韧皮部、较厚的皮层和较薄的周皮层，最外侧是由叶和叶柄基组成的防护套层。由髓部发出的带状叶迹可以穿过木质部、韧皮部、皮层和周皮进入叶柄基，并形成叶柄基中的维管束系统。

图1.2.2 松柏类次生木质部的解剖构造示意图

图1.2.3 美国鹅掌楸（双子叶植物） 次生木质部和形成层的立体结构图解

1.2.2.2 径切面

1） 松柏类木材的径切面 （图1.2.2）：重点观察管胞径向壁上具缘纹孔的类型，以及是否同时具有螺纹加厚等；其次要注意观察交叉场的特征。在射线中，是否有射线管胞的存在；射线细胞的水平壁是否具有真正的次生壁，是否具单纹孔。射线细胞的端壁 （弦向壁或垂向壁） 是否具有节状加厚等。木射线细胞端壁节状 （念珠状） 加厚，这在松科中的冷杉亚科及松属中的软木松类比较显著，圆柏属和翠柏属的某些种亦很明显。所以，这些特征同样具有重要的分类意义。

2） 被子植物木材的径切面 （图1.2.3）：可以观察到导管的形态及构造，包括导管与导管间的管间纹孔的排列、导管壁上螺纹加厚的有无、分布等，导管末端的穿孔板、纤维和轴向木薄壁组织的纵切面. 以及交叉场中射线细胞的横壁、端壁及交叉场纹孔的数目、形态和大小。

3） 苏铁类木材的径切面（图1.2.4）：可以观察到髓、木质部圆筒和厚的皮层，以及维管束、黏液道、转输细胞等组织在这个切面上的分布和变化情况；在木质部环中可以见到初生木质部管胞壁上的螺纹和环纹加厚；次生木质部管胞壁上的具缘纹孔和螺纹加厚的排列与分布情况；韧皮部的韧皮薄壁细胞；在皮层中可以观察到皮层的维管束、黏液道、转输细胞及横向延伸的带状叶迹等。在交叉场中，射线细胞常常是异形的，细胞形态可以是直立的、方形的、平卧的。

1.2.2.3 弦切面

1） 松柏类木材的弦切面（图1.2.2）：重点观察木射线的特征，如射线的行列数目、高低和密度；射线细胞壁的厚薄、细胞形态和大小；横向树脂道的存在与否，如果存在，它一般都出现在纺锤形射线中；管胞的弦向壁是否具有纹孔；轴向木薄壁组织的有无，排列形式和丰富程度等；如果是银杏类木材，异细胞和含晶体或草酸钙晶簇细胞是否存在等。

2） 被子植物木材的弦切面 （图1.2.3）：主要观察木射线的宽度 （单列木射线、多列木射线、聚合木射线）、射线薄壁细胞组成 （同形木射线，或异形木射线），还要观察导管、纤维和轴向木薄壁组织等在纵向上的变化情况。

3） 苏铁类木材的弦切面 （图1.2.4）；在次生木质部中，可见到1至多列的木射线，多列射线—般排列成纺锤形；在韧皮部中，主要是韧皮薄壁细胞；在皮层中，还可以见到皮层的维管束，黏液道带状叶迹等。

图1.2.4 苏铁茎在不同切面的图解