微生物碳酸盐岩研究进展及存在的问题

通过对国内外有关微生物碳酸盐岩的成因、分类资料的广泛阅览和对比分析,发现以蓝藻菌、减硫酸盐细菌、产甲烷细菌为主的微生物在新陈代谢过程中能够改变水体的物理化学条件而促使Ca2 、Mg2 发生沉积,或是对外来碎屑进行捕捉和粘附,或是发生自身钙化,从而引导微生物碳酸盐岩的形成.依据形成机制和宏观构造将微生物碳酸盐岩划分为叠层石、凝块石、树形石和均一石,初步建立了微生物碳酸盐岩的分类体系,是碳酸盐沉积学中的重大进展.另外,应将同样具有特殊宏观构造和重大地质意义的核形石、纹理石与叠层石、凝块石、树形石和均一石并列,归为微生物碳酸盐岩.     

微生物碳酸盐岩分类体系的修订:对灰岩成因结构分类体系的补充

微生物沉积作用在前寒武纪地层中普遍发育,在显生宙的一些地层中也较为发育。在碳酸盐岩地层之中,以叠层石为代表的微生物岩尤为引人注目。经过长期研究,2000年Riding曾经将微生物碳酸盐岩分为叠层石、凝块石、树形石和均一石4大类型。实际上,核形石以其较为广泛的发育和特殊的微组构也应该作为一种典型的微生物碳酸盐岩类型而纳入微生物碳酸盐岩的分类体系之中,而不能简单地作为球状叠层石。而那些纹理石灰岩,较厚的纹理和较深的产出沉积环境与叠层石形成明显的区别,也应该作为一种微生物碳酸盐岩的类型。生物沉积作用所形成的碳酸盐岩,以生物礁岩最为典型,在20世纪70年代曾经被Embry和Kloven归为骨架岩、障积岩、粘结岩三大类型,后来又增加了胶结岩,这是对20世纪50年代Folk、Dunham关于灰岩成因结构分类体系的良好补充。这些生物礁岩石以其高能量形成环境而有时又几乎见不到颗粒而与"颗粒含量越高沉积环境的能量越高"的基本理念不相符,所以Wright在1992年将它们归为生物作用类岩石,从而将灰岩划分为沉积作用、生物作用、成岩作用三大类。根据该分类,Folk和Dunham所描述的分类则属于沉积作用类灰岩,而Embry和Kloven所描述的生物礁岩石则归为生物作用类灰岩。微生物碳酸盐岩,总体上构成生物作用类碳酸盐岩中的粘结岩类,以其明显的微生物作用特点而具有自己的分类体系;它不但作为生物礁岩石的主要类型,而且也常常以生物礁、生物层和生物丘三种形式发育在地层之中。因此,上述概念和认识的进步,在强调微生物沉积作用的重要性的同时,有必要将微生物碳酸盐岩重新分为6大类:叠层石、凝块石、核形石、树形石、纹理石和均一石。     

肥城邓家庄剖面寒武系微生物碳酸盐岩沉积序列

山东肥城邓家庄剖面寒武系出露连续,构成了7个三级层序。微生物碳酸盐岩主要发育在高位体系域和强迫型海退体系域单元中,以徐庄组凝块石、张夏组核形石、长山组叠层石、凤山组均一石为代表,是研究早古生代微生物碳酸盐岩复苏期的良好实例。多样化的微生物碳酸盐岩中可见大量保存精美的附枝菌（Epiphyton）、葛万菌（Girvanella）以及肾形菌（Renalcis）等钙化微生物残余物,指示了微生物碳酸盐岩形成与蓝细菌为主导的微生物新陈代谢活动密切相关。此外,微生物碳酸盐岩沉积特征反映了生长环境的分异性:均一石、凝块石分别生长在潮下带下部、上部;柱状叠层石主要发育在能量较高的潮间带环境;核形石指示了沉积环境浅且能量高的鲕粒滩相沉积环境。邓家庄寒武系剖面微生物碳酸盐岩为了解寒武纪地球微生物、古环境、古气候提供了重要的岩石记录。     

山东平邑盆地古近系湖相微生物碳酸盐岩形成机理*

微生物碳酸盐岩是当前沉积学的研究热点之一,但关于古近系湖相微生物碳酸盐岩的报道还非常少。为探讨山东平邑盆地古近系官庄组中段湖相微生物碳酸盐岩的形成机理,笔者进行了野外实测以及室内偏光显微镜和扫描电镜观察。研究结果认为：（1）研究区微生物碳酸盐岩主要有核形石、叠层石和凝块石;（2）在核形石、叠层石和凝块石内部均发现了球状微生物化石、席状体和凝块状泥晶等微生物成因的显微组构,表明了它们形成过程中共同的生长、粘结和钙化等微生物作用;（3）微生物作用对环境变化比较敏感,水体较小、变化频繁的湖泊环境,对微生物碳酸盐岩结构和形态的发育有很大影响;核形石、叠层石和凝块石的形成环境大致呈现出水动力依次减弱、陆源碎屑物质依次减少、水深依次加大的规律;（4）提出了研究区微生物碳酸盐岩的成因模式,认为这3种微生物碳酸盐岩正是以微生物活动为共同基础,在不同的环境条件下形成的。     

辽东半岛复州湾剖面寒武系第二统光合作用生物膜建造的核形石

作为一种经常大于鲕粒的包覆颗粒类型,核形石以其不平滑的圈层被解释为微生物成因,区别于成因存在较大争议的鲕粒,而且常与鲕粒和其他类型的碳酸盐颗粒相互共生;作为一种在围绕着生物碎屑和非生物碎屑核心的序列式纹层化作用过程中形成的球形或假球型生物沉积构造,核形石还常常单独产出和分布,所以又被解释为微生物碳酸盐岩,或者被归为球状叠层石。在辽东半岛寒武系第二统碱厂组和馒头组之中,厘米级别大小的核形石密集发育在三级层序的顶部,成为一种时间特化的相。另外,以下重要特征将辽东半岛寒武系第二统的核形石特征化,包括:(1)与凝块和微凝块共生;(2)多为球状和椭球状;(3)由不均一的非纹层状致密泥晶和微亮晶构成;(4)核形石皮层以及核形石间凝块中发育特别的蓝细菌鞘钙化化石等。尽管穿越成岩作用过滤器去解释古代核形石复杂的形成机理存在着巨大的挑战,也尽管形成这些核形石的复杂生物膜钙化作用细节需要更加深入地研究才能得到更好地了解,但是,辽东半岛第二统碱厂组和馒头组核形石中直接的微生物化石证据,尤其是核形石内较为丰富的钙化蓝细菌鞘化石,使其成为一个了解光合作用生物膜建造核形石的典型实例。     

天津蓟县中元古界雾迷山组微指状叠层石及其对1250 Ma±叠层石衰减事件的响应

天津蓟县中元古界雾迷山组是一套厚度超过3000,m的叠层石碳酸盐岩沉积序列,在该序列中潮下相叠层石生物层、凝块石生物丘与潮坪相泥晶白云岩、潟湖相白云质泥页岩一起构成若干个环潮坪型米级旋回——"雾迷山旋回层"。在雾迷山组下部发育微指状叠层石,并被古生物学家定义为"Pseudogymnosolen mo-panyuensis-Scuphus-Yangzhuang columnaris"组合,即假裸枝叠层石科叠层石,沉积学家将其解释为元古代文石(灰华)海底沉淀物所构成的叠层石,代表从太古代海底结壳状文石沉淀物组成的叠层石到新元古代碎屑结构相的泥晶碳酸盐岩叠层石过渡时期的特殊产物。因此,雾迷山组巨厚的叠层石碳酸盐岩沉积序列,记录了元古代文石(灰华)海底沉淀物所构成的特殊的叠层石大规模消亡的层位,为研究前寒武纪以叠层石为代表的微生物碳酸盐岩所经历的漫长而复杂的地质历史演变提供了宝贵的材料。     

河北平泉高于庄组凝块石的特征及其成因解析

微生物碳酸盐岩是微生物与环境相互作用的产物,它的发育对古环境与微生物群落有着重要的指示意义。河北省平泉县地区中元古代高于庄组四段发育有凝块石、纹理石、叠层石多种微生物碳酸盐岩。凝块石以其内部独特的凝块组构而显著区别于具纹层构造的叠层石等其它微生物岩类型。根据尺寸大小与排列特点可将高于庄组凝块石中的凝块组构分为3种类型：厘米级别、致密的中凝块,毫米级别、似层状的小凝块与微米级别、层状分布的微凝块。显微与超显微观察显示,所有的凝块组构均由内核与外壳两个结构单元组成。内核主要为丝状细菌、球状细菌等微生物或有机质残留,围绕内核的是呈放射状、扇状分布的方解石外壳,方解石颗粒之间可见有薄片状胞外聚合物（EPS）残留。凝块中微生物残余及EPS的大量发现,表明了凝块组构的形成与微生物密切相关。环境中海水碳酸盐初始饱和度的高低可能是形成不同类型的凝块组构的原因。     

微生物碳酸盐岩油气储层研究现状与展望

微生物碳酸盐岩是一种重要的油气储集岩。在中国古老深埋碳酸盐岩地层中它们是主要的岩石类型。微生物碳酸盐岩通常可划分为叠层石、凝块石、树枝石、均一石和核形石等五种类型。储层孔隙系统与微生物岩的沉积结构和构造密切相关,窗格孔（洞）和格架孔（洞）是主要储集空间类型。全球中新元古界至中生界都发现了以微生物碳酸盐岩为储层的油气田,资源潜力巨大。 微生物岩储层的岩石类型、沉积构造、相序结构、沉积模式和储层有利相带尚有许多不明晰之处,是今后进一步深化研究的重点方向。     

鲕粒滩相灰岩特别的核形石灰岩帽——以山西繁峙茶坊子剖面寒武系张夏组为例

作为一种较为特别的微生物碳酸盐岩类型,核形石以双重属性而著称：① 以不平滑的皮层和较大的大小而常常被解释为微生物成因,从而区别于而成因存在着较大争议的鲕粒,所以,核形石也可以作为一种包覆颗粒类型;② 作为微生物碳酸盐岩的一种类型而被归为相互不连接的球状叠层石,因为核形石形成在围绕着核心的序列式纹层化作用过程之中,并且表现为球形或椭球型的生物沉积构造。在山西繁峙茶坊子剖面寒武系苗岭统张夏组块状鲕粒滩相灰岩的顶部,密集发育着厘米级别大小的高能泥晶核形石,核形石灰岩的厚度接近1 m,从而组成一个块状鲕粒滩相灰岩之上特征性的核形石灰岩帽。该层厚度较小的（小于1 m）核形石灰岩中的核形石,具有以下特征：① 厘米级别的大小（1至3 cm）;②球形或椭球形的形态学特征;③核形石皮层主导性的泥晶和少量的微亮晶构成;④核形石皮层中较高密度保存的丝状蓝细菌鞘化石;⑤核形石间特别的凝块基质,以及明显的丝状蓝细菌鞘化石构成的凝块。尽管穿越成岩作用过滤器去解释古代核形石复杂的形成机理将存在着巨大的挑战,也尽管形成这些核形石复杂的生物膜钙化作用机理还没有得到完全而且准确的了解,但是,山西省繁峙县茶坊子剖面张夏组顶部的核形石,壮观的宏观特征,核形石皮层中直接的微生物化石证据,尤其是在核形石内较为丰富的丝状蓝细菌鞘化石,使其成为一个了解光合作用生物膜建造核形石的典型实例,而且成为了解发育在高能鲕粒滩相灰岩之上最为特别的“藻坪”沉积的一个较为典型实例。     

湖北松滋地区下奥陶统微生物岩

首次系统性地对湖北松滋地区下奥陶统微生物岩开展研究。根据微生物岩的生长方式,文中将微生物岩划分为原地生长型和非原地生长型两大类别,前者包括叠层石、凝块石,后者主要为核形石。根据几何形态特征,将研究区的叠层石分为层状、波状、柱状和丘状4种类型,新发现并命名了双锥柱状叠层石。将凝块石划分为斑状、网状和条带状3种类型,在豹斑状和网状凝块石中,发现了许多钻孔捕食软体动物Ecculiomphalus化石以及生物扰动的痕迹,文中认为这两种凝块石均属于生物扰动型凝块石。生物扰动型凝块石的发现不仅填补了国内、外奥陶纪该领域的部分空白,而且为凝块石成因的研究提供新的材料。在对各类微生物岩的沉积特征分析基础上,阐述了各类微生物岩的沉积环境,并总结其沉积环境分布模式。对微生物岩发育与中奥陶世后生动物大辐射之间的关系进行了探讨,根据早奥陶世晚期至中奥陶世初期后生动物的阶梯式和快速辐射与微生物岩突然减少的对应关系,结合研究区叠层石、凝块石中发现许多后生底栖钻孔捕食腹足类Ecculiomphalus化石等现象,认为微生物岩随时间推移而逐渐减少、衰退与后生动物丰度的快速增加有一定关系,指出食草动物不仅啃食了形成叠层石的菌藻类微生物,造成叠层石数量的不断减少,而且破坏了叠层石的生长状态,结果形成了研究区独具特征的生物扰动型凝块石。此外,作者认为,中奥陶世开始,海平面的快速上升也是研究区微生物岩减少直至消失的原因之一。     

岩石坚硬程度对核电厂地基-基础地震响应特征的影响分析

考虑核电厂地基-基础的动力相互作用,应用显式动力有限差分法分析了地震作用下极软岩、较软岩、坚硬岩上核电厂建筑结构基础的地震响应特征,比较了岩石坚硬程度对基础加速度反应谱的影响。研究表明：随着岩石坚硬程度的提高,核电厂建筑物结构基础的地震响应有增加的趋势;在周期轴上,基础处的加速度反应谱曲线会随着岩石坚硬程度的提高逐渐向短周期（高频段）方向移动。在高频段,建造于较坚硬岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在中等频段,建造于较软岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在低频段,岩石坚硬程度对加速度反应谱的影响不显著。     

Strains of scattering of near-field of a point source

Three dimensional scattering of near-field is studied for dilatation and rotation in the time domain. The perturbation method is applied to solve the equation of motion for the first order scattering from a weak inhomogeneity in an otherwise homogeneous medium. The inhomogeneity is assumed close enough to the point source so that the near-field intermediate wave is dominating over the far-field sphericalP andS pulses. The integral expressions are derived to relate dilatation and rotation of scattering to the radial fluctuations of velocities and density in the inhomogeneity. These integrals are solved to calculate the strains of scattering from (a part of) an inhomogeneous spherical shell of arbitrary curvature. Variable curvature may allow the shape of inhomogeneity volume element to change uniformly from spherical to rectangular. Rotation of scattering from a spherical shell is independent ofP wave velocity inhomogeneity. Dilatation of scattering does not involveS wave velocity inhomogeneity but its gradient. The back scattering results are obtained as a special case. Strains are computed numerically, for hypothetical models to study the effects of various parameters viz., velocity inhomogeneity, distance of source from inhomogeneity and from receiver, and thickness of inhomogeneity. The curvature of the spherical shell is varied to study the effects of the shape of inhomogeneous volume element on scattering.     

土石坝心墙水力劈裂分析

简要分析了水力劈裂的发生条件、力学机理。基于水压楔劈机理,利用有限元方法建立了一种水力劈裂的发生判定方法。该方法假定心墙预先存在局部渗透弱面（裂缝）,通过将裂缝位置的单元材料改为裂缝软材料,考虑库水进入裂缝后对裂缝周围土体的作用,建立水力劈裂分析的平面有限元模型,确定裂缝端部垂直于裂缝面的正应力,进而依据该正应力判断水力劈裂发生的可能性,该方法同时可模拟水力劈裂的发展过程。     

土钉支护失稳分析

某基坑采用复合土钉墙支护,开挖至坑底后,基坑北侧发生失稳事故。本文就其事故发生原因作一探讨。     

地震次生地质灾害风险评估集对态势分析

5．12四川汶川8级强震引发了大量次生地质灾害,加剧了灾情并严重影响抗震救灾。地震次生地质灾害受多重因素制约,其孕育与致灾过程具有不确定性。利用集对分析原理与方法,对地震次生地质灾害进行同异反态势分析,拟定了风险评估的集对分析同一度、差异度、对立度等指标体系的构建原则与赋值标准,对承灾体系统的不确定性及其作用作了刻画与分析,建立了不同风险分区代表性的集对分析联系度表达式,为地震灾害研究提供了可资借鉴的新思路和技术方法。     

Geochemistry of Thermal Waters of Continental Margin of Far East of Russia

Studied waters belong to warm(T=30-50℃),alkaline(pH=8.9-9.3),low mineralized(TDS235 mg/1)Na-HCO_3 or Na-SO_4-HCO_3 thermal waters with high content of SiO_2(up to 81 mg/l)and F(up to 3.9 mg/1),occur on modern volcano-tectonic rejuvenated areas of Eastern Sikhote-Alin orogenic belt.Low~3He concentration as well as N_2/O_2 and N_2/Ar ratios exclude influence of deep mantle fluid.New rare earth element data constrain our understandmg of water-rock interaction occurring in the water source region.Meteoric origin of waters is proved by stable isotope values varying from-71‰to-136.1‰and from-10.8‰to-18.8‰forδ~2U andδ~(18)O respectively.REE patterns reflect high pH,resultfing from water-rock interaction and oxidative conditions.Calculations of deep aquifer temperature using Na-K and quartz geothermometers show 116.8-131.1°C and 82.2-125.8℃respectively.Presence of deep faults both with abnormal thermal gradient(~45-50 K/km)define unique geochemical shape of thermal waters of Sikhote-Alin,area,where no present volcanic activity is registered.     

下扬子区三叠纪古地理演化

下扬子区在三叠纪期间接受了早-中三叠世海相碳酸盐沉积、中-晚三叠世海陆交互相和陆相湖沼沉积.沉积相带的空间分布和古地理格局的变迁明显地受到区域构造的控制.区内盆地发育与演化是在华南板块与扬子板块、扬子板块与华北板块相互作用的背景下进行的.早-中三叠世末期的印支运动是下扬子区构造-古地理格局改变的决定性因素,使下扬子海盆闭合,沉积类型由海相沉积变为陆相沉积.下扬子区三叠纪古地理的演化特征也为板块碰撞提供了沉积证据.     

多年冻土融沉性分类研究

在冻土工程中,冻土的融沉性评价是工程地质勘察的主要内容之一,融沉性分类是冻土地基基础设计施工的重要依据．根据345个冻土原状样品融沉压缩试验数据,提出了细砾、砂土、粉土、黏性土、泥炭化黏性土和泥炭质土等6类土的融沉系数一含水量或融沉系数一超塑含水量线性回归方程式,得到与各融沉性分级相应的界限含水量或界限超塑含水量．最后...     

Kinetics of dehydration of Ca-montmorillonite

Isothermal thermogravimetric experiments have been carried out to determine the reaction kinetics of the dehydration processes in fuller's earth, a natural Ca-montmorillonite. Dehydration in swelling clays is a complex reaction, and analysis of the thermogravimetric data using empirical rate equations and time-transformation analysis reveals that the nature of the rate controlling mechanism is dependent upon both the temperature regime of the sample as well as the extent of reaction. For fuller's earth, we find that the dehydration kinetics are dominated by a nucleation and growth mechanism at low temperatures and fractions transformed (stage I), but above 90 °C the last stages of the reaction are diffusion controlled (stage II). The activation energy for dehydration during stage I is around 35 kJ · mol⁻¹, whereas the removal of water during stage II requires an activation energy of around 50 kJ · mol⁻¹. These two stages of dehydration are associated with primary collapse of the interlayer (stage I) and movement of water that is hydrated to cations within the interlayer (stage II). Received: 28 August 1998 / Revised, accepted: 27 January 1999