不同状态嗜盐古菌细胞及羧基微球诱导白云石沉淀

白云石是沉积岩中广泛存在的碳酸盐矿物,其成因机制一直备受关注.野外调研发现现生白云石多分布于高盐环境,模拟实验也表明嗜盐微生物能诱导形成白云石,但微生物诱导白云石沉淀的机理仍不明确.分别用嗜盐古菌Natrinema sp.J7-1对数后期的活细胞、失去代谢活性的J7-1完整细胞（经线粒体氧化磷酸化解偶联剂处理）、表面蛋白质变性的J7-1细胞（经多聚甲醛和戊二醛处理）和表面富含羧基的微球,在盐度为280‰的沉淀体系中诱导白云石沉淀.分别利用X射线衍射（XRD）分析矿物的物相,扫描电子显微镜（SEM）分析矿物、微生物以及羧基微球的形貌,傅立叶红外光谱（FT-IR）分析细胞变性前后表面的官能团.结果表明,失去代谢活性的J7-1细胞与正常的对数后期细胞均能够诱导原白云石形成;经过多聚甲醛/戊二醛固定后,细胞表面羧基含量降低,不能诱导白云石沉淀;羧基微球能够诱导形成原白云石.以上研究证实细胞表面的羧基可能是微生物促进白云石沉淀的一种关键因素,而细胞的生长代谢在本研究的条件下不是控制白云石沉淀的主要因素.      

“白云石（岩）问题”与湖相白云岩研究

 近30年来,微生物白云石模式推动“白云石（岩）问题”前进了一大步,大量的实验和实例证明微生物（硫酸盐还原菌、产甲烷古菌、中度嗜盐有氧细菌等）的代谢活动对于促进白云石低温沉淀起了关键作用。微生物白云石特殊的微结构、微形貌和稳定同位素特征是其主要识别标志。然而,该模式在微生物成岩规模、诱导机制、是否存在纳米细菌化石以及现代微生物白云石成因模式能否用来解释古代白云石的成因等方面仍存在较大争议。我国古代湖相白云岩因其时空分布广、成因机制多样等特点可为“白云石问题”的研究提供良好的条件。     

微生物诱导白云石沉淀研究进展及面临的挑战

白云岩成因机理一直是地质学家们关注的焦点,微生物诱导沉淀白云石模式是对"白云岩问题"的重要补充.一方面,微生物作用能显著改善邻近水体化学条件,形成利于白云石沉淀的微环境;另一方面,微生物及代谢产物为白云石沉淀提供成核位点.两者共同克服低温白云石沉淀的动力学障碍.但对于古老地层而言,判识白云石是否为微生物成因具有难度,目...     

微生物白云岩模式研究进展

白云石（岩）问题一直是沉积学领域长期关注的研究主题之一。近年来,在研究含有白云石的现代自然环境和促进原生白云石的沉淀实验中,都加入了微生物因素,并取得了令世人关注的效果,这无疑为白云石（岩）的成因研究提供了新思路与新途径。在前人研究基础上,总结现有的观察资料和实验结果,将微生物促进白云石沉淀的机理模式归纳为厌氧模式和需氧模式2种,并分别介绍这两种模式中硫酸盐还原细菌、产甲烷菌和嗜盐好氧细菌促进白云石沉淀的机理;与微生物相关的矿物形态学特征中,球形和哑铃形白云石及白云石最初的成核阶段所形成的纳米球粒状结构具有一定代表意义,尤其是纳米球粒状结构可以作为生物矿物学上微生物白云石的标志性结构。通过这些特殊的形态特征来寻找微生物作用的证据,或可为古代相似成因白云石（岩）的成因研究提供一种标志。     

微生物(有机)白云石成因模式研究进展与思考

白云石的成因机制一直是地球科学领域备受争论的议题.传统研究多认为白云石为次生成因.新近提出的"微生物(有机)白云石模式"认为该矿物在微生物或有机物作用下可以从溶液中直接沉淀,从而为白云石的成因研究提供了新思路.总结了该模式近20年来取得的重要进展,并指出尚待弥补的环节.微生物的催化机理主要表现为其代谢作用可提高胞外微环境中白云石的饱和度,同时其携带负电荷的细胞外壁可作为白云石晶体的成核位点.微生物成因白云石呈球状、哑铃状和花椰菜形等外貌.高盐度有利于微生物介导低温白云石沉淀,而硫酸根扮演的角色则仍需进一步验证.最新的研究表明微生物胞外聚合物有助于Mg~(2+)摆脱水合作用的束缚,是微生物催化白云石形成的关键.非微生物源的羧基化合物也可通过与胞外聚合物类似的途径在白云石饱和溶液中促进低温白云石形成.微生物(有机)成因白云石为原白云石,而非有序白云石.目前对微生物(有机)成因白云石在成岩改造中的演化过程仍然缺乏认识,是"微生物(有机)白云石模式"的缺失环节,亟待完善.     

内蒙古吉布胡郎图诺尔盐湖厌氧菌对白云石形成的催化作用

白云石的成因机制是地球科学领域备受关注的研究热点之一.地质微生物学家提出的"微生物白云石模式"为解答原生白云石沉积问题提供了新思路.具备孕育原生白云石能力的潮坪和盐湖被认为是研究微生物活动与白云石成因关系的天然实验室.以内蒙古吉布胡郎图诺尔盐湖湖底白云石的发现为研究切入点,尝试评估厌氧微生物对白云石生成的贡献,并回答硫酸根对其催化效能的影响.室内模拟实验表明厌氧菌群及隶属于嗜碱菌属的菌株JN-1均具备催化白云石形成的能力.X-射线粉晶衍射(XRD)分析显示,微生物诱导的矿物产物为无序白云石.扫描电镜(SEM)结果揭示,微生物成因白云石的形貌随培养时间的延长从亚微米球状体转变为微米尺寸的椭球体和哑铃体.此外,模拟实验还证实硫酸根对微生物催化白云石的效能没有抑制作用.以上结果对我们正确认识硫酸根在白云石形成中的作用和促进白云石成因的深入研究具有重要理论意义.     

柴达木盆地西部SG-1钻孔中白云石成因探讨

由于无机环境下不能沉淀白云石,该矿物的成因一直是学术争论的焦点。柴达木盆地西部钻孔SG-1（长938 m）中出现了大量白云石和铁白云石,白云石主要分布在钻孔下部500 m,而铁白云石主要分布在下部418 m。结合湖泊从淡水湖、咸水湖、盐湖至干盐湖的演化过程,文章分析了白云石和铁白云石的成因。白云石是盐类矿物的一种、且无机环境下不能沉淀,蒸发作用和微生物介导是白云石矿物形成的两个重要影响因素。蒸发作用为白云石的形成提供了足够浓度的Mg2+,微生物的介导作用帮助Mg2+克服动力学障碍进入碳酸钙晶格形成白云石。白云石是湖泊演化早期析出的一种碳酸盐类矿物,主要在咸水湖环境中沉淀,盐湖环境中主要沉淀硫酸盐类和氯化物矿物,在盐湖这种高盐度环境下能够生存的微生物非常少,白云石含量明显降低。铁白云石是白云石矿物的一种,是Fe2+替代白云石中的Mg2+形成的次生矿物。Fe2+有两种来源：粘土矿物转换过程中的释放和深部热液来源。Fe2+进入白云石的过程主要是在无机、高温环境下完成的,但不排除微生物的介导作用。     

微生物成因白云石研究进展

"白云岩问题"一直是沉积地质学研究的热点和难点之一,白云岩在我国和世界范围内都是重要的油气储层。因此,深入认识白云岩成因对于碳酸岩油气勘探具有重要参考意义。白云岩成因有多种解释模式,如萨布哈蒸发模式、渗透回流模式、埋藏调节模式、混合水模式、潮汐泵模式等。近几十年来,随着低温白云石研究的不断深入,微生物白云石模式作为一种新的成因模式被提出并不断被完善。本文回顾了微生物成因白云石的研究进展,总结了低温白云石形成的3个动力学障碍(镁离子的高水合能、硫酸根的存在、碳酸根离子的低浓度和低活度),简要介绍了微生物成因白云石模式的建立、微生物成因白云石的生长过程及发育特征,系统分析了微生物在白云石形成过程中的调节作用,指出微生物(如硫酸盐还原菌、古甲烷菌)的存在可以改变溶液中的离子平衡,进而有利地克服白云石形成过程中的动力学障碍,并列举了低温微生物成因白云石的氧同位素指标在古温度恢复和过去气候变化研究中的应用,最后对微生物成因白云石相关研究方向(如多学科交叉、新技术应用等)加以展望。对微生物成因白云石模式的深入认识,将为正确解释"白云岩问题"提供新的途径,也将为石油学家关心的白云岩储层问题提供新的理论基础和研究思路。     

白云岩有机成因模式:机制、进展与意义

白云岩是一种常见的碳酸盐岩,它广泛分布在古代碳酸盐岩台地中,却很少见于全新世沉积物中,这构成了一个未解之谜。近20多年的研究成果表明,早期成岩过程中微生物参与的硫酸盐还原反应、甲烷生成和厌氧氧化反应以及有氧呼吸作用能够促进白云石的沉淀:细菌细胞和胞外聚合物(EPS)带有负电荷,能够聚集溶液中Mg2+和Ca2+;同时上述氧化还原反应产生HCO3-,提高了孔隙水中反应物的浓度;这样在细菌细胞周围形成一个对白云石超饱和的微环境,有利于白云石的沉淀。这是一种新的白云石成因模式,微生物活动和有机质是影响白云石形成最重要的因素,特殊的球状形态和碳同位素特征是鉴别有机成因白云石的重要标志。白云岩有机成因模式为认识地质历史时期大套白云岩的成因、探索"白云岩之谜"提供了新的思路。     

湖相原生白云石的微生物成因机理探讨

近年来,随着对微生物白云石模式研究的不断深入,为解释"白云石问题"提供了新思路。前人对微生物白云石成因研究侧重于微生物对未固结沉积物的改造,即有机准同生白云石化作用,这与实验室中以微生物为媒介形成的"有机原生白云石"在成因机理上存在差异。笔者将微生物白云石机理引入湖相原生白云石成因解释中,认为在湖水—沉积物交界处也会发生微生物成因的原生白云石沉淀,即有机原生白云石。湖水与沉积物交界处的微环境存在明显区别,总体可分为有氧和缺氧2种亚环境,不同亚环境中生活有不同的微生物群落。根据湖泊亚环境特性和微生物种类及其在白云石形成过程中所发挥的作用,可以区分出细菌有氧氧化模式、硫酸盐还原模式和产甲烷模式3种微生物白云石模式。不同模式对应于不同的湖泊环境:细菌有氧氧化模式主要发生于有氧、高Mg/Ca值的咸水/盐湖环境;硫酸盐还原模式主要发生于缺氧、高Mg/Ca值的咸水/盐湖环境;产甲烷模式主要发生于缺氧、低Mg/Ca值的淡水/咸水湖环境。另外,还探讨了pH值变化、SO_4~(2-)的存在和硫化物对镁水合物脱水的影响以及微生物白云石沉淀的环境因子。对微生物成因的原生白云石模式的深入认识,将为湖相白云石成因研究提供新的理论基础和研究思路。     

微生物白云岩形成机理、识别标志及存在的问题

关于白云岩成因,前人提出了多种机理,但许多机理并没有过硬的证据,难以令人信服.近些年的研究表明,白云石借助微生物的作用在常温下可以沉淀出来,形成微生物白云岩.模拟实验证明了这种机理的正确性.微生物白云岩的发现表明,自然界中可以存在原生白云岩,因此具有重要科学意义.实验表明,多种微生物可形成白云岩.文章主要描述了其中4类...     

塔里木盆地乌什地区上震旦统奇格布拉克组地球化学特征及其地质意义*

塔里木盆地寒武系盐下地层资源量巨大,上震旦统奇格布拉克组是该领域风险勘探的重要层系之一,但当前该层系勘探尚未取得重大突破,其中岩相古地理格局及储集层主控因素认识不深是制约勘探突破的重要因素之一。文中以乌什地区昆盖阔坦剖面为研究对象,通过地层精细描述和104块岩石薄片分析,并优选样品开展常微量元素、稀土元素、碳氧锶同位素、白云石有序度及U-Pb同位素年龄测试,分析了奇格布拉克组沉积环境及白云岩成因。结果表明: (1)塔里木盆地乌什地区昆盖阔坦剖面奇格布拉克组厚约141 m,主要发育叠层石、凝块石、泡沫绵层石3种微生物白云岩和鲕粒、粘结颗粒2种与微生物作用相关的颗粒岩,并根据相序组合可以划分为4个段,自下而上构成碳酸盐缓坡背景下的内缓坡潮坪—微生物丘滩沉积序列;(2)地球化学分析表明,奇格布拉克组沉积时期研究区整体处于温暖、干旱气候条件下的近岸浅水环境,海水具有较高盐度、较高水温和氧化—弱氧化特征,海平面先逐渐上升后快速下降;(3)奇格布拉克组白云岩形成于准同生—浅埋藏期,白云石化流体为具有较高盐度的海水。该研究成果不仅可以为塔里木盆地晚震旦世岩相古地理研究提供依据,还可以为储集层主控因素分析提供依据。     

Dolomite formation within microbial mats in the coastal sabkha of Abu Dhabi (United Arab Emirates)

Microbial mediation is the only demonstrated mechanism to precipitate dolomite under Earth surface conditions. A link between microbial activity and dolomite formation in the sabkha of Abu Dhabi has, until now, not been evaluated, even though this environment is cited frequently as the type analogue for many ancient evaporitic sequences. Such an evaluation is the purpose of this study, which is based on a geochemical and petrographic investigation of three sites located on the coastal sabkha of Abu Dhabi, along a transect from the intertidal to the supratidal zone. This investigation revealed a close association between microbial mats and dolomite, suggesting that microbes are involved in the mineralization process. Observations using scanning electron microscopy equipped with a cryotransfer system indicate that authigenic dolomite precipitates within the exopolymeric substances constituting the microbial mats. In current models, microbial dolomite precipitation is linked to an active microbial activity that sustains high pH and alkalinity and decreased sulphate concentrations in pore waters. Such models can be applied to the sabkha environment to explain dolomite formation within microbial mats present at the surface of the intertidal zone. By contrast, these models cannot be applied to the supratidal zone, where abundant dolomite is present within buried mats that no longer show signs of intensive microbial activity. As no abiotic mechanism is known to form dolomite at Earth surface conditions, two different hypotheses can reconcile this result. In a first scenario, all of the dolomite present in the supratidal zone formed in the past, when the mats were active at the surface. In a second scenario, dolomite formation continues within the buried and inactive mats. In order to explain dolomite formation in the absence of active microbial metabolisms, a revised microbial model is proposed in which the mineral‐template properties of exopolymeric substances play a crucial role.     

湖相原生白云石的微生物成因机理探讨*

近年来,随着对微生物白云石模式研究的不断深入,为解释“白云石问题”提供了新思路。前人对微生物白云石成因研究侧重于微生物对未固结沉积物的改造,即有机准同生白云石化作用,这与实验室中以微生物为媒介形成的“有机原生白云石”在成因机理上存在差异。笔者将微生物白云石机理引入湖相原生白云石成因解释中,认为在湖水—沉积物交界处也会发生微生物成因的原生白云石沉淀,即有机原生白云石。湖水与沉积物交界处的微环境存在明显区别,总体可分为有氧和缺氧2种亚环境,不同亚环境中生活有不同的微生物群落。根据湖泊亚环境特性和微生物种类及其在白云石形成过程中所发挥的作用,可以区分出细菌有氧氧化模式、硫酸盐还原模式和产甲烷模式3种微生物白云石模式。不同模式对应于不同的湖泊环境: 细菌有氧氧化模式主要发生于有氧、高Mg/Ca值的咸水/盐湖环境;硫酸盐还原模式主要发生于缺氧、高Mg/Ca值的咸水/盐湖环境;产甲烷模式主要发生于缺氧、低Mg/Ca值的淡水/咸水湖环境。另外,还探讨了pH值变化、SO42-的存在和硫化物对镁水合物脱水的影响以及微生物白云石沉淀的环境因子。对微生物成因的原生白云石模式的深入认识,将为湖相白云石成因研究提供新的理论基础和研究思路。     

微生物白云石模式评述

Vasconcelos等在实验室模拟巴西Lagoa Vermelha潟湖条件,成功地沉淀出白云石,由此提出了微生物白云石模式。该模式在南澳大利亚、阿拉伯海湾、西印度外陆棚边缘以及意大利南部等地区得到了不同研究者的肯定,我国鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组五段白云岩也可以解释为微生物成因。此模式对白云石形成机理的研究具有突破性的意义。当硫酸盐还原细菌利用SO42-时,也吸收了Mg2+,因为Mg2+与SO42-形成了很强的离子对。微生物由于其新陈代谢作用利用SO42-而克服了动力障碍,同时从离子对中释放出Mg2+。在白云石形成的化学反应中,微生物因素把硫酸根离子从反应的抑制剂变成了催化剂。白云石一旦成核,就会在埋藏过程中长大。尽管不是所有的白云石都可以用微生物白云石模式来解释,但野外研究和模拟实验都证明这一模式是有说服力和生命力的。     

Microbial dolomite in the sabkha environment of the middle Cambrian in the Tarim Basin,NW China

In the Tarim Basin, dolomite, which formed during the middle Cambrian associated with evaporites, has been attributed to the sabkha-style dolomite formed during the syndepositional period. The sedimentary microfacies suggests dolomite formation in the middle Cambrian is an ancient analogue of the sabkha of Abu Dhabi. Poorly crystallised dolomite spheroids or ovoids within or on the surface of dolomite crystals are a common phenomenon that can be widely observed in different stromatolites in the upper part of the intertidal zone and strongly resemble the morphology in modern sabkha dolomite-producing microbial mats and in microbial culture experiments. These lines of evidence suggest organic substrates for dolomite nucleation. Dolomite formation in the middle Cambrian in the Tarim Basin has been considered a classic analogue for carbonate and evaporate assemblages. The extent of microbial dolomite in ancient sabkha environments is proposed as an alternative model for dolomite formation, in which the mineral properties of organic substrates play a crucial role.