寒武系张夏组鲕粒滩中微生物碳酸盐岩主导的生物丘：以河北秦皇岛驻操营剖面为例

华北地台的寒武系苗岭统,大致包括毛庄组、徐庄组、张夏组和崮山组,这些组分别组成相应的三级沉积层序,在它们的顶部集中发育着鲕粒滩相灰岩而构成强迫型海退沉积,成为时间特化的相,代表着鲕粒主导的特别的寒武纪碳酸盐岩台地类型,表现在浅海陆架中大面积分布鲕粒滩,而且在这样的鲕粒滩中生长和发育着微生物碳酸盐岩主导的生物丘;河北省秦皇岛市驻操营剖面的张夏组上部鲕粒滩相灰岩中的生物丘正是上述现象最为典型的代表。虽然类似的现象曾经被描述为"藻坪"沉积,或者笼统地归为"微生物礁",但是,河北省秦皇岛市驻操营剖面的张夏组上部鲕粒滩相灰岩中的生物丘,以下现象不但将其特征化而且代表着壮观的沉积学现象:(1)在强迫型海退体系域的下部与鲕粒滩相灰岩交互产出的主要是柱状叠层石生物丘;(2)在张夏组顶部则以集中产出的均一石和树形石生物丘为特征;(3)下部的柱状叠层石生物丘中主要包括石松藻(Lithocodium)-孢网菌(Bacinella)状组构的钙化蓝细菌;(4)在上部集中产出的均一石与树形石生物丘,则发育着丝状钙化蓝细菌、基座菌(Hedstroemia)和附枝菌(Epiphyton)之类的多样化的钙化蓝细菌。由于石松藻(Lithocodium)-孢网菌(Bacinella)状组构的钙化蓝细菌是一种灭绝了的浅海生命形式,而且是不知道分类位置归属的生命形式,尤其是石松藻(Lithocodium)状组构近年来在寒武纪微生物碳酸盐岩研究中多被解释为"硅质海绵骨针的网状物"或"非骨针角质海绵骨骼纤维",再考虑到均一石自从命名以来很少描述在古老的地层记录之中,因此,驻操营剖面张夏组上部多样化微生物碳酸盐岩所主导的生物丘,以及生物丘中特别而且多样的钙化蓝细菌化石构成,为了解蓝细菌主导的光合作用微生物席复杂的钙化作用形成微生物碳酸盐岩提供了较为典型的实例。     

北京西郊寒武系凤山组叠层石生物层

叠层石是微生物碳酸盐岩的典型代表,同时也是岩石记录中的"藻席"(微生物席)的建造物。在北京西山寒武系芙蓉统凤山组下部,见一层厚度为2~3m的叠层石生物层。宏观上,该生物层主要为大型柱状叠层石所组成;微观上,表现为致密泥晶灰岩和颗粒泥晶灰岩构成的泥晶相叠层石。在叠层石内部,各种特殊的颗粒如底栖鲕粒、核形石和凝块石的发育,表明了微生物席内颗粒的多样性,而三叶虫骨屑的发育则意味着叠层石生长过程中较为强烈的泥晶粘聚作用;致密泥晶中的黄铁矿晶体,间接地反映了泥晶的异养细菌成因。因此,凤山组中的叠层石生物层,作为"贫乏骨骼的寒武纪风暴海"中典型的沉积学现象,成为较深水背景之中微生物造礁作用的典型实例,也成为理解微生物席内微生物成因颗粒多样性的典型岩石记录。     

大连金州湾寒武系毛庄组微生物碳酸盐岩生物丘复合体

寒武纪苗岭世早期的毛庄组沉积时期,华北地台围绕着西北部的古陆分布着两个沉积相带,靠近古陆的是局限潮坪相带,远离古陆的是开阔潮坪相带,前者以海侵体系域的干旱红层或海岸萨布哈沉积与高水位体系域的潮坪相白云岩沉积序列为特征,后者则以海侵体系域的潮坪相砂泥岩与开阔海台地相(潮下坪)灰岩沉积序列为特征;大连金州湾剖面的毛庄组,属于远离古陆的开阔潮坪相带的产物,在其高水位体系域中为一套夹有鲕粒灰岩的叠层石与均一石生物丘灰岩,组成一个特别的生物丘复合体。以下特征表明,这个微生物碳酸盐岩生物丘复合体代表着一个较为罕见的蓝细菌主导的微生物席形成的微生物碳酸盐岩的典型实例:①在生物丘复合体第一个单元的大型柱状和穹隆状砂泥质叠层石中发现孢网菌状组构,说明了这些叠层石属于蓝细菌微生物席的钙化作用产物;②在第二个单元均一石灰岩生物丘中,见到少量丝状蓝细菌鞘化石,表明均一石可能为较厚的蓝细菌微生物席的钙化作用产物;③在小型柱状叠层石组成的顶部单元中,保存较好的蓝细菌泥晶纹层、以及充填在叠层石柱体之间的基质中的蓝细菌团块,较为特征地说明了这些小型柱状叠层石是蓝细菌所主导的微生物席的建造物;④在鲕粒灰岩组成的第三个单元中,鲕粒边缘中的丝状蓝细菌鞘化石,表明了鲕粒的蓝细菌生物膜成因。因此,毛庄组生物丘复合体构成了一个壮观的沉积学现象,成为窥视"显生宙早期第一幕蓝细菌钙化作用事件"的典型实例。     

山东省长清县中寒武统张夏组的微相组分、微相类型及沉积相分析

山东省长清县中寒武统的张夏-崮山剖面为华北地区张夏组的正层型剖面,其岩石地层、生物地层研究都较为成熟.从碳酸盐岩微相的角度,对其微相组分、微相类型和沉积环境作了进一步研究.在张夏-崮山地区的张夏组碳酸盐岩中识别出了6种微相类型:异地生物碎屑泥粒灰岩、附枝藻黏结灰岩、具再搬运鲕粒的粒泥-泥粒灰岩、含介壳及完整底栖化石的泥粒-粒泥灰岩、放射状鲕粒泥粒-粒泥灰岩和同心圆状鲕粒颗粒灰岩.微相类型的垂向叠覆及野外露头观察指示了5种沉积相带,自下而上分别为:局限台地鲕粒滩相、开阔台地海相、台地边缘鲕粒滩相、台地边缘藻礁相及台地边缘滩前斜坡相,表明山东省长清县张夏组为典型的镶边型碳酸盐岩台地沉积.     

寒武纪芙蓉统均一石沉积组构及环境特征——以河北涞源长山组为例

均一石以隐晶质岩性、无纹层与凝块结构发育为特征,与叠层石、凝块石、树形石并列为典型的微生物岩。然而,由于均一石在1995年命名以来很少在地层记录中得到识别和描述,并且缺乏现代实例的类比物,使得关于均一石的报道极具研究价值。为研究华北地台寒武系均一石沉积组构与形成环境特征,系统性地针对河北涞源祁家峪剖面芙蓉统长山组均一石生物丘进行研究。芙蓉统长山组从下部陆棚相钙质泥岩向上变浅至浅缓坡相厚层块状泥晶灰岩,组成了一个淹没不整合型三级层序。三级层序顶部的浅缓坡相厚层块状泥晶灰岩层,代表强迫型海退过程沉积,其内部发育一系列米级均一石生物丘。研究结果表明,这些生物丘主体为致密泥晶及少量微量晶组成,其中可见到附枝菌(Epiphyton)、葛万菌(Girvanella)、肾形菌(Renalcis)等钙化微生物化石。这些钙化微生物(蓝细菌)化石的出现,代表了显生宙第一幕蓝细菌钙化作用事件的证据,同时间接的说明均一石生物丘形成于蓝细菌主导的微生物席的钙化作用过程之中。同时,生物丘内还局部集中发育底栖鲕粒与草莓状黄铁矿颗粒,表明了生物丘形成过程中复杂的微生物沉积作用机制。因此,河北涞源长山组顶部的均一石生物丘,尽管泥晶和微亮晶是其基本构成,但是各种钙化蓝细菌化石以及底栖鲕粒与草莓状黄铁矿颗粒的局部出现表明了在蓝细菌主导的微生物席中复杂的微生物活动信号,成为了解生物丘形成机制、显生宙第一幕蓝细菌钙化作用事件的典型实例。     

北京西郊下苇甸剖面寒武系叠层石中的底栖鲕粒:基本特征和重要意义

鲕粒是碳酸盐岩中最普遍的包覆颗粒之一,其成因一直是地质学家们关注的重要科学问题之一,对解释沉积环境具有重要的意义。北京西郊下苇甸剖面寒武系发育多期叠层石生物丘(层),对其进行研究发现,在崮山组上部和凤山组下部叠层石生物丘(层)中发育有大量的底栖鲕粒。分析其产出特征及微观组构形态,认为底栖鲕粒的形成与微生物作用有密切的关系,更多地支持了鲕粒微生物成因的观点,同时也增加了碳酸盐颗粒的多样性。在前人研究的基础上,追索该发现的科学含义,为深入了解微生物碳酸盐岩的形成与微生物席沉积学提供有益的线索。     

河北承德寒武系凤山组叠层石生物丘中的沉积组构

河北承德路通沟剖面芙蓉统凤山组中部发育厚层块状叠层石生物丘,构成一个淹没不整合型层序的强迫型海退体系域,指示这些叠层石形成于中高能浅海环境。该生物丘宏观上主要由柱状叠层石组成,叠层石内部纹层较粗糙,在构成叠层石的致密泥晶和微亮晶组构中,还见到球粒、底栖鲕粒及凝聚颗粒等多种生物成因颗粒类型,代表着复杂的微生物活动特征,以此而区别于前寒武纪的叠层石。更为重要的是,叠层石生物丘中的致密泥晶基质中发育一些“石松藻(Lithocodium)”状的钙化蓝细菌菌落残余物,以及一些丝状钙化蓝细菌化石,指示了形成叠层石的微生物席为蓝细菌所主导的微生物席。因此,凤山组叠层石生物丘内复杂而特殊的碳酸盐岩沉积组构为研究叠层石形成过程中复杂的微生物代谢活动所产生的钙化作用机制提供了一个宝贵的地质实例。     

川北旺苍唐家河剖面仙女洞组灰泥丘沉积特征及造丘环境分析

目前川北地区早寒武世微生物藻与古杯参与的生物礁(丘)发育特征存在较大争议。通过实测剖面与镜下分析,川北旺苍县鼓城乡唐家河剖面仙女洞组发育三期灰泥丘。对该剖面灰泥丘沉积特征进行精细研究认为:第一期灰泥丘发育在滑塌角砾灰岩之上,造丘生物主要为枝状和房室状附枝藻,主要岩性为砾屑灰岩、藻格架凝块灰岩和含云生物碎屑灰岩,发育丘基、丘核、丘盖和丘翼,后期演化为钙质砂泥岩结束生长。第二期生物丘发育在鲕粒滩间生屑灰岩之上,造丘生物主要为肾状藻,次为附枝藻,主要岩性为生物碎屑灰岩、藻格架凝块灰岩、漂浮砾岩和亮晶鲕粒灰岩,纵向上发育丘基、丘核、丘坪、丘盖和丘翼,最终再度沉积鲕粒灰岩。第三期灰泥丘发育在藻叠层灰岩之上,造丘生物为古杯和微生物藻,岩性主要为古杯灰岩、生物碎屑泥晶灰岩、藻格架凝块灰岩和藻叠层灰岩,发育丘基、丘核和丘盖。进一步分析三期灰泥丘的成丘环境认为第一期灰泥丘属于台缘斜坡环境内的斜坡灰泥丘低能沉积,经历三个演化阶段;第二期属于台地边缘灰泥丘,经历四期演化阶段;第三期为台缘高能鲕粒滩向陆一侧能量相对较低的台缘古杯灰泥丘沉积,经历三个演化阶段。剖面中灰泥丘多与鲕粒滩共存,构成丘滩复合体,为后期研究储集性能和油气富集关系具有重要的油气地质意义。     

华北地台东北缘寒武系芙蓉统叠层石生物丘中的钙化蓝细菌

华北地台东北缘的芙蓉统,大致为长山组和凤山组所组成,可以进一步划分为3个三级沉积层序;层序划分主要基于沉积相序列的旋回性所代表的沉积趋势,较深水的陆棚相钙质泥岩和深缓坡相条带状泥晶灰岩和泥灰岩组成的凝缩作用序列、与高水位体系域和强迫型海退体系域的中至浅缓坡相碳酸盐岩组成的总体向上变浅序列,是这些三级沉积层序的基本构成,从而形成了较为典型的淹没不整合型层序。那些典型的叠层石生物丘,类似于微生物礁,主要发育在长山组和凤山组下部构成的三级层序的强迫型海退体系域之中,代表了缓坡型台地中相对海平面下降阶段的沉积记录。这些叠层石生物丘中的叠层石,泥晶和微亮晶是其基本构成,最为特征的是发育着一些典型的钙化蓝细菌化石,表明了这些寒武纪芙蓉世的叠层石生长于蓝细菌主导的微生物席的钙化作用之中。最为重要的是,在构成叠层石生物丘的粗糙纹层柱状和穹窿状叠层石中,较为普遍地发育着"石松藻(Lithocodium)";这种谜一样的钙化蓝细菌化石,与其他的钙化蓝细菌化石一起,表明了寒武纪叠层石形成过程中复杂的微生物沉淀作用,成为窥视叠层石生长和石化过程中重要的微生物作用信号。就像其名称所蕴含着的高级绿藻中的松藻(Codium)的涵义一样,"石松藻(Lithocodium)"状的钙化蓝细菌,多描述于中生代的微生物碳酸盐岩中,而且还常常被解释为结壳状有孔虫或"海绵骨针的网状物",其生物亲和性还存在着剧烈的争论。因此,华北地台东北缘寒武系芙蓉统中的叠层石生物丘,特殊的层序地层位置代表了较为典型的强迫型海退沉积记录,特别的钙化微生物构成代表着叠层石生长和石化过程中复杂的微生物作用信号,成为深入了解"寒武纪-早奥陶世微生物碳酸盐岩复苏期"和"显生宙早期第一幕蓝细菌钙化作用事件"中的微生物造礁和成丘作用的典型实例。     

光合作用生物膜建造的凝块:来自于辽东半岛芙蓉统长山组凝块石生物丘中的一些证据

作为一种以非纹层状组构而区别于叠层石的微生物碳酸盐岩类型,中凝块(mesoclots)是产生凝块石凝块组构关键的微结构。构成这种中凝块的离散性凝块状泥晶,似乎代表了细胞外聚合物质(EPS)复杂的钙化作用,但是,由于常常缺乏直接的微生物证据,造成其所涉及的准确成因和特殊过程还不太清楚。在辽东半岛大连金州湾和本溪田师傅剖面芙蓉统下部的长山组顶部,发育较为典型的凝块石生物丘,组成三级层序的强迫型海退体系域沉积,代表着较为壮观的沉积学现象;在这些凝块石生物丘中,毫米级别大小的暗色离散性凝块状泥晶是其最为基本的沉积组构,而且在这些凝块之中以较高密度保存的丝状蓝细菌鞘化石反映的微生物构成,意味着它们具有明显的光合作用生物膜成因。尽管穿越成岩作用过滤器去解释古代凝块石复杂的形成机理将存在着巨大的挑战,也尽管形成这些凝块石复杂的生物膜钙化作用细节需要更加深入的研究才能得到更好的了解,但是,辽东半岛芙蓉统长山组的凝块石,尤其是在凝块内较为丰富的钙化蓝细菌鞘化石所表征的直接的微生物活动证据,使其成为一个了解光合作用生物膜建造凝块的典型实例;再者,与凝块共生的三叶虫化石、底栖鲕粒和皮壳粒,以及围绕着这些多样化颗粒特别的放射纤维状方解石结壳,说明这些凝块石可能属于较厚的微生物席内多重状生物膜以及构成这些微生物席和微生物膜的细胞外聚合物质复杂的钙化作用建造物。     

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3 000 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、泻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 mopanyuensis-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叠层石到新元古代碎屑结构相、富泥碳酸盐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。     

河北柳江盆地中晚寒武世藻类丘礁的演化

河北柳江盆地中晚寒武世藻类丘礁十分发育，并形成完好纵向演化序列。藻礁具有两个演化方向，其一是骨骼钙藻Ｅｐｉｐｈｙｔｏｎ向非骨骼蓝绿藻方向演化；其二是块状藻丘向厚层状叠层石礁方向演化。藻类丘礁的演化特征及其沉积相序揭示了该区中晚寒武世时从碳酸盐台地边缘斜坡至台缘浅滩和潮坪环境的演化历史。     

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。     

叠层石中的海绿石化和黄铁矿化:以天津蓟县中元古界铁岭组为例*

作为微生物碳酸盐岩的主要类型之一,叠层石是微生物席的主要建造物已成为共识。天津蓟县中元古界铁岭组二段叠层石生物礁灰岩发育,其中的细粒叠层石被前人解释为微生物席捕获碳酸盐泥的微生物建造物,使得其既不同于现代叠层石,也不同于显生宙尤其是寒武纪的叠层石。更为特殊的是,这些叠层石中的海绿石和黄铁矿代表着2种特殊的矿化作用,其中研究区普遍产出的黄铁矿,作为硫酸盐还原细菌的产物,是了解古代微生物的窗口;而发育在高能浅海的海绿石,产出环境不同于现代海绿石,不能作为慢速沉积环境的指示矿物,亦不具有沉积间断的地质意义。2种矿化作用表明铁岭组叠层石是由沉淀作用而非捕获碳酸盐泥形成,这为了解中元古代叠层石的形成和特征提供了一些有益的线索。     

Sedimentary Features and Their Implications of Microdigital Stromatolites from the Mesoproterozoic Wumishan Formation at the Jixian Section in North China

<正>The Mesoproterozoic Wumishan Formation at the Jixian section in Tianjin is a set of more than 3000-m-thick stromatolitic carbonate succession.In this succession,several lithofacies units,that is,the subtidal stromatolitic biostrome,the thrombolitic bioherm,tidal-flat micritic dolomite and lagoon dolomitic shale,make up many meter-scale cycles of the peritidal carbonate type that have been nominated as the Wumishan cycles.Importantly,many microdigital stromatolites make up the stromatolitic biostrome unit of the Wumishan cycles in the lower part of the Wumishan Formation. These microdigital stromatolites have been grouped as a stromatolitic assemblage by paleontologists, that is,"Pseudogymnosolen mopanyuensis-Scuphus-Yangzhuang columnaris"assemblage.These microdigital stromatolites had also been interpreted as the aragonite(tufa) sea-floor precipitates by sedimentologists,and has further been thought as the special products of the transitional period from the sea-floor aragonite precipitates of the Archean to the clastic and muddy carbonates of the Neoproterozoic.Although there are some restrictions for the stratigraphic meaning of the concept of the stromatolitic assemblage,detailed studies on classification by paleontologists provide an important clue to understand the sedimentological meaning of the microdigital stromatolites.Furthermore,an important and obvious horizon for the end of the microdigital stromatolites was recorded in the Mesoproterozoic Wumishan Formation at the Jixian section,which provides useful information to understand the stromatolite decline occurred at c.1250 Ma and the evolving carbonate world of the Precambrian.     

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。     

A Paleoproterozoic drowned carbonate platform on the southeastern margin of the Wyoming Craton: a record of the Kenorland breakup

The Nash Fork Formation in the upper part of the early Paleoproterozoic Snowy Pass Supergroup, Medicine Bow Mountains of Wyoming, was deposited on a mature passive margin along the southern flank of the Wyoming Craton and straddles the end of the ca. 2.2–2.1 Ga carbon isotope excursion. Two drowning events marked by black shales subdivide the carbonate platform into three parts. The lower Nash Fork Formation consists of outer shelf to supratidal deposits represented by massive and stromatolitic dolomites, heterolithic siliciclastics-carbonates, large silicified domal digitate stromatolites, nodular dolomites and stromatolitic dolomites. Molds after evaporite crystals are pervasive in the heterolithic siliciclastics-carbonates. Large silicified domal digitate stromatolites formed biostromes and bioherms following flooding events. The middle Nash Fork Formation comprises two intervals of black shale separated by inner shelf heterolithic siliciclastics-nodular carbonates. Black shales are organic- and pyrite-rich, contain turbidites and developed in response to drowning of the platform. Overlying massive dolomite of the upper Nash Fork Formation was deposited in an unprotected intertidal setting and displays an upward-shallowing trend terminated by a prominent karstic surface in the middle of the unit. The Nash Fork Formation is open-marine with no evidence for restricted circulation on the carbonate platform. The two drowning events on the carbonate platform are likely related to dissection of the mature passive margin associated with the breakup of Kenorland. The younger drowning event is associated with the end of the carbon isotope excursion. The main building elements of the lower and middle Nash Fork carbonate platform are dolomitic mudstones and stromatolites. Macroscopic seafloor precipitates are volumetrically negligible with the exception of tufa deposits and domes in the massive and stromatolitic dolomites and, possibly, digitate stromatolites within domal digitate stromatolites. The upper Nash Fork Formation comprises dolomitic mudstones, relatively rare stromatolites and inorganic precipitates that are more common than in the underlying carbonates. Styles of carbonate deposition on this early Paleoproterozoic platform differ from those documented on late Archean carbonate platforms; there are fewer macroscopic seafloor precipitates and more dolomitic mudstones. This pattern is considered to be related to a rise of the atmospheric oxygen level that led to a decrease in bicarbonate saturation in the ocean.