一种严格受控于环境和时间的特殊碳酸盐岩——臼齿构造碳酸盐岩

臼齿构造碳酸盐岩是一种具有类似于大象臼齿特征的特殊碳酸盐岩，其微亮晶脉由纯净的、基本等粒的方解石（或白云岩）构成，而基质物质则由细粒的、富泥质的灰岩组成。通过对中朝板块东部吉辽徐淮地区前寒武纪臼齿构造碳酸盐岩研究，结合国外研究资料，臼齿构造碳酸盐岩具有特定的生存时限，目前只在前寒武纪（主要发育在中、新元古代）地层中发现。研究表明，臼齿构造碳酸盐岩发育在缓坡型台地，宿主岩性以富含泥质的粉屑灰岩、泥晶灰岩为主，位于潮汐流、风暴流影响范围内，为浅潮下和环潮坪环境，潮上带与深缓坡均不发育，具有鲜明的环境和相指示意义。由于缺乏现代相似沉积物，臼齿构造碳酸盐岩的成因还是一个谜，需要进一步研究和探索。      

微亮晶(臼齿)碳酸盐岩:21世纪全球地学研究的新热点

国际地质对比计划委员会批准启动了 IGCP44 7-元古代臼齿碳酸盐岩和地球演化项目 ( 2 0 0 1～ 2 0 0 5 )〔1〕。本文简要地回顾了臼齿碳酸盐岩的研究历史和最新进展。臼齿碳酸盐岩是一种具有类似大象臼齿的肠状褶皱构造的岩石 ,具有特殊的时限范围 (中 -新元古代 )。试图解释其成因和可能用于古大陆地层对比是本项目研究的重要课题 ,其重要意义还在于它们是解决前寒武纪生物学和地球化学事件的关键。臼齿碳酸盐岩的发育和衰退关系到地球生命起源和海洋碳酸盐岩沉积地球化学的突变。 87Sr/86 Sr年龄同位素测定证明 ,微亮晶 (臼齿 )碳酸盐消失的时限很可能为75 0 Ma。另外 ,中 -新元古代碳酸盐岩地层具有重要的生烃潜力。     

臼齿碳酸盐岩: 解密前寒武纪海洋化学性质的钥匙*

臼齿构造(Molar tooth structure,MTS)是指主要由微米级微亮晶方解石充填的、具有肠状褶皱等特殊形态和结构的前寒武纪沉积构造。具有臼齿构造的这类前寒武纪碳酸盐岩称为臼齿碳酸盐岩(Molar tooth carbonate,MTC)。MTS具有全球分布、时代限定、形态多样、由微米级微亮晶方解石组成及早期成岩等基本特征,该认识早已得到学界广泛认同。在系统归纳MTC的地理分布、发育时限、宏观形态和微观组构的基础上,再次总结性地剖析了物理作用、生物作用和生物-地球化学作用3类主要成因假说的基本论点及其局限性。长期以来,作为一种大量出现于中—新元古代、具全球性分布的特殊碳酸盐岩类或沉积构造,研究关注的焦点和热点是MTS形成与消失的机制。尽管MTS成因还有争议,但其所具有的早期成岩特征,使越来越多的研究者将其作为前寒武纪海洋地球化学环境重建的重要研究对象。MTC的兴衰与前寒武纪海洋化学性质演化和前寒武纪一系列全球性事件密不可分。在此基础上提出MTC进一步研究的方向:一是探索MTC事件与相关全球性事件(如叠层石、冰川事件等)相互响应、促进或消长的关系,MTS的兴衰如何协同Columbia和Rodinia超大陆的聚散过程; 二是从MTS微亮晶方解石微观组构出发,采用行之有效的地球化学方法,将MTC的形成、演化、更替与前寒武纪海洋性质以及大气圈、生物圈的演化相结合,进一步完善MTC成因理论,为前寒武纪诸多重大科学问题的研究提供参考。     

皖北新元古代臼齿碳酸盐岩石学特征及沉积环境探讨

臼齿构造是一种发育在元古代碳酸盐岩中的特殊类型的沉积构造。通过对皖北新元古代臼齿碳酸盐岩旋回层序和岩石学特征研究，探讨了臼齿构造形成的环境。以旋回层序和海平面变化为基础，将皖北新元古界地层划分为上、下两个旋回层序组，臼齿构造在各旋回层序中广泛发育，主要分布在泥晶灰岩、泥灰岩、粉屑灰岩中，在粗颗粒的碳酸盐岩中很少出现。研究发现，臼齿构造具有两个标志性特点：其一是臼齿构造在结构上与基质有明显区别，它是由均一的、等轴的、多边形的微亮晶方解石组成，个体为3～10μm；其二是臼齿构造比基质具有先固结，快速石化作用的特点，臼齿构造的^87Sr／^86Sr比值明显低于基质。臼齿碳酸盐岩的岩石学特征指示其形成并发育在稳定克拉通缓坡沉积体系中，是潮下浅水环境的标志。根据臼齿构造类型在各级旋回层序微相单元中的分布关系，将臼齿构造划分为垂直、斜交、杂乱、平行层面四种主要类型和六种组合类型，这种划分方案具有环境指示意义，不同的臼齿构造类型反映了不同的沉积环境，建立了臼齿构造碳酸盐岩微相环境模式。     

安徽灵璧地区新元古代臼齿构造（徽亮晶）碳酸盐沉积及意义

微亮晶碳酸盐岩是一种发育在前寒武纪尤其是元古代的特殊类型碳酸盐岩,它在结构上与基质有明显区别,是由均一、等轴、多边形的微亮晶方解石组成,个体为5～15μm。安徽灵璧地区微亮晶碳酸盐岩按其成因可分为原地和异地两类。原地微亮晶主要分布于泥晶灰岩、粉屑泥晶灰岩、泥灰岩或泥岩中;异地微亮晶主要发育在粉屑灰岩或砾屑灰岩中。微亮晶碳酸盐岩的岩石学特征指示其形成并发育于稳定克拉通浅海潮下及环潮坪环境,特别是中浅缓坡向上变浅旋回的底部,风暴浪基面是其发育的最大深度。微亮晶碳酸盐岩作为一种具有全球性意义的沉积碳酸盐岩类,具有特定的时限分布范围,这对于提高前寒武纪地层对比精度具有重要意义。     

徐淮地区上元古界臼齿构造碳酸盐岩事件

臼齿构造是一种发育在中—上元古界中的特殊类型的沉积构造，具有特定的时限。在对徐淮地区上元古界臼齿构造碳酸盐岩旋回层序、岩石学特征和臼齿构造形成环境研究的基础上，探讨了臼齿构造碳酸盐岩的成因。采用旋回层序、海平面变化及臼齿构造碳酸盐岩事件的综合分析方法，划分了徐淮地区上元古界臼齿构造发育的地层层序。臼齿构造主要出现在泥晶灰岩中，而在粗颗粒灰岩中则很少出现，臼齿构造与基质碳酸盐岩在组分和结构上有明显不同，臼齿构造是由纯净的微亮晶方解石组成，而基质则是由含粘土和细粉砂的泥晶碳酸盐岩组成，二者呈突变接触关系。对臼齿构造在层序中相序分布关系的详细研究表明，臼齿构造具有重要的环境意义，从台地内缓坡下部、中缓坡到外缓坡上部均有分布，但在不同环境中臼齿构造的类型不同。     

吉辽地区新元古代臼齿碳酸盐岩岩相的若干岩石学特征研究

通过研究吉辽地区新元古代地层中一种特殊的沉积构造——臼齿(简称MT)构造，揭示了它的时空分布范围、分类和含该沉积构造岩石的宏观和微观特征，并对该种构造的形成环境进行了简要讨论。吉林辽宁地区的臼齿构造主要发育在新元古代地层中，按其成因可分为原地和异地两类。其中原地MT主要分布在泥晶灰岩、粉屑泥晶灰岩、泥灰岩或泥岩中，按其形态可分为丝状，条带状和瘤状3个亚类，13种微相类型。异地MT主要发育在砂屑灰岩、钙质粉砂岩或粉砂质泥岩中。臼齿碳酸盐岩的岩石学特征指示其形成并发育于稳定克拉通浅海潮下环境，特别是中-深缓坡     

中国元古代碳酸盐岩微亮晶构造及形成的沉积环境约束

微亮晶构造(Microspar,Molar-Tooth Structure,简称MT)发育于全球各稳定克拉通的中、新元古代盖层碳酸盐岩中。微亮晶构造碳酸盐岩也发育于中国大部分地区的中、新元古代地层中。全球范围的中、新元古代微亮晶构造都表现显著一致的岩石学和沉积学特征。微亮晶构造呈肠状褶皱状等复杂形态。微亮晶由5~15μm的均匀、等粒状,规则或不规则多边形方解石或白云石组成。宿主沉积岩相岩石主要含有少量陆源碎屑物质的碎屑灰岩。微亮晶构造在阴极发光(CL)和背散射(BS)显微镜下显示,每个微晶方解石个体内部发育似棱形的晶核,其外为叠置的微晶方解石晶簇,说明微亮晶构造是围绕微晶核"增生"加大的集合体。微亮晶和宿主围岩电子探针测试表明,微亮晶Ca含量38%~40%,Mg、Al、Si、P、K、Fe含量小于0.2%,基质中粘土矿物含量和Si和Al的含量较高。微亮晶宿主岩相主要砂屑、粉屑和泥屑灰岩(白云岩)与含铁含泥灰质泥页岩,垂向岩相序列表现为向上变浅、变薄,其中频繁发育冲刷、充填和硬底(hardground)与压溶构造,以及平行层理,各种规模斜层理、波状层理-水平层理、粒序层理、同沉积揉皱构造和变浅与暴露构造等,反应了微亮晶构造碳酸盐岩的形成严格受沉积环境和微沉积岩相的约束,无一例外地发育于浅潮下带-潮上带(环潮坪)环境。微亮晶构造碳酸盐岩不仅是环潮坪沉积环境的指相标志,也是全球元古代时期特殊与重要沉积岩石类型,其形成受控于全球古地理和古海洋地球化学条件与背景,是中、新元古代时期全球变化的沉积记录,有益于全球对比和元古代古地理、大地构造重建。     

臼齿构造主要成因模式及时空分布意义

在综述臼齿碳酸盐岩成因研究历程和国内外最新研究成果的基础上,总结评述了6种主要的臼齿构造成因模式,其核心问题是在元古代正常潮下浅海环境中构建成岩作用早期臼齿构造裂缝形成及等粒微亮晶方解石快速沉淀充填的物理、化学及微生物条件。其中,气泡扩张裂缝模式、微生物-地球化学模式和同沉积地震脱水模式等具有一定的代表性。臼齿构造多产出于正常浅海潮下环境,并且呈幕式特点产出于前寒武纪地层记录中,其时空发育特点似乎表明与叠层石发育的不相容性。臼齿碳酸盐岩在中新元古代集中发育的事实可能反映了有利的物理、化学和生物条件在地质历史上的唯一结合。理清臼齿构造成因问题是认识前寒武纪复杂的碳酸盐岩世界的重要线索。     

徐州地区新元古界贾园组臼齿构造沉积环境分析及成因探讨

臼齿构造是一种发育于中、新元古代碳酸盐岩中的具有特殊结构和时限性的沉积构造,其成因有多种解释。徐州地区新元古界贾园组风暴沉积及臼齿构造发育。本文通过野外和室内观察研究,对研究区贾园组臼齿构造形态特征及沉积环境进行分析,并探讨其形成过程。贾园组臼齿构造集中发育于古纬度20°N~34°N的潮下碳酸盐岩缓坡地带,古海洋基底在地震波作用下产生裂隙系统,元古代特殊大气成分背景下的海水中的远源风暴流渗透进入温暖的碳酸盐缓坡地带碳酸盐沉积区的裂隙系统,并在裂隙的愈合作用下与孔隙水产生化学反应产生方解石快速结晶作用,并接受后期沉积作用改造。元古代大地构造背景、古海洋、古大气的物理化学条件是控制研究区臼齿构造时空分布的主要因素。     

Microorganisms Linked to Neoproterozoic Microspar Carbonate Sedimentation in the Jilin-Liaoning Area

Molar-tooth carbonate refers to a sort of rock that has ptygmatical folded structure comparable to the ivory. This kind of carbonate exists in a special time range (from Middle to Neoproterozoic). Its origin and the possibility to use it in stratigraphic correlation of the paleocontinent is the key task of the IGCP447, a project on Proterozoic molar tooth carbonates and the evolution of the earth (2001-2005). The importance lies in that the molar-tooth structure is the key to solving problems related to Precambrian biological and global geochemical events. The molar-tooth structure is associated with microorganisms. Development and recession of such carbonates have relations with the evolution process of early lives and abrupt changes in sea carbonate geochemistry. In recent years, based on researches on petrology, geochemistry and Sr isotope of molar-tooth carbonate in the Jilin-Liaoning and Xuzhou-Huaiyang area, the authors hold that it can be used as a marker for stratigraphic sequence and sedimentary     

A study on the environmental conditions of the microsparite （Molar-tooth） carbonates

Along with the progress in research on the Precambrian, Molar-tooth carbonates (simplified as MT, or microsparite carbonates or MT structure) which were formed in the Middle-Late Proterozoic have become a hot subject recently. The Proterozoic Molar-tooth (MT) carbonate rocks refer to those Meso- to Neoproterozoic (1600-650 Ma) carbonates with MT structure, i.e., a series of peculiar, ptygmatically folded and spar-filled cracks in fine-grained carbonates of Precambrian age, located in the environment of mid- to inner ramp and shallow platform. MTS, like a bridge connecting the inorganic world with the organic one, are closely related to the evolution of paleo-oceans, atmosphere and biosphere. Their development and/or recession are/is related to the origin of life and the abruption of sedimentary geochemistry events of marine carbonates. By using modern instruments and testing methods adequately, the contents of oxides in sandstones were measured and the REE distribution pattern curves were established; an accurate value of isotopic ratio of 87Sr/86Sr was obtained, that is, the age of MT formation is about 750-900 Ma; C and O isotopes of some fresh micrite limestone samples were analyzed; the energy spectrum analysis revealed that the MT consists mainly of microspar calcite, while as for its chemical composition, the matrix shows outstanding peaks of Ca, Mg, Al, Si, and K. The geochemical indicators proved that Neoproterozoic MT carbonates in the Jilin-Liaoning region were developed at the margin of a stable continent, in the torrid zone where the paleo-temperature was about 50℃, the seawater had normal salinity when MT was formed during the Wanlong period in southern Jilin and during the Yingchengzi and Xingmincun periods in eastern Liaoning. The sedimentary environment was located in the inner ramp. In summary, it is of great importance to understand the origin of MT, ascertain the paleo-climate and paleo-environment characteristics, constrain the age and the stratigraphic division and comparison of the Proterozoic so as to study the geochemical characteristics of MT carbonates and their formation environment.     

河南嵩山地区新元古界何家寨组微亮晶(臼齿)碳酸盐岩成因新认识*

作为国际前寒武系碳酸盐岩研究的热点,微亮晶(臼齿)碳酸盐岩(简称MT)在前寒武纪古地理重塑、地层对比和古气候研究等方面具有重要研究意义,但对其成因机制的认识长期存在争论。华北克拉通南缘嵩山地区新元古界何家寨组发育大量MT沉积,被前人解释为地震液化的产物。文中对何家寨组MT发育层位进行了详细的形态描述、系统的微相分析和比较沉积学的研究,确定何家寨组MT沉积于碳酸盐缓坡沉积环境,发现MT具有早期成岩作用特征,其形态类型和宿主岩性、沉积环境之间存在密切关系。从多个方面对比探讨了MT微亮晶和地震“液化脉”之间的不同,明确指出,何家寨组MT的形成受到古海洋条件和沉积岩相的严格约束,具有鲜明的古环境意义,和地震没有必然的成因联系。     

Chemostratigraphy and lithological characters of Neoproterozoic cap carbonates from the Kuruktag Mountain, Xinjiang, western China

The Neoproterozoic Era includes some of the most largest ice ages in the geological history. The exact number of glaciations is unknown, though there were at least two events of global glaciation. Neoproterozoic glacial deposits in the Kuruktag Mountain, Xinjiang, western China have proven that there had occurred three discrete Neoproterozoic glaciations. Diamictite units occurred in the Bayisi, Tereeken, and Hankalchough formations, carbonate units were recognized among the diamictites and immediately overlied the Bayisi, Tereeken and Hankalchough diamictites. Carbonates at the top of the Bayisi Formation are characterized by the dolo-sility stones with negative δ13C values ranging from -4.10‰ to -8.17‰ (PDB), comparable to the Sturtian cap carbonates that overlie the Sturtian glacial deposits from other Neoproterozoic sequences. Carbonates overlying the Tereeken Formation are characterized by the pinkish cap dolostones (ca. 10 m thick) with negative δ13C values ranging from -2.58‰ to -4.77‰ (PDB), comparable to the Marinoan cap carbonates. The cap is also characterized by tepee-like structures, barite precipitates and pseudomorphous aragonite crystal fan limestones. Carbonates at the top of the Hankalchough Formation are characterized by subaerial exposure crust (vadose pisolite structure, calcareous crust structure) dolostones with negative δ13C values ranging from -4.56‰ to -11.45‰ (PDB) and the calcareous crust dolostones, implying that the Hankalchough cap carbonates differ from either the Sturtian or Marinoan cap carbonates in sedimentary environment and carbon isotopic composition. In addition, it is suggested the Hankalchough glaciation belongs to a terrestrial glaciation and it is the third largest glaciation during the Neoproterozoic period on the Tarim platform.     

燕山地区中元古代高于庄组非叠层石碳酸盐岩序列的沉积特征及其重要意义

在燕山地区中元古代高于庄组一套厚度千余米的碳酸盐沉积序列中,第三段组成一个特别的非叠层石碳酸盐岩序列。两个剖面(天津蓟县剖面和北京延庆千沟剖面）的详尽观察与研究结果表明：高于庄组第三段的非叠层石碳酸盐岩沉积序列以灰岩序列为特征,厚度为300 m至600 m不等,在蓟县剖面发育有存在成因争论的臼齿状构造,在延庆千沟剖面发育奇形怪状的席底构造。该非叠层石碳酸盐岩沉积序列表明,在前寒武纪除了3次叠层石衰减事件(分别发生在2 000 Ma、1 000 Ma和675 Ma）外,在1 450 Ma左右还可能发生过一次叠层石衰减事件。再者,高于庄组第三段构成的非叠层石碳酸盐岩沉积序列,可以大致与北美地区的Belt超群中的Helena组非叠层石碳酸盐岩沉积序列相对比,从而表明了1 450 Ma左右的叠层石衰减事件因具有全球性而有重要意义。在漫长的前寒武纪,臼齿状构造常常集中发育在叠层石衰减事件之后,因此,尽管这两种沉积构造的成因还不完全清楚却成为了解前寒武纪世界的重要线索。1 450 Ma左右的叠层石衰减事件,正好处于叠层石发育的黄金时段(2 800 Ma至1 000 Ma）,对该次事件的识别,有助于正确认识漫长而复杂多变的前寒武纪碳酸盐世界。     

吉林南部通化二道江剖面新元古界万隆组臼齿构造及其沉积特征

吉林南部通化二道江剖面新元古界万隆组广泛发育缓坡碳酸盐岩沉积,其中发育的一种特殊的碳酸盐岩——臼齿碳酸盐岩,近年来引起了中国乃至世界各国地质学家的重视。通过对野外露头的详细观察和描述、室内薄片观察、扫描电镜、能谱分析等测试手段,揭示了二道江剖面万隆组的地层、岩石、臼齿构造(MT)及沉积岩相和沉积环境特征。臼齿构造是特指那些发育在前寒武纪细粒碳酸盐岩中有清晰边界、粒度在0·01mm左右的由等轴或多边形的微亮晶方解石组成的集合体,其形态可分为条带状构造、瘤状构造及棱角碎块状构造。臼齿构造的形成严格受沉积岩相和沉积环境的控制。万隆组由下而上可分为3段第1段下部为发育臼齿构造的纹层状泥晶灰岩、砂屑灰岩及风暴砾屑灰岩,为中—深缓坡沉积环境的产物;上部由浅缓坡相的泥灰岩、钙质页岩、砂屑灰岩与叠层石灰岩组成;第2段为厚层泥晶灰岩和粉屑泥晶灰岩、瘤状灰岩组成的深缓坡相沉积;第3段本剖面未出露。万隆组形成于缓坡沉积环境,其中浅缓坡相可分为4种岩相组合,中缓坡相可分为11种岩相组合,深缓坡相有6种岩相组合。     

蓟县中元古界高于庄组沉积岩系及地质意义

天津蓟县元古界剖面具有极高的综合研究价值,而高于庄组在该剖面中居于承上启下的位置。高于庄组在整个中、新元古界剖面中厚度较大,岩石类型多样且成因特殊,主要岩石类型包括碳酸盐岩、泥岩、硅质岩和石英砂岩。碳酸盐岩主要为泥晶灰岩、瘤状灰岩、砂屑灰岩、臼齿灰岩及粉细晶白云岩等。硅质岩包括燧石和沉积石英岩,沉积石英岩具鲕状或砾状结构。仅在本组底部见石英砂岩。上述岩石特征表明,蓟县地区在中元古代长城纪晚期的高于庄期以浅海中深缓坡沉积为主,有短期的潮坪碳酸盐沉积环境,沉积作用受大红峪时期火山物质的影响。臼齿灰岩的存在可能提供华北地区中元古代年代地层学和构造沉积演化研究的新证据。     

辽东大连新元古代臼齿碳酸盐岩地球化学特征及其地质意义

臼齿构造碳酸盐岩是全球各大陆中、新元古代时期普遍发育的、具有特殊成因意义的碳酸盐岩类型,到目前为止,已在全球20多个地区近50多个中、新元古代地层剖面中被发现。百余年来,有关MT的研究越来越深入,进展显著。从前期和前人较少关注的有关MT与宿主岩石的关系,尤其是从MT与宿主岩石地球化学特征的关系及其所揭示的地质意义出发,通过薄片、电子探针、背散射、阴极发光等测试手段及C、O、Sr同位素的系统测试,对辽东地区新元古代南关岭组、营城子组及兴民村组MT及其宿主岩石的成分、结构、微观组构等特征进行了深入研究。研究证明,MT是原生或早期成岩的产物,由原生海水埋藏成岩和海水直接成岩形成;MT与宿主岩石具有相似的地球化学特征,具有同生或准同生的特点,形成于温暖的正常海水环境,并于Sturtian冰期前终止发育。锶、碳同位素同全球中、新元古代碳锶同位素理论曲线类比表明,大连新元古代南关岭组和营城子组的形成时限为760~950 Ma,兴民村组形成时限为720~800 Ma,与胶辽徐淮地区新古代地层具有良好可对比性。