广西隆安都结剖面下石炭统都安组上部鲕粒类型及其地质意义

鲕粒是一类特殊的沉积颗粒,为古气候和古海洋环境的重要指示器。为了深入认识此类特殊颗粒的成因机制、形成环境及地质意义,对广西隆安地区都结剖面下石炭统都安组上部含鲕粒地层开展了古生物学、沉积学和岩相学研究。研究区共识别出5种主要的鲕粒类型:放射状纹层鲕粒(O1)、规则同心放射状纹层鲕粒(O2)、不规则同心放射状纹层鲕粒(O3)、泥晶鲕粒(O4-A和O4-B)和复合鲕粒(O5)。各类鲕粒的显微组构和沉积环境指示其具有不同的形成过程,其中水动力条件影响和控制着鲕粒的发育和分布情况。研究区含鲕粒地层形成于维宪期末-谢尔普霍夫期,恰好对应早石炭世晚期冰川作用的开始。受冰川作用影响,全球海平面频繁波动,研究区地处低纬度地区并以浅滩和潮坪沉积环境为主,为鲕粒的形成提供了适宜的水体条件,即温暖、动荡的浅水环境。此外,含鲕粒岩层内广泛发育钙质微生物和微生物席,说明微生物活动在研究区较为常见,可能与鲕粒的形成过程具有一定的关联。     

渝北巫溪鱼鳞剖面灯影组鲕粒沉积特征及其地质意义

鲕粒是恢复古海水性质和古环境的重要载体。通过对巫溪鱼鳞剖面震旦系地层的实测,发现该剖面鲕粒发育于灯影组二段上部,且可以划分为两个鲕粒层。底部鲕粒层(鲕粒层A)厚约5.5 m,顶部鲕粒层(鲕粒层B)厚约1.4 m,两个鲕粒层之间为厚约2.4 m的泥—粉晶云岩。显微特征表明,鲕粒虽然完全白云石化,但纹层特征保存良好。鲕粒类型以泥—微晶鲕为主,同心鲕和同心—放射鲕次之,其余类型鲕粒发育较少。研究区灯二段鲕粒云岩为台地浅水鲕粒滩沉积,同心鲕和同心—放射鲕指示较强的水动力条件,泥—微晶鲕发育于水体相对较为安静的环境,而破碎再生鲕则可能与风暴事件相关。保存清晰的纹层可能表明鲕粒云岩是早期拟晶白云石化后的产物,因此灯影二段上部鲕粒白云岩是研究前寒武海水性质的良好载体。鲕粒纹层以同心状和同心—放射状主,指示灯影期海水性质可能为文石海。     

塔北埃迪卡拉系奇格布拉克组多类型共生鲕粒特征及其成因探讨*

碳酸盐岩中的鲕粒是古沉积环境重建的重要载体之一。塔里木盆地北部露头剖面、星火1井区埃迪卡拉系奇格布拉克组潟湖相及浅滩相沉积中发现了多种类型鲕粒及其共生现象。文中通过剖面详勘、岩心观察以及薄铸片、阴极发光、环境扫描电镜等研究方法,阐明了不同类型鲕粒的基本特征及分布,探讨了鲕粒成核、生长的特殊沉积环境和成岩改造等过程。按显微结构、特殊形态、组合以及成岩改造,依次将研究区奇格布拉克组鲕粒划分出12种类型,其中大气淡水、快速拟晶白云岩化、重结晶、交代白云岩化等成岩作用主要发现于中等水动力条件形成的同心(圈)鲕、同心—放射状鲕等。近源风暴引起的底流和涡流产生的撕裂、磨损及搬运作用为泥晶(大)鲕、薄皮鲕、放射状泥晶(正常或大)鲕、脑状鲕以及部分球(或细菌)鲕、复鲕的成核和微生物作用提供了基本条件,而文石—白云石海中低能环境下的黏性软底质中广泛发育的文石—高镁方解石胶结促进鲕粒的形成; 前者发育于潮道或浅滩环境,后者发育于潮坪—潟湖环境,短暂风暴潮或底流是两者共生的可能原因。 微生物参与泥晶成核、一定水动力条件下台阶状生长、差异性成岩改造是前寒武纪多种类型鲕粒发育的主控因素。鲕模孔、粒间(内)溶孔、晶间孔、有机微孔等孔隙具有一定储集意义。对奇格布拉克组鲕粒的研究,有助于深化对前寒武纪古海洋和大气组分、黏性软底质中成核与生长中的水动力及微生物作用、早期成岩改造及孔隙形成与保存机理等的认识。     

北京西山下苇甸剖面寒武系徐庄组鲕粒研究

对北京西山下苇甸剖面寒武系徐庄组鲕粒灰岩进行了观察和研究,在其中不仅发现了有核及无核同心-放射状鲕、单(或多)晶鲕、泥晶鲕和复合鲕,而且还发现了暗色颗粒包壳、凝聚颗粒和黄铁矿聚集体等特殊组构。暗色颗粒包壳的发现尚属首次,其可能是丝状蓝细菌菌体的残留物。凝聚颗粒由方解石或白云石构成,可能代表了微生物席内的含氧气泡。生物碎屑上的附着体可能是微生物群落的痕迹,在其内部发现有类似鲕粒的球状颗粒。复合鲕胶结松散,包壳不发育,表明其可能形成于相对稳定的水体环境。研究表明,徐庄组鲕粒可能形成于水动力条件相对较弱的浅海环境中,微生物在鲕粒的形成过程中发挥了较大的作用。     

鲕粒原生矿物识别及对海水化学成分变化的指示意义

鲕粒是碳酸盐沉积过程中一类非常特殊的颗粒类型, 为研究当时的沉积背景、水动力条件、气候环境, 甚至储层特征提供了重要线索。然而, 鲕粒的矿物组成及控制因素问题, 长期受到忽视。组成鲕粒的原生矿物类型在地质历史时期呈周期性变化, 在显生宙表现为三个以文石和高镁方解石占主导的时期以及两个以低镁方解石占主导的时期, 这也被称作“文石海”和“方解石海”时期。原生矿物的组成, 制约着鲕粒的纹层结构、保存程度以及成岩特征, 还蕴含着海水化学成分变化的线索。鲕粒原生矿物识别主要依据:①原生纹层结构;②保存程度;③微量元素浓度, 尤其是Sr-Mg的浓度。文石质鲕粒受文石不稳定性的影响, 原生结构保存程度较差;一般保存有典型的文石残余纹层结构(例如砖砌结构、溶解变形结构以及偏心结构等);在封闭成岩环境下原生矿物为文石质的鲕粒Sr浓度往往大于2 000 ppm;纹层结构主要为切线状(占主导)和放射状。方解石质鲕粒包括低镁方解石和高镁方解石两种类型:低镁方解石为稳定矿物, 原生结构一般保存良好。尽管高镁方解石也为亚稳定矿物, 但成岩转换后的保存程度好于文石。两者Sr含量一般均低于1 000 ppm, Mg含量一般在0~20 mol % MgCO₃(两者以4 mol % MgCO₃为界)。高镁方解石受成岩作用影响, 在纹层中往往保留有微粒白云石包裹体;海相地层中保存的方解石质鲕粒为放射状或同心-放射状结构。另外还存在一类由两种矿物共同构成的双矿物鲕粒, 可以通过分析两类纹层在结构和保存特征上的差异进行区分。鲕粒原生矿物成分随时间的波动变化受到海水化学条件, 尤其是Mg/Ca比值, 大气二氧化碳分压以及碳酸盐饱和度的控制。Mg/Ca比值的波动决定着鲕粒原生矿物类型的长期变化规律。一些突发性事件可能会扰动(区域)短时间尺度下鲕粒原生矿物的组成, 造成鲕粒原生矿物的转换。通过研究碳酸盐鲕粒原生矿物特征以及控制因素进而了解海水的化学特征, 是独立于古生物学和地球化学分析之外的一种较为可靠的沉积学方法。     

豫西登封地区寒武系第三统鲕粒和鲕粒灰岩演化及其意义

豫西登封寒武系第三统灰岩中的鲕粒自下而上个体直径与鲕核逐渐变小、形态变得更加浑圆、鲕粒间胶结程度更高,反映了从深水不稳定鲕粒灰岩到浅水高速建造鲕粒滩的演变过程。研究区鲕粒灰岩发育可以分为3个阶段:(1)台地深斜坡鲕粒灰岩建造阶段(A段),主要发育放射鲕及同心—放射鲕,鲕粒形态多样、粒径大,粒间多为灰泥充填;(2)滩前缓斜坡鲕粒灰岩建造阶段(B段),主要发育同心—放射鲕、同心鲕,鲕粒含量极不稳定,粒径差异大,粒间由微亮晶及亮晶方解石胶结;(3)台内鲕粒滩高速建造阶段(C段),主要发育白云化的同心鲕和微晶鲕,鲕粒含量极高、粒径极小,鲕核也很小,粒间由亮晶方解石胶结。由A段到C段,相对水深逐渐变浅,成鲕环境变得成熟而稳定,鲕粒沉积规模逐渐扩大。     

光合作用生物膜诱发的放射鲕粒:以江苏徐州贾旺剖面寒武系苗岭统张夏组为例

几年来针对巴哈马现代文石鲕粒的持续性研究表明,微生物和细胞外聚合物质(EPS)在鲕粒的形成和发育中起着关键而重要的作用,从而产生了一个重要的认识,即:鲕粒可以看作是"纹层状的有机沉积构造"并遵循着微生物岩体系的一些形成特征。但是,鲕粒30亿年的发育历史、多样化的产出环境、特征性的矿物构成和各种各样的沉积组构,确实赋予了鲕粒生长和形成机理的复杂性和神秘性,因为鲕粒在何处而且如何形成、以及鲕粒究竟记录着何种生物与非生物过程的许多问题还存在剧烈争论。来自于江苏徐州贾旺剖面苗岭统张夏组上部鲕粒滩相灰岩,由较为典型的方解石放射鲕粒所组成,表现出放射状、放射—同心状和泥晶质的沉积组构,而且在鲕粒核心、鲕粒皮层以及在鲕粒间的不规则团块或凝块的暗色泥晶质构成中高密度地保存着精美的葛万菌(Girvanella)化石,进一步表明了这些暗色泥晶构成代表着较为特征的光合作用生物膜,从而提供了一个苗岭世方解石海中放射鲕粒形成较为直接的微生物证据,以及与光合作用生物膜之间复杂的成因联系,因为葛万菌是相对较为肯定地类比于近代钙化织线菌(Plectonema)的丝状蓝细菌化石,尽管还可类比于现代的伪枝菌(Scytonema)。虽然形成放射状鲕粒皮层的放射纤维状方解石的沉淀作用确实不能解释为直接的微生物沉淀作用的结果,但是,这些放射鲕粒确实表现出光合作用生物膜诱发、滋养并促进了放射纤维状方解石皮层增生作用的重要证据,为拓宽"鲕粒谜"的阐释提供了一个较为重要的典型实例,而且还成为寒武纪苗岭世方解石海与后生动物辐射相耦合的蓝细菌繁荣的重要证据。     

豫西登封地区寒武系第三统鲕粒和鲕粒灰岩演化及其意义*

豫西登封寒武系第三统灰岩中的鲕粒自下而上个体直径与鲕核逐渐变小、形态变得更加浑圆、鲕粒间胶结程度更高,反映了从深水不稳定鲕粒灰岩到浅水高速建造鲕粒滩的演变过程。研究区鲕粒灰岩发育可以分为3个阶段:(1)台地深斜坡鲕粒灰岩建造阶段(A段),主要发育放射鲕及同心—放射鲕,鲕粒形态多样、粒径大,粒间多为灰泥充填;(2)滩前缓斜坡鲕粒灰岩建造阶段(B段),主要发育同心—放射鲕、同心鲕,鲕粒含量极不稳定,粒径差异大,粒间由微亮晶及亮晶方解石胶结;(3)台内鲕粒滩高速建造阶段(C段), 主要发育白云化的同心鲕和微晶鲕,鲕粒含量极高、粒径极小,鲕核也很小,粒间由亮晶方解石胶结。由A段到C段,相对水深逐渐变浅,成鲕环境变得成熟而稳定,鲕粒沉积规模逐渐扩大。     

寒武纪丝状蓝细菌生物膜主导和诱发的巨型鲕粒:以河南新安县石井剖面苗岭统徐庄组为例

多样化的产出环境和30×108年的分布历史表明,鲕粒成因一直是一个谜一样的沉积学难题,争论的关键问题是其究竟是有机(微生物)成因还是无机成因。来自于华北地台寒武系苗岭统徐庄组鲕粒滩相灰岩顶部的方解石巨鲕表现出同心状、放射-同心状和泥晶质的沉积组构,在鲕粒核心和鲕粒皮层中保存着精美的葛万菌(Girvanella)化石所主导的光合作用生物膜的钙化作用残余物,这为研究鲕粒形成与光合作用生物膜之间复杂的成因联系提供了一个较为直接的微生物证据,因为葛万菌可相对较为肯定地类比于近代的钙化织线菌(Plectonema)丝状蓝细菌化石。所以说,在伴随着后生动物辐射的寒武纪蓝细菌繁盛的方解石海中,尽管形成放射状鲕粒皮层的放射纤维状方解石的沉淀作用机理还没有得到完全彻底的了解,但是这些巨鲕确实表现出光合作用生物膜诱发、滋养并促进了鲕粒形成的直接证据,进一步支持了"鲕粒沉积可以作为一种不同的微生物岩体系新类型"的重要科学理念。     

中国泥盆纪鲕铁石沉积环境、成因

中国泥盆纪鲕铁石分布在华南的云南、四川、贵州、广西、湖南、江西、湖北等7个省(区)。鲕铁石结构有鲕粒、假鲕粒、凝胶团粒。鲕粒一般有环带、有核心,也有仅有环带、无核心的鲕环2-3层,少数数十层。鲕粒环带、团粒一般为自形晶微粒赤铁矿、绿泥石、菱铁矿,含少量粘土矿物及其他自形品矿物。核心为石英碎屑,或铁矿物碎屑。鲕粒间基质自形晶矿物、粘土矿物及其碎屑矿物。以接近封闭的浅水泻湖环境沉积最好(占鲕铁石总储量60%),以河口三角洲砂坝沉积最差(占4.2%)。鲕铁石是海水中胶体沉积的,当海水有一定能量时,铁质围绕碎屑物或铁矿物碎屑转动沉积鲕粒环带,铁质也可围绕先凝聚的铁矿物转动沉积无核心的环带。当海水能量低时形成凝胶团粒。     

寒武纪丝状蓝细菌生物膜主导和诱发的巨型鲕粒:以河南新安县石井剖面苗岭统徐庄组为例*

多样化的产出环境和30×10⁸年的分布历史表明,鲕粒成因一直是一个谜一样的沉积学难题,争论的关键问题是其究竟是有机(微生物)成因还是无机成因。来自于华北地台寒武系苗岭统徐庄组鲕粒滩相灰岩顶部的方解石巨鲕表现出同心状、放射—同心状和泥晶质的沉积组构,在鲕粒核心和鲕粒皮层中保存着精美的葛万菌(Girvanella)化石所主导的光合作用生物膜的钙化作用残余物,这为研究鲕粒形成与光合作用生物膜之间复杂的成因联系提供了一个较为直接的微生物证据,因为葛万菌可相对较为肯定地类比于近代的钙化织线菌(Plectonema)丝状蓝细菌化石。所以说,在伴随着后生动物辐射的寒武纪蓝细菌繁盛的方解石海中,尽管形成放射状鲕粒皮层的放射纤维状方解石的沉淀作用机理还没有得到完全彻底的了解,但是这些巨鲕确实表现出光合作用生物膜诱发、滋养并促进了鲕粒形成的直接证据,进一步支持了“鲕粒沉积可以作为一种不同的微生物岩体系新类型”的重要科学理念。     

鲕粒成因研究的新进展

鲕粒的成因一直是一个谜一样的沉积学难题。Brehm等在2006年的实验室研究的结果表明,将鲕粒的形成可以与叠层石进行类比,是一个特殊的球状微生物席的产物,从而将鲕粒归为微生物成因。最近,来自于巴哈马现代鲕粒的研究,Duguid等在2010年认为,鲕粒形成与微生物活动不存在一个直接的关系,重新强调了鲕粒形成的化学过程,即...     

巨鲕的微生物成因:来自重庆石柱地区下寒武统的证据

巨鲕的产出时代多见于新元古代和早三叠世,而寒武纪的巨鲕却鲜见报道。近期,笔者在重庆石柱地区下寒武统天河板组中发现厚约35cm的透镜状巨鲕灰岩。在该层巨鲕灰岩中,巨鲕粒径一般为5～7mm,最大可达9mm,约占岩石组分的55％,与大量强烈重结晶的正常鲕粒伴生。钙质生物壳体较常见,颗粒间见亮晶方解石胶结物。研究区巨鲕最外圈纹层上常见蓝细菌化石,形成发育不完全的突起状“夭折的纹层”;巨鲕内的暗色纹层中亦见杂乱交错的、有一定重结晶的蓝细菌等微生物化石。故推测其为微生物成因形成的,且早寒武世频繁的强风暴背景和蓝细菌等微生物的积极参与是该层巨鲕形成的必备条件。     

Ooids in Purbeck limestones (lowermost Cretaceous) of the Swiss and French Jura

ABSTRACT Ooids occurring in the shallow-water Purbeckian carbonate sediments of the Jura mountains can be grouped into six types. Gradations from one type to another and coexistence of the various types are common. Type 1 ooids are small and well rounded. They display fine concentric micritic laminae. In many cases their cortices are dissolved and replaced by void-filling spar. Microsparitic neomorphic replacement occurs locally. Type 2 ooids are large and have irregular shapes. They show fine micritic laminae and occasional layers of fine-radial crystals. They commonly evolve into oncoids. Ooids of type 3 display many fine-radial cortical laminae and are patchily micritized. They are medium in size and mostly well rounded. This type of ooid may pass into large, irregularly shaped coated grains. Type 4 ooids have 1 to 4 cortical laminae with a fine-radial structure and patchy micritization. They are medium in size and well rounded. Type 5 ooids have only one lamina with a coarse-radial structure. They are small and well rounded. Associated are spherical grains containing bundles of elongate crystals. Ooids of type 6 show superpositions of two or more different, radial and or fine micritic laminae. The cortical structure may also change laterally in the same lamina. The preferential dissolution of type 1 ooid cortices to form oomoulds indicates a primary composition of unstable carbonate. Sedimentological features and comparison with modern ooid occurrences point to formation on high-energy sandbars in normal-marine waters. Type 2 ooids grew in marine-lagoonal environments with quiet water and abundant cyanobacteria. The radially structured ooid cortices of types 3, 4 and 5 show no dissolution features. This implies that they were originally composed of stable carbonates, or that an unstable carbonate phase was transformed into a stable one at an early stage of diagenesis. Type 3 ooids occur together with marine faunas and indicate high water energy. Ooids of type 4 and type 5 originated probably from relatively quiet water of variable salinity. Coexistence of different ooid types and mixed forms of type 6 implies gradual or rapid changes in hydrodynamic, geochemical and microbiological conditions which were a feature of the Purbeckian depositional environments.     

New interpretations of Great Salt Lake ooids and of ancient non-skeletal carbonate mineralogy

Earlier interpretations of textural alteration affecting Great Salt Lake ooids have greatly influenced concepts of ooid diagenesis. Scanning electron microscope study shows, however, that the coarse radial aragonite rays are depositional, that no recrystallization of pellet cores has occurred, and that Great Salt Lake ooids have not suffered noticeable diagenesis. As suggested by Kahle (1974), radial texture in ancient calcitic ooids is probably mainly original, not diagenetic. Retention of such fine textures has been attributed to organic matter (since found to be equivalent in modern skeletal and non-skeletal grains) or to paramorphic replacement (proposed for non-skeletal grains whose original aragonite mineralogy was only inferred from modern analogs). Pleistocene ooids known to have been aragonite alter like aragonite shells to coarse neomorphic calcite, often with aragonite relics. The striking uniformity of that coarse texture in neomorphic calcite replacing known skeletal aragonites throughout the geologic record has been noted for over 100 years. In contrast, Mississippian ooids retain fine texture as do calcite layers of coexisting gastropods, but unlike the strongly altered aragonite layers of these same gastropods. Therefore, inferences of original aragonitic mineralogy of ancient non-skeletal carbonate grains (including muds) which are now calcite but retain fine texture appear unwarranted, as do assumptions of differential diagenetic behaviour of ancient aragonitic skeletal and non-skeletal grains. Accordingly, modern depositional environments of marine ooids and carbonate muds must be rejected as chemically unrepresentative of comparable ancient environments. It is inferred that ancient non-skeletal carbonates were originally predominantly or exclusively calcite because of an earlier lower oceanic Mg/Ca ratio (<2/1) which altered progressively to values favouring aragonite (modern Mg/Ca value = 5/1). Major influencing factors are: selective removal of calcium by planktonic foraminifers and coccolithophorids since Jurassic-Cretaceous time and by abundant younger, Mg-poor aragonite skeletons and an erratic trend toward decreasing dolomite formation (decreasing removal of oceanic Mg). The change to aragonite dominance over calcite for non-skeletal carbonates was probably during early to middle Cenozoic time.     

光合作用生物膜诱发的放射鲕粒:以江苏徐州贾旺剖面寒武系苗岭统张夏组为例*

几年来针对巴哈马现代文石鲕粒的持续性研究表明,微生物和细胞外聚合物质(EPS)在鲕粒的形成和发育中起着关键而重要的作用,从而产生了一个重要的认识,即: 鲕粒可以看作是“纹层状的有机沉积构造”并遵循着微生物岩体系的一些形成特征。但是,鲕粒30亿年的发育历史、多样化的产出环境、特征性的矿物构成和各种各样的沉积组构,确实赋予了鲕粒生长和形成机理的复杂性和神秘性,因为鲕粒在何处而且如何形成、以及鲕粒究竟记录着何种生物与非生物过程的许多问题还存在剧烈争论。来自于江苏徐州贾旺剖面苗岭统张夏组上部鲕粒滩相灰岩,由较为典型的方解石放射鲕粒所组成,表现出放射状、放射—同心状和泥晶质的沉积组构,而且在鲕粒核心、鲕粒皮层以及在鲕粒间的不规则团块或凝块的暗色泥晶质构成中高密度地保存着精美的葛万菌(Girvanella)化石,进一步表明了这些暗色泥晶构成代表着较为特征的光合作用生物膜,从而提供了一个苗岭世方解石海中放射鲕粒形成较为直接的微生物证据,以及与光合作用生物膜之间复杂的成因联系,因为葛万菌是相对较为肯定地类比于近代钙化织线菌(Plectonema)的丝状蓝细菌化石,尽管还可类比于现代的伪枝菌(Scytonema)。虽然形成放射状鲕粒皮层的放射纤维状方解石的沉淀作用确实不能解释为直接的微生物沉淀作用的结果,但是,这些放射鲕粒确实表现出光合作用生物膜诱发、滋养并促进了放射纤维状方解石皮层增生作用的重要证据,为拓宽“鲕粒谜”的阐释提供了一个较为重要的典型实例,而且还成为寒武纪苗岭世方解石海与后生动物辐射相耦合的蓝细菌繁荣的重要证据。     

北京西山地区下苇甸剖面寒武系张夏组鲕粒硅化成因探讨

鲕粒作为碳酸盐岩中非常重要的指相颗粒,其研究主要集中在成因上面,而成岩作用研究较少。北京西山地区下苇甸剖面寒武系张夏组发育大套鲕粒灰岩,通过对该剖面野外实测、薄片观察、XRD测试等手段,结合有机碳、热解等地化参数,对鲕粒的硅化机制及其硅质来源做了系统的研究。结果表明,鲕粒溶蚀再沉淀或者新生变形作用造成鲕粒边缘有机质富集,有机质演化释放的有机酸是硅质沉淀的主要因素,硅质来源主要为陆源输入和黏土矿物的转化。由于有机质主要富集在鲕粒边缘,形成有机质膜,从而造成硅质的沉淀主要沿鲕粒边缘发生,形成鲕粒边缘特有的硅化套,这种结果也从侧面反映了微生物在原始鲕粒形成中发挥了重要作用。