“白云石问题”及其实验研究

“白云石问题”无疑是地质学上最有趣最长久的难题之一。作为一种常见的碳酸盐矿物,白云石在地质历史时期大量 发育,却在现代海洋沉积环境中鲜少沉积,并且在实验室模拟海水条件下也几乎无法低温合成。白云石[CaMg(CO3)2]不同于 Ca2+、Mg2+无序的高镁方解石,具有阳离子有序超结构,空间群为R-3,在地表条件下为热力学稳定相。尽管人们尝试模拟 自然界中白云石存在的物理化学条件,但却几乎没有从实验中成功合成有序白云石。在已有的实验室研究中,有序白云石 仅能通过高温水热实验形成。这说明白云石的形成极可能是一个动力学控制过程。而近些年被人们广泛接受的白云石微生 物成因模式认为微生物活动是低温白云石形成的关键,相关的微生物矿化实验也证实微生物的存在能够促进高镁方解石的 形成。对白云石问题的探讨不仅对理解白云岩成因具有重要意义,还能够促进矿物学理论研究发展。此次研究从高温合成 实验、低温合成实验、微生物协同沉淀实验等方面综述了有关白云石问题的实验室研究进展,阐明了目前对于白云石问题 认识的局限,有助于更好的理解“白云石问题”和其中所包含的矿物学和物理化学问题,乃至于帮助寻找到它的答案。     

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。     

广东曲江-仁化地区早二叠世“当冲层”的放射虫岩

放射虫岩是指主要由放射虫壳体堆积的一种“化学-生物化学岩”。放射虫吸收海水中的硅质组成以含水的SiO₂为成分的壳体。在放射虫岩中,常常还有海绵骨针和硅藻等生物遗迹。卡洛瑞（Carozzi,A.V.1960）把已发现的放射虫岩分为四种:砂质放射虫岩、钙质放射虫岩、铁质放射虫岩（红放射虫岩）和炭质放射虫岩（黑放射虫岩）。实际上放射虫岩主要是硅质为主。广东曲江-仁化地区早二叠世“当冲层”的放射虫岩是一种硅质放射虫岩,本文试就其成因、古地理环境的变迁及与成矿和古构造活动的联系作一初步探讨。     

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。     

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。     

“西康系”的时代问题

1930年譚錫畴和李春昱在四川西部(原西康省)进行地貭調查吋,曾将康定以西的一套黑灰色板岩、頁岩和砂岩,以及綠灰色板岩和砂岩的地层命名为“西康系”,并在雅江以西地区采得植物化石。化石多为Podozamites,故将“西康系”与香溪煤系对比,并将它划归侏罗紀(見譚錫畴、李春昱,1959:四川西康地貭志)。黄汲清在1945年所著的“中国主要地貭构造单位”一书中,曾列举了五点証据,否定“西康系”为侏罗紀地层,并认为主要属古生代。在1955年所出的“康藏路线地貭图”中,将“西康系”地层另命名为“札科系”,将其时代定为二迭紀。1958年甘孜地貭队将它划为石炭二迭紀,另外亦有人将它定为石炭紀。总之,这套地层的时代,长期以來是爭論不休的。     

中国科学院地質研究所学术活动报导

苏联科学代表团团员、苏联科学院西伯利亚总分部副主任A.A.特洛(?)穆克院士,于5月25日应中国科学院的邀请在中国科学院地质研究所举行了学术报告。报告的题目是“油气的成因问题”及“西伯利亚及远东的油气勘探远景”。特洛菲穆克院士以他丰富的工作经验和渊博的学识深刻地阐述了油气成因问题。     

从反“理论风”看“四人帮”形而上学猖獗——批驳姚文元的“基础的基础”论

一九七二年以来,自然科学领域刮起了一股反“理论风”的妖风,其矛头直接对准伟大领袖毛主席和敬爱的周总理。这股妖风的风源,盖出于王张江姚“四人帮”反党集团。一九七二年,毛主席对一位科学家关于加强自然科学基础理论研究和教学的意见,表示了称赞。周总理根据毛主席的革命科技路线,做了重要的指示和部署。“四人帮”心怀叵测,借以发端。     

“四川运动”之否定

“四川运动"的由来“四川运动”一名,为谭锡畴、李春昱1929-1931年在四川及原西康进行地质调查时所拟,其调查报告《四川西康地质志》文字部分于1959年出版,在这之前,李春昱等(1943,1948)”、侯德封等(1945)已引用了这一名称,但正式命名和论述是在1950年。     

“泥河湾层”的古地磁学初步研究

自本世纪二十年代以来,中外的地质和古生物学者曾对桑干河谷两岸出露的所谓“泥河湾层”进行过不少工作。1954年我国地质界正式提出把“泥河湾层”划归早更新世,从此“泥河湾层”就成为我国华北地区这一时期的标准地层。     

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。     

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...     

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。     

Microbial primary dolomite from a Norian carbonate platform: northern Calabria, southern Italy

The origin of fine‐grained dolomite in peritidal rocks has been the subject of much debate recently and evidence is presented here for a microbial origin of this dolomite type in the Norian Dolomia Principale of northern Calabria (southern Italy). Microbial carbonates there consist of stromatolites, thrombolites, and aphanitic dolomites. High‐relief thrombolites and stromatolites characterize sub‐tidal facies, and low‐relief and planar stromatolites, with local oncoids, typify the inter‐supratidal facies. Skeletal remains are very rare in the latter, whereas a relatively rich biota of skeletal cyanophycea, red algae and foraminifera is present in the sub‐tidal facies. Some 75% of the succession consists of fabric‐preserving dolomite, especially within the microbial facies, whereas the rest is composed of coarse dolomite with little fabric preservation. Three end‐members of dolomite replacement fabric are distinguished: type 1 and type 2, fabric retentive, with crystal size <5 and 5–60 μm, respectively; and type 3, fabric destructive, with larger crystals, from 60 to several hundred microns. In addition, there are dolomite cements, precipitated in the central parts of primary cavities during later diagenesis. Microbialite textures in stromatolites are generally composed of thin, dark micritic laminae of type 1 dolomite, alternating with thicker lighter‐coloured laminae of the coarser type 2 dolomite. Thrombolites are composed of dark, micritic clotted fabrics with peloids, composed of type 1 dolomite, surrounded by coarser type 2 dolomite. Marine fibrous cement crusts are also present, now composed of type 2 dolomite. Scanning electron microscope observations of the organic‐rich micritic laminae and clots of the inter‐supratidal microbialites reveal the presence of spherical structures which are interpreted as mineralized bacterial remains. These probably derived from the fossilization of micron‐sized coccoid bacteria and spheroidal–ovoidal nanometre‐scale dwarf‐type bacterial forms. Furthermore, there are traces of degraded organic matter, probably also of bacterial origin. The microbial dolomites were precipitated in a hypersaline environment, most likely through evaporative dolomitization, as suggested by the excess Ca in the dolomites, the small crystal size, and the positive δ¹⁸O values. The occurrence of fossilized bacteria and organic matter in the fabric‐preserving dolomite of the microbialites could indicate an involvement of bacteria and organic matter degradation in the precipitation of syn‐sedimentary dolomite.     

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.     

四川汉源-峨边地区上震旦统灯影组藻白云岩特征及成因研究

"藻白云岩"术语的提出已有五十年历史,震旦系藻白云岩以其巨大的厚度,精美的原生结构、构造,以及丰富的微生物化石和矿产资源而闻名,但至今其成因仍存在争议。以四川汉源-峨边地区上震旦统灯影组藻白云岩为研究对象,对其宏观的剖面、岩石学、原生构造特征,微观的白云石和微生物化石形态、原生结构特征,以及相应的地球化学特征进行了详细研究。结果表明:研究区灯影组藻白云岩为一套在潮坪和潟湖环境下形成的微生物（碳酸盐）岩的岩石类型组合,以藻黏结型的叠层状、纹层状、葡萄状和均一状（藻）白云岩为主要的次级类型;藻白云岩中主要发育原生的隐晶状微生物白云石和次生的纤维状拟晶白云石,其形成与蓝细菌、硫酸盐还原细菌、中度嗜盐好氧细菌和红藻等微生物的矿化作用密切相关:沉积-同生阶段,主要由微生物诱导矿化作用形成大量纳米似立方体粒状和（亚）微米级片状微生物白云石,同时共（伴）生纤维状文石和高镁方解石;同生-准同生阶段,主要由微生物影响矿化作用形成纳米球粒状和微米级不规则状、球状和卵状微生物白云石,同时纤维状文石和高镁方解石因微生物催化矿化作用和拟晶白云石化作用形成纤维状拟晶白云石;随后微生物白云石与拟晶白云石一起组成具纹层状、叠层状、均一状等构造的藻白云岩。对藻白云岩特征及成因的研究有助于理解微生物-矿物交互作用和过程的复杂性、多样性,也为前寒武纪微生物矿化作用、微生物白云石和拟晶白云石研究提供了新的实例。     

Characterization of the Microbial Dolomite of the Upper Sinian Dengying Formation in the Hanyuan Area of Sichuan Province, China

The algal dolostone of the Upper Sinian Dengying Formation (corresponding to the Ediacaran system) in the Upper Yangtze Platform of China possesses a rich diversity of microorganisms and is an ideal site for the study of ancient microbial dolomite. We focused on algal dolostone and its microbial dolomite in the Hanyuan area of Sichuan Province, China. The macroscopic petrological features, microscopic morphology, texture characteristics of the fossil microorganisms and microbial dolomite, and geochemical characteristics were investigated. We found rich fossil microorganisms and microbial dolomites in the laminated, stromatolithic, uniform and clotted (algal) dolostones. The microorganisms present were mainly body fossils of cyanobacteria (including Renalcis, Girvanella, Nanococcus, and Epiphyton) and their trace fossils (including microbial mats (biofilms), algal traces, and spots). In addition, there was evidence of sulfate-reducing bacteria (SRB), moderately halophilic aerobic bacteria, and red algae. The microbial dolomites presented cryptocrystalline textures under polarizing microscope and nanometer-sized granular (including spherulitic and pene-cubical granular) and (sub) micron-sized sheet-like, irregular, spherical and ovoidal morphologies under scanning electron microscope (SEM). The microbial dolomites were formed by microbially induced mineralization in the intertidal zone and lagoon environments during the depositional and syngenetic stages and microbially influenced mineralization in the supratidal zone environment during the penecontemporaneous stage. The microbial metabolic activities and extracellular polymeric substances (EPS) determined the morphology and element composition of microbial dolomite. During the depositional and syngenetic stages, the metabolic activities of cyanobacteria and SRB were active and EPS, biofilms and microbial mats were well-developed. EPS provided a large number of nucleation sites. Accordingly, many nanometer-sized pene-cubical granular and (sub) micron-sized sheet-like microbial dolomites were formed. During the penecontemporaneous stage, SBR, cyanobacteria, and moderately halophilic aerobic bacteria were inactive. Furthermore, nucleation sites reduced significantly and were derived from both the EPS of surviving microorganisms and un-hydrolyzed EPS from dead microorganisms. Consequently the microbial dolomites present nanometer-sized spherulitic and micron-sized irregular, spherical, and ovoidal morphologies. Overall, the microbial dolomites evolved from nanometer-sized granular (including spherulitic and pene-cubical granular) dolomites to (sub) micron-sized sheet-like, irregular, spherical and ovoidal dolomites, and then to macroscopic laminated, stromatolithic, uniform, and clotted dolostones. These findings reveal the correlation between morphological evolution of microbial dolomite and microbial activities showing the complexity and diversity of mineral (dolomite)-microbe interactions, and providing new insight into microbial biomineralization and microbial dolomite in the Precambrian era.