从席底构造到第五类原生沉积构造:沉积学中具有重要意义的概念

发育微生物席或微生物膜的沉积底被形象地称为席底,在席底上由于微生物席的发育使沉积物富黏性而抗水流改造,并在沉积面和沉积层内形成一系列奇形怪状的原生沉积构造,如变余波痕、皱饰构造、微生物席碎片、纺锤状或次圆状收缩裂缝等等,这些构造都归为席底构造;与席底相对应,那些不发育微生物席或微生物膜的沉积面则称为混合底,在混合底上单个沉积颗粒受到水流剪切与变形作用的改造而形成诸如正常波痕等原生沉积构造,这些沉积构造则归为混合底构造。席底和席底构造的概念很重要,用来专指微生物沉积作用的产物而区别于混合底和混合底构造。从沉积学概念的演变方面分析,混合底构造就是1964年Pettijohn和Potter所定义的原生沉积构造,他们曾经将其归为4大类并且沿用至今;席底构造也就是微生物形成的(或相关的)原生沉积构造,由于其在形成机理和形态上与Pettijohn和Potter所定义的原生沉积构造存在较大的区别,Noffke 2001年认为其应该具有合适的分类位置,所以就将席底构造归为“第五类原生沉积构造”并纳入Pettijohn和Potter 1964年的原生沉积构造的分类体系之中。从席底构造到第五类原生沉积构造,概念的演变表明了万能的微生物在沉积作用过程中的重要性以及沉积学家对微生物沉积作用认识的深入。这些相关的沉积构造及其所形成的席底,就像叠层石(被当作正生长原生沉积构造)一样在前寒武纪地层之中较为普遍。随着后生动物的大规模出现而造成的寒武纪“农艺革命”(Agronomic revolution)的开始,显生宙的席底及其相关的席底构造多出现在那些不适宜后生动物居住的地方并大多被混合底及其相关的混合底构造所替代;因此,与微生物相关的原生沉积构造,除熟知的叠层石以外,在席底上发育的一系列原生沉积构造,由于其具有特别的指相意义并有助于古环境重塑而被很自然地归到“第五类原生沉积构造”。该类构造由于其在前寒武纪的普遍性和显生宙的局限分布性,特别是在生物大灭绝事件之后的灾难性泛滥,对于研究地球表层环境的演变具有重要意义。所以说,从席底构造到第五类原生沉积构造,是近年来沉积学发展过程中所出现的较为重要的基本概念。根据这一重要概念,对前寒武纪地层中一些常常被认为是遗迹化石、长期以来存在的“臼齿状构造谜”(Molar-tooth structure enigma)等奇形怪状的沉积构造的成因以及从前寒武纪到显生宙地层中均有分布的特殊的纹理化构造等,将会得到一些更加合理的认识;另一方面,关于微生物形成的原生沉积构造的研究,对于了解地球表层生物变化与沉积变化之间的复杂关系将会发现更多的新问题而得到进一步的思考与研究。     

前寒武纪海侵砂岩中的微生物砂质碎片：以北京南口虎峪剖面大红峪组为例

碎屑岩中微生物形成的原生沉积构造,由于缺乏直接的微生物证据,其识别常常比较困难。位于北京西北郊的南口虎峪一带,古元古代晚期的大红峪组(1650～1600Ma),海侵体系域砂岩地层与高水位体系域砂泥质白云岩和叠层石白云岩组成了较为有规律的沉积相序特征,成为将大红峪组划分为三个三级层序的主要标志。在大洪峪组的海侵体系域砂岩层中,一种类似于碳酸盐岩中的“内碎屑”的奇特的砂质碎片,代表了前寒武纪海侵砂岩沉积面上曾经发育过微生物席;该砂质碎片与变余波痕和皱饰构造组成系列席底构造,特殊的形态和产出特点成为窥视前寒武纪砂岩中微生物席发育的一种典型标志。因此,南口虎峪剖面大红峪组海侵砂岩中的微生物砂质碎片及其相关的席底构造的发现,有益于今后对类似沉积构造的阐释与研究,特别是那些常常被厘定为前寒武纪古老的后生动物遗迹化石的沉积构造;同时也表明,在前寒武纪地层之中,除了要关注叠层石之类的微生物沉积构造以外,碎屑岩中也存在微生物活动的若干证据即席底构造(第五类原生沉积构造),这些特别的沉积构造对前寒武纪沉积环境重塑具有重要意义。     

前寒武纪细粒碎屑岩中纺锤状裂缝的成因分析:以燕山东部长城群为例

燕山东部天津蓟县至河北兴隆一带中元古界长城群细粒碎屑岩中,普遍发育有在层面上表现为纺锤状裂缝的沉积构造,并曾经被解释为后生动物遗迹化石或地震震荡液化脉等。这种沉积构造常与变余波痕、皱饰构造等相伴产出。根据初步观察与研究的结果推断,纺锤状裂缝可能是由于微生物席对沉积面的封闭作用,导致沉积物在成岩作用早期发生脱气与脱水等作用的产物,因此可以将其归入微生物参与形成的原生沉积构造(席底构造)的范畴。纺锤状裂缝与其他的席底构造一样,为前寒武纪的沉积环境重塑提供了一个重要的证据,同时也说明在前寒武纪的地球表层环境中,微生物以其新陈代谢的多样性及巨大的生物量,在沉积纪录中留下了重要的烙印。     

南口虎峪中元古界大红峪组混积岩系的层序地层划分——海侵砂岩中的微生物席碎片简介

北京西北郊南口虎峪一带的中元古界长城系大红峪组发育完整,以一套混积岩系为特征。在南口虎峪剖面中,海侵体系域砂岩地层与高水位体系域砂泥质白云岩和叠层石白云岩组成了较有规律的层序地层相序,可以作为混积岩系层序地层划分的典型代表。在大红峪组的海侵体系域砂岩中,交余波痕、微生物形成的砂质碎片和皱饰构造表明了席底的发育,特别是其中所发育的微生物砂质碎片不但代表了碎屑岩中的一种特殊的“内碎屑”,而且其特殊的形态和产出特点成为窥视前寒武纪砂岩中席底发育的一种典型标志,从而有益于今后对类似沉积构造的阐释与研究;高水位体系域砂泥质白云岩中的纹理化构造似乎也是一种席底构造,它与其中的叠层石生物丘一起代表了前寒武纪海底微生物孤军作战的特殊生境。对该剖面大红峪组的初步研究表明,在前寒武纪地层中,除了要关注叠层石之类的微生物沉积构造以外,碎屑岩中也存在微生物活动的若干证据印席底构造（第五类原生沉积构造）,由此说明正是由于微生物新陈代谢的多样性才使其成为地球上无所不在及其无与伦比的巨大生物量。     

皱饰构造研究进展综述

在综述皱饰构造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 4种有代表性的皱饰构造形成模式,其核心问题是在皱饰构造的形成过程中微生物席和物理作用的参与方式,以及受造席者、透光性、水动力条件、基底类型和生物扰动五大因素的影响程度.在对皱饰构造和现代微生物席对比研究的基础上,发现皱饰构造与微生物席的分布在很大程度上具有一致性,所以通过对现代微生物席的生长发育环境进行综合研究,推测了有利于皱饰构造发育的古环境.皱饰构造一般发育于潮间坪和滨外过渡带,并且在显生宙一般与生物扰动作用具有不相容性.皱饰构造是发育最普遍、受关注最广泛的保存在硅质碎屑岩中的微生物诱导形成的原生沉积构造,所以理清皱饰构造的成因模式及古地理分布,有利于碎屑岩微生物席学的发展,可以为理解硅质碎屑岩中的特殊沉积构造提供重要线索.     

辽宁中元古代初期粗碎屑岩中微生物砂质颗粒的发现及古环境意义

微生物席成因构造(microbial induced sedimentary structures, MISS)是由微生物与沉积物相互作用形成的生物沉积构造,表现形式有变余波痕、皱饰构造、微生物席碎片、纺锤状或次圆状收缩裂缝等。首次在华北地台东北部辽宁兴城中元古代初期常州沟组底部粗碎屑岩交错层理面上发现了大量的微生物砂质颗粒,在中元古代底部粗碎屑岩中发现大量微生物砂质碎片。这一发现对于了解华北地台MISS的活跃时代以及恢复中元古代早期粗碎屑岩的形成古环境有重要的科学意义,特别是为华北地台古元古代、中元古代的地层划分与对比提供一定的生物地层学参考。发现的微生物砂质颗粒大小在0.1~0.2 mm,形态以球形为主。这些微生物砂质颗粒形成于静水环境的潮上带或泥坪之中的微生物席底,在剧烈的构造运动以及海侵初期高频的海平面运动中被风暴、海啸等灾难性事件破坏,并随着退潮水流被搬运至发育交错层理的潮道区域,与粗碎屑物质一起沉积。这些被风暴破坏的微生物砂质颗粒在搬运过程中被磨圆并产生一定的分选。     

豫西鲁山汝阳群微生物成因构造宏观特征分析及其环境演化

豫西鲁山地区汝阳群发育了大量形态特征多样的微生物成因构造（microbially induced sedimentary struc-tures）,简称MISS,是微生物席或微生物膜与其他物理作用营力（如剥蚀作用、沉积作用、搬运作用和变形作用）相互作用的产物,也可被视为一种广义的遗迹化石,其最主要的两种类型是多边形网格...     

豫西苗岭统馒头组二段皱饰构造与遗迹化石共生特征*

埃迪卡拉纪以来,微生物与后生动物之间呈此消彼长的关系,但在寒武纪苗岭世却出现了微生物成因沉积构造和后生动物扰动构造短暂共存的现象。笔者在豫西馒头组二段下部识别出包括皱饰构造与微生物席裂构造在内的2种微生物成因沉积构造,对皱饰构造与遗迹化石的共生关系进行了分类,建立了席上足辙迹(Monomorphichnus henanensis)与牧食迹(Jinningichnus badaowanensis)、席下水平漫游迹(Planolites montanus)、席下深层泥岩中生物扰动共3种微生物席与后生动物的共生模式和生态演化模型。上述研究表明,具有特殊环境耐受性的“机会主义”动物在食物来源较为宽松的潮坪环境中与微生物席共存,这种微生物席与后生动物短暂而“和谐”的共存关系不仅延续了埃迪卡拉纪双方的部分共生特征,且在以混合底为主导的显生宙生态环境中得到了进一步变化与发展。     

中元古界非叠层石灰岩中的MISS:以北京延庆千沟剖面高于庄组第三段为例

前寒武纪碳酸盐岩多以叠层石碳酸盐岩序列为特征。燕山地区中元古界高于庄组,其中的第三段(张家裕亚组)则为一个以灰岩为主、贫乏叠层石的碳酸盐岩沉积序列,该序列被定义为前寒武纪非叠层石碳酸盐岩序列。该非叠层石碳酸盐岩沉积序列,尤其以燕山西部的延庆千沟剖面最为典型。根据沉积相序列及其所反映的旋回性,可以将该剖面的高于庄组第三段划分为3个三级层序。在这些三级层序的海侵体系域和早期高水位体系域中,中薄层隐晶质泥晶灰岩(均一石灰岩)和灰黑色薄层泥灰岩组成若干潮下型米级旋回;而在隐晶质泥晶灰岩层面上,普遍发育各种奇形怪状的沉积构造。这些沉积构造包括穹窿状构造、规则网状和杂乱的帐篷脊、变余波痕等,构成一个潮下相灰岩层面上的特别的微生物形成的沉积构造(Microbial Induced Sedimentary Structure,MISS)组合。因此,延庆千沟剖面的高于庄组第三段,特别的岩石类型和沉积构造成为前寒武纪碳酸盐岩沉积中非叠层石碳酸盐岩沉积序列的典型代表,尤其是那些奇形怪状的MISS所代表的沉积学特点表明:在前寒武纪,即使在叠层石生长的黄金时段,也发育非叠层石碳酸盐岩沉积序列。因此,这些现象将特别有助于对前寒武纪非叠层石生态系所造成的另一类席底生境的深入理解,也有助于复杂多变的碳酸盐岩世界。     

硅质碎屑岩中的微生物席相关构造——联接现代与过去的纽带

微生物通过自身生命活动可以在硅质碎屑物上形成微生物席.微生物席具有黏结性、柔韧性、抗剥蚀性等特征,与物理营力相互作用可以形成一系列独特的原生沉积构造,即微生物诱发的沉积构造(MISS).形成和保存MISS的基本条件包括经历较低的变质程度、发育于海退—海侵的转折点、出现在有利的“微生物席沉积相”中.微生物席本身很难保存在岩石序列中,所以识别石化MISS具有一定难度.与现代环境中发育的MISS具有相似的几何形态和包含古代微生物席组构是识别石化MISS的有效途径.微生物生长、稳化、障积、捕获和黏结作用可以形成形态各异的MISS,根据这些作用和特征可以将其划分为5大类17小类.对保存在硅质碎屑岩中的微生物诱发的原生沉积构造和现代潮坪中发育的MISS进行综合对比研究,有利于微生物席沉积学的发展,也为进一步理解古代硅质碎屑岩沉积环境提供重要线索.     

The paleoenvironmental distribution of Phanerozoic wrinkle structures

Wrinkle structures are microbially induced sedimentary structures that are known to have formed in ancient marine siliciclastic environments. This study reviews the sedimentary context and paleoenvironmental distribution of these sedimentary structures throughout three distinct intervals of the Phanerozoic: the Cambrian, the post-Cambrian Paleozoic, and the Lower Triassic. During these times, wrinkle structures are found primarily within two sedimentary environments, storm-dominated subtidal environments and the intertidal zone. Subtidal occurrences of wrinkle structures during the post-Ordovician Phanerozoic only appear to occur during intervals of environmental stress, while earlier examples from the Cambrian and lowermost Ordovician likely formed prior to significant increases in extent and depth of bioturbation that hallmark most of the Phanerozoic. Intertidal examples occur regardless of severe environmental stress, and may have formed under low levels of bioturbation due to inherent vagaries of a marginal marine setting. These environmental preferences appear to be conservative throughout the Phanerozoic, and may very well extend throughout Earth's history.     

前寒武纪与微生物席相关的粉砂岩岩墙——以天津蓟县古元古界串岭沟组为例

在天津蓟县剖面古元古界串岭沟组下部的环潮坪相粉砂质泥页岩细粒沉积中,发育许多粉砂岩岩墙。由于该粉砂岩岩墙在层面上和层内具有特别的形态,因而对其成因具有多种解释:在层面上呈纺锤状粉砂岩裂缝以及在层内呈砂质充填管形态,从而被认为是最古老的后生动物遗迹化石;在层内呈弯弯曲曲的粉砂岩岩墙以及明显的流体化作用特点,所以又被解释为地震振荡作用形成的液化砂岩脉。显微镜下,这种岩墙具有明显的富残余有机质构成的边界,以及由粉砂颗粒相对聚集所显示出的明显的流体化作用特征;再加上与这种粉砂岩岩墙共生的沉积构造主要是皱饰构造,局部还发育变余波痕,由此表明沉积面上曾经发育过微生物席。因此,这种粉砂岩岩墙应该解释为沉积面在曾经被微生物席封闭的情况下,相对富含有机质的细粒沉积物在早期成岩作用过程中所发生的脱气作用和脱水作用的产物,最终可以归为由微生物形成的沉积构造的一种类型。     

长江口九段沙现代潮滩沉积特征

根据2003年对长江河口九段沙潮间带和潮上带的现场调查和室内对沉积构造、粒度分布、矿物组成、沉积速率等的分析,对九段沙现代潮滩的沉积特征进行了研究。研究表明九段沙潮间带以小型交错层理为主,波痕发育,粒度主要为细砂至粗粉砂;潮上带主要为水平层理,粒度主要为中细粉砂。潮间带和潮上带的沉积矿物组成非常接近。沉积速率以潮间带低而潮上带高为特点。     

STRUCTURES IN SHALLOW-WATER PRECAMBRIAN SEDIMENTS FROM NORTHWEST SCOTLAND

The paper deals with sedimentary structures in shallow-water Precambrian deposits of Lower Torridonian age in the island of Skye in northwestern Scotland. The structures described include irregular lamination, ripple bedding, festoon bedding and structures produced by local erosion and reworking. Evidence of penecontemporaneous disturbance thought to be due to the movements of quicksands is briefly referred to. Variations in lithology and structure within the succession are attributed to local differences in conditions within a possible environment of sedimentation in an intertidal zone with off-shore sandbanks.     

Sedimentary structures of tidal flats: A journey from coast to inner estuarine region of eastern India

Sedimentary structures of some coastal tropical tidal flats of the east coast of India, and inner estuarine tidal point bars located at 30 to 50 kilometers inland from the coast, have been extensively studied under varying seasonal conditions. The results reveal that physical features such as flaser bedding, herringbone cross-bedding, lenticular bedding, and mud/silt couplets are common to both the environments. In fact, flaser bedding and lenticular bedding are more common in the point bar facies during the monsoon months than in the coastal tidal flat environments. Interference ripples, though common in both the environments, show different architectural patterns for different environmental domains. Interference ripples with thread-like secondary set overriding the earlier ripple-form, resembling wrinkle marks, are the typical features in estuarine point bars near the high water region. Because structures which are so far considered as key structures for near-coastal tidal flats are common to both the environments, caution should be exercised for deciphering palaeo-environments, particularly for Proterozoic rocks, where one has to depend only on physical sedimentary structures.