辽东半岛复州湾剖面寒武系第二统光合作用生物膜建造的核形石

作为一种经常大于鲕粒的包覆颗粒类型,核形石以其不平滑的圈层被解释为微生物成因,区别于成因存在较大争议的鲕粒,而且常与鲕粒和其他类型的碳酸盐颗粒相互共生;作为一种在围绕着生物碎屑和非生物碎屑核心的序列式纹层化作用过程中形成的球形或假球型生物沉积构造,核形石还常常单独产出和分布,所以又被解释为微生物碳酸盐岩,或者被归为球状叠层石。在辽东半岛寒武系第二统碱厂组和馒头组之中,厘米级别大小的核形石密集发育在三级层序的顶部,成为一种时间特化的相。另外,以下重要特征将辽东半岛寒武系第二统的核形石特征化,包括:(1)与凝块和微凝块共生;(2)多为球状和椭球状;(3)由不均一的非纹层状致密泥晶和微亮晶构成;(4)核形石皮层以及核形石间凝块中发育特别的蓝细菌鞘钙化化石等。尽管穿越成岩作用过滤器去解释古代核形石复杂的形成机理存在着巨大的挑战,也尽管形成这些核形石的复杂生物膜钙化作用细节需要更加深入地研究才能得到更好地了解,但是,辽东半岛第二统碱厂组和馒头组核形石中直接的微生物化石证据,尤其是核形石内较为丰富的钙化蓝细菌鞘化石,使其成为一个了解光合作用生物膜建造核形石的典型实例。     

蓝细菌微生物席主导的芙蓉统均一石生物丘:以河北涞源祁家峪剖面为例

基于中等尺度的构造特征,常常将微生物碳酸盐岩划分为四个类型：纹层状的叠层石、凝块状的凝块石、贫乏构造的均一石、树枝状的树形石;在其中,均一石被定义为相对贫乏构造和非晶质的中等构造,而且作为“隐秘微生物”的同义语曾经与凝块石相混用。华北地台的芙蓉统,包括长山组和凤山组,可以进一步划分为3个淹没不整合面型三级沉积层序;在这些三级层序的强迫型海退体系域中,常常集中产出各种微生物碳酸盐岩所主导的生物丘,河北涞源祁家峪剖面的芙蓉统就是一个较为典型的实例。在该剖面,两套较为典型的均一石生物丘灰岩构成了较为壮观的沉积学现象,其内部特别的非均一组构与贫乏构造的宏观特征形成了强烈的反差,从而将这些均一石生物丘特征化,包括：① 钙化蓝细菌化石如基座菌、葛万菌,以及可以类比于第谷菌的丝状蓝细菌鞘化石;② 底栖鲕粒;③ 肾型菌状的钙化生物膜残余物;④ 海绵木乃伊;⑤底栖鲕粒填充的生物潜穴;⑥包覆着海绵木乃伊和生物潜穴的微叠层石。这些特征,表明了这些均一石生物丘可能形成于蓝细菌细胞外聚合物质（EPS）复杂的钙化作用,而且这样的EPS是蓝细菌微生物席及其内部的多重状生物膜的基本有机基质构成。由于均一石缺乏现代可以类比的典型实例,而且在其命名之后也很少描述在在古老的地层记录中,所以,河北涞源祁家峪剖面芙蓉统中的均一石生物丘为了解均一石形成的复杂机理提供了一个最为典型的实例。     

寒武系凝块石生物丘的沉积组构:以鲁西地区张夏组为例

凝块石是一种不具纹层状组构的微生物碳酸盐岩,与纹层状组构的叠层石形成鲜明对照。鲁西地区寒武系张夏组中的凝块石生物丘主要由致密泥晶和微亮晶组成的团块构成,在团块中可见到细胞外聚合物质(EPS)钙化作用的残余物及钙化蓝细菌化石。在复杂的微观组构中,表现出球状结构、片状、席状及蜂窝状结构的EPS钙化残余物,说明凝块石中团块的形成是一个复杂的有机矿化作用过程。这些EPS钙化残余物与较为普遍的致密泥晶和钙化蓝细菌化石一起,为了解凝块石的形成机理提供了一些重要信息。因此,对凝块石生物丘的分析也为今后的深入研究提供了一个重要线索和思考途径。     

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。     

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...     

光合作用微生物席主导的寒武系苗岭统崮山组均一石:以山东省泗水县圣水峪剖面为例*

作为一种缺乏沉积构造的隐晶质块状泥晶所表征的非纹层状微生物碳酸盐岩类型,均一石自从命名之后就很少被描述或自古老的地层记录之中被识别出来,再加上缺乏现代实例,造成了对这种微生物碳酸盐岩类型研究的困难。来自于山东省泗水县圣水峪剖面寒武系苗岭统崮山组中的均一石,以厚层块状、缺乏沉积构造的泥晶灰岩为主,表现为生物层状的微生物礁,与相对较深水的中厚层中至深缓坡相的条带状泥晶灰岩和泥灰岩一起,构成较为典型的潮下型碳酸盐岩米级旋回,集中发育在淹没不整合型三级沉积层序顶部的强迫型海退体系域之中,代表着相对海平面下降阶段的沉积记录。在这些主导着生物层状微生物礁灰岩的均一石中,不均匀地高密度保存着致密缠绕以及较薄的泥晶壁所成型的丝状葛万菌物质体是其最为基本的特征,表明均一石形成于光合作用微生物席复杂的钙化作用。另外,在均一石的致密泥晶组构中,局部发育毫米级至厘米级大小而且形态极端不规则的亮晶显微管状组构。基于其特别的组构特征,将这样的组构解释为具有公共鞘的丝状蓝细菌即念珠菌菌落的钙化作用残余物,其致密泥晶组构可能代表着蓝细菌公共鞘的钙化作用残余物,其中的亮晶显微管则可能为蓝细菌丝状体的钙化作用残余物,而且在这样的组构之中还发育和共生着丝状葛万菌菌落,从而延伸了对蓝细菌菌落钙化作用残余物的认识和解释,并对具这种组构的海绵木乃伊解释提供了另外一种重要的研究镜像。因此,山东省泗水县圣水峪剖面寒武系苗岭统崮山组上部生物层状微生物礁体中的均一石,不仅提供了一个较为典型的寒武纪苗岭世不借助于二氧化碳浓缩作用机制(CCM机制)的蓝细菌钙化作用的实例,而且提供了一个在丝状蓝细菌主导的微生物席之中发育着念珠菌菌落的多重状微生物席的典型实例,从而拓宽了对显生宙最高的大气圈CO₂含量以及较高的大气圈O₂含量条件下的较为典型的方解石海中与寒武纪后生动物大爆发相平行的蓝细菌繁荣和钙化作用的了解。     

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。     

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...     

鲕粒滩中光合作用生物膜构建的高能核形石:以辽西葫芦岛三道沟剖面寒武系张夏组为例

核形石是一种具有双重属性而较为特别的微生物碳酸盐岩:①作为一种包覆颗粒类型,核形石以不平滑的圈层和较大的大小被解释为微生物成因区别于成因存在着较大争议的鲕粒;②作为一种形成在围绕着核心的序列式纹层化作用过程中的球形或椭球型的生物沉积构造,核形石还常常被解释为微生物碳酸盐岩的一种类型而被归为球状叠层石。在辽西葫芦岛三道沟剖面寒武系苗岭统张夏组顶部的块状鲕粒滩相灰岩之中,密集发育着厘米级别大小的高能泥晶核形石。另外,以下重要特征将张夏组鲕粒灰岩中的核形石特征化,包括:①厘米级别的大小;②椭圆形为主的形态学特征;③特征性的纹层状构造;④核形石皮层中普遍发育而且较高密度保存的丝状蓝细菌鞘的钙化化石等等。尽管穿越成岩作用过滤器去解释古代核形石复杂的形成机理将存在着巨大的挑战,也尽管形成这些核形石复杂的生物膜钙化作用机理还没有得到精确的了解,但是,辽西葫芦岛三道沟剖面张夏组中的核形石,直接的微生物化石证据,尤其是在核形石内较为丰富的丝状蓝细菌鞘化石,使其成为一个了解光合作用生物膜建造核形石的典型实例;同时,也为进一步了解形成在水柱中的放射鲕粒以及形成在海底的泥晶核形石之间复杂的形成机理的差异性,提...     

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。     

辽东半岛南部寒武系

辽东半岛南部寒武系葛屯组发现蠕虫和小壳化石,为寒武系底部序列（国际上统称为纽芬兰统）。在拉树山寒武系与奥陶系交界处有2个笔石带,下为Dictyonema kelanense延限带,上为Airograptus furciferus-Staurograptus组合带,相当林尧坤（1980）的中国寒武纪笔石和笔石序列的Dendrograptus erectus minor带（层）,其中有Dictyonema kelanense,该序列为寒武系顶部序列（国际上统称芙蓉统上部）。"辽宁省岩石地层（1997）"出版以来,沿用"馒头组",从下而上划分为大后海段、石桥段、当十段,岩性明显三分。1907年Willis和Blackwelder初建馒头组时仅根据山东馒头山处地层,笼统的统称为馒头组页岩,笔者建议岩石地层大馒头组应该解体,恢复沿用馒头组、毛庄组、徐庄组。     

辽东半岛细河群沉积岩碎屑锆石SHRIMP U-Pb年龄及其地质意义

对辽东半岛青白口系骆驼岭组和钓鱼台组沉积岩碎屑锆石进行了测试,根据沉积岩碎屑锆石年龄分布模式探讨了两地的沉积物源和沉积时代的上限。辽东半岛青白口系细河群钓鱼台组碎屑锆石分布模式中年龄主峰值为1.6Ga,最小年龄为1075Ma,说明钓鱼台组的沉积时代要晚于1000Ma,沉积岩碎屑锆石的年龄分布模式说明该组与华北古陆为不同物源,其时代有可能不一致。同时,根据2009年11月24日全国地层委员会前寒武纪分会扩大会议上形成的一个共识和最新的锆石SHRIMPU-Pb年龄对中国晚前寒武纪地层年表进行重新标定:即长城系(Ch,Pt21)限定为1.8～1.6Ga,蓟县系(Jx,Pt22)限定为1.6～1.4Ga,待建系(Pt23-4)限定为1.4～1.0Ga,青白口系(Qb,Pt31)限定为1000～780Ma,南华系(Nh,Pt32)限定为780～635Ma和震旦系(Z,Pt33)限定为635～542Ma。     

辽宁金州寒武系长山组生物丘沉积特征

在辽宁金州寒武系长山组顶部,发育一层厚约15 m的生物丘。宏观上,生物丘主要由凝块石和均一石组成;微观上,由致密泥晶组构和各种类型的颗粒组成。在生物丘内部,各种类型的颗粒如钙化微生物、底栖鲕粒、核形石、生物碎屑和凝块等的发育,显示了生物丘复杂的显微组构。其中,三叶虫碎屑表面的泥晶结壳,表现出建设性和破坏性泥晶化作用。泥晶中分散分布的生物碎屑,反映了生物丘形成过程中泥晶较强的黏聚作用。致密泥晶中大量黄铁矿颗粒的发育,反映了异养细菌活动对泥晶形成的贡献。生物丘内部各种类型的颗粒与黄铁矿颗粒的共生,反映了生物丘形成过程中存在复杂的微生物作用,这为微生物沉积作用的研究提供了基础素材,也为生物丘内部各种类型颗粒的研究提供了重要实例和线索。     

变形角闪质岩石流动变形及其意义——以辽东古元古宙褶皱带变形斜长角闪岩为例

通过显微和亚微分析揭示出辽东地区3种变形特点的角闪质岩石（片麻状斜长角闪岩、条带状斜长角闪岩和糜棱状斜长角闪岩）具有差异的显微及亚微构造。通过地质温压计计算,3种斜长角闪岩及其原岩的形成与变形温压条件具有从升温升压经降温升压到降温降压的变化规律（片麻状斜长角闪岩：597.0 ℃,0.536 GPa;条带状斜长角闪岩：617.3 ℃,0.455 GPa;糜棱状斜长角闪岩：558.8 ℃,0.514 GPa）。从其趋势和规律,结合显微构造分析,3种岩石是同一期变形不同阶段的产物。在递进变形作用过程中,塑性变形是斜长角闪岩流动和蠕变的主要机制。结合前人的实验变形结果,修正了大陆岩石圈结构模型。     

中国东部早白垩世岩浆作用的伸展构造性质——以辽东半岛南部饮马湾山岩体为例

饮马湾山岩体位于辽东半岛南部,侵位于辽南变质核杂岩之中。岩体主要由三种岩石组成,由外向里分别是片麻状花岗岩、斑状花岗岩和中细粒二长花岗岩类。其中片麻状花岗岩类主要岩石类型为石英二长闪长岩和花岗闪长岩,具有明显的片麻理构造,部分岩石具有明显的变形组构,其片麻理方向与变质核杂岩中拆离断层方向一致。似斑状花岗岩仅显示微弱片麻理,而细粒二长花岗岩则为明显的块状构造,表明该岩体为同伸展变形就位产物。锆石U-Pb同位素测定显示,该岩体不同岩相岩石具有大体一致的年龄,其形成于120～130Ma的早白垩世,而不是以前认为的三叠纪。该岩体岩石具有较大的地球化学成分变化范围,其中片麻状和似斑状岩石具有高Sr含量(>600ppm)、低Y、Yb含量、轻重稀土分馏强烈的特点;而细粒二长花岗岩则相对低Sr高Rb、低~(87)Rb/~(86)Sr比值。Sr-Nd同位素综合分析表明,饮马湾山花岗岩主要来源于下地壳,但较大的范围Mg~#、Sr、Nd同位素组成则表明可能有其它物质(如岩石圈地幔、新生地壳)参与成岩作用。上述研究充分地显示,我国东部早白垩世岩浆活动发育在伸展构造背景,并可能与岩石圈减薄存在密切的联系。