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。     

河北秦皇岛驻操营剖面寒武系张夏组均一石生物丘沉积特征

河北秦皇岛驻操营剖面寒武系张夏组顶部强迫型海退体系域集中发育一套数十米厚的均一石生物丘,指示这些均一石形成于浅海、高能环境。通过野外考察及镜下观察,分析该区均一石的形成机制及沉积环境。结果表明：均一石生物丘为灰白色致密均一的块状泥晶灰岩,无明显宏观构造,直接覆盖在下部叠层石生物丘之上。在显微镜下,均一石由致密泥晶和少量微亮晶构成。其中,致密泥晶中发现多样化的钙化蓝细菌鞘化石,包括基座菌(Hedstroemia)、附枝菌(Epiphyton)、肾形菌(Renalcis)以及葛万菌(Girvanella),表明均一石形成于微生物复杂的代谢作用及诱发碳酸盐原地沉淀作用。更为特别的是,均一石中可见底栖鲕粒和白云石晶体,表明在富营养条件下,其产出过程中较为明显的与球状微生物膜钙化作用相关的显微组构以及白云石选择性表达。均一石自命名以来相关实例并不多,秦皇岛张夏组中均一石生物丘为了解均一石的形成机制与沉积环境提供了一个典型实例。     

北京寒武系第二统昌平组凝块石特征及成因

北京西郊下苇甸地区下寒武统昌平组底部含燧石角砾白云岩之上发育的一套豹斑灰岩,实为发育在高能环境下的凝块石灰岩,宏观形态上可包括斑状凝块石、带状凝块石和网状凝块石3种,其成因多与厚微生物席相关,且分别具有不同的微观结构。露头实测和镜下观察结果表明凝块石的初始沉积组分受控于沉积大/微环境,且三者的互动决定了凝块石的最终沉积特征。该套沉积成因的凝块石,其白云质凝块不局限于潜穴,且潜穴内部见大量保存完好微生物结构和疑似球状原生白云石,因此这种白云质凝块很可能与微生物白云石化密切相关,并以此区别于局限于生物遗迹位置,且内部充填物为粉细晶白云石的成岩成因的豹斑灰岩。     

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。     

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...     

下三叠统鲕粒灰岩中微生物矿化组构特征及意义 ——以川东北地区飞仙关组为例

PTB全球最大生物灭绝事件后,早三叠世被认为是微生物发育繁殖的黄金时期,浅水环境是微生物活动及微生物岩形成的最有利环境。借助高分辨率扫描电镜和能谱分析,在川东北地区开江—梁平海槽西侧下三叠统飞仙关组浅水碳酸盐岩台地边缘的鲕粒灰岩中发现了三种微生物矿化组构:空腔状微生物矿化组构、显微瘤状微生物矿化组构和纤状微生物矿化组构;通过沉积学、岩石学及地球化学的综合分析,认为显微瘤状微生物矿化组构是微生物新陈代谢时形成的纳米球状云质颗粒,纤状微生物矿化组构是微生物的胞外聚合物,而空腔状微生物矿化组构则属于微生物个体。这些微生物矿化组构的发现,为早三叠世微生物大爆发提供了一定的直观证据;推测大量的微生物活动是早三叠世碳酸盐快速沉积现象的直接诱因,并导致于二叠纪末发育的克拉通内裂陷——开江—梁平海槽在早三叠世被快速填平。     

利用风暴沉积类型恢复海平面变化:以北京西山下苇甸剖面寒武纪中晚期风暴沉积为例

华北地区寒武系中发育有大量的风暴沉积,对于此类沉积物的成因前人意见趋于统一,但对其沉积环境的认识仍存在较多争议。在野外细致观察、实测的基础上,结合室内沉积学描述和分析,在北京西山下苇甸剖面寒武系第三统和芙蓉统内识别出5种沉积相类型,并根据沉积环境将其归入3种相组合,分别形成于浅海碳酸盐缓坡潮下带、深潮下带和页岩盆地环境。在研究地层内,共识别出了49层风暴沉积,基于沉积结构和构造特征,这些风暴沉积层可归入4个风暴沉积大类(原地未破碎风暴沉积、原地破碎风暴沉积、近源风暴沉积、远源风暴沉积)和12个亚类,这些风暴沉积类型形成于不同的环境。根据风暴沉积亚类在地层中的分布规律及其所指示的环境类型,恢复了北京西山寒武纪中晚期相对海平面的变化历史。通过与用不同方法恢复的北京西山和鲁西地区同时期海平面变化曲线进行对比,发现利用风暴沉积类型所恢复的海平面变化曲线与使用正常沉积类型恢复的海平面变化曲线具有相同的变化趋势。因此,风暴沉积类型可以用于恢复长时间尺度的海平面变化趋势。     

北京西郊丁家滩剖面寒武系第二统昌平组核形石特征及成因

核形石是微生物岩的一种,长期受到地质学家的广泛关注。目前在核形石的展布模式、沉积环境以及微生物特征和形成机制方面的研究仍显不足。北京西郊丁家滩剖面地层出露良好且保存完整,其寒武系昌平组的早期高位体系域主要沉积在潮下-潟湖环境中。受控于三级以下海平面以及水动力条件,早期高位体系域自下而上发育了三套形态各异的核形石层。第一套毫米级核形石零星分布于早期高位体系域下部,不具明显核心,包壳内见大量泥晶物质及砂屑、生屑。第二套厘米级-亚厘米级椭球状核形石集中分布于早期高位体系域中部,具有明显核心,包壳主要由亮纹层、菌纹层、生屑层和包壳层组成。第三套厘米级椭球/叶状核形石集中分布于早期高位体系域上部,具有明显核心,包壳主要由亮纹层组成,菌纹层含量较少。镜下鉴定结果表明由亮/暗纹层交互而成的核形石包壳具有不同的显微/超微结构,代表了微生物席与沉积环境的不同互动方式。分析其形成环境可知,北京西郊丁家滩剖面寒武系昌平组以核形石为主的微生物岩,生物灭绝事件是其直接成因,但也许不是决定性因素。     

寒武系张夏组鲕粒滩中微生物碳酸盐岩主导的生物丘：以河北秦皇岛驻操营剖面为例

华北地台的寒武系苗岭统,大致包括毛庄组、徐庄组、张夏组和崮山组,这些组分别组成相应的三级沉积层序,在它们的顶部集中发育着鲕粒滩相灰岩而构成强迫型海退沉积,成为时间特化的相,代表着鲕粒主导的特别的寒武纪碳酸盐岩台地类型,表现在浅海陆架中大面积分布鲕粒滩,而且在这样的鲕粒滩中生长和发育着微生物碳酸盐岩主导的生物丘;河北省秦皇岛市驻操营剖面的张夏组上部鲕粒滩相灰岩中的生物丘正是上述现象最为典型的代表。虽然类似的现象曾经被描述为"藻坪"沉积,或者笼统地归为"微生物礁",但是,河北省秦皇岛市驻操营剖面的张夏组上部鲕粒滩相灰岩中的生物丘,以下现象不但将其特征化而且代表着壮观的沉积学现象:(1)在强迫型海退体系域的下部与鲕粒滩相灰岩交互产出的主要是柱状叠层石生物丘;(2)在张夏组顶部则以集中产出的均一石和树形石生物丘为特征;(3)下部的柱状叠层石生物丘中主要包括石松藻(Lithocodium)-孢网菌(Bacinella)状组构的钙化蓝细菌;(4)在上部集中产出的均一石与树形石生物丘,则发育着丝状钙化蓝细菌、基座菌(Hedstroemia)和附枝菌(Epiphyton)之类的多样化的钙化蓝细菌。由于石松藻(Lithocodium)-孢网菌(Bacinella)状组构的钙化蓝细菌是一种灭绝了的浅海生命形式,而且是不知道分类位置归属的生命形式,尤其是石松藻(Lithocodium)状组构近年来在寒武纪微生物碳酸盐岩研究中多被解释为"硅质海绵骨针的网状物"或"非骨针角质海绵骨骼纤维",再考虑到均一石自从命名以来很少描述在古老的地层记录之中,因此,驻操营剖面张夏组上部多样化微生物碳酸盐岩所主导的生物丘,以及生物丘中特别而且多样的钙化蓝细菌化石构成,为了解蓝细菌主导的光合作用微生物席复杂的钙化作用形成微生物碳酸盐岩提供了较为典型的实例。     

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。     

河北承德寒武系凤山组叠层石生物丘中的沉积组构

河北承德路通沟剖面芙蓉统凤山组中部发育厚层块状叠层石生物丘,构成一个淹没不整合型层序的强迫型海退体系域,指示这些叠层石形成于中高能浅海环境。该生物丘宏观上主要由柱状叠层石组成,叠层石内部纹层较粗糙,在构成叠层石的致密泥晶和微亮晶组构中,还见到球粒、底栖鲕粒及凝聚颗粒等多种生物成因颗粒类型,代表着复杂的微生物活动特征,以此而区别于前寒武纪的叠层石。更为重要的是,叠层石生物丘中的致密泥晶基质中发育一些“石松藻(Lithocodium)”状的钙化蓝细菌菌落残余物,以及一些丝状钙化蓝细菌化石,指示了形成叠层石的微生物席为蓝细菌所主导的微生物席。因此,凤山组叠层石生物丘内复杂而特殊的碳酸盐岩沉积组构为研究叠层石形成过程中复杂的微生物代谢活动所产生的钙化作用机制提供了一个宝贵的地质实例。     

北京西郊下苇甸剖面寒武系崮山组叠层石生物丘的沉积组构

北京西郊下苇甸剖面的崮山组,属于寒武系第三统顶部,自下而上从陆棚相泥灰岩向上变浅至鲕粒滩相灰岩,组成一个淹没不整合型三级沉积层序。在该组上部的一层块状鲕粒滩相颗粒灰岩中,发育串珠状分布的、可以归为叠层石生物丘的穹窿状构造。这些叠层石生物丘,典型的地势隆起和突变的边界代表了明显的早期石化作用特征。叠层石生物丘中的柱状叠层石,为典型的泥晶相叠层石,其内部除了黏结较多的三叶虫生物碎屑外,还不均匀地分布着放射-纤维状方解石(或文石？)组成的底栖鲕粒。这些底栖鲕粒,以其较小的粒径、多样的类型、平滑但不连续的鲕粒圈层以及外部边缘的泥晶套等特征,明显区别于宿主岩石中的颗粒滩相悬浮鲕粒,而且表现出较为明显的与微生物活动相关的微组构。鉴于叠层石是典型的微生物席建造物,该叠层石生物丘特别的宏观和微观沉积组构还可以进一步将其归为较为典型的"微生物礁",从而成为研究中奥陶生物大辐射事件之前贫乏骨骼的浅海环境的沉积作用样式、以及更加深入理解这一特殊时期的微生物造礁作用特征提供了一个较为典型的实例。     

峡东地区下寒武统天河板组鲕粒灰岩微相分析及沉积环境探讨

通过对峡东地区下寒武统天河板组底部鲕粒灰岩进行微相分析,划分出放射铺面鲕型鲕粒灰岩(SHF15-R)、同心鲕型鲕粒灰岩(SHF15-C)以及微晶鲕型鲕粒灰岩(SHF15-M)三种不同类型的鲕粒灰岩亚相.通过与标准徽相类型中镶边碳酸盐岩台地模式和缓坡模式相带对比.认为研究区鲕粒形成于镶边碳酸盐岩台地内部局限环境至台地边缘鲕潍相的沉积环境.对鲕粒粒径大小和类型的分析,支持后期海侵事件的存在.     

河北北部下寒武统馒头组沉积环境及找矿意义

冀北下寒武统馒头组底部有一套层位稳定的紫红色、灰黄色白云质砾岩和页岩。砾石具棱角状或次棱角状,粒度分选差,砾石成分与填隙物成分相同,主要为白云岩。根据对该层位岩石组成、沉积特征的分析,其成因与砾岩(碳酸盐岩)中盐类物质经次生变化形成溶塌角砾岩相关。由于该层位稳定,含盐类物质较高,因此在一定层位有可能找到石膏矿。     

北京西郊下苇甸剖面寒武系叠层石中的底栖鲕粒:基本特征和重要意义

鲕粒是碳酸盐岩中最普遍的包覆颗粒之一,其成因一直是地质学家们关注的重要科学问题之一,对解释沉积环境具有重要的意义。北京西郊下苇甸剖面寒武系发育多期叠层石生物丘（层）,对其进行研究发现,在崮山组上部和凤山组下部叠层石生物丘（层）中发育有大量的底栖鲕粒。分析其产出特征及微观组构形态,认为底栖鲕粒的形成与微生物作用有密切的关系,更多地支持了鲕粒微生物成因的观点,同时也增加了碳酸盐颗粒的多样性。在前人研究的基础上,追索该发现的科学含义,为深入了解微生物碳酸盐岩的形成与微生物席沉积学提供有益的线索。     

塔西北下寒武统风暴活动特征及其沉积学响应

在塔西北阿克苏露头区发育多套类型不同的下寒武统肖尔布拉克组风暴岩,它们宏观上与微生物丘混生或共生,微观上可见不同类型的微生物结构,但与此相关的研究甚少。以露头观察和室内鉴定为基础,在苏盖特布拉克地区和昆盖阔坦地区划分出4类8种各具特色的微生物丘—风暴岩沉积序列,并归纳总结了塔西北地区下寒武统肖尔布拉克组风暴沉积模式,认为其发育位置和沉积特征主要受控于“三面”,包括平均海平面(MSL)、正常浪基面(FWB)和风暴浪基面(SWB);“四期”,包括平静期、高峰期、衰减期与停息期;“五流态”,包括风暴涡流、风暴下部回流(包括风暴碎屑流和风暴浊流)沉积与风暴上部回流(包括风暴漫流和风暴潮流)。另外古风暴中心的发育位置也可影响风暴沉积特征。最后在前人研究的基础上,对“贫乏骨骼的风暴海”的形成条件进行探讨。