鲕粒滩相灰岩特别的核形石灰岩帽——以山西繁峙茶坊子剖面寒武系张夏组为例

作为一种较为特别的微生物碳酸盐岩类型,核形石以双重属性而著称：① 以不平滑的皮层和较大的大小而常常被解释为微生物成因,从而区别于而成因存在着较大争议的鲕粒,所以,核形石也可以作为一种包覆颗粒类型;② 作为微生物碳酸盐岩的一种类型而被归为相互不连接的球状叠层石,因为核形石形成在围绕着核心的序列式纹层化作用过程之中,并且表现为球形或椭球型的生物沉积构造。在山西繁峙茶坊子剖面寒武系苗岭统张夏组块状鲕粒滩相灰岩的顶部,密集发育着厘米级别大小的高能泥晶核形石,核形石灰岩的厚度接近1 m,从而组成一个块状鲕粒滩相灰岩之上特征性的核形石灰岩帽。该层厚度较小的（小于1 m）核形石灰岩中的核形石,具有以下特征：① 厘米级别的大小（1至3 cm）;②球形或椭球形的形态学特征;③核形石皮层主导性的泥晶和少量的微亮晶构成;④核形石皮层中较高密度保存的丝状蓝细菌鞘化石;⑤核形石间特别的凝块基质,以及明显的丝状蓝细菌鞘化石构成的凝块。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完全而且准确的了解,但是,山西省繁峙县茶坊子剖面张夏组顶部的核形石,壮观的宏观特征,核形石皮层中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,而且成为了解发育在高能鲕粒滩相灰岩之上最为特别的“藻坪”沉积的一个较为典型实例。     

上扬子区中、上寒武统的层序地层划分和层序地层格架的建立

上扬子区特别是贵州及邻区的中、上寒武统发育完整,是一套从少量灰岩到大套白云岩所组成的地层序列;以娄山关群白云岩为代表的自北西而南东的进积作用穿时,代表了与二级海退作用相对应的碳酸盐台地进积作用的基本特征,从而形成一个复杂而有序的层序地层格架。在研究区域,特别是浅水台地背景之中,从厚度较小的含化石的陡坡寺组到厚度近千米的贫乏化石的娄山关群白云岩,给层序地层研究带来了许多困难;而在较深水背景之中的中、上寒武统,沉积相序列的有序性正好弥补浅水背景中的不足。中、上寒武统组成一个二级层序,其中可以进一步划分为七个三级层序,形成一个有序的海侵—海退旋回序列。伴随着上述时间变化的同时,从北西向南东,古地理背景由浅变深,中、上寒武统由大套白云岩地层相变为泥页岩夹灰岩地层。在不同古地理背景的典型剖面的层序划分的基础上,根据三级层序的两大属性———“空间上相序的有序性和时间上环境变化的同步性”,可以建立研究区域能反映出地层记录中“两种相变面和两种穿时性”的层序地层格架。研究区域的中、上寒武统层序地层格架的建立表明:虽然地层的沉积记录较为复杂,但是建立在以“沉积物的时间演化序列与沉积相的空间展布形式所代表的规律性”为基础的层序地层研究,可以从复杂的地层记录之中寻找出更多的规律性。      

黔桂地区石炭系层序地层格架及海平面变化

从石炭系到下二叠统,构成一个二级层序,其底面为紫云运动主幕不整合面及其相关面,顶界面为黔桂运动不整合面及其相关面,包含6个三级层序.研究区范围内,从连陆台地到孤立台地乃至台沟背景,沉积特征明显不同,如在连陆台地上发育煤系地层并且发育较多的白云岩地层,而在孤立台地上则以大套碳酸盐岩地层为特征,台沟背景中以暗色细粒沉积为主包括台盆相和台棚相沉积.因此,三级沉积层序的相序特征形成有规律的空间变化,虽然在不同的地点三级层序的形成时限和相序组构存在差异,但它们所代表的相对海平面变化过程基本上是同步的.在前人大量的古生物学研究成果的基础上,追索各三级沉积层序界面的空间展布特征,以地层记录中的两种相变面和两种穿时性为基本要素,可以建立黔桂地区石炭系(含下二叠统)的地层层序格架.     

现代叠层石的多样化构成:认识古代叠层石形成的关键和窗口*

自从Kalkowsky在1908年构筑了叠层石的术语之后,叠层石一直是地质学家采用不同方法研究和思考的主题,而且一直被当作证明地球早期生命历史的代表物而得到深入调查。叠层石确实为地球早期生命历史提供了间接而且复杂的证据,所以,现代叠层石确实代表着明显的生物信号而成为研究的焦点。最为引人注目的是,现代叠层石的多样化构成,确实表明了蓝细菌生物席建造了叠层石,而且进一步表明了微生物席转化成叠层石不是一个直接的作用过程。那些反映现代叠层石多样化构成的典型实例包括:(1)南极Untersee地区的湖泊相锥状泥质叠层石;(2)新西兰North群岛被称为煎锅湖的热水湖泊中以及美国黄石国家公园热泉中的硅质叠层石;(3)巴哈马台地、澳大利亚鲨鱼湾以及巴西东南部海湾碳酸盐沉积物构成的叠层石。由于蓝细菌微生物席是否代表了古代叠层石的形态学前体总是存在争议,而且在生命的图像中叠层石一直是一个迷惑的关键片段,因此,现代叠层石的多样化构成,将成为认识古代叠层石形成的关键和窗口。立足于前人的研究成果,追踪和总结现代叠层石的多样化构成,以及它们所代表的沉积作用和微生物新陈代谢活动丰富而复杂的信息,将不但丰富微生物沉积学的研究内容,还将拓宽沉积相分析的基本内容,对深入了解叠层石复杂的沉积学特征和生物学属性具有重要的科学意义。     

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。     

大气圈氧气含量水平上升的时间进程:一个与地球动力学过程紧密相关的地球生物学过程

两种气体,氮气和氧气,以压倒优势的状态主导着地球的大气圈。氮气是原生的,而且其存在和丰度不是生物过程所驱动的;相反,氧气是生物通过水的氧化作用而连续产生的,这个氧化作用得到了太阳光的能量驱动。氧气,一种对动物生命进化最为关键的气体,是如何变成大气圈中丰度第2的气体?问题并非以前所设想的那么简单;为了了解大气圈氧化的时间进程,我们不但要知道氧气是什么时候而且是如何第1次出现的,而且还要知道氧气是如何在大气圈中保持一个高浓度的。可以肯定的2个事实是:地球最早期的大气圈是缺乏氧气的,而今天的大气圈则为21%的氧气所组成。需要特别强调的是,大多数古代大气圈氧气水平的地质标志,只是意味着存在与缺乏,而且发生在以下2个时间点的大多数事件是高度不肯定的;但是,一系列地质证据已经表明,大气圈氧气含量水平上升的时间进程发生在2个时间点上:(1)一个从缺氧的到含氧的大气圈的转变,大致发生在2.0~2.5,Ga期间,这个转变就是著名的巨型氧化作用事件(GOE);(2)发生在前寒武纪-寒武纪过渡时期的大约540~850,Ma的第2次巨型氧化作用事件(GOE-Ⅱ),被进一步命名为新元古代氧化作用事件(NOE)。GOE与NOE,就得出了地球大气圈氧气含量水平上升三段式的盛行图像。随着研究的深入,得到了以下重要认识:如果说大气圈氧气含量的总体增加,从太古宙微不足道的水平增加到今天21%,是由于氧气生产作用增强的结果而代表了一个复杂的地球生物学过程的话,那么,这个过程则发生在随着侵蚀作用与沉积作用相对于火山活动而变得更加重要的状况下,更进一步讲,叠加在这个总体趋势下的则是一系列的阶梯式的氧气含量水平上升,这与超大陆聚合作用之后异常高的沉积作用周期是相联系的,从而进一步说明了大气圈氧气含量水平上升是与地球动力学过程紧密相关的地球生物学过程的作用结果。大气圈氧气含量水平一系列的阶梯式的上升,被总结为7个事件而与超大陆汇聚事件得到了良好的对比,从而提供了一个更加清晰的图像;也就是说,在超大陆汇聚作用之后,得到增强的沉积作用促进了大部分有机碳和黄铁矿的埋藏,因而阻碍了它们与自由氧的反应,结果就是大气圈氧气含量水平的实质性上升。新颖的观点和重要的认识,为深入理解地球大气圈氧气含量水平上升这一个重要的地球生物学过程,提供了重要的思考途径和研究线索;追索这些研究进展,将有助于揭开地球大气圈演变历史的神秘面纱并寻找出更多的科学研究生长点。     

大连金州湾寒武系毛庄组微生物碳酸盐岩生物丘复合体

寒武纪苗岭世早期的毛庄组沉积时期,华北地台围绕着西北部的古陆分布着两个沉积相带,靠近古陆的是局限潮坪相带,远离古陆的是开阔潮坪相带,前者以海侵体系域的干旱红层或海岸萨布哈沉积与高水位体系域的潮坪相白云岩沉积序列为特征,后者则以海侵体系域的潮坪相砂泥岩与开阔海台地相(潮下坪)灰岩沉积序列为特征;大连金州湾剖面的毛庄组,属于远离古陆的开阔潮坪相带的产物,在其高水位体系域中为一套夹有鲕粒灰岩的叠层石与均一石生物丘灰岩,组成一个特别的生物丘复合体。以下特征表明,这个微生物碳酸盐岩生物丘复合体代表着一个较为罕见的蓝细菌主导的微生物席形成的微生物碳酸盐岩的典型实例:①在生物丘复合体第一个单元的大型柱状和穹隆状砂泥质叠层石中发现孢网菌状组构,说明了这些叠层石属于蓝细菌微生物席的钙化作用产物;②在第二个单元均一石灰岩生物丘中,见到少量丝状蓝细菌鞘化石,表明均一石可能为较厚的蓝细菌微生物席的钙化作用产物;③在小型柱状叠层石组成的顶部单元中,保存较好的蓝细菌泥晶纹层、以及充填在叠层石柱体之间的基质中的蓝细菌团块,较为特征地说明了这些小型柱状叠层石是蓝细菌所主导的微生物席的建造物;④在鲕粒灰岩组成的第三个单...     

多视线向InSAR形变场约束的改则地震滑动分布反演

利用3种不同视线向LOS(Line Of Sight)的ENVISAT ASAR数据进行干涉处理,提取多视线向(Multi-LOS)的同震形变场;结合同震形变场特征与震源机制解,构建了改则地震双断层破裂模型;利用四叉树采样后的多视线向同震形变场进行约束,通过梯度下降法(Steepest Descent Method,SDM)与Crust2.0地壳分层模型反演了改则地震的同震滑动分布特征。结果表明:反演的形变残差得到有效控制,基本介于0±10 cm之间;主震断层的滑动量主要位于断层面2—16 km深部,最大滑动量可达1.34 m,位于断层面6.4 km深处;余震断层滑动量主要位于断层面2—6 km深部,最大滑动量可达0.90 m,位于断层面3.52 km深处;主震断层与余震断层均以正断为主,但主震断层还具有一定的左旋走滑分量,而余震断层的左旋走滑不明显;当剪切模量μ取3.2×1010Pa时,反演获得的主震与余震地震矩M0分别为6.34×1018N·M与1.20×1018N·M,分别相当于矩震级MW6.47与MW5.98。     

大柴旦低品位硼矿的富集研究

在对大柴旦盐湖湖底低品位硼矿的组成、伴生矿物种类、含量等因素进行分析的基础上,依据各矿物物理性质的差异,通过正交试验法,确定采用旋流方法分离低品位硼矿中的石膏和碳酸盐,分别得到以碳酸盐为主要杂质的低品位硼矿和以硫酸盐为主要杂质的低品位硼矿,然后进行分别加工,有效降低大柴旦盐湖低品位硼矿加工过程分解剂的消耗,为大柴旦盐湖低品位硼矿的加工利用提供了一条新的途径。     

准噶尔盆地南缘上三叠统黄山街组辫状河三角洲沉积

准噶尔盆地南缘上三叠统黄山街组主要为砾岩、含砾砂岩、砂岩、粉砂岩和泥岩构成的一套碎屑岩组合,野外沉积特征研究确定为典型的辫状河三角洲沉积。通过对沉积相、亚相、微相的详细研究,认为辫状河三角洲具有类似曲流河三角洲的层序结构和微相类型,但两者间也存在很大的差别。与曲流河三角洲相比,辫状河三角洲的三角洲平原亚相不仅沉积物的粒度较粗,而且辫状河道沉积较发育,河道间洪泛平原沉积不发育。辫状河三角洲前缘亚相也可以识别出水下分流河道、河口坝、席状砂和水下分流河道间等微相,水下分流河道沉积为主体。根据野外露头的追索研究,建立了准噶尔盆地南缘上三叠统黄山街组辫状河三角洲的沉积模式。从沉积物的岩性特征看,辫状河三角洲砾岩和含砾粗砂岩体具有分布较稳定、展布较广、储集物性较好的特点。