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”(Agronom ic 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 en igm a)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。

微生物形成的原生沉积构造研究进展综述

早在上世纪60年代,沉积学家Pettijohn和Potter曾经将形成原生沉积构造的地质作用划分为剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和变形作用。在沉积期间和沉积之后到沉积物还未固结之前由上述作用所产生的沉积构造被定义为"原生沉积构造",包括各种类型的层理、层面上的各种作用痕迹以及各种变形现象。在该分类之中,叠层石被定义为突出沉积面的正生长构造,这种构造由微生物与同沉积胶结作用共同构建而成。上世纪90年代中期至今,随着研究程度的深入,沉积学家们越来越认识到除了叠层石以外,微生物还会形成一种并不突出于底层面的原生沉积构造,并被认为是微生物席或微生物膜与各种物理作用营力共同作用的产物。这些作用营力包括剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和变形作用。该类沉积构造被定义为微生物形成的原生沉积构造并被归为第五类原生沉积构造。正如叠层石主要产在前寒武纪以及显生宙未受到后生动物强烈改造的浅水环境中一样,微生物形成的原生沉积构造也主要发育在前寒武纪,以及显生宙的一些未受到后生动物强烈改造的潮坪和潟湖等环境之中。因此,该类沉积构造(第五类原生沉积构造)的研究,对于前寒武纪沉积环境重塑具有重要意义。燕山地区元古界串岭沟组和大红峪组碎屑岩中的变余波痕、皱饰构造和纺锤状裂缝,是碎屑岩中微生物形成的原生沉积构造的代表;高于庄组第三段非叠层石碳酸盐岩(以灰岩为主)层面上发育大型皱饰构造和变余波痕,是碳酸盐岩中微生物形成的原生沉积构造的代表。这些沉积构造的发现和初步研究,为今后进一步深入研究奠定了良好的基础。

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。

淮北煤田芦岭井田二叠纪含煤岩系原生沉积构造序列与沉积环境

通过对保留在沉积物中与水动力条件有密切联系的原生沉积构造的观察和研究,分析了淮北煤田芦岭井田二叠纪含煤岩系属于以河流作用为主的建设性三角洲沉积环境,阐明了根据原生沉积构造序列解释沉积环境的基本方法。

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。