燕山地区中元古代高于庄组非叠层石碳酸盐岩序列的沉积特征及其重要意义

在燕山地区中元古代高于庄组一套厚度千余米的碳酸盐沉积序列中,第三段组成一个特别的非叠层石碳酸盐岩序列。两个剖面(天津蓟县剖面和北京延庆千沟剖面)的详尽观察与研究结果表明:高于庄组第三段的非叠层石碳酸盐岩沉积序列以灰岩序列为特征,厚度为300 m至600 m不等,在蓟县剖面发育有存在成因争论的臼齿状构造,在延庆千沟剖面发育奇形怪状的席底构造。该非叠层石碳酸盐岩沉积序列表明,在前寒武纪除了3次叠层石衰减事件(分别发生在2000 Ma、1000 Ma和675 Ma)外,在1450 Ma左右还可能发生过一次叠层石衰减事件。再者,高于庄组第三段构成的非叠层石碳酸盐岩沉积序列,可以大致与北美地区的Belt超群中的Helena组非叠层石碳酸盐岩沉积序列相对比,从而表明了1450Ma左右的叠层石衰减事件因具有全球性而有重要意义。在漫长的前寒武纪,臼齿状构造常常集中发育在叠层石衰减事件之后,因此,尽管这两种沉积构造的成因还不完全清楚却成为了解前寒武纪世界的重要线索。1450Ma左右的叠层石衰减事件,正好处于叠层石发育的黄金时段(2800 Ma至1000 Ma),对该次事件的识别,有助于正确认识漫长而复杂多变的前寒武纪碳酸盐世界。

北京延庆千沟中元古代高于庄组第三段：一个典型的前寒武纪非叠层石碳酸盐岩沉积序列

在前寒武纪碳酸盐岩中，最为普遍的是叠层石碳酸盐岩沉积序列，而以潮下相沉积为主的非叠层石碳酸盐岩沉积序列与前者形成了较大的差异；因此，与叠层石碳酸盐岩沉积序列一样，非叠层石序列成为了解前寒武纪复杂多变的碳酸盐世界的重要线索。燕山地区中元古代高于庄组为一套厚度千余米的碳酸盐沉积序列，包括四大部分：第一段（或称为官地亚组）为发育在海侵砂岩上的叠层石白云岩地层；第二段（或称为桑树鞍亚组）为发育少量叠层石的含锰白云岩地层；第三段又称为张家峪亚组，为一套以发育灰岩为主的非叠层石碳酸盐岩沉积序列；第四段以叠层石岩礁和叠层石礁白云岩为特征。延庆千沟剖面的高于庄组第三段的非叠层石碳酸盐岩沉积序列，贫乏叠层石是其基本特点，包含3个三级层序，在三级层序的海侵体系域和早期高水位体系域中，层面上发育席底构造的中层均一石灰岩（隐藻泥晶灰岩）和灰黑色薄层泥灰岩组成若干潮下型米级旋回，晚期高水位体系域则以厚层块状纹理石灰质白云岩和白云质灰岩为特征；三级层序的凝缩段单元则以薄层泥灰岩和泥页岩构成的L—M型米级旋回为特征。因此，每一个三级层序均以一个有序的沉积相序列为特征。高于庄组的分布时限大致为200Ma（1600—1400Ma），考虑到下伏的大红峪组和高于庄组之间的地层间断时限大致为50Ma至100Ma，所以推断高于庄组的堆积作用时限为100Ma（1500—1400Ma）左右，其中高于庄组第一段与第二段的分界线正好处于该组的中部而可以推断该界线的大致为1450Ma左右；因此，高于庄组第三段非叠层石碳酸盐岩沉积序列的发育表明，在1450Ma左右可能发生过一次可以与前寒武纪其他已经被识别出的三次叠层石衰减事件（2000Ma、1000Ma和675Ma）相比拟的又一次叠层石衰减事件。延庆千沟剖面高于庄组第三段的非叠层石碳酸盐岩沉积序列，可以大致与北美地区的起始时限为1450Ma左右、Belt超群中的Helena组非叠层石碳酸盐岩沉积序列相对比，表明了1450Ma左右的叠层石衰减事件具有全球性，从而赋予高于庄组第三段非叠层石碳酸盐岩沉积序列重要的沉积学意义。延庆千沟剖面高于庄组第三段非叠层石碳酸盐岩沉积序列，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，由其所代表的沉积学特点将有助于深入理解漫长的前寒武纪碳酸盐沉积作用的变化规律而具有重要意义。

现代碳酸盐叠层石的重要进展及意义

作为记录地球早期生命历史的代表物,叠层石已经从35亿年追溯到了古老的37亿年。叠层石为早期生命的存在提供了间接证据,特别是现代碳酸盐叠层石的形成,更加证实了叠层石是蓝细菌生物席的钙化建造物。在现代碳酸盐叠层石中,以下地区的碳酸盐叠层石经前人长期研究已取得一些进展:巴哈马台地的粗粒叠层石、澳大利亚超盐度环境中的细粒叠层石、巴西东南部超盐度潟湖中的细粒叠层石。基于前人的研究成果,通过对现代碳酸盐叠层石的生长机制,以及复杂的微生物活动和沉积过程的追溯,认为本溪火连寨剖面寒武系张夏组中部的叠层石生物丘与现代碳酸盐叠层石存在明显差异,说明现代叠层石的沉积模式还不能完全应用在古代叠层石中。因此,现代碳酸盐叠层石和古代叠层石的对比,可以进一步为了解寒武纪叠层石的构建以及微生物碳酸盐岩工厂提供丰富的思考途径。

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。