河南省太原组沉积时期岩相古地理特征

河南省早二叠世太原组沉积区位于华北盆地南部北秦岭褶皱带栾川—固始深断裂以北地区,当时的沉积盆地受华北地块西隆东倾的构造古地理控制,是晚古生代华北陆表海盆地或碳酸盐岩台地沉积的一部分,发育了一套以碳酸盐岩为主夹碎屑岩和煤为特色的陆表海沉积。太原组岩性以灰—深灰色薄—中厚层状生物屑灰岩为主,夹薄—中厚层状的泥岩、泥灰岩、细砂岩、粉砂岩及煤层,局部出现浅灰色厚层中一细粒砂岩、粗砂岩或灰白色石英砂岩,产有丰富的纺锤虫、牙形石、腕足、珊瑚、海百合、双壳类和植物化石等。在沉积序列上,自下而上分为三个岩性段,即①下部灰岩段,主要由4～5层灰岩组成;②中部碎屑岩段,主要由砂、泥岩组成,夹不稳定生物屑微晶灰岩1～3层;③上部灰岩段,含灰岩2～3层,局部可达4～5层。基于地层厚度、碳酸盐岩厚度和砂/泥比等值线的变化趋势分析以及遗迹化石、指相化石和沉积类型的组成与分布特征,可以划分出5种沉积相(潮坪相、潟湖相、障壁岛或砂坝相、局限台地相和开阔台地相)、12种沉积类型、3种沉积组合类型和3种岩相区,包括局限台地—潮坪泥晶灰岩、泥岩相区、开阔台地—潮坪—潟湖灰岩、碎屑岩相区、开阔台地—障壁岛—潮坪灰岩、碎屑岩相区。太原组沉积期的古地理特征表现为:海域分布广泛,海相灰岩几乎遍及全区;海陆边界已向南、向西扩至灵宝—洛宁—嵩县—方城—泌阳一线,该线以西为伏牛古陆,三门峡至济源一线以北为中条古陆,古地势呈现为北西高、南东低,西陡东缓,最大厚度沉积区位于东北部及东部的特点;海水自东和北东两个方向侵入,并自北西向南东方向退去。由于沉积区域内地形比较平缓,海水进退频繁,形成了一套受限陆表海的碳酸盐岩与滨岸潮坪含煤碎屑岩多次交互出现的沉积,在河南省境内滨海平原上的泥炭坪大面积发育,许多地区形成了具有工业价值的可采煤层。

河南留山盆地太山庙组沉积相及遗迹化石特征

采用沉积学和遗迹学的理论及分析方法,研究了河南留山盆地上三叠统太山庙组的沉积环境。结果显示:该组为一套温暖潮湿气候条件下的河流-湖泊相含煤沉积,整个沉积经历了河流相-湖沼相-滨、浅湖相-深湖相-滨、浅湖相-半深湖相-滨、浅湖相的演化过程,显示该盆地经历了"下降-抬升-下降-抬升"的构造旋回演化过程。在该套地层中已识别出遗迹化石的4个属和4个种,包括Beaconites coronus,Cochlichnus surpuliformis,Palaeophycus tubularis和Planolites montanus等,并详细讨论了该遗迹群落中Beaconites coronus在不同微相中的发育特征,推测其造迹生物最适宜的生境是滨湖环境。该项研究成果可为本区晚三叠世岩相古地理图的编制,进而为矿产资源评价与开发提供理论依据。

河南登封地区寒武系第三统馒头组二段中的核形石及其意义

河南登封地区寒武系第三统馒头组二段发育有三种类型的核形石:球状、椭球状核形石与大型柱状叠层石伴生,形成于高能的潮下带;长卵形核形石与小型柱状叠层石伴生,形成于低到中等能量的潮间带;不规则状核形石与近水平状、缓波状叠层石伴生,形成于低能的潮上带和潮间带。从核形石的成因可以看出,核形石等微生物成因构造与后生动物扰动构造存在耦合关系,水动力条件是核形石形态类型变化的决定因素,泥质(陆源物质)供应是影响核形石生长及消亡的直接因素。

遗迹化石Rhizocorallium中莓状黄铁矿对古环境古生态的指示--以豫西南上泥盆统为例

豫西南淅川上泥盆统王冠组地层中发育大量与层面平行且具有蹼纹的U形遗迹化石Rhizocorallium。利用环境扫描电镜对Rhizocorallium进行微观观察,发现在其边缘管和蹼纹内部发育大量不同形态的莓状黄铁矿及莓状铁氧化物(单晶为五角十二面体,八面体,立方体和近球形),与之对应的围岩中仅见少量黄铁矿单晶颗粒。表面具有覆盖膜的莓状黄铁矿大多存在于潜穴内部,其中边缘管中莓状黄铁矿的单晶直径(0.672~1.603μm,平均直径1.063μm)较之蹼纹中部的(0.376~0.877μm,平均直径0.5μm)的大。上述特征显示出潜穴中莓状黄铁矿的存在可能与硫酸盐类还原菌有关。Rhizocorallium边缘管和蹼纹中高丰度莓状黄铁矿的发现表明:遗迹化石Rhizocorallium可能是造迹者精心构筑的觅食—花园。由于食物供应和氧化还原条件的不同,Rhizocorallium造迹者在其潜穴内部培植不同的微生物,形成一个互利共生的群落。

古生代psammichnitids(砂迹类)的行为习性演化及其生物古地理迁移

Psammichnites和Dictyodora为古生代海相环境典型的弯曲带状遗迹,是由具有虹吸器官的生物所形成的遗迹化石,一般被归入到psammichnitids。通过文献资料调研和样品分析,对古生代Psammichnites和Dictyodora的形态功能对比和时空分布特征进行研究。结果表明:(1)Psammichnites通常具有短、浅的凹槽;随着时间的推移,Dictyodora的壁高却逐渐增大。(2)Psammichnites主要分布于正常浅海环境;Dictyodora大都分布于深海环境,也有个别类型分布于浅海环境。(3)Psammichnites的种级多样性在石炭纪浅海环境呈快速增加,属于晚期辐射类型,但Psammichnites gigas广泛分布于寒武纪早期,具有很好的地层指示意义;Dictyodora的种级多样性在奥陶纪快速增加,属于早期辐射类型。(4)寒武纪—奥陶纪,Psammichnites和Dictyodora主要分布于南半球中高纬度的Iapetus和Rheic大洋,其中Laurussia大陆的形成以及Iapetus和Rheic大洋的闭合对其古地理分布具有显著影响;自石炭纪开始,Psammichnites和Dictyodora均向新的空白生态位进行迁移,反映出造迹生物对于新生态位的适应和迁移均受环境变迁的强烈影响;二叠纪之后,Psammichnites和Dictyodora在地层中没有发现,可能暗示它们的造迹生物均在二叠纪末生物大灭绝事件中遭受了毁灭性打击。上述对Psammichnites和Dictyodora行为习性演化特征及其生物古地理迁移特征的系统总结和归纳,可为从精细和精深角度深入解读遗迹化石所反映的遗迹类群的演化生态学和生物古地理迁移特征提供新资料和新认识。

中国生物古地理学及古生态学研究新进展:古老学科的新力量

地层中丰富的化石,记录着古生态、古环境、古地理演化的重要信息,是追溯地球表层系统演化的重要实证资料。生物古地理学及古生态学是古生物学研究中最具悠久历史的领域。人们在识别了化石的基本特征之后,接下来便是思考其分类位置、地理分布和生态习性等问题。沈括在《梦溪笔谈》中,已有对化石及其地理分布的朴素认识(邓龙华,1976)。古脊椎动物、古植物的地理分布特征,被魏格纳作为其大陆漂移学说的重要证据(殷鸿福等,1988)。

古海洋氧化还原条件的遗迹化石定量表征特征:以华南二叠纪末生物大灭绝事件为例

地质历史时期的重大生物—环境事件往往伴随着古海洋海水氧化还原条件的改变,而遗迹化石作为原位保存的生物成因沉积构造,对于解读古海洋氧化还原条件具有显著的优势。通过对前人常用的遗迹学参数进行分析总结,发现遗迹化石多样性、生物扰动强度、潜穴直径、特征遗迹化石组合这4项定量参数可以表征古海洋氧化还原条件的变化。文中以华南二叠系乐平统遗迹化石及生物扰动构造作为研究对象,系统分析了二叠纪末生物大灭绝事件前后遗迹化石参数表征的古海洋氧化还原条件变化特征:自吴家坪期晚期华南古海洋开始出现缺氧,然而该缺氧状态在长兴期不具有持续性,而是呈现出周期性缺氧/贫氧→富氧/有氧的波动特征;在二叠纪末生物大灭绝之前,煤山剖面高精度的定量遗迹学参数指示长兴组24e层顶部存在缺氧事件,并与大灭绝事件有着良好的对应关系。这一实例具体展示了遗迹学参数在古海洋水体氧化还原条件重建中应用前景广阔。

豫西济源地区早三叠世和尚沟组湖相遗迹化石及遗迹组构

豫西济源地区早三叠世和尚沟组滨浅湖沉积中动物遗迹化石共鉴定出9个遗迹属10个遗迹种。包括Areni-colites isp.,Beaconites coronus,Cylindricum isp.,Palaeophycus heberti,Palaeophycus tubularis,Planolites isp.,Psilonich-nus isp.,Scoyenia gracilis,Skolithos linearis和Taenidium barretti等。根据遗迹化石分布特征及沉积环境分析,可识别出三种遗迹组构1)Scoyenia遗迹组构,反映了干旱气候条件下的滨湖沉积环境;2)Planolites—Taenidium遗迹组构,属于湖泊水体逐渐变浅的浅湖沉积环境;3)Psilonichnus遗迹组构,代表了水动力由弱到强的湖泊三角洲沉积环境。

中国豫西寒武系馒头组叠层石的沉积特征及其古环境意义

中国豫西寒武系馒头组一、二段共出露9层叠层石,占寒武纪18层叠层石中的50%,且其特征明显、形态多样,可分为圆柱状、波状、半球状和围绕竹叶状砾屑灰岩生长的叠层石等4大类8小类。本文在逐层分析豫西寒武系馒头组一、二段叠层石相序特征的基础上,通过对不同类型叠层石的宏观、中观形态特征及伴生的其它沉积特征进行详细描述,并以巴哈马Highborne Cays现代海相叠层石的生长环境和前寒武纪叠层石的沉积环境等为佐证,建立了豫西寒武系馒头组8小类11种不同叠层石的沉积环境分布模式,其中潮上带以近水平状叠层石为主,少量为缓波状、小柱状和含水平状薄泥层的叠层石;潮间带上部以缓波状、小柱状和含水平状薄泥层的叠层石为主,少量锥柱状叠层石;潮间带中部以圆柱状叠层石为主,含扁平状核形石和竹叶状砾屑,少量为锥柱状和围绕竹叶状砾屑生长的叠层石;潮间带下部至潮下带以含圆形核形石的圆柱状和半球状叠层石为主,少量含核形石的倒锥状叠层石。海平面的变化即水动力条件是叠层石生长类型变化的决定因素。

从微观角度认识微生物席在中元古代的繁盛——以豫西云梦山组为例

豫西云梦山组发育了大量的微生物成因沉积构造(MISS)。在地层纵剖面上,毫米级的深色沉积物层和浅色的石英颗粒层交替出现,形成典型的微生物席纹层,代表着微生物席在沉积表面的多次生长和埋藏。深色层包含有泥质物和细砂—粉砂颗粒,被认为是先前微生物席的残留区;浅色层则是较纯净的石英颗粒,由物理沉积作用形成。进一步对纹层区的薄片观察揭示了5种明显的MISS微结构类型,分别是:波曲层(wavy crinkled laminae)、网状结构(network fabrics)、定向颗粒层(oriented grains)、细小颗粒层(mat layer bound small grains)和重矿物层(heavy mineralsmat layer bound)。这些微结构代表了微生物席在沉积物表面殖居、生长、代谢以及与沉积物相互作用的一些特征,同时也指示了当时的水动力状况和古环境特征。

叠层石微生物席生态系研究进展

叠层石的研究虽然经历了近200年的时间,取得了比较重要的成就,但对于叠层石微生物席生态系统的研究却进展缓慢.通过比较和分析国内外叠层石微生物和微生物席及其生态系统的研究进展情况,得出我国叠层石微生物席生态系研究的主要成就:对部分元古代叠层石的微生物组分和微生物席特征进行了初步揭示;从理论上对叠层石微生物席的矿化成因提出了解释,并建立了叠层石微生物席的生长和钙化模式;利用现代叠层石的微观结构生长来推测古代叠层石的生长过程及其形态特征;初步探讨了叠层石微生物席的生长与外界物理和化学条件(如水动力、温度、盐度等)的关系.同时,也指出了叠层石微生物席生态系统研究中的不足和今后的研究方向,为叠层石的深入研究提供参考.

鲁山地区中-新元古界汝阳群和洛峪群微生物席及其矿物显微构造特征

微生物成因沉积构造(Microbially Induced Sedimentary Structures,MISS)是底栖微生物群及其生命活动与沉积物相互作用形成的沉积构造,是微生物群生命活动的重要产物,多出现在陆源碎屑岩中,也是微生物群落在碎屑沉积中最重要的地质记录。该类构造在前寒武纪的广布性和显生宙的局限分布性,对于研究地球表层环境的演变具有重要意义。通过对鲁山地区野外露头发育的MISS的详细观察和描述,依据其成因和形态观察,将其分为微生物席生长构造(Mat growth feature)、微生物席破坏构造(Mat destruction feature)和微生物席腐烂构造(Mat decay feature)三种类型,包括瘤状突起、不规则侧向生长脊、多边形网状生长脊、多边形脱水裂痕、纺锤状脱水裂痕、不规则网状脱水裂痕、次圆状网状脱水裂痕、砂火山构造等8个主要形态构造。根据宏观形态、镜下特征等,分析讨论了MISS的形态构造、成分、成因、沉积环境等。对含有MISS石英砂岩的镜下石英颗粒及其矿物组分特征的研究发现,宏观上形态各异的MISS的镜下特征差别不大,并且在MISS形成过程中生物物理沉积和生物化学沉积共同起着作用,同时也发现微生物群落可能多生长在中等水动力、沉积物为细粒的环境中。

连结过去、现在和未来的遗迹组构研究：第13届国际遗迹组构专题研讨会综述

第13届国际遗迹组构专题研讨会于2015年5月14日—21日在日本高知大学召开。从会议报告、展板和野外地质考察可以看出:(1)遗迹化石的演化古生态学和复杂遗迹化石的古生态学、埋藏学精细分析将是未来遗迹学的研究热点;(2)遗迹化石的正确分类命名及其形态功能和古环境分析依然是遗迹学的基础和主要内容;(3)新遗迹学展示了巨大的生命力,成为了将今论古的重要钥匙;(4)三维动画模拟未来将推动遗迹学、生态学的科学普及;(5)遗迹组构在油气勘探应用中已取得了重大的成果。学科交叉和高新技术测试方法、跨越多学科的思维路线将是遗迹学发展的重要推动力。

遗迹学的可持续发展:第4届国际遗迹学大会综述

第4届国际遗迹学大会于2016年5月6日—9日在葡萄牙新伊达尼亚世界地质公园召开。从会议报告、展板、论文摘要集和野外地质考察可以看出:遗迹化石与沉积环境分析及遗迹化石的系统古生物学是当前遗迹学研究的热门领域,新概念和跨学科的研究方法将是未来遗迹学发展的重要推动力。对比表明,中国学者在遗迹化石的系统分类学、陆相遗迹化石以及新遗迹学领域研究较为薄弱。笔者认为,注重遗迹化石在地质突变期中的分析、发展新遗迹学、加强四足动物及鸟类足迹的研究,将是近期国内遗迹学的主要研究方向。

华北寒武纪—奥陶纪豹皮状碳酸盐岩系生物扰动成因

华北地区寒武系和奥陶系发育了大量的生物扰动白云岩/生物扰动灰岩,选择两个代表性剖面——河南登封寒武系剖面和山西兴县奥陶系剖面进行碳酸盐岩系生物扰动成因研究。河南登封寒武系第二统朱砂洞组中的遗迹化石较单一,主要为Thalassinoides、含有少量Planolites;山西兴县中奥陶统马家沟组五5亚段中遗迹化石较丰富,识别出的遗迹化石共7个遗迹属,分别为Arenicolites、Cylindricum、Helminthopsis、Lorenzinia、Planolites、Teichichnus、Thalassinoides,其中Thalassinoides占主导地位。朱砂洞组主要为滨岸碳酸盐潮坪相,中奥陶统马家沟组五5亚段主要为局限台地相。通过野外地质考察及室内相关实验手段及方法,利用偏光显微镜、扫描电镜对生物潜穴及围岩进行了宏观和微观结构分析,发现生物潜穴内部主要为白云石,基质围岩主要为方解石,生物潜穴在野外露头上表现为颜色不一的斑块状。两个剖面大量发育遗迹化石Thalassinoides(海生迹),Thalassinoides的三维潜穴系统为白云石化流体提供了良好的运移通道,为回流渗透作用提供了有利条件,促进潜穴充填物白云石化,从而形成了大量豹皮状的生物扰动白云岩。

遗迹组构的精细分析功能及其应用:第15届国际遗迹组构专题研讨会综述

第15届国际遗迹组构专题研讨会于2019年4月26日至5月9日在捷克首都布拉格顺利召开。从口头报告、展板、野外地质考察及专题讨论等方面可以得出遗迹学理论取得的新进展及其应用主要集中于4个方面:(1)遗迹组构内涵的外延和精细分析功能的完善,为沉积微环境分析、成因地层学解译和油气水储集层的精细表征提供了科学的理论基础和实用的工作方法;(2)遗迹化石在古生态、古气候等研究中的应用已成为遗迹学的重要工作领域,旨在通过研究古生物丰富的行为学、埋藏学特征,解译(古)生物与沉积物的相互作用,揭示遗迹化石发育段的古生态与古气候特征,进而搭建古生物学、沉积学和层序地层学之间的桥梁;(3)遗迹化石在重大地质事件研究方面具有重要应用,特别是为研究生物大灭绝后生态恢复期因没有矿化骨骼而无法保存为实体化石的生物提供了良好的信息载体,同时也为研究生物复苏期生态系统状况和大地构造-沉积环境条件提供了宝贵的线索;(4)新技术和新方法正在遗迹学研究中得到广泛应用,必将推动遗迹学理论的进一步完善和生产应用的快速发展。

东秦岭陕西聂家沟剖面二叠纪—三叠纪之交沉积特征及其古环境意义

东秦岭陕西镇安聂家沟地区二叠纪—三叠纪之交发育一套海相碳酸盐岩沉积序列,较完整地记录了二叠纪末生物大灭绝事件前后浅海碳酸盐岩台地相生物群落演替及环境变化等信息,是研究二叠纪末生物大灭绝事件前后生态环境变化与沉积响应的理想区域。通过碳酸盐岩微相分析方法,对陕西镇安聂家沟剖面二叠系—三叠系界线附近的碳酸盐岩生物组合和微相类型进行了详细分析,共识别出11个微相类型:斑点状凝块石、叠层石灰岩、鲕粒—纹层状叠层石灰岩、有孔虫颗粒灰岩、藻—海百合泥粒灰岩、含有被包壳和被磨蚀骨屑颗粒的粒泥灰岩、鲕粒颗粒灰岩、集合颗粒灰岩、含鲕粒的粒泥灰岩、泥晶灰岩和泥岩。根据碳酸盐岩微相特征及沉积相标志,在二叠系—三叠系界限附近划分出台地边缘、开阔台地和局限台地3种沉积相,其反映了二叠纪—三叠纪之交频繁的沉积相带变更的特点。该剖面碳酸盐岩微相反映的古生态和生物群落演替特征与中国华南同时期其他剖面具有较好的一致性,即二叠纪末生物大灭绝事件之后,早三叠世正常浅水碳酸盐岩台地生物类型和丰度极低,仅含有少量的双壳类、海百合等,灭绝事件界线附近以微生物碳酸盐岩等特殊微生物沉积构造占主导,之后微生物岩等消失,又出现了以双壳类为首的生物碎屑石灰岩。研究结果为了解二叠纪末生物大灭绝事件中生物和环境的协同演化提供了新的材料和认识。

河南华北型寒武系馒头组微生物岩沉积特征研究

基于微生物碳酸盐岩的巨大能源前景、古环境意义和钙化机理,研究了河南省华北型寒武系第二统和第三统的馒头组32层微生物岩的沉积特征,并结合伴生沉积构造和岩相变化,对比分析了馒头组一、二、三段微生物岩沉积的相关性特征及其演化规律,认为从馒头组一段到三段微生物岩沉积层数和丰度呈减少趋势,一段叠层石和纹理石明显占优,三段以均一石为主.陆源物质(泥质)供应是导致河南省华北型寒武系馒头组微生物岩形态及沉积特征发生变化的直接因素,海平面的变化即水动力条件是造成微生物岩形态特征发生变化的决定因素,后生动物的大量出现则促进了微生物岩的消亡.研究结果表明:河南华北型寒武系馒头组微生物岩丰富,其中叠层石12层,纹理石13层,核形石2层,均一石5层;微生物岩的沉积特征是内因(微生物)和外因(环境条件)共同作用的结果.

河南登封寒武系第三统张夏组核形石与遗迹化石的耦合变化

河南登封关口剖面寒武系第三统张夏组下部碳酸盐岩中发育了大量的微生物成因的核形石和后生动物遗迹化石。在野外和显微镜下对核形石和遗迹化石进行观察,并统计它们在地层中所占比例,表明核形石和遗迹化石存在着耦合关系。下部地层以发育凝块石和形状不规则、纹层不连续、代表一种低能弱搅动水体的Ⅰ型核形石为主,不含遗迹化石,表明此时微生物在海洋生态系统中占主导地位。中部地层则以发育浑圆形、纹层连续的Ⅱ型核形石和遗迹化石Planolites为特征;而且随水体能量的增强,Planolites丰度逐渐升高,核形石丰度逐渐降低;二者的丰度变化说明后生动物的存在对核形石的数量有一定影响,但未破坏核形石的生长条件。上部地层发育大量Thalassinoides和生物扰动构造,缺乏核形石;后生动物对沉积基底进行反复扰动,彻底破坏了原始层理以及微生物造岩的环境,核形石消失。可见,在张夏组沉积时期,微生物与后生动物以及环境之间存在着特殊的相互作用关系。

豫西登封地区寒武系第三统鲕粒和鲕粒灰岩演化及其意义

豫西登封寒武系第三统灰岩中的鲕粒自下而上个体直径与鲕核逐渐变小、形态变得更加浑圆、鲕粒间胶结程度更高,反映了从深水不稳定鲕粒灰岩到浅水高速建造鲕粒滩的演变过程。研究区鲕粒灰岩发育可以分为3个阶段:(1)台地深斜坡鲕粒灰岩建造阶段(A段),主要发育放射鲕及同心—放射鲕,鲕粒形态多样、粒径大,粒间多为灰泥充填;(2)滩前缓斜坡鲕粒灰岩建造阶段(B段),主要发育同心—放射鲕、同心鲕,鲕粒含量极不稳定,粒径差异大,粒间由微亮晶及亮晶方解石胶结;(3)台内鲕粒滩高速建造阶段(C段),主要发育白云化的同心鲕和微晶鲕,鲕粒含量极高、粒径极小,鲕核也很小,粒间由亮晶方解石胶结。由A段到C段,相对水深逐渐变浅,成鲕环境变得成熟而稳定,鲕粒沉积规模逐渐扩大。