华北板块寒武系张夏组鲕粒灰岩成因机制研究摘要
鲕粒是在碳酸盐沉积过程中形成的具有特殊纹层结构的包覆颗粒,其形成机制是众多国内外沉积学家讨论研究的热点话题。本文系统地研究了河北秦皇岛潮水峪剖面与北京西山下苇甸剖面寒武系张夏组鲕粒灰岩的特征,研究对比结果表明微生物参与了鲕粒沉淀过程,这与国外实验室培养实验具有可对比性,促进了对鲕粒成因的认识。具体的研究内容如下:1)河北秦皇岛潮水峪剖面与北京西山下苇甸剖面内鲕粒类型分为五种类型,主要包括具切线状纹层结构的鲕粒,具放射状纹层结构的鲕粒,具同心-放射结构的鲕粒,单晶/多晶鲕和泥晶鲕。不同类型鲕粒的结构特征各不相同。在鲕粒泥晶核心发现含有黄铁矿微粒以及鲕粒外围黑褐色有机质残余,表明鲕粒原始成分中有机质含量较高。鲕粒纹层内存在微生物加积层,与鲕粒纹层比较有明显的差别,且加积物的荧光更为强烈。所以,鲕粒与生物的沉积建设作用有着非常密切的关系。2)高分辨率扫描电镜的元素分析结果显示,鲕粒纹层中可见鲕粒外部皮层局部的粘液状薄膜包覆杆状细菌等EPS生产者。该结构与在巴哈马海滩的现代鲕粒中发现的已被证实的EPS形态结构具有一致性,推测其可能与微生物活动密切相关。微生物及其产生物在鲕粒纹层中以有别于纹层结构的形态而识别,表明微生物直接参与了鲕粒的沉积形成过程并发挥了重要作用。3)张夏组鲕粒灰岩典型的微量元素指示沉积环境为正常的海相咸水氧化环境。通过实验室中鲕粒灰岩的氧同位素地质温度计算,鲕粒沉积时微环境的平均温度为28.75℃。4)在鲕粒纹层生长过程中主要分成两个阶段:活跃悬浮和静止吸附。在浅滩低能区域的静止时期,由于水体能量小有利于鲕粒表面附着微生物并形成粘膜状EPS,并且微生物代谢过程改变表面环境条件,促进碳酸钙在生物膜产生的EPS中发生结晶沉淀。随后在活跃阶段的较强水动力条件下,鲕粒被水流携带进入高能区域受到水流冲刷或滚动磨损作用进行磨圆抛光。但当在静止时期,水体能量不能携带鲕粒进入水流中时,鲕粒生长终止并被掩埋,随后可能会受到微生物的破坏性作用产生微生物钻孔及泥晶化作用。
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