紅藻石和藍藻石概念及分類歸屬的綜述和修訂

劉 麗,郭榮濤,吳和源,文立坤

(中國地質(zhì)大學地球科學與資源學院,北京100083)

0 引言

雖然灰?guī)r具有簡單化學成分(CaCO3)和礦物組成(文石和方解石)的特點,但是碳酸鹽巖復雜的顆粒類型及由此反映的各種沉積作用和成巖作用特征,得到眾多學者的持續(xù)關(guān)注[1]。目前,碳酸鹽巖顆粒已經(jīng)形成包括生物碎屑、包覆顆粒、內(nèi)碎屑和凝聚顆粒等在內(nèi)的比較完善的分類系統(tǒng)[2]。前人把紅藻石和藍藻石作為單獨顆粒類型命名,把主要由珊瑚藻形成的結(jié)核形狀的生長分支稱為紅藻石[3],而將含有鈣化絲狀體的藍細菌形成的孔層狀核形石稱為藍藻石[4]。依此類推,其他鈣質(zhì)藻體及其碎屑也應該具有綠藻石、褐藻石等類似的名稱。但是這會導致碳酸鹽巖顆粒分類概念體系變得更為復雜,甚至可能產(chǎn)生一些不必要的混亂[4-11]。紅藻石和藍藻石作為兩種具有特殊沉積學意義的碳酸鹽巖顆粒類型,對沉積環(huán)境、古氣候和海平面變化等具有良好的指示作用[12],同時也是生物礁儲層重要的組成部分。鑒于紅藻石和藍藻石重要的理論意義和現(xiàn)實意義,有必要對它們的基本涵義和分類位置進行系統(tǒng)研究和總結(jié)。

1 碳酸鹽巖顆粒

到目前為止,碳酸鹽巖沉積體系還存在許多成因機制尚未得到明確解釋的科學命題,比如凝塊石作為一種碳酸鹽巖顆粒類型[13]、疊層石成因和時空發(fā)育[14]、臼齒狀構(gòu)造成因模式[15]、白云石成因機制[16]等,都給碳酸鹽巖沉積學研究帶來了復雜性。一般來說,對研究對象進行分類的目的有兩個:一是從無序狀態(tài)到有序,加深理解和記憶;二是清楚了解成因過程[17]。碳酸鹽巖顆粒主要分為骨骼顆粒和非骨骼顆粒(表1)。非骨骼顆粒大致分為包覆顆粒、內(nèi)碎屑和凝聚顆粒;骨骼顆粒主要是介殼及骨骼生物產(chǎn)生的生物骨骼型顆粒,也可稱為生物碎屑[2]。Flügel把碳酸鹽巖顆粒分為生物碎屑(骨粒)、球粒、包殼粒、碎屑和集合顆粒,把紅藻石和藍藻石作為兩種較為特殊的碳酸鹽結(jié)殼狀包殼顆粒類型賦予特殊位置并進行系統(tǒng)闡釋[12]。但是,從表1的分類體系中,似乎找不到紅藻石和藍藻石的合理位置,因此兩種顆粒類型需要進一步闡述。

表1 碳酸鹽巖顆粒的分類體系Tab.1 Classification System of Carbonate G rains

2 紅藻石

為了區(qū)分不同成因和不同沉積環(huán)境下形成的富有包殼的結(jié)核狀顆粒,Bosellini等首先把主要由珊瑚藻組成的結(jié)核形狀的生長分枝稱為紅榴石(rhodolite),因為紅榴石是石榴子石礦物優(yōu)先使用,所以后來由rhodolith代替[3]。到18世紀后半葉,紅藻石的概念被描述為由珊瑚藻組成的結(jié)核(nodule)[4],強調(diào)紅藻石結(jié)核狀的形態(tài)結(jié)構(gòu)[5]。而后,Peryt提議把主要由珊瑚藻組成兼有其他紅藻的結(jié)殼顆粒,命名為紅藻石(rhodoid)[6]。這一概念寬泛地指出紅藻石不僅由珊瑚藻形成,也可以由其他紅藻形成,而且其形成的時期從前寒武到新生代。在此基礎(chǔ)上,Flügel又把紅藻石概念總結(jié)為主要由非固著的結(jié)殼鈣質(zhì)紅藻構(gòu)成的獨立結(jié)核,既限定了紅藻石的組成又指出了紅藻石的形態(tài)[12]。

紅藻石主要是由珊瑚藻組成,珊瑚藻科可分為紅箕藻亞科(無節(jié)的)和珊瑚藻亞科(有節(jié)的)。紅箕藻亞科多呈包殼、皮殼、瘤等狀,不分枝,多附著生長。珊瑚藻亞科多呈圓柱狀,也有棒狀、圓錐等狀,多固著或直立生長[12,18]。珊瑚藻本身極易鈣化,經(jīng)生物礦化作用最終保存下來的珊瑚藻屑一直放在生物碎屑類中,而紅藻石的歸屬卻未曾定論。紅藻石是由非固著的珊瑚藻構(gòu)成的獨立鈣質(zhì)結(jié)核,因此也可以被劃分到生物碎屑中。王正瑛等在對碳酸鹽巖顆粒分類時并未提到紅藻石的概念,而是把綠藻、紅藻、輪藻、硅藻、顆石藻等為主的稱藻屑結(jié)構(gòu),歸入到生物結(jié)構(gòu)大類[19]。梅冥相等把碳酸鹽巖顆粒分為非骨骼顆粒和骨骼顆粒,認為鮞粒、核形石、球粒、團塊等屬于非骨骼顆粒,而地史時期中幾乎每一種介殼及骨骼生物都會產(chǎn)生生物骨骼型顆粒,而廣義上的生物硬體本身就是生物碎屑的來源[2]。但是考慮到紅藻石的形態(tài)結(jié)構(gòu),不能簡單的把所有珊瑚藻碎屑都認為是紅藻石。由于珊瑚藻本身就是重要的造礁生物,如珠江口盆地中新世流花生物礁中,造礁生物主要是珊瑚藻科,發(fā)現(xiàn)11個屬41個種[20-21]。其中一些具有強烈的披覆黏結(jié)性和抗浪性,這些珊瑚藻可以稱為生物碎屑(骨粒),但是它們不能被稱為紅藻石。從上述研究可以看出紅藻石概念具有爭議性。

因為組成紅藻石的珊瑚藻具有細網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[22],所以可以通過非常細小微晶網(wǎng)的顯微結(jié)構(gòu)輕易識別紅藻石[12]。如在土庫曼斯坦上侏羅紀牛津階生物礁儲層中發(fā)現(xiàn)的紅藻石,在顯微鏡下呈現(xiàn)明顯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖1)。紅藻石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要受紅藻葉狀體的內(nèi)部生長模式控制,因此紅藻石不一定發(fā)育紋層狀構(gòu)造[12]。紅藻石多呈球狀、橢球狀或盤狀,形態(tài)的多種多樣反映了沉積環(huán)境的差異性。在一般情況下,橢球形的、球形的和紋層狀的生長模式代表高水能的沉積環(huán)境,而平圓形和扁平外部形態(tài)以及多分枝和柱形的內(nèi)部生長模式普遍見于較低水能沉積環(huán)境[7]。

紅藻石一般形成于深度不大于100 m的非泥質(zhì)海洋環(huán)境[8]?，F(xiàn)代的紅藻石生長在潮間水池到正常浪基面以下有利于形成臺地、斜坡和礁的潮下陸架環(huán)境,局部水體深度可超過200 m。文獻報道中大多數(shù)化石紅藻核形石產(chǎn)自新生代陸架碳酸鹽巖和生物礁沉積環(huán)境,僅少數(shù)紅藻石來自寒武紀。晚石炭紀和二疊紀的紅藻石因?qū)逗洼^淺環(huán)境的選擇性而與新生代的紅藻石不同[12]。張水昌等在河北張家口下花園青白口系下馬嶺組發(fā)現(xiàn)的前寒武紀紅藻石與古生代和中生代紅藻石不同,這類紅藻石的中心充填著瀝青質(zhì),稱為瀝青餅[11]。周傳明等在貴州甕安上震旦統(tǒng)陡山沱組描述的磷質(zhì)似紅藻石,可能是硬質(zhì)基底上生長的紅藻原葉體被水流剝出或紅藻體出生的“芽球”脫落而形成的[6]。因此,考慮到紅藻這種較高級藻類特殊骨骼化作用以及在中、新生代生物礁中重要的造礁作用,前人將紅藻石單獨作為一種碳酸鹽巖顆粒類型。

3 藍藻石

Riding把孔層狀核形石命名為藍藻石巖(cyanolith)或藍藻石(cyanoid),主要由鈣化絲狀體和普遍保存在管中的球菌狀藍細菌形成孔層類核形石,相應的疊層石被稱為骨骼疊層石[4],而將含有不能識別藍細菌體細小管狀微化石的核形石稱為孔層類核形石。可見,藍藻石是核形石中較為特別的孔層狀核形石。Flügel總結(jié)的藍藻石概念進一步拉近了藍藻石與核形石的關(guān)系,認為核形石中有可鑒別的藍細菌則可稱為藍藻石(圖2a),典型的藍藻石是葛萬藻核形石,從寒武紀到侏羅紀都發(fā)育[12]。顯然前寒武紀鈣化藍細菌形成的核形石不能稱為藍藻石。邊立曾等又把主要由葛萬菌(Girvanella)為代表組分的核形石,葛萬菌匍匐交纏狀形成的核形石殼層命名為葛萬藻石,而把垂直于殼層方向生長的藻絲體為代表組分的核形石稱為藍藻石[23]。藍藻石是藍細菌鈣化作用的產(chǎn)物,鑒于藍藻石的廣泛存在而把鈣化藍細菌形成的核形石命名為藍藻石[12],這一重要概念從提出到現(xiàn)在一直被使用。然而當藍綠藻的概念變更為藍細菌時[24-25],藍藻石的概念顯得頗為不妥,顯然稱為藍菌石更加確切。

圖1 紅藻石的顯微特征Fig.1 Microscopic Features of Rhodoid

圖2 藍藻石和核形石Fig.2 Cyanoid and Oncolite

Flügel認為核形石中有可鑒別的藍細菌則可稱為藍菌石,典型的藍菌石是葛萬藻核形石,可見藍菌石與核形石有著千絲萬縷的關(guān)系[12]。核形石是一個描述性術(shù)語,表示毫米級到厘米級大小呈獨立圓形的鈣質(zhì)或非鈣質(zhì)的結(jié)核,由核心和包殼兩部分組成[26]。核心是它的生長基礎(chǔ),對核形石的形成有一定影響,核心物質(zhì)可以是巖石碎屑、礦物及其碎塊,也可以是生物化石和生物碎屑(圖2b)。紋層是圍繞核心的包圍物質(zhì),是核形石的重要組成部分,有時肉眼就可以觀察到[27]。而藍菌石是由葛萬菌鈣化形成的,鈣化的藍細菌圍繞一定的核心可形成核形石,也可以形成包殼體或獨立存在[6]。藍細菌與細菌都為原核生物,與真核生物的藻類完全不同[18]。葛萬菌(Girvanella)歸屬為藍細菌門(Cyanobacteria),屬于骨骼藍細菌,通常呈包殼、碎片等[28-30]。藍細菌自身的多糖為鈣化作用提供有利位置,鈣化作用經(jīng)常與捕獲和黏結(jié)作用同時進行。葛萬菌本身的特點為形成藍菌石提供了有力條件,絲狀葛萬菌在生長過程中捕獲、黏結(jié)碎屑物質(zhì)等纏繞核心或獨自纏繞成團形成藍菌石。

近年來,藍菌石受到眾多沉積學家的廣泛關(guān)注。在陜西鎮(zhèn)安西口石炭系—二疊系界線剖面中描述的呈橢圓形或不規(guī)則形、粒徑5 mm以上、主要由葛萬菌等藍細菌包裹生物顆粒形成的核形石[31]與在云南永德魚塘寨石炭—二疊系剖面中所描述的以棘皮碎屑為核心、被葛萬菌包裹的核形石[32]以及在塔北奧陶系內(nèi)發(fā)現(xiàn)的由葛萬菌全部包覆或僅部分包覆生物碎屑而成的核形石[30],都相當于藍菌石。根據(jù)成因和形態(tài)結(jié)構(gòu),把藍菌石歸入核形石大類中,可以避免對藍菌石和核形石概念的混淆,事實也證明只有深刻揭示成因聯(lián)系的分類才能為人類的認識以及碳酸鹽巖沉積學的深入發(fā)展提供科學依據(jù)。

4 結(jié)語

(1)紅藻石和藍藻石概念的提出具有積極意義,然而近年來不規(guī)范的分類命名為認識和理解碳酸鹽巖顆粒帶來不便。對鈣化藻類單獨命名的做法可能造成系統(tǒng)分類上的混亂。

(2)紅藻石作為生物礦化作用的典型代表,由非固著的珊瑚藻形成的獨立鈣質(zhì)結(jié)核,多呈圓形、橢圓形和盤形。珊瑚藻藻屑屬于生物碎屑,因此把紅藻石歸入到生物碎屑中也是合理的,但也能籠統(tǒng)認為所有的珊瑚藻屑都是紅藻石。

(3)藍菌石為有機礦化作用形成,主要由孔層狀葛萬菌形成,與藻類無關(guān)。另外,葛萬菌最早出現(xiàn)于寒武紀,顯然在前寒武紀藍細菌形成的核形石就無法用藍菌石命名,因此應該把藍菌石作為核形石的一種,理解為具有鈣化葛萬菌化石的核形石更加合理。

(4)從藍綠藻到藍細菌的概念轉(zhuǎn)變不僅是生物學的重要突破,同時也有利于更加合理地解釋許多沉積學問題,比如微生物席對沉積過程的控制作用等。因此,若鑒于藍菌石獨特的成因意義而對其單獨命名,應將其命名為藍菌石。

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