魯山地區(qū)中-新元古界汝陽(yáng)群和洛峪群微生物席及其礦物顯微構(gòu)造特征

鄭 偉，袁余洋，邢智峰*，齊永安.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南省生物遺跡與成礦過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，焦作454003；.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，德陽(yáng)68000

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魯山地區(qū)中-新元古界汝陽(yáng)群和洛峪群微生物席及其礦物顯微構(gòu)造特征

鄭 偉1，袁余洋2，邢智峰1*，齊永安1
1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南省生物遺跡與成礦過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，焦作454003；
2.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，德陽(yáng)618000

摘要：微生物成因沉積構(gòu)造（Microbially Induced Sedimentary Structures，MISS）是底棲微生物群及其生命活動(dòng)與沉積物相互作用形成的沉積構(gòu)造，是微生物群生命活動(dòng)的重要產(chǎn)物，多出現(xiàn)在陸源碎屑巖中，也是微生物群落在碎屑沉積中最重要的地質(zhì)記錄。該類構(gòu)造在前寒武紀(jì)的廣布性和顯生宙的局限分布性，對(duì)于研究地球表層環(huán)境的演變具有重要意義。通過(guò)對(duì)魯山地區(qū)野外露頭發(fā)育的MISS的詳細(xì)觀察和描述，依據(jù)其成因和形態(tài)觀察，將其分為微生物席生長(zhǎng)構(gòu)造（Mat growth feature）、微生物席破壞構(gòu)造（Mat destruction feature）和微生物席腐爛構(gòu)造（Mat decay feature）三種類型，包括瘤狀突起、不規(guī)則側(cè)向生長(zhǎng)脊、多邊形網(wǎng)狀生長(zhǎng)脊、多邊形脫水裂痕、紡錘狀脫水裂痕、不規(guī)則網(wǎng)狀脫水裂痕、次圓狀網(wǎng)狀脫水裂痕、砂火山構(gòu)造等8個(gè)主要形態(tài)構(gòu)造。根據(jù)宏觀形態(tài)、鏡下特征等，分析討論了MISS的形態(tài)構(gòu)造、成分、成因、沉積環(huán)境等。對(duì)含有MISS石英砂巖的鏡下石英顆粒及其礦物組分特征的研究發(fā)現(xiàn)，宏觀上形態(tài)各異的MISS的鏡下特征差別不大，并且在MISS形成過(guò)程中生物物理沉積和生物化學(xué)沉積共同起著作用，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)微生物群落可能多生長(zhǎng)在中等水動(dòng)力、沉積物為細(xì)粒的環(huán)境中。

關(guān)鍵詞：中-新元古界；MISS微生物席；顯微特征

現(xiàn)代微生物席主要由藍(lán)細(xì)菌和其他細(xì)菌及其胞外聚合物（Excellular Polymeric Substance，簡(jiǎn)稱EPS）在生命活動(dòng)中通過(guò)新陳代謝及生長(zhǎng)來(lái)粘結(jié)、障積、捕獲沉積物而形成的層狀體（Gerdes et a1.，2000；Noffke et a1.，2001；Riding，2006；Schieber，2007）。微生物席雖然厚度不大，大多數(shù)毫米至數(shù)厘米不等，但卻構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)。微生物席本身的微細(xì)結(jié)構(gòu)具雙層構(gòu)造，下層主要由球狀菌及EPS粘結(jié)沉積物形成致密層，具良好的不透氣性；上層主要由絲狀菌障積、捕獲沉積物形成皮革狀織網(wǎng)層（leathery meshwork），具很強(qiáng)的韌性（Schieber，2007；史曉穎等，2008b）。微生物席不僅對(duì)沉積物表層具有重要的保護(hù)、平滑和穩(wěn)固作用，大大增強(qiáng)了沉積表層的抗侵蝕性，而且通過(guò)生命活動(dòng)與生物化學(xué)過(guò)程對(duì)海底環(huán)境與沉積物性質(zhì)產(chǎn)生重要的影響和改造作用（Noffke et a1.，2001；史曉穎等，2008b）。微生物群落通過(guò)各種生物地質(zhì)過(guò)程和生命活動(dòng)來(lái)影響沉積作用，形成各種微生物成因構(gòu)造（Microbially Induced Sedimentary Structures），簡(jiǎn)稱MISS（Noffke et al.，2001，2003，2006a，2006b；Schieber，2007）。它不僅是早期生命活動(dòng)的證據(jù)，也是微生物與環(huán)境共同作用的結(jié)果（史曉穎等，2008b）。

近年來(lái)，微生物席形成的沉積構(gòu)造及其生物地質(zhì)過(guò)程的研究發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者相繼在中-新元古代碎屑巖中發(fā)現(xiàn)有關(guān)微生物席形成的沉積構(gòu)造（Hagadorn and Bottjer，1997；Noffke et al.，2001；2003，2006a，2006b；Tice and Lowe，2004；Shi and Chen，2006；Schieber，2007；梅冥相等，2007；史曉穎等，2008b；邢智峰等，2011；陳留勤，2013；鄭偉和邢智峰，2015），為深刻認(rèn)識(shí)地球早期生命演化及微生物與環(huán)境系統(tǒng)相互作用提供了重要信息（鄭偉和邢智峰，2015）。但是，這些研究多關(guān)注于MISS的宏觀分類以及形態(tài)特征與環(huán)境之間的關(guān)系等方面的研究，對(duì)MISS的微觀特征如礦物成分、碎屑結(jié)構(gòu)以及與環(huán)境的關(guān)系研究相對(duì)較少。本文以豫西魯山縣下湯鎮(zhèn)王化莊、介盤(pán)溝、九女洞一帶（圖1B、C）發(fā)育的MISS為研究對(duì)象，其時(shí)代為中-新元古界汝陽(yáng)群和洛峪群，時(shí)代約為1750～1400 Ma（Lan et al.，2014）。通過(guò)宏觀分類與微觀特征分析相結(jié)合的方法，對(duì)研究區(qū)含MISS石英砂巖的鏡下石英顆粒及其礦物組分方面特征的進(jìn)行研究，從微觀特征闡述了MISS的生長(zhǎng)環(huán)境，為含MISS古環(huán)境的重建起到一定的指示作用。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域構(gòu)造

豫西地區(qū)位于華北地臺(tái)南緣，包括洛南—欒川—確山斷裂以北的豫西、豫陜交界地區(qū)。研究表明，古元古代末的中條運(yùn)動(dòng)之后，華北板塊已初具規(guī)模，構(gòu)成了統(tǒng)一的華北古陸。進(jìn)入中元古代后，沿華北古陸的南部邊緣又發(fā)生了大規(guī)模的裂陷運(yùn)動(dòng)，發(fā)育了以熊耳群、西洋河群等火山巖系為代表的三叉裂谷系。中元古代早期后，這個(gè)三叉裂谷系便進(jìn)入緩慢冷卻和熱收縮條件下的下沉階段，由此形成相對(duì)穩(wěn)定下降的沉積盆地，并接受了大量沉積，在此基礎(chǔ)上發(fā)育了中、新元古代沉積（周洪瑞等，1999；趙太平等，2001），并形成汝陽(yáng)群及洛峪群碎屑巖、碳酸鹽巖沉積組合。然而，其并未演變成為一個(gè)具有陸架、陸坡及深水盆地的被動(dòng)邊緣，而更接近于一個(gè)具緩坡特征的陸緣盆地（雷振宇等，1996）。也有人認(rèn)為，這個(gè)裂谷系（裂陷盆地）演變成了被動(dòng)大陸邊緣，總體為濱海-淺海環(huán)境，由北向南海水由淺變深，真正的大洋盆地深水沉積發(fā)育在洛南—欒川—確山斷裂以南的北秦嶺地區(qū)（王鴻禎等，1982；孫樞等，1982）。研究區(qū)豫西魯山縣正位于這一區(qū)域，整個(gè)地層剖面是一單斜構(gòu)造，局部有小型褶皺，根據(jù)野外露頭剖面的詳細(xì)觀察、測(cè)量及室內(nèi)的綜合分析，認(rèn)為這一區(qū)域總體的沉積環(huán)境主要為濱海-淺海環(huán)境，部分為潮坪和瀉湖環(huán)境。

1.2 魯山地區(qū)中-新元古界地層序列及沉積特征

在豫西地區(qū)魯山縣下湯鎮(zhèn)大黑潭溝、王化莊、介盤(pán)溝、九女洞一帶，發(fā)育了較為完整的中-新元古界云夢(mèng)山組至洛峪口組（圖1A、C），露頭連續(xù)，是我國(guó)研究前寒武紀(jì)地質(zhì)較理想的地區(qū)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖和柱狀圖Fig.1 Simplified geological map of the study area and lithostratigraphic sections

大黑潭溝至王化莊剖面，主要發(fā)育云夢(mèng)山組，總厚度大約1021 m，其下部地層不整合于熊耳群火山巖系之上。云夢(mèng)山組以黃白色、紫紅色薄至厚層狀細(xì)、中、粗粒石英砂巖為主，部分層位夾有極薄層至厚層狀紫紅色泥巖，底部為紫紅色礫巖和暗紅色安山巖；王化莊后溝至九女洞依次發(fā)育白草坪組、北大尖組、崔莊組、三教堂組、洛峪口組，各組之間均為整合接觸。白草坪組總厚約206 m，主要為紫紅色、灰黃、灰白色中-細(xì)粒石英砂巖與灰綠色粉砂質(zhì)泥巖互層，部分層位發(fā)育紫紅色、灰黑色厚層狀泥巖。北大尖組厚約365 m，主要為灰白色細(xì)粒石英砂巖，局部夾薄層灰綠色泥巖和粉砂巖。崔莊組厚約240 m，為黃白、紫紅色薄層至中厚層狀中細(xì)粒石英砂巖與粉砂巖和泥巖互層。三教堂組厚約65 m，為淺紅、黃白色中厚層狀中粗粒石英砂巖；洛峪口組厚約121 m，為肉紅色白云巖，內(nèi)含大量的帽狀、餅狀、筆狀疊層石，與上覆黃蓮垛組呈平行不整合接觸。整體上，石英砂巖多發(fā)育大型板狀交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理、沖洗交錯(cuò)層理、楔狀交錯(cuò)層理及平行層理，偶見(jiàn)透鏡狀層理和波狀層理；泥巖多發(fā)育水平層理。

2 MISS的形態(tài)特征及其顯微構(gòu)造特征

從云夢(mèng)山組至崔莊組均有MISS發(fā)育，三教堂組和洛峪口組未發(fā)現(xiàn)MISS，所發(fā)現(xiàn)的MISS多出現(xiàn)在石英砂巖層間以?shī)A層的薄層泥巖或粉砂質(zhì)泥巖層面上，少量直接發(fā)育在石英砂巖的頂面和底面，多與波痕伴生，在缺少薄泥層的層位，很少發(fā)育特征顯著的MISS。MISS在地層中的分布豐度不同，云夢(mèng)山組一段、四段，白草坪組，北大尖組及崔莊組下部較為密集。

關(guān)于MISS的分類，前人已有過(guò)多種描述（Hagadorn and Bottjer，1997；Gehling，1999；Gerdes et al.，2000；Gerdes，2007；Noffke et al.，2001；2003；Schieber，2004；梅冥相等，2006；Erikssonetal.，2007；Schieber，2007；史曉穎等，2008b；袁余洋，2010；邢智峰，2010；鄭偉和邢智峰，2015）。依據(jù)Schieber（2007）的分類方法以及野外觀察，本文將研究區(qū)的MISS分為微生物席生長(zhǎng)構(gòu)造（Mat growth feature），微生物席破壞構(gòu)造（Mat destruction fea?ture）和微生物席腐爛構(gòu)造（Mat decay feature）3種類型。研究區(qū)MISS發(fā)育較為豐富，但種類相對(duì)單一，多為微生物席的破壞構(gòu)造，在部分層位見(jiàn)到少量的微生物席生長(zhǎng)和腐爛構(gòu)造。

2.1 微生物席生長(zhǎng)構(gòu)造

微生物席生長(zhǎng)構(gòu)造是微生物席發(fā)育過(guò)程中由于微生物群落生命活動(dòng)和生長(zhǎng)方式、速率發(fā)生變化而在沉積物表面形成的各種構(gòu)造（Schieber，2007）。常見(jiàn)的生長(zhǎng)構(gòu)造主要是席表發(fā)育的瘤狀、刺狀或簇狀突起，以及因生物方向改變而形成的細(xì)小網(wǎng)狀脊等。生長(zhǎng)構(gòu)造規(guī)模較小，突起與網(wǎng)孔直徑一般數(shù)毫米，個(gè)別網(wǎng)孔直徑可達(dá)l cm；在縱切面上常表現(xiàn)為沿席表分布的一系列毫米級(jí)小突起，或呈不規(guī)則的鋸齒狀（史曉穎等，2008b）。魯山地區(qū)發(fā)現(xiàn)的微生物席生長(zhǎng)構(gòu)造主要有以下3種：（1）瘤狀或簇狀突起（圖2A，紅色箭頭所指），突起的直徑為0.3～1 cm，高0.2～0.5 cm，大小不等地散布在波痕上，波痕波長(zhǎng)5～6 cm，波高0.3～0.7 cm，波頂被部分剝蝕，發(fā)育在波痕上的這種突起構(gòu)造報(bào)道不多；（2）不規(guī)則側(cè)向生長(zhǎng)脊（圖2B，紅色箭頭所指），脊高多為0.05～0.3 cm，脊長(zhǎng)1～4 cm不等，向兩端收斂殲滅，有分枝現(xiàn)象，和“紡錘體”相似，但與破壞構(gòu)造中的“卷曲紡錘體”（圖3B中b）不同，規(guī)模相對(duì)較小，且這種脊是從內(nèi)向外生長(zhǎng)突起，脊與宿主巖石是一體的，是由于微生物局部過(guò)量生長(zhǎng)導(dǎo)致側(cè)向生長(zhǎng)及風(fēng)或水動(dòng)力的作用所形成（袁余洋，2010；邢智峰，2010）；（3）多邊形網(wǎng)狀生長(zhǎng)脊（圖2C），多形成三到五邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，脊的相連節(jié)點(diǎn)處多增大，形似“十字形繩結(jié)”（紅色箭頭所指），砂脊寬1～5 mm，突出層面0.5～3 mm，脊粗細(xì)不等，網(wǎng)孔一般小于1 cm，更小的網(wǎng)孔多由脊的次一級(jí)分枝交織而成。一些學(xué)者將其解釋為由微生物席表層絲狀體生長(zhǎng)方向改變而形成（史曉穎等，2008b）。我們認(rèn)為可能是席中微生物個(gè)體因吸收營(yíng)養(yǎng)和光合作用的不同，而使得某一類或單個(gè)菌藻體的生長(zhǎng)、捕捉、粘結(jié)或障積顆粒能力的不同而形成脊的。在研究區(qū)并未見(jiàn)到其它類型的生長(zhǎng)構(gòu)造（諸如一些圓頂隆脊構(gòu)造和微生物席紋層巖構(gòu)造）。

我們選取了3種生長(zhǎng)構(gòu)造的樣品分別進(jìn)行了磨片。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，石英顆粒所占比例較大，基本上大于95%，其它為填隙物，有巖屑，偶見(jiàn)白云母（圖2G）。整體顆粒分選中等，磨圓較好，為次圓狀至圓狀，膠結(jié)物部分以次生加大的形式存在（圖2H），巖屑為石英砂巖，磨圓度好（圖2E）。此外，有許多黑色細(xì)小顆粒散布在細(xì)粒石英顆粒縫隙中，放大500倍后，顯示櫻桃紅色（圖2F，綠色箭頭所指），推測(cè)為三價(jià)鐵礦物，這可能是整套地層以紫紅色為主的原因，而在中粗粒石英顆粒之間較少分布（圖2H）。從圖2H和圖2D兩圖我們可以看出，圖2H中石英顆粒較為純凈，以中粗粒為主，磨圓度為次圓狀至圓狀，分選中等，顆粒間為線接觸，黑色小顆粒少，有次生加大現(xiàn)象，說(shuō)明壓實(shí)作用較強(qiáng)，沒(méi)有太多的空間留給微生物生長(zhǎng)；而圖2D中石英顆粒也較為純凈，以中細(xì)粒為主，顆粒之間膠結(jié)物較多，黑色小顆粒也較多，可能暗示著中細(xì)粒石英砂巖更利于微生物體殘留物的保存。而在顆粒之間所發(fā)現(xiàn)的少量白云母（圖2G），這可能反映了微生物席捕獲、粘結(jié)、障積礦物顆粒時(shí)的水體是較淺且相對(duì)動(dòng)蕩。

圖2 微生物席的生長(zhǎng)構(gòu)造Fig.2 The growth structure of microbial Mat

2.2 微生物席破壞構(gòu)造

微生物席破壞構(gòu)造是指微生物形成席之后由于沉積表層的暴露或其它因素而遭受機(jī)械、物理、化學(xué)作用的破壞而發(fā)生破裂（碎）、卷曲、變形、褶皺、脫水或被搬運(yùn)再沉積而形成的一系列相關(guān)構(gòu)造（Schieber，2007）。常見(jiàn)的有各種形態(tài)的網(wǎng)狀脫水裂痕、紡錘狀脫水裂痕等，這種構(gòu)造是研究區(qū)發(fā)現(xiàn)最多，也最容易識(shí)別的一類。

研究區(qū)的破壞構(gòu)造包括各式各樣的脫水裂痕，從單個(gè)紡錘形到星形、多邊形網(wǎng)狀等多種類型，主要為不規(guī)則網(wǎng)狀脫水裂痕、紡錘狀脫水裂痕、多邊形脫水裂痕、次圓狀網(wǎng)狀脫水裂痕。破壞構(gòu)造在地層中分布較廣，形態(tài)各異。有多層形態(tài)相似的席破壞構(gòu)造（圖3A），不規(guī)則網(wǎng)狀脫水裂痕出現(xiàn)在多個(gè)層位中，各層厚度不等，但每層MISS形態(tài)相似，最上層因風(fēng)化剝蝕現(xiàn)象嚴(yán)重而模糊不清；有兩層形態(tài)不同的席破壞構(gòu)造（圖3B），下為不規(guī)則網(wǎng)狀脫水裂痕，脊可區(qū)分出多個(gè)不同級(jí)次，上層為紡錘體脫水裂痕（圖3B中b局部放大處，長(zhǎng)2～4 cm，直徑0.3～0.8 cm，高0.1～0.4 cm）；有發(fā)育在底面的較少分支的大型多邊形脫水裂痕（圖3C），脊寬1～2 cm，脊高多在1 cm左右；也有相對(duì)規(guī)則的次圓狀網(wǎng)狀脫水裂痕（圖3D），部分脊頂面顯示黃白色，應(yīng)為風(fēng)化作用所致（圖3D中d為局部放大）。破壞構(gòu)造在鏡下與生長(zhǎng)構(gòu)造有很多類似的地方，如成分都以石英顆粒為主，磨圓度為次圓狀至圓狀，分選中等，細(xì)粒石英顆粒間散布著櫻桃紅色小顆粒。脊處脊部巖性與宿主巖性基本一致。在非脊處石英顆粒磨圓度為次圓狀至圓狀，分選中等，次生加大明顯，基本上每一顆粒都有次生加大現(xiàn)象，顆粒間的黑色物質(zhì)相對(duì)較少，巖石內(nèi)基本上無(wú)絲體的保留（圖3E），表明在成巖過(guò)程中受溫度和壓力的影響，不利于微生物絲狀體的保存；在脊處發(fā)現(xiàn)有黑色有機(jī)質(zhì)絲狀殘留物（圖3J），表明在裂縫形成后，在條件適宜的情況下，周圍的微生物生長(zhǎng)蔓延去彌合之前的縫隙，沉積物顆粒便在此堆積。在部分樣品中，見(jiàn)有細(xì)粒石英顆粒形成的微細(xì)紋層呈條帶狀且有機(jī)質(zhì)相對(duì)富集，且兩側(cè)石英顆粒呈定向性排列，但特征略有差異，如圖3F中黑色條帶（條帶上部為脊）附近的細(xì)碎顆粒具定向性（紅色箭頭所指），條帶邊緣更為明顯，且顆粒邊緣多為鋸齒狀，顆粒間黑色物質(zhì)充填；有具有無(wú)定向性細(xì)粒石英顆粒帶（紅色方框），其磨圓度為次棱角狀，分選好，下部石英顆粒定向性明顯，磨圓度為次棱角狀，分選中等（圖3G）；也有定向排列的粘土礦物條帶（圖H、I），應(yīng)為粘土礦物的膠結(jié)物水云母化后形成的絹云母，其黑色物質(zhì)總是與紅色小顆粒相伴生（圖I）。這些明顯的定向排列特征也被認(rèn)為是微生物席（膜）及其絲狀體選擇性捕獲礦物顆粒和障積顆粒的結(jié)果，下部石英顆粒的定向性表明微生物席抵抗水流改造的證據(jù)，是識(shí)別石英砂巖中微生物席的重要標(biāo)志（Noffke，2009）。

2.3 微生物席腐爛構(gòu)造

微生物席腐爛構(gòu)造是指被埋藏的微生物席腐爛分解而產(chǎn)生的氣體逃逸出來(lái)或未逃逸出而在沉積物表面形成的各種構(gòu)造（Gerdes et al.，2000；Schieber，2004；Noffke et al.，1997，2001）。由于微生物席較致密并含有大量的胞外聚合物（EPS）致使其具有很強(qiáng)的韌性和不透氣性，當(dāng)其覆蓋砂質(zhì)沉積物后就會(huì)阻止沉積物與上覆水或大氣之間的氣體交換，那么埋藏的有機(jī)質(zhì)腐爛產(chǎn)生的氣體逃逸會(huì)將表層的微生物席拱起，形成氣隆構(gòu)造；如果微生物席很薄或排放的氣體壓力較大，則會(huì)沖破微生物席的封閉，形成中部穿孔的“砂火山”（Sehieber，2004；史曉穎等，2008b；邢智峰，2010）。

腐爛構(gòu)造在魯山地區(qū)發(fā)現(xiàn)較少，主要為砂火山構(gòu)造。選取樣品鏡下分析顯示，整體顆粒磨圓度為次圓狀，分選中等；突起處顆粒（圖4C）與非突起處顆粒（圖4D）區(qū)別不大，顆粒大小排列基本一致，說(shuō)明微生物席腐爛后氣體逃逸時(shí)僅把席上部顆粒上頂；同時(shí)，發(fā)現(xiàn)顆粒中水云母化的絹云母較以上兩種類型含量高，呈條帶狀（圖4B），且都集中于隆起處。絹云母常常在灰色層的石英膠結(jié)物中被發(fā)現(xiàn)，它是微生物化石層普通的礦物，可能來(lái)源于原始的粘土礦物被微生物群落捕獲和粘結(jié)或是在微生物席層內(nèi)經(jīng)過(guò)物理化學(xué)生物方面的作用而形成的，這些生化過(guò)程又對(duì)粘土礦物的形成起到了重要影響（Krumbein and Werner，1983；Draganits and Noffke，2004）。

3 討論

圖3 微生物席的破壞構(gòu)造Fig.3 The destruction structure of microbial Mat

發(fā)育在魯山地區(qū)下湯鎮(zhèn)王化莊、九女洞一帶的汝陽(yáng)群和洛峪群，完整地記錄了中-新元古代地層的沉積特征，在云夢(mèng)山組至崔莊組約1000 m厚的地層中均有MISS的發(fā)育。通過(guò)野外詳細(xì)觀察和室內(nèi)鏡下分析研究表明，在宏觀特征方面由于成因以及沉積環(huán)境的不同使其形態(tài)有較大差異，但鏡下礦物特征的差異并不十分明顯。

圖4 微生物席的腐爛構(gòu)造Fig.4 Decay structure of microbial Mat

（1）整體上以石英顆粒為主，含量多達(dá)98%，夾有少量雜基，偶見(jiàn)巖屑，有黑色似瀝青質(zhì)或微生物降解的有機(jī)質(zhì)所散附于石英顆粒周圍。此外，石英顆粒之間的膠結(jié)物基本上為硅質(zhì)粘土類膠結(jié)物，未發(fā)現(xiàn)有其它類型的膠結(jié)物，腐爛構(gòu)造中粘土類膠結(jié)物部分經(jīng)水云母化而轉(zhuǎn)化為絹云母。總體上，顆粒分選中等，磨圓度為次圓狀至圓狀，表明礦物的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較高。在MISS發(fā)育區(qū)，微生物可以透過(guò)石英顆粒向上生長(zhǎng)或向周圍蔓延，在有次生加大的樣品中無(wú)絲體殘留的痕跡，推測(cè)是有機(jī)質(zhì)在后期成巖過(guò)程中，在較高的溫度和壓力條件下被降解或以其他形式消失掉，這也許是微體化石難以保存的原因之一。在部分樣品中發(fā)現(xiàn)有顆粒定向性和成層分布的特點(diǎn)以及代表微生物席（或膜）的富有機(jī)質(zhì)紋層或微紋層狀結(jié)構(gòu)。在有機(jī)質(zhì)紋層中能看到大量的細(xì)小石英顆粒，且這些顆粒分選好，磨圓為次棱角狀，表明這些顆粒在被搬運(yùn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)了較好的篩選，但未發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞和摩擦，即相對(duì)較強(qiáng)水動(dòng)力使其處于懸浮狀態(tài)，直到被微生物席障積、捕獲、粘結(jié)之后而固定下來(lái)。Noffke等（2008）認(rèn)為石英顆粒在中粒與細(xì)粒之間更適應(yīng)微生物的生長(zhǎng)發(fā)育。通過(guò)鏡下觀察分析，我們也得出了類似的結(jié)論：微生物的殘留物或微生物作用下所形成的礦物多存在于中細(xì)粒石英顆粒之間，說(shuō)明研究區(qū)微生物群落生長(zhǎng)的環(huán)境多出現(xiàn)在以中細(xì)粒石英砂巖為主的沉積區(qū)域。

（2）生物沉積作用，不僅能使溶解物質(zhì)大量沉淀或堆積形成巖石或沉積礦床，還可使部分粘土物質(zhì)或內(nèi)源粒屑物質(zhì)沉積下來(lái)。生物沉積作用表現(xiàn)為兩種方式，一是生物化學(xué)沉積作用，即在生物的生命活動(dòng)過(guò)程中或生物遺體分解過(guò)程中引起介質(zhì)的物理環(huán)境的變化，從而促使某些溶解物質(zhì)沉淀，或由于有機(jī)質(zhì)的吸附作用而使得某些元素沉積。二是生物物理沉積作用，即在生物生命活動(dòng)過(guò)程中通過(guò)捕獲、粘結(jié)或障積等作用使沉積物發(fā)生沉積。研究表明，研究區(qū)MISS的形成是兩種生物沉積作用共同作用的結(jié)果。微生物席通過(guò)捕獲、粘結(jié)等作用使巖石顆粒沉積并成定向性是生物物理沉積作用。而在巖石樣品中，發(fā)現(xiàn)有絹云母、鐵礦物等，便是微生物作用下礦物沉淀的例證，它們是由于微生物代謝作用和胞外聚合物的存在，改變了研究區(qū)微生物群落生活區(qū)介質(zhì)環(huán)境的物理化學(xué)條件，如酸堿度、氧化還原性等，從而促使某些物質(zhì)溶解或沉淀。在石英顆粒之間所發(fā)現(xiàn)的這些水云母化而形成的絹云母（是一種硅鋁含量比大于3的白云母，即白云母的亞種，有些人把細(xì)小白云母片也稱作絹云母），一般呈現(xiàn)白色，淺黃綠色，是中溫?zé)嵋何g變作用的產(chǎn)物，也表明研究區(qū)地層發(fā)生了一定程度的淺變質(zhì)作用。有許多櫻桃紅色不透明鐵礦物散布于石英顆粒之間，這些鐵礦物的細(xì)小顆粒有兩種存在形式，一種是散布于顆粒間的膠結(jié)物中，另一種是附著于絲狀體上或與微生物降解的殘留物混雜，依據(jù)當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境推斷，這些鐵礦物在溶解或沉淀時(shí)可能為還原狀態(tài)，在后來(lái)成巖過(guò)程中，由于環(huán)境發(fā)生變化而轉(zhuǎn)換到氧化狀態(tài)，致使二價(jià)鐵礦物氧化而顯現(xiàn)為褐紅色或櫻桃紅色，這也可能是整套地層以紅色為主的原因之一。

在前寒武紀(jì)沒(méi)有后生動(dòng)物出現(xiàn)的環(huán)境里，微生物是地球的統(tǒng)治者，并且在統(tǒng)治地球近40億年的時(shí)間里，廣泛分布于廣泛分布于各種地質(zhì)環(huán)境中（陳駿和姚素平，2005），留下了各種痕跡，為人們對(duì)前寒武紀(jì)各種地質(zhì)問(wèn)題的研究提供了豐富的資料。孫樞（2005）指出：“寒武紀(jì)以來(lái)的顯生宙約占全部地球歷史的1/10，因此對(duì)前寒武紀(jì)地球的了解是地質(zhì)科學(xué)古老而始終引人入勝的命題”。前寒武紀(jì)微生物因缺乏鈣化外壁而難以保存為實(shí)體化石（Knoll，2003；Riding，2006；Kah and Riding，2007），因此人們以往對(duì)前寒武紀(jì)微生物群落的認(rèn)識(shí)主要來(lái)自碳酸鹽巖地層中保存的一些生物-沉積構(gòu)造（如疊層石），而對(duì)碎屑巖沉積條件下微生物群的發(fā)育與分布研究相對(duì)較少（Noffke et a1.，2003；Schieber，2004；史曉穎等，2008a；邢智峰，2010）。通過(guò)對(duì)魯山地區(qū)MISS礦物特征的研究，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到微生物群落的生命活動(dòng)不僅對(duì)碎屑沉積表層有良好的保護(hù)、平滑和穩(wěn)固作用（Gerdes et a1.，2000；Noffke et a1.，2001，2003；Schieber，2004；Eriksson et a1.，2007；Porada and Hafid，2007），以及通過(guò)多樣的生物化學(xué)過(guò)程對(duì)表層沉積性質(zhì)與海水的物理、化學(xué)成分產(chǎn)生局部改變 （Knoll，2003；Peckmann and Goedert，2005；Riding et a1.，2006；Gerdes，2007），還對(duì)沉積過(guò)程、成巖過(guò)程及成巖后生作用產(chǎn)生重要影響。這些礦物特征為我們了解中元古代早期淺海環(huán)境地球微生物作用提供了沉積學(xué)證據(jù)，也為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)早期地球生態(tài)系統(tǒng)演化的創(chuàng)新了思路。

4 結(jié)論

（1）豫西魯山地區(qū)中-新元古界汝陽(yáng)群和洛峪群發(fā)育了形態(tài)各異的微生物成因構(gòu)造（MISS），可分為3種類型微生物席生長(zhǎng)構(gòu)造、微生物席破壞構(gòu)造和微生物席腐爛構(gòu)造，以及瘤狀突起、不規(guī)則側(cè)向生長(zhǎng)脊、多邊形網(wǎng)狀生長(zhǎng)脊、多邊形網(wǎng)狀脫水裂痕、紡錘狀脫水裂痕、不規(guī)則網(wǎng)狀脫水裂痕、次圓狀網(wǎng)狀脫水裂痕、砂火山構(gòu)造等8個(gè)不同形態(tài)構(gòu)造。

（2）通過(guò)對(duì)研究區(qū)含有MISS石英砂巖的鏡下石英顆粒及其它礦物組分方面特征的研究可以得出:Ⅰ.宏觀形態(tài)各異的MISS其鏡下礦物特征無(wú)明顯差別；Ⅱ.MISS形成過(guò)程存在著2種生物沉積作用，即生物化學(xué)沉積作用和生物物理沉積作用；Ⅲ.微生物群落多生長(zhǎng)在中等水動(dòng)力、沉積物為細(xì)粒的沉積環(huán)境中。

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中圖分類號(hào)：Q93-3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7493（2016）02-0385-10

DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2014209

Corresponding author：XING Zhifeng，Associate Professor；E-mail:xingzhifeng925@126.com

收稿日期：2014-12-12；修回日期：2016-01-23

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然基金（41102008；41202071；41472083）；油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題（PRP/open-1207）聯(lián)合資助

作者簡(jiǎn)介：鄭偉，男，1979年生，博士，副教授，從事沉積學(xué)和地球生物學(xué)研究；E-mail:zhengw99@hpu.edu.cn

*通訊作者：邢智峰，女，1973年生，博士，副教授，從事地球生物學(xué)研究；E-mail:xingzhifeng925@126.com

Microbial Mats and Mineral Microstructure Features of Meso-Neoproterozoic Ruyang and Luoyu Group in Lushan Area

ZHENG Wei1，YUAN Yuyang2，XING Zhifeng1*，QI Yongan1
1.Key Laboratory of Biogenic Traces&Sedimentary Minerals of Henan Province，Institute of Resource and Environment，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003，China
2.Department of Civil Engineering，Sichuan College of Architectural Technology，Deyang 618000，China

Abstract:Microbially Induced Sedimentary Structures（MISS）rise from the interaction of benthic microbiota with physical sediment dynamics.It was the important product and geological record in clastic sediments of microbial community activity.Research on MISS is of great significance for understanding evolution of earth-surface environment，because MISS was widely found in terrigenous fragmentary rock of Precambrian and was occasionally distributed in Phanerozoic.Based on observation，description and genesis of outcrops，the MISS in Lushan area can be divided into three types:Mat growth feature，Mat destruction feature，and Mat decay feature.With the aid of micromorphological observation，we analyzed and discussed morphological feature，geologic structure，components，genesis and sedimentary environment of MISS.Based on microscopic analysis for quartz grain and composition characteristic of MISS，we found that microbial community develop in the relatively high-energy and fine-grained sediments environment.Therefore，we conclude that MISS mainly developed near intertidal zone to supralittoral zone.This research will contribute to the discrimination of the paleocurrent direction，intensity and ionic content，and can also help reconstruct paleoenvironment to a certain extent.

Key words:Meso-Neoproterozoic；MISS；Microbial mats；Microstructure