碳酸鹽鮞粒包殼結(jié)構(gòu)研究綜述*

宋文天 劉建波，2

1北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871 2造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京大學(xué))，北京 100871

1 概述

碳酸鹽鮞粒是廣泛分布于現(xiàn)代和古代碳酸鹽沉積物中的顆粒，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征及其在古海洋、古環(huán)境恢復(fù)方面的廣泛應(yīng)用而備受關(guān)注(Sandberg，1983；Strasser，1986；Opdyke and Wilkinson，1990；Lietal.， 2015；Diaz and Eberli， 2019)。鮞粒包殼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代沉積和古代地層中存在多種類型，原始礦物組成也存在差異，保存程度不盡一致，被廣泛應(yīng)用于古環(huán)境和海洋化學(xué)性質(zhì)的研究(Loreau and Purser，1973；Landetal.， 1979；Sandberg，1983；Strasser，1986；Opdyke and Wilkinson，1990)以及成巖過程分析(Wilkinson and Landing，1978；Wilkinsonetal.， 1985；Chow and James，1987；Hird and Tucker，1988；Algeo and Watson，1995)。

中國(guó)碳酸鹽鮞粒研究材料豐富，在中元古界至古近系中廣泛分布(如余素玉等，1987；柳永清等，1999；吳熙純，2009；齊永安等，2014)。國(guó)內(nèi)鮞粒包殼結(jié)構(gòu)的研究晚于國(guó)外，大致始于20世紀(jì)80年代(王英華等，1983；張秀蓮，1984)，研究?jī)?nèi)容主要集中于古代鮞粒方面，現(xiàn)代鮞粒和鮞粒實(shí)驗(yàn)?zāi)M(如趙震等，1984；周瑤琪等，2017)等方面的研究相對(duì)薄弱?；谥袊?guó)的研究材料，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者識(shí)別出了古代鮞粒包殼的原生結(jié)構(gòu)和次生結(jié)構(gòu)，并逐漸接受國(guó)外主流觀點(diǎn)(王英華等，1983；張秀蓮，1984；韋龍明，1995；沙慶安和江茂生，1998；金瞰昆，1998)。自2000年以來(lái)，古代鮞粒的包殼結(jié)構(gòu)多被應(yīng)用于沉積微相和古環(huán)境分析(如劉偉和張興亮，2010；侯恩剛等，2014；Tianetal.， 2015；姬國(guó)鋒等，2016；Huangetal.， 2017)，且巨鮞的包殼結(jié)構(gòu)研究也逐漸受到重視(如Lietal.， 2013，2015；Tangetal.， 2015；Tanetal.， 2018)。

現(xiàn)代鮞粒包殼具有多種原生結(jié)構(gòu)類型，并具有不同的礦物成分、生長(zhǎng)模式和形成環(huán)境。古代鮞粒的包殼雖然經(jīng)歷了不同程度的成巖作用，但常能夠保存可識(shí)別的原生結(jié)構(gòu)(Sandberg，1983；Tucker，1984；Wilkinsonetal.， 1985；Algeo and Watson，1995)。對(duì)鮞粒包殼結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確識(shí)別和分類，是根據(jù)鮞粒特征開展古氣候、古環(huán)境、古海洋研究的關(guān)鍵。目前，鮞粒包殼結(jié)構(gòu)的研究尚存在一些問題： 對(duì)現(xiàn)代鮞粒包殼原生結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)尚未形成統(tǒng)一體系，一些術(shù)語(yǔ)定義不明確；對(duì)于現(xiàn)代鮞粒結(jié)構(gòu)術(shù)語(yǔ)的理解存在偏差，導(dǎo)致對(duì)古代鮞粒包殼原生結(jié)構(gòu)的特征識(shí)別和分類不盡準(zhǔn)確。

文中通過綜述前人對(duì)現(xiàn)代鮞粒的研究成果，歸納了各類包殼原生結(jié)構(gòu)的主要特征，并明確提出在對(duì)包殼進(jìn)行分類時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)包殼的結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行識(shí)別。此外，還總結(jié)了古代鮞粒的各類包殼結(jié)構(gòu)，分析了中國(guó)鮞粒研究中存在的問題，并以華南下奧陶統(tǒng)鮞粒為例，對(duì)常見于古代鮞粒包殼中的原生結(jié)構(gòu)進(jìn)行了識(shí)別。

2 鮞粒包殼結(jié)構(gòu)的研究歷史

國(guó)際上，鮞粒包殼結(jié)構(gòu)及其成因的研究歷史大致可劃分為3個(gè)階段。

2.1 早期研究階段(1855-1960s)

Sorby(1879)最早對(duì)鮞粒進(jìn)行了深入觀察，他在現(xiàn)代鮞粒中識(shí)別出了同心狀結(jié)構(gòu)(concentric structure)，在古代鮞粒中識(shí)別出了放射狀結(jié)構(gòu)(radial structure)。之后的學(xué)者也從現(xiàn)代和古代鮞粒中分別識(shí)別出這2類包殼結(jié)構(gòu)(如現(xiàn)代巴哈馬灘，Illing，1954；Newelletal.， 1960)。該時(shí)期，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為同心狀包殼通常為文石質(zhì)，而放射狀包殼為方解石質(zhì)，且構(gòu)成放射狀包殼的方解石晶體是在成巖過程中由原始文石晶體轉(zhuǎn)變而來(lái)的，包殼結(jié)構(gòu)隨著礦物成分的變化從同心狀轉(zhuǎn)變?yōu)榉派錉?Eardley，1938；Carrozi，1962)，即： 現(xiàn)代鮞粒包殼的同心狀結(jié)構(gòu)是鮞粒生長(zhǎng)過程中形成的、未經(jīng)成巖作用改造的原生結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)代和古代鮞粒包殼的放射狀結(jié)構(gòu)是經(jīng)成巖作用改造而成的次生結(jié)構(gòu)(Eardley，1938；Carrozi，1962)。

2.2 深入研究階段(1960s-1990s)

自上世紀(jì)60年代開始，對(duì)現(xiàn)代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)的研究取得了更多進(jìn)展。大鹽湖、得克薩斯巴芬灣、波斯灣、大堡礁等地的現(xiàn)代鮞粒被廣泛報(bào)道和研究(Rusnack，1960；Halley，1977；Landetal.， 1979；Medwedeff and Wilkinson，1983)。Kahle(1974)通過 X 射線衍射方法確定了大鹽湖鮞粒包殼中的放射狀晶體實(shí)為文石，而非次生方解石。與此同時(shí)，多項(xiàng)模擬實(shí)驗(yàn)人工合成了具有放射狀、同心狀包殼的鮞粒，進(jìn)一步證實(shí)這2種結(jié)構(gòu)均可形成于鮞粒的原始生長(zhǎng)階段(Donahue，1969；Suess and Fütterer，1972；Daviesetal.， 1978；Fergusonetal.，1978)。自此，現(xiàn)代鮞粒的放射狀、同心狀結(jié)構(gòu)均為包殼原生結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)逐漸成為學(xué)界主流認(rèn)識(shí)(Rusnack，1960；Freeman，1962；Bathurst，1967；Loreau and Purser，1973)。具有不同類型包殼結(jié)構(gòu)的鮞粒的地理分布表明，水動(dòng)力條件是包殼結(jié)構(gòu)的重要控制因素(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Davies and Martin，1976；Landetal.， 1979)。

與此同時(shí)，對(duì)古代鮞粒包殼原生和次生結(jié)構(gòu)的研究更為深入。Sandberg(1975)通過比較不同礦物在成巖過程中的形態(tài)演化，推斷古代鮞粒中的放射狀包殼結(jié)構(gòu)應(yīng)為原生結(jié)構(gòu)。之后的研究表明，依據(jù)放射狀晶體粒度、粗細(xì)變化可以推斷包殼結(jié)構(gòu)的次生變化過程，根據(jù)晶體在不同細(xì)層中長(zhǎng)度的差異可判斷包殼形成過程中磨蝕強(qiáng)度的變化(Tucker，1984；Chow and James，1987；Helleretal.， 1980；Bates and Brand，1990)。此外，古代鮞粒中2種常見的包殼結(jié)構(gòu)——晶粒結(jié)構(gòu)(sparry/blocky structure)和泥晶結(jié)構(gòu)(也被稱為 micritic structure，但應(yīng)與原生微晶紋層加以區(qū)分)——被歸入次生包殼結(jié)構(gòu)，其中晶粒結(jié)構(gòu)可能為溶蝕—充填作用形成的，泥晶結(jié)構(gòu)可能是微生物泥晶化作用的結(jié)果(Sandberg，1975；Wilkinson and Landing，1978；Wilkinsonetal.， 1985)。根據(jù)文石和方解石的穩(wěn)定性差異，研究者推測(cè)保存原生放射狀結(jié)構(gòu)包殼的原始礦物成分為穩(wěn)定性較強(qiáng)的高鎂方解石或方解石，溶蝕—充填作用形成的晶粒結(jié)構(gòu)包殼的原始成分可能為穩(wěn)定性差的文石，并認(rèn)為這2類包殼在地層中的分布反映了地質(zhì)歷史時(shí)期海洋化學(xué)性質(zhì)的演化(Friedman，1964；Sandberg，1983；Majoretal.， 1988；Opdyke and Wilkinson，1990；Algeo and Watson，1995)。

2.3 微生物作用研究階段(2000s至今)

近年來(lái)，一些粒徑超過2imm、以深色泥晶結(jié)構(gòu)為主的古代巨鮞中的微生物化石或活動(dòng)遺跡被發(fā)現(xiàn)，并被作為鮞粒微生物成因的直接證據(jù)(如Trower and Grotzinger， 2010；Liu and Zhang，2012；Lietal.， 2013；Lietal.， 2017)。需要指出的是，多數(shù)巨鮞的包殼是以含有微生物化石的泥晶層為主體的，形成模式與現(xiàn)代鮞粒包殼截然不同(Troweretal.， 2010；Lietal.， 2013，2017)，其本質(zhì)上是一種微生物顆粒，與核形石相近，與鮞粒不同。此外，有些微生物化石或遺跡并不出現(xiàn)在典型的鮞粒包殼結(jié)構(gòu)中，而是出現(xiàn)在古代鮞粒包殼表面或同心圓狀細(xì)層之間的泥晶層中。因此，典型鮞粒的微生物成因機(jī)制尚有待進(jìn)一步的研究。

3 現(xiàn)代鮞粒包殼的原生結(jié)構(gòu)特征及其成因

前人對(duì)現(xiàn)代鮞粒包殼進(jìn)行了詳細(xì)研究，描述了各類包殼結(jié)構(gòu)的結(jié)晶學(xué)和礦物學(xué)特征(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Marshall and Davies，1975；Sandberg，1975；Davies and Martin，1976)。然而，現(xiàn)代鮞粒包殼原生結(jié)構(gòu)研究結(jié)果多散布在各研究階段的文獻(xiàn)中，部分術(shù)語(yǔ)定義不明確，不同學(xué)者對(duì)術(shù)語(yǔ)的理解和用法也有所不同，結(jié)構(gòu)分類方案未形成統(tǒng)一體系。這些問題不但影響到現(xiàn)代鮞粒的包殼結(jié)構(gòu)研究，而且在古代鮞粒的包殼結(jié)構(gòu)研究中亦造成了混淆。因此，在對(duì)古代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜述前，首先需要對(duì)現(xiàn)代鮞粒包殼原生結(jié)構(gòu)研究開展綜合分析。

根據(jù)組成包殼的碳酸鹽晶體的形態(tài)、排列方向等特征，現(xiàn)代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)可分為放射狀和同心狀2類，并形成 8種結(jié)構(gòu)組合類型。

3.1 放射狀結(jié)構(gòu)

1—放射纖維狀結(jié)構(gòu)；2—放射板狀結(jié)構(gòu)圖 1 現(xiàn)代鮞粒包殼中的放射狀結(jié)構(gòu)Fig.1 Radial structures in modern ooids cortices

現(xiàn)代鮞粒包殼的放射狀結(jié)構(gòu)是指晶體沿近垂直于核心表面或紋層的方向排列(圖 1，表 1)(Rusnack，1960；Freeman，1962；Loreau and Purser，1973；Kahle，1975；Sandberg，1975)。這些晶體多為單向延伸，呈半自形或他形，具體表現(xiàn)為纖維狀、針狀、片狀、棒狀、板狀等形態(tài)(Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Davies and Martin，1976；Halley，1977；Landetal.， 1979)。晶體粒度分布范圍較廣，在 0.1×1iμm 與 50×150iμm 的區(qū)間內(nèi)連續(xù)分布(Loreau and Purser，1973；Halley，1977；Landetal.， 1979)。其中，粒徑較小的晶體通常呈半自形纖維狀、針狀(圖 1-1)(Loreau and Purser，1973；Landetal.， 1979)；粒徑較大晶體通常為他形棒狀、板狀，有時(shí)存在向鮞粒外側(cè)增粗的現(xiàn)象，末端可呈一個(gè)平直的截面(圖 1-2)(Sandberg，1975；Halley，1977)。放射狀結(jié)構(gòu)由此可分為放射纖維狀(圖 1-1)和放射板狀(圖 1-2)2個(gè)亞類。根據(jù)晶體橫斷面形態(tài)、晶體側(cè)面在酸蝕后顯示出類似生長(zhǎng)紋的結(jié)構(gòu)，可以推斷這些較大晶體可能是由眾多次級(jí)小晶體構(gòu)成的集合體(Sandberg，1975；Halley，1977)。晶體長(zhǎng)軸有時(shí)并不嚴(yán)格垂直于核心表面或紋層，相對(duì)垂向可能有 20°～30° 夾角(Sandberg，1975)。

表 1 現(xiàn)代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)(據(jù)以下文獻(xiàn)總結(jié)： Newell et al.， 1960；Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Marshall and Davies， 1975；Davies and Martin，1976；Halley，1977；Land et al.， 1977；Simone，1981；Kahle，2007；Rankey and Reeder，2009等)Table 1 Cortical structures of modern ooids(Summarized from the following references: Newell et al.， 1960；Loreau and Purser， 1973;Sandberg，1975;Marshall and Davies，1975;Davies and Martin，1976;Halley，1977;Land et al.， 1977;Simone，1981; Kahle，2007;Rankey and Reeder，2009;etc.)

中、小粒徑的放射狀晶體一般緊密排列為束狀或扇狀(圖 1-1)，而較大粒徑的放射狀晶體既可能緊密排列，也可能松散排列，晶體間的間隙由文石泥及黏土、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)所充填(圖 1-2)(Sandberg，1975)。由粒徑較小的晶體緊密排列而成的晶體束之間，也可能存在被文石泥、黏土等充填的間隙(Sandberg，1975)。原生的放射狀晶體一般不會(huì)延伸至其兩側(cè)紋層或鮞粒外邊界之外(Marshall and Davies，1975)，單個(gè)放射狀細(xì)層或放射狀包殼可能由1層粒徑較大的板狀晶體構(gòu)成，也可能由數(shù)層粒徑較小的纖維晶體層疊而成(圖 1-1，1-2)(Sandberg，1975；Halley，1977)。放射狀晶體成分通常為高鎂方解石或文石，顏色較淺，晶體間隙中富集細(xì)粒充填物處顏色較深(圖 1-2)(Sandberg，1975；Halley，1977；Simone，1981)。由于晶體 c 軸方向通常與長(zhǎng)軸方向近一致，放射狀結(jié)構(gòu)在正交光下呈現(xiàn)出“黑十字”(Sandberg，1975；Marshall and Davies，1975；Halley，1977)。

根據(jù)人工合成鮞粒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，放射狀結(jié)構(gòu)應(yīng)為晶體在顆粒表面自然生長(zhǎng)的結(jié)果(Suess and Fütterer，1972；Daviesetal.， 1978；趙震等，1984)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)代放射狀鮞粒的分布表明，放射狀結(jié)構(gòu)可能形成于相對(duì)平靜的水體(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Daviesetal.，1978；Landetal.， 1979)。也有少數(shù)學(xué)者認(rèn)為放射狀結(jié)構(gòu)的形成環(huán)境可能是高鹽度水體或淡水環(huán)境(Friedmanetal.， 1973；Halley，1977)，但該假說無(wú)法解釋在大堡礁正常鹽度海水中發(fā)現(xiàn)的放射鮞(Davies and Martin，1976)。

部分具有放射狀結(jié)構(gòu)的包殼呈現(xiàn)出腦狀外形(Carrozi，1962；Kahle，1974)。這種腦狀包殼由放射狀晶體或晶體束及其側(cè)邊之間富含黏土等雜質(zhì)的隱晶質(zhì)充填物構(gòu)成，鮞粒邊界處晶體束向外凸出、充填物向內(nèi)凹陷，使得鮞粒外形起伏不平(Carrozi，1962；Kahle，1974)。腦狀鮞的成因可能是放射狀晶體增生導(dǎo)致其側(cè)邊之間的充填物體積減小、形成內(nèi)凹形態(tài)(Carrozi，1962；Halley，1977)，或放射狀晶體形成之后，充填物以“U 形”形態(tài)在其間隙中沉積(Halley，1977)。少數(shù)學(xué)者認(rèn)為充填物的內(nèi)凹形態(tài)可能與微生物的侵蝕作用有關(guān)(Kahle，1974)。

3.2 同心狀結(jié)構(gòu)

鮞粒中的同心狀結(jié)構(gòu)由較薄的同心狀紋層構(gòu)成。不同類型的紋層相間排列在包殼中，根據(jù)其結(jié)構(gòu)、成分等差異，紋層可劃分為切線狀、微晶、有機(jī)質(zhì)、黏土質(zhì)、截面式 5種類型。

1)切線狀紋層(tangential lamina)。紋層由長(zhǎng)軸與紋層切向近平行的晶體構(gòu)成(圖 2-1，表 1)(Illing，1954；Rusnack，1960；Duguidetal.， 2010；Heartyetal.， 2010；Diazetal.， 2017)。這些晶體通常為單向延伸，呈終端圓鈍的棒狀、圓柱狀等他形形態(tài)或終端尖銳的針狀等半自形形態(tài)(Loreau and Purser，1973；Halley，1977；Landetal.，1979；Folk and Lynch，2001；Kahle，2007)。晶體長(zhǎng)度為0.3～6iμm，直徑為 0.1～0.3iμm(Loreau and Purser，1973；Halley，1977；Kahle，2007)。晶體長(zhǎng)軸通常并不嚴(yán)格平行于紋層切向，與切向呈-30°～30° 夾角(圖 2-1)(Loreau and Purser，1973)。切線狀紋層的成分一般為文石(Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Halley，1977；Simone，1981)，高鎂方解石質(zhì)的切線狀紋層僅見于庫(kù)克島(Rankey and Reeder，2009)。紋層顏色較淺，可能混有微量的黏土、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)(Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Halley，1977)。晶體 c 軸方向往往與長(zhǎng)軸方向一致，紋層在正交光下呈現(xiàn)出“黑十字”(Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Halley，1977；Landetal.， 1979)。

對(duì)于切線狀紋層成因的認(rèn)識(shí)尚有爭(zhēng)論。較強(qiáng)的水動(dòng)力攪動(dòng)有可能使棒狀或圓柱狀晶體在鮞粒表面呈切線狀排列，由此有些學(xué)者認(rèn)為與放射狀結(jié)構(gòu)相比，切線狀紋層形成于更強(qiáng)的水動(dòng)力環(huán)境中(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Landetal.， 1979)，且各種包殼類型鮞粒的沉積環(huán)境分布特征(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Landetal.， 1979)、鮞粒的人工合成實(shí)驗(yàn)結(jié)果(Daviesetal.， 1978)都提供了支持證據(jù)。不過，也有學(xué)者認(rèn)為切線狀紋層的形成可能與晶體礦物成分有關(guān)，文石晶體相對(duì)易碎，在動(dòng)蕩水體中更容易被改造為切線狀結(jié)構(gòu)，而脆性相對(duì)較弱的高鎂方解石晶體則更易保留放射狀結(jié)構(gòu)(Landetal.， 1979)。

2)微晶紋層(micritic lamina)。構(gòu)成紋層的晶體粒度較細(xì)，且晶軸無(wú)優(yōu)勢(shì)取向、隨機(jī)排列(圖 2-2)(Newelletal.， 1960；Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Landetal.， 1979；Medwedeff and Wilkinson，1983)。晶體一般為與切線狀結(jié)構(gòu)類似的針狀或棒狀晶體(圖 2-2)，或粒徑 0.025～0.6iμm 的次圓狀、粒狀晶體(Loreau and Purser，1973；Medwedeff and Wilkinson，1983；Kahle，2007)。微晶的分布往往不會(huì)延伸到其所在紋層之外(圖 2-2)(Landetal.， 1979)。微晶的成分為文石，文石之間的黏土、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)含量較切線狀晶體、放射狀晶體之間更多，且分布更為彌散(Rusnack，1960；Newelletal.， 1960；Loreau and Purser，1973)。在部分鮞粒中，微晶層分布不連續(xù)，呈不完整的同心圓狀(Newelletal.， 1960)。紋層整體顏色一般較深(Rusnack，1960)。

原生微晶紋層的成因目前尚無(wú)定論，現(xiàn)有的假說包括晶體在較快的碳酸鹽沉積速率下難以形成優(yōu)勢(shì)取向(Rusnack，1960)，或晶體在介于放射狀結(jié)構(gòu)、切線狀結(jié)構(gòu)之間的擾動(dòng)強(qiáng)度下難以形成優(yōu)勢(shì)取向等(Medwedeff and Wilkinsion，1983)。

3)有機(jī)質(zhì)紋層。通常由腐殖酸或黏液構(gòu)成，顏色較深(圖 2-3)(Shearmanetal.， 1970；Marshall and Davies，1975)。

4)黏土質(zhì)紋層。由黏土礦物構(gòu)成，顏色較深(圖 2-3)(Sandberg，1975)。

5)截面式紋層。紋層內(nèi)側(cè)為截切放射狀晶體的平直截面(圖 2-4，2-5，2-6)(Sandberg，1975；Troweretal.， 2017)。部分截面附近富集黏土，構(gòu)成截面—黏土質(zhì)紋層(圖 2-4)(Sandberg，1975)。部分截面外側(cè)發(fā)育微晶質(zhì)紋層，構(gòu)成截面—微晶質(zhì)紋層(圖 2-5)(Sandberg，1975)。還有部分截面外側(cè)發(fā)育切線狀紋層，構(gòu)成截面—切線狀紋層(圖 2-6)(Sandberg，1975)。

1—放射纖維狀包殼；2—放射板狀包殼；3—同心狀包殼；4—同心—放射纖維狀包殼： a—同心狀結(jié)構(gòu)為截面式紋層，b—同心狀結(jié)構(gòu)為微晶質(zhì)紋層、有機(jī)質(zhì)紋層或黏土質(zhì)紋層；5—同心—放射板狀包殼層；6—同心—放射板狀—放射纖維狀包殼；7—同心—放射狀包殼，由內(nèi)部放射纖維狀包殼、外部同心狀包殼(含切線狀紋層)構(gòu)成；8—同心—放射狀包殼，由內(nèi)部放射纖維狀包殼、外部同心狀包殼(含切線狀紋層、微晶紋層)構(gòu)成圖 3 現(xiàn)代鮞粒包殼的結(jié)構(gòu)組合類型Fig.3 Structure assemblage types of modern ooids cortices

有機(jī)質(zhì)紋層、黏土質(zhì)紋層、截面式紋層可能形成于鮞粒中碳酸鹽晶體生長(zhǎng)停滯的時(shí)期，現(xiàn)代鮞粒中有機(jī)質(zhì)紋層兩側(cè)的14C 年齡相差可達(dá) 500～3000 a(Duguidetal.， 2010)。沉積速率變化、溶液化學(xué)性質(zhì)變化、磨蝕作用以及阻礙結(jié)晶的物質(zhì)(如一些疏水性低分子物質(zhì)、Mg2+等)在晶體表面吸積等，均可能導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)停滯(Sandberg，1975；Daviesetal.， 1978；Duguidetal.， 2010)，在停滯時(shí)期鮞粒表面可能加積文石微晶、有機(jī)質(zhì)、黏土等形成紋層(Sandberg，1975)。磨蝕作用可能會(huì)使同心狀結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)平直的截面，并與微晶、黏土等共同構(gòu)成截面式紋層(Sandberg，1975；Troweretal.， 2017)。

3.3 結(jié)構(gòu)組合類型及其特征

現(xiàn)代鮞粒包殼可能并不是由單一的原生結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而是呈現(xiàn)出多種結(jié)構(gòu)的組合，因此鮞粒包殼的分類應(yīng)當(dāng)以結(jié)構(gòu)組合類型為依據(jù)。根據(jù)是否發(fā)育放射狀或同心狀結(jié)構(gòu)，可將包殼結(jié)構(gòu)分為 3大類： 放射狀、同心狀、同心—放射狀(圖 3)。各大類包殼可根據(jù)放射狀、同心狀結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)一步細(xì)分，如圖 3 所示。

放射狀包殼呈連續(xù)的放射狀結(jié)構(gòu)(圖 3-1，3-2)(Flügel，2010)，可根據(jù)放射狀晶體的粒度、形態(tài)進(jìn)一步劃分為放射纖維狀包殼和放射板狀包殼。同心狀結(jié)構(gòu)由切線狀紋層和其他類型的紋層相間排列而成(Newelletal.， 1960；Rusnack，1960)。同心—放射狀包殼中同時(shí)出現(xiàn)同心狀結(jié)構(gòu)和放射狀結(jié)構(gòu)(Sandberg，1975；Halley，1977；Medwedeff and Wilkinson，1983)。部分同心—放射狀包殼中，同心狀結(jié)構(gòu)將放射狀結(jié)構(gòu)分隔在若干細(xì)層中，這些包殼同樣可根據(jù)放射狀晶體的粒度、形態(tài)劃分為同心—放射纖維狀包殼(圖 3-4)和同心—放射板狀包殼(圖 3-5)，以及內(nèi)部為放射狀板狀結(jié)構(gòu)、外部為放射纖維狀結(jié)構(gòu)的同心—放射板狀—放射纖維狀包殼(圖 3-6)(Sandberg，1975；Medwedeff and Wilkinson，1983)。也有一些同心—放射狀包殼由內(nèi)側(cè)的放射狀包殼和外側(cè)的同心狀包殼共同構(gòu)成(圖 3-7，3-8)(Medwedeff and Wilkinson，1983)。由于切線狀紋層以及被同心狀結(jié)構(gòu)分隔的放射狀細(xì)層顏色較淺，而其他同心狀紋層顏色較深，故同心狀包殼和同心—放射狀包殼常常呈現(xiàn)出亮層、暗層交替排列的形態(tài)(Medwedeff and Wilkinson，1983；Rankey and Reeder，2009)。

4 古代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)特征

古代鮞粒的包殼通常呈現(xiàn)出與現(xiàn)代鮞粒類似的原生結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)組合類型，放射狀結(jié)構(gòu)、同心狀結(jié)構(gòu)是常見的原生結(jié)構(gòu)類型，但同心狀結(jié)構(gòu)中的切線狀紋層極少有發(fā)現(xiàn)(Sandberg，1975)。由于成巖作用的影響，部分古代鮞粒包殼由次生包殼結(jié)構(gòu)組成。

4.1 放射狀結(jié)構(gòu)

古代鮞粒包殼的放射狀結(jié)構(gòu)亦由纖維狀晶體或板狀晶體構(gòu)成，放射狀晶體粒度分布區(qū)間較廣(Tucker，1984)。放射纖維狀晶體排列緊密，放射板狀晶體排列緊密或松散，松散排列的晶體之間充填泥晶、黏土等深色細(xì)粒物質(zhì)(Tucker，1984；Chow and James，1987)。

4.2 同心狀結(jié)構(gòu)

古代鮞粒包殼的同心狀結(jié)構(gòu)包括與現(xiàn)代鮞粒相似的截面式紋層、微晶紋層、黏土質(zhì)紋層等類型(Tucker，1984)。同心狀結(jié)構(gòu)有時(shí)因相鄰紋層中的放射狀晶體增生而被破壞，可能局部消失，也可能僅有少量殘留(Strasser，1986；Chow and James，1987；Cantrell，2004)。切線狀紋層極少在古代鮞粒中發(fā)現(xiàn)(Sandberg，1975；Wilkinson and Landing，1978；Algeo and Watson，1995)。

4.3 次生結(jié)構(gòu)

古代鮞粒包殼中最為常見的次生結(jié)構(gòu)是晶粒結(jié)構(gòu)和泥晶結(jié)構(gòu)(Wilkinson and Landing，1978；Wilkinsonetal.， 1985；Algeo and Watson，1995)。晶粒結(jié)構(gòu)也被稱為磚塊狀(bricklike)結(jié)構(gòu)、粒狀鑲嵌(mosaic)結(jié)構(gòu)等，由粒狀方解石構(gòu)成，包殼可能整體完全轉(zhuǎn)化為晶粒結(jié)構(gòu)，也可能局部轉(zhuǎn)化為晶粒結(jié)構(gòu)、局部保留同心狀結(jié)構(gòu)或放射狀結(jié)構(gòu)(Wilkinson and Landing，1978；Wilkinsonetal.， 1985)。晶粒結(jié)構(gòu)的成因可能是原生文石被溶蝕后形成溶蝕孔，方解石以膠結(jié)物的形態(tài)充填其中(Sandberg，1975；Tucker，1984；Wilkinsonetal.， 1985)。泥晶結(jié)構(gòu)由分布于包殼內(nèi)部、局部或完全取代原生結(jié)構(gòu)的泥晶構(gòu)成(Wilkinson and Landing，1978；Wilkinsonetal.， 1985；Flügel，2010)，成因則可能是微生物活動(dòng)導(dǎo)致的泥晶化作用(Margolis and Rex，1971；Flügel，2010)。

部分古代鮞粒包殼中，放射狀晶體粒度較粗、保存程度差，呈現(xiàn)出類似亮晶、微亮晶的形態(tài)，可能是由粒度較細(xì)的原生放射纖維狀晶體在成巖過程中轉(zhuǎn)化而成(Wilkinsonetal.， 1985；Chow and James，1987；Algeo and Watson，1995)。在成巖過程中，放射狀結(jié)構(gòu)中的原生高鎂方解石晶體可能轉(zhuǎn)化為方解石，其原生形態(tài)可能隨著成巖程度的提高而不斷變化，原生結(jié)構(gòu)保存程度逐漸減小，如放射狀晶體穿透同心狀結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象隨著成巖作用的進(jìn)行而增多，最終有可能使同心狀結(jié)構(gòu)完全消失，而且放射狀晶體在成巖序列中可以呈現(xiàn)出由較細(xì)晶體到較粗晶體的演化趨勢(shì)(Chow and James，1984；Algeo and Watson，1995)。

古代鮞粒包殼中還可能出現(xiàn)白云石等次生礦物(Tucker，1984；Hird and Tucker，1988)。通常粒度較小的自形—半自形菱形白云石晶體出現(xiàn)在包殼放射狀晶體的間隙(Tucker，1984；Chow and James，1987；Hird and Tucker，1988)，也有一些包殼幾乎完全由數(shù)個(gè)粒度較大的自形—半自形鞍狀白云石晶體構(gòu)成(Tucker，1984；Hird and Tucker，1988)。白云石細(xì)晶的形成可能與原生的高鎂方解石成分有關(guān)，而鞍狀白云石則是在埋藏后通過交代原始礦物形成(Tucker，1984；Chow and James，1987；Hird and Tucker，1988)。

4.4 結(jié)構(gòu)組合類型

古代鮞粒包殼中常見的結(jié)構(gòu)組合類型為放射狀包殼和同心—放射狀包殼(圖 3-1，3-2，3-4，3-5，3-6)。同心狀包殼極少見，原因是構(gòu)成同心狀結(jié)構(gòu)必要的切線狀紋層在古代鮞粒中極少發(fā)現(xiàn)(Tucker，1984；Strasser，1986；Bates and Brand，1990)。與現(xiàn)代鮞粒類似，放射狀包殼呈連續(xù)的放射狀結(jié)構(gòu)。同心—放射狀包殼由黏土質(zhì)紋層、微晶紋層、截面式紋層和被紋層分隔在細(xì)層中的放射狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

古代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)的差異源于原生礦物成分穩(wěn)定性的不同(Sandberg，1975；Wilkinsonetal.， 1985)。現(xiàn)代鮞粒包殼切線狀紋層的原生礦物成分通常為文石，放射狀結(jié)構(gòu)的原生礦物成分通常為文石或高鎂方解石(Marshall and Davies，1975；Sandberg，1975；Halley，1977；Landetal.， 1979)。由于文石穩(wěn)定性差，在成巖過程中會(huì)轉(zhuǎn)化為方解石，由文石構(gòu)成的切線狀紋層或放射狀結(jié)構(gòu)可能隨之轉(zhuǎn)化為次生的晶粒結(jié)構(gòu)(Friedman，1964；Sandberg，1975；Wilkinsonetal.， 1985；Budd，1988)。而由穩(wěn)定性較好的高鎂方解石、方解石構(gòu)成的放射狀結(jié)構(gòu)會(huì)不同程度地保存下來(lái)(Friedman，1964；Chow and James，1987；Algeo and Watson，1995)。

5 中國(guó)古代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)研究存在的問題及實(shí)例

5.1 存在的問題

中國(guó)鮞粒包殼研究相對(duì)起步較晚，20世紀(jì)80年代開始有學(xué)者研究鮞粒包殼結(jié)構(gòu)(王英華等，1983；張秀蓮，1984；余素玉等，1987)，并在古代鮞粒中識(shí)別出放射狀、同心狀等原生結(jié)構(gòu)以及晶粒結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)等次生結(jié)構(gòu)(王英華等，1983；張秀蓮，1984；韋龍明，1995；沙慶安和江茂生，1998；金瞰昆，1998)。2000年以后，古代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)受到越來(lái)越多學(xué)者的重視，包殼結(jié)構(gòu)類型常被作為指示沉積環(huán)境的指標(biāo)之一(如劉偉和張興亮，2010；侯恩剛等，2014；金鑫等，2015；姬國(guó)鋒等，2016)。

與國(guó)外碳酸鹽鮞粒研究成果相比，國(guó)內(nèi)鮞粒包殼結(jié)構(gòu)研究尚存在一些普遍性問題。

1)對(duì)包殼結(jié)構(gòu)的識(shí)別不夠精細(xì)，對(duì)其成分的認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)，部分研究者對(duì)同心狀結(jié)構(gòu)，尤其是切線狀紋層的認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)。有國(guó)內(nèi)研究報(bào)道了古代鮞粒保存的切線狀紋層，但由于缺乏紋層內(nèi)晶體沿切線方向排列的確切證據(jù)，目前還難以將這些紋層歸為切線狀紋層。同時(shí)，雖然多數(shù)學(xué)者認(rèn)識(shí)到放射狀結(jié)構(gòu)由放射狀排列的晶體組成，但對(duì)放射狀結(jié)構(gòu)細(xì)分類型特征的描述多不明確，比如未區(qū)分放射纖維狀結(jié)構(gòu)和放射板狀結(jié)構(gòu)。另外，部分國(guó)內(nèi)研究對(duì)放射狀晶體的礦物組成認(rèn)識(shí)不一致，或推斷為方解石，或推斷為難以在古代鮞粒中保存的高鎂方解石、文石等，缺乏可靠的判斷依據(jù)。

2)對(duì)包殼結(jié)構(gòu)組合類型認(rèn)識(shí)不充分。國(guó)內(nèi)研究者一般將包殼劃分為同心狀包殼、放射狀包殼、同心—放射狀包殼。事實(shí)上，古代鮞粒包殼最常見的原生結(jié)構(gòu)組合類型應(yīng)為放射狀包殼和同心—放射狀包殼，同心狀包殼因其重要組構(gòu)切線狀紋層難以在地層中保存而無(wú)法識(shí)別(Sandberg，1975；Budd，1988)。部分包殼因可以觀察到交互出現(xiàn)的暗色和淺色同心層而被劃分為同心狀包殼。與現(xiàn)代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)比較，較薄的暗色層應(yīng)為同心狀紋層。有研究描述淺色層具有晶粒狀次生結(jié)構(gòu)，原生結(jié)構(gòu)無(wú)法識(shí)別，其中部分較厚的淺色層可與被同心狀結(jié)構(gòu)所分隔的放射狀細(xì)層對(duì)比，不應(yīng)被籠統(tǒng)歸為同心狀紋層。

3)對(duì)于包殼結(jié)構(gòu)及其組合類型的古環(huán)境解釋存在問題。鮞粒包殼的同心狀結(jié)構(gòu)常被學(xué)者認(rèn)為指示水動(dòng)力較強(qiáng)的形成環(huán)境。然而，現(xiàn)代鮞粒研究和人工合成鮞粒實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，放射狀包殼可能形成于靜水環(huán)境(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Daviesetal.， 1978；Landetal.， 1979)。同心狀結(jié)構(gòu)存在多種類型，具切線狀紋層的包殼可能形成于強(qiáng)擾動(dòng)環(huán)境(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Daviesetal.， 1978；Landetal.， 1979)，而黏土質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、截面式同心狀結(jié)構(gòu)的形成，則可能由磨蝕、加積等多種沉積作用形成，因此不能籠統(tǒng)地認(rèn)為同心狀結(jié)構(gòu)可以指示擾動(dòng)較強(qiáng)的環(huán)境(Sandberg，1975；Daviesetal.， 1978；Helleretal.， 1980；Troweretal.， 2017)。由此可見，由于對(duì)古代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不充分，在使用鮞粒包殼結(jié)構(gòu)討論古環(huán)境時(shí)可能產(chǎn)生錯(cuò)誤解讀。

5.2 研究實(shí)例

近年來(lái)，筆者對(duì)國(guó)內(nèi)外多個(gè)地區(qū)的古代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)開展了專題研究，其中華南下奧陶統(tǒng)多個(gè)層段產(chǎn)出的鮞粒具有保存良好的包殼結(jié)構(gòu)。華南下奧陶統(tǒng)鮞粒主要出現(xiàn)在亮晶鮞?；?guī)r和泥晶鮞粒灰?guī)r中，在亮晶似球?；?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r中亦有少量分布，對(duì)應(yīng)碳酸鹽緩坡淺潮下帶沉積環(huán)境(孫永超等，2016)。Liu 等(2011)發(fā)現(xiàn)湖北興山地區(qū)下奧陶統(tǒng)鮞粒包殼原生結(jié)構(gòu)保存良好，依據(jù)現(xiàn)代鮞粒包殼研究成果，在其中識(shí)別出放射狀結(jié)構(gòu)和同心狀結(jié)構(gòu)。

在對(duì)這些鮞粒的包殼結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行細(xì)致描述的基礎(chǔ)上，筆者在華南下奧陶統(tǒng)鮞粒中識(shí)別出與現(xiàn)代鮞粒類似的放射狀和同心—放射狀2種包殼類型(圖 3-1，3-2，3-4，3-5)。這說明上文所建立的鮞粒包殼結(jié)構(gòu)分類方案在中國(guó)古代鮞粒研究中是適用的(該研究的詳細(xì)內(nèi)容將另文發(fā)表)。

1—放射纖維狀包殼，包殼呈連續(xù)的放射狀結(jié)構(gòu)，晶體呈較細(xì)的纖維狀，單偏光；2—圖4-1中矩形內(nèi)區(qū)域，放射纖維狀晶體排列緊密，少量深色細(xì)粒物質(zhì)彌散分布其間，包殼由數(shù)層晶體層疊構(gòu)成，單偏光；3—放射板狀包殼，包殼呈連續(xù)的放射狀結(jié)構(gòu)，晶體呈較粗的板狀，單偏光；4—圖4-3中矩形內(nèi)區(qū)域，放射板狀晶體排列松散，晶體間由深色細(xì)粒物質(zhì)填充，包殼由 1層板狀晶體構(gòu)成，單偏光圖 4 湖北興山古洞口剖面下奧陶統(tǒng)鮞粒的放射狀包殼Fig.4 Non-concentric cortices of ooids，without any concentric structure but show radial structures， from the Lower Ordovician of Gudongkou section at Xingshan，Hubei Province

1—同心—放射纖維狀包殼，包殼內(nèi)發(fā)育同心狀結(jié)構(gòu)，將放射狀結(jié)構(gòu)分隔在不同細(xì)層中；2—圖5-1中矩形內(nèi)區(qū)域，細(xì)層內(nèi)放射狀晶體呈纖維狀，同心狀結(jié)構(gòu)為有斷口的黏土質(zhì)紋層(黃色虛線)，或內(nèi)側(cè)截切放射狀晶體(紅色箭頭)、外側(cè)發(fā)育細(xì)粒層(紅色虛線)的截面—黏土質(zhì)紋層，正交偏光；3—同心—放射板狀包殼，包殼內(nèi)發(fā)育同心狀結(jié)構(gòu)，將放射狀結(jié)構(gòu)分隔在不同細(xì)層中，鮞粒外側(cè) 1個(gè)同心層內(nèi)部呈晶粒結(jié)構(gòu)(紅色箭頭)，單偏光；4—圖5-3中矩形內(nèi)區(qū)域，細(xì)層內(nèi)放射狀晶體呈板狀， 同心狀結(jié)構(gòu)為局部有斷口的黏土質(zhì)紋層(黃色虛線)，正交偏光圖 5 湖北宜昌黃花場(chǎng)剖面下奧陶統(tǒng)鮞粒的同心—放射狀包殼Fig.5 Concentric cortices of ooids，with concentric structures and layers which show radial structure， from the Lower Ordovician of Huanghuachang section at Yichang，Hubei Province

1)放射狀結(jié)構(gòu)由長(zhǎng)軸近垂直于細(xì)層或核心表面的晶體構(gòu)成(圖 4，圖 5)。這些放射狀晶體可以粒度較小、呈纖維狀外形(圖 4-1；圖 5-1)，也可以粒度較大、呈板狀外形(圖 4-3；圖 5-3)。其中纖維狀晶體排列相對(duì)緊密，深色黏土在晶體之間僅有零星分布(圖 4-2；圖 5-2)。纖維狀晶體在同心—放射狀包殼的放射狀細(xì)層中或放射狀包殼中通常層疊發(fā)育，長(zhǎng)度小于細(xì)層/包殼的厚度(圖 4-2；圖 5-2)。板狀晶體排列可能緊密也可能松散，松散排列的晶體之間富含黏土、泥晶等深色細(xì)粒物質(zhì)(圖 4-4；圖 5-4)。單個(gè)細(xì)層/包殼內(nèi)通常僅發(fā)育 1層板狀晶體，板狀晶體的長(zhǎng)度等于細(xì)層/包殼的厚度(圖 4-4；圖 5-4)。

2)同心狀結(jié)構(gòu)將放射狀結(jié)構(gòu)分隔在細(xì)層中，常見的有 2種： 黏土質(zhì)紋層和截面—黏土質(zhì)紋層。黏土質(zhì)紋層由黏土構(gòu)成，顏色較深，呈同心圓狀分布在相鄰紋層之間，局部有斷口、呈斷續(xù)分布(圖 5-3，5-4)。截面—黏土質(zhì)紋層內(nèi)側(cè)為截切紋層中放射狀晶體的同心圓狀平整截面，外側(cè)為深色黏土質(zhì)紋層(圖 5-1，5-2)。

3)根據(jù)放射狀晶體的粒度，可將放射狀包殼劃分為放射纖維狀(圖 4-1)和放射板狀(圖 4-3) 2個(gè)亞類。同心—放射狀包殼也可分為同心—放射纖維狀(圖 5-1)和同心—放射板狀(圖 5-3) 2個(gè)亞類。

6 結(jié)論

1)鮞粒包殼結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確識(shí)別是鮞粒成因和環(huán)境研究的關(guān)鍵。根據(jù)對(duì)現(xiàn)代鮞粒研究的歷史綜述和現(xiàn)狀分析，劃分出現(xiàn)代鮞粒的 3個(gè)研究階段，綜合分析了現(xiàn)代鮞粒包殼原生結(jié)構(gòu)的類型和特征，討論了包殼結(jié)構(gòu)組合類型對(duì)鮞粒研究的重要性。

2)受成巖作用影響，古代鮞粒包殼中的原生結(jié)構(gòu)可能被晶粒結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)等次生結(jié)構(gòu)取代，也可能以不同的保存程度保留在包殼中。放射狀結(jié)構(gòu)和同心狀結(jié)構(gòu)均常見于古代鮞粒包殼中，但同心狀結(jié)構(gòu)中的切線狀紋層極少能在成巖作用中保留下來(lái)。古代鮞粒常見的包殼結(jié)構(gòu)組合類型為放射狀包殼和同心—放射狀包殼。

3)中國(guó)鮞粒包殼研究起步晚，但國(guó)內(nèi)學(xué)者已對(duì)中元古界至古近系中的鮞粒進(jìn)行了大量研究，識(shí)別出了放射狀結(jié)構(gòu)、同心狀結(jié)構(gòu)等包殼原生結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)鮞粒包殼結(jié)構(gòu)研究尚存在對(duì)放射狀結(jié)構(gòu)識(shí)別不精確、對(duì)同心狀結(jié)構(gòu)和切線狀紋層等存在認(rèn)知誤區(qū)、對(duì)包殼結(jié)構(gòu)組合類型認(rèn)識(shí)不充分等問題。在借鑒現(xiàn)代鮞粒包殼結(jié)構(gòu)研究成果的基礎(chǔ)上，筆者以華南下奧陶統(tǒng)鮞粒為例，細(xì)致描述了古代鮞粒中放射狀結(jié)構(gòu)、同心狀結(jié)構(gòu)等包殼原生結(jié)構(gòu)的特征，區(qū)分出放射狀包殼、同心—放射狀包殼等包殼結(jié)構(gòu)組合類型，展示了古代鮞粒包殼原生結(jié)構(gòu)研究的重要科學(xué)意義。

致謝在野外工作和論文撰寫過程中，得到了北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院王海峰、閆振、陳宇軒、李家騰、董軼婷、蘭漪漣、王藝凝、王凱、裴進(jìn)峰等同學(xué)的寶貴意見和建議。北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室賈秋月老師制作本研究所用巖石薄片，北京大學(xué)造山帶與地殼演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 SEEL(SEM-EDS-EBSD-CL)實(shí)驗(yàn)室張波副教授和張磊同學(xué)等在包殼顯微結(jié)構(gòu)的掃描電鏡和EDS研究方面提供了寶貴的建議。在此一并感謝!