四川盆地燈影組微生物巖組構(gòu)元素富集特征及意義

李柯然，宋金民，劉樹根，楊迪，李智武，金鑫，任佳鑫，趙玲麗，夏舜，田立洲，王杉杉，張陽

1.成都理工大學能源學院，成都 610059

2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程全國重點實驗室（成都理工大學），成都 610059

3.西華大學，成都 610039

0 引言

新元古代晚期埃迪卡拉紀（635～541 Ma），隨著新元古代氧化事件（Neoproterozoic Oxidation Event，NOE）發(fā)生，全球大氣含氧量迅速增加[1-6]，埃迪卡拉紀晚期—寒武紀早期大氣含氧量達到10%～40%現(xiàn)代大氣氧水平（Present Atmosphreic Level，PAL）[7]。迅速提高的大氣含氧量誘發(fā)了深部海洋的間歇性氧化[3]。在間歇性氧化背景下，埃迪卡拉紀海洋存在區(qū)域性缺氧現(xiàn)象，海洋分層性明顯，具有“三明治”式的結(jié)構(gòu)[3-8]，深層海水缺氧且富集Fe2+[4-6]。發(fā)育在上揚子地臺的燈影組作為埃迪卡拉紀的最后一套地層，微生物礦化現(xiàn)象大量發(fā)生[8-11]，對于研究埃迪卡拉紀—寒武紀地球生命與環(huán)境演化具有重要意義[3]。然而，當前對燈影組古海洋環(huán)境仍存在爭議，鄭德順等[12]認為燈影組古海洋為弱氧化環(huán)境，陳雅麗等[13]認為燈影組古海洋經(jīng)歷了缺氧到弱氧化或氧化狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，Dinget al.[14]通過對微生物席Fe 元素分析，指出燈影組古海水為富氧環(huán)境，Zhanget al.[15]根據(jù)U 同位素分析，燈影組古海洋缺氧硫化面積擴大。

微生物巖（microbolite）最初被定義為隱藻類碳酸鹽巖[16]，后被定義為由底棲微生物群落（benthic microbial community）通過捕獲、黏結(jié)、點位礦物附著沉積的巖石[17]。當前微生物巖的定義更為廣泛，強調(diào)由微生物活動與礦化過程耦合形成的巖石[18]。四川盆地燈影組微生物巖又被稱為藻云巖、黏結(jié)巖，進一步又分為層紋、疊層、綿層和黏連型，由球狀橢球狀藍細菌發(fā)育而來[19-20]。燈影組藻云巖又可進一步分為隱藻類云巖（凝塊組構(gòu)）、富藻類云巖（紋層組構(gòu)、疊層組構(gòu)、泡沫狀組構(gòu)、核形石組構(gòu)）[20]。目前對微生物巖的研究集中在巖石結(jié)構(gòu)、沉積特征與油氣儲集意義[21-29]，對地球化學與古環(huán)境結(jié)合較少，對微生物作用—古環(huán)境效應(yīng)仍缺乏研究。選取川北楊壩剖面、蜀南地區(qū)ZS1 井、川西南地區(qū)HS1 井和川中地區(qū)GK1 井燈影組微生物巖為研究對象，利用地球化學和地質(zhì)統(tǒng)計方法，揭示四川盆地燈影組微生物巖—古環(huán)境地球化學效應(yīng)，為燈影組古海洋環(huán)境研究提供新的視角。

1 地質(zhì)概況

四川盆地位于上揚子地臺區(qū)，屬華南板塊西北部。中元古代晚期（900 Ma），全球格林威爾造山運動形成了羅迪尼亞超大陸[30]，上揚子地臺逐漸形成穩(wěn)定的海相克拉通臺地[31-33]。在地殼幕式上升運動作用下，四川盆地進一步出現(xiàn)垂直差異隆升（桐灣運動），形成埃迪卡拉紀晚期燈影組二段和四段兩個區(qū)域性不整合面，燈二段—燈四段時期，盆地西部發(fā)育南北向的綿陽—長寧拉張槽[34]，在燈影組沉積晚期形成了槽—臺格局。

隨著“雪球地球事件”結(jié)束后的全球性氣候變暖、新元古代氧化事件（NOE）[3-6]，埃迪卡拉紀晚期燈影組槽—臺格局控制下的四川盆地微生物巖發(fā)育達到新的高峰，臺緣與臺內(nèi)微生物丘灘發(fā)育（圖1a，b），記錄了埃迪卡拉紀晚期微生物活動、古環(huán)境演變與地球早期生命演化信息。四川盆地燈影組與下伏陡山沱組為整合接觸，自下而上可分為四段：燈一段微生物不發(fā)育，主要為泥晶白云巖；燈二段微生物發(fā)育，巖性主要為紋層疊層白云巖、凝塊白云巖，以葡萄花邊狀構(gòu)造的發(fā)育為特征；燈三段主要為藍灰色泥頁巖、粉砂巖與硅質(zhì)巖等；燈四段微生物發(fā)育，多為硅化泥晶白云巖、硅化紋層疊層白云巖和凝塊白云巖等（圖1c）。受兩幕桐灣運動影響，形成了燈影組內(nèi)部燈二段與燈三段以及燈影組與上覆下寒武統(tǒng)的不整合面（圖1c）。

2 材料與方法

樣品來自四川盆地楊壩剖面、廖家槽剖面、先鋒剖面、ZS1井、HS1井、WT1井和GK1井燈影組二段和四段。分析測試為碳氧同位素測試和激光微區(qū)原位微量元素測試分析。

鉆井取心樣品經(jīng)過酒精擦拭后，放入KQ-100B超聲波清洗器震蕩20 min，隨后繼續(xù)在酒精中浸泡24 h。取樣時選擇明顯的微生物巖，制作薄片完成鏡下鑒定后利用微鉆定向鉆取微生物組構(gòu)[36]，得到全巖樣品。樣品全巖處理采用分步溶解法[37]，進一步除去雜質(zhì)，利用2%HNO3溶解，離心吸取上清液后進行全巖主微量、碳氧同位素測試。

薄片觀察在成都理工大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室完成，在Nikon E600 Pol+偏光顯微鏡及照相系統(tǒng)下觀察并拍照。碳氧同位素測試在成都理工大學地球化學測試中心完成，測試儀器為Thermo Fisher MAT253雙路進樣穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀。激光微區(qū)原位微量元素分析在武漢上譜分析測試實驗室完成，測試儀器為GeoLas-HD 193nm準分子激光剝蝕系統(tǒng)和Agilent 7900 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。

3 結(jié)果

3.1 微生物組構(gòu)鏡下特征

偏光顯微鏡下，微生物組構(gòu)可劃分為紋層—疊層組構(gòu)、凝塊組構(gòu)、泡沫綿層組構(gòu)和包覆組構(gòu)。

1）紋層—疊層組構(gòu)

主要出現(xiàn)在紋層疊層石中，呈層狀、柱狀或穹狀，與微生物席密切相關(guān)[29]。紋層組構(gòu)是石化的微生物席，以層狀平鋪為主，在不同動蕩程度的水體，微生物群落生長方向改變，形成多樣的疊層結(jié)構(gòu)[38-40]。燈二段紋層組構(gòu)以層狀、波狀為主，呈較平直的亮暗相間的結(jié)構(gòu)，水深2～4 m[29,41]。燈四段紋層組構(gòu)以波狀、柱狀為主，顯微結(jié)構(gòu)為波狀起伏的暗層夾少量亮層，發(fā)育在水深6～10 m 的較深部位[29]（圖2a～c）。紋層—疊層組構(gòu)可見疑似放線菌Actinophycus（圖3a，黃色箭頭）、似葛萬菌Girvanellas（圖4a，黃色箭頭），發(fā)育紋層狀（圖3a，藍色箭頭）、疊層狀微生物席（圖4c，黃色方框）。

圖2 四川盆地埃迪卡拉紀晚期微生物巖組構(gòu)特征圖（a）紋層組構(gòu)，LJC-10-4B，燈二段；（b）紋層組構(gòu)，ZS1-113-5，燈四段；（c）紋層組構(gòu)，LJC-29-5B，燈二段；（d）凝塊組構(gòu)，ZS1-6-1，燈二段；（e）凝塊組構(gòu)，ZS1-78-1，燈四段；（f）凝塊組構(gòu)，LJC-7-1B，燈二段；（g）泡沫綿層組構(gòu)，EB3-3-1，燈二段；（h）葡萄花邊組構(gòu)，LJC-10-4B；（i）核形石組構(gòu)，XF-31-2，燈四段；（j）紋層組構(gòu)+泥晶組構(gòu)，LA-ICP-MS測試點位選取，ZS1-13-1；（k）紋層組構(gòu)+泡沫綿層+泥晶組構(gòu)，LA-ICP-MS測試點位選取，ZS1-64-1；（l）凝塊組構(gòu)+泥晶組構(gòu)，LA-ICP-MS測試點位選取，ZS1-92-1；圖a～l均為單偏光Fig.2 Characteristics of the microbial fabric from the Late Ediacaran strata in the Sichuan Basin

圖3 燈二段微生物巖組構(gòu)陰極發(fā)光特征圖（a）紋層組構(gòu)，LJC-18-2B，放線菌Actinophycus（黃色箭頭），微生物席（藍色箭頭），燈二段；（b）紋層組構(gòu)，LJC-18-2B，放線菌Actinophycus（黃色箭頭），微生物席（藍色箭頭），放線菌呈暗色，微生物席呈暗灰色，燈二段；（c）疊層組構(gòu)，LJC-13-2B，燈二段；（d）凝塊組構(gòu)，EB-21-2，似附枝菌Epiphiton-resembling（黃色箭頭），燈二段；（e）凝塊組構(gòu)，EB-21-2，似附枝菌Epiphiton-resembling（黃色箭頭），似附枝菌內(nèi)部呈暗紅色，邊緣呈淺紅色，燈二段；（f）葡萄花邊組構(gòu)，LJC-2-1B，放線菌Actinophycus（黃色箭頭），葡萄花邊（藍色箭頭），燈二段；（g）葡萄花邊組構(gòu)，LJC-2-1B，放線菌Actinophycus（黃色箭頭），葡萄花邊（藍色箭頭），放射線菌呈亮紅色，葡萄花邊組構(gòu)深色部分呈現(xiàn)淺灰色，亮色部分呈暗色，燈二段；（h）泡沫綿層+紋層組構(gòu)，ZS1-5-1，疑似曲線菌Tortofimria（黃色箭頭），疑似似腎形菌Renaclis（藍色箭頭），紋層組構(gòu)（黃色方框），燈二段；（i）紋層組構(gòu)，ZS1-5-1，疑似曲線菌Tortofimria（黃色箭頭），疑似似腎形菌Renaclis（藍色箭頭），紋層組構(gòu)（黃色方框），曲線菌、似腎形菌、紋層組構(gòu)呈暗紅色，燈二段Fig.3 Cathodoluminescent characteristics of the microbial fabrics in the Deng2 member

圖4 燈四段微生物巖組構(gòu)陰極發(fā)光特征圖（a）紋層組構(gòu)，LJC-30-2B，疑似似葛萬菌Girvanellas（黃色箭頭），燈四段；（b）紋層組構(gòu)，LJC-30-2B，疑似似葛萬菌Girvanellas（黃色箭頭），疑似似葛萬菌呈暗紅色，邊界不明顯，燈四段；（c）紋層組構(gòu)，ZS1-116-1，微生物席（黃色方框），微生物席呈暗色，邊界不明顯，燈四段；（d）紋層組構(gòu)，ZS1-116-1，微生物席（黃色方框），燈四段；（e）凝塊組構(gòu)，JKH37-1-10，凝塊（黃色方框），疑似似腎形菌Renaclis（黃色箭頭），疑似曲線菌Tortofimria（藍色箭頭），燈四段；（f）凝塊組構(gòu)，JKH37-1-10，疑似似腎形菌Renaclis（黃色箭頭），疑似曲線菌Tortofimria（藍色箭頭）呈暗紅色，邊界不明顯，燈四段；（g）泡沫綿層組構(gòu)，ZS1-105-1，疑似似附枝菌Epiphiton-resembling（黃色方框），燈四段；（h）泡沫綿層組構(gòu)，ZS1-105-1，疑似似附枝菌Epiphiton-resembling（黃色方框），似附枝菌呈暗紅色，邊界不明顯，燈四段；（i）泡沫綿層組構(gòu)，ZS1-111-1，疑似似腎形菌Renaclis（黃色箭頭），燈四段Fig.4 Cathodoluminescent characteristics of the microbial fabrics in the Deng4 member

2）凝塊組構(gòu)

凝塊組構(gòu)中觀特征上呈現(xiàn)不規(guī)則的斑塊狀[40]。凝塊組構(gòu)的形成可能與早期疊層石形成后受到生物擾動改造[41]、有機物質(zhì)分離降解[42]、微生物群落本身差異化[43]和球形菌占主導的微生物群體同期生長和鈣化作用有關(guān)[44]。燈二段、燈四段凝塊石組構(gòu)均呈海綿狀、云霧狀、斑塊狀，沉積水動力較強，發(fā)育環(huán)境水體動蕩，水深6～10 m[41]（圖2d～f）。凝塊組構(gòu)中可見似附枝菌Epiphiton-resembling（圖3d，黃色箭頭）、似腎形菌Renaclis（圖3e，黃色箭頭），曲線菌Tortofimria（圖3e，黃色箭頭）。

3）泡沫綿層組構(gòu)

泡沫綿層組構(gòu)是由泡沫綿層菌生長形成的一種微生物組構(gòu)[45]，微生物礦化后形成單個的泡沫狀結(jié)構(gòu)體，相互黏結(jié)成層。燈二段、燈四段泡沫綿層組構(gòu)形態(tài)相同，呈不規(guī)則橢球狀，內(nèi)部空腔被亮晶白云石膠結(jié)。泡沫綿層組構(gòu)形成于潮下—潮間帶內(nèi)，水動力條件較強，水深4～10 m[41,44]（圖2g）。泡沫綿層組構(gòu)可見疑似曲線菌Tortofimria（圖3h，黃色箭頭）、似腎形菌Renaclis（圖3h，藍色箭頭；圖4i，藍色箭頭）、似附枝菌Epiphiton-resembling（圖4g，黃色方框）。

4）葡萄花邊組構(gòu)

葡萄花邊組構(gòu)的成因具有爭議，通常被認為是早期紋層組構(gòu)暴露，由海平面升降、大氣淡水淋濾改造、地層流體周期性波動沉積溶蝕后，微生物活動充填沉積形成[45-46]。燈影組葡萄花邊組構(gòu)發(fā)育在燈二段，顯微特征上表現(xiàn)為亮暗相間的韻律型紋層疊層與纖狀、刃狀及粒狀亮晶白云石疊置（圖2h）。葡萄花邊組構(gòu)中可見放線菌Actinophycus（圖3f，黃色箭頭）

5）包覆組構(gòu)

包覆組構(gòu)多形成核形石。燈二段、燈四段核形石顆粒大小多為1～3 mm，其核心多為凝塊，少量以紋層作為核心，包覆圈層以亮暗相間的紋層或暗色泥晶結(jié)殼為主，包覆結(jié)構(gòu)完整，局部呈斷續(xù)狀分布（圖2i）。富菌、多圈層核形石常發(fā)育在水動力弱的環(huán)境，水深6～10 m[47]。

3.2 微生物組構(gòu)陰極發(fā)光特征

微生物組構(gòu)陰極發(fā)光特征表現(xiàn)為黑色、暗紅色（圖3b，c，e，g，i、圖4b，d，f，h）。紋層組構(gòu)中微生物結(jié)構(gòu)在陰極發(fā)光下均呈現(xiàn)黑色，與周圍組分邊界模糊，陰極發(fā)光下組構(gòu)形態(tài)消失（圖3a～c，h，i、圖4a～d）。凝塊組構(gòu)微生物結(jié)構(gòu)在陰極發(fā)光下呈暗紅色，邊緣呈亮紅色（圖3d，e），凝塊組構(gòu)內(nèi)部存在非均一性，偏光顯微鏡下凝塊組構(gòu)為均勻黑色塊狀體（圖4e），陰極發(fā)光下顯示出凝塊邊緣膠結(jié)物黑色（圖4f）。葡萄花邊組構(gòu)中核心部分（圖3g，i；藍色箭頭）在陰極發(fā)光下呈黑色，花邊纖柱狀結(jié)構(gòu)呈暗紅色—黑色（圖3f～g）。泡沫綿層組構(gòu)在陰極發(fā)光下呈黑色，與周圍邊界模糊，組構(gòu)形態(tài)特征不明顯（圖4g～h）。

3.3 微生物組構(gòu)掃描電鏡特征

掃描電鏡—能譜測試顯示，微生物組構(gòu)Mg/Ca主要分布在1附近，與原生白云石接近。掃描電鏡下可見納米級顆粒狀藍細菌化石（圖5a 黃色箭頭，圖5c紅色十字）、刺狀藍細菌化石（圖5b 黃色箭頭）、六葉形藍細菌化石（圖5d～f，藍色箭頭）、包鞘狀藍細菌化石（圖5g～i，紅色十字）、絲狀藍細菌化石（圖6c，紅色十字；圖6i，黃色箭頭、紅色十字）。誘導礦物大量發(fā)育，呈疊層狀（圖5a，b，d～f）、納米級顆粒狀（圖5h，i、圖6a，b，g，i），誘導礦物與微生物席（EPS 或生物膜）伴生，與前人報道的燈影組藻白云巖掃描電鏡特征類似[48]。

圖5 燈二段微生物巖組構(gòu)掃描電鏡特征圖（a）泡沫綿層組構(gòu)，YBC-30，團狀藍細菌化石（黃色箭頭），團狀體由納米級實心顆粒狀藍細菌化石組成，Mg/Ca約等于1，與片狀白云石伴生（藍色箭頭），燈二段；（b）核形石組構(gòu)，YBC-17-6B，刺狀藍細菌化石（黃色箭頭），Mg/Ca約等于0.8，與片狀白云石伴生（藍色箭頭），燈二段；（c）紋層組構(gòu)，HS1-19，微生物席大量發(fā)育，微生物席由橢球狀藍細菌化石組成，成層性明顯，橢球狀藍細菌化石由納米級蠕蟲狀藍細菌化石組成，橢球狀藍細菌化石Mg/Ca約等于0.5，微生物席內(nèi)可見菱形白云石（藍色箭頭），燈二段；（d）葡萄花邊組構(gòu)，YBC-30-1B，藍細菌化石群（黃色方框），由放射狀藍細菌化石組成，Mg/Ca約等于1.1，燈二段；（e）葡萄花邊組構(gòu)，YBC-30-1B，視域為圖（d）藍色虛線框放大，微米級視域顯示藍細菌化石為六葉形絲狀疊合體（藍色箭頭），疊合體Mg/Ca約等于1，含F(xiàn)e元素（3.7%），與塊狀白云石（黃色箭頭）、片狀白云石（紅色箭頭）伴生，燈二段；（f）葡萄花邊組構(gòu)，YBC-30-1B，視域為圖（d）藍色實線框放大，亞納米級視域顯示六葉形絲狀疊合體由單個六葉形藍細菌化石組成（藍色箭頭），葉體發(fā)生折斷（黃色箭頭），六葉形藍細菌化石Mg/Ca約等于0.9，含F(xiàn)e元素（1.25%），燈二段；（g）凝塊組構(gòu)，HS1-58，疑似似腎形菌Renaclis（黃色方框），Mg/Ca約0.9，燈二段；（h）凝塊組構(gòu)，HS1-5，藍細菌包鞘發(fā)育，Mg/Ca約等于0.9，微生物席發(fā)育（藍色方框），燈二段；（i）凝塊組構(gòu)，HS1-5，視域為圖（h）藍色方框放大，微生物席內(nèi)發(fā)育葛萬菌Girvanella（s黃色箭頭），絲狀葛萬菌Girvanellas外圍發(fā)育由亞納米級方解石、黃鐵礦組成的胞狀體（紅色箭頭），微生物席內(nèi)黃鐵礦發(fā)育（藍色箭頭），燈二段Fig.5 Scanning electron microscope (SEM) characteristics of the microbial fabrics in the Deng2 member

圖6 燈四段微生物巖組構(gòu)掃描電鏡特征圖（a）紋層組構(gòu)，YBC-76-1B，由微生物膜或EPS發(fā)育成的微生物席（黃色方框），微生物席內(nèi)為含磷方解石顆粒，含Nb元素，燈四段；（b）紋層組構(gòu)，YBC-76-1B，視域為圖（a）藍色虛線方框放大，微生物席內(nèi)為亞納米級含磷方解石顆粒，燈四段；（c）紋層組構(gòu)，YBC-76-1B，視域為圖（a）藍色實線方框放大，絲狀葛萬菌Girvanellas發(fā)育（黃色箭頭），礦物顆粒為方解石，燈四段；（d）紋層組構(gòu)，YBC-76-1B，含磷方解石，燈四段；（e）疊層組構(gòu)，YBC-74-2B，微生物席稀疏發(fā)育球狀藍細菌化石（黃色方框），礦物顆粒為CaSO4，燈四段；（f）疊層組構(gòu)，YBC-74-2B，視域為圖（e）藍色虛線框放大，球狀藍細菌化石含Ca、Fe、S元素，燈四段；（g）凝塊組構(gòu)，HS1-56，微生物席發(fā)育（黃色方框），微生物席內(nèi)可見橢球形化石（藍色箭頭），外部覆蓋納米級顆粒（黃色箭頭），燈四段；（h）凝塊組構(gòu)，HS1-33，微米級球狀白云石，Mg/Ca約等于0.9，燈四段；（i）凝塊組構(gòu)，GK1-17，微生物席發(fā)育（黃色方框），發(fā)育微米級半棱角狀白云石（藍色箭頭），條形藍細菌化石（黃色箭頭），絲狀葛萬菌Girvanellas（紅色箭頭），燈四段Fig.6 SEM characteristics of the microbial fabrics in the Deng4 member

3.4 微生物組構(gòu)地球化學特征

3.4.1 全巖地球化學特征

海相碳酸鹽巖碳氧同位素受沉積環(huán)境、成巖作用影響，差異明顯[49]。四川盆地燈二段微生物組構(gòu)碳同位素（紋層組構(gòu)0.8‰～4.5‰，凝塊組構(gòu)1.0‰～3.2‰，泡沫綿層1.3‰～2.5‰，核形石1.0‰～4.2‰，葡萄花邊2.8‰～4.9‰），燈四段微生物組構(gòu)碳同位素（紋層組構(gòu)-0.8‰～3.0‰，凝塊組構(gòu)0～2.0‰，泡沫綿層0.4‰～1.8‰），絕大部分位于同期海水（-1.0‰～4.0‰）范圍內(nèi)[49-51]（圖7）。絕大部分燈二段、燈四段微生物組構(gòu)δ18O均位于同期海水（-8.0‰～-2.0‰）范圍內(nèi)[49-51]（圖7）。微生物組構(gòu)古鹽度Z值介于120.80～134.98，平均值為128.62，古溫度介于23.83 ℃～85.69 ℃，平均值為41.19 ℃（表1）。

表1 微生物組構(gòu)碳、氧同位素特征Table 1 Carbon and oxygen isotopic characteristics from the microbial fabrics

圖7 四川盆地燈影組微生物組構(gòu)δ13C-δ18O 分布圖（a）組構(gòu)δ13C分布；（b）組構(gòu)δ18O分布Fig.7 The δ13C-δ18O distribution of the microbial fabric in the Dengying Formation,Sichuan Basin

3.4.2 微區(qū)地球化學特征

激光微區(qū)測試對微生物組構(gòu)元素含量進行了高精度原位測試。測試結(jié)果顯示（表2，3），燈影組微生物組構(gòu)各元素含量較低，元素以Ca、Mg 為主，F(xiàn)e、Mg元素總含量主要分布在0～500 μg/g，含量較低。微生物組構(gòu)元素含量未見異常富集。

表2 微生物組構(gòu)微量元素微區(qū)地球化學特征Table 2 In-situ geochemical characteristics of trace elements in the microbial fabric

表3 微生物組構(gòu)稀土元素微區(qū)地球化學特征Table 3 In-situ geochemical characteristics of REEs in the microbial fabric

4 討論

4.1 成巖作用與陸源碎屑影響

樣品地球化學分析數(shù)據(jù)由激光原位剝蝕測得，避免了全巖測試中可能造成的干擾。Mn/Sr 是判定成巖作用影響的重要指標，Mn/Sr比小于10認為碳酸鹽巖樣品未受成巖作用[3]。燈二段微生物組構(gòu)Mn/Sr介于0.840～5.240，平均值為3.580，燈四段微生物組構(gòu)Mn/Sr介于1.510～4.760，平均值為2.780（表2）。微生物組構(gòu)未受到成巖作用影響。全巖碳、氧同位素測試結(jié)果位于同期海水范圍內(nèi)，測試古鹽度、古溫度與[48]報道的四川盆地燈影組微生物巖古鹽度、古溫度結(jié)果一致，證明了微生物組構(gòu)記錄了同期海洋環(huán)境信息。陰極發(fā)光測試顯示微生物組構(gòu)多呈黑色、暗紅色，指示了弱成巖作用。

微生物組構(gòu)地球化學測試中可能受到陸源碎屑影響。陸源碎屑顆粒通常含有高稀土濃度，掩蓋碳酸鹽巖礦物信號[52]。通過REE-Th 交會圖（圖8a），微生物組構(gòu)ΣREE 與Th 相關(guān)性較差，微生物組構(gòu)未受到陸源碎屑顆粒污染。燈二段、燈四段全巖樣品稀土分配模式呈“海水來源”模式的復合構(gòu)型[53]，指示了稀土元素的海水來源（圖9）。Y/Ho 值是評價碳酸鹽巖淡水與海水來源的主要指標，海水沉積物Y/Ho 通常大于等于44，受淡水影響沉積物Y/Ho 小于44（參考PAAS 中Y/Ho 為27）[54]。微生物組構(gòu)Y/Ho 值介于49.060～1 703.650，平均值為381.050，顯示了明顯的海水來源。

圖8 四川盆地燈影組微生物組構(gòu)ΣREE-Th、Eu-Ba、Ce/Ce*-Pr/Pr*交會圖（a）組構(gòu)ΣREE-Th交會圖；（b）組構(gòu)Eu-Ba交會圖；（c）組構(gòu)Ce/Ce*-Pr/Pr*交會圖Fig.8 The total rare earth element and thrium (ΣREE-Th),europium-barium,Ce/Ce*-Pr/Pr* cross-plotting diagrams from in-situ analysis of microbial fabrics of the Dengying Formation,Sichuan Basin(a) the total rare earth element and thrium (ΣREE-Th) cross-plotting diagrams;(b) the europium-barium cross-plotting diagrams;(c) the Ce/Ce*-Pr/Pr* cross-plotting diagrams

圖9 四川盆地燈影組微生物組構(gòu)微區(qū)REE+Y 分配圖Fig.9 Rare earth element and yttrium (REE+Y) distribution diagrams from in-situ analysis of microbial fabrics of the Dengying Formation,Sichuan Basin

綜上所述，微生物巖組構(gòu)地球化學數(shù)據(jù)規(guī)避了成巖作用，數(shù)據(jù)可靠。

4.2 元素富集特征

單一統(tǒng)計元素含量難以評估微生物組構(gòu)的元素富集效應(yīng)，需要引入富集系數(shù)，并結(jié)合相關(guān)性分析結(jié)果進一步探究組構(gòu)間元素差異。前人研究表明鮞粒組構(gòu)、葡萄花邊組構(gòu)中的纖柱狀結(jié)構(gòu)反映了同時期海水性質(zhì)[55]。富集系數(shù)一般用Th、Al元素標準化，去除碎屑顆粒影響[56]。在原有富集系數(shù)公式上，分母選擇文獻[55]報道的燈影組古海水數(shù)據(jù)，計算微生物組構(gòu)各元素相對海水的富集系數(shù)，計算公式如下：

X[EF]大于1時認為微生物組構(gòu)相對同時期海水具有元素富集效應(yīng)。

四川盆地燈影組微生物巖微量元素統(tǒng)計分析顯示（表4），燈二段凝塊組構(gòu)富集V（V[EF]2.700～11.922，V[EF]平均=2.700）、Ni（Ni[EF]0～8.927，Ni[EF]平均=1.542）、Y（Y[EF]0.746～4.116，Y[EF]平均=1.429），葡萄花邊組構(gòu)富集V（V[EF]0.659～1.711，V[EF]平均=1.165）、Y（Y[EF]1.262～3.464，Y[EF]平均=2.284）、Zr（Zr[EF]0.401～2.166，Zr[EF]平均=1.017）、HREE（HREE[EF]1.203～1.549，HREE[EF]平均=1.380）。燈四段凝塊組構(gòu)富集V（V[EF]13.654～29.549，V[EF]平均=20.428）、Cr（Cr[EF]0.411～1.938，Cr[EF]平均=1.004）、Ni（Ni[EF]0.697～3.325，Ni[EF]平均=1.966）、Cu（Cu[EF]13.654～1.957，Cu[EF]平均=1.245）、Y（Y[EF]3.733～8.080，Y[EF]平均=5.627）、LREE（LREE[EF]0.971～4.352，LREE[EF]平均=2.084）、HREE（HREE[EF]1.202～6.084，HREE[EF]平均=2.801）、ΣREE（ΣREE[EF]0.998～4.552，ΣREE[EF]平均=2.167）元素，紋層組構(gòu)富集V（V[EF]1.825～3.505，V[EF]平均=2.509）、Cr（Cr[EF]0.402～1.772，Cr[EF]平均=1.110）、Ni（Ni[EF]1.108～3.938，Ni[EF]平均=2.715）、Y（Y[EF]6.768～45.906，Y[EF]平均=17.809）、Zr（Zr[EF]0.018～8.402，Zr[EF]平均=2.183）、LREE（LREE[EF]1.771～9.538，LREE[EF]平均=3.944）、HREE（HREE[EF]3.542～26.562，HREE[EF]平均=10.382）、ΣREE（ΣREE[EF]1.976～11.508，ΣREE[EF]平均=4.689）元素（表4）。

表4 微生物組構(gòu)富集系數(shù)特征Table 4 Characteristics of the microbial fabric enrichment coefficient

綜上所述，燈二段組構(gòu)主要富集V、Ni、Y、Zr、以及HREE，V、Y元素在葡萄花邊組構(gòu)和凝塊組構(gòu)均有富集，Ni元素富集在凝塊組構(gòu)中；燈四段組構(gòu)主要富集V、Cr、Ni、Cu、Y、Zr、LREE、HREE 和ΣREE，V、Cr、Ni、Y、LREE、HREE和ΣREE在凝塊及紋層組構(gòu)中均有富集，Cu元素富集在凝塊組構(gòu)中，Zr元素富集在紋層組構(gòu)中。

4.3 古海洋環(huán)境特征

Sr/Ba 作為古鹽度判別指標，咸水環(huán)境中Sr/Ba＞1[57]。U/Th、V/（V+Ni）可有效判別氧化還原環(huán)境。氧化條件下U/Th＜0.75，缺氧條件下U/Th＞1.25[58]。V/（V+Ni）在反映氧化還原環(huán)境的同時，能進一步反映水體分層性質(zhì)。V/（V+Ni）＞0.84 指示水體分層強烈的貧氧環(huán)境，V/（V+Ni）＜0.6 指示弱分層的富氧環(huán)境[59]。V/Cr＞4.25 指示缺氧環(huán)境、2＜V/Cr＜4 指示貧氧環(huán)境、V/Cr＜2指示富氧環(huán)境[57]，Ni/Co作為氧化還原指標，當Ni/Co＞1.5 指示缺氧環(huán)境，1＜Ni/Co＜1.5 指示貧氧氣環(huán)境，Ni/Co＜1指示富氧環(huán)境[60]。

除極少數(shù)樣品外，燈二段、燈四段微生物組構(gòu)Sr/Ba值介于0.627～26.515，平均值為9.500，均屬于咸水環(huán)境，與古鹽度計算結(jié)果一致（表1）。U/Th值介于0.680～329.800，平均值為470.830，表現(xiàn)出缺氧特征。

燈二段凝塊組構(gòu)V/（V+Ni）值介于0.229～1.000，平均值為0.652，Ni/Co值介于0.001～53.637，平均值為11.237，燈二段凝塊組構(gòu)發(fā)育在弱分層貧氧環(huán)境。燈二段葡萄花邊組構(gòu)V/（V+Ni）值介于0.431～1.000，平均值為0.632，Ni/Co 值介于0.001～0.754，平均值為0.295，葡萄花邊組構(gòu)發(fā)育在弱分層富氧環(huán)境。燈四段段凝塊組構(gòu)V/（V+Ni）值介于0.846～0.986，平均值為0.906，V/Cr值介于1.100～4.301，平均值為2.218，Ni/Co值介于3.748～17.191，平均值為1.807，凝塊組構(gòu)發(fā)育在強分層貧氧環(huán)境。燈四段紋層組構(gòu)V/（V+Ni）值介于0.313～0.757，平均值為0.505，V/Cr 值介于0.113～0.520，平均值為0.238，Ni/Co 值介于0.001～2.686，平均值為1.224，紋層組構(gòu)發(fā)育在弱分層富氧環(huán)境。

稀土元素中Ce元素異常（Ce/Ce*）易受La元素影響，一般用Ce/Ce*-Pr/Pr*交會圖來評價La 元素對Ce異常的干擾[61]。Eu（Ⅱ）元素與Ba（Ⅱ）價態(tài)相同，離子半徑相近，容易發(fā)生相互替代，Eu元素異常判定時容易受Ba 元素異常影響[58]。微生物巖的Eu-Ba（圖8b）、Ce/Ce*-Pr/Pr*（圖8c）交會圖顯示，部分燈二段葡萄花邊、少部分燈二段凝塊具有正的La 異常。排除La異常、Ba異常干擾后，燈二段凝塊組構(gòu)中Ce/Ce*介于0.503～1.166，平均值為1.017，Eu/Eu*介于0～2.166，平均值為1.017，凝塊組構(gòu)具有弱Ce、Eu正異常，凝塊組構(gòu)發(fā)育在氧化—缺氧過渡、少量熱液混合環(huán)境。燈二段葡萄花邊組構(gòu)中Ce/Ce*介于0.577～0.787，平均值為0.680，Eu/Eu*介于0.706～1.323，平 均值為0.794，葡萄花邊組構(gòu)發(fā)育在氧化、無熱液混合環(huán)境。燈四段凝塊組構(gòu)Ce/Ce*介于0.523～0.580，平均值為0.551，Eu/Eu*介于0.670～1.298，平均值為0.987，凝塊組構(gòu)發(fā)育在氧化—缺氧過渡、無熱液混合環(huán)境。燈四段紋層組構(gòu)Ce/Ce*介于0.486～0.649，平均值為0.552，Eu/Eu*介于0～5.953，平均值為1.805，紋層組構(gòu)發(fā)育在氧化，熱液混合環(huán)境。

綜上所述，燈影組微生物組構(gòu)記錄了同時期海水特征，燈二段凝塊組構(gòu)發(fā)育在弱分層、貧氧、少量熱液混合的環(huán)境，葡萄花邊組構(gòu)發(fā)育在弱分層、富氧、無熱液混合的環(huán)境；燈四段凝塊組構(gòu)發(fā)育在強分層、缺氧、無熱液混合的環(huán)境，紋層組構(gòu)發(fā)育在弱分層、氧化、無熱液混合的環(huán)境。

4.4 元素富集特征與古環(huán)境、微生物作用

微生物組構(gòu)形成與微生物礦化活動密切相關(guān)，傳統(tǒng)觀點認為微生物礦化活動包含微生物控制成礦（Biologically Controlled Mineralization，BCM）、微生物誘導成礦（Biologically Induced Mineralization，BIM）[62]。前人研究顯示，燈影組時期淺海微生物以藍細菌、硫酸還原型細菌為主，微生物作用包括誘導礦化和與有機礦化作用相關(guān)的影響礦化[48]。微生物誘導成礦過程包括微生物誘導碳酸鹽巖成礦和硫酸鹽還原誘導成礦[63]，誘導過程中，微生物代謝活動促使微環(huán)境pH、不斷變化，環(huán)境中的金屬陽離子具有置換誘導成礦過程中已經(jīng)沉淀的Ca2+、Mg2+[64-69]。微生物影響礦化與胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substance，EPS）相關(guān)，EPS 上大量的吸附位點有利于陽離子附著。微生物影響礦化過程中微生物種類主要為硫酸還原型細菌，發(fā)生在準同生階段的潮上帶環(huán)境[48]。掃描電鏡觀察結(jié)果顯示（圖5，6），誘導礦物在燈二段、燈四段均有發(fā)育，燈二段發(fā)育大量疊層狀、片狀誘導礦物，燈四段EPS呈蜂窩狀且與大量球狀、粒狀誘導礦物顆粒伴生。能譜結(jié)果表明，燈四段大量微生物組構(gòu)內(nèi)具有Fe、S 元素信號（圖6），指示燈四段微生物中硫酸還原型細菌比例升高，燈四段時期臺地區(qū)淺水環(huán)境分層性增強，藍細菌與硫酸還原型細菌同時發(fā)育。這一結(jié)果與燈四段凝塊組構(gòu)V/（V+Ni）升高具有一致性。燈二段大量的疊層狀誘導礦物指示了活躍的微生物新陳代謝活動[48]，微生物席發(fā)育穩(wěn)定。這一時期海水呈弱分層，有利于微生物席的發(fā)育。穩(wěn)定、強代謝活動的微生物席保證了微環(huán)境中pH的穩(wěn)定，微生物誘導礦物未發(fā)生大量元素替代。

微生物組構(gòu)中呈現(xiàn)出明顯富集效應(yīng)的V、Cr、Ni、Cu 是氧化還原敏感元素[70]，缺氧環(huán)境沉積物富集V、Cr、Ni。燈影組所有微生物組構(gòu)均呈現(xiàn)出V、Ni富集，指示燈影組時期海水氧化程度較低。燈二段時期海水為弱分層結(jié)構(gòu)，微生物組構(gòu)發(fā)育的微環(huán)境與整體特征一致，顯示出海水較為均一的特點。燈四段海水情況較為復雜，在整體較為缺氧的情況下，燈四段微生物組構(gòu)V、Cr、Ni元素富集與海洋缺氧背景一致。在分層結(jié)構(gòu)中，紋層組構(gòu)處于氧化微環(huán)境。凝塊組構(gòu)Cu富集現(xiàn)象與還原條件下形成的硫化物相關(guān)，指示了強硫酸還原型細菌的活動。Zr元素主要以鋯石的形式賦存，以陸源碎屑形式進入碳酸鹽巖組構(gòu)[71]。燈影組紋層組構(gòu)中出現(xiàn)的Zr 富集，可能與微生物席捕捉陸源碎屑顆粒相關(guān)。陸源碎屑引入的Cr、Ce 元素可能造成含Cr 判定指標異常。因此，燈四段紋層組構(gòu)發(fā)育微環(huán)境的氧化性仍需進一步研究。

微生物誘導礦物通常具有重稀土富集、輕稀土虧損，總稀土含量較高的特征[65]。燈二段重稀土富集與微生物誘導礦物特征一致，也與燈二段強誘導礦化活動相吻合。燈四段輕重稀土均富集，表明微生物組構(gòu)在微生物誘導礦化的基礎(chǔ)上，存在其他輸入途徑，可能有更強的陸源輸入。燈四段時期四川盆地周緣漢南古陸隆起，提供了強陸源輸入，在微生物席的捕捉作用下，形成了輕重稀土均富集的現(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）四川盆地微生物組構(gòu)主要有紋層組構(gòu)、凝塊組構(gòu)、葡萄花邊組構(gòu)、泡沫綿層組構(gòu)和核形石組構(gòu)。偏光顯微鏡下，紋層組構(gòu)發(fā)育放線菌Actinophycus、似腎形菌Renaclis、似葛萬菌Girvanellas，凝塊組構(gòu)發(fā)育似附枝菌Epiphiton-resembling、似腎形菌Renaclis、曲線菌Tortofimria，葡萄花邊組構(gòu)發(fā)育放線菌Actinophycus，泡沫綿層組構(gòu)曲線菌Tortofimria。

（2）燈影組微生物組構(gòu)發(fā)育多種藍細菌化石，藍細菌化石團塊狀、尖刺狀、六葉狀、包鞘狀、絲狀、條形。微生物組構(gòu)形成與誘導礦化密切相關(guān)，掃描電鏡下可見大量疊層狀、顆粒狀、菱角狀誘導白云石礦物，疊層狀誘導礦物主要發(fā)育在燈二段，顯示出微生物強新陳代謝。燈四段微生物組構(gòu)Fe、S 含量明顯上升，顯示硫酸還原型細菌比例增加。微生物組構(gòu)微生物席大量發(fā)育，微生物席形成可能與EPS礦化相關(guān)。

（3）燈二段凝塊組構(gòu)主要富集V、Y、Ni 元素，葡萄花邊組構(gòu)富集V、Y、Zr、HREE元素；燈四段凝塊組構(gòu)富集V、Cr、Ni、Cu、Y、LREE、HREE 和ΣREE 元素，紋層組構(gòu)主要富集V、Cr、Ni、Zr、Y、LREE、HREE 和ΣREE 元素。燈影組微生物組構(gòu)富集V、Ni，顯示燈影組全時期古海洋貧氧，但燈四段微生物組構(gòu)中Cr、Co 元素特征表明燈四段時期海水已經(jīng)呈現(xiàn)部分氧化，可能與海水分層結(jié)構(gòu)、微生物系統(tǒng)的微環(huán)境相關(guān)。燈二段較均一的海水結(jié)構(gòu)保證了微生物席作為獨立生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的穩(wěn)定有利于微環(huán)境pH 的穩(wěn)定，在穩(wěn)定的pH 條件下，誘導礦物溶度積不易改變，海水中其他元素不易替代Ca2+、Mg2+。燈四段時期海水分層的增強產(chǎn)生氧化與貧氧環(huán)境共存，表現(xiàn)出掃描電鏡下硫酸還原型細菌比例、Fe 及S 元素含量的升高，反映出微生物席微環(huán)境與燈二段相比產(chǎn)生了明顯改變，更容易造成溶度積的不斷變化，有利于其他元素替代誘導礦物中的Ca2+、Mg2+，形成由古海洋環(huán)境控制的微生物巖元素富集效應(yīng)。