劉 麗,郭榮濤,吳和源,文立坤

(中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京100083)

0 引言

雖然灰?guī)r具有簡單化學(xué)成分(CaCO3)和礦物組成(文石和方解石)的特點(diǎn),但是碳酸鹽巖復(fù)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(xué)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(lán)藻石作為單獨(dú)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(lán)細(xì)菌形成的孔層狀核形石稱為藍(lán)藻石[4]。依此類推,其他鈣質(zhì)藻體及其碎屑也應(yīng)該具有綠藻石、褐藻石等類似的名稱。但是這會(huì)導(dǎo)致碳酸鹽巖顆粒分類概念體系變得更為復(fù)雜,甚至可能產(chǎn)生一些不必要的混亂[4-11]。紅藻石和藍(lán)藻石作為兩種具有特殊沉積學(xué)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(shí)也是生物礁儲(chǔ)層重要的組成部分。鑒于紅藻石和藍(lán)藻石重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義,有必要對它們的基本涵義和分類位置進(jìn)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(jī)制尚未得到明確解釋的科學(xué)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(shí)空發(fā)育[14]、臼齒狀構(gòu)造成因模式[15]、白云石成因機(jī)制[16]等,都給碳酸鹽巖沉積學(xué)研究帶來了復(fù)雜性。一般來說,對研究對象進(jìn)行分類的目的有兩個(gè):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(lán)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(jìn)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(lán)藻石的合理位置,因此兩種顆粒類型需要進(jìn)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?yàn)榧t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(jì)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(qiáng)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(shí)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(dú)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(dú)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(shí)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(rèn)為鮞粒、核形石、球粒、團(tuán)塊等屬于非骨骼顆粒,而地史時(shí)期中幾乎每一種介殼及骨骼生物都會(huì)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(rèn)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(gè)屬41個(gè)種[20-21]。其中一些具有強(qiáng)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?yàn)榻M成紅藻石的珊瑚藻具有細(xì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[22],所以可以通過非常細(xì)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(jì)牛津階生物礁儲(chǔ)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]。現(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(xiàn)報(bào)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(jì)。晚石炭紀(jì)和二疊紀(jì)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(jì)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(dú)作為一種碳酸鹽巖顆粒類型。

3 藍(lán)藻石

Riding把孔層狀核形石命名為藍(lán)藻石巖(cyanolith)或藍(lán)藻石(cyanoid),主要由鈣化絲狀體和普遍保存在管中的球菌狀藍(lán)細(xì)菌形成孔層類核形石,相應(yīng)的疊層石被稱為骨骼疊層石[4],而將含有不能識別藍(lán)細(xì)菌體細(xì)小管狀微化石的核形石稱為孔層類核形石。可見,藍(lán)藻石是核形石中較為特別的孔層狀核形石。Flügel總結(jié)的藍(lán)藻石概念進(jìn)一步拉近了藍(lán)藻石與核形石的關(guān)系,認(rèn)為核形石中有可鑒別的藍(lán)細(xì)菌則可稱為藍(lán)藻石(圖2a),典型的藍(lán)藻石是葛萬藻核形石,從寒武紀(jì)到侏羅紀(jì)都發(fā)育[12]。顯然前寒武紀(jì)鈣化藍(lán)細(xì)菌形成的核形石不能稱為藍(lán)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(lán)藻石[23]。藍(lán)藻石是藍(lán)細(xì)菌鈣化作用的產(chǎn)物,鑒于藍(lán)藻石的廣泛存在而把鈣化藍(lán)細(xì)菌形成的核形石命名為藍(lán)藻石[12],這一重要概念從提出到現(xiàn)在一直被使用。然而當(dāng)藍(lán)綠藻的概念變更為藍(lán)細(xì)菌時(shí)[24-25],藍(lán)藻石的概念顯得頗為不妥,顯然稱為藍(lán)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(lán)藻石和核形石Fig.2 Cyanoid and Oncolite

Flügel認(rèn)為核形石中有可鑒別的藍(lán)細(xì)菌則可稱為藍(lán)菌石,典型的藍(lán)菌石是葛萬藻核形石,可見藍(lán)菌石與核形石有著千絲萬縷的關(guān)系[12]。核形石是一個(gè)描述性術(shù)語,表示毫米級到厘米級大小呈獨(dú)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(shí)肉眼就可以觀察到[27]。而藍(lán)菌石是由葛萬菌鈣化形成的,鈣化的藍(lán)細(xì)菌圍繞一定的核心可形成核形石,也可以形成包殼體或獨(dú)立存在[6]。藍(lán)細(xì)菌與細(xì)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(lán)細(xì)菌門(Cyanobacteria),屬于骨骼藍(lán)細(xì)菌,通常呈包殼、碎片等[28-30]。藍(lán)細(xì)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(shí)進(jìn)行。葛萬菌本身的特點(diǎn)為形成藍(lán)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(dú)自纏繞成團(tuán)形成藍(lán)菌石。

近年來,藍(lán)菌石受到眾多沉積學(xué)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(lán)細(xì)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(dāng)于藍(lán)菌石。根據(jù)成因和形態(tài)結(jié)構(gòu),把藍(lán)菌石歸入核形石大類中,可以避免對藍(lán)菌石和核形石概念的混淆,事實(shí)也證明只有深刻揭示成因聯(lián)系的分類才能為人類的認(rèn)識以及碳酸鹽巖沉積學(xué)的深入發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)語

(1)紅藻石和藍(lán)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(rèn)識和理解碳酸鹽巖顆粒帶來不便。對鈣化藻類單獨(dú)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(dú)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(rèn)為所有的珊瑚藻屑都是紅藻石。

(3)藍(lán)菌石為有機(jī)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(jì),顯然在前寒武紀(jì)藍(lán)細(xì)菌形成的核形石就無法用藍(lán)菌石命名,因此應(yīng)該把藍(lán)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(lán)綠藻到藍(lán)細(xì)菌的概念轉(zhuǎn)變不僅是生物學(xué)的重要突破,同時(shí)也有利于更加合理地解釋許多沉積學(xué)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(lán)菌石獨(dú)特的成因意義而對其單獨(dú)命名,應(yīng)將其命名為藍(lán)菌石。

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