李倩倩，鄭德順

(河南理工大學資源環(huán)境學院，河南 焦作 454000)

0 引 言

疊層石是以藍細菌、藻類等為主的微生物在一定周期內(nèi)，通過粘結(jié)捕獲大氣或者海水中鈣質(zhì)沉積物，形成的一種特殊生物沉積構(gòu)造[1]。疊層石生長受到沉積環(huán)境和微生物作用等多重因素影響，記錄地球氣候、環(huán)境及早期生命演化等大量信息，對沉積環(huán)境有重要的指示作用[2-4]。中元古代是全球環(huán)境相對穩(wěn)定的時期，處于較穩(wěn)定的富CO2貧O2的還原環(huán)境，被稱為“Boring Billion(1.85～0.85 Ga)”[5-9]；中元古代疊層石發(fā)育繁盛，疊層石沉積層由藍細菌通過光合作用產(chǎn)生胞外聚合物進行，因藍細菌等光合產(chǎn)氧微生物具有生存優(yōu)越性，大氣和海洋氧含量由于產(chǎn)氧藍細菌增多而呈脈沖式增氧[10-12]，因此疊層石與這一階段全球環(huán)境變化和重大事件，如真核生物演化、超大陸裂解等有密切聯(lián)系[13-15]。通過不同類型疊層石的深入研究，對理解該時期古生物演化和全球重大事件有著重要意義。

近年來，全球疊層石沉積環(huán)境研究越來越受到重視，曠紅偉等2018年對揚子克拉通北緣神農(nóng)架地區(qū)中元古代神農(nóng)架群疊層石形態(tài)進行分類，從生物因素、陸源物質(zhì)、水動力條件和水深等方面剖析疊層石形態(tài)生長的影響因素，進行宏觀形態(tài)控制因素分析，說明疊層石形態(tài)對沉積環(huán)境劃分的作用，建立神農(nóng)架地區(qū)的沉積序列[16]；Chuodhuri 2020年報道了印度中元古代Vindhyan盆地Vindhyan超群疊層石中早期鈣化的微生物，指出了藻類生物在中元古代至新元古代的增長，認為疊層石在淺海環(huán)境的演替中可以作為高分辨率古環(huán)境解釋的有效指示[9]。趙貴生2011年運用不同的現(xiàn)代測試技術，對華北北緣中元古代霧迷山組疊層石進行顯微-超微組構(gòu)觀察，對主要礦物及微生物特征進行了辨識[17]。由此可見，前寒武紀古環(huán)境中微生物、沉積物和沉積環(huán)境相互聯(lián)系，根據(jù)疊層石的不同形態(tài)、微觀特征中所富含的信息，對沉積環(huán)境演化分析具重要作用[13，15，18]。利用疊層石的特征，對中元古代時期化石記錄開展研究，探索該時期海洋微生物生長環(huán)境，為宜居地球提供活躍的研究方向。

華北南緣官道口群龍家園組底部年齡為(1594±12)Ma[19]，可與同時期華北薊縣高于莊組、霧迷山組微生物巖對比，薊縣地區(qū)研究成果豐富，而龍家園組疊層石尚未開展系統(tǒng)研究，本文通過對豫西官道口群龍家園組二段疊層石進行宏觀形態(tài)和微觀特征分析，討論不同形態(tài)疊層石的生長過程和形成環(huán)境，劃分沉積相類型并建立沉積模式。在此基礎上對疊層石的研究，是華北南緣作為華北克拉通前寒武紀巖漿事件及構(gòu)造沉積事件后，微生物與環(huán)境密切聯(lián)系的證據(jù)，探討地球早期環(huán)境與生命的相互作用和耦合關系，為全球中元古代微生物巖研究提供重要的指示。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

華北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，主要構(gòu)造格架分為東部陸塊、中部造山帶和西部陸塊，其中東、西陸塊經(jīng)歷古元古代晚期的變質(zhì)事件(呂梁運動)，陸塊結(jié)晶基底于1.85 Ga完成碰撞拼合后，其內(nèi)部和邊緣發(fā)生一系列伸展裂解事件，沉積了一套分布較廣、較為完整的中—新元古代地層，包括陸源碎屑巖和碳酸鹽巖，不整合覆蓋在太古宙—古元古代基底之上[20-21]。裂谷系形成三大裂谷盆地(北部渣爾泰—白云鄂博裂谷，中部燕遼裂谷及南部熊耳裂谷)(圖1(a))，南部熊耳裂谷主要劃分為三個地層小區(qū)：嵩箕地層小區(qū)、澠池—確山地層小區(qū)與盧氏—欒川地層小區(qū)[22-25]。通過區(qū)域地層對比，嵩箕地區(qū)和澠池—確山地區(qū)首先沉積在中元古代早期華北南緣，其沉積中心后向盧氏—欒川地區(qū)遷移，沉積了官道口群和欒川群。官道口群主要分布于盧氏—欒川地層小區(qū)的盧氏、洛寧和欒川等地(圖1(b))，巖性以石英砂巖和白云巖為主，為一套潮坪-淺海相的碳酸鹽巖沉積，自下而上分為龍家園組、巡檢司組、杜關組和馮家灣組(圖1(d))[26-27]。研究區(qū)龍家園組下以紫紅色鐵質(zhì)膠結(jié)礫巖為標志，上以含礫的褐鐵礦風化殼為標志，與高山河組和巡檢司組均呈整合或平行不整合接觸。龍家園組巖性較為單調(diào)，厚度變化小，整體西厚東薄。龍家園組地層劃分為三段，龍家園組一段巖性以厚層狀硅質(zhì)條帶白云巖為主；龍家園組二段以白云巖或含疊層石白云巖為主，局部含砂礫白云巖；龍家園組三段巖性以中厚層硅質(zhì)條帶白云巖為主[28-31]。文中所研究的疊層石主要分布龍家園組二段層位(圖1(c))。

圖1 華北南緣前寒武紀地質(zhì)簡圖及龍家園組地層分布概況Fig.1 Precambrian geological map of the southern margin of North China and stratigraphic distribution of Longjiayuan Formation(a)華北南緣前寒武紀主要構(gòu)造格架圖(據(jù)呂奇奇等[30]修改)；(b)華北南緣前寒武紀地質(zhì)簡圖(據(jù)呂奇奇等[30]修改)；(c)豫西地區(qū)龍家園組剖面位置圖；(d)豫西官道口群地層柱狀圖

2 地層剖面特征

所測剖面位于河南省靈寶市蘇村鄉(xiāng)福地村南部，組內(nèi)剖面出露完整，該組二段主要為一套白云巖、含疊層石白云巖為主的海相碳酸鹽巖沉積。

官道口群龍家園組二段主要巖性為白云巖，含大量硅質(zhì)條帶、條紋及團塊，具帳篷構(gòu)造，發(fā)育豐富的疊層石(圖2)。剖面總厚度為234 m，共劃分為26層，可分為上中下部，其中含疊層石15層。下部分布于龍家園組二段1—2層，厚度48.8 m，巖性為灰色、灰黑色厚層細晶白云巖，局部含硅質(zhì)條帶，發(fā)育帳篷構(gòu)造，偶見小型交錯層理，有短暫的沖刷面出現(xiàn)，主要發(fā)育厚度較大的水平層狀疊層石；中部分布于龍家園組二段3—11層，厚度88.7 m，巖性以灰色、灰黑色細晶、粉晶疊層石白云巖為主，局部夾硅質(zhì)結(jié)核、硅質(zhì)條帶，疊層石類型豐富多樣，發(fā)育有水平層狀、波紋狀、丘狀、錐狀、柱狀疊層石；上部分布于龍家園組二段12—26層，厚度96.5 m，主要巖性為灰白色疊層石白云巖、淺灰色、灰黑色細晶白云巖、細晶含礫白云巖，巖性變化頻繁，含少量乳白色、灰黑色硅質(zhì)條帶，發(fā)育帳篷構(gòu)造，頂部含硅質(zhì)礫塊，發(fā)育有丘狀、錐狀、柱狀等類型疊層石。

3 龍家園組二段疊層石特征分析

3.1 疊層石宏觀特征

根據(jù)疊層石的不同形態(tài)有助于判斷水動力條件，在水動力條件弱的環(huán)境中，紋層能夠均勻穩(wěn)定的沉淀下來，形成水平層狀、波紋狀疊層石。較強水動力條件下，紋層受到擾動，內(nèi)碎屑物質(zhì)較多，易形成柱狀、錐狀疊層石[16]。

水平層狀疊層石(圖3(a))：整體紋層連續(xù)且起伏較小，近乎水平；紋層間隔均勻，單層厚度小，0.5～1 mm，呈致密紋層狀。該類型疊層石整體厚度大，可能與形成環(huán)境水體條件穩(wěn)定相關。亮色紋層和暗色紋層交替，總體呈灰黑色。水平紋層狀疊層石形成所需水動力條件較弱，多出現(xiàn)于潮上帶或潮間低能帶。此類疊層石間斷出現(xiàn)于龍家園組二段下部、中部和上部。

圖3 豫西地區(qū)龍家園組二段疊層石類型及宏觀特征Fig.3 Types and macroscopic characteristics of stromatolites from the Longjiayuan Formation (2nd member) in western Henan(a)水平層狀疊層石；(b)波紋狀疊層石；(c)丘狀疊層石；(d)丘狀疊層石，中間水平紋層過渡；(e)錐狀疊層石；(f)柱狀疊層石

波紋狀疊層石(圖3(b))：波紋起伏較為規(guī)則，單個波紋直徑約2 cm，波峰波谷大小均勻，偶見單個波紋異常；以暗色紋層為主，明暗分層明顯，變化均勻；表面多因風化作用使得波紋突出于巖石表層。紋層厚度由下至上逐漸變小，波紋彎曲程度由下至上逐漸變大，表明水體動力逐漸增大，疊層石在水體波動、沉積物搬運和微生物生長多重作用下，紋層彎曲變大，紋層變薄，代表沉積速率加快，多形成于潮間帶環(huán)境。此類疊層石分布主要在龍家園組二段中部和上部。

丘狀疊層石(圖3(c))：紋層呈丘狀凸起，凸起直徑約13 cm、高度約7 cm，下部單個紋層厚度約2 mm，上部約8 mm，由下至上逐漸變厚；紋層彎曲不規(guī)則，凸起方向弧度不同。疊層石紋層生長方向變化與水動力方向及大小有關[32]。疊層石有機質(zhì)紋層易受風化，上部凸起呈差異風化。由亮色和淺灰色暗色紋層組成，暗色紋層厚度大于亮色紋層；圍巖主要為灰黑色厚層紋層狀細晶白云巖，具硅質(zhì)條帶和結(jié)核。水體動力的變化和微生物席生長速度的不同，易使疊層石紋層形態(tài)發(fā)生改變[10]，丘狀疊層石由下至上紋層彎曲狀向水平狀過渡后，又逐漸演化呈錐狀(圖3(d))，紋層彎曲程度暗示水體變化頻繁，并且疊層石頂?shù)着c錐狀、柱狀疊層石相連，可能發(fā)育在潮間高能帶或潮下帶環(huán)境。丘狀疊層石主要分布在龍家園組二段的中部和上部。

錐狀疊層石(圖3(e))：紋層呈錐狀，對稱性好；紋層厚度小且密度大，厚度約0.1 mm，錐頂夾角約為115°；以淺灰色紋層為主，亮色與暗色紋層相間分明。圍巖主要為灰黑色厚層紋層狀細晶白云巖，紋層夾硅質(zhì)條帶和團塊。柱狀疊層石通常發(fā)育在潮下帶或潮間高能帶環(huán)境。錐狀疊層石較多出現(xiàn)在龍家園組二段的中部和上部。

柱狀疊層石(圖3(f))：呈圓柱狀，柱體直徑約5 cm；紋層對稱性較好，厚度約1 mm，紋層密度由下至上逐漸變??；由于有機質(zhì)含量高，紋層多為暗色。柱狀疊層石通常發(fā)育在潮下帶或潮間高能帶環(huán)境。柱狀疊層石較多出現(xiàn)在龍家園組二段的中部和上部。

3.2 疊層石微觀特征

通過對疊層石鏡下薄片觀察，發(fā)現(xiàn)疊層石紋層主要分為暗色(富藻)紋層和亮色(富屑)紋層[33]，暗色紋層主要由藻紋層物質(zhì)、粉晶白云巖組成，亮色紋層主要由細晶白云巖組成。疊層石紋層可以反映降水量和光照作用的強弱，紋層厚度隨季節(jié)和溫度的變化[34-35]。疊層石的紋層與沉積環(huán)境記錄具較好的響應關系，將二者進行對比分析對于確定海洋疊層石環(huán)境中元素的來源和揭示古代微生物生境中潛在營養(yǎng)物質(zhì)具有重要的意義。此外，疊層石的形成與微生物組分中微生物席、生物膜、胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances)密切相關，微生物中藻絲體生長可能受沉積物埋藏和微生物群落的相互作用，使得藻絲形成水平絲體或傾斜生長，水動力變化和沉積停止等因素也會影響絲狀微生物排列和微生物群落聚散等微觀形態(tài)，造成疊層石細微特征變化，因此疊層石微觀特征是恢復沉積環(huán)境的重要證據(jù)之一?，F(xiàn)將不同形態(tài)疊層石微觀特征描述如下。

水平層狀疊層石識辨出明顯的同心層狀結(jié)構(gòu)或原始核(圖4(a))，由微小的聚集體組成，表面覆蓋薄而獨特的深色紋層。疊層石層間存在各種緊密堆積的球體和微球(圖4(b))，微球粒形態(tài)和大小差別不大，形狀類似鵝卵石狀，填充于亮晶方解石之間；球狀球體被深色的同心圓狀薄層微晶外殼包裹(圖4(c))，直徑為100～160 μm，左側(cè)有不規(guī)則球狀泥晶團塊。亮色紋層和暗色紋層邊界清晰，具有良好的平行紋層，亮晶方解石與顆粒狀細晶方解石交替出現(xiàn)，下部可見條帶狀亮晶方解石(圖4(d))。

丘狀疊層石中紋層具毫米級層理(圖4(e))，暗色紋層由波浪狀不規(guī)則菌絲(藻絲體)組成，局部呈褶皺狀，彎曲程度不一，藻絲層與淺色亮晶層交替出現(xiàn)，總體水平方向分布，記錄菌絲(藻絲體)的生長。

柱狀疊層石由深色、云霧狀菌絲組成的團狀(圖4(f))，類似于細菌團塊結(jié)構(gòu)，被稱為細菌團狀球狀[36]，直徑約400 μm，輪廓具擴散性和不規(guī)則邊緣，邊緣為粗粒的亮晶方解石。

錐狀疊層石中鮞粒分布較多，同心-放射狀鮞粒直徑0.5～0.7 mm(圖4(g))，鮞粒圈層結(jié)構(gòu)特征明顯，為泥晶方解石和亮晶方解石明暗相間，其中外部圈層呈圓形且較為平滑，內(nèi)圈核心空心狀，周圍分布有未成形的放射狀鮞粒和有機質(zhì)團塊。放射狀鮞粒(圖4(h))，主要由微晶方解石或泥晶方解石組成。

丘狀疊層石中識別出球狀晶體，由生物膜覆蓋，為不規(guī)則球狀鈣化細菌膜(圖5(a))；三角狀鈣化殘留物代表大部分由藍細菌成分組成的鈣化生物膜。它們由方解石晶體組成，該方解石晶體覆蓋并嵌入較小晶體的薄膜中。疊層石中觀察到許多微小長絲為藍細菌鈣化產(chǎn)物，鈣化絲狀體是指示藍細菌曾經(jīng)活動的證據(jù)，主要呈網(wǎng)格狀交織生長(圖5(b))。該絲狀體被認為與鈣化藍細菌和其他細菌體對應，藍細菌是誘導CaCO3沉淀的重要造席微生物，絲狀微生物交織形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠為捕獲和粘結(jié)顆粒，從而形成疊層石[32，37]。占優(yōu)勢藍細菌有可能微觀中記錄微生物代謝的細節(jié)，淺水碳酸鹽巖環(huán)境溫暖清澈、光照充足，為藍細菌鈣化提供了良好的條件，促成前寒武紀多細胞生命的不同形式演化[16，38-40]。

4 討 論

4.1 龍家園組二段沉積環(huán)境演化過程

豫西龍家園組二段以海相碳酸鹽巖沉積為主，根據(jù)疊層石的宏觀形態(tài)及微觀特征，對其沉積環(huán)境進行劃分。

龍家園組二段下部巖性以灰黑色厚層細晶白云巖為主，以發(fā)育水平紋層狀疊層石為特征，疊層石紋層平直且致密，沉積厚度較大，亮色紋層占比大于暗色紋層，粉-細晶白云巖內(nèi)碎屑顆粒含量較高，有機質(zhì)含量低，暗示該時期水體環(huán)境較淺，紋層生長過程中受到擾動程度輕微或未受擾動，水體條件較為安靜，主要為潮間帶環(huán)境。

龍家園組二段中部以灰色、灰黑色厚層粉晶疊層石白云巖、中細晶硅質(zhì)白云巖為主，第3層發(fā)育丘狀、波紋狀疊層石，波紋狀疊層石表面紋層連續(xù)性較好，起伏特征明顯(圖3(b))，說明沉積過程中水體環(huán)境較穩(wěn)定，不同沉積層沉淀速率均勻，為潮間帶環(huán)境。第4—6層為水平層狀-波紋狀-錐狀-丘狀-柱狀疊層石，水平層狀、波紋狀疊層石一般生長所需的水動力小，多生長在潮上帶或潮間帶。水平層狀疊層石圍巖主要為淺灰色細晶白云巖，受結(jié)晶及白云石化的影響，亮色紋層厚度大于暗色紋層；受到水體能量波動影響，紋層中偶見斷續(xù)紋層，因為微生物生長遭到破壞而產(chǎn)生。因此推測該層位水平紋層狀、波紋狀疊層石出現(xiàn)在潮間高能帶環(huán)境。第7層出現(xiàn)的丘狀、錐狀和柱狀疊層石通常發(fā)育在水體能量較大的潮間帶或者潮下帶中，其中丘狀疊層石中細晶級礦物增多，說明所在環(huán)境的動蕩；錐狀疊層石(圖3(e))的紋層尖頭向上，體現(xiàn)了向光生長[41-42]，錐的形態(tài)越尖表示所在環(huán)境水體越深；柱狀疊層石相比于丘狀疊層石，需要更強的水體能量，丘狀、錐狀、柱狀疊層石出現(xiàn)說明是水動力條件逐漸增強的過程，所在層位為潮下帶環(huán)境。通過上述疊層石變化特征，反映龍家園組二段中部為潮間帶-潮下帶過渡沉積環(huán)境。

龍家園組二段上部主要為灰黑色硅質(zhì)條帶白云巖、細中晶白云巖、粗晶白云巖，巖性變化頻繁。第12—14層發(fā)育有丘狀、柱狀、錐狀疊層石，柱狀疊層石中暗色紋層偏多，有類似絮狀、迷霧狀不規(guī)則藻紋層出現(xiàn)，暗示深水環(huán)境中藻絲無序生長(圖4(f))；錐狀疊層石具同心-放射狀鮞粒、放射狀鮞粒(圖4(g)和(h))，鮞粒主要由泥晶和亮晶方解石組成，通常同心-放射狀鮞粒中放射狀結(jié)構(gòu)多在較為穩(wěn)定的水體環(huán)境中形成，其中放射結(jié)構(gòu)紋層為暗色，說明有機質(zhì)含量高，沉積水體較深(圖4(g))[43]，由此推測該層位為水體較深的潮下帶。第15—19層主要出現(xiàn)丘狀疊層石，觀察到丘狀疊層石藻紋層與亮晶方解石交替互層，周圍分散有少許碎屑物質(zhì)，紋層有序向上生長，沒有受到外力破壞(圖4(e))，說明水體能量較小，因此丘狀疊層石所在位置為低能潮下帶。第23層主要出現(xiàn)有水平層狀疊層石，水平層狀疊層石通常發(fā)育在水動力較弱的水體中，觀察到其中有同心圈層構(gòu)造、微球體和球狀球體，微晶、凝塊、絲狀等微觀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，在薄片中不均勻的分布(圖4(a)、(b)和(c))，反映淺海相疊層石在相對穩(wěn)定的微環(huán)境中碎屑物質(zhì)和礦物顆粒的沉積，表明水動力條件較弱，沒有波動擾亂沉積，為潮間帶環(huán)境?？傮w上龍家園組二段上部為潮下帶-潮間帶過渡沉積。

垂向沉積序列上(圖6)，龍家園組二段下部主要沉積厚度較大的水平層狀疊層石，類型較為單一，水體環(huán)境變化小，為穩(wěn)定的潮間帶環(huán)境。中部出現(xiàn)水平層狀、波紋狀、錐狀、柱狀疊層石，多類型在同一時出現(xiàn)，說明水體在該時期變化頻繁，可推斷出該時期水動力強度逐漸增大，由潮間帶向潮下帶環(huán)境轉(zhuǎn)變；上部出現(xiàn)波紋狀、水平層狀疊層石，水體能量逐漸減小，為潮間帶；整體而言，龍家園組二段經(jīng)歷了潮間帶-潮下帶-潮間帶沉積環(huán)境變化。

圖6 豫西地區(qū)龍家園組二段疊層石層位分布圖Fig.6 Stratigraphic distribution of stromatolites from the Longjiayuan Formation (2nd member)in western Henan

4.2 龍家園組二段沉積模式

龍家園組二段沉積時期，沉積物源來自華北古陸，海水自南向北入侵，盧氏—靈寶地區(qū)早期整體為西北—東南方向展布的淺水碳酸鹽巖潮坪環(huán)境，由于碳酸鹽巖含量較高，發(fā)育大量疊層石[30，44]。龍家園組二段不同類型疊層石分別形成于潮間帶和潮下帶的低能和高能環(huán)境。根據(jù)疊層石沉積構(gòu)造、宏觀形態(tài)及微觀特征，建立了龍家園組二段疊層石沉積模式(圖7)。

潮間低能帶，發(fā)育沉積厚度較大的水平層狀疊層石，充分體現(xiàn)碳酸鹽巖安靜、清淺的沉積環(huán)境，具有一段時期內(nèi)水動力較弱的沉積特征。由于靠近潮上帶環(huán)境，海平面短暫的動蕩與停滯交互作用下，疊層石偶爾受到強波浪的影響，整體環(huán)境較為穩(wěn)定。潮間高能帶，主要發(fā)育有波紋狀、丘狀疊層石，微觀中觀察到波紋狀、丘狀疊層石紋層間帶有細小的晶內(nèi)碎屑物質(zhì)，說明水體加深，水動力增強，細小碎屑物質(zhì)受擾動作用影響沉積。潮下低能帶，發(fā)育水平層狀、波紋狀疊層石，反映了深水沉積中存在短期安靜的水體環(huán)境。從潮下低能帶至潮下高能帶過渡，伴生核形石，水體環(huán)境不穩(wěn)定，核形石紋層生長受微生物擾動作用影響[45-46]，具有較強的指向性，反映環(huán)境發(fā)生快速變化。潮下高能帶，發(fā)育波紋狀、丘狀、錐狀、柱狀疊層石。海水蒸發(fā)、沉積物供應和地形相關的水能能量影響疊層石沉積的總體形態(tài)，水動力弱的區(qū)域疊層石紋層較為平緩，水動力強的區(qū)域則易生長形態(tài)復雜的疊層石。隨著水體的加深，潮下高能環(huán)境疊層石的形態(tài)類型逐漸復雜化，微生物與沉積物相互作用，形成多種類型疊層石生長的水體環(huán)境。

受到潮汐、波浪和其他沉積因素的影響，潮坪環(huán)境地形在時間和空間上是高度動態(tài)的，疊層石的展布體現(xiàn)沉積環(huán)境的不同能量分帶，并且高頻海的平面變化可導致不同相帶巖石組合序列的頻繁交替[47]。龍家園組二段疊層石從潮間帶到潮下帶，淺水到深水的沉積模式，指示龍家園組二段早期沉積海域不斷擴大的海侵過程，后期發(fā)展為碳酸鹽巖臺地環(huán)境。

4.3 與華北克拉通北部疊層石沉積對比

中元古代地層中疊層石沉積記錄非常廣泛，華北克拉通南緣三個地層小區(qū)中官道口群龍家園組、洛峪群落峪口組、五佛山群葡峪組和何家寨組發(fā)育著類型豐富的疊層石；北緣薊縣地區(qū)地層保存連續(xù)，其中高于莊組、楊莊組、霧迷山組和鐵嶺組疊層石出露廣泛，類型復雜多樣，研究程度高，是研究中元古代微生物巖的理想地區(qū)[16]。薊縣中—新元古代標準剖面霧迷山組四段斑脫巖中所含的巖漿型鋯石SHRIMP U-Pb年齡為1485 Ma，高于莊組三段張家峪亞組下部凝灰?guī)r鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(1582 ±12 )Ma，都與官道口群龍家園組底部年齡較為接近[19，48-50]?；谇叭藢F迷山組微生物巖的研究，對比本次龍家園組二段的研究，發(fā)現(xiàn)二者在巖性特征、疊層石類型、沉積環(huán)境上具有相似性。

中元古代霧迷山組主要巖性為白云巖，盛產(chǎn)凝塊石、疊層石等微生物巖，局部含硅質(zhì)條帶和硅質(zhì)結(jié)核，發(fā)育包括鮞粒、泥晶、板刺等相關沉積構(gòu)造。霧迷山組發(fā)育水平層狀、丘狀、錐狀等類型豐富的疊層石，還發(fā)育極具特征性的微指狀疊層石[51-52]。霧迷山組沉積厚度巨大，韻律層理發(fā)育良好，含多種淺海沉積標志物，為開闊陸表海的潮坪沉積，是適宜藻類等微生物生長的環(huán)境[53]。不同的沉積環(huán)境形成不同的巖相組合，郭榮濤等2014年根據(jù)層序地層將霧迷山組劃分為三級層序，組成有規(guī)律變化的環(huán)境譜系[54]。潮間帶環(huán)境中疊層石以水平層狀、微波紋狀為主，局部疊層石發(fā)生硅化作用，見沖刷面、交錯層理和板刺狀角礫夾層；潮下帶或潮下瀉湖帶發(fā)育錐狀、柱狀疊層石以及少量凝塊石、核形石[17]。龍家園組二段屬于淺水碳酸鹽巖潮坪環(huán)境，水平層狀、波紋狀疊層石主要發(fā)育在潮間帶，錐狀、柱狀疊層石發(fā)育在潮下帶環(huán)境。綜上對比，霧迷山組與龍家園組二段的疊層石在多種特征及沉積環(huán)境上具有相似性，說明中元古代華北地區(qū)微生物巖分布廣泛，疊層石生長具有規(guī)律性，疊層石結(jié)構(gòu)和沉積環(huán)境的演變之間存在關系，為微生物巖的形態(tài)特征、分布及沉積環(huán)境研究提供證據(jù)。

中元古代在海洋化學和真核生物演化方面經(jīng)歷了重要的變化，孫龍飛等2020年對霧迷山組四段下部碳酸鹽巖稀土Ce進行古海洋條件分析，發(fā)現(xiàn)存在脈沖式增氧過程，說明該層段氧氣濃度存在頻繁波動[15，55]；Chen等2020年對霧迷山組Fe物種形態(tài)數(shù)據(jù)和氧化還原敏感的微量金屬U、Mo分析，霧迷山組底層水可能為氧化狀態(tài)[56]；吳孟亭等2021年分析華北中元古代地層沉積相特征及氧化還原地球化學證據(jù)，證實該時期淺海氧化還原條件對碳酸鹽巖沉淀有重要影響，對龍家園組二段廣泛沉積疊層石的碳酸鹽巖環(huán)境更深一步研究具有啟示作用[57]。另外，中元古代海洋中原核生物為占優(yōu)勢群體，高于莊組三段張家峪亞組的碳酸鹽沉積物中，出現(xiàn)多細胞真核生物微化石，主要為藍藻絲、類球菌以及帶凸緣的多細胞細絲等多樣性良好且保存完好的真核生物菌群[7，58]；Zhu等在高于莊組發(fā)現(xiàn)的大型碳質(zhì)壓膜，被認為是已知最古老的多細胞宏觀真核藻類[59-60]。元古宙真核生物演化與地球氧化、冰期事件具有耦合性，而龍家園組二段尚未有真核生物微化石的發(fā)現(xiàn)，但豐富的疊層石類型和顯微記錄，均說明與早期生命活動相關。

4.4 中元古代早期疊層石的環(huán)境指示作用

元古宙疊層石在全球不同地區(qū)生長，宏觀形態(tài)上形態(tài)豐富多彩，例如俄羅斯南烏拉爾地區(qū)中元古代Burzyan群中部Satka組發(fā)育疊層石含臼齒構(gòu)造，向上旋回的沉積模式中生長獨具特色的紫色疊層石礁[61]；中元古代毛里塔尼亞Atar群生長以淺海沉積為主的錐狀疊層石，海平面升降過程中波浪能量破壞疊層石紋層，使疊層石側(cè)向相連生長，顯示沉積特征及水深的變化，體現(xiàn)中元古代不同地區(qū)環(huán)境對疊層石形態(tài)的影響[62]。微觀特征中，該時期中元古代環(huán)境適宜微生物群落生長，形成疊層石的藍藻是全球大多數(shù)微生物群落中占主導地位的微生物門[63]，群落環(huán)境不同導致疊層石形態(tài)存在差異，Nicholas 2016年對前寒武紀海洋疊層石生長過程中受到生物、化學或者生物介導的控制來分析判斷形成疊層石的微生物群落，進而還原在中元古代早期高濃度CO2和貧氧大氣環(huán)境中，微生物巖的生長狀況[64]，有助于探索疊層石和其他結(jié)構(gòu)微生物巖的生物起源，闡明微生物的多樣性。

盡管中元古代全球地質(zhì)環(huán)境被稱為“Boring Billion”，實際上全球地質(zhì)環(huán)境是存在變化的，例如，在整個元古宙微指狀疊層石結(jié)構(gòu)豐度都在下降，至新元古代就不再出現(xiàn)[65]，說明隨著時間推移，環(huán)境變化影響著微生物的發(fā)展。將疊層石形式與地層事件聯(lián)系起來，這對于解讀地球生物圈的長期發(fā)展，特別是了解地球表面及海洋環(huán)境的結(jié)構(gòu)，分析地球早期微生物與疊層石之間的耦合程度，從而為海相環(huán)境演變提供關鍵的參考因素[66]。這些參考因素說明元古代微生物群落的發(fā)展及中元古代晚期真核生物的多樣化，是海相環(huán)境輸送了更多的敏感生物必需營養(yǎng)物[52]。

5 結(jié) 論

(1)豫西龍家園組二段疊層石發(fā)育豐富，根據(jù)其形態(tài)可劃分為水平層狀、波紋狀、丘狀、錐狀和柱狀疊層石，微觀觀察到鮞粒、微球體、碎屑等物質(zhì)，不同類型疊層石主要分布于龍家園組二段的下部、中部和上部。

(2)龍家園組二段各類疊層石的宏觀形態(tài)和微觀特征反映其形成于碳酸鹽巖潮坪沉積環(huán)境，經(jīng)歷了潮間帶-潮下帶-潮間帶演化，水體環(huán)境經(jīng)歷由淺變深再變淺的過程。

(3)華北地塊南緣龍家園組二段與北緣霧迷山組在巖性特征、疊層石類型、沉積環(huán)境存在相似性；霧迷山組氧化環(huán)境的研究及高于莊組真核生物微化石的出現(xiàn)，為區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖沉積環(huán)境及微生物巖研究提供新證據(jù)。

致謝：衷心感謝審稿專家提出的寶貴意見，感謝編輯老師認真、細致的審閱和幫助！