李飛 李雅蘭 王曾俊 李楊凡 李瀅

摘 要 【意義】海洋環(huán)境下形成的規(guī)模性鮞粒巖既是研究氣候和環(huán)境演化的良好載體，又是重要的油氣資源儲庫，具有極高的科研與經(jīng)濟價值?！具M展】傳統(tǒng)的鮞粒巖研究主要關(guān)注沉積序列、沉積模式和空間分布規(guī)模，而忽視了鮞粒灘體堆積、埋藏與成巖的動態(tài)過程，以及環(huán)境因素的變化對其演化過程的影響。通過對現(xiàn)代海洋環(huán)境下兩種典型鮞粒工廠（鑲邊臺地和緩坡）的生產(chǎn)者、構(gòu)成、分布、建造過程、與其他工廠的關(guān)系，以及可能影響工廠發(fā)育的物理、化學(xué)和生物因素的綜合分析，揭示了鮞粒工廠的發(fā)育特征。研究表明，強攪動水體環(huán)境、極高的碳酸鹽礦物飽和度、有效的活躍—停滯狀態(tài)轉(zhuǎn)換是制約鮞粒工廠發(fā)育的關(guān)鍵因素，而不同的沉積背景和海平面變化則決定了工廠的發(fā)育環(huán)境和規(guī)模?！窘Y(jié)論與展望】從碳酸鹽工廠的角度出發(fā)，不僅為了解大規(guī)模鮞粒工廠的啟動、繁盛和衰退過程及其影響因素提供了重要線索，也為評估其勘探價值提供了多維度的證據(jù)，還為探索深時和預(yù)測未來的環(huán)境變化對碳酸鹽沉積體系的影響提供了新的思路。

關(guān)鍵詞 碳酸鹽生產(chǎn)；控制因素；鑲邊臺地；緩坡；定量評價；古環(huán)境演化

第一作者簡介 李飛，男，教授，博士生導(dǎo)師，碳酸鹽沉積學(xué)和沉積地球化學(xué)，E-mail： lifei@swpu.edu.cn

中圖分類號 P588.24+5 文獻標志碼 A

0 引言

鮞粒是一種球形或橢球形的顆粒，由核心和一系列光滑均勻的紋層構(gòu)成[1]。它的粒徑通常介于0.25～2 mm，主要由鈣質(zhì)、鐵質(zhì)和磷質(zhì)等成分組成[2]。鮞粒在海洋環(huán)境下以鈣質(zhì)成分為主（本文關(guān)注重點，下同），是一種典型的非骨骼碳酸鹽顆粒，在地質(zhì)歷史和現(xiàn)代環(huán)境中廣泛發(fā)育[3?4]。鮞粒的成因目前仍有爭議，除了傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀模式，近年來以有機礦化作用為主的生物化學(xué)模式也逐漸得到認可[5?6]。鮞粒主要形成于水體能量較強的潮坪和濱岸環(huán)境，水深一般不超過5 m[7?9]。前人研究表明，現(xiàn)代鮞粒形成于溫暖、碳酸鹽礦物過飽和（Ω文石>3.8）、鹽度略高于正常海水的環(huán)境[4，10]。鮞粒的原生礦物類型一般為文石、低鎂方解石和高鎂方解石[3，11?12]。鮞粒的發(fā)育與海水化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，即使內(nèi)部存在有機礦化過程，也是在最初的無定形碳酸鈣形成階段[13]或者是在生物誘導(dǎo)作用下的海水環(huán)境中沉淀結(jié)晶[14]。因此，鮞粒所保存的礦物類型，以及稀土元素和金屬穩(wěn)定同位素的組成，常被用作指示海水化學(xué)成分和環(huán)境條件變化的替代指標[15?20]。

鮞粒灘是一種現(xiàn)代海洋環(huán)境下的碳酸鹽沉積體，主要分布在南、北回歸線附近地區(qū)，如大西洋的加勒比海[21]、西亞的波斯灣[22]、澳大利亞的北部海岸[23]和南太平洋的一些島嶼[24?25]。鮞粒灘的面積可達數(shù)千平方千米，其中最大的一個是巴哈馬的TOTO（Tongue ofthe Ocean，3 120 km2）（圖1a）[26]。在地質(zhì)歷史時期，鮞粒巖的分布和發(fā)育更為廣泛。在一些特定時期，如早三疊世，鮞粒巖是熱帶淺水碳酸鹽建造的主要類型之一[27?28]?？紤]到大規(guī)模鮞粒產(chǎn)出所引發(fā)的沉積、環(huán)境和資源效應(yīng)，稱之為鮞粒工廠是恰當?shù)摹?/p>

碳酸鹽工廠的概念和內(nèi)涵近年來不斷演化，從最早指代碳酸鹽沉積物的匯聚場所[29?30]，到后來引入底棲生產(chǎn)者類型、內(nèi)在屬性和環(huán)境適應(yīng)性等要素[31?34]，再到進一步考慮生產(chǎn)過程、沉積體形態(tài)演化、生態(tài)可容空間、生產(chǎn)規(guī)模和效率之間的相互關(guān)系等方面內(nèi)容[35?37]。與傳統(tǒng)的碳酸鹽沉積學(xué)相比，碳酸鹽工廠研究更重視生產(chǎn)者、生產(chǎn)過程，以及與環(huán)境的相互關(guān)系[35]。對碳酸鹽工廠分類和屬性方面的研究被認為是“近三十年來碳酸鹽沉積學(xué)領(lǐng)域的一項重要進展”[34]；相關(guān)理論被國外新版沉積學(xué)教材廣泛采用，前景廣闊[38?40]。

按照Schlager[31]提出的經(jīng)典工廠分類方案，大規(guī)模發(fā)育的鮞粒既不屬于以自養(yǎng)型生物控制作用為主的熱帶淺水工廠，也不屬于以生物誘導(dǎo)作用為主的灰泥丘工廠（或“M工廠”，以微生物和灰泥沉積為主[33]）。因此，不同學(xué)者有不同的分類建議，有的認為鮞粒應(yīng)單獨進行分類[27]，有的認為鮞粒應(yīng)劃入新的生物化學(xué)工廠[41]，還有的認為鮞粒應(yīng)歸于“特異性T工廠”的亞類（T.熱帶的和水柱頂部[33]；生物化學(xué)T工廠）[42]。無論如何劃分，不同類型的碳酸鹽沉積體系都應(yīng)該有其自身獨特的生產(chǎn)規(guī)律。鑒于此，本文旨在探索以鮞粒為主導(dǎo)的沉積體系（即鮞粒工廠）發(fā)育規(guī)律，通過研究現(xiàn)代典型的鑲邊臺地型和緩坡型鮞粒工廠（圖1）的組成、特征和分布規(guī)律，剖析其形成環(huán)境、發(fā)育條件和主要影響因素，以期揭示鮞粒工廠的生產(chǎn)過程和發(fā)育機制，為深入理解碳酸鹽工廠在古環(huán)境演化、沉積過程和動力學(xué)機制，以及儲層分布和富集規(guī)律方面的意義提供參考。

1 巴哈馬臺地鮞粒工廠

大西洋加勒比地區(qū)是現(xiàn)代海洋環(huán)境下鮞粒最為發(fā)育的地區(qū)，它們分布在一系列孤立碳酸鹽臺地邊緣，其中大巴哈馬灘（臺地）、小巴哈馬灘（臺地）、Crooked-Acklins臺地和Caicos臺地是最具代表性的（圖1a）。以大、小巴哈馬灘為例，分別從工廠的建造者、構(gòu)成、分布范圍、建造過程、與其他工廠類型的關(guān)系，以及成巖作用影響等角度進行介紹。

1.1 工廠建造者及主要特征

鮞粒是工廠最主要的建造者，由砂級大小的（350～600 μm為主）球形、橢球形顆粒構(gòu)成[44]。鮞粒核心主要為球?；蛏锼槠鼩ぶ饕汕芯€狀排列的文石針構(gòu)成紋層。少量共生的顆粒類型包括球粒，以及有孔蟲、仙掌藻、雙殼類等生物碎片[44?45]。

1.2 工廠構(gòu)成及分布范圍

鮞粒工廠分布于臺地邊緣的高能環(huán)境[8，26]。其中完全由鮞粒構(gòu)成的工廠形成于水體能量最強的淺灘頂部，然后向灘體周緣逐漸過渡為以鮞粒為主、含有生屑和球粒的復(fù)合型工廠[46?47]。工廠的發(fā)育范圍和規(guī)模受水動力條件和地貌等因素的制約（圖2）。水動力條件越強，形成的鮞粒工廠面積越大，灘體建造厚度越大，同時鮞粒粒徑也有增大的趨勢[46]。由于臺地邊緣坡度較陡，鮞粒工廠從臺緣向海洋方向的發(fā)育很快就會終止（圖2a）。而向臺地方向，工廠中鮞粒粒徑總體上會減小，潮汐通道也會變窄；鮞粒灘體形態(tài)會從平行海流方向（圖2a）向垂直海流方向轉(zhuǎn)變（圖2b）[21]。

鮞粒工廠的分布還受古地貌因素的影響。當臺緣帶同時存在生物礁和古地貌高地（如巖脊和島嶼等）時，鮞粒工廠主要發(fā)育在臺緣帶的內(nèi)側(cè)，包括潮汐通道的兩側(cè)（漲潮三角洲和退潮三角洲）、潮道邊緣，以及地貌高部位的周緣（圖2b，c）。在沒有生物礁和古地貌高地且潮流強烈的地區(qū)，鮞粒工廠占據(jù)了整個臺緣帶，形成了一系列與海流方向近似平行的輻射狀灘體（圖2a）。在有古地貌高地但沒有生物礁的地區(qū)，鮞粒工廠主要沿著受古地貌高地影響的動蕩環(huán)境發(fā)育（如Joulters Cay），并且在海平面上升過程中形成了兩種建造樣式：（1）外側(cè)由純鮞粒構(gòu)成的加積型隆起狀樣式；（2）內(nèi)側(cè)由鮞粒、生物碎片和球粒共同構(gòu)成的混合樣式[48?49]。同時，持續(xù)的鮞粒加積過程還在大、小巴哈馬灘的部分地區(qū)形成了鑲邊型臺緣帶（圖1a），降低了臺內(nèi)水體的動蕩程度，并限制了完全由鮞粒構(gòu)成的工廠的發(fā)育范圍[48?49]。

1.3 建造過程

鮞粒在海水及海底環(huán)境主要存在三種狀態(tài)：懸浮、海底停留（滾動和跳躍）和埋藏。一般來說，鮞粒在海水中的懸浮時間很短，特別是當粒徑大于一定范圍（0.4～0.7 mm）后，以海底停留和埋藏狀態(tài)為主[50]。根據(jù)Anderson et al.[51]的模型，鮞粒在單個生長周期內(nèi)主要經(jīng)歷了三個階段，包括：（1）鮞粒隨砂體遷移至背流面后發(fā)生分選，之后隨砂體被掩埋；（2）同類型鮞粒在砂體內(nèi)部碳酸鹽過飽和的孔隙水條件下形成早期環(huán)帶型膠結(jié)物；（3）隨著灘體遷移，鮞粒再次暴露于海底環(huán)境，在迎流面搬運過程中新形成的膠結(jié)物不斷碰撞、磨蝕，逐漸形成光滑紋層，之后再次被遷移至背流面，準備進入下個生長周期。整個過程周而復(fù)始，推動鮞粒不斷生長，直到灘體遷移終止。鮞粒灘體形態(tài)則主要受水流方向、水動力條件和地貌控制。據(jù)Rankey et al.[21，44]的總結(jié)，鮞粒灘體形態(tài)主要包括五種類型（圖2）：（1）平行砂壩；（2）橫寬砂壩；（3）潮汐三角洲；（4）彎曲砂壩；（5）單直砂壩。

巴哈馬臺地上的鮞粒工廠形成于全新世以來的海侵過程。鮞粒工廠的發(fā)育位置主要有兩種：古地貌高地周緣和臺地邊緣平坦地區(qū)[51-54]。圍繞古地貌高地發(fā)育的鮞粒工廠較為常見，以Joulter Cays最為典型（圖1a、圖2c～e）。鮞粒工廠的發(fā)育過程據(jù)Harris[48]歸納可分為三個階段：（1）冰期結(jié)束后，在更新世基巖上形成初始海泛沉積；（2）在繼承性地貌高部位率先淺灘化（主要由球粒構(gòu)成）；（3）在地貌高地附近的強水動力環(huán)境發(fā)育鮞粒灘，范圍逐漸擴展至潮間帶附近。隨著鮞粒灘向臺地內(nèi)部的高能環(huán)境（如潮道和砂壩）擴展，其他環(huán)境逐漸變得局限并轉(zhuǎn)為球粒、生屑和灰泥沉積?；钴S的生物擾動進一步增加了鮞粒與球粒和灰泥的混合程度。另一方面，對于臺緣初始平坦地貌上鮞粒工廠的建造，以Cruzet al.[52?53]對Ocean Cay北部的研究最為深入（圖1a、圖3a～d），主要過程包括：（1）冰期結(jié)束后，在更新世基巖（巖脊或島嶼）內(nèi)側(cè)形成初始海泛沉積。南部發(fā)育由生屑顆粒構(gòu)成的漲潮三角洲，北部發(fā)育由生屑—球粒構(gòu)成的淺灘；（2）隨著海侵繼續(xù)，南部的潮汐三角洲逐漸固定，新的生屑灘在其上發(fā)育。北部在隆起的地貌上發(fā)展出鮞?！蛄w；（3）南部維持原狀并出現(xiàn)零星的鮞粒灘體，北部在原有的鮞?！蛄┲线M一步形成一系列完全由鮞粒構(gòu)成的潮道和砂壩。

1.4 與其他工廠類型關(guān)系

巴哈馬臺地上常見的特異性工廠類型除了鮞粒工廠之外，還有珊瑚礁工廠[55]、骨屑—球粒工廠[8，56]、微生物碳酸鹽工廠[57?59]和灰泥工廠[60]等。在臺地邊緣環(huán)境下，鮞粒與生屑和球粒近原地共存，構(gòu)成鮞?！肌蛄；旌瞎S（圖3）[8]；在潮下帶的高能潮道環(huán)境中，鮞粒與疊層石、凝塊石和巖化微生物席共存，構(gòu)成鮞粒—微生物碳酸鹽混合工廠[59，61]；在臺地內(nèi)部的相對低能環(huán)境中，可以看到少量異地搬運的鮞粒與原地灰泥的組合[62]。此外，鮞粒工廠與珊瑚礁工廠很少混合共存，兩者只是空間上呈臨近關(guān)系[62]。

鮞粒工廠與其他類型工廠的關(guān)系可能主要取決于水動力條件和臺地底形。在臺地邊緣環(huán)境中，完全由鮞粒構(gòu)成的工廠主要分布在水體能量最強的區(qū)域[63]，尤其是灘脊處的顆粒分選性很好[44]；灘體兩側(cè)和潮道內(nèi)部的顆粒分選變差，生屑和球粒等其他顆粒類型逐漸增加[44]。另一方面，由于臺地邊緣的坡度較陡，水體的動蕩程度隨著深度的增加而明顯降低，使得鮞粒工廠難以向廣海方向擴展；工廠類型也隨水體深度的增加快速變?yōu)轷b?！肌蛄；旌瞎S和灰泥工廠[48，64]。

1.5 成巖作用影響

巴哈馬臺地上的鮞粒工廠主要受海水成巖作用和大氣淡水成巖作用的影響。在海水成巖環(huán)境中，顆粒的邊緣被文石質(zhì)的膠結(jié)物或泥晶組構(gòu)固定[65]。在大氣淡水成巖環(huán)境中，部分鮞粒在顆粒的邊緣（懸掛形）和顆粒之間（新月形）快速形成粒狀的低鎂方解石膠結(jié)物[66]。這些過程有利于鮞粒工廠的穩(wěn)定。鮞粒的形成與海水的化學(xué)沉淀和有機質(zhì)的降解有關(guān)，后者涉及微生物的新陳代謝活動和有機礦化過程[5?6]。然而，淡水溶蝕和早期成巖過程中促進溶解的新陳代謝過程（如有氧氧化作用）會導(dǎo)致鮞粒和早期膠結(jié)物的溶解[66]。這些淺埋藏成巖作用對工廠的早期保存影響較大，尤其是對鮞粒工廠的孔隙度和滲透率的早期改造；這些改造可能影響后期流體運移和其他成巖過程[64]。

2 波斯灣緩坡鮞粒工廠

波斯灣是位于阿拉伯半島和伊朗高原之間的半封閉海灣，屬于中東地區(qū)。該地區(qū)氣候干燥，形成了以碎屑組分和碳酸鹽組分混合的緩坡為主的沉積體系（圖1b）。阿拉伯半島一側(cè)的淺水沉積區(qū)坡度極緩，碳酸鹽沉積物占主導(dǎo)；伊朗高原一側(cè)受上新世—更新世構(gòu)造活動影響坡度較陡，淺水沉積區(qū)狹窄，以碎屑沉積物為主[67]。鮞粒工廠主要分布在靠近阿拉伯半島一側(cè)的淺水沉積區(qū)，寬度不超過5 km（圖1b）[68?70]，包括科威特、沙特阿拉伯、卡塔爾、阿拉伯聯(lián)合酋長國等國家的部分濱海環(huán)境（圖4）。一些由異地搬運作用形成的鮞粒堆積體分布在深水盆地（水深約100 m）（圖1b）和陸上海岸砂丘環(huán)境（圖4d）[22，67?68]。

2.1 工廠建造者及主要特征

開闊環(huán)境下，鮞粒主要由切線狀文石針定向排列而成的同心紋層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，紋層間也夾雜少量的暗色、富有機質(zhì)的紋層[22，69]。局限潟湖環(huán)境中，鮞粒則以纖維狀文石針形成的放射狀紋層結(jié)構(gòu)為主[22]。鮞粒的核心主要是石英和其他陸源碎屑顆粒[22]；共生生物碎屑主要是球粒、有孔蟲、腹足類和鈣藻類[70]。鮞粒的粒徑介于0.25～2 mm，水體能量越強，粒徑越大（接近2 mm）[22]。

2.2 工廠構(gòu)成及分布范圍

鮞粒工廠主要形成于障壁島—潟湖（含薩布哈）、無障壁潮道和濱岸環(huán)境（圖4）。其中，障壁島—潟湖環(huán)境下的鮞粒工廠以阿聯(lián)酋阿布扎比附近AlHalah島至Saadiyat島之間的區(qū)域最為典型（圖4a），發(fā)育環(huán)境包括潮汐三角洲、障壁島濱岸和開闊潟湖[22，70]。鮞粒工廠主要形成于潮汐三角洲，且在退潮三角洲上的發(fā)育規(guī)模遠大于漲潮三角洲（圖5）。在潮道邊緣的高能環(huán)境中，鮞粒的粒徑最大[22]；至退潮三角洲的前緣環(huán)境時，鮞粒粒徑明顯減小，工廠類型也轉(zhuǎn)變?yōu)橛甚b粒、球粒和生物碎屑構(gòu)成的混合工廠[22，71]。隨著退潮流的帶出，一部分鮞粒、球粒及生物碎片再次隨漲潮流進入開闊潟湖，另一部分則被帶到退潮三角洲的前緣，促進了三角洲的前積（圖5）。無障壁潮道環(huán)境下的鮞粒工廠以巴林與沙特AlKhobar市之間的海域最為典型（圖4c）[22]。與巴哈馬臺地類似，該類型鮞粒工廠根據(jù)Loreau et al.[22]研究，主要由一系列平行于潮道方向的細長鮞粒砂壩構(gòu)成，長度最大為10 km，寬度一般不超過3 km，水深不超過5 m（圖4c）。開闊濱岸環(huán)境下的鮞粒工廠以科威特海岸帶（圖4b）和阿聯(lián)酋西部Al Sila與AlWuhaydah地區(qū)較為典型（圖4d）[22]。

除此之外，風(fēng)成砂丘、局限潟湖和潮下帶的低能環(huán)境中也保存了一些鮞粒堆積體，但不屬于“原地生產(chǎn)”。風(fēng)成鮞粒砂丘主要來自濱岸環(huán)境的鮞粒灘體，被風(fēng)吹離海水環(huán)境后形成（圖4d）。局限潟湖環(huán)境中的鮞粒灘體主要是由風(fēng)暴潮等帶來的事件性輸入[22]。在潮下帶的低能環(huán)境中（水深80～120 m），有少量從濱海環(huán)境搬運來的鮞粒堆積體（圖1b），其中一些甚至呈顆粒支撐結(jié)構(gòu)[22]。

2.3 建造過程

波斯灣鮞粒的發(fā)育和灘體建造過程與巴哈馬臺地相似，在此不再贅述。鮞粒灘體的形態(tài)包括平行砂壩、橫寬砂壩和退潮三角洲等類型（圖4，5）。與巴哈馬不同的是，波斯灣的鮞粒灘體還包括大量異地保存的海岸砂丘（圖4d）和深水鮞粒砂體（圖1b）。根據(jù)Loreau et al.[22]的研究，退潮三角洲上的鮞粒主要受向岸波浪和潮汐作用的影響，鮞粒沿潮道被輸送至開闊潟湖環(huán)境，然后隨著退潮流被帶至潮下環(huán)境，這個搬運過程不斷循環(huán)進行（圖5a）；在往復(fù)雙向水流的作用下，鮞粒不斷生長，直到它們的粒徑足夠大造成水流難以搬運時脫離生長環(huán)境（圖5b）。其中的一部分鮞粒被帶至退潮三角洲的前緣環(huán)境沉積，推動三角洲不斷前積（圖5b）；另一部分鮞粒則隨沿岸流而被帶至臨近的濱岸或者更遠的環(huán)境沉積，促進了鮞粒工廠沿海岸帶的側(cè)向發(fā)展（圖4b）[22]。

2.4 與其他工廠類型關(guān)系

在波斯灣淺水沉積環(huán)境中，存在著珊瑚礁、鮞粒、生屑—球粒和微生物碳酸鹽等特異性工廠類型。鮞粒工廠和珊瑚礁工廠在較強的水動力條件下發(fā)育，但兩者基本上不共生，空間上沿著海岸帶呈相鄰關(guān)系（圖5a）[22]。鮞粒工廠既可以單獨發(fā)育，也可以與生屑和球粒等形成混合工廠，這種混合工廠比以鮞粒主導(dǎo)的工廠在空間分布上更為廣泛（圖4）[22]。微生物碳酸鹽工廠主要形成于局限潟湖中的潮間帶和潮上帶環(huán)境，包括鈣化微生物席、疊層石和凝塊石等[71?72]，與鮞粒工廠在空間上相鄰，但很少共生（圖5b）。

2.5 成巖作用影響

鮞粒工廠廣泛受到成巖作用影響。以科威特海岸帶鮞粒工廠為例（圖4b），在潮間帶和潮下帶的海水成巖環(huán)境中，鮞粒被膠結(jié)，形成大量海灘巖和硬底構(gòu)造；顆粒泥晶套發(fā)育[73]。其中大量放射纖狀文石膠結(jié)物的快速形成對于固定鮞粒顆粒具有建設(shè)性作用。而風(fēng)成鮞粒砂丘以及低水位期鮞粒灘主要經(jīng)歷了大氣淡水成巖作用的改造，包括文石礦物的溶解和重結(jié)晶，以及粒狀低鎂方解石膠結(jié)物的形成等過程，僅保留少量原始紋層結(jié)構(gòu)的殘留[73?74]。其他特征與巴哈馬鮞粒工廠相似。

3 現(xiàn)代鮞粒工廠發(fā)育的主要影響因素

從巴哈馬和波斯灣鮞粒工廠的宏觀形貌、內(nèi)部構(gòu)成和分布狀況來看，影響工廠發(fā)育的主要因素可歸納為物理、化學(xué)和生物三個方面。需要注意的是，有些因素可能涉及物理和化學(xué)、生物和化學(xué)兩個方面，甚至同時涉及三個方面，現(xiàn)在依次介紹如下。

3.1 物理主導(dǎo)因素

水動力條件、底形和古地貌是直接影響鮞粒工廠發(fā)育的因素。鮞粒的發(fā)育環(huán)境需要滿足以下兩個水體條件：（1）CO2在碳酸鹽礦物沉淀過程中能夠被迅速移出[75]；（2）水體需要交替處于攪動和停滯的狀態(tài)[51]，以維持鮞粒生長和磨蝕之間的動態(tài)平衡。這就要求鮞粒生長環(huán)境需要具備間歇性的、強攪動的水動力條件。巴哈馬和波斯灣均以潮流為鮞粒發(fā)育和搬運的主要地質(zhì)營力，這是因為潮流的流速一般顯著高于波浪，既能夠搬運不同粒級的碳酸鹽顆粒又能夠推移砂體[46，67，76]。不同的水動力條件能夠制約鮞粒的豐度、砂體形態(tài)和分布范圍。另一方面，底形對鮞粒工廠的發(fā)育也有多方面的影響。從宏觀角度來看，鑲邊臺地型鮞粒工廠主要發(fā)育在臺地邊緣環(huán)境，一部分工廠建造過程隨著海平面緩慢上升以加積為主，另一部分工廠則以向臺內(nèi)方向的退積為主[49]；緩坡型鮞粒工廠主要發(fā)育于內(nèi)緩坡面向廣海的潮下帶高能環(huán)境，鮞粒、生屑和球粒等沿潮道隨退潮流不斷向深水盆地方向前積（圖5b）[71]。根據(jù)前人的研究結(jié)果，緩坡型鮞粒工廠具有較高的碳酸鹽生產(chǎn)效率，這能夠保證工廠不斷加積而不被全新世以來的海侵過程淹沒[73]。此外，古地貌對鮞粒工廠的啟動和發(fā)育位置起著關(guān)鍵作用。在巴哈馬臺地上，大多數(shù)鮞粒工廠的啟動主要圍繞繼承性古地貌高地展開[54]。這些高地不僅為工廠的發(fā)育提供了具有強水動力條件的地形優(yōu)勢，同時也為鮞粒灘的積聚提供了場所。通過鮞粒灘體的側(cè)向堆積和前積（受沿岸流和風(fēng)向影響），高地貌部位的范圍進一步擴大，有利于鮞粒工廠擴展[48]。然而，OceanCay北部鮞粒工廠的發(fā)育過程表明“繼承性古地貌高地是鮞粒灘體堆積的先決條件”[54]并不完全適用（圖3e，f）[52?53]。

鮞粒工廠的發(fā)育受溫度、氣候和海平面變化等因素的影響，但這些因素的作用機制較為復(fù)雜。海水表層溫度與碳酸鹽礦物飽和度呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系[77]，這表明表層海水溫度是影響鮞粒形成環(huán)境碳酸鹽礦物飽和度的一個重要因素[27]。然而，這種線性關(guān)系是由影響碳酸鹽飽和度的多個因素（如溶度積常數(shù)和碳酸根離子含量）隨溫度協(xié)同變化的結(jié)果；如果忽略溫度變化帶來的綜合影響，單純的溫度與碳酸鹽礦物飽和度可能沒有直接關(guān)聯(lián)[77]。氣候通過影響表層海水溫度、控制蒸發(fā)和降雨量、調(diào)節(jié)陸源碎屑的風(fēng)化程度和河流的輸入量等途徑，間接地影響海洋表層碳酸鹽礦物飽和度[78]。從現(xiàn)代和地質(zhì)歷史時期鮞粒工廠的分布狀況來看，無論是冰室期還是熱室期，都有大量的鮞粒工廠發(fā)育；但總體來看，熱室期的鮞粒工廠的規(guī)模更大[28]。此外，巴哈馬地區(qū)作為現(xiàn)代最大的鮞粒工廠之一，屬于濕潤氣候背景，而波斯灣的鮞粒工廠則處于極端干旱的環(huán)境（降雨/蒸發(fā)=1/10）[79]。因此，氣候條件對鮞粒工廠的分布和發(fā)育的影響需要根據(jù)具體的情況進行分析。另外，海平面變化在短時間尺度上對鮞粒工廠的發(fā)育影響不大，例如現(xiàn)代全球處于海平面緩慢上升的階段，與更新世海平面處于低位的階段，均有活躍的鮞粒工廠發(fā)育[80?81]。而在長時間尺度上，鮞粒工廠的豐度似乎與全球范圍內(nèi)的海平面波動幅度有關(guān)：海平面波動幅度越大，越有利于鮞粒工廠的發(fā)育（圖6）[3]。

氧化還原條件對以生物為主的熱帶淺水工廠和溫涼水工廠來講是重要的調(diào)控因素，但其對鮞粒工廠的影響可能較小。鮞粒工廠在地質(zhì)歷史上廣泛分布，從中太古代到現(xiàn)代均有發(fā)現(xiàn)，甚至在元古代兩次大氧化事件之前，也有豐富的記錄[82]。這說明它們的發(fā)育與大氣氧和水體中溶解氧含量的變化沒有直接的聯(lián)系。然而，缺氧周期或缺氧事件會促進有機碳的厭氧氧化過程（如鐵還原和硫酸鹽還原過程），這會增加水體中碳酸鹽礦物的飽和度，從而有利于鮞粒工廠的發(fā)育[83]，但這一機制還有待進一步研究。

光照、盛行風(fēng)向、陸源碎屑混入程度等因素對鮞粒工廠的發(fā)育影響不大。光照對以光合作用生物及其共生者為主的碳酸鹽工廠建造有重要的作用，但對鮞粒工廠的發(fā)育沒有直接的關(guān)聯(lián)。需要注意的是，海水表層生物的光合作用會吸收CO2，從而提高水體pH和碳酸鹽飽和度[84]；鮞粒紋層生長過程中，一些與光合作用有關(guān)的微生物類型可能受到影響，但光合自養(yǎng)型微生物群落對鮞粒紋層的形成貢獻存在一定爭議[6，85]。此外，無光條件下洞穴珍珠的形成也間接說明光照不會是控制鮞粒發(fā)育的主要因素[86]。盛行風(fēng)向通過調(diào)節(jié)迎風(fēng)面和背風(fēng)面的營養(yǎng)物質(zhì)輸入、水體能量、沉積類型等，間接地影響淺水碳酸鹽工廠的類型和構(gòu)成[87]。但是，從巴哈馬和波斯灣地區(qū)來看，迎風(fēng)面和背風(fēng)面鮞粒工廠均可存在（圖1），這說明盛行風(fēng)向不是限制鮞粒工廠分布的主要因素。最新的研究顯示颶風(fēng)等極端事件對巴哈馬碳酸鹽臺地上鮞粒工廠發(fā)育的影響也很小[88]。另外，傳統(tǒng)觀點認為，碳酸鹽沉積環(huán)境以清水為主，陸源碎屑物質(zhì)的輸入會降低碳酸鹽礦物的飽和度、增加濁度并抑制光照條件，不利于碳酸鹽沉淀[30]。但是近年來的一些研究顯示，陸源組分與碳酸鹽生產(chǎn)過程的關(guān)系復(fù)雜，適度的陸源碎屑物質(zhì)可能并不會顯著抑制生物和非骨骼碳酸鹽的發(fā)育過程[89?91]。一些鮞粒工廠還具有適應(yīng)較強陸源碎屑混入的能力，甚至能夠直接形成于陸源碎屑沉積體系[92]。

3.2 化學(xué)主導(dǎo)因素

海水碳酸鹽礦物飽和度是影響鮞粒工廠發(fā)育的關(guān)鍵因素。針對現(xiàn)在海水碳酸鹽礦物飽和度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，高飽和度的海水條件有利于鮞粒工廠的發(fā)育，例如巴哈馬地區(qū)的鮞粒工廠，其海水中的文石飽和度（Ω文石）大于3.8[4]。鮞粒是一種非骨骼碳酸鹽顆粒，其生長速率與Ω文石呈正相關(guān)[78]，因此高Ω文石條件有利于鮞粒紋層的持續(xù)生長。另一方面，鹽度和堿度之間關(guān)聯(lián)密切，但它們與鮞粒工廠發(fā)育的關(guān)系目前還不清楚。從現(xiàn)代觀測結(jié)果來看，鮞粒工廠形成的環(huán)境鹽度普遍高于正常海水條件[10]，尤其是波斯灣的濱淺海環(huán)境[67]。

營養(yǎng)條件對鮞粒工廠的發(fā)育作用有限。營養(yǎng)水平是影響碳酸鹽工廠發(fā)育的重要因素之一，特別是對溫涼水和微生物碳酸鹽工廠[31]。營養(yǎng)物質(zhì)包括溶解無機鹽（如硝酸鹽和磷酸鹽等）和有機質(zhì)，它們通過河流輸入、臨近水體交換，以及底層水體攪動或上升流等方式進入淺海環(huán)境[93]。由于營養(yǎng)物質(zhì)能夠很快被浮游生物和底棲藻類利用，因此常用葉綠素濃度作為衡量營養(yǎng)水平的指標。從巴哈馬臺地的營養(yǎng)條件空間分布來看，鮞粒工廠形成于中等營養(yǎng)水平（葉綠素濃度0.1～1 mg/m3）（圖7）。而波斯灣的表層海水營養(yǎng)水平普遍高于巴哈馬（圖7），屬于中等—富營養(yǎng)水平（葉綠素濃度0.6～2 mg/m3）[94?95]。由此推測鮞粒工廠可以在不同的營養(yǎng)條件下形成。需要注意的是，高營養(yǎng)水平可能導(dǎo)致鉆孔生物活動增加，這會造成顆粒的泥晶化，以及球粒和核形石等顆粒類型的廣泛發(fā)育[96]。

3.3 生物主導(dǎo)因素

鮞粒工廠的生物類型較為單一。由于鮞粒主要形成于較強的水動力條件，與之共存的生物類型很少，可見一些綠藻、雙殼類和有孔蟲等，它們主要沉積在水體能量較弱的砂坪和潮汐三角洲的遠端[62]。一些甲殼類、多毛類動物在水體能量降低后，會對鮞粒灘體進行擾動，留下水平方向的遺跡和鉆孔[81]。此外，鮞粒內(nèi)部以藍細菌和真菌類為主的鉆孔微生物非?；钴S，它們以平行紋層、垂直紋層和局部聚集等方式在鮞粒內(nèi)部廣泛存在[97]。盡管這些鉆孔微生物不太可能直接參與鮞粒紋層的形成，但可為一些異養(yǎng)細菌有機礦化過程提供有機質(zhì)來源[5]。關(guān)于不同微生物類型對鮞粒紋層發(fā)育的建設(shè)性和破壞作用的討論，前人已有詳細的介紹[5]，在此不再贅述。

4 深時鮞粒工廠研究啟示及展望

與現(xiàn)代相比，許多地質(zhì)歷史時期的鮞粒工廠分布范圍更廣、規(guī)模更大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜?！艾F(xiàn)代是認識過去的一把鑰匙”，通過了解現(xiàn)代鮞粒工廠構(gòu)成、特征和影響因素等信息，可以為深時碳酸鹽工廠的研究提供重要線索。

4.1 鮞粒工廠與古環(huán)境演化

熱室氣候可能是全球范圍內(nèi)大規(guī)模鮞粒工廠啟動的一個主要原因。從現(xiàn)代海洋環(huán)境下鮞粒工廠的分布來看，它們基本上都位于Ω文石高于3.8的動蕩表層海水環(huán)境，這種海水條件目前主要分布在南、北回歸線附近[4]。根據(jù)前人的古地理重建結(jié)果[98]，顯生宙大部分時間，鮞粒工廠的分布也有類似的特征。由于鮞粒形成所需的碳酸鹽礦物飽和度主要受表層海水溫度的控制，如果地質(zhì)歷史時期表層海水溫度顯著升高，那么能夠滿足鮞粒形成的高飽和度海水的分布范圍就會大大增加，這很可能導(dǎo)致鮞粒工廠的緯度范圍大幅擴大。例如，早三疊世的極端高溫事件，使得全球范圍內(nèi)的鮞粒工廠從二疊紀晚期的南、北回歸線附近擴展到三疊紀初期的全球中、低緯度地區(qū)[99?100]，這被認為與當時盛行的熱室氣候有關(guān)[27]。由于深時環(huán)境還經(jīng)歷了多個熱室氣候周期，鮞粒工廠是否會對這些極端氣候條件有響應(yīng)，是一個非常值得關(guān)注的科學(xué)問題。另一方面，全球范圍內(nèi)大規(guī)模鮞粒工廠的衰落，是與氣候變冷事件相關(guān)，還是與浮游生物工廠的興盛相關(guān)，也是一個有待探索的方向。

4.2 大規(guī)模鮞粒工廠建造的勘探價值

由于鮞粒工廠在現(xiàn)代鑲邊臺地和緩坡環(huán)境建造過程有顯著的差異，因此對地史時期大規(guī)模鮞粒巖的形成機制需要慎重考慮。鑲邊臺地型鮞粒工廠建造主要在臺地邊緣環(huán)境進行，且在緩慢海侵與海退的往復(fù)過程中才能形成較大規(guī)模。這是因為陡峭的斜坡環(huán)境造成鮞粒工廠很難向深水拓展，并且海退過程往往造成鮞粒灘體暴露直至下次海侵階段才能繼續(xù)發(fā)育。緩坡型鮞粒工廠則主要通過潮汐三角洲的加積和向海方向的前積過程進行建造，工廠建造的速率能夠適應(yīng)緩慢海侵的影響。海退過程中，鮞粒工廠的側(cè)向加積的過程會更加高效，非常有利于形成連續(xù)的鮞粒巖“楔狀”前積體[101]。這種大型、厚層的鮞粒巖通常是優(yōu)質(zhì)的儲集巖類型，在油氣勘探領(lǐng)域具有重要的價值，例如侏羅系的伊比里亞盆地Pozuel 組[101]、摩洛哥Amellago 組[102]、美國Smackover組[103]，以及密西西比亞系的英國Castell Coch組[104]、美國Lodgepole組和Madison組[105]等。我國華南開江—梁平海槽西側(cè)下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組也有類似的現(xiàn)象[27，106]。

4.3 厚層鮞粒巖都是淺水灘相環(huán)境形成的嗎？

鮞粒巖在基礎(chǔ)和應(yīng)用沉積學(xué)領(lǐng)域具有巨大的價值，因此前人對鮞粒巖開展了非常廣泛的研究，旨在了解和掌握鮞粒巖的形成和發(fā)育規(guī)律。但是，目前的研究存在一個誤區(qū)，即一旦發(fā)現(xiàn)鮞粒巖，就往往認為該地區(qū)在當時存在臺地/內(nèi)緩坡邊緣鮞粒灘，這種認識有待商榷。從波斯灣鮞粒工廠的分布和發(fā)育情況來看，除了潮汐三角洲，還有大量的鮞粒巖保存在濱岸環(huán)境，甚至深水盆地和陸相風(fēng)成砂丘環(huán)境（圖1b、圖4）。濱岸環(huán)境鮞粒灘的形成主要受沿岸流影響，與原地鮞粒工廠發(fā)育位置還存在一定距離（圖4b）[68]。地質(zhì)歷史時期也有類似的現(xiàn)象，如寒武紀第三期漢南—米倉山地區(qū)受沿岸流影響的濱岸環(huán)境鮞粒灘[91]。考慮到盛行風(fēng)向影響下的陸相海岸砂丘環(huán)境存在大量由鮞粒構(gòu)成的沿岸堤（圖4d）[22]，因而需要仔細區(qū)分它們與臺地/內(nèi)緩坡邊緣環(huán)境形成的鮞粒巖的差別（如通過膠結(jié)物類型、交錯層理紋層角度、陸源/碳酸鹽砂分選和磨圓特征等方法）。另一方面，在緩坡背景下，隨強退潮流或其他形式海流被搬運至潮下低能環(huán)境的鮞粒砂體可以直接覆蓋在灰泥或粉砂—黏土組分之上（圖5b），甚至巖化的鮞粒邊緣還保留有亮晶方解石膠結(jié)物。如果不仔細分析鮞粒巖層的沉積序列和臨近層的巖石學(xué)特征，可能得出“薄灘體頻繁發(fā)育”“灘與灘間海環(huán)境頻繁變化”等不恰當?shù)慕Y(jié)論。海洋環(huán)境下保存的異地埋藏鮞粒灘體可能指示一種緩坡背景下受風(fēng)暴潮、海嘯等影響的、在較深水環(huán)境保存的非原地沉積體，具體特征還有待進一步研究。

4.4 鮞粒工廠研究展望

隨著碳酸鹽工廠研究越來越受到重視，關(guān)于工廠概念和類型劃分的基礎(chǔ)理論體系已經(jīng)在Schlager[31?33]和Pomar et al.[35?37，101，107]的工作基礎(chǔ)上建立起來。然而，如何進一步挖掘碳酸鹽工廠新的研究方向、價值，并指導(dǎo)理論和應(yīng)用沉積學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展，還有待深入探究。特別值得關(guān)注的是，Pomar[35]在2020年提出的關(guān)于深時碳酸鹽工廠及其宏演化過程的思路。Pomar et al.[35，107]通過對整個地質(zhì)歷史時期的碳酸鹽工廠體系進行框架性的研究，發(fā)現(xiàn)由于碳酸鹽生產(chǎn)者的不同、驅(qū)動能量來源的不同，以及工廠發(fā)育環(huán)境因素的差異，導(dǎo)致了地史時期的碳酸鹽工廠類型和構(gòu)成發(fā)生了多次重大轉(zhuǎn)變。在這個思路下，鮞粒工廠的宏演化過程是什么樣的？鮞粒作為一種極可能受有機礦化驅(qū)動的、具有包覆結(jié)構(gòu)的顆粒類型，在新元古代和古生代大量存在。然而，隨著白堊紀以來浮游碳酸鹽工廠的興盛，鮞粒工廠快速衰落。這暗示著表層海洋的碳酸鹽礦物飽和度的長期變化趨勢可能調(diào)控了鮞粒工廠的長周期演化規(guī)律。另一方面，大規(guī)模鮞粒工廠的發(fā)育似乎與緩坡體系下碳酸鹽沉積過程有著密切關(guān)系。在陸表海環(huán)境，緩坡體系下鮞粒工廠的快速前積過程可以為其他特異性熱帶淺水工廠的發(fā)育提供適宜的基底條件。在地史時期的許多大型生物絕滅事件之后，往往出現(xiàn)鮞粒工廠的先期建造，為高等級碳酸鹽工廠類型和生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)奠定了基礎(chǔ)。此外，鮞粒工廠對海洋酸化事件的響應(yīng)也是一個值得探索的方向。盡管海洋酸化過程降低了深部海水碳酸鹽礦物飽和度，但在事件結(jié)束后，飽和度往往受到風(fēng)化反饋機制的影響而反彈[108]；在這個過程中，飽和度的顯著增強將極大地促進淺水碳酸鹽沉積環(huán)境中鮞粒工廠分布范圍的擴張，例如二疊紀—三疊紀之交[28，99]以及早侏羅世托阿爾期[109]。最后，冰期—間冰期轉(zhuǎn)換過程如何調(diào)控大規(guī)模鮞粒工廠的發(fā)育和衰退也是一個值得關(guān)注的問題。

定量化重建碳酸鹽生產(chǎn)過程是工廠研究中一個新的重要領(lǐng)域。碳酸鹽生產(chǎn)是一個多因素共同作用下的長期過程，涉及工廠發(fā)育的氣候、環(huán)境、營養(yǎng)水平、光照、水動力條件和物源供給等多個方面。傳統(tǒng)的研究主要利用巖石微相特征對這些過程進行定性分析，很難獲取工廠建設(shè)的動態(tài)變化信息。同時，很多巖相指標分析的準確度與研究人員的經(jīng)驗有關(guān)，主觀性較強，缺乏定量評價指標。隨著測試方法和技術(shù)的不斷進步，可以利用工業(yè)隨鉆分析裝備和野外便攜式設(shè)備（如手持式γ儀、XRF-X射線熒光光譜儀、XRD-X 射線衍射儀和LIBS-激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀等）獲得大量數(shù)據(jù)資料。結(jié)合地質(zhì)建模以及傳統(tǒng)的巖石學(xué)和地球化學(xué)方法，可以開發(fā)出能夠指示碳酸鹽生產(chǎn)過程的各類環(huán)境、沉積和成巖敏感指標，分析包括鮞粒巖在內(nèi)的大規(guī)模碳酸鹽形成和保存的動態(tài)變化規(guī)律，從而在定量評價碳酸鹽生產(chǎn)過程領(lǐng)域取得關(guān)鍵進展。這些工作的開展將有利于深入了解碳酸鹽工廠的動力學(xué)來源和生產(chǎn)機制，認識地史時期“宜居”生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)，以及預(yù)測未來環(huán)境變化對碳酸鹽沉積體系的影響。

5 結(jié)論

（1） 巴哈馬鑲邊臺地型和波斯灣緩坡型鮞粒工廠的相似性體現(xiàn)在兩者均以潮汐三角洲為主要沉積環(huán)境，鮞粒礦物構(gòu)成幾乎全部為文石，粒徑范圍和鉆孔微生物活躍性接近。兩者的差別體現(xiàn)在巴哈馬鮞粒工廠形成于潮濕氣候下的清水碳酸鹽沉積環(huán)境，水體營養(yǎng)水平較低，建造過程以加積為主，工廠范圍集中在臺地邊緣環(huán)境且很難向深水環(huán)境擴展；而波斯灣鮞粒工廠形成于干旱氣候背景下的咸化、營養(yǎng)水平相對較高的渾濁水體環(huán)境，建造過程以加積和前積為主，工廠范圍有向深水擴展的趨勢。

（2） 現(xiàn)代鮞粒工廠發(fā)育與特殊的水動力條件（強攪動、活躍—停滯狀態(tài)轉(zhuǎn)換）和極高的碳酸鹽礦物飽和度有關(guān)。適宜的底形（如古地貌高地）以及潮汐作用的強弱制約了鮞粒工廠的發(fā)育位置和樣式。沉積體系（鑲邊臺地和緩坡）的差異對鮞粒工廠的發(fā)育過程和規(guī)模有顯著影響。

（3） 通過對現(xiàn)代鮞粒工廠的構(gòu)成、特征、形成和發(fā)育規(guī)律的剖析，可為研究地質(zhì)歷史時期鮞粒工廠提供重要基礎(chǔ)。碳酸鹽工廠的宏演化以及定量化重建生產(chǎn)過程研究將會是碳酸鹽工廠研究新的擴展領(lǐng)域和前進方向。相關(guān)工作可以幫助我們更深入地了解包括鮞粒巖在內(nèi)的大規(guī)模碳酸鹽形成的氣候和環(huán)境動態(tài)變化過程，也可為指導(dǎo)深層油氣勘探提供新的思路。

致謝 非常感謝《沉積學(xué)報》編輯部多位老師的專業(yè)編校工作，以及盧朝進博士和審稿專家的寶貴意見。對于現(xiàn)代鮞粒工廠的理解主要來自多年來文獻閱讀和實際材料研究，截至目前并未實地訪問，不當之處敬請批評指正。

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