前寒武紀(jì)“臼齒狀構(gòu)造謎”的一些認(rèn)識(shí)：來自天津薊縣剖面高于莊組的信息.docxVIP

1、第9卷第6期2007年12月古地理學(xué)報(bào)JOURNALOFPALAEOGEOGRAPHYVol.9No.6Dec.2007文章饗號(hào)：1671-1505(2007)06059714前寒武紀(jì)“臼齒狀構(gòu)造謎”的一些認(rèn)識(shí)：來自天津薊縣剖面高于莊組的信息*梅冥相u1中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地質(zhì)過程與，產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京1000832中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083摘要臼齒狀構(gòu)造是一種主要分布在前寒武紀(jì)非整層石碳酸鹽巖中的、特殊的“迷”一樣的沉積構(gòu)造.以發(fā)肓一系列奇形怪狀、大大小小的裂縫和裂隙為特征，這些裂縫和裂隙由等粒和均勻的微亮晶方酈石充填。臼齒狀構(gòu)造葉代分布的特殊性（新大古

2、代至新元古代）以及分布的全球桂，使其在顯生宙還未發(fā)現(xiàn)類似的對等物。對臼齒狀構(gòu)造成因的不同認(rèn)識(shí)使其成為“臼齒狀構(gòu)造謎天津薊縣剖面中元古界高于莊組（1600Ma至1400Ma）第3段隱晶質(zhì)泥晶灰?guī)r序列中的臼齒狀構(gòu)造，以其特別的沉積特征為了解“臼齒狀構(gòu)造謎”提供了一些有用的信息。這些特征包括：（1）臼齒狀構(gòu)造特別的形態(tài)學(xué)特征，（2）由微充晶所充填的臼齒狀裂袋具有明顯的邊界（以富集殘余有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦為特點(diǎn)），（3）臼齒狀構(gòu)造的宿主巖石是不發(fā)育疊層石和紋理化構(gòu)造的隱晶質(zhì)泥晶灰?guī)r，（4）與臼齒狀構(gòu)造常常共生的極為特別的宏庾藻類化石等。因此，臼齒狀構(gòu)造可以解釋為一種發(fā)育在席底生境中、由一系列復(fù)雜的作用過程所

3、形成的、與慎生物相關(guān)的原生沉積構(gòu)造。作為前寒武紀(jì)聶普遍的沉積現(xiàn)象，臼齒狀構(gòu)造為更好地理解復(fù)雜多變的/寒武紀(jì)碳酸鹽巖提供了許多有意義的信息。關(guān)詞前寒武紀(jì)臼齒狀構(gòu)造高于莊組天津甫縣剖面作者簡介梅冥相，男，1965年生，1993年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京），獲理學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院教授.主要從事沉積學(xué)和地層學(xué)的研究工作。中圖分類號(hào)：P512.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ASomereviewsonthePrecambrianmolar-toothenigma：InformationfromtheGaoyuzhuangFormationatJixiansectioninTianji

4、nMeiMingxiang1,21StateKeyLaboratoryofGeologicalProcessesandMineralResources,ChinaUniversityofGeosciences（Beijing）,Beijing1000832SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences（Beijing）,Beijing100083AbstractMolar-tooth（MT）structureisanenigmaticstructurewhichismainlydistributedinthenons

5、tromatoliticcarbonaterocksofthePrecambrian.ItischaracterizedbycracksandvoidswithvariousshapesanddifferentsizeswhichareGlledwithhomogeneousandequally-sizedmicrosparcalcites.Duetoitsspecialdistributioninthegeologictimes（fromNeoarcheantoNeoproterozoic）anditsglobaldistribution,therearenosimilaranalogsin

6、thePhanerozoic.Debatesontheoriginofthemolar-toothstructurehavecontinueduntilnowandthusmakeitbecomethe*molar-toothstructureenigmaM.Themolar-tooth國家自然科學(xué)基金會(huì)資助項(xiàng)目（40472065）的研究成果之一收稿日期：2006-04-03改回日期：2007-06-202007年12月過去曾有學(xué)者認(rèn)為1600m厚的的高于莊組均連續(xù)發(fā)育臼齒狀構(gòu)造(葛銘等，2003；曠宏偉等，2006),這顯然是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。臼齒狀構(gòu)造主要的時(shí)代分布也表明，這種構(gòu)造也不像許多

7、學(xué)者所認(rèn)為的那樣連續(xù)分布在中元古代至新元古代(Jamesetal.,1998；GrotzeingerandJames,2000),而是像圖6的“MT(1)至MT(5)”所示，呈幕式分布在新太古代至新元古代。1) 第1幕(圖6的MT(1)所示)是指新太古代幕(大致在2600Ma之后)，由南非新太古代超群中發(fā)育臼齒狀構(gòu)造的地層序列(BishopandSumner,2006；Bishopeta/.,2006)所代表。2) 第2幕(圖6的MT(2)所示)，是指古元古代幕(大致在2000Ma之后)，以Hudson灣Belcher群中Fairweather組和Tukark組(1750Ma左右；Ricket

8、tsandDonaldson,1981)以及極地地區(qū)西部的Goulbum超群中Kimerot群(1900Ma左右；CampbellandCecile,1976)貧乏登層石的臼齒狀構(gòu)造碳酸鹽巖序列為代表，該臼齒狀構(gòu)造發(fā)育幕是發(fā)生在2000Ma左右的登層石衰減事件(Grotzinger,1990)的沉積響應(yīng)。3) 第3幕(圖6的MT(3)所示)是指中元古代發(fā)育幕(大約在1450Ma之后)，由研究區(qū)高于莊組第3段非疊層石碳酸鹽巖序列所代表，另外北美地區(qū)北部地層序列(Fumisselal.,1998；Pollocketal.t2006)也是該臼齒狀構(gòu)造發(fā)育幕的代表。該臼齒狀構(gòu)造發(fā)育幕與作者所推測的發(fā)育

9、在1450Ma的登層石衰減事件存在關(guān)聯(lián)。4) 第4幕(圖6的MT(4)所示)是指新元古代早期幕，大約形成在1000Ma之后，以加拿大LittleDal群發(fā)育臼齒狀構(gòu)造而貧乏疊層石的碳酸鹽巖序列(HofmannandAitken,1979；Pratt,1998b)為代表，我國燕山地區(qū)景兒峪組非疊層石碳酸鹽巖序列(朱士興等，1994)也是該發(fā)育幕的代表。該臼齒狀構(gòu)造幕是發(fā)生在1000Ma左右的疊層石衰減事件(WalterandHeys,1985)的沉積響應(yīng)。5) 第5幕(圖6的MT(5)所示)是指新元古代晚期(大致發(fā)生在675Ma之后)，以中國東部膠遼徐淮地區(qū)疊層石不太發(fā)育而臼齒狀構(gòu)造發(fā)育的碳酸鹽

10、巖序列(喬秀夫等，2002)為代表，與發(fā)生在675Ma左右的疊層石衰減事件(Awramik,關(guān)鍵事件件說明折生代0G中生代240-古生代MT(5)MT(4)-1.0Ga-2.0C.-3.0J4.0G*1350-I450-1900-2500-2600-2800-3800-16CCE代衰蘭葺菌包化作用#:MT(3)新近te晚期遂境生物充狀體和寫隅狀及柱狀體：2-100Ma.中生代晚期海相微生物仗酸松巖的XM：3l3OM.affSJl(Tappen,1980):<-J0O240M«.中三至早白至世蘭殺菌何化作用暮(CCE)(Riding.1994):5-330-375Ma,晚泥女至早

11、石炭td.CCE6-460M«.隍石股成事件(Fischer.1969)：7-475-545Ma.京武紀(jì)至早奧陶世.CCE8-675Ma.,層石亶減事忤(Awrtmtk.1971):?-700l350M«.無古代晚朋；2000-II1310- 1000M«.房石衰減H件(WalterandHeys.198$);11- 2000Ma.層石衰減事件(Groczinger.1990)；1900-2500Ma-元古代早期；1)-1000-2800M«.太古代晚期至元古代層石發(fā)育的高峰期；!4-2700M«.肯定的1SS和可艇的H的出理(Brocks&#

12、171;a/.!999);15-3450Ma.tJg石的(Lowe.1980);16-3800Ma.Rli同位的微生物的首理(Shidlowiki,1988);1450Ma左右的炫石WMWftftWW研究莊蛆第3段非層石8(廉盆巖序列搜測而得；除了強(qiáng)武蛆的底界(Bowhngrta/.1993)以外，地履年值主要依SH.rl.nd9(1990)的堆質(zhì)年代1989”圖6微生物碳酸鹽巖關(guān)鍵發(fā)育歷史示意圖(據(jù)Riding,2000,有修改)Fig.6Keydevelopmenthistoryofmicrobialcarbonaterocks(revisedfromRiding,2000)1971）存在

13、關(guān)聯(lián)。如圖6所示，這些臼齒狀構(gòu)造發(fā)育幕與前寒武紀(jì)疊層石衰減事件和地球歷史中的蘭藻菌鈣化作用幕（Pratt,1982；Riding,1994,1997a,1997b,2000）存在成因聯(lián)系。大多數(shù)臼齒狀構(gòu)造發(fā)育幕發(fā)生在蘭藻菌鈣化作用幕時(shí)期，而且多發(fā)生在疊層石衰減事件后。可以斷言臼齒狀構(gòu)造發(fā)育幕發(fā)生在與顯生宙類似的“方解石?！睍r(shí)期（Sandberg,1983；TuckerandWright,1990；梅冥相等，1997）,因?yàn)樵谶@些特殊的地史時(shí)期，含有過飽和方解石的海水有利于形成充填臼齒狀構(gòu)造的方解石微亮晶。因此，臼出狀構(gòu)造與前寒武紀(jì)疊層石衰減事件之間的時(shí)間分布關(guān)系為進(jìn)一步了解兩個(gè)前寒武紀(jì)“謎”，

14、即置層石謎和臼齒狀構(gòu)造謎，提供了有用的線索。5.4地層意義燕山地區(qū)高于莊組第3段地層序列表明，在疊層石發(fā)育的黃金時(shí)段（Pratt,1982；Riding,1994,1997a,1997b,2000）,除了前寒武紀(jì)2000Ma左右（Grotzinger,1990）、1000Ma左右（Walter和Heys,1985）x675Ma左右（Awramic,1971）,大約1450Ma左右還發(fā)生過一次登層石衰減事件。北美地區(qū)中元古代地層資料也為這一推斷提供了證據(jù)。例如，Sherman等（2000）在對加拿大極地地區(qū)的中元古代泥質(zhì)碳酸鹽緩坡進(jìn)行研究時(shí)，強(qiáng)調(diào)了以下事實(shí)：在Belt-Purcell超群內(nèi)的Wa

15、llace組（Grotzinger,1986）以及可與之對比的Helena組和Siyeh組（O'Connor,1972；WinstonandLyons,1993）中貧乏疊層石，表明大約在1.4Ga至1.3Ga之前，發(fā)育臼齒狀構(gòu)造的泥質(zhì)緩坡不利于在淺潮下海水中發(fā)育大規(guī)模的疊層石。大多數(shù)臼齒狀構(gòu)造發(fā)育在蘭藻菌鈣化作用幕（Riding,2000）,而且主要形成在前寒武紀(jì)疊層石衰減事件之后，從而在前寒武紀(jì)形成了一種特別的從臼齒狀構(gòu)造灰?guī)r到登層石碳酸鹽巖（以白云巖為主）的沉積序列。前寒武紀(jì)臼齒狀構(gòu)造的時(shí)間分布大致可以劃分為5個(gè)幕（圖6中MT（1）至MT（5）。上述結(jié)論只是一個(gè)初步認(rèn)識(shí)，這主要受前

16、寒武紀(jì)年代地層分辨率較低所限制。例如，在我國東部膠遼徐淮地區(qū)新元古界廣泛發(fā)育臼齒狀構(gòu)造的碳酸鹽巖序列（南關(guān)嶺組、甘井子組、營城子組及其相關(guān)地層）.根據(jù)生物地層資料，多年來被歸到震旦紀(jì)陡山沱期（650-700Ma；邢裕盛等，1989,1996；Qiaoez".,1994,2002；陳晉鍍和武鐵山，1997）；而最近的研究認(rèn)為該套地層的形成時(shí)限為720Ma至850Ma,并重新定義為“北華系（孟祥化和葛銘，2004）o在前寒武紀(jì)地層中，類似的矛盾不勝枚舉，這為前寒武紀(jì)地層的劃分對比帶來了許多困難。6結(jié)論天津薊縣剖面高于莊組第3段非疊層石碳酸鹽巖序列中發(fā)育臼齒狀構(gòu)造，其特征為了解“臼齒狀構(gòu)造

17、謎”提供了一些有用的信息：1）臼齒狀裂縫復(fù)雜的形態(tài)表明了其形成機(jī)制的多樣性（包括地震脫水作用機(jī)制）；2）充填在沖刷面上的臼齒介殼灰?guī)r的滯后沉積，表明填充臼齒狀裂縫的方解石微亮晶在沉淀之后快速石化；3）臼齒狀構(gòu)造中由難溶殘余有機(jī)質(zhì)和較大的黃鐵礦晶體形成的邊界，表明臼齒微亮晶的形成與微生物活動(dòng)提供的有機(jī)質(zhì)存在成因關(guān)聯(lián)；4）氣泡膨脹及其遷移模式是臼齒狀裂縫及其填充物（等軸狀方解石微亮晶）形成的最好模式，但是，地震脫水流體流和波浪形成的流體流也有助于它們的形成；5）在以席底生境為待征的泥質(zhì)碳酸鹽巖海底中，臼齒狀構(gòu)造可以作為潮下相沉積的典型。臼齒狀構(gòu)造形成的必要條件導(dǎo)致其時(shí)間分布的局限性，這些條件主要包

18、括：1）在特殊的地質(zhì)歷史時(shí)期存在碳酸鈣過飽和的海水，這將促進(jìn)充填臼齒狀裂縫的方解石微亮晶的沉淀作用及沉淀之后的快速石化作用；2）富集有機(jī)質(zhì)的宿主巖石，為臼齒微亮晶的沉淀作用提供有機(jī)催化劑；3）宿主沉積物貧乏沉積構(gòu)造并具有均性，這將有利于大大小小的臼齒狀裂縫的形成。臼齒狀構(gòu)造在顯生宙缺乏，主要原因可能是顯生宙潮下沉積以生物擾動(dòng)構(gòu)造和發(fā)育化石的灰?guī)r為特征，也就是說，兩個(gè)生物革新，即骨骼化作用和生物擾動(dòng)作用，導(dǎo)致了臼齒狀構(gòu)造在顯生宙的衰減。再者，顯生宙潮下相沉積中較高的含氧量不利于有機(jī)質(zhì)保存，從而不利于充填臼齒狀裂縫的方解石微亮晶的形成。大多數(shù)臼齒狀構(gòu)造形成在蘭藻菌鈣化作用幕期間而且形成在疊層石衰減

19、事件之后，這就造成了臼齒狀構(gòu)造在時(shí)代上呈幕式分布（新太古代至新元古代）。臼齒狀構(gòu)造為了解復(fù)雜多變的前寒武紀(jì)碳酸鹽巖提供了許多有用的信息。本文是國家自然科學(xué)基金會(huì)資助項(xiàng)目(49802012,40472065)研完成果的一部分。在野外工作過程中得到了周洪瑞教授、高林志教授、章雨旭教授和彭陽教授的大力協(xié)助，研完生劉智榮、陳長清、孟曉慶和韓林參加了野外工作。著名沉積學(xué)家馮增昭教授給予了巨大支持與幫助,特此敬謝！欣逢我們的老前輩、地層學(xué)與古生物學(xué)學(xué)家楊遵儀院士百歲華誕,謹(jǐn)以此文向楊先生表示由衷的敬賀！參考文獻(xiàn)陳晉例，武怏山.1997.華北區(qū)區(qū)域地層M.湖北武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，20-44.杜汝199

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