塔里木盆地早寒武世微生物巖：結(jié)構(gòu)剖析與環(huán)境溯源

塔里木盆地早寒武世微生物巖：結(jié)構(gòu)剖析與環(huán)境溯源一、引言1.1研究背景與意義微生物在地球表層系統(tǒng)中扮演著極為重要的角色，其無所不在、數(shù)量巨大且新陳代謝過程豐富多樣。從地質(zhì)歷史的長河來看，中新元古界到奧陶系是微生物碳酸鹽巖廣泛發(fā)育的時期，這一漫長地質(zhì)階段中形成的微生物巖，成為了地質(zhì)學家們深入探究地球演化奧秘的關(guān)鍵窗口，相關(guān)研究也因此備受關(guān)注且日益增多。塔里木盆地作為我國重要的含油氣盆地，其下寒武統(tǒng)地層蘊含著豐富的地質(zhì)信息。特別是早寒武世時期，塔里木盆地經(jīng)歷了復雜的地質(zhì)演化過程，微生物巖在這一時期廣泛發(fā)育。這些微生物巖記錄了當時獨特的沉積環(huán)境、生物活動以及地球化學條件等多方面的信息，對于深入理解塔里木盆地早寒武世的地質(zhì)演化歷程具有不可替代的重要作用。通過對塔里木盆地早寒武世微生物巖的研究，我們能夠更準確地還原當時的古地理環(huán)境，揭示生物與環(huán)境之間的相互作用關(guān)系，為解答地球演化過程中的諸多關(guān)鍵問題提供重要線索。在油氣勘探領(lǐng)域，微生物巖同樣具有重要的指示意義。隨著勘探技術(shù)的不斷進步和勘探范圍的持續(xù)擴大，越來越多的研究表明，微生物礁作為儲層在油氣田的形成中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。塔里木盆地下寒武統(tǒng)微生物礁的研究，為該地區(qū)的油氣勘探提供了新的思路和方向。通過對微生物巖的結(jié)構(gòu)類型、形成環(huán)境以及儲集性能等方面的深入研究，能夠更精準地預測油氣儲層的分布，提高油氣勘探的成功率，對于我國能源資源的勘探開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。然而，盡管前人對塔里木盆地早寒武世微生物巖已開展了一定的研究工作，但在諸多關(guān)鍵問題上仍存在著認識不足與爭議。例如，對于微生物巖的結(jié)構(gòu)類型劃分，尚未形成統(tǒng)一且全面的標準，不同研究之間存在一定的差異；在微生物巖形成環(huán)境的研究方面，雖然已取得了一些成果，但對于一些復雜環(huán)境因素的交互作用及其對微生物巖形成的影響機制，還缺乏深入系統(tǒng)的認識；此外，微生物巖與油氣儲層之間的內(nèi)在聯(lián)系，也需要進一步深入研究和明確。這些問題的存在，嚴重制約了我們對塔里木盆地早寒武世地質(zhì)演化的全面理解以及油氣勘探工作的高效開展。因此，開展塔里木盆地早寒武世微生物巖結(jié)構(gòu)類型和形成環(huán)境的深入研究，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，隨著微生物巖研究的深入，國內(nèi)外學者對塔里木盆地早寒武世微生物巖開展了一系列研究工作。在塔里木盆地西北緣阿克蘇地區(qū)，露頭區(qū)下寒武統(tǒng)出露良好，為研究提供了豐富的資料。李保華等依據(jù)野外露頭的巖性特征將柯坪地區(qū)肖爾布拉克組劃分為2個三級層序和4個四級層序，對地層的層序劃分進行了初步探索，為后續(xù)研究奠定了一定的基礎(chǔ)。白瑩等在阿克蘇露頭區(qū)肖爾布拉克組中識別出2個三級層序和8個四級層序，雖然在層序劃分上與前者存在差異，但也豐富了對該地區(qū)層序地層的認識。在微生物巖的類型及特征研究方面，學者們也取得了一定成果。鄭劍鋒等通過實測阿克蘇地區(qū)7條剖面，在超過1000塊薄片、556個物性數(shù)據(jù)及大量地球化學分析的基礎(chǔ)上，綜合鉆井資料，系統(tǒng)研究了肖爾布拉克組微生物巖類型，發(fā)現(xiàn)該組厚158-178m，主要以微生物白云巖為主，自下而上可分為4段，每段發(fā)育不同結(jié)構(gòu)類型的微生物巖，如肖1段主要發(fā)育平直、微波狀結(jié)構(gòu)的疊層石白云巖等。高潔等研究表明肖爾布拉克組微生物巖主要包括凝塊石白云巖、泡沫綿層石白云巖、疊層石白云巖和層紋石白云巖，對微生物巖類型的認識更加全面。在微生物礁的研究中，王凱等通過塔北西部—柯坪地區(qū)大量的野外露頭觀測及室內(nèi)薄片觀察與物性分析，對塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組上二亞段微生物礁白云巖儲集性進行了精細研究，發(fā)現(xiàn)該層微生物礁僅在研究區(qū)南部三個剖面有發(fā)現(xiàn)，呈由南向北厚度逐漸減薄、規(guī)模逐漸減小的趨勢，且微生物礁白云巖具有粒內(nèi)孔、晶間孔、溶孔等6種儲集空間，但儲集性能遠低于預期目標。陳格格等基于塔里木盆地西北緣阿克蘇地區(qū)的野外露頭觀察和北部地區(qū)重點探井的測井資料分析和薄片鑒定工作，建立塔里木盆地塔北地區(qū)的高精度層序地層格架，分析了肖爾布拉克組碳酸鹽巖臺地的演化過程及微生物礁灘發(fā)育模式，認為海平面的變化在垂向上控制著微生物礁灘的演化特征，古地貌在平面上控制著微生物礁灘的分布。然而，當前研究仍存在一些不足。在微生物巖結(jié)構(gòu)類型方面，雖然已識別出多種類型，但對于不同類型微生物巖之間的過渡關(guān)系以及一些特殊結(jié)構(gòu)的成因機制研究還不夠深入。例如，對于一些具有復雜紋理和構(gòu)造的微生物巖，其形成過程中的微生物群落變化以及環(huán)境因素的影響尚未明確。在形成環(huán)境研究方面，盡管已經(jīng)認識到古地貌、海平面變化等因素對微生物巖形成的控制作用，但對于沉積環(huán)境中的水化學條件、氧化還原狀態(tài)等因素的動態(tài)變化及其對微生物巖形成的具體影響，缺乏系統(tǒng)的分析。而且，不同研究區(qū)之間的對比研究較少，難以建立統(tǒng)一的塔里木盆地早寒武世微生物巖形成環(huán)境模式。此外，在微生物巖與油氣儲層關(guān)系的研究中，雖然已發(fā)現(xiàn)微生物礁白云巖具有儲集空間，但對于微生物巖儲層的形成機制、儲集性能的影響因素以及如何有效預測儲層分布等方面，還需要進一步深入研究。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究聚焦塔里木盆地早寒武世微生物巖，旨在全面剖析其結(jié)構(gòu)類型與形成環(huán)境，具體內(nèi)容如下：微生物巖結(jié)構(gòu)類型詳細劃分與特征分析：對塔里木盆地早寒武世微生物巖進行全面的野外地質(zhì)調(diào)查，詳細觀察露頭，采集典型樣品。在室內(nèi)通過偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）等技術(shù)手段，對微生物巖樣品進行薄片鑒定和微觀結(jié)構(gòu)分析。依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究標準和分類體系，結(jié)合本次研究中觀察到的微生物巖的形態(tài)、構(gòu)造、紋理以及微生物群落特征等，對塔里木盆地早寒武世微生物巖的結(jié)構(gòu)類型進行詳細劃分。深入分析不同結(jié)構(gòu)類型微生物巖的特征，包括其組成成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點、微生物化石的種類和保存狀態(tài)等，明確各結(jié)構(gòu)類型之間的差異和識別標志。微生物巖形成環(huán)境的多因素分析：利用地球化學分析技術(shù)，對微生物巖樣品進行主量元素、微量元素、稀土元素以及穩(wěn)定同位素（如碳、氧、硫同位素等）分析。通過主量元素分析，了解巖石的基本化學組成，判斷其物質(zhì)來源和沉積環(huán)境的氧化還原條件；微量元素和稀土元素分析可提供有關(guān)古水體性質(zhì)、物源區(qū)特征以及沉積環(huán)境變化的信息；穩(wěn)定同位素分析能夠揭示微生物巖形成過程中的碳循環(huán)、氧循環(huán)以及生物地球化學作用等。結(jié)合沉積學研究方法，對微生物巖的沉積構(gòu)造、巖相組合、地層序列等進行詳細研究。通過分析沉積構(gòu)造，如交錯層理、波痕、泥裂等，判斷沉積時的水動力條件；研究巖相組合和地層序列，確定微生物巖在沉積相中的位置和演化關(guān)系，進而推斷其沉積環(huán)境，如淺海陸棚、潮坪、瀉湖等。綜合地球化學和沉積學分析結(jié)果，探討微生物巖形成的古地理、古氣候、古水體等環(huán)境因素。研究古地理環(huán)境對微生物巖分布的控制作用，分析古氣候條件（如溫度、降水等）對微生物生長和代謝的影響，以及古水體的物理化學性質(zhì)（如鹽度、酸堿度、溶解氧含量等）與微生物巖形成之間的關(guān)系。微生物巖結(jié)構(gòu)類型與形成環(huán)境的耦合關(guān)系研究：在明確微生物巖結(jié)構(gòu)類型和形成環(huán)境的基礎(chǔ)上，深入探討兩者之間的耦合關(guān)系。分析不同環(huán)境因素如何影響微生物的生長、繁殖和代謝活動，進而導致微生物巖結(jié)構(gòu)類型的差異。例如，在水動力較強的環(huán)境中，微生物可能更傾向于形成具有抗浪結(jié)構(gòu)的微生物巖；而在水體相對穩(wěn)定、營養(yǎng)物質(zhì)豐富的環(huán)境中，可能有利于形成富含微生物化石、結(jié)構(gòu)復雜的微生物巖。研究微生物巖結(jié)構(gòu)類型對其形成環(huán)境的響應(yīng)機制，通過建立兩者之間的耦合模型，揭示塔里木盆地早寒武世微生物巖形成的內(nèi)在規(guī)律，為解釋地質(zhì)歷史時期微生物巖的演化提供理論依據(jù)。1.3.2研究方法為實現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本研究將綜合運用多種研究方法，具體如下：野外地質(zhì)調(diào)查：在塔里木盆地西北部阿克蘇地區(qū)等早寒武世地層出露良好的區(qū)域，開展系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查。選擇多條具有代表性的剖面進行詳細實測，觀察地層的巖性特征、層序關(guān)系、沉積構(gòu)造等，并繪制地質(zhì)剖面圖。對微生物巖的露頭進行詳細描述，記錄其分布位置、產(chǎn)狀、規(guī)模、形態(tài)等信息，采集用于室內(nèi)分析的樣品，包括巖石樣品、化石樣品等，確保樣品具有代表性和廣泛性。巖石學分析：將野外采集的巖石樣品制成薄片，在偏光顯微鏡下進行觀察，研究微生物巖的巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物組成、生物化石特征等。通過薄片鑒定，確定微生物巖的類型，如疊層石白云巖、凝塊石白云巖、泡沫綿層石白云巖等，并分析其結(jié)構(gòu)特征，如紋層結(jié)構(gòu)、凝塊結(jié)構(gòu)、格架結(jié)構(gòu)等。利用掃描電子顯微鏡（SEM）對微生物巖樣品進行微觀結(jié)構(gòu)分析，觀察微生物的形態(tài)、大小、排列方式以及微生物與周圍礦物之間的關(guān)系，進一步揭示微生物巖的微觀特征和形成機制。地球化學分析：采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）、X射線熒光光譜儀（XRF）等儀器，對微生物巖樣品進行主量元素、微量元素和稀土元素分析。通過分析這些元素的含量和比值，探討微生物巖的物質(zhì)來源、沉積環(huán)境以及古氣候條件等。利用同位素質(zhì)譜儀對微生物巖樣品進行碳、氧、硫等穩(wěn)定同位素分析，通過同位素組成的變化，研究微生物巖形成過程中的生物地球化學循環(huán)、古海洋環(huán)境以及微生物的代謝活動等。沉積學分析：運用沉積學原理和方法，對微生物巖的沉積構(gòu)造、巖相組合、地層序列等進行詳細研究。通過分析沉積構(gòu)造，如交錯層理、平行層理、波痕等，判斷沉積時的水動力條件；研究巖相組合，確定微生物巖在沉積相中的位置和演化關(guān)系；分析地層序列，了解微生物巖的沉積歷史和演化過程。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，繪制沉積相圖，重建塔里木盆地早寒武世的古地理環(huán)境，為研究微生物巖的形成環(huán)境提供沉積學依據(jù)。數(shù)據(jù)分析與建模：對野外調(diào)查、巖石學分析、地球化學分析和沉積學分析所獲得的數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析，運用數(shù)學方法和計算機軟件，建立相關(guān)的數(shù)據(jù)模型和耦合模型。通過數(shù)據(jù)分析，揭示微生物巖結(jié)構(gòu)類型與形成環(huán)境之間的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，利用模型對微生物巖的形成過程進行模擬和預測，進一步驗證研究結(jié)果的可靠性和準確性。二、塔里木盆地早寒武世地質(zhì)背景2.1區(qū)域地質(zhì)概況塔里木盆地坐落于新疆維吾爾自治區(qū)南部，是中國面積最大的內(nèi)陸盆地。其西起帕米爾高原東麓，東到羅布泊洼地，南臨昆侖山、阿爾金山，北倚天山山脈，東西長約1400千米，南北寬約550千米，面積達56萬平方千米，經(jīng)緯度范圍為34°20'～43°39'N，71°39'～93°45'E，在大地構(gòu)造位置上處于歐亞大陸腹地，遠離海洋，在地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷了復雜的構(gòu)造演化。從構(gòu)造單元劃分來看，塔里木盆地內(nèi)部可劃分為“四隆起五坳陷”9個一級構(gòu)造單元，分別為塔北隆起、巴楚隆起、塔中隆起、東南隆起、庫車坳陷、北部坳陷、塘古坳陷、東南坳陷及西南坳陷。這些構(gòu)造單元的形成與盆地所處的特提斯構(gòu)造域密切相關(guān)，其演化受控于全球性伸展—擠壓旋回與特提斯洋、古亞洲洋伸展—聚斂過程。在漫長的地質(zhì)歷史時期，塔里木盆地歷經(jīng)了多個演化階段，前震旦紀基底形成，震旦紀—奧陶紀克拉通邊緣坳陷，志留紀—泥盆紀周緣前陸盆地，石炭紀—二疊紀克拉通邊緣坳陷和裂谷盆地，三疊紀前陸盆地，侏羅紀—古近紀斷陷盆地，新近紀—第四紀復合前陸盆地，經(jīng)歷10余期構(gòu)造運動，造就了現(xiàn)今復雜的構(gòu)造格局。在早寒武世時期，塔里木盆地處于特殊的構(gòu)造背景之下。受羅迪尼亞超大陸裂解影響，塔里木克拉通發(fā)生大規(guī)模裂谷作用，南華紀-早震旦世裂谷盆地充填巨厚碎屑巖，到晚震旦世-早寒武世發(fā)生大規(guī)模海侵，中塔里木古陸南北兩側(cè)廣泛沉積了海相碳酸鹽巖和硅質(zhì)頁巖。這一時期的沉積環(huán)境和構(gòu)造運動對微生物巖的形成和分布產(chǎn)生了深遠影響。塔里木盆地周緣的古陸為盆地提供了物質(zhì)來源，古陸的風化剝蝕產(chǎn)物經(jīng)河流搬運等作用進入盆地，參與了沉積過程。同時，盆地內(nèi)的古地形差異也控制了沉積相的展布，在相對低洼的區(qū)域，水體較深，有利于細粒沉積物和微生物巖的沉積；而在相對隆起的區(qū)域，水體較淺，可能發(fā)育高能的沉積環(huán)境，如淺灘等。2.2早寒武世地層特征塔里木盆地早寒武世地層主要包括玉爾吐斯組和肖爾布拉克組，它們在巖性、厚度和分布等方面呈現(xiàn)出一定的特征。玉爾吐斯組主要出露于塔里木盆地西北緣的柯坪地區(qū)以及東北緣的庫魯克塔格地區(qū)。在柯坪地區(qū)，玉爾吐斯組巖性主要為一套黑色硅質(zhì)頁巖、泥巖夾薄層粉砂巖，富含磷質(zhì)結(jié)核，局部可見薄層白云巖。該組厚度變化較大，在柯坪地區(qū)的一些露頭，其厚度可達數(shù)十米。從區(qū)域分布來看，玉爾吐斯組在塔里木盆地西北緣呈帶狀分布，向盆地內(nèi)部逐漸尖滅。在東北緣的庫魯克塔格地區(qū)，玉爾吐斯組巖性與西北緣有所不同，主要為一套灰色、深灰色泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖夾薄層硅質(zhì)巖，厚度相對較薄，一般在數(shù)米至十幾米之間。這種巖性和厚度的差異可能與沉積時期不同地區(qū)的古地理環(huán)境和物源供應(yīng)有關(guān)。玉爾吐斯組的黑色頁巖中有機質(zhì)含量較高，是塔里木盆地重要的烴源巖之一，其形成與當時的海洋環(huán)境密切相關(guān)，可能處于水體較深、較為安靜且缺氧的環(huán)境，有利于有機質(zhì)的保存和富集。肖爾布拉克組整合于玉爾吐斯組之上，廣泛分布于塔里木盆地西北緣、塔北隆起以及塔中隆起等地區(qū)。在阿克蘇地區(qū)，肖爾布拉克組主要為一套灰白色、淺灰色白云巖，局部夾有薄層泥質(zhì)白云巖和膏質(zhì)白云巖。該組厚度在不同地區(qū)有所變化，在阿克蘇地區(qū)的實測剖面中，其厚度可達150-180m左右。在塔北隆起，肖爾布拉克組巖性以微生物白云巖為主，包括疊層石白云巖、凝塊石白云巖等，厚度相對較薄，一般在幾十米到一百多米不等。在塔中隆起，肖爾布拉克組巖性同樣以白云巖為主，發(fā)育多種微生物巖類型，厚度變化較大，部分地區(qū)可達200m以上。肖爾布拉克組的白云巖形成與微生物活動密切相關(guān)，微生物通過新陳代謝作用影響了碳酸鹽的沉淀和結(jié)晶，形成了獨特的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。該組地層中還發(fā)育有一些沉積構(gòu)造，如交錯層理、波痕等，反映了沉積時的水動力條件相對較強，可能處于淺海、潮坪等環(huán)境。早寒武世地層在塔里木盆地內(nèi)的分布受多種因素控制。古構(gòu)造格局對地層分布起到了重要的控制作用，盆地內(nèi)的隆起和坳陷區(qū)域決定了沉積厚度和范圍。在隆起區(qū)域，地層厚度相對較薄，甚至可能缺失部分地層；而在坳陷區(qū)域，地層厚度較大，沉積連續(xù)。古地理環(huán)境也影響著地層的分布，如古陸邊緣、淺海、深海等不同的沉積環(huán)境，導致了巖性和地層厚度的差異。古氣候條件對早寒武世地層的形成和分布也有一定影響，溫暖濕潤的氣候有利于生物的繁殖和碳酸鹽的沉淀，而干旱氣候可能導致蒸發(fā)作用增強，形成膏鹽巖等特殊巖性。2.3古地理與古環(huán)境特征早寒武世時期，塔里木盆地的古地理格局呈現(xiàn)出獨特的面貌。在震旦紀-早寒武世，受羅迪尼亞超大陸裂解的影響，塔里木克拉通發(fā)生大規(guī)模裂谷作用，南華紀-早震旦世裂谷盆地充填巨厚碎屑巖。到晚震旦世-早寒武世，發(fā)生大規(guī)模海侵，中塔里木古陸南北兩側(cè)廣泛沉積了海相碳酸鹽巖和硅質(zhì)頁巖。從沉積相分布來看，塔里木盆地早寒武世主要發(fā)育局限臺地相、開闊臺地相、陸棚相和盆地相。在局限臺地相區(qū)，水體相對較淺且較為封閉，鹽度較高，不利于生物的廣泛繁殖，但微生物在此環(huán)境中卻能夠適應(yīng)并大量生長，形成了豐富的微生物巖。開闊臺地相區(qū)水體循環(huán)較好，氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)相對充足，除了微生物巖外，還沉積了大量的正常海相碳酸鹽巖，如灰?guī)r、白云巖等，且生物化石較為豐富，包括三葉蟲、腕足類等生物的化石。陸棚相區(qū)位于臺地和盆地之間的過渡地帶，水動力條件相對較弱，以細粒沉積物為主，如泥巖、粉砂巖等，同時也夾有一些薄層的碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖，微生物巖在該相區(qū)也有一定的分布。盆地相區(qū)水體較深，環(huán)境較為安靜，主要沉積黑色頁巖、硅質(zhì)巖等，這些沉積物中有機質(zhì)含量較高，反映了當時水體處于缺氧的還原環(huán)境，不利于底棲生物的生存，但卻為微生物的生存和繁衍提供了特定的環(huán)境條件，使得微生物在這種環(huán)境下參與了沉積物的形成過程。早寒武世塔里木盆地的古氣候條件對微生物巖的形成也有著重要影響。根據(jù)相關(guān)研究，當時的氣候可能處于溫暖濕潤到半干旱的過渡階段。在溫暖濕潤的氣候條件下，地表徑流攜帶大量的營養(yǎng)物質(zhì)進入海洋，為微生物的生長提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)，促進了微生物的大量繁殖。微生物通過光合作用等代謝活動，吸收海水中的二氧化碳，釋放氧氣，同時也促使碳酸鹽物質(zhì)沉淀，從而有利于微生物巖的形成。而在半干旱氣候條件下，蒸發(fā)作用相對增強，可能導致海水鹽度升高，這對于一些耐鹽性較強的微生物來說，反而創(chuàng)造了適宜的生存環(huán)境，使得它們能夠在這種特殊的環(huán)境中生長和代謝，進而影響微生物巖的形成和發(fā)育。在古水體方面，早寒武世塔里木盆地的水體物理化學性質(zhì)復雜多變。水體鹽度在不同的沉積相區(qū)存在差異，局限臺地相區(qū)由于水體相對封閉，蒸發(fā)作用強烈，鹽度較高；而開闊臺地相區(qū)和陸棚相區(qū)水體循環(huán)相對較好，鹽度相對較低且較為穩(wěn)定。水體的酸堿度（pH值）也對微生物巖的形成有重要影響，一般來說，弱堿性的水體環(huán)境有利于碳酸鹽的沉淀和微生物的生長。微生物在代謝過程中會消耗海水中的二氧化碳，使水體的pH值升高，進一步促進碳酸鹽的過飽和，從而有利于微生物巖的形成。水體的氧化還原狀態(tài)也是影響微生物巖形成的關(guān)鍵因素之一，在氧化環(huán)境下，微生物的代謝方式和群落結(jié)構(gòu)與還原環(huán)境下有所不同。在早寒武世的塔里木盆地，陸棚相和盆地相區(qū)的水體在一定程度上處于缺氧的還原環(huán)境，這種環(huán)境有利于厭氧微生物的生長，它們通過特殊的代謝途徑參與了沉積物中有機質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，同時也影響了碳酸鹽的沉淀過程，對微生物巖的形成和特征產(chǎn)生了重要影響。三、早寒武世微生物巖常見結(jié)構(gòu)類型3.1疊層石疊層石作為微生物巖中最為典型的一種結(jié)構(gòu)類型，在塔里木盆地早寒武世微生物巖中廣泛發(fā)育。它是由微生物群落，主要是藍細菌等光合微生物，通過新陳代謝活動與周圍的化學物質(zhì)相互作用，經(jīng)過長期的沉積和堆積過程而形成的一種具有特殊層狀構(gòu)造的生物沉積巖。疊層石的研究對于揭示早寒武世的古環(huán)境、生物演化以及地質(zhì)歷史時期的生物地球化學循環(huán)等方面具有重要意義。通過對疊層石的宏觀和微觀特征分析，以及形成機制的探討，可以深入了解當時的沉積環(huán)境和微生物活動，為重建塔里木盆地早寒武世的古生態(tài)系統(tǒng)提供關(guān)鍵線索。3.1.1宏觀特征塔里木盆地早寒武世疊層石在宏觀上呈現(xiàn)出豐富多樣的形態(tài)。常見的有柱狀、錐狀、層狀和平坦狀等。柱狀疊層石通常直立生長，高度從幾厘米到數(shù)米不等，直徑也有較大差異，一般在幾厘米至幾十厘米之間。其柱體形態(tài)較為規(guī)則，部分柱體表面具有明顯的環(huán)紋，這些環(huán)紋可能與微生物的生長節(jié)律以及環(huán)境的周期性變化有關(guān)。例如，在阿克蘇地區(qū)的部分露頭中，柱狀疊層石保存較為完好，柱體之間相互平行排列，顯示出在相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境中形成的特征。錐狀疊層石則呈圓錐狀，頂部較尖，底部較寬，單個錐狀體的高度和寬度也各不相同。它們常常成群出現(xiàn)，形成獨特的錐狀疊層石群，這種形態(tài)的疊層石可能是在水動力條件相對較強、能量較高的環(huán)境中形成的，微生物在這種環(huán)境下通過特殊的生長方式來適應(yīng)水流的沖刷。層狀疊層石具有明顯的水平層理，層理厚度較為均勻，一般在幾毫米到幾厘米之間。這些層理是微生物席在不同時期的生長和沉積記錄，反映了沉積環(huán)境的相對穩(wěn)定性和連續(xù)性。平坦狀疊層石則較為平緩地分布在巖石表面，沒有明顯的凸起或凹陷，其層理也相對不明顯，可能是在水體較為平靜、能量較低的環(huán)境中形成的。疊層石的大小也因地區(qū)和沉積環(huán)境的不同而有所差異。在一些沉積環(huán)境較為穩(wěn)定、營養(yǎng)物質(zhì)豐富的區(qū)域，疊層石可以生長得較為巨大，柱體粗壯，層理厚實；而在沉積環(huán)境變化頻繁、能量較高的區(qū)域，疊層石可能相對較小，形態(tài)也較為簡單。疊層石的層理特征是其重要的宏觀標志之一。層理通常呈現(xiàn)出明暗相間的條帶，明帶主要由碳酸鹽礦物組成，而暗帶則富含微生物及其代謝產(chǎn)物，如有機質(zhì)等。這種明暗相間的層理結(jié)構(gòu)是微生物在生長過程中，對周圍環(huán)境中化學物質(zhì)的選擇性吸收和沉淀的結(jié)果。在光照充足、溫度適宜的條件下，微生物通過光合作用吸收海水中的二氧化碳，釋放氧氣，同時促使碳酸鹽物質(zhì)沉淀，形成明帶；而在微生物生長相對緩慢或受到環(huán)境壓力時，有機質(zhì)等代謝產(chǎn)物相對積累，形成暗帶。3.1.2微觀特征在顯微鏡下觀察，塔里木盆地早寒武世疊層石的礦物組成主要為白云石，部分含有少量的方解石。白云石晶體呈自形或半自形，粒徑大小不一，一般在幾微米到幾十微米之間。晶體之間排列緊密，通過膠結(jié)物相互連接，形成了疊層石的基本結(jié)構(gòu)框架。除了礦物組成，疊層石中還保存有豐富的微生物化石。常見的微生物化石類型包括絲狀藍細菌、球狀藍細菌等。絲狀藍細菌呈細長的絲狀結(jié)構(gòu)，長度可達幾十微米，直徑一般在幾微米左右。它們常常相互纏繞，形成復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有助于微生物在水體中固定位置，同時也增加了與周圍環(huán)境物質(zhì)交換的表面積。球狀藍細菌則呈球形，直徑在幾微米左右，它們通常以群體的形式存在，分布在絲狀藍細菌之間或單獨聚集在一起。這些微生物化石的保存狀態(tài)較好，部分還能清晰地觀察到細胞的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為研究早寒武世微生物的種類和生態(tài)提供了直接的證據(jù)。在疊層石的微觀結(jié)構(gòu)中，還可以觀察到一些與微生物活動相關(guān)的特征。例如，微生物席遺跡，這是微生物在生長過程中形成的一層薄而連續(xù)的結(jié)構(gòu)，主要由微生物及其分泌物組成。微生物席遺跡在顯微鏡下呈現(xiàn)出不規(guī)則的片狀或薄膜狀，與周圍的礦物顆粒有明顯的界限。此外，還能發(fā)現(xiàn)一些微孔隙和微管道，這些結(jié)構(gòu)是微生物在代謝過程中產(chǎn)生的氣體或分泌物排出形成的，它們的存在不僅影響了疊層石的物理性質(zhì)，如孔隙度和滲透率，也為研究微生物的代謝活動提供了線索。3.1.3形成機制疊層石的形成是生物作用和物理化學過程共同作用的結(jié)果。生物作用方面，藍細菌等光合微生物在疊層石的形成中起到了關(guān)鍵作用。藍細菌通過光合作用吸收海水中的二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為有機物質(zhì)，同時釋放出氧氣。在這個過程中，海水中的酸堿度發(fā)生變化，使得碳酸鹽物質(zhì)的溶解度降低，從而促使碳酸鹽沉淀。藍細菌分泌的粘性物質(zhì)可以將周圍的顆粒物質(zhì)粘結(jié)在一起，形成微生物席。隨著時間的推移，新的微生物席不斷在舊的微生物席上生長和堆積，逐漸形成了疊層石的層理結(jié)構(gòu)。物理化學過程也對疊層石的形成產(chǎn)生重要影響。在沉積過程中，水流、波浪等水動力條件會影響微生物席的形態(tài)和分布。在水動力較強的環(huán)境中，微生物席可能會被沖刷、撕裂，導致疊層石的形態(tài)變得不規(guī)則；而在水動力較弱的環(huán)境中，微生物席能夠較為穩(wěn)定地生長和堆積，形成規(guī)則的層理結(jié)構(gòu)。海水中的化學成分，如鈣離子、鎂離子、碳酸根離子等的濃度和比例，也會影響碳酸鹽的沉淀和結(jié)晶過程，進而影響疊層石的礦物組成和微觀結(jié)構(gòu)。此外，溫度、光照等環(huán)境因素也會影響微生物的生長和代謝活動，從而間接影響疊層石的形成。例如，在溫度適宜、光照充足的環(huán)境中，微生物的光合作用較強，有利于碳酸鹽的沉淀和疊層石的生長；而在溫度過低或光照不足的環(huán)境中，微生物的生長受到抑制，疊層石的形成也會受到影響。3.2凝塊石凝塊石作為塔里木盆地早寒武世微生物巖的重要結(jié)構(gòu)類型之一，在古環(huán)境重建和地質(zhì)演化研究中具有獨特的價值。它是由微生物群落與周圍沉積物相互作用形成的一種具有特殊結(jié)構(gòu)的巖石，其形成過程受到多種環(huán)境因素的影響，通過對凝塊石的研究，可以深入了解早寒武世的沉積環(huán)境、微生物活動以及地球化學條件等方面的信息，為揭示塔里木盆地早寒武世的地質(zhì)歷史提供關(guān)鍵線索。3.2.1形態(tài)與結(jié)構(gòu)塔里木盆地早寒武世凝塊石在形態(tài)上呈現(xiàn)出多樣化的特征。常見的有球狀、橢球狀、不規(guī)則塊狀等。球狀凝塊石直徑一般在幾厘米到幾十厘米之間，形狀較為規(guī)則，表面相對光滑，部分球狀凝塊石具有同心層狀結(jié)構(gòu)，從中心向外呈現(xiàn)出不同的顏色和紋理，可能與微生物的生長階段和環(huán)境變化有關(guān)。橢球狀凝塊石則長軸和短軸有明顯差異，長軸一般在十幾厘米到數(shù)米之間，短軸相對較短，其形態(tài)可能受到水流等外力作用的影響而發(fā)生一定程度的拉長或變形。不規(guī)則塊狀凝塊石形狀復雜多樣，沒有明顯的規(guī)則幾何形狀，其大小也差異較大，小的可能只有幾厘米，大的可達數(shù)米甚至更大。這些不規(guī)則塊狀凝塊石往往是在沉積環(huán)境較為復雜、水動力條件多變的情況下形成的，微生物在生長過程中受到多種因素的干擾，導致其聚集和沉淀形成不規(guī)則的形態(tài)。在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，凝塊石具有獨特的特征。顯微鏡下觀察，凝塊石主要由凝塊和基質(zhì)兩部分組成。凝塊呈大小不等的團塊狀，直徑一般在幾十微米到幾毫米之間，其邊界相對清晰，與周圍基質(zhì)有明顯的區(qū)別。凝塊的顏色通常較深，主要由微生物及其代謝產(chǎn)物、有機質(zhì)以及一些細小的碳酸鹽顆粒等組成。基質(zhì)則填充在凝塊之間，顏色相對較淺，主要由細粒的碳酸鹽礦物組成，如白云石、方解石等，部分基質(zhì)中還含有少量的泥質(zhì)和粉砂質(zhì)顆粒。凝塊石中還發(fā)育有一些孔隙和裂縫，孔隙大小不一，從微孔到毫米級孔隙都有分布，這些孔隙可能是微生物代謝活動產(chǎn)生的氣體逸出后留下的，也可能是后期成巖作用過程中溶解作用形成的。裂縫則多為不規(guī)則的細小裂縫，部分裂縫可能是由于巖石的收縮、構(gòu)造應(yīng)力等因素導致的，它們在凝塊石中起到了連通孔隙的作用，對凝塊石的儲集性能和物質(zhì)傳輸具有重要影響。凝塊石與周圍其他巖石的接觸關(guān)系也較為復雜。在一些情況下，凝塊石與泥質(zhì)巖、粉砂巖等細粒沉積物互層分布，兩者之間的界限相對清晰，凝塊石呈層狀或透鏡狀夾在細粒沉積物中，這種接觸關(guān)系表明在沉積過程中，水體的能量和物質(zhì)供應(yīng)存在一定的周期性變化，當水體能量較低、細粒沉積物沉積時，微生物在局部聚集形成凝塊石；而當水體能量較高時，以細粒沉積物的快速堆積為主。在另一些情況下，凝塊石與碳酸鹽巖直接接觸，可能是凝塊石在碳酸鹽巖的基礎(chǔ)上生長形成，或者是在碳酸鹽巖沉積過程中，微生物活動參與其中，導致部分碳酸鹽巖轉(zhuǎn)化為凝塊石，兩者之間呈現(xiàn)出過渡的接觸關(guān)系，這種接觸關(guān)系反映了沉積環(huán)境中微生物活動與碳酸鹽沉積之間的密切聯(lián)系。3.2.2微生物組成通過顯微鏡觀察和相關(guān)分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)塔里木盆地早寒武世凝塊石中微生物種類豐富多樣。主要的微生物類型包括藍細菌、綠藻、絲狀細菌等。藍細菌是凝塊石中最為常見的微生物之一，其形態(tài)多樣，有絲狀、球狀、桿狀等。絲狀藍細菌通常相互纏繞交織在一起，形成復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有助于藍細菌在水體中固定位置，同時增加與周圍環(huán)境物質(zhì)交換的表面積，有利于其進行光合作用和吸收營養(yǎng)物質(zhì)。球狀藍細菌則多以群體形式存在，它們聚集在一起，形成大小不一的球狀聚集體，這些聚集體在凝塊石中起到了重要的結(jié)構(gòu)支撐作用，同時也參與了碳酸鹽的沉淀過程。綠藻在凝塊石中也有一定的分布，其細胞形態(tài)較為規(guī)則，多為圓形或橢圓形，綠藻通過光合作用吸收二氧化碳，釋放氧氣，同時分泌一些有機物質(zhì)，這些有機物質(zhì)可以作為微生物群落的營養(yǎng)來源，也可以與周圍的碳酸鹽物質(zhì)發(fā)生相互作用，影響碳酸鹽的沉淀和結(jié)晶。絲狀細菌則呈細長的絲狀，其長度可達幾十微米甚至更長，它們穿插在其他微生物之間，或者附著在凝塊石的表面，絲狀細菌在代謝過程中能夠分泌一些粘性物質(zhì)，這些物質(zhì)可以將周圍的顆粒物質(zhì)粘結(jié)在一起，促進凝塊石的形成和穩(wěn)定。微生物在凝塊石中的豐度和分布呈現(xiàn)出不均勻的特點。在凝塊石的中心部位，微生物豐度相對較高，這可能是因為中心部位相對較為穩(wěn)定，有利于微生物的聚集和生長。微生物在凝塊石中的分布還與巖石的結(jié)構(gòu)和成分有關(guān)。在凝塊石的凝塊部分，由于富含微生物及其代謝產(chǎn)物，微生物豐度明顯高于基質(zhì)部分。在一些孔隙和裂縫周圍，微生物豐度也相對較高，這是因為這些區(qū)域能夠提供更多的物質(zhì)交換通道和生存空間，有利于微生物的生存和繁殖。不同類型的微生物在凝塊石中的分布也存在差異。藍細菌在凝塊石中分布較為廣泛，幾乎貫穿整個凝塊石；而綠藻則相對集中在凝塊石的某些特定區(qū)域，可能與綠藻對光照和營養(yǎng)物質(zhì)的特殊需求有關(guān)；絲狀細菌則多分布在凝塊石的邊緣和孔隙附近，它們通過與周圍環(huán)境的物質(zhì)交換，對凝塊石的邊緣和孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。3.2.3形成過程凝塊石的形成是一個復雜的過程，涉及微生物的生長、代謝以及與周圍環(huán)境物質(zhì)的相互作用。在早寒武世的海洋環(huán)境中，微生物首先在水體中大量繁殖。藍細菌等光合微生物通過光合作用吸收海水中的二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為有機物質(zhì)，同時釋放出氧氣。在這個過程中，海水中的酸堿度發(fā)生變化，使得碳酸鹽物質(zhì)的溶解度降低，從而促使碳酸鹽沉淀。微生物分泌的粘性物質(zhì)可以將周圍的顆粒物質(zhì)粘結(jié)在一起，形成最初的微生物聚集體。隨著時間的推移，這些微生物聚集體不斷吸附周圍的碳酸鹽顆粒、有機質(zhì)以及其他微生物，逐漸增大形成凝塊。在凝塊形成的過程中，沉積環(huán)境的物理化學條件對其產(chǎn)生重要影響。水動力條件是一個關(guān)鍵因素，在水動力較弱的環(huán)境中，微生物聚集體能夠相對穩(wěn)定地生長和沉淀，有利于形成規(guī)則的凝塊石形態(tài)；而在水動力較強的環(huán)境中，微生物聚集體可能會被沖刷、破碎，導致凝塊石的形態(tài)變得不規(guī)則，或者使得凝塊石難以形成。海水中的化學成分，如鈣離子、鎂離子、碳酸根離子等的濃度和比例，也會影響碳酸鹽的沉淀和結(jié)晶過程，進而影響凝塊石的形成。如果海水中鈣離子和碳酸根離子濃度較高，有利于碳酸鹽的快速沉淀，可能會促進凝塊石的形成和生長；而如果海水中的化學成分比例失調(diào)，可能會抑制碳酸鹽的沉淀，影響凝塊石的形成。隨著凝塊的不斷增大和堆積，它們逐漸被后續(xù)沉積的沉積物所覆蓋，進入埋藏階段。在埋藏過程中，凝塊石經(jīng)歷了一系列的成巖作用。壓實作用使得凝塊石中的孔隙度降低，顆粒之間的接觸更加緊密；膠結(jié)作用則進一步增強了凝塊石的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，由海水中的化學物質(zhì)沉淀形成的膠結(jié)物將凝塊和基質(zhì)牢固地粘結(jié)在一起。在成巖過程中，還可能發(fā)生重結(jié)晶作用，使得凝塊石中的礦物晶體發(fā)生長大和重新排列，進一步改變了凝塊石的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。經(jīng)過漫長的地質(zhì)歷史時期，這些凝塊石最終固結(jié)形成了我們現(xiàn)在所看到的凝塊石微生物巖。3.3核形石核形石作為塔里木盆地早寒武世微生物巖的重要結(jié)構(gòu)類型之一，在古環(huán)境重建和地質(zhì)演化研究中具有重要意義。它是一種特殊的微生物巖，其形成與微生物活動、沉積環(huán)境等多種因素密切相關(guān)。通過對核形石的研究，可以深入了解早寒武世的沉積環(huán)境、微生物生態(tài)以及地球化學條件等方面的信息，為揭示塔里木盆地早寒武世的地質(zhì)歷史提供關(guān)鍵線索。3.3.1結(jié)構(gòu)特征塔里木盆地早寒武世核形石在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出獨特的特征，主要由核心和包殼兩部分組成。核心是核形石的中心部分，其物質(zhì)來源多樣，常見的有陸源碎屑、生物碎屑、碳酸鹽顆粒等。陸源碎屑核心主要由石英、長石等礦物顆粒組成，這些顆?？赡苁峭ㄟ^河流、風力等作用搬運到沉積環(huán)境中的。生物碎屑核心則主要由各種生物的殘骸組成，如三葉蟲碎片、腕足類殼體、藻類碎片等，反映了當時豐富的生物活動。碳酸鹽顆粒核心通常為方解石或白云石顆粒，它們可能是在沉積環(huán)境中直接沉淀形成的，也可能是由其他碳酸鹽巖經(jīng)過破碎、搬運等過程形成的。核心的形狀和大小差異較大，形狀有圓形、橢圓形、不規(guī)則形等，大小從幾微米到幾毫米不等。圓形和橢圓形核心可能是在水動力條件相對穩(wěn)定的環(huán)境中形成的，而不規(guī)則形核心則可能是受到了水流、波浪等外力作用的影響。包殼是圍繞核心生長的部分，由微生物及其代謝產(chǎn)物、碳酸鹽礦物等組成。微生物在包殼的形成過程中起到了關(guān)鍵作用，藍細菌、綠藻等微生物通過光合作用吸收海水中的二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為有機物質(zhì)，同時釋放出氧氣，使得海水中的酸堿度發(fā)生變化，從而促使碳酸鹽沉淀。微生物分泌的粘性物質(zhì)可以將周圍的顆粒物質(zhì)粘結(jié)在一起，形成包殼。包殼具有明顯的同心層狀結(jié)構(gòu)，從核心向外呈現(xiàn)出不同的顏色和紋理。這些同心層狀結(jié)構(gòu)是微生物在不同生長階段對周圍環(huán)境物質(zhì)的選擇性吸收和沉淀的結(jié)果，反映了沉積環(huán)境的周期性變化。例如，在光照充足、溫度適宜的時期，微生物生長旺盛，碳酸鹽沉淀較多，形成較厚的包殼層；而在環(huán)境條件不利時，微生物生長受到抑制，包殼層則相對較薄。包殼的厚度也不均勻，一般在幾微米到幾十微米之間，在核形石的不同部位，包殼厚度可能會有所差異，這可能與微生物的生長環(huán)境和水動力條件有關(guān)。3.3.2生長模式核形石的生長是一個復雜的過程，受到多種因素的影響，其生長模式主要包括微生物介導的生長和化學沉淀生長。微生物介導的生長是核形石形成的重要方式之一。在早寒武世的海洋環(huán)境中，微生物首先在核心表面附著生長。藍細菌等微生物通過光合作用吸收海水中的二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為有機物質(zhì)，同時釋放出氧氣，使得海水中的酸堿度發(fā)生變化，從而促使碳酸鹽沉淀。微生物分泌的粘性物質(zhì)可以將周圍的顆粒物質(zhì)粘結(jié)在一起，形成最初的包殼。隨著時間的推移，新的微生物不斷在舊的包殼上生長和繁殖，包殼逐漸增厚。在這個過程中，微生物的生長和代謝活動受到環(huán)境因素的影響，光照、溫度、營養(yǎng)物質(zhì)等條件的變化會導致微生物的生長速率和代謝方式發(fā)生改變，進而影響包殼的生長和結(jié)構(gòu)。例如，在光照充足、溫度適宜、營養(yǎng)物質(zhì)豐富的環(huán)境中，微生物生長迅速，包殼生長也較快，且結(jié)構(gòu)較為規(guī)則；而在光照不足、溫度較低或營養(yǎng)物質(zhì)缺乏的環(huán)境中，微生物生長緩慢，包殼生長也受到抑制，可能會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)疏松、層理不明顯等情況?；瘜W沉淀生長也是核形石生長的重要過程。在海洋環(huán)境中，海水中的化學成分，如鈣離子、鎂離子、碳酸根離子等，在一定的物理化學條件下會發(fā)生沉淀反應(yīng)。當海水中的碳酸鹽飽和度達到一定程度時，碳酸鹽礦物會在核心和包殼表面沉淀，使得核形石不斷增大?；瘜W沉淀生長的速率和方式受到海水中化學成分的濃度、酸堿度、溫度等因素的影響。如果海水中鈣離子和碳酸根離子濃度較高，且酸堿度適宜，碳酸鹽沉淀速率就會加快，有利于核形石的快速生長；而如果海水中化學成分比例失調(diào)，或者酸堿度、溫度等條件不合適，化學沉淀生長就會受到抑制。核形石的生長還受到水動力條件的影響。在水動力較強的環(huán)境中，核形石會受到水流、波浪等外力的作用，這可能會導致核形石的滾動、碰撞，使得包殼的生長不均勻，甚至可能會使包殼部分脫落。而在水動力較弱的環(huán)境中，核形石相對穩(wěn)定，有利于微生物的附著生長和包殼的均勻增厚。因此，水動力條件在核形石的生長過程中起到了重要的調(diào)節(jié)作用，不同的水動力條件會導致核形石形成不同的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。3.3.3與微生物關(guān)系微生物在核形石的形成過程中扮演著至關(guān)重要的角色，它們與核形石的形成密切相關(guān)。微生物通過新陳代謝活動影響了核形石的形成環(huán)境和物質(zhì)組成。藍細菌等光合微生物通過光合作用吸收海水中的二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為有機物質(zhì)，同時釋放出氧氣，這一過程使得海水中的酸堿度發(fā)生變化。海水中二氧化碳濃度的降低會導致碳酸根離子濃度相對增加，從而促使碳酸鹽沉淀，為核形石的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。微生物分泌的粘性物質(zhì)可以將周圍的顆粒物質(zhì)粘結(jié)在一起，促進了包殼的形成和生長。這些粘性物質(zhì)類似于一種天然的膠水，能夠?qū)㈥懺此樾?、生物碎屑、碳酸鹽顆粒等物質(zhì)牢固地粘結(jié)在核心周圍，形成穩(wěn)定的包殼結(jié)構(gòu)。微生物群落的組成和結(jié)構(gòu)也對核形石的特征產(chǎn)生重要影響。不同種類的微生物具有不同的代謝方式和生長習性，它們在核形石形成過程中發(fā)揮著不同的作用。藍細菌是核形石中常見的微生物之一，其絲狀結(jié)構(gòu)能夠在水體中形成復雜的網(wǎng)絡(luò)，增加了微生物與周圍環(huán)境物質(zhì)交換的表面積，有利于吸收營養(yǎng)物質(zhì)和促進碳酸鹽沉淀。綠藻等微生物則可能通過分泌特殊的有機物質(zhì)，影響碳酸鹽的結(jié)晶形態(tài)和生長方向，從而影響核形石的微觀結(jié)構(gòu)。微生物群落的演替也會導致核形石結(jié)構(gòu)和成分的變化。在核形石的生長過程中，隨著環(huán)境條件的改變，微生物群落會發(fā)生更替，不同時期的微生物群落會在核形石中留下不同的痕跡，使得核形石的包殼呈現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)和成分特征。微生物在核形石形成過程中的作用還體現(xiàn)在對沉積環(huán)境的指示上。核形石中微生物的種類和豐度可以反映當時沉積環(huán)境的物理化學條件。如果核形石中含有大量適應(yīng)富氧環(huán)境的微生物，如藍細菌等，可能表明當時的沉積環(huán)境水體較為清澈，氧氣含量較高；而如果核形石中含有較多適應(yīng)缺氧環(huán)境的微生物，如一些厭氧細菌等，則可能暗示當時的沉積環(huán)境水體較為渾濁，氧氣含量較低。因此，通過對核形石中微生物的研究，可以推斷早寒武世塔里木盆地的古環(huán)境特征，為重建古生態(tài)系統(tǒng)提供重要依據(jù)。3.4其他結(jié)構(gòu)類型3.4.1枝狀石枝狀石是塔里木盆地早寒武世微生物巖中一種較為獨特的結(jié)構(gòu)類型。其形態(tài)通常呈現(xiàn)出樹枝狀，由主干和眾多分枝組成，分枝從主干上呈放射狀或不規(guī)則狀延伸，整體形態(tài)與自然界中的樹枝極為相似，故而得名。主干一般較為粗壯，直徑可達數(shù)厘米，而分枝則相對較細，直徑多在幾毫米到一厘米左右。分枝的長度也各不相同，短的僅有幾厘米，長的可達十幾厘米甚至更長。在一些露頭中，可以觀察到枝狀石的分枝相互交織，形成了復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在增加微生物附著面積的同時，也為水體中的物質(zhì)交換提供了更多的通道。枝狀石的分枝特點具有一定的規(guī)律性。分枝角度多在30°-60°之間，這種角度有利于分枝在空間上的合理分布，避免相互遮擋，從而更好地接受光照和獲取營養(yǎng)物質(zhì)。分枝的密度也存在差異，在一些生長環(huán)境較為優(yōu)越的區(qū)域，分枝密度相對較大，表明微生物的生長較為旺盛；而在環(huán)境條件相對較差的區(qū)域，分枝密度則較小。枝狀石的分枝表面通常具有一些細微的紋理，這些紋理可能與微生物的生長節(jié)律有關(guān)，反映了微生物在不同時期的生長狀態(tài)。枝狀石的形成環(huán)境主要為淺海的潮下帶。在這個區(qū)域，水體相對較淺，陽光能夠充分照射到海底，為微生物的光合作用提供了充足的能量。潮下帶的水動力條件相對較弱，水流較為平緩，有利于微生物的聚集和生長。水體中豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，如氮、磷、鉀等，為微生物的代謝活動提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在這樣的環(huán)境中，微生物通過分泌粘性物質(zhì)，將周圍的碳酸鹽顆粒粘結(jié)在一起，逐漸形成了枝狀石的骨架結(jié)構(gòu)。隨著時間的推移，微生物不斷生長繁殖，分枝不斷延伸和加粗，最終形成了我們所看到的枝狀石。3.4.2泡沫綿層石泡沫綿層石是一種具有獨特海綿狀格架結(jié)構(gòu)的微生物巖。在顯微鏡下觀察，其內(nèi)部呈現(xiàn)出由大小不一的孔隙組成的海綿狀結(jié)構(gòu)，這些孔隙相互連通，形成了復雜的格架?？紫兜男螤畈灰?guī)則，有圓形、橢圓形、多邊形等，大小也差異較大，從幾十微米到數(shù)毫米不等?？紫吨g由碳酸鹽礦物組成的隔墻分隔，隔墻厚度較薄，一般在幾微米到幾十微米之間，這些隔墻使得泡沫綿層石具有一定的強度和穩(wěn)定性。泡沫綿層石的形成機制與微生物的活動密切相關(guān)。在早寒武世的海洋環(huán)境中，微生物首先在海底表面附著生長，形成一層微生物席。隨著微生物的不斷繁殖和代謝，它們分泌出大量的有機物質(zhì)，這些有機物質(zhì)與周圍的碳酸鹽顆粒相互作用，形成了一種粘性的凝膠狀物質(zhì)。這種凝膠狀物質(zhì)在微生物的作用下逐漸堆積，形成了具有初步格架結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。在這個過程中，微生物代謝產(chǎn)生的氣體逸出，在凝膠狀物質(zhì)中留下了許多孔隙，從而逐漸形成了泡沫綿層石的海綿狀格架結(jié)構(gòu)。隨著時間的推移，這些孔隙被海水中的碳酸鹽礦物逐漸充填，進一步增強了泡沫綿層石的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。泡沫綿層石的形成還受到沉積環(huán)境的影響。在水體相對較淺、能量較低的環(huán)境中，有利于泡沫綿層石的形成。淺水環(huán)境使得陽光能夠充分照射到海底，為微生物的光合作用提供了條件；而低能量環(huán)境則有利于微生物的聚集和凝膠狀物質(zhì)的穩(wěn)定堆積，避免了水流等外力對格架結(jié)構(gòu)的破壞。海水中的化學成分，如鈣離子、鎂離子、碳酸根離子等的濃度和比例，也會影響泡沫綿層石的形成。如果海水中這些離子的濃度適宜，有利于碳酸鹽的沉淀和凝膠狀物質(zhì)的形成，從而促進泡沫綿層石的發(fā)育；反之，如果離子濃度不合適，可能會抑制泡沫綿層石的形成。3.4.3層紋石層紋石是一種具有明顯紋層特征的微生物巖，其紋層特征是識別和研究層紋石的關(guān)鍵依據(jù)。在顯微鏡下，層紋石呈現(xiàn)出一系列平行或近于平行的紋層，這些紋層厚度較為均勻，一般在幾毫米到幾厘米之間。紋層顏色通常呈現(xiàn)出明暗相間的條帶，明帶主要由碳酸鹽礦物組成，晶體相對較大，排列較為緊密，顏色較淺；暗帶則富含微生物及其代謝產(chǎn)物，如有機質(zhì)等，顏色較深。這種明暗相間的紋層結(jié)構(gòu)是微生物在生長過程中對周圍環(huán)境物質(zhì)的選擇性吸收和沉淀的結(jié)果。在光照充足、溫度適宜的時期，微生物生長旺盛，通過光合作用吸收海水中的二氧化碳，促使碳酸鹽沉淀，形成明帶；而在微生物生長相對緩慢或受到環(huán)境壓力時，有機質(zhì)等代謝產(chǎn)物相對積累，形成暗帶。層紋石的形成條件與沉積環(huán)境密切相關(guān)。它主要形成于水體相對穩(wěn)定、能量較低的環(huán)境，如淺海的潮坪、瀉湖等區(qū)域。在潮坪環(huán)境中，海水的周期性漲落使得沉積物在不同時期受到不同程度的沖刷和沉積。在高潮期，海水帶來的碳酸鹽顆粒和微生物在海底沉積，微生物在適宜的環(huán)境下生長繁殖，形成紋層；在低潮期，沉積物暴露在空氣中，可能會發(fā)生一定程度的氧化和固結(jié)，進一步增強了紋層的穩(wěn)定性。瀉湖環(huán)境相對封閉，水體交換不暢，有利于微生物的聚集和生長。湖水中的營養(yǎng)物質(zhì)豐富，為微生物的代謝活動提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)，使得微生物能夠持續(xù)地參與紋層的形成過程。層紋石的形成還受到氣候、水化學等因素的影響。溫暖濕潤的氣候有利于微生物的生長和繁殖，從而促進層紋石的形成；而干旱或寒冷的氣候可能會抑制微生物的活動，不利于層紋石的發(fā)育。水化學條件，如酸堿度、鹽度等，也會影響微生物的生長和碳酸鹽的沉淀。在弱堿性的水體環(huán)境中，碳酸鹽的溶解度較低，有利于碳酸鹽的沉淀和紋層的形成；而鹽度過高或過低都可能會對微生物的生存和代謝產(chǎn)生不利影響，進而影響層紋石的形成。四、塔里木盆地早寒武世微生物巖結(jié)構(gòu)類型4.1研究區(qū)域與樣品采集塔里木盆地西北部阿克蘇地區(qū)是本次研究的重點區(qū)域，該地區(qū)早寒武世地層出露良好，為研究微生物巖提供了理想的露頭條件。阿克蘇地區(qū)處于塔里木盆地西北緣，構(gòu)造位置特殊，經(jīng)歷了復雜的地質(zhì)演化歷史，使得早寒武世地層保存較為完整且易于觀察。其露頭區(qū)分布廣泛，涵蓋了多個不同的地質(zhì)剖面，能夠全面反映塔里木盆地早寒武世不同沉積環(huán)境下微生物巖的特征。該地區(qū)交通相對便利，便于野外地質(zhì)調(diào)查和樣品采集工作的開展，有利于研究人員深入實地進行詳細的觀察和分析。在阿克蘇地區(qū)，選擇了多條具有代表性的剖面進行詳細研究，如肖爾布拉克剖面、蘇蓋特布拉克剖面、昆蓋闊坦剖面等。肖爾布拉克剖面位于阿克蘇市西南約100公里處，該剖面下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組地層連續(xù)，厚度較大，微生物巖發(fā)育典型，是研究塔里木盆地早寒武世微生物巖的重要剖面之一。蘇蓋特布拉克剖面位于柯坪縣境內(nèi)，其地層巖性變化明顯，不同類型的微生物巖在該剖面中均有不同程度的出露，對于研究微生物巖的橫向變化具有重要意義。昆蓋闊坦剖面則在微生物礁的發(fā)育方面具有獨特性，礁體規(guī)模較大，保存相對完好，為研究微生物礁的結(jié)構(gòu)和形成環(huán)境提供了豐富的素材。在這些剖面中，依據(jù)地層的巖性變化、沉積構(gòu)造以及微生物巖的分布特征等，系統(tǒng)地采集樣品。在采集樣品時，首先對露頭進行全面細致的觀察，確定不同結(jié)構(gòu)類型微生物巖的分布位置和范圍。對于疊層石，選擇具有典型柱狀、錐狀和層狀形態(tài)的部位進行采樣，確保采集到的樣品能夠完整地展現(xiàn)疊層石的宏觀和微觀特征；對于凝塊石，重點采集球狀、橢球狀和不規(guī)則塊狀等不同形態(tài)的凝塊石樣品，同時關(guān)注凝塊石與周圍巖石的接觸關(guān)系，在接觸帶附近也進行了樣品采集；對于核形石，挑選核心和包殼特征明顯、結(jié)構(gòu)完整的樣品，以研究其生長模式和微生物組成。在采樣過程中，使用地質(zhì)錘、鑿子等工具，確保采集的樣品具有足夠的體積和質(zhì)量，一般采集的樣品大小在5-10立方厘米左右，以滿足室內(nèi)多種分析測試的需求。對每個樣品進行詳細的記錄，包括樣品的采集位置、層位、巖性特征、樣品編號等信息，并繪制詳細的采樣位置圖，以便后續(xù)對樣品進行準確的分析和研究。在每個采樣點，還對周圍的地質(zhì)環(huán)境進行了詳細描述，包括沉積構(gòu)造、地層產(chǎn)狀、周圍巖石類型等，為后續(xù)分析微生物巖的形成環(huán)境提供全面的資料。4.2結(jié)構(gòu)類型識別與分析4.2.1野外觀察與描述在野外對塔里木盆地早寒武世微生物巖的露頭進行細致觀察，全面記錄其宏觀特征。不同結(jié)構(gòu)類型的微生物巖在野外呈現(xiàn)出各異的形態(tài)和構(gòu)造特征。疊層石在野外露頭中較為常見，其形態(tài)多樣，有柱狀、錐狀和層狀等。柱狀疊層石常呈直立狀，高度從幾十厘米到數(shù)米不等，直徑一般在幾厘米到幾十厘米之間，柱體表面可見明顯的環(huán)紋，這些環(huán)紋可能與微生物的生長節(jié)律以及沉積環(huán)境的周期性變化相關(guān)。例如在阿克蘇地區(qū)的肖爾布拉克剖面，柱狀疊層石保存較為完好，柱體之間排列相對整齊，顯示出在相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境中形成的特征。錐狀疊層石則呈圓錐狀，頂部尖銳，底部較寬，單個錐狀體的高度和寬度有所差異，它們通常成群出現(xiàn)，形成獨特的錐狀疊層石群，這種形態(tài)的疊層石可能是在水動力條件相對較強、能量較高的環(huán)境中形成的，微生物通過特殊的生長方式來適應(yīng)水流的沖刷。層狀疊層石具有明顯的水平層理，層理厚度較為均勻，一般在幾毫米到幾厘米之間，層理的顏色可能會因所含物質(zhì)的不同而有所差異，這些層理是微生物席在不同時期的生長和沉積記錄，反映了沉積環(huán)境的相對穩(wěn)定性和連續(xù)性。凝塊石在野外露頭中也有廣泛分布，其形態(tài)主要有球狀、橢球狀和不規(guī)則塊狀等。球狀凝塊石直徑一般在幾厘米到幾十厘米之間，表面相對光滑，部分球狀凝塊石具有同心層狀結(jié)構(gòu)，從中心向外呈現(xiàn)出不同的顏色和紋理，可能與微生物的生長階段和環(huán)境變化有關(guān)。橢球狀凝塊石長軸和短軸差異明顯，長軸一般在十幾厘米到數(shù)米之間，短軸相對較短，其形態(tài)可能受到水流等外力作用的影響而發(fā)生一定程度的拉長或變形。不規(guī)則塊狀凝塊石形狀復雜多樣，大小差異較大，小的可能只有幾厘米，大的可達數(shù)米甚至更大，這些不規(guī)則塊狀凝塊石往往是在沉積環(huán)境較為復雜、水動力條件多變的情況下形成的，微生物在生長過程中受到多種因素的干擾，導致其聚集和沉淀形成不規(guī)則的形態(tài)。核形石在野外露頭中相對較少，但也具有獨特的特征。其主要由核心和包殼兩部分組成，核心物質(zhì)來源多樣，有陸源碎屑、生物碎屑、碳酸鹽顆粒等，形狀和大小差異較大，從幾微米到幾毫米不等。包殼圍繞核心生長，具有明顯的同心層狀結(jié)構(gòu)，從核心向外呈現(xiàn)出不同的顏色和紋理，這些同心層狀結(jié)構(gòu)是微生物在不同生長階段對周圍環(huán)境物質(zhì)的選擇性吸收和沉淀的結(jié)果，反映了沉積環(huán)境的周期性變化。在一些露頭中，可以觀察到核形石的包殼厚度不均勻，在不同部位可能會有所差異，這可能與微生物的生長環(huán)境和水動力條件有關(guān)。除了上述常見的微生物巖結(jié)構(gòu)類型，還有枝狀石、泡沫綿層石和層紋石等。枝狀石形態(tài)呈樹枝狀，由主干和眾多分枝組成，分枝從主干上呈放射狀或不規(guī)則狀延伸，整體形態(tài)與自然界中的樹枝相似。主干一般較為粗壯，直徑可達數(shù)厘米，分枝相對較細，直徑多在幾毫米到一厘米左右，分枝長度也各不相同，短的僅有幾厘米，長的可達十幾厘米甚至更長。在一些露頭中，枝狀石的分枝相互交織，形成復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在增加微生物附著面積的同時，也為水體中的物質(zhì)交換提供了更多的通道。泡沫綿層石在野外露頭中表現(xiàn)為具有海綿狀格架結(jié)構(gòu)的巖石，其內(nèi)部由大小不一的孔隙組成，孔隙相互連通，形成復雜的格架，在陽光下可以觀察到其表面呈現(xiàn)出獨特的多孔狀外觀。層紋石則具有明顯的紋層特征，在野外露頭中可以看到一系列平行或近于平行的紋層，紋層厚度較為均勻，一般在幾毫米到幾厘米之間，顏色呈現(xiàn)出明暗相間的條帶，這些紋層是微生物在生長過程中對周圍環(huán)境物質(zhì)的選擇性吸收和沉淀的結(jié)果。在野外觀察過程中，還記錄了微生物巖與周圍巖石的接觸關(guān)系、地層產(chǎn)狀等信息。微生物巖與周圍巖石的接觸關(guān)系多樣，有的呈整合接觸，表明沉積過程較為連續(xù)；有的呈不整合接觸，可能反映了沉積間斷或構(gòu)造運動的影響。地層產(chǎn)狀的測量對于了解沉積環(huán)境的古地理背景和構(gòu)造演化具有重要意義，通過測量地層的走向、傾向和傾角，可以推斷出當時的沉積盆地形態(tài)、水流方向以及構(gòu)造應(yīng)力的作用方向等。4.2.2室內(nèi)分析測試為深入探究塔里木盆地早寒武世微生物巖的微觀特征和成分組成，運用多種先進的室內(nèi)分析測試技術(shù)對樣品進行全面分析。偏光顯微鏡是研究微生物巖微觀結(jié)構(gòu)的重要工具之一。將野外采集的微生物巖樣品制成薄片，在偏光顯微鏡下觀察，能夠清晰地看到微生物巖的礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及生物化石特征等。通過偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，塔里木盆地早寒武世微生物巖主要由白云石組成，部分含有少量的方解石。白云石晶體呈自形或半自形，粒徑大小不一，一般在幾微米到幾十微米之間，晶體之間排列緊密，通過膠結(jié)物相互連接，形成了微生物巖的基本結(jié)構(gòu)框架。在微生物巖中，還保存有豐富的微生物化石，常見的微生物化石類型包括絲狀藍細菌、球狀藍細菌等。絲狀藍細菌呈細長的絲狀結(jié)構(gòu)，長度可達幾十微米，直徑一般在幾微米左右，它們常常相互纏繞，形成復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有助于微生物在水體中固定位置，同時也增加了與周圍環(huán)境物質(zhì)交換的表面積。球狀藍細菌則呈球形，直徑在幾微米左右，它們通常以群體的形式存在，分布在絲狀藍細菌之間或單獨聚集在一起。這些微生物化石的保存狀態(tài)較好，部分還能清晰地觀察到細胞的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為研究早寒武世微生物的種類和生態(tài)提供了直接的證據(jù)。掃描電子顯微鏡（SEM）能夠提供更高分辨率的微觀圖像，進一步揭示微生物巖的微觀結(jié)構(gòu)和微生物的形態(tài)特征。在掃描電子顯微鏡下，可以觀察到微生物巖中微生物與礦物之間的相互作用關(guān)系，以及微生物的細微結(jié)構(gòu)和表面特征。例如，在凝塊石中，能夠清晰地看到凝塊的邊界和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，凝塊主要由微生物及其代謝產(chǎn)物、有機質(zhì)以及一些細小的碳酸鹽顆粒等組成，凝塊之間填充著由細粒碳酸鹽礦物組成的基質(zhì)。在核形石中，能夠觀察到核心和包殼的詳細結(jié)構(gòu)，核心的物質(zhì)組成和表面特征，以及包殼中微生物的生長和分布情況。掃描電子顯微鏡還可以觀察到微生物巖中的微孔隙和微管道，這些結(jié)構(gòu)是微生物在代謝過程中產(chǎn)生的氣體或分泌物排出形成的，它們的存在不僅影響了微生物巖的物理性質(zhì)，如孔隙度和滲透率，也為研究微生物的代謝活動提供了線索。X射線衍射分析（XRD）用于確定微生物巖的礦物組成和晶體結(jié)構(gòu)。通過XRD分析，可以準確地測定微生物巖中各種礦物的種類和相對含量，進一步驗證偏光顯微鏡的觀察結(jié)果。XRD分析結(jié)果表明，塔里木盆地早寒武世微生物巖主要礦物為白云石，其晶體結(jié)構(gòu)特征與典型的白云石晶體結(jié)構(gòu)相符。XRD分析還可以檢測到一些微量礦物的存在，如石英、長石等，這些微量礦物的存在可能與沉積環(huán)境和物源有關(guān)。地球化學分析技術(shù)，如電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）、X射線熒光光譜儀（XRF）等，用于分析微生物巖的主量元素、微量元素和稀土元素組成。主量元素分析可以了解巖石的基本化學組成，判斷其物質(zhì)來源和沉積環(huán)境的氧化還原條件。微量元素和稀土元素分析則可以提供有關(guān)古水體性質(zhì)、物源區(qū)特征以及沉積環(huán)境變化的信息。例如，通過ICP-MS分析發(fā)現(xiàn)，微生物巖中某些微量元素，如鍶（Sr）、鋇（Ba）、錳（Mn）等的含量與周圍巖石存在差異，這些差異可能反映了微生物巖形成過程中特殊的地球化學條件。稀土元素的配分模式也可以為研究微生物巖的形成環(huán)境提供重要線索，不同的稀土元素配分模式可能指示著不同的物源和沉積環(huán)境。4.2.3結(jié)構(gòu)類型確定綜合野外觀察和室內(nèi)分析測試的結(jié)果，確定塔里木盆地早寒武世微生物巖的結(jié)構(gòu)類型。通過對微生物巖的宏觀形態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)、礦物組成、微生物化石特征以及地球化學組成等多方面的分析，識別出該地區(qū)早寒武世微生物巖主要包括疊層石、凝塊石、核形石、枝狀石、泡沫綿層石和層紋石等結(jié)構(gòu)類型。疊層石具有明顯的層狀構(gòu)造，由微生物席在不同時期的生長和沉積形成，其形態(tài)有柱狀、錐狀和層狀等，礦物組成主要為白云石，含有豐富的微生物化石，如絲狀藍細菌和球狀藍細菌等。凝塊石呈球狀、橢球狀或不規(guī)則塊狀，內(nèi)部由凝塊和基質(zhì)組成，凝塊主要由微生物及其代謝產(chǎn)物等組成，基質(zhì)為細粒碳酸鹽礦物，微生物組成包括藍細菌、綠藻、絲狀細菌等。核形石由核心和包殼組成，核心物質(zhì)來源多樣，包殼具有同心層狀結(jié)構(gòu)，微生物在包殼的形成過程中起到關(guān)鍵作用，其生長模式包括微生物介導的生長和化學沉淀生長。枝狀石形態(tài)呈樹枝狀，分枝從主干上呈放射狀或不規(guī)則狀延伸，形成復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，主要形成于淺海的潮下帶。泡沫綿層石具有海綿狀格架結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由大小不一的孔隙組成，孔隙相互連通，形成復雜的格架，其形成與微生物的活動和沉積環(huán)境密切相關(guān)。層紋石具有明顯的紋層特征，紋層厚度較為均勻，顏色呈現(xiàn)出明暗相間的條帶，主要形成于水體相對穩(wěn)定、能量較低的環(huán)境，如淺海的潮坪、瀉湖等區(qū)域。在確定結(jié)構(gòu)類型的過程中，建立了詳細的識別標志和分類標準。對于每種結(jié)構(gòu)類型，明確其宏觀形態(tài)特征、微觀結(jié)構(gòu)特征、礦物組成特征、微生物組成特征以及地球化學特征等，以便準確地對微生物巖進行分類和鑒定。通過建立這些識別標志和分類標準，可以更好地對比不同地區(qū)、不同層位的微生物巖，深入研究其演化規(guī)律和形成機制。4.3不同結(jié)構(gòu)類型的分布特征塔里木盆地早寒武世不同結(jié)構(gòu)類型的微生物巖在空間分布上呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，受到多種地質(zhì)因素的控制。疊層石在塔里木盆地早寒武世微生物巖中分布廣泛，在阿克蘇地區(qū)的多個剖面均有發(fā)現(xiàn)，如肖爾布拉克剖面、蘇蓋特布拉克剖面等。在肖爾布拉克剖面，疊層石主要集中在肖爾布拉克組的特定層位，在該組的下部和中部較為發(fā)育。從沉積相角度來看，疊層石多分布于淺海的潮下帶和潮間帶區(qū)域。潮下帶水體相對較淺，陽光能夠充分照射，為微生物的光合作用提供了充足的能量，有利于藍細菌等微生物的生長和繁殖，從而促進疊層石的形成。潮間帶海水周期性漲落，微生物在這種環(huán)境中通過適應(yīng)水體的變化，形成了具有特殊形態(tài)和結(jié)構(gòu)的疊層石。在水體能量相對較高的潮下帶高能區(qū)域，柱狀和錐狀疊層石較為常見，它們能夠適應(yīng)較強的水流沖刷，通過自身的結(jié)構(gòu)增強穩(wěn)定性；而在水體能量較低的潮下帶低能區(qū)域和潮間帶，層狀疊層石更為發(fā)育，反映了相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境。凝塊石的分布也具有一定的特征。在塔里木盆地早寒武世地層中，凝塊石在柯坪地區(qū)的部分剖面有較多出露，如蘇蓋特布拉克剖面和昆蓋闊坦剖面。在蘇蓋特布拉克剖面，凝塊石主要分布于肖爾布拉克組的中部和上部層位。凝塊石的形成與水體的能量和物質(zhì)供應(yīng)密切相關(guān)，其多分布于水體能量相對較低、營養(yǎng)物質(zhì)豐富的區(qū)域，如淺海的瀉湖和潮坪相區(qū)。在瀉湖環(huán)境中，水體相對封閉，營養(yǎng)物質(zhì)容易聚集，為微生物的生長提供了良好的條件，微生物通過聚集和粘結(jié)周圍的顆粒物質(zhì)，形成了凝塊石。潮坪相區(qū)海水的周期性進退，使得微生物在不同時期能夠捕獲和粘結(jié)不同的物質(zhì)，從而形成凝塊石。與疊層石相比，凝塊石對水體能量的要求相對較低，在一些相對安靜的水體環(huán)境中能夠更好地發(fā)育。核形石在塔里木盆地早寒武世微生物巖中的分布相對較少，但在特定區(qū)域也有發(fā)現(xiàn)。在阿克蘇地區(qū)的個別剖面，如肖爾布拉克剖面的局部層位，可以觀察到核形石的存在。核形石主要形成于水動力條件相對適中的環(huán)境，通常分布于淺海的潮下帶中低能區(qū)域。在這種環(huán)境中，水流既能夠提供一定的物質(zhì)運輸，使得核心物質(zhì)和周圍的包殼物質(zhì)能夠不斷聚集，又不會對核形石的生長造成過大的破壞。與疊層石和凝塊石不同，核形石的生長需要特定的核心物質(zhì)，如陸源碎屑、生物碎屑或碳酸鹽顆粒等作為起始點，然后在微生物的作用下逐漸形成包殼，因此其分布與這些核心物質(zhì)的來源和分布密切相關(guān)。枝狀石主要分布于淺海的潮下帶區(qū)域，在阿克蘇地區(qū)的部分露頭中有所發(fā)現(xiàn)。潮下帶水體較淺，光照充足，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，為微生物的生長提供了適宜的條件，有利于枝狀石的形成。泡沫綿層石多分布于水體相對較淺、能量較低的環(huán)境，如淺海的潮坪和瀉湖相區(qū)，在柯坪地區(qū)的一些剖面中可以觀察到其存在。層紋石主要形成于水體相對穩(wěn)定、能量較低的環(huán)境，如淺海的潮坪和瀉湖區(qū)域，在塔里木盆地早寒武世地層的多個剖面中均有不同程度的分布。總體而言，塔里木盆地早寒武世不同結(jié)構(gòu)類型微生物巖的分布受到沉積相、古地形、水動力條件以及物源等多種因素的綜合控制。沉積相決定了微生物巖形成的大環(huán)境，不同的沉積相區(qū)具有不同的水體能量、物質(zhì)供應(yīng)和生物群落，從而影響了微生物巖的類型和分布。古地形的起伏導致了水體深度和能量的變化，進而控制了微生物巖的分布范圍和類型。水動力條件直接影響了微生物的生長和物質(zhì)的搬運與沉積，不同結(jié)構(gòu)類型的微生物巖對水動力條件的適應(yīng)能力不同，因此在不同水動力區(qū)域呈現(xiàn)出不同的分布特征。物源的差異則為微生物巖的形成提供了不同的物質(zhì)基礎(chǔ)，影響了微生物巖的礦物組成和結(jié)構(gòu)特征。五、塔里木盆地早寒武世微生物巖形成環(huán)境5.1沉積環(huán)境分析5.1.1沉積相類型塔里木盆地早寒武世微生物巖主要發(fā)育于多種沉積相類型中，其中淺海陸棚相和潮坪相是較為常見的沉積相。在淺海陸棚相區(qū)，水體深度一般在幾十米到上百米之間，陽光能夠穿透水體到達海底，為微生物的光合作用提供了必要條件。該相區(qū)水動力條件相對較弱，水流較為平緩，有利于微生物的聚集和生長。微生物在生長過程中，通過新陳代謝活動與周圍的化學物質(zhì)相互作用，逐漸形成微生物巖。在淺海陸棚相的某些區(qū)域，疊層石微生物巖較為發(fā)育，這是因為藍細菌等光合微生物在適宜的光照和水動力條件下，能夠大量繁殖并分泌粘性物質(zhì)，將周圍的碳酸鹽顆粒粘結(jié)在一起，形成具有層狀構(gòu)造的疊層石。淺海陸棚相還沉積了大量的細粒沉積物，如泥巖、粉砂巖等，這些沉積物與微生物巖相互交替，形成了獨特的沉積序列。潮坪相是另一個微生物巖發(fā)育的重要沉積相。潮坪相位于海陸過渡地帶，海水周期性漲落，使得該區(qū)域的環(huán)境條件復雜多變。在高潮期，海水淹沒潮坪，帶來豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，為微生物的生長提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；在低潮期，潮坪暴露在空氣中，微生物在相對干燥的環(huán)境下可能會進入休眠狀態(tài)或改變生長方式。潮坪相的微生物巖以凝塊石和層紋石較為常見。凝塊石的形成與微生物在潮坪環(huán)境中的聚集和粘結(jié)作用密切相關(guān)，微生物通過分泌粘性物質(zhì)，將周圍的顆粒物質(zhì)粘結(jié)成大小不一的凝塊，隨著時間的推移，這些凝塊不斷堆積和固結(jié)，形成凝塊石微生物巖。層紋石則是由于微生物在潮坪環(huán)境中，隨著海水的周期性漲落，在不同時期對周圍環(huán)境物質(zhì)的選擇性吸收和沉淀，形成了具有明顯紋層特征的層紋石。潮坪相還發(fā)育有一些特殊的沉積構(gòu)造，如波痕、泥裂等，這些構(gòu)造反映了潮坪環(huán)境的水動力條件和沉積過程。除了淺海陸棚相和潮坪相，塔里木盆地早寒武世微生物巖在其他沉積相區(qū)也有一定的分布。在局限臺地相區(qū)，水體相對較淺且較為封閉，鹽度較高，不利于大多數(shù)生物的生存，但微生物卻能夠適應(yīng)這種特殊環(huán)境并大量繁殖，形成微生物巖。在開闊臺地相區(qū)，水體循環(huán)較好，氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)相對充足，微生物巖與其他正常海相碳酸鹽巖共生，反映了該相區(qū)相對開放和活躍的沉積環(huán)境。5.1.2沉積相標志通過對塔里木盆地早寒武世微生物巖及其相關(guān)巖石的巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及生物化石等標志的研究，可以準確判斷其沉積環(huán)境。巖石結(jié)構(gòu)是判斷沉積環(huán)境的重要標志之一。在塔里木盆地早寒武世微生物巖中，不同結(jié)構(gòu)類型的微生物巖反映了不同的沉積環(huán)境。疊層石具有明顯的層狀構(gòu)造，其紋層的形態(tài)和厚度變化可以指示沉積環(huán)境的水動力條件和微生物的生長狀況。在水動力較強的環(huán)境中，疊層石的紋層可能會受到水流的沖刷而變得不規(guī)則，層理厚度也可能不均勻；而在水動力較弱的環(huán)境中，疊層石的紋層則相對規(guī)則，層理厚度較為均勻。凝塊石的結(jié)構(gòu)特征也與沉積環(huán)境密切相關(guān)，球狀、橢球狀凝塊石通常在水體能量相對較低、物質(zhì)供應(yīng)較為穩(wěn)定的環(huán)境中形成，而不規(guī)則塊狀凝塊石可能是在水動力條件多變、物質(zhì)來源復雜的環(huán)境中產(chǎn)生的。核形石的核心和包殼結(jié)構(gòu)可以反映其形成過程中的物質(zhì)來源和沉積環(huán)境，陸源碎屑核心的核形石可能形成于靠近陸源區(qū)的沉積環(huán)境，而生物碎屑核心的核形石則暗示了周圍存在豐富的生物活動。沉積構(gòu)造也是判斷沉積環(huán)境的關(guān)鍵標志。在塔里木盆地早寒武世地層中，常見的沉積構(gòu)造有交錯層理、波痕、泥裂等。交錯層理是水動力較強的標志，它的存在表明沉積時受到了水流或波浪的作用。在淺海陸棚相和開闊臺地相的高能區(qū)域，交錯層理較為發(fā)育，這是因為這些區(qū)域的水體流動較為活躍，能夠攜帶和搬運沉積物，形成交錯層理。波痕則是在水流或波浪作用下，沉積物表面形成的一種小型起伏構(gòu)造，根據(jù)波痕的形態(tài)和方向，可以推斷水流的方向和強度。在潮坪相和淺海陸棚相的部分區(qū)域，波痕較為常見，反映了這些區(qū)域水動力條件的變化。泥裂是在沉積物暴露于空氣中失水干裂形成的，它的出現(xiàn)表明沉積環(huán)境曾經(jīng)經(jīng)歷過干燥的階段，常見于潮坪相和局限臺地相的潮上帶區(qū)域，這些區(qū)域在低潮期或海平面下降時會暴露在空氣中，形成泥裂。生物化石也是判斷沉積環(huán)境的重要依據(jù)。塔里木盆地早寒武世微生物巖中保存有豐富的微生物化石，如絲狀藍細菌、球狀藍細菌等，這些微生物的存在表明當時的沉積環(huán)境適合微生物的生長和繁殖。在淺海陸棚相和潮坪相區(qū)，由于水體中營養(yǎng)物質(zhì)豐富，陽光充足，有利于微生物的光合作用和生長，因此微生物化石較為豐富。除了微生物化石，還發(fā)現(xiàn)了一些其他生物化石，如三葉蟲、腕足類等，這些生物化石的種類和數(shù)量可以反映沉積環(huán)境的生態(tài)特征。三葉蟲化石常見于淺海相區(qū)，它們的出現(xiàn)表明當時的沉積環(huán)境水體較淺，氧氣和食物資源相對充足；腕足類化石則多分布于較深水的陸棚相區(qū)，它們的存在暗示了該區(qū)域的水體環(huán)境相對穩(wěn)定，底質(zhì)適宜腕足類生物的生存。5.1.3沉積環(huán)境演化早寒武世時期，塔里木盆地的沉積環(huán)境經(jīng)歷了復雜的演變過程，受到多種因素的綜合影響。在早寒武世早期，受全球性海侵的影響，塔里木盆地大部分地區(qū)被海水淹沒，沉積環(huán)境以深海-半深海相為主。此時，水體較深，光照條件差，不利于微生物的大規(guī)模生長，因此微生物巖的發(fā)育相對較少。隨著海侵的持續(xù)，盆地內(nèi)的沉積環(huán)境逐漸發(fā)生變化。在盆地邊緣和一些相對淺水區(qū)，水體逐漸變淺，陽光能夠到達海底，為微生物的光合作用提供了條件，微生物開始大量繁殖，逐漸形成微生物巖。這一時期，淺海陸棚相開始發(fā)育，微生物巖在淺海陸棚相區(qū)逐漸增多，如疊層石、凝塊石等微生物巖在該相區(qū)有一定的分布。早寒武世中期，海平面繼續(xù)上升，盆地內(nèi)的沉積環(huán)境進一步改變。淺海陸棚相的范圍不斷擴大，潮坪相也開始在一些靠近海岸的區(qū)域發(fā)育。在淺海陸棚相區(qū)，水動力條件相對穩(wěn)定，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，微生物巖的種類和數(shù)量進一步增加，不同結(jié)構(gòu)類型的微生物巖在該相區(qū)呈現(xiàn)出不同的分布特征。在潮坪相區(qū)，海水的周期性漲落使得微生物在不同時期受到不同的環(huán)境影響，形成了具有獨特結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的微生物巖，如層紋石和部分凝塊石。此時，盆地內(nèi)的沉積環(huán)境逐漸向碳酸鹽臺地相過渡，碳酸鹽臺地的形成與微生物的活動密切相關(guān)，微生物通過新陳代謝作用促進了碳酸鹽的沉淀和結(jié)晶，為碳酸鹽臺地的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。早寒武世晚期，海平面開始下降，盆地內(nèi)的沉積環(huán)境發(fā)生了顯著變化。淺海陸棚相和潮坪相的范圍逐漸縮小，局限臺地相和開闊臺地相開始占據(jù)主導地位。在局限臺地相區(qū)，水體相對封閉，鹽度較高，微生物在這種特殊環(huán)境下適應(yīng)并生長，形成了一些具有耐鹽特征的微生物巖。開闊臺地相區(qū)水體循環(huán)較好，氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)充足，微生物巖與其他正常海相碳酸鹽巖共生，生物化石也更加豐富。在這一時期，盆地內(nèi)的沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，微生物巖的發(fā)育也相對穩(wěn)定，但隨著海平面的持續(xù)下降，一些微生物巖的生長受到抑制，沉積環(huán)境逐漸向陸相轉(zhuǎn)變。早寒武世時期塔里木盆地沉積環(huán)境的演化受到多種因素的影響，包括全球海平面變化、構(gòu)造運動、古氣候條件等。全球海平面變化是導致沉積環(huán)境演變的重要因素之一，海平面的上升和下降直接影響了盆地內(nèi)水體的深度和范圍，從而改變了沉積環(huán)境。構(gòu)造運動也對沉積環(huán)境產(chǎn)生了重要影響，盆地內(nèi)的隆起和坳陷區(qū)域的變化，導致了沉積相的遷移和演化。古氣候條件的變化，如溫度、降水等，也會影響微生物的生長和沉積環(huán)境的物理化學性質(zhì)，進而影響微生物巖的形成和分布。5.2古氣候條件5.2.1氣候指標分析通過多種地球化學指標和古生物化石特征來分析塔里木盆地早寒武世的古氣候條件。地球化學指標是研究古氣候的重要手段之一，其中主量元素、微量元素和穩(wěn)定同位素等的含量和比值變化能夠提供豐富的古氣候信息。在塔里木盆地早寒武世微生物巖樣品中，主量元素如鋁（Al）、鐵（Fe）、鉀（K）、鈉（Na）等的含量及其比值可以反映物源區(qū)的風化程度和氣候條件。一般來說，在溫暖濕潤的氣候條件下，物源區(qū)的風化作用強烈，巖石中的鋁、鐵等元素會發(fā)生強烈的水解和氧化，形成相對穩(wěn)定的氧化物和氫氧化物，導致巖石中Al?O?、Fe?O?等含量相對較高；而在干旱氣候條件下，風化作用較弱，鈉、鉀等易溶元素相對富集。通過對塔里木盆地早寒武世微生物巖主量元素分析發(fā)現(xiàn)，部分樣品中Al?O?含量較高，暗示當時可能存在溫暖濕潤的氣候環(huán)境。微量元素也對古氣候的判斷具有重要指示作用。例如，鍶（Sr）、鋇（Ba）等微量元素在海水中的含量與鹽度、溫度等因素密切相關(guān)。在溫暖氣候條件下，海水蒸發(fā)量增加，鹽度升高，Sr、Ba等元素的含量相對增加；而在寒冷氣候條件下，海水蒸發(fā)量減少，鹽度降低，這些元素的含量也會相應(yīng)降低。對塔里木盆地早寒武世微生物巖中Sr、Ba等微量元素的分析表明，其含量在不同樣品中存在一定變化，反映了當時海水鹽度和溫度的波動，間接指示了古氣候的變化。穩(wěn)定同位素分析是研究古氣候的重要方法之一，其中碳、氧穩(wěn)定同位素在古氣候研究中應(yīng)用廣泛。碳同位素（δ13C）的變化可以反映生物活動和海洋碳循環(huán)的情況。在溫暖濕潤的氣候條件下，生物活動旺盛，通過光合作用吸收海水中的二氧化碳，使得海水中輕碳同位素（12C）相對富集，導致沉積物中碳同位素值偏負；而在寒冷氣候條件下，生物活動減弱，碳同位素值相對偏正。對塔里木盆地早寒武世微生物巖碳同位素分析發(fā)現(xiàn)，部分樣品的δ13C值偏負，表明當時可能存在溫暖濕潤的氣候環(huán)境，有利于生物的生長和繁殖。氧同位素（δ1?O）則主要反映了古水體的溫度和鹽度。在溫暖氣候條件下，海水蒸發(fā)量增加，輕氧同位素（1?O）優(yōu)先蒸發(fā)，使得海水中重氧同位素（1?O）相對富集，沉積物中氧同位素值偏正；而在寒冷氣候條件下，氧同位素值偏負。通過對塔里木盆地早寒武世微生物巖氧同位素分析，結(jié)合其他地質(zhì)證據(jù)，可以推斷當時的古水體溫度和鹽度變化，進而了解古氣候條件。古生物化石也是分析古氣候的重要依據(jù)。塔里木盆地早寒武世微生物巖中保存的微生物化石，如藍細菌、綠藻等，它們的生態(tài)特征和分布情況與古氣候密切相關(guān)。藍細菌是一種光合微生物，對光照和溫度要求較高，在溫暖、光照充足的環(huán)境中生長旺盛。在塔里木盆地早寒武世微生物巖中，藍細菌化石較為豐富，且保存狀態(tài)良好，這暗示當時可能存在溫暖、光照充足的氣候條件，有利于藍細菌的大量繁殖和生長。一些藻類化石的存在也表明當時的水體環(huán)境較為