微生物碳酸鹽巖沉積學(xué)研究進(jìn)展
——基于第33屆國際沉積學(xué)會(huì)議的綜述

楊孝群，李忠,2

1.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029 2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

0 引言

微生物巖是指由底棲微生物群落通過捕獲與黏結(jié)碎屑沉積物，或經(jīng)與微生物活動(dòng)相關(guān)的無機(jī)或有機(jī)誘導(dǎo)礦化作用在原地形成的沉積物(巖)[1-8]，其物質(zhì)成分可由碳酸鹽巖、磷塊巖、硅質(zhì)巖、鐵巖、錳巖和有機(jī)質(zhì)頁巖組成，也可由硫化物、黏土巖和各種碎屑巖組成[9]。其中，微生物碳酸鹽巖最為發(fā)育。微生物碳酸鹽巖沉積受到國內(nèi)外同行的重視和關(guān)注已經(jīng)持續(xù)多年，多次成為國際沉積學(xué)會(huì)議的重要議題，如第17、18、19屆國際沉積學(xué)大會(huì)[10-12]和第32屆國際沉積學(xué)會(huì)議[13]等。即將于2018年8月13日—17日在加拿大魁北克召開的第20屆國際沉積學(xué)大會(huì)也已確定將微生物碳酸鹽巖作為主要議題之一。2017年10月9日—12日，第33屆國際沉積學(xué)會(huì)議在法國圖盧茲召開，來自64個(gè)國家的1 061位代表參加了會(huì)議，其中133位來自中國。會(huì)議共有331個(gè)口頭報(bào)告和約700個(gè)展板，其中與微生物碳酸鹽巖相關(guān)的約有40個(gè)口頭報(bào)告和70個(gè)展板。會(huì)議所反映的研究熱點(diǎn)主要包括微生物碳酸鹽巖沉積機(jī)理(海相、湖相)、重力流沉積過程、古環(huán)境和古氣候、沉積物時(shí)間記錄、沉積盆地中非常規(guī)油氣資源、源—匯系統(tǒng)、沉積與生物、構(gòu)造相互作用、流體/沉積物相互作用和成巖作用等方面。此外，會(huì)議邀請(qǐng)了Ronald J. Steel，Rachel Wood和Paul Wignall三位著名專家做大會(huì)主題報(bào)告，題目分別為“陸緣沉積楔的表征”、“地質(zhì)歷史中碳酸鹽巖礦物學(xué)的控制因素”和“二疊紀(jì)—三疊紀(jì)生物大滅絕及其后果：地獄中的重生”。這其中有兩個(gè)邀請(qǐng)報(bào)告都強(qiáng)調(diào)了微生物作用在碳酸鹽巖建造、大事件中的重要作用。

與微生物碳酸鹽巖相關(guān)的專題主要有碳酸鹽巖和生物建造(CB，Carbonates & Bioconstructions)下的碳酸鹽巖和生物結(jié)構(gòu)(CB1)、非熱帶和熱帶海洋碳酸鹽巖系統(tǒng)的生物地質(zhì)相互作用(CB3)、微生物碳酸鹽巖和陸相碳酸鹽巖：一種多學(xué)科的方法，以更好地理解現(xiàn)存和已滅絕的系統(tǒng)(CB4)子專題，而其他專題中也有部分子專題與微生物作用密切相關(guān)，如晚古生代環(huán)境、大滅絕以及向中生代的轉(zhuǎn)變、侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)氣候、生物—事件和古地理：從數(shù)據(jù)到建模子專題等。從總體來看，主要涉及到微生物席礦化產(chǎn)物及序列、微生物碳酸鹽巖沉積結(jié)構(gòu)和沉積模式、微生物碳酸鹽巖中主要元素的記錄、微生物碳酸鹽巖對(duì)環(huán)境和碳酸鹽巖臺(tái)地建造等的指示、研究的技術(shù)手段等方面。這些方面也是目前微生物碳酸鹽巖沉積學(xué)的研究前沿。作為國際沉積學(xué)界高層次的學(xué)術(shù)會(huì)議，其對(duì)微生物碳酸鹽巖沉積學(xué)的研究代表了該領(lǐng)域的最新進(jìn)展及發(fā)展方向。顯然，對(duì)相關(guān)會(huì)議成果和國際文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，不僅有助于跟蹤國際前沿，也有助于國內(nèi)沉積學(xué)學(xué)者拓展視野、明確研究方向。

1 微生物碳酸鹽巖研究前沿及熱點(diǎn)

1.1 微生物席礦化產(chǎn)物及序列

微生物礦化機(jī)理一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)[14-15]?，F(xiàn)今微生物席的生態(tài)系統(tǒng)、早期礦化過程的研究對(duì)古老沉積巖沉積和早期成巖作用的研究具有很好的指示作用。Tuckeretal.[16]在會(huì)上作了“現(xiàn)代微生物席礦物沉淀：微晶、球體、細(xì)菌和病毒”的報(bào)告，指出微生物席中發(fā)現(xiàn)的原生白云石使得沉積與微生物活動(dòng)、細(xì)胞外聚合物(EPS，呈黏液狀)聯(lián)系起來。同時(shí)含有其他沉淀礦物，包括方解石(低Mg、高M(jìn)g、超高M(jìn)g)、文石、含鐵、錳和鈣的碳酸鹽巖，鎂—硅和黃鐵礦等產(chǎn)物。并以卡塔爾現(xiàn)今的潮間微生物席為例，分析了礦化產(chǎn)物的序列。礦物沉淀開始于微生物席最上層，非定形的Mg-Si-Ca物質(zhì)形成在細(xì)菌周圍EPS內(nèi)。隨著微生物席的埋藏，發(fā)育為Mg-Si纖維和碳酸鎂鈣晶體。方解石晶體從成核的納米點(diǎn)生長為錐形束。兩種或兩種以上的生長方向會(huì)產(chǎn)生啞鈴和星形結(jié)構(gòu)。錐狀體先形成三角形，然后是六邊形，最終形成指甲頭型(菱形)方解石晶體，長度為5～30 μm[16]。

Paceetal.[17]對(duì)超鹽環(huán)境中微生物礦化進(jìn)行了研究，劃分了三個(gè)階段(圖1)：1)活躍的有氧光合作用帶pH值增高，結(jié)晶較差的Mg-Si泡狀細(xì)胞胞外有機(jī)基質(zhì)沉淀。2)在靠近硫酸鹽還原的熱泉附近，由于藍(lán)藻菌和細(xì)胞外有機(jī)基質(zhì)降解的結(jié)果，由硫酸鹽還原細(xì)菌介導(dǎo)造成的文石塊狀成核。3)在中性到微酸性孔隙水環(huán)境下，部分文石發(fā)生白云石化。這可能是因?yàn)楫?dāng)有機(jī)基質(zhì)中最頑固的部分被降解時(shí)，發(fā)生了溶解—沉淀反應(yīng)。該種礦化途徑為微生物的解釋提供了關(guān)鍵的見解[17]。

在以上微生物席礦化過程中，鈣化作用最為普遍。微生物鈣化機(jī)制是通過光合作用吸收CO2，提升局部的pH值和碳酸鹽離子的濃度來誘導(dǎo)碳酸鈣礦物的沉淀[18]。以藍(lán)細(xì)菌鈣化作用為例，其表現(xiàn)為藍(lán)細(xì)菌鞘上或其內(nèi)碳酸鈣的成核作用[19]，碳酸鈣晶體成核發(fā)生在受保護(hù)的黏液鞘內(nèi)，在細(xì)胞表面或者靠近細(xì)胞表面[20-21]。二氧化碳濃縮機(jī)制(CCMs)促使細(xì)胞在Rubisco(核酮糖二磷酸羧化酶)上富集CO2，從而固定碳，促進(jìn)了鈣化作用。影響鈣化作用的環(huán)境因素有周圍水體的Ca2+和Mg2+濃度、pH值、溫度、溶解的無機(jī)碳濃度及可用成核點(diǎn)[22-23]。

1.2 微生物碳酸鹽巖的元素記錄

雖然微生物碳酸鹽巖中微量元素、稀土元素經(jīng)常受到成巖作用的影響[24-29]，但是仍有一些元素能夠保留微生物參與碳酸鹽巖沉積、成巖過程的信息。具體表現(xiàn)為C、O、N、P、S、Fe、Si、As等及其同位素特征，主要涉及與微生物相關(guān)的氧化還原性、營養(yǎng)元素和硫酸鹽還原特性等方面。

圖1 大鹽湖中微生物礦化的概念模型[17]A.微生物席在堅(jiān)硬基底上發(fā)育; B.活躍的含氧光合作用帶中胞外分泌有機(jī)物(EOM)上Mg-Si相成核。兩種硅質(zhì)來源：湖水溶解硅和最大光合作用區(qū)硅藻骨架的溶解(pH大于10)。C.EOM通過異養(yǎng)生物，特別是硫酸鹽還原菌(SRB)，發(fā)生退化，產(chǎn)生成核的文石。文石首先沉積在死去的球菌樣細(xì)胞內(nèi)，然后擴(kuò)展到EOM(藍(lán)箭頭)。EOM的降解在微生物席的最深處產(chǎn)生了一個(gè)pH值低的區(qū)域，導(dǎo)致了部分文石的溶解。D.部分退化的EOM黏結(jié)Mg2+(來自孔隙水，可能來自于Mg-Si階段)和Ca2+(來自文石溶解)，導(dǎo)致在退化的EOM和之前沉淀的文石/Mg-Si相斑塊結(jié)合的界面中白云石成核Fig.1 Conceptual model of microbialite mineralisation in Great Salt Lake

1.3 微生物碳酸鹽巖沉積結(jié)構(gòu)

由于微生物的廣泛參與，微生物碳酸鹽巖具有特殊的沉積結(jié)構(gòu)，如紋層、凝塊、樹形等。前人也多據(jù)此劃分巖石類型[3,53-54]，但是各種沉積結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制和指示的環(huán)境意義尚具有一定的爭議。

亮暗紋層:Quijadaetal.[55]通過對(duì)阿根廷地區(qū)硅質(zhì)碎屑潮上帶微生物席連續(xù)三年的觀察，認(rèn)識(shí)到季節(jié)變化對(duì)其影響顯著。冬季水位上升，光合營養(yǎng)生物可能產(chǎn)生豐富的有機(jī)質(zhì)，覆蓋在粉砂層上。藍(lán)桿菌的纖維絲表現(xiàn)為垂直地面方向。夏季蒸發(fā)強(qiáng)烈，方解石達(dá)到碳酸鹽飽和度在層間邊界沉淀，表現(xiàn)為垂向和水平方向的細(xì)絲。因此，微生物席相關(guān)的碳酸鹽沉淀是微生物過程和環(huán)境因素相結(jié)合，使碳酸鈣達(dá)到飽和的結(jié)果。更有學(xué)者對(duì)西班牙現(xiàn)今快速生長的(平均一年生長14 mm)河流相鈣質(zhì)疊層石進(jìn)行了13年監(jiān)測(cè)和記錄[56]，記錄了沉積體系連續(xù)的6個(gè)月氣候、水文物理和水文化學(xué)參數(shù)。大部分致密的紋層是在溫暖的季節(jié)(4月至9月)形成的，而大多數(shù)多孔的復(fù)合層在寒冷的季節(jié)(10月到3月)發(fā)育。紋層隨季節(jié)和溫度變化，疊層石可以記錄一年中不同級(jí)別、周期和非周期的環(huán)境參數(shù)的變化。這些結(jié)果對(duì)微生物構(gòu)造的環(huán)境解釋較為重要。Matìn-Belloetal.[57]對(duì)疊層石亮暗紋層碳同位素特征及其指示意義進(jìn)行了分析。亮紋層相比暗色紋層具有較低的δ13C和δ18O值。溫度對(duì)氧氣分餾的影響是很難辨別的，在受強(qiáng)烈蒸發(fā)的封閉盆地中，可能會(huì)產(chǎn)生溫度和蒸發(fā)相反的效果，使循環(huán)的18O變化平滑13C和18O之間的關(guān)系。沉積/蒸發(fā)比是短期鹽堿湖的同位素演化主要的控制因素。因此，亮層對(duì)應(yīng)濕潤的氣候，如雨季，具有較高的CO2輸入量，而暗層紋則形成于干燥的氣候。這些變化可能代表季節(jié)和年度的變化。微生物作用可以形成明顯的紋層結(jié)構(gòu)，也可以破壞紋層結(jié)構(gòu)。此外，還要注意非生物成因的亮暗紋層，文石纖維等厚層與富有機(jī)質(zhì)泥晶白云巖互層的現(xiàn)象反映了季節(jié)或者古氣候的周期性變化，被認(rèn)為是純粹的無機(jī)條件下的產(chǎn)物[58]。反之，缺少紋層也可以是生物活動(dòng)干擾的表征，如凝塊結(jié)構(gòu)[59]。

凝塊結(jié)構(gòu)：現(xiàn)今的凝塊巖最先發(fā)現(xiàn)于澳大利亞西海岸Perth南部110 km處，超鹽度中性pH值的Clifton湖[60-61]。凝塊結(jié)構(gòu)的成因也有多種觀點(diǎn)，有學(xué)者認(rèn)為是細(xì)胞膜文石結(jié)構(gòu)[61]、鈣化微生物[3]，Burneetal.[62]認(rèn)為凝塊結(jié)構(gòu)與硅鎂石相關(guān)。美國大盆地寒武系凝塊巖主要是受到了多種微生物和后生生物的綜合影響[63]。

對(duì)于鮞?；?guī)r是否為微生物作用的產(chǎn)物仍具有爭議[64-66]?？煞譃槲⑸锍梢?qū)W說[64-67]、化學(xué)作用學(xué)說[68]，和傳統(tǒng)的機(jī)械作用(水動(dòng)力)學(xué)說。當(dāng)然也可能是微生物新陳代謝作用和物理、化學(xué)作用的協(xié)同效應(yīng)產(chǎn)生的[66,69]。Diazetal.[67]通過對(duì)巴拿馬地區(qū)現(xiàn)今海相鮞粒灘的研究發(fā)現(xiàn)，鮞粒含有豐富的微生物信息，多為與碳酸鈣沉積相關(guān)的代謝過程，如脫氮作用、光合作用和硫酸鹽還原作用等，并且鮞粒經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖歷史。認(rèn)為鮞?；?guī)r是未被認(rèn)知的微生物碳酸鹽巖，且其微生物的種類超過了疊層石—凝塊巖體系。

此外在澳大利亞鯊魚灣考察以及文獻(xiàn)閱讀的過程中，也發(fā)現(xiàn)了膿皰狀、平滑狀、膠狀、腦狀等現(xiàn)代微生物碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)[70-71]。在砂巖和頁巖相中也可以發(fā)現(xiàn)多種微生物巖結(jié)構(gòu)，如象皮紋理，可能的宏觀簇生微生物席、穹狀建造、黃鐵礦結(jié)構(gòu)、盤狀微生物菌落、水平席生長模式、皺紋結(jié)構(gòu)、肯尼亞結(jié)構(gòu)、線型類似砂巖結(jié)核的結(jié)構(gòu)等[72]。微生物巖沉積結(jié)構(gòu)主要受水體特征(化學(xué)、水動(dòng)力、渾濁度、透光度以及水深等)、氣候和碎屑物質(zhì)的輸入速率等影響[73]。

1.4 微生物碳酸鹽巖沉積環(huán)境模式

微生物碳酸鹽巖是沉積環(huán)境和微生物共同作用的結(jié)果，主要受到地理/環(huán)境類型演變、盆地/臺(tái)地構(gòu)造—充填演化和地史演化等影響。以威爾遜碳酸鹽巖臺(tái)地模式(1975)為例，具有不同沉積結(jié)構(gòu)的微生物碳酸鹽巖同樣具有很好的沉積相帶分異性(圖2)。

蒸發(fā)臺(tái)地：主要發(fā)育潮上帶的潟湖環(huán)境，常見樹枝狀凝塊巖、波狀疊層石灰?guī)r/云巖等微生物碳酸鹽巖類型。如阿曼克恩阿拉姆地區(qū)新元古代蒸發(fā)潟湖主要發(fā)育樹枝狀凝塊巖[74]。微生物碳酸鹽巖提供了至少30億年以來地球生命的記錄，顯示了生命在極干旱、蒸發(fā)環(huán)境的適應(yīng)性。最新蒸發(fā)環(huán)境的初步結(jié)果表明納米晶體聚集到微米晶體，早期成巖形成泥晶。微生物碳酸鹽巖的化學(xué)信號(hào)可能是繼承了沉積和隨后的早期成巖作用。因此，早期的成巖作用保存了數(shù)十億年的原始環(huán)境參數(shù)。微生物碳酸鹽巖在特殊環(huán)境的沉積也受到大家的關(guān)注，如主動(dòng)裂谷環(huán)境咸水湖泊中熱泉碳酸鹽巖沉積、冷水沉積等。

圖2 微生物碳酸鹽巖沉積環(huán)境模式[74-77]Fig.2 Microbial carbonate sedimentary environment model[74-77]

(半)局限臺(tái)地：主要發(fā)育潮間帶、潮下帶，也是微生物碳酸鹽巖最為發(fā)育的環(huán)境。適宜的溫度和偏高的鹽度淺水環(huán)境對(duì)微生物碳酸鹽巖的發(fā)育較為有利。如澳大利亞鯊魚灣現(xiàn)今疊層石發(fā)育，鹽度約為8%，從潮間帶到潮下帶依次發(fā)育膿皰狀、平滑狀、膠狀、腦狀微生物巖類型[70]。巴西Irecê盆地新元古代緩坡臺(tái)地潮間帶主要發(fā)育疊層石生物層，淺水潮下帶主要發(fā)育疊層石點(diǎn)礁和微生物席[75]。此外磷礦發(fā)育，這和塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組具有相似的沉積環(huán)境和產(chǎn)物。阿曼克恩阿拉姆地區(qū)新元古代潮間帶發(fā)育與厚層生物席相關(guān)的疊層石，潮下帶發(fā)育與薄層生物席相關(guān)的波狀紋層巖和水平紋層巖[74]。

向盆地方向延伸，伴隨著水體變?yōu)殚_闊環(huán)境，海水鹽度相對(duì)降低，微生物碳酸鹽巖類型以黏結(jié)巖、凝塊巖為主。開闊臺(tái)地：潮下帶，鹽度正常或稍高，水深幾米到幾十米。常見凝塊球粒結(jié)構(gòu)，如意大利中晚三疊世Latemar臺(tái)地[76]。臺(tái)緣相：潮下高能帶。意大利中晚三疊世Latemar臺(tái)地臺(tái)緣寬25～35 m，主要發(fā)育鈣質(zhì)海綿黏結(jié)巖、管殼石黏結(jié)巖、生物顆粒巖，微生物結(jié)構(gòu)主要為疊層石、海綿黏結(jié)等[76]。斜坡相：潮下高能帶。意大利中晚三疊世Latemar臺(tái)地斜坡可見鈣質(zhì)海綿黏結(jié)巖微生物層，也可見臺(tái)緣微生物黏結(jié)巖的碎屑[76]。通過對(duì)西班牙晚石炭世Asturias臺(tái)地和哈薩克斯坦Tengiz油田泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)臺(tái)地對(duì)比，臺(tái)地上斜坡發(fā)育黏結(jié)巖(水深大于300 m)，下斜坡發(fā)育從臺(tái)緣和上斜坡搬運(yùn)來的黏結(jié)碎屑巖[77]。不像珊瑚礁型臺(tái)緣受控于海平面或者風(fēng)向，微生物黏結(jié)巖為主導(dǎo)的斜坡受到營養(yǎng)物質(zhì)的影響[77]。陸棚和盆地：潮下較深水陸棚低能帶。沉積巖性以泥頁巖為主，可見硅質(zhì)海綿骨針等[78]。

此外，不同類型的臺(tái)地結(jié)構(gòu)，微生物碳酸鹽巖沉積模式也有所不同。主要的臺(tái)地結(jié)構(gòu)有緩坡、鑲邊臺(tái)地、孤立臺(tái)地等。典型的碳酸鹽巖沉積模式主要考慮水動(dòng)力強(qiáng)弱、水體深淺、巖性組合等因素，而對(duì)微生物作用類型的考慮較少。Bragaetal.[79]對(duì)西班牙近岸混合碳酸鹽沉積的巖相進(jìn)行分析，相帶成片狀分布，可能與生物群落的分布相關(guān)。微生物對(duì)碳酸鹽巖臺(tái)地建造的作用有待進(jìn)一步研究。海水的低鎂鈣比和氧氣濃度的上升可能控制了生物礦化的部分過程，如前寒武紀(jì)白云巖—文石海洋。但是在生物大輻射的時(shí)候，生物能夠超越海水鎂鈣比，成為影響碳酸鹽巖工廠建造的主要因素。

2 國內(nèi)微生物碳酸鹽巖沉積學(xué)研究現(xiàn)狀及趨向

筆者在第33屆國際沉積學(xué)會(huì)議(2017年10月9日—12日)、第六屆全國沉積學(xué)大會(huì)(2017年10月28日—30日)以及澳大利亞鯊魚灣現(xiàn)今疊層石考察(2017年11月2日—9日)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研，認(rèn)為國內(nèi)微生物碳酸鹽巖沉積學(xué)在現(xiàn)今沉積研究相對(duì)薄弱，古老的微生物碳酸鹽巖沉積已開展了大量工作。提出分類認(rèn)識(shí)微生物碳酸鹽巖現(xiàn)代沉積機(jī)理、重建古老微生物碳酸鹽巖早期成巖過程、分類認(rèn)識(shí)古老微生物碳酸鹽巖沉積標(biāo)志的研究方向。

2.1 現(xiàn)今微生物碳酸鹽巖研究相對(duì)薄弱

現(xiàn)今微生物碳酸鹽巖包含豐富的氣候、環(huán)境信息，也是了解微生物碳酸鹽巖沉積、礦化機(jī)理的重要研究對(duì)象。我國現(xiàn)代海相、鹽場和淡水疊層石微生物席發(fā)育[80]，包括海南島三亞鹽沼區(qū)、青島東風(fēng)鹽場、店北鹽場、天津塘沽鹽場、江蘇臺(tái)北鹽場等[81]。淡水疊層石有川黔地區(qū)[81]、三峽地區(qū)[82]以及河北境內(nèi)[83]。前人初步提出疊層石微生物席形態(tài)特征和微觀結(jié)構(gòu)(層理) 的形成過程[84-85]，并利用現(xiàn)代疊層石的微觀結(jié)構(gòu)生長推測(cè)了古代疊層石的生長過程[80]。田友萍等[81]對(duì)中國西南現(xiàn)生淡水石灰華疊層石紋層機(jī)理及其高分辨率環(huán)境氣候記錄進(jìn)行了研究。研究認(rèn)為石灰華疊層石的紋層特征是有沉積間斷的季節(jié)紋層，其紋層厚度能夠反映當(dāng)?shù)氐哪辍⒓竟?jié)降水量，可通過數(shù)紋層定年，而藍(lán)藻藻席是石灰華疊層石形成的必要條件之一。國際上對(duì)澳大利亞鯊魚灣、巴哈馬臺(tái)地、巴西等地現(xiàn)今微生物碳酸鹽巖的研究相對(duì)成熟。以澳大利亞鯊魚灣為例，其從潮上帶、潮間帶到潮下帶可以識(shí)別出不同的微生物巖類型，探討了不同形態(tài)微生物巖和水動(dòng)力的關(guān)系[70]。在該地考察的過程中發(fā)現(xiàn)，其所建的世界歷史博物館也很好地保護(hù)了該地的生態(tài)系統(tǒng)。諸如此類的研究經(jīng)驗(yàn)、舉措值得借鑒。

重視現(xiàn)代微生物沉積，又要注意差別。一方面對(duì)解釋一些古老微生物碳酸鹽巖沉積、成巖機(jī)理具有較好的借鑒意義，另一方面又不能完全反應(yīng)出古代微生物發(fā)育的類型及其海洋、大氣環(huán)境等要素。新生代以前的疊層石中的微生物化石較為少見，只是以現(xiàn)在疊層石的生長來推測(cè)早期疊層石的成因，其“將今論古”的論斷還有待進(jìn)一步證實(shí)[86]。越來越多的科學(xué)家注意到現(xiàn)今的生物地質(zhì)現(xiàn)象并不能完全反應(yīng)古老微生物巖的特征，在第33屆國際沉積學(xué)會(huì)議中提出“現(xiàn)今是了解過去的鑰匙，但是過去才能講清楚完整的故事”[87]以及“現(xiàn)今并不是了解過去的鑰匙”[88]等觀點(diǎn)。

2.2 古老微生物碳酸鹽巖成果較為豐富

眾多學(xué)者對(duì)國內(nèi)古老微生物碳酸鹽巖開展了大量工作。對(duì)薊縣霧迷山—鐵嶺組疊層石[7,89]、山東寒武系凝塊巖[90-91]、塔里木盆地微生物巖[92-93]、四川盆地?zé)粲敖M微生物巖[8,94-95]等做了大量工作，同時(shí)由于古老微生物碳酸鹽巖現(xiàn)象的豐富與典型，也吸引了國際同行前來開展研究工作[96-98]。在微生物組分、微生物礦化機(jī)理(如生物誘導(dǎo)礦化和生物控制礦化)、微生物巖古今對(duì)比、生長環(huán)境條件等方面取得了諸多進(jìn)展[80]。

微生物碳酸鹽巖顯著的跨相與地史演變是其有別于其他沉積巖石類型的重要標(biāo)志。國內(nèi)華北、揚(yáng)子、塔里木三大板塊多個(gè)時(shí)期均有微生物碳酸鹽巖的發(fā)育(表1)?？偟目磥?，在地史演化方面，微生物碳酸鹽巖時(shí)間跨度大，主要發(fā)育在奧陶紀(jì)之前。奧陶紀(jì)之后，和后生生物總體呈此消彼長的格局。在沉積環(huán)境類型方面，微生物巖發(fā)育對(duì)應(yīng)的古氣候多為溫暖甚至炎熱、蒸發(fā)環(huán)境，當(dāng)然也不排除冷水微生物碳酸鹽巖的發(fā)育。微生物巖類型以疊層石灰?guī)r/云巖、凝塊巖為主。在構(gòu)造—充填演化方面，以塔里木盆地為例，從震旦紀(jì)的裂谷、拗拉槽到寒武紀(jì)克拉通內(nèi)碳酸鹽巖臺(tái)地，再到奧陶紀(jì)的周緣前陸構(gòu)造背景[99]，微生物碳酸鹽巖表現(xiàn)為間歇性繁盛的特征。

2.3 微生物碳酸鹽巖沉積學(xué)研究趨向

國內(nèi)微生物碳酸鹽巖沉積學(xué)對(duì)現(xiàn)今沉積研究相對(duì)薄弱，古老的微生物碳酸鹽巖沉積成果較為豐富。分類認(rèn)識(shí)微生物碳酸鹽巖現(xiàn)代沉積機(jī)理、重建古老微生物碳酸鹽巖早期成巖過程、分類認(rèn)識(shí)古老微生物碳酸鹽巖沉積標(biāo)志是今后微生物碳酸鹽巖沉積學(xué)研究的重點(diǎn)。

分類認(rèn)識(shí)微生物碳酸鹽巖現(xiàn)代沉積機(jī)理。前人對(duì)現(xiàn)今的疊層石(巴哈馬臺(tái)地、澳大利亞鯊魚灣、巴西等)、凝塊巖(澳大利亞Clifton湖)、鮞粒沉積(巴哈馬鮞粒灘)進(jìn)行了解剖，但對(duì)不同地區(qū)的紋層、凝塊、鮞粒等沉積結(jié)構(gòu)的生物、化學(xué)、物理成因還存在爭議。加強(qiáng)國內(nèi)現(xiàn)今微生物碳酸鹽巖研究，是解決微生物碳酸鹽巖沉積機(jī)理的必要手段。

重建古老微生物碳酸鹽巖早期成巖過程。探討已成巖的巖石微生物遺存的巖相特征以及微生物如何參與成巖的過程是亟待解決的問題[10,104]。通過分析成巖作用的巖礦和古流體記錄，研究和建立其埋藏演化的改造序列，有利于微生物碳酸鹽巖典型結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。

表1 國內(nèi)微生物碳酸鹽巖發(fā)育特征

分類認(rèn)識(shí)古老微生物碳酸鹽巖沉積標(biāo)志。在微生物碳酸鹽巖沉積機(jī)理、早期成巖過程研究的基礎(chǔ)上，明確不同類型微生物碳酸鹽巖沉積標(biāo)志。一方面是直接識(shí)別微生物殘余礦化結(jié)構(gòu)，另一方面由于殘余結(jié)構(gòu)不易識(shí)別，可以從微生物相關(guān)的礦化產(chǎn)物入手，如自生石英、黃鐵礦、針鐵礦等。微生物碳酸鹽巖顯著的跨相與地史演變是其有別于其他沉積巖石類型的重要標(biāo)志，識(shí)別微生物碳酸鹽巖形成的沉積結(jié)構(gòu)，探索微生物類型、行為以及微生物控制/參與的沉積—早期成巖效應(yīng)，反演形成環(huán)境，解析包括古生物、古氣候、古環(huán)境和古構(gòu)造(事件)等影響因素。在此過程中，多學(xué)科、多領(lǐng)域最新理論及技術(shù)方法的結(jié)合運(yùn)用，對(duì)現(xiàn)代、古代微生物碳酸鹽巖對(duì)比研究顯得尤為必要。

3 結(jié)語

微生物席礦化產(chǎn)物及序列、微生物巖相關(guān)元素的循環(huán)過程、沉積結(jié)構(gòu)的成因機(jī)制、沉積環(huán)境等是當(dāng)今微生物碳酸鹽巖的研究熱點(diǎn)。對(duì)紋層、凝塊、鮞粒等沉積結(jié)構(gòu)的生物、化學(xué)、物理成因還存在爭議。國內(nèi)微生物碳酸鹽巖沉積學(xué)在現(xiàn)今沉積研究相對(duì)薄弱，古老的微生物碳酸鹽巖沉積成果較為豐富，下步可以重點(diǎn)開展分類認(rèn)識(shí)微生物碳酸鹽巖現(xiàn)代沉積機(jī)理、重建古老微生物碳酸鹽巖早期成巖過程、分類認(rèn)識(shí)古老微生物碳酸鹽巖沉積標(biāo)志的研究工作。

致謝 劉可禹、Anais Pages (聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織)等專家在澳大利亞鯊魚灣現(xiàn)代疊層石考察中進(jìn)行了指導(dǎo)與交流。