遼寧東部地區(qū)橋頭組微生物誘發(fā)沉積構(gòu)造(MISS)的發(fā)現(xiàn)及意義

吳子杰，張德明，范海濱,張國(guó)仁，邱隆偉，王海鵬，仲米山，耿樹峰，鄭偉，高福亮, 趙漢卿

1)中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島，266580； 2)遼寧省地質(zhì)勘查院有限責(zé)任公司，遼寧大連，116100； 3)山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊(duì)，山東濰坊，261021；4)吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春，130061； 5)遼寧省第四地質(zhì)大隊(duì)有限責(zé)任公司，遼寧阜新， 123000； 6)遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心，沈陽(yáng)，110011； 7)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京，100083

1 研究目的

遼寧東部地區(qū)位于華北克拉通的東北緣(Zhao Guochun et al., 2012)。該地區(qū)中元古代晚期—新元古代早期地層發(fā)育，層序保存完整且出露較好，是研究華北克拉通中、新元古界的關(guān)鍵地區(qū)之一。橋頭組分布于遼寧東部的本溪、遼陽(yáng)、丹東、大連等地區(qū)，曾被認(rèn)為形成于新元古代晚期南華紀(jì)(遼寧省地質(zhì)勘查院，2017)。近些年隨著同位素測(cè)年技術(shù)的廣泛應(yīng)用，橋頭組形成于中元古代晚期—新元古代早期的觀點(diǎn)被廣泛認(rèn)可(Zhang Wen et al., 2020, 2021; Zhao Hanqing et al., 2020)，但目前針對(duì)橋頭組的研究大多集中在物源分析及其對(duì)華北克拉通古地理重建等方面(Zhang Shuahong et al., 2016; He Tianchen et al., 2016; Zhang Wen et al., 2020, 2021; Zhao Hanqing et al., 2020)，少量文獻(xiàn)則根據(jù)巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)等傳統(tǒng)地質(zhì)方法對(duì)橋頭組的古氣候進(jìn)行研究(曲洪祥等， 2011；田德欣等， 2018；吳子杰等，2020)，但并未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。

近年來(lái)，隨著微生物席沉積學(xué)的不斷發(fā)展，華北地臺(tái)的豫西、冀北、遼西等地的中—新元古代地層中的微生物誘發(fā)沉積構(gòu)造(MISS，microbially induced sedimentary structures)被廣泛報(bào)道(史曉穎等，2008；鄭元等，2009； 黃秀等，2010；Tang Dongjie et al.，2011；梅冥相，2011；陳留勤, 2013；梅冥相等，2019；李曉波等, 2020；邢智峰等，2020)，而在遼東地區(qū)卻并未發(fā)現(xiàn)。筆者等在對(duì)遼東地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查時(shí)，對(duì)以往中—新元古代碎屑巖中發(fā)現(xiàn)一些的泥裂、波痕等沉積構(gòu)造進(jìn)行了重新研究，發(fā)現(xiàn)一部分過(guò)去被認(rèn)為是泥裂成因的沉積構(gòu)造是MISS。這些 MISS 的發(fā)現(xiàn)，提醒我們需要對(duì)過(guò)去被誤判的各種沉積構(gòu)造進(jìn)行重新審視，并可以為遼寧地區(qū)中—新元古代地層的劃分對(duì)比提供基礎(chǔ)材料，進(jìn)而對(duì)研究地球早期生命演化、探索生物圈對(duì)水圈和大氣圈的長(zhǎng)時(shí)間影響具有重要意義。

2 研究方法

通過(guò)對(duì)諸多遼寧地區(qū)橋頭組典型剖面的修測(cè)，筆者等在本溪橋頭鎮(zhèn)、長(zhǎng)興島塔山、瓦房店四鹿圈子等地的橋頭組砂巖的上巖層面發(fā)現(xiàn)了一種類似于泥裂的沉積構(gòu)造，選取橋頭鎮(zhèn)剖面第2層和第13層頂面的兩個(gè)這種沉積構(gòu)造形態(tài)特征進(jìn)行重點(diǎn)剖析，并與典型的泥裂構(gòu)造以及國(guó)內(nèi)中、新元古界典型的MISS進(jìn)行對(duì)比，以確定該類沉積構(gòu)造是否為MISS。

3 研究結(jié)果

圖1 遼寧東部地區(qū)橋頭組MISS特征Fig. 1 MISS characteristics of the Qiaotou Formation in eastern Liaoning(a) 橋頭鎮(zhèn)剖面第13層頂面MISS；(b) 橋頭鎮(zhèn)剖面第13層頂面MISS素描；(c) 橋頭鎮(zhèn)剖面第2層頂面MISS；(d) 橋頭鎮(zhèn)剖面第2層頂面MISS素描；(e) MISS中的灰黑色卷曲變形和褶疊；(f) 灰黑色碳質(zhì)藻席結(jié)構(gòu)(a) MISS of the 13th layer of Qiaotouzhen section; (b) MISS sketch of the 13th layer of Qiaotouzhen section; (c) MISS of the second layer of Qiaotouzhen section; (d) MISS sketch of the second layer of Qiaotouzhen section; (e) grey-black curling deformation and folding in MISS; (f) gray-black carbonaceous algal mat structure

本次重點(diǎn)研究的MISS發(fā)現(xiàn)于本溪橋頭鎮(zhèn)剖面第13層(圖1a)和第2層(圖1c)，兩層均為灰綠色薄層細(xì)砂巖，野外宏觀可見(jiàn)明顯的裂隙狀構(gòu)造分布于層面之上(圖1a、c)，裂隙內(nèi)部充填淺灰色細(xì)粒砂巖且呈紡錘體狀，紡錘體多為彎曲的、非定向排列的孤立形態(tài)，部分為交割或連接關(guān)系，呈分支紡錘體、三連接鳥足型和部分連接分枝狀。裂隙構(gòu)造長(zhǎng)度多在2～10 cm，少量小于1 cm或大于10 cm，紡錘體充填向上凸起約1～4 mm(圖1b、d)裂隙邊緣多見(jiàn)灰黑色卷曲變形，部分裂隙邊緣發(fā)生褶疊(圖1e)。裂隙砂脈下部較寬，頂部圓滑收窄。脈體的邊緣多為不規(guī)則多邊形，延伸方向多變，且脈體與脈體之間的延伸多為大于120°的鈍角。巖層面上見(jiàn)有灰黑色碳質(zhì)的黏土碎屑成分的紋層狀藻席結(jié)構(gòu)(圖1f)。通過(guò)與典型的MISS及泥裂構(gòu)造對(duì)比，認(rèn)為發(fā)現(xiàn)的類似于泥裂的沉積構(gòu)造符合MISS的特征，屬于微生物席破壞作用形成的構(gòu)造。其顯著不同于泥裂特征，主要表現(xiàn)在泥裂的裂隙脈體多在上覆巖層的底面，且裂隙脈體相互交割連通呈多邊形網(wǎng)狀，交角為直角或小角度鈍角，裂隙延伸平直不彎曲。

通過(guò)綜合分析認(rèn)為本次發(fā)現(xiàn)的裂隙構(gòu)造為MISS，其屬于微生物席的物理破壞作用而形成。其可能是由于砂巖中缺乏黏土質(zhì)基質(zhì)，在富含水的微生物絲狀體和細(xì)胞聚合物質(zhì)(EPS)所構(gòu)成的沉積基質(zhì)因?yàn)楦闪旬a(chǎn)生收縮，收縮后形成的砂裂縫在抗拒水流侵蝕作用過(guò)程中形成，而這種紡錘體狀、三連接鳥足型和部分連接分枝狀MISS一般被認(rèn)為是形成于潮上帶上部沉積環(huán)境(梅冥相，2011)。

4 結(jié)論

首次將遼寧橋頭組發(fā)現(xiàn)的裂隙沉積構(gòu)造確定為MISS，而并非以往認(rèn)為的不規(guī)則泥裂構(gòu)造。其具有紡錘體狀、三連接鳥足型和部分連接分枝狀形態(tài)，可能形成于潮上帶上部的沉積環(huán)境。MISS的發(fā)現(xiàn)為今后遼寧地區(qū)中—新元古界地層對(duì)比及沉積學(xué)研究提供了更多依據(jù)。MISS對(duì)研究地球早期生命演化、探索生物群對(duì)大氣圈和水圈的長(zhǎng)時(shí)間影響具有重要意義。未來(lái)在對(duì)遼東地區(qū)的中—新元古代地層進(jìn)行研究時(shí)，要考慮MISS的影響。

致謝:感謝遼寧省地質(zhì)勘查院有限責(zé)任公司對(duì)此項(xiàng)研究的大力支持。感謝審稿專家對(duì)本文提出的有益修改意見(jiàn)。