豫西下三疊統劉家溝組微生物成因沉積構造

于水情，邢智峰，周　虎

豫西下三疊統劉家溝組微生物成因沉積構造

于水情，邢智峰，周虎

（河南理工大學資源與環境學院，河南 焦作 454003）

微生物成因沉積構造（MISS），是微生物與沉積物相互作用的結果，可作為地質時期微生物群活動的重要標識。至目前為止，MISS主要發育在前寒武紀淺海潮間帶上部至潮上帶下部及顯生宙生物大滅絕后微生物繁盛時期的淺水環境。文中豫西宜陽劉家溝組發育了形態多樣的MISS，主要為微生物席破壞相關構造，尤其以多邊形網狀和紡錘狀脫水裂痕最多。該研究區發育的多種MISS類型，指示了該區域的一些古環境特征。

劉家溝組；微生物城因病沉積構造；沉積環境

微生物，在地球上是所有新陳代謝的途徑，是無所不在的巨大生物量，在前寒武紀中居于統治地位。30多年前，微生物學的一個重要變化是確認“藍細菌”代替“藍綠藻”［1，2］，術語“微生物席”替代了“藻席”并得到廣泛的接受和應用［3］。微生物席是微生物生命活動的主要產物，它是纏繞的絲狀和球狀微生物，通過自身分泌的黏液質，黏結或沉淀沉積物，并膠結成的一種席狀組織。近些年來關于由微生物成因形成的沉積構造的研究，受到許多學者的關注與重視，主要集中在前寒武紀中-新元古界，被稱為“Microbially Induced Sedimentary Structures（簡稱MISS）”的一種沉積現象。MISS是微生物群及其生命活動與沉積物相互作用，在水體界面附近形成的一種生物—沉積構造，是微生物群生命活動的重要產物。迄今發現的最古老的MISS見于澳大利亞約34.8億年前的古太古代Dresser組［4］；最早的陸生MISS見于南非18億年前的古沙漠沉積［5］以及蘇格蘭12億年前的Stoer群河湖相沉積［6］。這說明元古代的生物不局限于海洋環境而且還延伸到了內陸環境。目前報道的MISS主要是集中在中-新元古代海相沉積中。

在我國關于MISS的研究剛剛起步，主要集中在華北地臺中元古界，以薊縣、北京延慶、魯山等剖面為研究對象，其中云夢山組［7、8］、大紅峪組［9］、串嶺溝組［10］、黃旗口組砂巖［10、11］及高于莊組［11］非疊層石碳酸鹽巖（以灰巖為主）中均發育有大量的MISS。

圖1　豫西宜陽劉家溝組地層柱狀圖

1　區域地質背景

研究區屬華北地層區-豫西地層分區，位于華北板塊南部的近邊沿地帶，在晚古生代時期發生的地殼運動主要是海西運動階段，它是一次大規模的海侵沉積，運動過后華北板塊出現了新的抬升區和沉降區［12］；晚二疊世，由于華北板塊向南仰沖、華南板塊向北俯沖的擠壓抬升，導致海水逐漸退去，華北板塊轉為陸相沉積［13］，此時的孫家溝組，海水退出，南部隆起，形成了以陸緣近海-湖相為主的陸相沉積環境；三疊紀研究區古地貌格局轉變成為南東高、北西低，在早期，湖盆面積進一步縮小，該地區形成以洛陽為沉積中心的半封閉內陸盆地，氣候更加炎熱，沉積了一套河流沖積—濱湖相紅色砂頁巖建造：早、中三疊世主要為河流、濱淺湖環境［14］。由于本地區受上述地質背景的影響，認為劉家溝組為近海的濱淺湖環境。本文所選剖面位于宜陽縣大雨淋村李溝煤礦附近，出露良好。從平頂山砂巖段開始，自下而上劃分為孫家溝組、劉家溝組、和尚溝組和二馬營組［15］。劉家溝組為早三疊世早期，地層總厚度114.07m，是以一套紫紅色中-細粒石英砂巖及夾有粉砂巖和泥巖的沉積。與其下伏地層孫家溝組呈整合接觸，是以劉家溝組底部一層紫紅色中厚層礫巖為明顯標志劃分界限，屬晚二疊世陸源近海湖相沉積；與其上覆地層和尚溝組也呈整合接觸，是以劉家溝組頂部富含泥礫孔洞的灰紅色厚層狀中粒石英砂巖為標志劃分界限（圖1），屬早三疊世晚期河流-淺湖相沉積。本文是以劉家溝組MISS為主要研究對象，主要描述其構造特征及對古環境的指示。

圖2　微生物席生長相關構造

圖3　微生物席破壞相關構造-脫水裂痕

2　劉家溝組微生物成因沉積構造及其特征

宜陽劉家溝組的沉積構造發育豐富的層理構造（楔狀、板狀交錯層理，平行層理及水平層理等）及層面構造（波痕、脫水裂痕、層面突起等）。其中以層面構造的各種形態脫水裂痕最為多見，主要發育在泥質粉砂質中細粒砂巖交互的地方，且常與波痕共生，它們是由微生物與沉積物相互作用的結果，是微生物成因形成的沉積構造，即MISS。據Schieber對MISS在宏觀上的分類方案［16］，我們把本研究區MISS分為3大類：席生長、席破壞和席腐爛相關構造。其中席破壞相關構造最多。

2.1微生物席生長相關構造

微生物席生長構造是微生物席在發育過程中由于微生物群落活動和生長方式、速率發生變化而在席表面形成的各種構造。本研究區劉家溝組發育的生長構造包括：瘤狀突起、波痕補丁和微生物席紋層。

1）瘤狀突起：發育于劉家溝組上、下段，由微生物席的局部過量生長產生，層面上表現為0.5～1cm 不等的密集突起物，但隆起較低（圖2-A、B）；

2）波痕補?。喊l育在劉家溝組中段，是微生物席的夷平作用形成的波痕補丁，波痕被微生物席覆蓋的區域，由于微生物席的存在夷平了波痕；在沒有定居微生物席的區域，波痕才得以保存（圖2-C）；

3）微生物席紋層：發育在劉家溝組中、上段，從巖石縱向上，可看見清晰的黑色有機質殘留層，和細砂巖層交互出現（圖2-D）。

2.2微生物席破壞相關構造

席破壞構造是指微生物形成席之后由于沉積表層的暴露或其它因素而遭受物理、化學作用的破壞而發生破裂（碎）、卷曲、變形、褶皺、脫水或被搬運再沉積而形成的一系列相關構造，本研究區劉家溝組發育了各種形態的脫水裂痕構造，包括紡錘狀、多邊形網狀、曲形和樹枝狀脫水裂痕。這種構造是因暴露時間長短不同和席層的厚度不同而形成的，從孤立的紡錘狀裂痕到網狀的脫水裂痕［10、17、18、19］。

1）紡錘狀脫水裂痕：劉家溝組較為多見，主要分布在該組中、上段，波痕和非波痕處都有分布，是微生物席在暴露后脫水形成的；有時會因多次脫水疊加形成鳥足狀，可能是微生物席經歷了多次地面暴露和水流沖刷。它的形成包括干旱時暴露、脫水收縮、微生物席產生的裂隙、裂隙被充填等過程［17］（圖3-A、B，其中B為底面上的紡錘狀脫水裂痕）；

2）多邊形網狀脫水裂痕：本研究區這種裂痕發育也較多，位于劉家溝組中、上段。在砂巖層面上發育形成不規則的網狀，一般有三角形、四邊形、五邊形等，長度、寬度大都不均勻。這種網狀裂痕構造與泥裂很相似，泥裂橫斷面上有“V”型構造，而網狀裂痕構造沒有。這些裂痕構造多與波痕共生，位于波谷內［20］。本組發育的大型多邊形脫水裂痕構造，是由砂脊交互形成的多邊形結構。砂脊寬2.5～14mm，突出層面0.5～2mm不等，脊長9.5～49.5cm，與波痕伴生存在（圖3-C、D）；

3）曲形脫水裂痕：特殊的多邊形網狀脫水裂痕，發育較少，位于劉家溝組中、下段。砂脊彎曲程度較大，交互形成環狀、近環狀等，砂脊寬2mm左右（圖3-E）；

4）樹枝狀脫水裂痕：是多邊形網狀脫水裂痕的另一種特殊形態，形狀像樹枝狀的構造，粗大的主干和細小的分支形成網狀。位于劉家溝組中段，發育在砂巖層面上且單一，砂脊寬度為毫米級，長度可達十多厘米（圖3-F）。

2.3微生物席腐爛相關構造

席腐爛構造多指由埋藏的微生物席腐爛分解而產生的氣體在沉積物表層形成的各種構造［17、21-24］。如氣隆構造，是微生物席腐爛產生的氣體影響席下的沉積層面及微生物席本身而形成；肯尼亞波痕，是大量氣泡由于較強烈的作用產生似波痕狀的皺飾構造，具波峰平坦且波谷陡峭的特征。目前對現代微生物席的研究也證明了這一點。當微生物席表面的韌性不足以抵擋氣泡產生的壓力時，氣隆構造會破裂而產生氣體逃逸構造，如砂火山（圖4-A），是氣體逃逸后形成了向內凹陷形似火山噴發的形狀。在劉家溝組中主要是砂火山及肯尼亞波痕（圖4-B）的發育，位于該組中段。

圖4　微生物席腐爛相關構造

3　結論與討論

總體來說，劉家溝組MISS類型豐富多樣，主要發育在中細粒砂巖、粉砂巖與泥巖的接觸面上，且常與波痕伴生。在整個劉家溝組，除頂、底部外大多都有MISS發育，主要以席破壞構造為主，尤其以形態多樣的脫水裂痕最多，劉家溝組地層由老到新是以紡錘狀為主逐漸變為以多邊形網狀為主的脫水裂痕，這是由于微生物席暴露時間逐漸變長，當時的環境在逐漸遠離海岸，說明MISS是在較淺的環境發育，也說明劉家溝組為淺水環境，因此認為當時的沉積環境為濱淺海或濱淺湖；而又由于華北地區受到當時地質背景的影響，二疊晚期已轉為陸相沉積，由此可認為宜陽劉家溝組的環境為湖泊相濱淺湖亞相沉積。下三疊統劉家溝組處于二、三疊之交生物大滅絕時期之后，這種由于生物大滅絕及微生物大肆泛濫造成的微生物成因形成的沉積構造，指示了劉家溝組的MISS為一種錯時相沉積。

謝樹成等（2007）對華南地區浙江長興的二、三疊紀之交的環境進行了研究，提出了在地球上最大一次生物滅絕期——二、三疊紀之間出現了以2-甲基藿烷為主的藍細菌的大量繁盛，而這種繁盛與海洋無脊椎動物的滅絕呈負相關關系［25］。華南地區這一研究與本文下三疊統劉家溝組的環境具有可對比性，都是MISS大量發育，微生物大肆繁盛。華北劉家溝組微生物的繁盛與謝樹成等（2007）在華南浙江長興研究的早三疊世殷坑組藍細菌繁盛的時期是相一致的。這些現象說明了當時后生動物的貧乏及以藍細菌為主的微生物席的大量出現，造就了劉家溝組發育大量MISS。反之，MISS的大量發育，指示了后生動物貧乏的特征，同時也確立了劉家溝組是處于二疊紀末期生物大滅絕后發育的地層。

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Microbial Induced Sedimentary Structure in the Lower Triassic Liujiagou Formation in West Henan

YU Shui-qing XING Zhi-feng ZHOU Hu
（College of Resources and Environment， Henan University of Technology， Jiaozuo， Henan 454003）

Microbial induced sedimentary structures （MISS） were the result of the interaction between microorganism and sediment and have been studied as biosignature. So far， MISS were developed in shallow subtidal to supratidal environments in the Precambrian， and shallow water from the microbial flourish after biological extinction in Phanerozoic. MISS such as microbial mat destruction features， especially spindle-shaped and polygonal desiccation cracks were well developed in the Liujiagou Formation in Yiyang， western Henan，indicating sedimentary environment of the Liujiagou Formation.

Liujiagou Formation； microbial induced sedimentary structures； sedimentary environment

P534.51

A

1006-0995（2015）04-0483-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.001

2014-11-10

于水情（1982-），女，河南周口人，助理講師，碩士研究生，主要從事古生物學與地層學

邢智峰（1973-），河南焦作人，副教授，主要從事地球生物學研究工作