天津薊縣中元古界疊層石形態特征研究

(成都理工大學地球科學學院 四川 成都 610059)

引言

疊層石是前寒武紀時期的一種微生物巖，它是由藍藻、真核藻類為主的微生物通過生長和代謝等生命活動引起礦物以及沉積物進行周期性的沉淀和膠結作用形成的。疊層石是一種具有紋層狀的生物巖石，由碎屑層和有機層交替沉積疊加而成。在天津薊縣的中上元古界的地層剖面中，疊層石非常常見，分布廣泛，并且數量和種類都非常的多。薊縣疊層石出露的形態完整連續，并且保存較好，對研究古環境，古地理，古氣候等信息起著至關重要的作用，而疊層石本身記錄了幾十億年的歷史變遷，在地史研究里有著舉足輕重的地位，對科學研究提供了必不可少的參考依據。

一、區域地質概況

薊縣中上元古界地質剖面，屬于燕山山系，此剖面有著構造簡單，出露連續結構清晰，層序完整，保存良好等。其形成主要受燕山緯向構造體系的主要作用也有新華夏構造體系和南北向構造體系等多種構造體系的影響。屬于天山—陰山—燕山緯向構造帶，經歷了長期的海陸變遷過程，到中生代的燕山運動使縣境內發生了強烈的褶皺、斷裂、隆起以及巖漿活動，因此北部的燕山山脈是由于褶皺形成的，南部斷裂下沉堆積為平原；薊縣處于燕山山脈南麓，地勢北高南低，逐漸下降，呈階梯分布。

二、疊層石概述

疊層石是淺海相碳酸鹽巖沉積的重要證據，在天津薊縣出露了大量各種各樣的疊層石，我們可以根據這些疊層石的形態大致分析藻類的生長習性和沉積環境：

(一)薊縣瘤狀疊層石。疊層體由細長柱狀到扁柱狀的柱體組合，部分簡單平行分叉加粗平行分叉，體側有局部不均勻的鞘，當鞘加厚時，則形成明顯的瘤狀凸起，并為海綠石和碳酸鹽包裹，基本層呈半球狀至陡峭的穹形，橫斷面為圓形或次圓形。

(二)柱狀疊層石。疊層石一般為呈圓柱狀或扁柱狀，通常由規則的柱體或扁柱體組成，與地層為垂直關系。

(三)假鐵嶺疊層石。類似于鐵嶺組疊層石，疊層石由粗大不規則的柱體或扁柱體組成，次平行排列，垂直地層生長。具參差不齊的槽，柱體在生長過程中常向不同方向傾斜，柱體表面粗糙不平，基本層為平緩的穹形。

(四)規則墻疊層石。疊層體由板狀的柱體組成，平行排列，界限清楚。簡單平行分叉到加寬平行分叉，體表面平整，多為泥鈣質和海綠石的混合物包裹。橫斷面一般為長條狀。

(五)鐵嶺疊層石。疊層體由粗短巨大的柱體和扁柱體組成，柱體大小不一，以簡單平行分叉和加粗平行分叉為主，越分越小，個別有微散開分叉。體表面平整，有粉紅色充填物，不具有明顯的壁，基本層多數為平緩的穹形，橫斷面為同心圓形或者是長圓形。

(六)韻律疊層石。韻律疊層石發育有明顯的韻律，下層為排列整齊柱狀疊層石，中層為破碎疊層石與黃色粘土膠結物，具有韻律反復出現特征。一般形成于潮上帶、潮間帶和潮下帶，即水位由淺到深依次形成層狀，層柱狀，柱體疊層體，其重復的變化形成周而復始的韻律結構。

(七)細長錐穹疊層石。疊層體由細長的次圓柱狀柱體組成。平行分叉到加粗平行分叉通常只分叉一次，柱體有錐形和穹形兩類基本層組成，在生長過程中交替發育形成柱體，與圍巖界限清晰。

(八)卷發疊層石。疊層石由次圓柱狀到扁圓柱狀體，有顯著的膨脹收縮現象，也有明顯的分叉現象，側部局部有壁和鞘。其外側還有一層海綠石包裹物，橫斷面呈次圓柱形拉長的橢圓形以及其他不規則形態。

三、疊層石多種形態成因的推測

根據海平面變化可以推測疊層石的形態變化，當海平面上升環境相對穩定時發育柱狀或斜歪分叉疊層石，接著疊層石破碎，海平面下降海床裸露，形成粘土風化層，可以發現海平面也出現高低高的韻律，說明該處在短時間內發生過多次構造活動，應為一系列小型地震。

疊層石形態在垂向上有水平狀—波狀—墻狀疊層石的旋回變化規律，其中以柱狀宏體疊層石為主，表明其沉積環境為淺海潮下高能環境。這些疊層石構成單層1m乃至數米厚的疊層石生物層，顯示出快速沉積作用的特征。

韻律疊層石具有明顯分叉扭曲，中間填充有粘土物質，在一些韻律層中出現了一些沒有層狀構造的特殊疊層石。疊層石出現的層狀構造是因為藻類膠結粘土物質層狀沉積形成，沒有層狀構造則說明膠結的粘土物質為疊層石泥，說明疊層石破碎嚴重，海水海床環境變化劇烈。在這些破碎層上部為風化的薄層粘土物質無疊層石產生，說明該層海平面下降，露出地表。海平面變化說明該處發生了構造運動，排除風暴潮因素，因為風暴潮不會造成海平面變化且持續時間短，不會形成韻律，只能為構造活動導致。

鐵嶺組時期古水流方向大約為EW向，與剖面中彎曲疊層石傾斜方向吻合，所以有部分疊層石受到水流影響，疊層石是迎著水流來捕獲沉積物質從而加積生長，當水流方向變化時，吸積方向便會改變，紋層的傾向就會發生變化，從而影響柱狀疊層石的傾向和形態，而且柱體傾斜角度與水流強度直接相關，水流越強，傾角越大。

四、結論

1、疊層石韻律，沉積環境有潮上帶、潮間帶、潮下帶，疊層石柱體有層柱狀、柱狀、層狀、疊層體等，形成韻律結構。猜測有災難性事件：地震引發海嘯，造成破壞；地震造成海平面變化。構造運動使疊層石與側堆積物破碎造成混亂堆積，使堆積物可以填充空隙。

2、天津薊縣中元古鐵嶺組老虎頂亞組中發育巨厚的疊層石巖礁，在疊層石的柱體與柱體之間有海綠石充填，呈薄膜狀，代表較為典型的原地海綠石，形成在正常高能淺海環境中。

3、海綠石的含量在不同類型的疊層石或同類疊層石的不同部位分布不均勻，其中在部分疊層石生物層之間的界線附近有富集現象，海綠石附近可見黃鐵礦，反映了一種還原環境。微晶質的海綠石為膠體成因，并顯示出原地沉積的基本特征。