华北地台寒武系由蓝细菌主导的微生物席形成的微生物碳酸盐岩地层和沉积

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本研究描述了寒武纪苗岭期至芙蓉期华北地台北缘微生物岩宏观、中观及微观组构的多样化构成。随着古生代以来的第一次海侵,华北地台大部分地区发育了浅海相沉积,特别有利于多种多样的微生物的生长和相关微生物碳酸盐的生产。研究剖面主要分布在山西、辽宁、内蒙古和河北等省区,包括寒武系徐庄组、张夏组、崮山组、长山组和凤山组。根据年代地层框架下沉积相的叠加模式和旋回性,这些地层可划分为6个三级层序。沉积层序由徐庄组底部的混合潮坪沉积向上转变为碳酸盐缓坡沉积,代表了二级海侵过程中的退积作用,并在寒武纪苗岭期至芙蓉期沉积了大量的微生物碳酸盐岩。与发育厚层块状鲕粒滩的苗岭统相比,华北地台芙蓉统包含了更多的钙质砾屑和微生物碳酸盐岩主导的生物丘,表现为贫乏骨骼的风暴海洋的沉积样式。研究区微生物岩沉积在正常浪基面附近或稍低于正常浪基面的位置。与此同时,伴随着海平面的上升和碳酸盐的生产,海底达到了适合微生物生长的水深。在所有微生物岩中,由微生物无差异的黏结作用形成的均一石是研究区所有地层中分布最广、最为丰富的类型,其次是分布在芙蓉统长山组中的凝块状或杂乱状的凝块石,以及丰度较低的蓝细菌成因的核形石和鲕粒。微生物岩的多样性大致可归因于微生物席大小和厚度的变化。蓝细菌主导的微生物群落跨跃了苗岭期—芙蓉期边界,并通过复杂的新陈代谢作用形成了原地碳酸盐沉积。这些好氧的钙化微生物通过光合作用吸收CO2和/或HCO3-,促进了粘液鞘的钙化。此外,异养细菌导致的细胞外聚合物(EPS)的降解,硫酸盐还原导致的碱度的增加和Ca2+的释放引发碳酸钙的沉淀和微生物席的形成。通过对研究区碳酸盐岩地层的岩相学观察,识别出了11个微相,可归并为6类相组合。保存良好的、含有丰富的钙化微生物的微生物黏结岩微相主要形成于内缓坡开阔海环境,占据了研究区微生物岩的最大比例。保存完好的钙化微生物如Girvanella,Subtifloria,Botomaella,Renalcis,Tarthinia和Epiphyton,印证了寒武纪至早奥陶世的蓝细菌钙化作用事件。在研究区微生物岩中发现的广泛分布的、泥晶中散布微亮晶的结壳状构造,其生物亲和性不明,认为是可类比于中生代的疑源化石Lithocodium构造。从苗岭统到芙蓉统,研究区钙化微生物的丰度明显增加。而且,研究区芙蓉统微生物岩中Epiphyton的发现不支持苗岭世末期Epiphyton可能的灭绝事件。
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