前寒武纪“臼齿状构造谜”的一些认识：来自天津蓟县剖面高于庄组的信息.docx

1、第9卷第6期2007年12月古地理学报JOURNALOFPALAEOGEOGRAPHYVol.9No.6Dec.2007文章飨号：1671-1505(2007)06059714前寒武纪“臼齿状构造谜”的一些认识：来自天津蓟县剖面高于庄组的信息*梅冥相u1中国地质大学（北京）地质过程与，产资源国家重点实验室，北京1000832中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083摘要臼齿状构造是一种主要分布在前寒武纪非整层石碳酸盐岩中的、特殊的“迷”一样的沉积构造.以发肓一系列奇形怪状、大大小小的裂缝和裂隙为特征，这些裂缝和裂隙由等粒和均匀的微亮晶方郦石充填。臼齿状构造叶代分布的特殊性（新大古

2、代至新元古代）以及分布的全球桂，使其在显生宙还未发现类似的对等物。对臼齿状构造成因的不同认识使其成为“臼齿状构造谜天津蓟县剖面中元古界高于庄组（1600Ma至1400Ma）第3段隐晶质泥晶灰岩序列中的臼齿状构造，以其特别的沉积特征为了解“臼齿状构造谜”提供了一些有用的信息。这些特征包括：（1）臼齿状构造特别的形态学特征，（2）由微充晶所充填的臼齿状裂袋具有明显的边界（以富集残余有机质和黄铁矿为特点），（3）臼齿状构造的宿主岩石是不发育叠层石和纹理化构造的隐晶质泥晶灰岩，（4）与臼齿状构造常常共生的极为特别的宏庾藻类化石等。因此，臼齿状构造可以解释为一种发育在席底生境中、由一系列复杂的作用过程所

3、形成的、与慎生物相关的原生沉积构造。作为前寒武纪聂普遍的沉积现象，臼齿状构造为更好地理解复杂多变的/寒武纪碳酸盐岩提供了许多有意义的信息。关词前寒武纪臼齿状构造高于庄组天津甫县剖面作者简介梅冥相，男，1965年生，1993年毕业于中国地质大学（北京），获理学博士学位，现为中国地质大学（北京）地球科学与资源学院教授.主要从事沉积学和地层学的研究工作。中图分类号：P512.2文献标识码：ASomereviewsonthePrecambrianmolar-toothenigma：InformationfromtheGaoyuzhuangFormationatJixiansectioninTianji

4、nMeiMingxiang1,21StateKeyLaboratoryofGeologicalProcessesandMineralResources,ChinaUniversityofGeosciences（Beijing）,Beijing1000832SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences（Beijing）,Beijing100083AbstractMolar-tooth（MT）structureisanenigmaticstructurewhichismainlydistributedinthenons

5、tromatoliticcarbonaterocksofthePrecambrian.ItischaracterizedbycracksandvoidswithvariousshapesanddifferentsizeswhichareGlledwithhomogeneousandequally-sizedmicrosparcalcites.Duetoitsspecialdistributioninthegeologictimes（fromNeoarcheantoNeoproterozoic）anditsglobaldistribution,therearenosimilaranalogsin

6、thePhanerozoic.Debatesontheoriginofthemolar-toothstructurehavecontinueduntilnowandthusmakeitbecomethe*molar-toothstructureenigmaM.Themolar-tooth国家自然科学基金会资助项目（40472065）的研究成果之一收稿日期：2006-04-03改回日期：2007-06-202007年12月过去曾有学者认为1600m厚的的高于庄组均连续发育臼齿状构造(葛铭等，2003；旷宏伟等，2006),这显然是一个错误的认识。臼齿状构造主要的时代分布也表明，这种构造也不像许多

7、学者所认为的那样连续分布在中元古代至新元古代(Jamesetal.,1998；GrotzeingerandJames,2000),而是像图6的“MT(1)至MT(5)”所示，呈幕式分布在新太古代至新元古代。1) 第1幕(图6的MT(1)所示)是指新太古代幕(大致在2600Ma之后)，由南非新太古代超群中发育臼齿状构造的地层序列(BishopandSumner,2006；Bishopeta/.,2006)所代表。2) 第2幕(图6的MT(2)所示)，是指古元古代幕(大致在2000Ma之后)，以Hudson湾Belcher群中Fairweather组和Tukark组(1750Ma左右；Ricket

8、tsandDonaldson,1981)以及极地地区西部的Goulbum超群中Kimerot群(1900Ma左右；CampbellandCecile,1976)贫乏登层石的臼齿状构造碳酸盐岩序列为代表，该臼齿状构造发育幕是发生在2000Ma左右的登层石衰减事件(Grotzinger,1990)的沉积响应。3) 第3幕(图6的MT(3)所示)是指中元古代发育幕(大约在1450Ma之后)，由研究区高于庄组第3段非叠层石碳酸盐岩序列所代表，另外北美地区北部地层序列(Fumisselal.,1998；Pollocketal.t2006)也是该臼齿状构造发育幕的代表。该臼齿状构造发育幕与作者所推测的发育

9、在1450Ma的登层石衰减事件存在关联。4) 第4幕(图6的MT(4)所示)是指新元古代早期幕，大约形成在1000Ma之后，以加拿大LittleDal群发育臼齿状构造而贫乏叠层石的碳酸盐岩序列(HofmannandAitken,1979；Pratt,1998b)为代表，我国燕山地区景儿峪组非叠层石碳酸盐岩序列(朱士兴等，1994)也是该发育幕的代表。该臼齿状构造幕是发生在1000Ma左右的叠层石衰减事件(WalterandHeys,1985)的沉积响应。5) 第5幕(图6的MT(5)所示)是指新元古代晚期(大致发生在675Ma之后)，以中国东部胶辽徐淮地区叠层石不太发育而臼齿状构造发育的碳酸盐

10、岩序列(乔秀夫等，2002)为代表，与发生在675Ma左右的叠层石衰减事件(Awramik,关键事件件说明折生代0G中生代240-古生代MT(5)MT(4)-1.0Ga-2.0C.-3.0J4.0G*1350-I450-1900-2500-2600-2800-3800-16CCE代衰兰葺菌包化作用#:MT(3)新近te晚期遂境生物充状体和写隅状及柱状体：2-100Ma.中生代晚期海相微生物仗酸松岩的XM：3l3OM.affSJl(Tappen,1980):<-J0O240M«.中三至早白至世兰杀菌何化作用暮(CCE)(Riding.1994):5-330-375Ma,晚泥女至早

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12、171;a/.!999);15-3450Ma.tJg石的(Lowe.1980);16-3800Ma.Rli同位的微生物的首理(Shidlowiki,1988);1450Ma左右的炫石WMWftftWW研究庄蛆第3段非层石8(廉盆岩序列搜测而得；除了强武蛆的底界(Bowhngrta/.1993)以外，地履年值主要依SH.rl.nd9(1990)的堆质年代1989”图6微生物碳酸盐岩关键发育历史示意图(据Riding,2000,有修改)Fig.6Keydevelopmenthistoryofmicrobialcarbonaterocks(revisedfromRiding,2000)1971）存在

13、关联。如图6所示，这些臼齿状构造发育幕与前寒武纪叠层石衰减事件和地球历史中的兰藻菌钙化作用幕（Pratt,1982；Riding,1994,1997a,1997b,2000）存在成因联系。大多数臼齿状构造发育幕发生在兰藻菌钙化作用幕时期，而且多发生在叠层石衰减事件后。可以断言臼齿状构造发育幕发生在与显生宙类似的“方解石海”时期（Sandberg,1983；TuckerandWright,1990；梅冥相等，1997）,因为在这些特殊的地史时期，含有过饱和方解石的海水有利于形成充填臼齿状构造的方解石微亮晶。因此，臼出状构造与前寒武纪叠层石衰减事件之间的时间分布关系为进一步了解两个前寒武纪“谜”，

14、即置层石谜和臼齿状构造谜，提供了有用的线索。5.4地层意义燕山地区高于庄组第3段地层序列表明，在叠层石发育的黄金时段（Pratt,1982；Riding,1994,1997a,1997b,2000）,除了前寒武纪2000Ma左右（Grotzinger,1990）、1000Ma左右（Walter和Heys,1985）x675Ma左右（Awramic,1971）,大约1450Ma左右还发生过一次登层石衰减事件。北美地区中元古代地层资料也为这一推断提供了证据。例如，Sherman等（2000）在对加拿大极地地区的中元古代泥质碳酸盐缓坡进行研究时，强调了以下事实：在Belt-Purcell超群内的Wa

15、llace组（Grotzinger,1986）以及可与之对比的Helena组和Siyeh组（O'Connor,1972；WinstonandLyons,1993）中贫乏叠层石，表明大约在1.4Ga至1.3Ga之前，发育臼齿状构造的泥质缓坡不利于在浅潮下海水中发育大规模的叠层石。大多数臼齿状构造发育在兰藻菌钙化作用幕（Riding,2000）,而且主要形成在前寒武纪叠层石衰减事件之后，从而在前寒武纪形成了一种特别的从臼齿状构造灰岩到登层石碳酸盐岩（以白云岩为主）的沉积序列。前寒武纪臼齿状构造的时间分布大致可以划分为5个幕（图6中MT（1）至MT（5）。上述结论只是一个初步认识，这主要受前

16、寒武纪年代地层分辨率较低所限制。例如，在我国东部胶辽徐淮地区新元古界广泛发育臼齿状构造的碳酸盐岩序列（南关岭组、甘井子组、营城子组及其相关地层）.根据生物地层资料，多年来被归到震旦纪陡山沱期（650-700Ma；邢裕盛等，1989,1996；Qiaoez".,1994,2002；陈晋镀和武铁山，1997）；而最近的研究认为该套地层的形成时限为720Ma至850Ma,并重新定义为“北华系（孟祥化和葛铭，2004）o在前寒武纪地层中，类似的矛盾不胜枚举，这为前寒武纪地层的划分对比带来了许多困难。6结论天津蓟县剖面高于庄组第3段非叠层石碳酸盐岩序列中发育臼齿状构造，其特征为了解“臼齿状构造

17、谜”提供了一些有用的信息：1）臼齿状裂缝复杂的形态表明了其形成机制的多样性（包括地震脱水作用机制）；2）充填在冲刷面上的臼齿介壳灰岩的滞后沉积，表明填充臼齿状裂缝的方解石微亮晶在沉淀之后快速石化；3）臼齿状构造中由难溶残余有机质和较大的黄铁矿晶体形成的边界，表明臼齿微亮晶的形成与微生物活动提供的有机质存在成因关联；4）气泡膨胀及其迁移模式是臼齿状裂缝及其填充物（等轴状方解石微亮晶）形成的最好模式，但是，地震脱水流体流和波浪形成的流体流也有助于它们的形成；5）在以席底生境为待征的泥质碳酸盐岩海底中，臼齿状构造可以作为潮下相沉积的典型。臼齿状构造形成的必要条件导致其时间分布的局限性，这些条件主要包

18、括：1）在特殊的地质历史时期存在碳酸钙过饱和的海水，这将促进充填臼齿状裂缝的方解石微亮晶的沉淀作用及沉淀之后的快速石化作用；2）富集有机质的宿主岩石，为臼齿微亮晶的沉淀作用提供有机催化剂；3）宿主沉积物贫乏沉积构造并具有均性，这将有利于大大小小的臼齿状裂缝的形成。臼齿状构造在显生宙缺乏，主要原因可能是显生宙潮下沉积以生物扰动构造和发育化石的灰岩为特征，也就是说，两个生物革新，即骨骼化作用和生物扰动作用，导致了臼齿状构造在显生宙的衰减。再者，显生宙潮下相沉积中较高的含氧量不利于有机质保存，从而不利于充填臼齿状裂缝的方解石微亮晶的形成。大多数臼齿状构造形成在兰藻菌钙化作用幕期间而且形成在叠层石衰减

19、事件之后，这就造成了臼齿状构造在时代上呈幕式分布（新太古代至新元古代）。臼齿状构造为了解复杂多变的前寒武纪碳酸盐岩提供了许多有用的信息。本文是国家自然科学基金会资助项目(49802012,40472065)研完成果的一部分。在野外工作过程中得到了周洪瑞教授、高林志教授、章雨旭教授和彭阳教授的大力协助，研完生刘智荣、陈长清、孟晓庆和韩林参加了野外工作。著名沉积学家冯增昭教授给予了巨大支持与帮助,特此敬谢！欣逢我们的老前辈、地层学与古生物学学家杨遵仪院士百岁华诞,谨以此文向杨先生表示由衷的敬贺！参考文献陈晋例，武怏山.1997.华北区区域地层M.湖北武汉：中国地质大学出版社，20-44.杜汝199

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