古环境信息只能用间接的方法获得

古环境信息只能用间接的方法获得。近年来随着对前寒武纪地质研究的进一步开展，中一新元古代地层中的一种被称为“微生物成因沉积构造(MicrobiallyInducedSedimentaryStructures，简称MISS”的沉积现象受到了地学界的重视。微生物的存在从前寒武纪一直持续到现在，连续生长时间长，生长范围广，最适合于进行古海洋和古气候的历史研究。目前，前人把生物成因的沉积构造概括为生物建隆构造和生物非建隆构造，其中生物建隆构造包括叠层石、树形石、核形石、凝块石，生物非建隆构造包括微生物纹层石、钙质微生物岩及本文所要论述的MISS。碳酸盐岩和隧石中会保存微生物存在的直接和间接地证据，1.3微生物成因沉积构造研究进展MISS的保存通常不能由矿物的沉积而促进。因此，不像碳酸盐岩，而碎屑沉积中MISS是微生物和沉积物之间互相作用的结果。这些沉积构造也被许多地质学家命名为“席相关沉积构造(BouougriandPorada,2002，微生物席诱导构造等”。然而，很多己报道的微生物产生的这些构造并没有形成广泛的连续的席状层。因此，我们选用Noffkeetal.(2001a)提出的微生物成因沉积构造(MISS)的名称。3.1概念与分类20世纪90年代中期至今，随着研究程度的深入，沉积学家们越来越认识到除了叠层石以外，微生物还会形成一种并不突出于底层面的原生沉积构造，并被认为是微生物席或微生物膜与各种物理作用营力共同作用的产物。这些作用营力包括剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和变形作用。该类沉积构造被定义为微生物成因沉积构造，这些沉积构造由于不是突出于地层的正向生长构造而有别于叠层石。MISS是微生物群与沉积环境相互作用，并通过微生物生命的新陈代谢、生长、破坏、腐烂等过程在沉积物中留下的各种生物一沉积构造(Gerdesetal.,2000;Noffkeetal.,2001a;Gingras,2002)。在这个意义上也可被视为广义遗迹化石的一种(Noffke,2005;Seilacher,2007)oNoffke等(2001a)根据对北海南部近代潮坪沉积、法国奥陶纪碎屑岩沉积、德国南部三叠系的研究与观察，总结出了5种生物作用过程来解释微生物形成原生沉积构造的过程，包括:1)夷平作用;2)生物稳化作用;3)印记形成作用;4)微生物颗粒分离作用;5)障积、捕获与粘结作用。Noffke等(2001a)将其定义为第五类原生沉积构造，包括层面构造和层内构造(表1)，并将其列入到Pettijohn和Potter(1964)所提出的原生沉积构造分类体系中。这一补充不但开阔了沉积学家们的视野，同时也是上世纪90年代以来关于MISS最为系统的总结(梅冥相等，2006)0关于影响微生物发育的主要环境因素包括水化学条件(盐度、PH值、含氧量)、湿度、温度、营养条件以及沉积物性质和地形条件(Schieberetal.,2007)o现代微生物席几乎发育于各种环境，从深海到内陆沙漠、蒸发盐坪到湖沼湿地、高温热泉到南极冰海均有出现(Erickssonetal.,2007;Poradaetal.,2007。现代海岸环境最适合微生物席发育的地区常常是潮间带上部至潮上带下部，特别是在间歇性暴露的平坦砂质一蒸发盐潮坪，微生物席最发育(Poradaetal.,2007)o但其能够在地层中保存下来的重要条件可能包括:缺乏生物的觅食消耗、相对缺氧而不致快速氧化分解、间歇性暴露又有足够的渗流补充、沉积速率和基底沉降适中能及时埋藏等。因此，对我们研究地史时期的微生物席带来了一定困难。史晓颖等(2008)根据贺兰山黄旗口组发育的多种沉积构造、岩矿特征、沉积层序特点及其与MISS构造的共生关系，将华北地台中元古代早期粗碎屑岩中MISS的分布环境总结为两种主要模式(图1.1)。在缺乏障壁的粗碎屑环潮坪带(图l.la)}MISS主要集中在潮间带上部至潮上带下部，以微生物席破坏构造为主，生长构造和腐烂构造少见，少见微皱痕构造。在有障壁和泻湖发育背景下(图l.lb)}MISS类型丰富，鸟足状、纺锤状、曲线状等“不完全型”微生物席破坏构造占有较大比例，而撕裂和再沉积席片构造相对较少;在相对低能的泻湖中各种微皱痕与气泡构造较多。由于障壁砂坝阻隔，潮上一海岸带发育的“储水池”通过地下水渗流为潮上带较高部位提供足够的湿度，故MISS在潮上带较高部位也能大量发育。目前在地层记录中报道的大部分微生物成因沉积构造，特别是微生物席的生长和破坏构造，主要发育在这两种沉积环境中。MISS的分类:到目前为止主要有3套不同的方案，一套是Gerdes等(2000)针对影响微生物席生长的环境因子提出的。第二套是Noffke等(2001a)提出的以层面为界划分出层内构造和层面构造两大类型，然后再细化若干小类，与Gerdes的有些类似(表1.1)0第三套是Schieber(2004提出的方案，是根据微生物席的生命发展过程的不同阶段形成的构造，把在碎屑岩中的MISS分为五大类的分类方案(如图)，五大类分别是:微生物席生长相关构造(matgrowthstructure)，微生物席新陈代谢相关构造(matmetabolismstructure)，微生物席破坏相关构造(matdestructionstructure)，微生物席腐烂相关构造(matdecaystructure)和微生物席成岩作用构造(matdiagenesisstructure)。其中以微生物席破坏构造最为常见，而微生物席新陈代谢构造和成岩作用构造并不多见。这套分类方案的好处是既考虑到了成因构造，又有很好的识别意义，因此这个方案提出后得到更多人的接受。3.3我国前寒武纪微生物成因沉积构造的研究现状我国MISS的研究还处于刚起步阶段。胡健民等(1991)、杨式溥等(1995)、齐永安(2005)等在豫西鲁山地区中元古界汝阳群云梦山组、白草坪组和北大尖组，刘洪福等(1992在蓟县中元古界长城群串岭沟组，华洪等(1993)在宁夏贺兰山中元古界长城系黄旗口组，高建华等(1993)在天津蓟县中元古界长城系大红峪组发现这类构造后，都把它们作为遗迹化石来研究。近几年来，关于MISS的认定和研究才开始出现，并逐渐增加。史晓颖等(2008c)在天津蓟县、北京西山和昌平及河北兴隆、宽城等地串岭沟组的观察与研究中，发现地层中普遍发育一种形态特殊的砂质脉状构造，在层面上表现为不规则密集分布的细长砂脊或弯曲的砂质条带，在垂直断面上，多呈近直立或“肠状”弯曲的小型脉状体，形态与中一新元古界碳酸盐岩中广泛发育的臼齿构造(molartoothstructuresMT)颇为相似。这种密集发育的砂脉构造，被认为是目前地层中识别的最古老的甲烷排放证据，是微生物成因的，而不认为是后生动物形成的遗迹化石。梅冥相等(2009)则把在天津蓟县剖面的串岭沟组下部的环潮坪相粉砂质泥页岩细粒沉积中的这种构造，定义为粉砂岩岩墙，但也认为是由微生物形成的沉积构造。发育在天津蓟县至河北兴隆一带中元古界长城群细粒碎屑岩中的纺锤状裂缝，曾经被解释为后生动物遗迹化石或地震震荡液化脉等，现在被认为是由于微生物席对沉积面的封闭作用，导致沉积物在成岩作用早期发生脱气与脱水等作用的产物，常与变余波痕、皱饰构造等相伴产出(梅冥相等，2006;李林等，2008)0长城群的常州沟组、串岭沟组、大红峪组碎屑岩也发育变余波痕、皱饰构造和砂质碎片等微生物成因沉积构造(梅冥相等，2007a,b;李林等，2008)。高于庄组的中部产出的臼齿状构造，可能是一种形成于较深水环境中的与藻类生物活动相关的生物沉积构造(梅冥相，2005)。在华北地台蓟县群雾迷山组、青白口群的下马岭组和长龙山组也发现有MISS产出。史晓颖等(2008a)总结了贺兰山中段中元古界黄旗口组石英砂岩中也发育的MISS，包括由微生物席生长、破坏和腐烂过程形成的3种类型、9种不同形态的构造。郑元等(2009)也在山西黎城地质公园中元古界砂岩夹页岩的层面上见到了与微生物席有关的构造。碳酸盐岩中微生物成因沉积构造发育在高于庄组第三段非叠层石碳酸盐岩(以灰岩为主)层面上，包括大型皱饰构造、弯窿状构造和变余波痕等(梅冥相等，2009)。史晓颖等(2008b)也在高于庄组上部(约1.6Ga)和雾迷LI--J组下部(约1.45Ga)碳酸盐岩中也发现了丰富的MISS，表明了当时活跃的微生物活动。目前，我国关于MISS的报道和发现集中在元古代的华北地台，在碎屑岩和碳酸盐岩地层中都有发现，其中以蓟县剖面的长城群最为丰富。即便如此，在MISS的鉴别和分类上仍存在着许多分歧。3.4微生物成因沉积构造研究的不足之处在前寒武纪后生动物缺乏的时期，微生物作为主要的定居生物，对当时的环境改变和生物演化起到了举足轻重的作用，但是对微生物在漫长的地史时期所代表的角色和含义我们还认识的远远不够，对于碎屑岩地层更是如此。对于保存在前寒武纪碎屑岩中的微生物成因构造的研究近十几年才得到重视(梅冥相等，2007b;史晓颖等，2008a)。即便如此，对于微生物在前寒武纪所起的巨大作用来说，这方面的研究还远远不够，特别是对于碎屑岩地层，微生物及相关沉积构造的保存更加不易，对于MISS所包含的信息需要我们更好的解读。在MISS的研究中，多运用常规的手段。大多数的研究还局限于地层中MISS的发现和成因分析，在微观角度研究较少。对于微生物这样一个群体来说，新的技术和方法是必须的，这有助于我们理解微生物及其残余物的更多信息。对于我国而言，前寒武纪地层分布广泛，为研究MISS提供了得天独厚的条件。但现阶段，我国关于MISS的研究还处于起步阶段，对于MISS的鉴别上还存在着许多分歧，更不用说更深入的研究。因此，本文运用地球生物学新技术和常规方法相结合，对中元古代云梦山组的MISS进行了较深入研究，并希望通过这些研究为我国MISS的研究提供方法和借鉴。