红藻石和蓝藻石概念及分类归属的综述和修订

刘 丽,郭荣涛,吴和源,文立坤

(中国地质大学地球科学与资源学院,北京100083)

0 引言

虽然灰岩具有简单化学成分(CaCO3)和矿物组成(文石和方解石)的特点,但是碳酸盐岩复杂的颗粒类型及由此反映的各种沉积作用和成岩作用特征,得到众多学者的持续关注[1]。目前,碳酸盐岩颗粒已经形成包括生物碎屑、包覆颗粒、内碎屑和凝聚颗粒等在内的比较完善的分类系统[2]。前人把红藻石和蓝藻石作为单独颗粒类型命名,把主要由珊瑚藻形成的结核形状的生长分支称为红藻石[3],而将含有钙化丝状体的蓝细菌形成的孔层状核形石称为蓝藻石[4]。依此类推,其他钙质藻体及其碎屑也应该具有绿藻石、褐藻石等类似的名称。但是这会导致碳酸盐岩颗粒分类概念体系变得更为复杂,甚至可能产生一些不必要的混乱[4-11]。红藻石和蓝藻石作为两种具有特殊沉积学意义的碳酸盐岩颗粒类型,对沉积环境、古气候和海平面变化等具有良好的指示作用[12],同时也是生物礁储层重要的组成部分。鉴于红藻石和蓝藻石重要的理论意义和现实意义,有必要对它们的基本涵义和分类位置进行系统研究和总结。

1 碳酸盐岩颗粒

到目前为止,碳酸盐岩沉积体系还存在许多成因机制尚未得到明确解释的科学命题,比如凝块石作为一种碳酸盐岩颗粒类型[13]、叠层石成因和时空发育[14]、臼齿状构造成因模式[15]、白云石成因机制[16]等,都给碳酸盐岩沉积学研究带来了复杂性。一般来说,对研究对象进行分类的目的有两个:一是从无序状态到有序,加深理解和记忆;二是清楚了解成因过程[17]。碳酸盐岩颗粒主要分为骨骼颗粒和非骨骼颗粒(表1)。非骨骼颗粒大致分为包覆颗粒、内碎屑和凝聚颗粒;骨骼颗粒主要是介壳及骨骼生物产生的生物骨骼型颗粒,也可称为生物碎屑[2]。Flügel把碳酸盐岩颗粒分为生物碎屑(骨粒)、球粒、包壳粒、碎屑和集合颗粒,把红藻石和蓝藻石作为两种较为特殊的碳酸盐结壳状包壳颗粒类型赋予特殊位置并进行系统阐释[12]。但是,从表1的分类体系中,似乎找不到红藻石和蓝藻石的合理位置,因此两种颗粒类型需要进一步阐述。

表1 碳酸盐岩颗粒的分类体系Tab.1 Classification System of Carbonate G rains

2 红藻石

为了区分不同成因和不同沉积环境下形成的富有包壳的结核状颗粒,Bosellini等首先把主要由珊瑚藻组成的结核形状的生长分枝称为红榴石(rhodolite),因为红榴石是石榴子石矿物优先使用,所以后来由rhodolith代替[3]。到18世纪后半叶,红藻石的概念被描述为由珊瑚藻组成的结核(nodule)[4],强调红藻石结核状的形态结构[5]。而后,Peryt提议把主要由珊瑚藻组成兼有其他红藻的结壳颗粒,命名为红藻石(rhodoid)[6]。这一概念宽泛地指出红藻石不仅由珊瑚藻形成,也可以由其他红藻形成,而且其形成的时期从前寒武到新生代。在此基础上,Flügel又把红藻石概念总结为主要由非固着的结壳钙质红藻构成的独立结核,既限定了红藻石的组成又指出了红藻石的形态[12]。

红藻石主要是由珊瑚藻组成,珊瑚藻科可分为红箕藻亚科(无节的)和珊瑚藻亚科(有节的)。红箕藻亚科多呈包壳、皮壳、瘤等状,不分枝,多附着生长。珊瑚藻亚科多呈圆柱状,也有棒状、圆锥等状,多固着或直立生长[12,18]。珊瑚藻本身极易钙化,经生物矿化作用最终保存下来的珊瑚藻屑一直放在生物碎屑类中,而红藻石的归属却未曾定论。红藻石是由非固着的珊瑚藻构成的独立钙质结核,因此也可以被划分到生物碎屑中。王正瑛等在对碳酸盐岩颗粒分类时并未提到红藻石的概念,而是把绿藻、红藻、轮藻、硅藻、颗石藻等为主的称藻屑结构,归入到生物结构大类[19]。梅冥相等把碳酸盐岩颗粒分为非骨骼颗粒和骨骼颗粒,认为鲕粒、核形石、球粒、团块等属于非骨骼颗粒,而地史时期中几乎每一种介壳及骨骼生物都会产生生物骨骼型颗粒,而广义上的生物硬体本身就是生物碎屑的来源[2]。但是考虑到红藻石的形态结构,不能简单的把所有珊瑚藻碎屑都认为是红藻石。由于珊瑚藻本身就是重要的造礁生物,如珠江口盆地中新世流花生物礁中,造礁生物主要是珊瑚藻科,发现11个属41个种[20-21]。其中一些具有强烈的披覆黏结性和抗浪性,这些珊瑚藻可以称为生物碎屑(骨粒),但是它们不能被称为红藻石。从上述研究可以看出红藻石概念具有争议性。

因为组成红藻石的珊瑚藻具有细网状结构[22],所以可以通过非常细小微晶网的显微结构轻易识别红藻石[12]。如在土库曼斯坦上侏罗纪牛津阶生物礁储层中发现的红藻石,在显微镜下呈现明显的网状结构(图1)。红藻石的内部结构主要受红藻叶状体的内部生长模式控制,因此红藻石不一定发育纹层状构造[12]。红藻石多呈球状、椭球状或盘状,形态的多种多样反映了沉积环境的差异性。在一般情况下,椭球形的、球形的和纹层状的生长模式代表高水能的沉积环境,而平圆形和扁平外部形态以及多分枝和柱形的内部生长模式普遍见于较低水能沉积环境[7]。

红藻石一般形成于深度不大于100 m的非泥质海洋环境[8]。现代的红藻石生长在潮间水池到正常浪基面以下有利于形成台地、斜坡和礁的潮下陆架环境,局部水体深度可超过200 m。文献报道中大多数化石红藻核形石产自新生代陆架碳酸盐岩和生物礁沉积环境,仅少数红藻石来自寒武纪。晚石炭纪和二叠纪的红藻石因对近岸和较浅环境的选择性而与新生代的红藻石不同[12]。张水昌等在河北张家口下花园青白口系下马岭组发现的前寒武纪红藻石与古生代和中生代红藻石不同,这类红藻石的中心充填着沥青质,称为沥青饼[11]。周传明等在贵州瓮安上震旦统陡山沱组描述的磷质似红藻石,可能是硬质基底上生长的红藻原叶体被水流剥出或红藻体出生的“芽球”脱落而形成的[6]。因此,考虑到红藻这种较高级藻类特殊骨骼化作用以及在中、新生代生物礁中重要的造礁作用,前人将红藻石单独作为一种碳酸盐岩颗粒类型。

3 蓝藻石

Riding把孔层状核形石命名为蓝藻石岩(cyanolith)或蓝藻石(cyanoid),主要由钙化丝状体和普遍保存在管中的球菌状蓝细菌形成孔层类核形石,相应的叠层石被称为骨骼叠层石[4],而将含有不能识别蓝细菌体细小管状微化石的核形石称为孔层类核形石。可见,蓝藻石是核形石中较为特别的孔层状核形石。Flügel总结的蓝藻石概念进一步拉近了蓝藻石与核形石的关系,认为核形石中有可鉴别的蓝细菌则可称为蓝藻石(图2a),典型的蓝藻石是葛万藻核形石,从寒武纪到侏罗纪都发育[12]。显然前寒武纪钙化蓝细菌形成的核形石不能称为蓝藻石。边立曾等又把主要由葛万菌(Girvanella)为代表组分的核形石,葛万菌匍匐交缠状形成的核形石壳层命名为葛万藻石,而把垂直于壳层方向生长的藻丝体为代表组分的核形石称为蓝藻石[23]。蓝藻石是蓝细菌钙化作用的产物,鉴于蓝藻石的广泛存在而把钙化蓝细菌形成的核形石命名为蓝藻石[12],这一重要概念从提出到现在一直被使用。然而当蓝绿藻的概念变更为蓝细菌时[24-25],蓝藻石的概念显得颇为不妥,显然称为蓝菌石更加确切。

图1 红藻石的显微特征Fig.1 Microscopic Features of Rhodoid

图2 蓝藻石和核形石Fig.2 Cyanoid and Oncolite

Flügel认为核形石中有可鉴别的蓝细菌则可称为蓝菌石,典型的蓝菌石是葛万藻核形石,可见蓝菌石与核形石有着千丝万缕的关系[12]。核形石是一个描述性术语,表示毫米级到厘米级大小呈独立圆形的钙质或非钙质的结核,由核心和包壳两部分组成[26]。核心是它的生长基础,对核形石的形成有一定影响,核心物质可以是岩石碎屑、矿物及其碎块,也可以是生物化石和生物碎屑(图2b)。纹层是围绕核心的包围物质,是核形石的重要组成部分,有时肉眼就可以观察到[27]。而蓝菌石是由葛万菌钙化形成的,钙化的蓝细菌围绕一定的核心可形成核形石,也可以形成包壳体或独立存在[6]。蓝细菌与细菌都为原核生物,与真核生物的藻类完全不同[18]。葛万菌(Girvanella)归属为蓝细菌门(Cyanobacteria),属于骨骼蓝细菌,通常呈包壳、碎片等[28-30]。蓝细菌自身的多糖为钙化作用提供有利位置,钙化作用经常与捕获和黏结作用同时进行。葛万菌本身的特点为形成蓝菌石提供了有力条件,丝状葛万菌在生长过程中捕获、黏结碎屑物质等缠绕核心或独自缠绕成团形成蓝菌石。

近年来,蓝菌石受到众多沉积学家的广泛关注。在陕西镇安西口石炭系—二叠系界线剖面中描述的呈椭圆形或不规则形、粒径5 mm以上、主要由葛万菌等蓝细菌包裹生物颗粒形成的核形石[31]与在云南永德鱼塘寨石炭—二叠系剖面中所描述的以棘皮碎屑为核心、被葛万菌包裹的核形石[32]以及在塔北奥陶系内发现的由葛万菌全部包覆或仅部分包覆生物碎屑而成的核形石[30],都相当于蓝菌石。根据成因和形态结构,把蓝菌石归入核形石大类中,可以避免对蓝菌石和核形石概念的混淆,事实也证明只有深刻揭示成因联系的分类才能为人类的认识以及碳酸盐岩沉积学的深入发展提供科学依据。

4 结语

(1)红藻石和蓝藻石概念的提出具有积极意义,然而近年来不规范的分类命名为认识和理解碳酸盐岩颗粒带来不便。对钙化藻类单独命名的做法可能造成系统分类上的混乱。

(2)红藻石作为生物矿化作用的典型代表,由非固着的珊瑚藻形成的独立钙质结核,多呈圆形、椭圆形和盘形。珊瑚藻藻屑属于生物碎屑,因此把红藻石归入到生物碎屑中也是合理的,但也能笼统认为所有的珊瑚藻屑都是红藻石。

(3)蓝菌石为有机矿化作用形成,主要由孔层状葛万菌形成,与藻类无关。另外,葛万菌最早出现于寒武纪,显然在前寒武纪蓝细菌形成的核形石就无法用蓝菌石命名,因此应该把蓝菌石作为核形石的一种,理解为具有钙化葛万菌化石的核形石更加合理。

(4)从蓝绿藻到蓝细菌的概念转变不仅是生物学的重要突破,同时也有利于更加合理地解释许多沉积学问题,比如微生物席对沉积过程的控制作用等。因此,若鉴于蓝菌石独特的成因意义而对其单独命名,应将其命名为蓝菌石。

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