豫西下三叠统刘家沟组微生物成因沉积构造

于水情，邢智峰，周　虎

豫西下三叠统刘家沟组微生物成因沉积构造

于水情，邢智峰，周虎

（河南理工大学资源与环境学院，河南 焦作 454003）

微生物成因沉积构造（MISS），是微生物与沉积物相互作用的结果，可作为地质时期微生物群活动的重要标识。至目前为止，MISS主要发育在前寒武纪浅海潮间带上部至潮上带下部及显生宙生物大灭绝后微生物繁盛时期的浅水环境。文中豫西宜阳刘家沟组发育了形态多样的MISS，主要为微生物席破坏相关构造，尤其以多边形网状和纺锤状脱水裂痕最多。该研究区发育的多种MISS类型，指示了该区域的一些古环境特征。

刘家沟组；微生物城因病沉积构造；沉积环境

微生物，在地球上是所有新陈代谢的途径，是无所不在的巨大生物量，在前寒武纪中居于统治地位。30多年前，微生物学的一个重要变化是确认“蓝细菌”代替“蓝绿藻”［1，2］，术语“微生物席”替代了“藻席”并得到广泛的接受和应用［3］。微生物席是微生物生命活动的主要产物，它是缠绕的丝状和球状微生物，通过自身分泌的黏液质，黏结或沉淀沉积物，并胶结成的一种席状组织。近些年来关于由微生物成因形成的沉积构造的研究，受到许多学者的关注与重视，主要集中在前寒武纪中-新元古界，被称为“Microbially Induced Sedimentary Structures（简称MISS）”的一种沉积现象。MISS是微生物群及其生命活动与沉积物相互作用，在水体界面附近形成的一种生物—沉积构造，是微生物群生命活动的重要产物。迄今发现的最古老的MISS见于澳大利亚约34.8亿年前的古太古代Dresser组［4］；最早的陆生MISS见于南非18亿年前的古沙漠沉积［5］以及苏格兰12亿年前的Stoer群河湖相沉积［6］。这说明元古代的生物不局限于海洋环境而且还延伸到了内陆环境。目前报道的MISS主要是集中在中-新元古代海相沉积中。

在我国关于MISS的研究刚刚起步，主要集中在华北地台中元古界，以蓟县、北京延庆、鲁山等剖面为研究对象，其中云梦山组［7、8］、大红峪组［9］、串岭沟组［10］、黄旗口组砂岩［10、11］及高于庄组［11］非叠层石碳酸盐岩（以灰岩为主）中均发育有大量的MISS。

图1　豫西宜阳刘家沟组地层柱状图

1　区域地质背景

研究区属华北地层区-豫西地层分区，位于华北板块南部的近边沿地带，在晚古生代时期发生的地壳运动主要是海西运动阶段，它是一次大规模的海侵沉积，运动过后华北板块出现了新的抬升区和沉降区［12］；晚二叠世，由于华北板块向南仰冲、华南板块向北俯冲的挤压抬升，导致海水逐渐退去，华北板块转为陆相沉积［13］，此时的孙家沟组，海水退出，南部隆起，形成了以陆缘近海-湖相为主的陆相沉积环境；三叠纪研究区古地貌格局转变成为南东高、北西低，在早期，湖盆面积进一步缩小，该地区形成以洛阳为沉积中心的半封闭内陆盆地，气候更加炎热，沉积了一套河流冲积—滨湖相红色砂页岩建造：早、中三叠世主要为河流、滨浅湖环境［14］。由于本地区受上述地质背景的影响，认为刘家沟组为近海的滨浅湖环境。本文所选剖面位于宜阳县大雨淋村李沟煤矿附近，出露良好。从平顶山砂岩段开始，自下而上划分为孙家沟组、刘家沟组、和尚沟组和二马营组［15］。刘家沟组为早三叠世早期，地层总厚度114.07m，是以一套紫红色中-细粒石英砂岩及夹有粉砂岩和泥岩的沉积。与其下伏地层孙家沟组呈整合接触，是以刘家沟组底部一层紫红色中厚层砾岩为明显标志划分界限，属晚二叠世陆源近海湖相沉积；与其上覆地层和尚沟组也呈整合接触，是以刘家沟组顶部富含泥砾孔洞的灰红色厚层状中粒石英砂岩为标志划分界限（图1），属早三叠世晚期河流-浅湖相沉积。本文是以刘家沟组MISS为主要研究对象，主要描述其构造特征及对古环境的指示。

图2　微生物席生长相关构造

图3　微生物席破坏相关构造-脱水裂痕

2　刘家沟组微生物成因沉积构造及其特征

宜阳刘家沟组的沉积构造发育丰富的层理构造（楔状、板状交错层理，平行层理及水平层理等）及层面构造（波痕、脱水裂痕、层面突起等）。其中以层面构造的各种形态脱水裂痕最为多见，主要发育在泥质粉砂质中细粒砂岩交互的地方，且常与波痕共生，它们是由微生物与沉积物相互作用的结果，是微生物成因形成的沉积构造，即MISS。据Schieber对MISS在宏观上的分类方案［16］，我们把本研究区MISS分为3大类：席生长、席破坏和席腐烂相关构造。其中席破坏相关构造最多。

2.1微生物席生长相关构造

微生物席生长构造是微生物席在发育过程中由于微生物群落活动和生长方式、速率发生变化而在席表面形成的各种构造。本研究区刘家沟组发育的生长构造包括：瘤状突起、波痕补丁和微生物席纹层。

1）瘤状突起：发育于刘家沟组上、下段，由微生物席的局部过量生长产生，层面上表现为0.5～1cm 不等的密集突起物，但隆起较低（图2-A、B）；

2）波痕补丁：发育在刘家沟组中段，是微生物席的夷平作用形成的波痕补丁，波痕被微生物席覆盖的区域，由于微生物席的存在夷平了波痕；在没有定居微生物席的区域，波痕才得以保存（图2-C）；

3）微生物席纹层：发育在刘家沟组中、上段，从岩石纵向上，可看见清晰的黑色有机质残留层，和细砂岩层交互出现（图2-D）。

2.2微生物席破坏相关构造

席破坏构造是指微生物形成席之后由于沉积表层的暴露或其它因素而遭受物理、化学作用的破坏而发生破裂（碎）、卷曲、变形、褶皱、脱水或被搬运再沉积而形成的一系列相关构造，本研究区刘家沟组发育了各种形态的脱水裂痕构造，包括纺锤状、多边形网状、曲形和树枝状脱水裂痕。这种构造是因暴露时间长短不同和席层的厚度不同而形成的，从孤立的纺锤状裂痕到网状的脱水裂痕［10、17、18、19］。

1）纺锤状脱水裂痕：刘家沟组较为多见，主要分布在该组中、上段，波痕和非波痕处都有分布，是微生物席在暴露后脱水形成的；有时会因多次脱水叠加形成鸟足状，可能是微生物席经历了多次地面暴露和水流冲刷。它的形成包括干旱时暴露、脱水收缩、微生物席产生的裂隙、裂隙被充填等过程［17］（图3-A、B，其中B为底面上的纺锤状脱水裂痕）；

2）多边形网状脱水裂痕：本研究区这种裂痕发育也较多，位于刘家沟组中、上段。在砂岩层面上发育形成不规则的网状，一般有三角形、四边形、五边形等，长度、宽度大都不均匀。这种网状裂痕构造与泥裂很相似，泥裂横断面上有“V”型构造，而网状裂痕构造没有。这些裂痕构造多与波痕共生，位于波谷内［20］。本组发育的大型多边形脱水裂痕构造，是由砂脊交互形成的多边形结构。砂脊宽2.5～14mm，突出层面0.5～2mm不等，脊长9.5～49.5cm，与波痕伴生存在（图3-C、D）；

3）曲形脱水裂痕：特殊的多边形网状脱水裂痕，发育较少，位于刘家沟组中、下段。砂脊弯曲程度较大，交互形成环状、近环状等，砂脊宽2mm左右（图3-E）；

4）树枝状脱水裂痕：是多边形网状脱水裂痕的另一种特殊形态，形状像树枝状的构造，粗大的主干和细小的分支形成网状。位于刘家沟组中段，发育在砂岩层面上且单一，砂脊宽度为毫米级，长度可达十多厘米（图3-F）。

2.3微生物席腐烂相关构造

席腐烂构造多指由埋藏的微生物席腐烂分解而产生的气体在沉积物表层形成的各种构造［17、21-24］。如气隆构造，是微生物席腐烂产生的气体影响席下的沉积层面及微生物席本身而形成；肯尼亚波痕，是大量气泡由于较强烈的作用产生似波痕状的皱饰构造，具波峰平坦且波谷陡峭的特征。目前对现代微生物席的研究也证明了这一点。当微生物席表面的韧性不足以抵挡气泡产生的压力时，气隆构造会破裂而产生气体逃逸构造，如砂火山（图4-A），是气体逃逸后形成了向内凹陷形似火山喷发的形状。在刘家沟组中主要是砂火山及肯尼亚波痕（图4-B）的发育，位于该组中段。

图4　微生物席腐烂相关构造

3　结论与讨论

总体来说，刘家沟组MISS类型丰富多样，主要发育在中细粒砂岩、粉砂岩与泥岩的接触面上，且常与波痕伴生。在整个刘家沟组，除顶、底部外大多都有MISS发育，主要以席破坏构造为主，尤其以形态多样的脱水裂痕最多，刘家沟组地层由老到新是以纺锤状为主逐渐变为以多边形网状为主的脱水裂痕，这是由于微生物席暴露时间逐渐变长，当时的环境在逐渐远离海岸，说明MISS是在较浅的环境发育，也说明刘家沟组为浅水环境，因此认为当时的沉积环境为滨浅海或滨浅湖；而又由于华北地区受到当时地质背景的影响，二叠晚期已转为陆相沉积，由此可认为宜阳刘家沟组的环境为湖泊相滨浅湖亚相沉积。下三叠统刘家沟组处于二、三叠之交生物大灭绝时期之后，这种由于生物大灭绝及微生物大肆泛滥造成的微生物成因形成的沉积构造，指示了刘家沟组的MISS为一种错时相沉积。

谢树成等（2007）对华南地区浙江长兴的二、三叠纪之交的环境进行了研究，提出了在地球上最大一次生物灭绝期——二、三叠纪之间出现了以2-甲基藿烷为主的蓝细菌的大量繁盛，而这种繁盛与海洋无脊椎动物的灭绝呈负相关关系［25］。华南地区这一研究与本文下三叠统刘家沟组的环境具有可对比性，都是MISS大量发育，微生物大肆繁盛。华北刘家沟组微生物的繁盛与谢树成等（2007）在华南浙江长兴研究的早三叠世殷坑组蓝细菌繁盛的时期是相一致的。这些现象说明了当时后生动物的贫乏及以蓝细菌为主的微生物席的大量出现，造就了刘家沟组发育大量MISS。反之，MISS的大量发育，指示了后生动物贫乏的特征，同时也确立了刘家沟组是处于二叠纪末期生物大灭绝后发育的地层。

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Microbial Induced Sedimentary Structure in the Lower Triassic Liujiagou Formation in West Henan

YU Shui-qing XING Zhi-feng ZHOU Hu
（College of Resources and Environment， Henan University of Technology， Jiaozuo， Henan 454003）

Microbial induced sedimentary structures （MISS） were the result of the interaction between microorganism and sediment and have been studied as biosignature. So far， MISS were developed in shallow subtidal to supratidal environments in the Precambrian， and shallow water from the microbial flourish after biological extinction in Phanerozoic. MISS such as microbial mat destruction features， especially spindle-shaped and polygonal desiccation cracks were well developed in the Liujiagou Formation in Yiyang， western Henan，indicating sedimentary environment of the Liujiagou Formation.

Liujiagou Formation； microbial induced sedimentary structures； sedimentary environment

P534.51

A

1006-0995（2015）04-0483-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.001

2014-11-10

于水情（1982-），女，河南周口人，助理讲师，硕士研究生，主要从事古生物学与地层学

邢智峰（1973-），河南焦作人，副教授，主要从事地球生物学研究工作