天津蓟县中元古界叠层石形态特征研究

(成都理工大学地球科学学院 四川 成都 610059)

引言

叠层石是前寒武纪时期的一种微生物岩，它是由蓝藻、真核藻类为主的微生物通过生长和代谢等生命活动引起矿物以及沉积物进行周期性的沉淀和胶结作用形成的。叠层石是一种具有纹层状的生物岩石，由碎屑层和有机层交替沉积叠加而成。在天津蓟县的中上元古界的地层剖面中，叠层石非常常见，分布广泛，并且数量和种类都非常的多。蓟县叠层石出露的形态完整连续，并且保存较好，对研究古环境，古地理，古气候等信息起着至关重要的作用，而叠层石本身记录了几十亿年的历史变迁，在地史研究里有着举足轻重的地位，对科学研究提供了必不可少的参考依据。

一、区域地质概况

蓟县中上元古界地质剖面，属于燕山山系，此剖面有着构造简单，出露连续结构清晰，层序完整，保存良好等。其形成主要受燕山纬向构造体系的主要作用也有新华夏构造体系和南北向构造体系等多种构造体系的影响。属于天山—阴山—燕山纬向构造带，经历了长期的海陆变迁过程，到中生代的燕山运动使县境内发生了强烈的褶皱、断裂、隆起以及岩浆活动，因此北部的燕山山脉是由于褶皱形成的，南部断裂下沉堆积为平原；蓟县处于燕山山脉南麓，地势北高南低，逐渐下降，呈阶梯分布。

二、叠层石概述

叠层石是浅海相碳酸盐岩沉积的重要证据，在天津蓟县出露了大量各种各样的叠层石，我们可以根据这些叠层石的形态大致分析藻类的生长习性和沉积环境：

(一)蓟县瘤状叠层石。叠层体由细长柱状到扁柱状的柱体组合，部分简单平行分叉加粗平行分叉，体侧有局部不均匀的鞘，当鞘加厚时，则形成明显的瘤状凸起，并为海绿石和碳酸盐包裹，基本层呈半球状至陡峭的穹形，横断面为圆形或次圆形。

(二)柱状叠层石。叠层石一般为呈圆柱状或扁柱状，通常由规则的柱体或扁柱体组成，与地层为垂直关系。

(三)假铁岭叠层石。类似于铁岭组叠层石，叠层石由粗大不规则的柱体或扁柱体组成，次平行排列，垂直地层生长。具参差不齐的槽，柱体在生长过程中常向不同方向倾斜，柱体表面粗糙不平，基本层为平缓的穹形。

(四)规则墙叠层石。叠层体由板状的柱体组成，平行排列，界限清楚。简单平行分叉到加宽平行分叉，体表面平整，多为泥钙质和海绿石的混合物包裹。横断面一般为长条状。

(五)铁岭叠层石。叠层体由粗短巨大的柱体和扁柱体组成，柱体大小不一，以简单平行分叉和加粗平行分叉为主，越分越小，个别有微散开分叉。体表面平整，有粉红色充填物，不具有明显的壁，基本层多数为平缓的穹形，横断面为同心圆形或者是长圆形。

(六)韵律叠层石。韵律叠层石发育有明显的韵律，下层为排列整齐柱状叠层石，中层为破碎叠层石与黄色粘土胶结物，具有韵律反复出现特征。一般形成于潮上带、潮间带和潮下带，即水位由浅到深依次形成层状，层柱状，柱体叠层体，其重复的变化形成周而复始的韵律结构。

(七)细长锥穹叠层石。叠层体由细长的次圆柱状柱体组成。平行分叉到加粗平行分叉通常只分叉一次，柱体有锥形和穹形两类基本层组成，在生长过程中交替发育形成柱体，与围岩界限清晰。

(八)卷发叠层石。叠层石由次圆柱状到扁圆柱状体，有显著的膨胀收缩现象，也有明显的分叉现象，侧部局部有壁和鞘。其外侧还有一层海绿石包裹物，横断面呈次圆柱形拉长的椭圆形以及其他不规则形态。

三、叠层石多种形态成因的推测

根据海平面变化可以推测叠层石的形态变化，当海平面上升环境相对稳定时发育柱状或斜歪分叉叠层石，接着叠层石破碎，海平面下降海床裸露，形成粘土风化层，可以发现海平面也出现高低高的韵律，说明该处在短时间内发生过多次构造活动，应为一系列小型地震。

叠层石形态在垂向上有水平状—波状—墙状叠层石的旋回变化规律，其中以柱状宏体叠层石为主，表明其沉积环境为浅海潮下高能环境。这些叠层石构成单层1m乃至数米厚的叠层石生物层，显示出快速沉积作用的特征。

韵律叠层石具有明显分叉扭曲，中间填充有粘土物质，在一些韵律层中出现了一些没有层状构造的特殊叠层石。叠层石出现的层状构造是因为藻类胶结粘土物质层状沉积形成，没有层状构造则说明胶结的粘土物质为叠层石泥，说明叠层石破碎严重，海水海床环境变化剧烈。在这些破碎层上部为风化的薄层粘土物质无叠层石产生，说明该层海平面下降，露出地表。海平面变化说明该处发生了构造运动，排除风暴潮因素，因为风暴潮不会造成海平面变化且持续时间短，不会形成韵律，只能为构造活动导致。

铁岭组时期古水流方向大约为EW向，与剖面中弯曲叠层石倾斜方向吻合，所以有部分叠层石受到水流影响，叠层石是迎着水流来捕获沉积物质从而加积生长，当水流方向变化时，吸积方向便会改变，纹层的倾向就会发生变化，从而影响柱状叠层石的倾向和形态，而且柱体倾斜角度与水流强度直接相关，水流越强，倾角越大。

四、结论

1、叠层石韵律，沉积环境有潮上带、潮间带、潮下带，叠层石柱体有层柱状、柱状、层状、叠层体等，形成韵律结构。猜测有灾难性事件：地震引发海啸，造成破坏；地震造成海平面变化。构造运动使叠层石与侧堆积物破碎造成混乱堆积，使堆积物可以填充空隙。

2、天津蓟县中元古铁岭组老虎顶亚组中发育巨厚的叠层石岩礁，在叠层石的柱体与柱体之间有海绿石充填，呈薄膜状，代表较为典型的原地海绿石，形成在正常高能浅海环境中。

3、海绿石的含量在不同类型的叠层石或同类叠层石的不同部位分布不均匀，其中在部分叠层石生物层之间的界线附近有富集现象，海绿石附近可见黄铁矿，反映了一种还原环境。微晶质的海绿石为胶体成因，并显示出原地沉积的基本特征。