埃迪卡拉纪晚期微生物白云岩的沉积模型演化及其古环境意义

《Precambrian Research》：Sedimentary model evolution and palaeoenvironmental significance of the Upper Ediacaran microbial dolomites

微生物白云岩沉积环境与形成机制研究：以四川盆地Ediacaran Dengying Formation为例，系统分析岩石学、矿物学与地球化学特征，揭示浅 restricted 平台环境下微生物活动与水动力条件的协同作用，提出构造-气候旋回控制沉积旋回模型，通过同位素与稀土元素示踪探讨古海洋化学演变，为前寒武纪碳酸盐岩成岩作用及储层动力学研究提供新证据。

　　微生物碳酸盐岩的形成及其与沉积环境和古气候之间的关系是地球科学研究中的重要议题。在中国四川盆地的上埃迪卡拉纪灯影组中，微生物碳酸盐岩广泛发育，其复杂的沉积过程和沉积环境的争议使得对这类岩石的研究具有挑战性。本文通过系统分析微生物碳酸盐岩的岩相、矿物学和地球化学特征，探讨其在浅水封闭台地中的沉积环境及形成机制，为理解前寒武纪碳酸盐岩工厂的演化、微生物-环境反馈机制以及早期储层动力学提供新的视角。

微生物碳酸盐岩是指由底栖微生物群落通过捕获和粘结碎屑物质，或通过无机或有机诱导的矿物化作用形成的沉积岩。这类岩石在现代生物礁发育中非常常见，并且在整个地质历史中都有广泛分布。微生物碳酸盐岩的组成多样，包括碳酸盐、铁锰、磷酸盐和硅质物质，其中以碳酸盐最为常见。微生物是地球上最早的生命形式之一，它们在地球历史的前20%出现，并且目前占地球生物圈中生命总量的约80%。此外，微生物对大气的组成和结构也产生了深远影响。因此，研究微生物碳酸盐岩对于重建古气候和古环境具有重要意义。

自微生物碳酸盐岩这一概念被提出以来，学者们对其分类、形成机制、控制因素、古海水化学及其与环境和生物的协同演化进行了广泛研究。近年来，全球范围内发现了多个富含油气的微生物碳酸盐岩储层。例如，在南阿拉伯盐盆地的埃迪卡拉纪-寒武纪阿拉群中，微生物碳酸盐岩储层具有高达17%的孔隙度，其可采储量估计约为188亿桶原油。在美国墨西哥湾东部的利特尔·雪松溪油田，上侏罗纪斯马克奥弗形成微生物碳酸盐岩储层已生产超过1720万桶原油。在中国，塔里木盆地的肖尔布拉克组和四川盆地的雷口坡组也被确认为具有显著勘探潜力的微生物碳酸盐岩储层。这些实例表明，微生物碳酸盐岩具有较高的油气生成潜力，并且是重要的油气储层。

在埃迪卡拉纪晚期，四川盆地的灯影组发育了厚层的微生物白云岩，其沉积特征复杂多样。尽管近年来的研究通过详细的岩相和地层分析识别了多种岩相类型，但关于这些微生物白云岩的三个关键方面仍存在较大争议。首先，分类标准尚未统一，一些研究者强调宏观特征，而另一些则更关注微观结构。其次，沉积模型从浅水台地到坡-潮坪系统不等，提出的“双台地边缘”模型增加了复杂性。第三，微生物活动与白云岩沉淀之间的成因联系仍未完全明了，目前的解释往往依赖于间接的形态学证据，而不是特定的地球化学示踪剂。这些不同的解释凸显了建立一个更精确的沉积框架的必要性。

本文系统分析了四川盆地中部上埃迪卡拉纪灯影组微生物白云岩的岩相、矿物学和地球化学特征。分析整合了区域地质、沉积特征、构造演化和古海洋学条件，旨在明确分类和地球化学特征，探讨沉积环境及灯影组的演化过程。研究目标包括：（1）建立一个能够区分微生物与环境因素对白云岩纹理影响的模型；（2）约束白云岩化过程中的古盐度和氧化还原条件；（3）评估构造事件与全球海平面变化在驱动进退循环中的相互作用。综合数据集为理解微生物群落如何与埃迪卡拉纪海水化学相互作用，形成这些独特的碳酸盐系统提供了新的见解。

四川盆地位于中国西南部，面积约为26万平方公里，是华南板块的一部分。该盆地是在前寒武纪扬子克拉通基底上形成的叠合盆地。盆地被山脉和高原环绕，其边缘的海拔高度在2000至3000米之间。盆地边缘受到构造带的控制，包括米仓、大巴、龙门、梁山和大娄山脉。这些构造带对盆地的形成和演化起到了关键作用。

在研究方法上，本文选取了四川盆地中部的W117井的样品，进行了岩相分析，包括岩心观察、光学显微镜、阴极发光（CL）、荧光显微镜（FL）和扫描电子显微镜（SEM）。光学显微镜、FL和SEM观察工作在国家石油大学（北京）的国家重点实验室完成。CL分析则在北京市核地质研究院进行。此外，部分样品还进行了进一步的测试和分析，以确保数据的准确性和全面性。

在扫描电子显微镜（SEM）下观察到的球状和丝状结构与现代和化石微生物结构高度相似，特别是蓝藻。这些结构通过SEM能谱分析确认为白云岩（见图6J-K）。虽然这些特征表明微生物活动的影响，但成岩作用可能掩盖了部分原始信号。因此，研究需要结合多种分析方法，以揭示微生物碳酸盐岩的形成机制及其与环境的相互作用。

研究还发现，微生物碳酸盐岩的结构多样性受到水动力能量和微生物活动的共同控制。例如，叠层石和球状白云岩通常形成于低能、高活动的环境中，而分散的菌核则是在微生物影响较弱的条件下形成的。层状或网状菌核以及球状体则是在高能环境下通过颗粒聚集形成的。这种结构与环境的相互关系为理解微生物碳酸盐岩的沉积过程提供了重要线索。

本文还探讨了微生物碳酸盐岩的沉积环境，指出其形成受到微生物群落和沉积环境的共同影响。研究结合了区域地质、沉积特征、构造演化和古海洋学条件，分析了微生物碳酸盐岩的形成过程及其与环境的相互作用。通过这一分析，研究者能够更准确地重建古环境，并理解微生物活动在碳酸盐岩形成中的作用。

研究还指出，微生物碳酸盐岩的地球化学特征反映了冰期后的海水分层和风化作用的变化，这些特征有助于约束埃迪卡拉纪-寒武纪生物复杂性的环境触发因素。在全球范围内，埃迪卡拉纪的微生物成岩作用较为普遍，但四川盆地表现出独特的构造-气候循环性。尽管成岩作用可能掩盖了部分地球化学信号，但系统的分析表明，灯影组是前寒武纪碳酸盐岩工厂演化的重要记录。

通过本文的研究，科学家们能够更深入地理解晚期前寒武纪地球系统，揭示微生物过程、海水化学和构造-气候控制在碳酸盐岩保存中的相互作用。研究结果不仅有助于认识微生物碳酸盐岩的形成机制，还为未来的油气勘探提供了理论支持和实践指导。此外，研究还强调了建立统一的分类标准和沉积模型的重要性，以促进对微生物碳酸盐岩的进一步研究和应用。