英国多塞特近岸Purbeck灰岩组海底圆形构造的微生物丘成因解析及其古环境意义

为解决英国Weymouth湾海底大型圆形构造的成因争议，研究人员通过潜水采样与多波束回声测像(MBES)技术，对Purbeck灰岩组(Durlston组)的36个环形结构开展沉积学分析。研究首次识别出9种沉积相，其中4种含未报道的微生物组分(叠层石、内层叠层石等)，结合形态学与地层分布证据，证实这些构造为潟湖环境中形成的微生物碳酸盐丘，为早白垩世非海洋碳酸盐建造提供了新案例。成果发表于《Proceedings of the Geologists' Association》，对理解古环境变迁与微生物岩发育机制具有重要意义。

　　

在英国多塞特郡世界遗产地“侏罗纪海岸”的近海水域，科学家们发现了一系列令人费解的海底圆形构造。这些直径100-200米的穹窿状结构分布在Purbeck灰岩组(Durlston组)中，形成于晚侏罗世至早白垩世（约1.45亿年前）的潟湖环境。此前仅通过多波束回声测像(MBES)数据推测其成因时，学者们提出了四种假说：侵蚀残余、蒸发岩底辟、周缘褶皱或碳酸盐丘。这个谜团长期困扰着地质学家——这些构造究竟是如何形成的？它们能否揭示远古潟湖独特的生态环境？

为了破解这个谜题，由英国皇家霍洛威学院等机构组成的研究团队开展了一项创新性研究。他们与当地潜水俱乐部合作，通过公民科学计划在2019-2023年间对20个圆形构造进行了系统采样。这项发表在《Proceedings of the Geologists' Association》的研究首次揭示了这些构造的三维沉积学特征，证实其最可能是由微生物作用形成的碳酸盐丘，为理解早白垩世特殊沉积环境提供了关键证据。

研究团队运用了多项关键技术：1）采用多波束回声测像(MBES)进行海底地形测绘和构造形态分析；2）组织专业潜水员在20-45米水深区采集58个定向样品（现保存于英国地质调查所国家岩芯库）；3）通过薄片显微分析鉴定出9种沉积相；4）利用Surfer和ArcGIS软件进行三维形态重建。特别值得注意的是，潜水员使用特制的铝铅复合罗盘/测斜仪测量地层产状，在强潮汐环境下精确记录了10个站点的地层倾角。

3.1 圆形构造的形态特征
通过三维软件重建显示，这些构造呈低缓穹窿状（高宽比1:20至1:66），直径100-200米，具有向四周倾斜的层理。关键证据是构造核心出露较老地层，且上覆地层在东南翼明显减薄，这种几何形态排除了单纯侵蚀成因的可能性。

3.2 Purbeck灰岩组的沉积相
研究鉴定出9种沉积相，其中4种含有首次报道的微生物组分：

• 壳屑-球粒泥粒-粒泥灰岩相(SPM-W)：发现毫米级洞穴中的内层叠层石(Endostromatolites)，其纹层由泥晶与微亮晶交替构成，向腔内突出生长
• 生物碎屑石英颗粒灰岩相(BQP)：含海胆骨片，指示海洋影响
• 牡蛎砾-粘结灰岩相(OR-B)：与岸上出露的"Cinder层"特征一致，但出现在更高层位
• 内碎屑漂浮-砾灰岩相(IF-R)：含具絮凝结构的泥晶内碎屑，保留微米级丝状细菌化石
• 钙质叠层石(S)：在CS10和CS31发现，与Durlston湾DB175层的叠层石可对比

4.3 圆形构造的成因解析
通过排除法验证了四种假说：
1）侵蚀残余说被否定，因为构造核心出露更老地层；
2）构造褶皱说不成立，因其分布无序且缺乏区域构造关联；
3）底辟说被采样结果反驳，未发现蒸发岩证据；
4）微生物丘说获三项关键支持：

• 构造严格局限于Durlston组特定层位
• 空间分布呈SW-NE条带，符合古水深控制规律
• 发现多种微生物岩组分（包括叠层石、钙华碎屑等）

这项研究具有多重科学意义：首次证实Purbeck灰岩组存在两种不同类型的微生物丘（早期淡水湖泊相与晚期潟湖相）；为早白垩世南大西洋前盐下组（如巴西Santos盆地）的湖相碳酸盐类比提供了新参照；开发的公民科学采样方法为深海地质研究提供了新范式。特别值得注意的是，研究揭示的"内层叠层石"是Purbeck灰岩组中首次报道的洞穴微生物构造，这种在沉积物内部空隙中生长的微生物群落，为理解碳酸盐建造的早期成岩过程提供了独特视角。

尽管采样尚未揭露完整的微生物建造核心，但这项研究通过多学科证据链，将这片海底奇观的成因锁定为微生物诱导的碳酸盐丘。这些沉睡在英吉利海峡下的"微生物纪念碑"，正逐渐揭开晚侏罗世潟湖生态系统神秘面纱的一角。