王振濤 李現(xiàn)根

1 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037 2 中石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營 257237

1 概述

微亮晶(臼齒)碳酸鹽巖(microsparite(molar-tooth)carbonate，簡稱MT)是全球前寒武紀地層中普遍發(fā)育的沉積現(xiàn)象(葛銘等，2001)，主要發(fā)育于元古宙，且僅賦存于淺潮下帶—潮上帶(環(huán)潮坪)沉積環(huán)境中(O’Connor，1972；Frank and Lyons，1998；Jamesetal.， 1998；Bishopetal.， 2006；Bishop and Sumner，2006)。換言之，MT有著嚴格的時間和空間約束(Shields，2002；柳永清等，2005；劉燕學(xué)等，2005；曠紅偉等，2011a)。盡管MT有著廣泛的時空分布，形態(tài)特征多樣，但全球范圍的MT都表現(xiàn)出顯著一致的巖石學(xué)和沉積學(xué)特征，都由5～15-μm 的均勻、等粒狀、規(guī)則或不規(guī)則多邊形方解石或白云石組成(柳永清等，2010)，按其巖石組分和結(jié)構(gòu)特征應(yīng)稱為微亮晶碳酸鹽巖(microsparite carbonate)，是一種由結(jié)構(gòu)和組分上有明顯區(qū)別的微米級微亮晶及其基質(zhì)組成的巖石(葛銘和孟祥化，2008)，在中國天津(王德海等，2004，2009；梅冥相，2005，2007a，2007b，2009；劉自亮等，2011；Mei and Tucker，2011；Kuangetal.， 2012；劉賀娟等，2013)、遼吉地區(qū)(喬秀夫等，1994；Fairchildetal.， 1997，2000；Meng and Ge，2002；劉燕學(xué)等，2003；Mengetal.， 2004；Kuangetal.， 2004；曠紅偉等，2004a，2004b，2004c，2006a，2008，2009；Liuetal.， 2005；柳永清等，2005；彭楠和曠紅偉，2010；彭楠等，2010，2012；孟祥化等，2011；李艷霞和曠紅偉，2012；Shenetal.， 2016；Wuetal.， 2017)、內(nèi)蒙古(喬秀夫等，1997)、蘇皖地區(qū)(劉為付等，2003a，2003b，2004；Mengetal.， 2004；賈志海，2004；Liuetal.， 2005；柳永清等，2005；郭峰等，2009；賈志海等，2011；竇魯星等，2014；繆慶海等，2014；馮樂等，2015)、山東(王炳山等，2007；Kuang，2014)、河南(高林志和柳永清，2005)和滇中(張傳恒等，2007；柳永清等，2010；劉賀娟等，2012)等地的中、新元古代地層中都有發(fā)現(xiàn)。

MT極為獨特鮮明的形態(tài)特征、局限的時限性(ca. 2600—720-Ma)和全球分布的特征以及謎一樣的形成機制引起了國際沉積學(xué)家的廣泛關(guān)注(Kuang，2014；及其參考文獻)，使之成為國際前寒武系碳酸鹽巖研究的熱點。同樣有趣的是，作為約束古大氣圈和古海洋環(huán)境變化的靈敏標志(孟祥化等，2006)，MT在全球尺度上一致消失的時間與地球大氣圈的氧化、全球冰期等存在對應(yīng)關(guān)系(Shenetal.， 2016；Hodgskissetal.， 2018)，其背后的深層機制一直是學(xué)術(shù)界要解決的重大科學(xué)問題。近百年來，針對MT的成因機制(被學(xué)者稱為“百年之謎”)，陸陸續(xù)續(xù)提出了多種成因假說，如地震成因(喬秀夫等，1994，2017；Pratt，1998)、氣泡裂縫和甲烷生成(Furnissetal.， 1998;Shenetal.， 2016)、微生物自養(yǎng)作用參與的地球化學(xué)成因(Frank and Lyons，1998；Mengetal.， 2003；Meng and Ge，2003；Popeetal.， 2003；孟祥化和葛銘，2004；Geetal.， 2004；曠紅偉等，2006b；孟祥化等，2006；Kuang，2014；岳亮等，2016)等各種假說。其中，微生物參與的地球化學(xué)成因假說得到了越來越多資料的支持(Hodgskissetal.， 2018)。譬如，Hodgskiss 等(2018)對全球10個盆地的87個MT樣品開展了系統(tǒng)的Fe、C、O同位素和主、微量元素、TOC以及S含量分析，結(jié)果表明MT中的鐵同位素組成幾乎總是比基質(zhì)中的碳酸鹽或殘余物組分輕(損耗值為2‰)，認為這是由于上部沉積物中的富鐵蒙脫石和羥基鐵氧化物發(fā)生微生物介導(dǎo)的異化鐵還原所致。DIR(dissimilatory iron reduction,異化鐵還原)過程將蒙脫石轉(zhuǎn)化為伊利石，導(dǎo)致黏土礦物體積減小(約30%)，同時孔隙水堿度增加，促進了MT原始物質(zhì)的沉淀，而新元古代中期MT的消失，可能與蒙脫石含量的下降、海洋溶解無機碳儲集層減少及淺海海水氧氣濃度的增加等綜合效應(yīng)有關(guān)(Hodgskissetal.， 2018)。但需要指出的是，在用地震成因解釋MT的形成時，存在將MT與地震“液化脈”混淆，甚至將微(泥)晶液化脈(灰泥流動侵位)等同于MT的現(xiàn)象，導(dǎo)致長期以來國內(nèi)文獻頻頻出現(xiàn)對MT使用的泛化，將不是MT的事物當做MT來解釋和討論。

高林志和柳永清(2005)曾在河南嵩山地區(qū)青白口系何家窯組中識別出板狀碳酸鹽巖微亮晶脈(碳酸鹽震積巖)，發(fā)現(xiàn)“微亮晶脈的斷裂為脆性斷裂”，認為“微亮晶脈向頂?shù)讓哟┐痰奶卣髦挥薪?jīng)受水平振動才能出現(xiàn)”，“核磁共聚焦顯微鏡下微亮晶脈沒有熒光反應(yīng)說明微亮晶脈為非生物成因”，它們是地震液化形成的產(chǎn)物(地震液化脈)，代表了一個地震活躍期。何家窯組由河南省區(qū)域地質(zhì)測量大隊1965年命名于河南省的何家窯，為太古宇登封巖群的一部分，目前已停用(中國巖石地層名字大全，2017)，依據(jù)原作者提供的柱狀圖可以判斷此處的何家窯組應(yīng)為何家寨組。文中研究的何家寨組MT剖面位于華北克拉通南緣豫西佛光鄉(xiāng)郝家寨村正西約400-m，在地理位置上與高林志和柳永清(2005)報道的“微亮晶脈”剖面相距不遠，暫稱郝家寨村剖面，具體剖面內(nèi)容參考高林志和柳永清(2005)。更重要的是，作者從多方面尤其是系統(tǒng)的微相特征方面分析表明，何家寨組的MT條帶并非先前認為的脆性斷裂，而是受限于(被動適應(yīng))基質(zhì)的巖性和流變學(xué)特征，何家寨組的MT并非地震成因，并明確指出MT與“液化脈”是完全不同的兩個事物。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

嵩山地區(qū)位于華北克拉通南緣(圖 1-a)，發(fā)育較為完整的前寒武紀結(jié)晶基底(王澤九等，2004；第五春榮等，2008；萬渝生等，2009；Zhao and Zhouetal.， 2009；Zhouetal.， 2011；胡國輝等，2012a；圖 1-b)，其上被主要包括中—新元古界五佛山群和之后的沉積巖系組成的沉積蓋層角度不整合覆蓋(圖 1-b；圖2)。根據(jù)地層發(fā)育特征，華北克拉通南緣豫西地區(qū)可劃分為3個地層分布小區(qū)，分別為嵩箕地層小區(qū)、澠池—確山地層小區(qū)和熊耳山地層小區(qū)(關(guān)保德等，1988)。華北克拉通南緣青白口紀巖相古地理格局總體為北高南低，熊耳山地層小區(qū)是當時的沉積盆地中心(胡國輝等，2013)，文中研究剖面位于熊耳裂陷槽東北緣的嵩箕地層小區(qū)(圖 1-a，1-b)。

圖2 華北克拉通南緣嵩箕地層小區(qū)中—新元古界地層 柱狀圖(據(jù)胡國輝等，2013，修改)Fig. 2 Stratigraphic column of the Meso-Neoproterozoic in Songji area of southern margin of North China Craton(modified from Hu et al.， 2013)

嵩箕地層小區(qū)主要分布在河南偃師、登封、臨汝等地的嵩山—箕山地區(qū)(圖 1-c)，主要由五佛山群組成，還有下伏的兵馬溝組和上覆的紅嶺組(胡國輝等，2013)。五佛山群主要巖性為陸源碎屑巖，主要分布于玉寨山—五佛山北坡(圖 1-c)，以登封市少林寺—偃師市何家寨一帶層序發(fā)育最為齊全(胡國輝等，2012a)，該群自下而上分為馬鞍山組、葡峪組、駱駝畔組和何家寨組(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳，1997；圖 2)。嵩箕地區(qū)五佛山群從下而上巖性變化明顯，代表 2次較大的沉積旋回，其下部和中部的砂巖與華北南緣同時代的地層均形成于被動大陸邊緣的沉積環(huán)境(胡國輝等，2012b)，中部葡峪組及其同時代地層的底部在區(qū)域上均有1層黑色碳質(zhì)泥頁巖，為最大海泛期沉積；上部駱駝畔組和何家寨組(下、中部)主要為濱海相石英砂巖和較深水環(huán)境下形成的薄層條帶狀灰?guī)r、鈣質(zhì)頁巖(胡國輝等，2013)。從整體上看，五佛山群有碎屑巖向碳酸鹽巖沉積環(huán)境過渡的趨勢(胡國輝等，2012b；圖2)。

何家寨組與下伏駱駝畔組整合接觸，與上覆紅嶺組或辛集組平行不整合接觸(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳，1997)。何家寨組下部以黃綠色頁巖夾薄層石英砂巖和紫紅色砂礫巖以及砂質(zhì)灰?guī)r為主，中部為含疊層石灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、泥灰?guī)r夾頁巖和粉砂巖，上部為綠色頁巖與粉砂巖(胡國輝等，2012b)。從已有的組分、元素地球化學(xué)和碎屑鋯石譜圖等方面綜合判斷，何家寨組沉積于被動大陸邊緣裂谷環(huán)境(賈超，2018)，更詳細的巖性分析指示何家寨組可能為碳酸鹽濱岸相的潮下帶沉積(胡國輝等，2012b)。文中關(guān)注的是何家寨組中下部發(fā)育的MT，但何家寨組長期以來一直缺乏絕對年齡的約束，這就限制了對該組MT發(fā)育時限的確定。對于何家寨組的形成時代，長期將之置于新元古界青白口紀(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳，1997；周洪瑞等，1998；Gaoetal.， 2009；胡國輝等，2013)。最近在何家寨組中部砂巖獲得的最年輕碎屑鋯石年齡(1057±47-Ma和991±21-Ma)限制了該組的最大沉積年齡不早于1000-Ma(賈超，2018)。因此，文中將何家寨組形成時代置于新元古代青白口紀早期(張恒等，2019)。何家寨組MT發(fā)育層位接近并下伏于上述獲得碎屑鋯石年齡的中部砂巖地層，據(jù)此將何家寨組MT沉積時限暫定為～1000-Ma。

3 研究剖面地層序列和MT形態(tài)特征

何家寨組的中下部發(fā)育MT，在地層序列上位于疊層石層位之下，整個MT層位厚度約為45-m。野外MT與微層序有著明顯的耦合關(guān)系，按照微層序和沉積間斷面將該研究剖面劃分為17個亞段(圖 3)。

圖 3 華北克拉通南緣嵩山地區(qū)郝家寨村剖面何家寨組MT發(fā)育層位綜合柱狀圖Fig.3 Schematic stratigraphic column of MT-containing sequences of the Hejiazhai Formation in Haojiazhaicun section in Songshan area of southern margin of North China Craton

a—下部泥晶灰?guī)r中MT呈現(xiàn)穿層、聯(lián)結(jié)、刺穿的絲帶狀，絲帶相對平直，上部泥質(zhì)含量更多，MT條帶呈現(xiàn)更加復(fù)雜的褶皺狀；b—泥質(zhì)灰?guī)r背景下MT褶皺條帶明顯穿層，水流沖刷形成的微紋層制約了MT條帶的形狀；c—MT呈復(fù)雜揉皺絲帶狀，絲帶通常向頂層面延伸，但絕大部分不穿越層面，明顯受沉積層理約束；d—泥晶灰?guī)r中MT呈現(xiàn)復(fù)雜揉皺絲帶狀，方框內(nèi)MT條帶整體呈現(xiàn)平行層理的趨勢，且相對其他部分更短、更細，方框上部的MT條帶相對平直，寬度和長度更大，水流沖刷面附近的MT則平行于水流方向；e—在相對純凈的泥晶灰?guī)r中MT條帶呈現(xiàn)了2種展布方向： 底部堆疊狀平行于層理，中上部總體呈垂直于層理狀，且相對底部密度較??；f—MT呈現(xiàn)2種形態(tài)： 點斑狀和瘤狀體(條帶狀集合體)，前者為類似的小型橢球狀、斑點狀，直徑很小，在風化面上肉眼可辨，沿層理方向不連續(xù)稀疏排列，后者MT條帶整體上呈集合體，周圍為泥質(zhì)灰?guī)r；g—MT呈現(xiàn)2種形態(tài)： 底部的蠕蟲狀和球狀(原地沉積)，前者堆疊于底部，長度不等，往上MT長度和密度逐漸較小，呈“正粒序?qū)永怼?，而后者分布稀疏，直徑小，一般不超過0.5-cm；h—異地搬運再沉積的微亮晶碎屑。硬幣直徑1.9-cm圖 4 河南嵩山地區(qū)郝家寨村剖面新元古代何家寨組MT形態(tài)特征Fig.4 Morphological characteristics of MT structures in the Neoproterzoic Hejiazhai Formation in Haojiazhaicun section in Songshan area，Henan Province

MT構(gòu)造形態(tài)具有指相意義(孟祥化和葛銘，2004；彭楠和曠紅偉，2010；劉自亮等，2011；彭楠等，2012)。文中研究的何家寨組MT形態(tài)多樣，通過露頭詳細觀察和統(tǒng)計、顯微鏡薄片研究，將MT構(gòu)造形態(tài)歸納為垂直層理的絲帶狀(圖 4-a至4-e)、平行層理的絲帶狀(圖 4-e)、復(fù)雜揉皺絲帶狀(牽引、聯(lián)結(jié)明顯；圖 4-d)、點斑狀(圖 4-f)、瘤狀體(圖 4-f)、球狀(原地沉積)(圖 4-g)、蠕蟲狀(圖 4-g)以及異地搬運再沉積的微亮晶碎屑(圖 4-h)。

絲帶狀(相對平直)MT主要發(fā)育在相對純凈的泥晶灰?guī)r中，長1～10-cm，寬1～2-mm，多呈近垂直于沉積層理產(chǎn)狀，少數(shù)平行于層理，二者甚至同時出現(xiàn)(圖 4-e)。平行沉積層理的絲帶狀MT是一類形態(tài)復(fù)雜和多次疊加的MT構(gòu)造類型，具有多期次平行連續(xù)的席狀組合群體。大多數(shù)絲帶狀相互獨立分布，但在部分層段明顯地聯(lián)結(jié)、刺穿(圖 4-a)。復(fù)雜揉皺絲帶狀MT一般長幾厘米到十幾厘米，寬1～5-mm，形態(tài)如腸狀、褶皺狀、彎弓狀、鉤狀和臼狀，絲帶通常向頂層面延伸，但絕大部分不穿刺層面，表現(xiàn)為明顯受沉積層理約束的特點(圖 4-c)。瘤狀MT一般長10-cm以上，小者長3～5-mm，整體上呈橢球集合體(圖 4-f)。原地沉積的球狀MT粒度小，一般不超過0.5-cm，稀疏分布(圖4-g)。點斑狀MT為類似的小型橢球狀，直徑很小，在風化面上可辯，一般沿層理方向不連續(xù)稀疏排列(圖 4-f)。蠕蟲狀MT呈形體較小的短絲帶狀，最長不過2-cm。文中出現(xiàn)的蠕蟲狀MT呈平行層理疊加分布，從下至上MT的密度、大小依次遞減，顯示“正粒序?qū)永怼钡奶卣鳎沂酒湫纬墒艿搅艘欢ㄋ畡恿l件的制約。此外，還有原生MT受沖刷再改造的異地橢球狀、球狀微亮晶碎屑集合體(圖 4-h)。整體上，上述何家寨組各種形態(tài)MT的形成基本上受到水動力條件和巖性的約束。

a—單偏光，MT條帶之間為基質(zhì)沉積紋層，MT條帶有撕裂現(xiàn)象(黑色箭頭所指)，第1層；b—單偏光，MT微亮晶發(fā)生重結(jié)晶，重結(jié)晶之后的晶體粒度明顯增大，這種明顯的對比揭示了MT微亮晶和亮晶膠結(jié)方解石之間的區(qū)別，第1層；c—單偏光，MT呈現(xiàn)碎裂狀，明顯受到成巖期微斷層的控制，第2層；d—正交光，磨圓好的MT橢球體，為石化成巖之后水流搬運、異地再沉積的結(jié)果，MT橢球體之間為重結(jié)晶的方解石和磨圓度高的石英碎屑，第5層；e—單偏光，對d的部分放大，明顯可見基質(zhì)部分的黃鐵礦；f—單偏光，對某一個MT橢球體的放大，基質(zhì)之間可見磨圓度高和分選性好的粉砂，MT微亮晶內(nèi)部發(fā)育顯著的球狀黃鐵礦，第5層；g—單偏光，MT條帶發(fā)生撕裂，撕裂之后MT與基質(zhì)的接觸關(guān)系仍截然可辨，第8層；h—單偏光，MT之間可見黃鐵礦或有機質(zhì)，MT晶體長度約為12-μm，第8層；i—單偏光，呈現(xiàn)穿插關(guān)系的MT條帶，且明顯可看到期次，見箭頭所示，第8層。分層位置見圖3圖 5 河南嵩山地區(qū)郝家寨村剖面何家寨組MT賦存巖石顯微照片(一)Fig.5 Photomicrographs of MT-containing rocks in the Hejiazhai Formation in Haojiazhaicun section in Songshan area，Henan Province(Ⅰ)

4 何家寨組MT巖石學(xué)和沉積學(xué)特征

4.1 MT巖石學(xué)特征

微亮晶碳酸鹽巖單個晶體通常為7～11-μm左右(Furnissetal.， 1998;Pratt，1998;Pollocketal.， 2006;孟祥化等，2006)，很純且?guī)缀鯚o雜質(zhì)(黃鐵礦除外)，主要賦存于泥晶灰?guī)r和泥灰?guī)r中(圖 5)。微亮晶在成分和結(jié)構(gòu)上均一性十分明顯(圖 5)，其結(jié)晶習性、粒度和形成時的水動力條件不同于通常意義上的亮晶膠結(jié)物。亮晶膠結(jié)物是充填于原始顆粒間起膠結(jié)作用的化學(xué)沉淀物，通常是在水動力較強的沉積條件下形成的，其晶粒較大，常大于10-μm(何鏡宇和孟祥化，1987)。亮晶膠結(jié)物在地質(zhì)歷史時期的任何時代均可產(chǎn)生，而且有的可分辨出多個世代/期次，這些特征與微亮晶方解石明顯不同。

何家寨組含MT的巖石由2部分組成： 微亮晶(microsparite)方解石和基質(zhì)，兩者有著清晰的邊界，呈突變或溶蝕邊接觸，在野外和鏡下都清晰可辨(圖 4；圖 5)。同基質(zhì)相比，微亮晶明亮、無雜質(zhì)，粒徑明顯小于基質(zhì)顆粒。MT條帶由純凈的、均一的、等粒的方解石微亮晶集合體組成(圖 5)，內(nèi)含球狀黃鐵礦(圖 5-c，5-e，5-f)或硅質(zhì)碎屑(圖 5-d)。

何家寨組的MT既有原地的，又有異地的(圖 4-h，4-i；圖 5-d至5-f)。其中，圖 5-d至5-f對應(yīng)的野外的照片為圖 4-h，也就是MT第5層。這些呈懸浮狀分布的點斑狀MT在顯微鏡下呈完好的橢球體分布，而且橢球體MT之間充填了磨圓度高的陸源碎屑(圖 5-d)，表明這些MT和陸源碎屑一起經(jīng)歷了相當程度的搬運過程。需要特別指出的是，橢球體MT內(nèi)部及其之間發(fā)育葡萄球狀黃鐵礦(圖 5-e，5-f)。不但如此，通過鏡下統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)MT所賦存的巖石中或多或少都含有少量葡萄球形黃鐵礦。黃鐵礦不僅分布于微亮晶和基質(zhì)的接觸邊界，在微亮晶的內(nèi)部也有發(fā)現(xiàn)，或呈孤立球形，或連帶分布。這種現(xiàn)象表明當時的沉積(水體)環(huán)境很可能處于還原狀態(tài)。發(fā)育于MT內(nèi)部的黃鐵礦的存在(圖 5-f)表明微亮晶形成之初鐵的還原過程參與其中，支持了新近Hodgskiss 等(2018)提出的MT為微生物異化鐵還原成因的觀點。通過進一步詳細的觀察和統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在上述觀察到的個別巖石薄片中，微亮晶顆粒發(fā)生了較為明顯的成巖作用，有的微亮晶顆粒發(fā)生重結(jié)晶，形成方解石粗亮晶(圖 5-b)。

微相分析顯示的一個普遍現(xiàn)象是MT形態(tài)明顯受到基質(zhì)性質(zhì)的制約。而且，MT具有早期成巖特征，與其賦存基質(zhì)為同生或準同生關(guān)系，主要證據(jù)有： (1)顯微鏡下MT成分中含有少量的石英、長石等陸源組分，為沉積過程中從基質(zhì)中帶入所致，說明MT形成于基質(zhì)尚未固結(jié)時；(2)MT與沉積紋層一起變形，在壓實過程中，MT褶皺、彎曲，甚至破碎，而基質(zhì)紋層圍繞鈣質(zhì)條帶向上或向下形變；(3)有的MT還未固結(jié)成巖時，由于壓實作用或水流沖刷發(fā)生破碎，但破碎處還呈現(xiàn)拖拉牽引(圖 6-c)，以及條帶圓滑的末端都顯示著MT與周圍的沉積物為同生或準同生的關(guān)系。以何家寨組絲帶狀MT為例，并非如野外裸眼見到的那樣都是連續(xù)貫通的絲帶狀，在鏡下常見到斷續(xù)(圖 5-g，5-h)、破碎(圖 5-g，5-h)、穿插(可分出期次)(圖 5-i，6-a)、壓實(圖 5-h)、“藕斷絲連”(圖 6-c)、不協(xié)調(diào)的腸狀褶皺(圖 6-d)、疊加(圖 6-e)、噴射”(圖 6-f)、受小水流紋層約束的流褶皺(圖 6-g至6-i)等諸多形態(tài)。這些形態(tài)特征不但表明MT形狀明顯受到基質(zhì)巖性和水體動力條件的約束，還表明當時微亮晶尚未完全固結(jié)成巖(圖 6-c)，而是表現(xiàn)出塑性特征。其中，“噴射”狀的MT(圖 6-f)暗示了可能的氣體逸出機制。另外，與分叉的MT條帶不同，“穿插”狀MT條帶的發(fā)現(xiàn)及其表現(xiàn)出的明顯不同的期次，完善了先前認為的MT的形成是在封閉的、單一的空間內(nèi)同期快速石化的認識。

從上述MT的微相分析可以總結(jié)出，微亮晶和基質(zhì)為同生或準同生關(guān)系，基質(zhì)在成巖過程或者水流改造中改變了早期形成的微亮晶集合體的形態(tài)。換言之，MT的形態(tài)受限于(被動適應(yīng))基質(zhì)的巖性和流變學(xué)特征，而并非為地震引起的“液化脈”或“泄水脈”。后者往往是“脈的上、下兩端穿刺水平紋層，引起紋層牽引彎曲”(喬秀夫等，1994，1997)，是基質(zhì)的紋層被動適應(yīng)了脈的動力學(xué)特征，與MT條帶受基質(zhì)水動力的改造(圖 6-g至6-i)明顯不同，而且其脈體成分為亮晶方解石(喬秀夫等，1997)。與基質(zhì)成分與微亮晶的成分差異、明顯受到層理約束的同沉積特征以及原地形成的球形MT(Pollocketal.， 2006)也很難用地震擾動的成因模式來解釋。從特殊的結(jié)晶習性和沉淀環(huán)境來看，微亮晶是方解石快速沉淀的產(chǎn)物，這已為許多科學(xué)家所證實(Frank and Lyons，1998；Furnissetal.， 1998；孟祥化等，2006)。因此，微亮晶碳酸鹽巖是沉積事件，而非構(gòu)造事件如地震使然。

表 1 MT基質(zhì)的巖石類型及MT出現(xiàn)頻率(據(jù)孟祥化等，2006，有修改)Table1 Rock types of MT matrix and occurrence frequency of MT(modified after Meng et al.， 2006)

4.2 MT賦存的巖石類型

4.3 MT沉積環(huán)境

由于MT與周圍沉積物的同生性，使得可以通過基質(zhì)的巖石學(xué)類型、沉積構(gòu)造和MT形態(tài)來確定MT的形成環(huán)境。文中對何家寨組MT的微旋回和微相分析揭示了如下特征：

1)MT主要發(fā)育在泥晶灰?guī)r和泥灰?guī)r中，部分含有少量的陸源物質(zhì)和少量黃鐵礦。沉積物中含有一定量的陸源物質(zhì)，說明MT形成時處于不太深的淺海環(huán)境，含有黃鐵礦又表明處于潮下還原環(huán)境。在盆地深水相或潮上陸源物質(zhì)極其豐富的環(huán)境中MT都不發(fā)育，說明何家寨組MT主要發(fā)育在潮下較低能的淺緩坡下部—深緩坡上部的沉積環(huán)境。

2)在很大程度上，與風暴作用(更準確一些，可能與急速的氣流擾動有關(guān))有關(guān)。有MT出現(xiàn)的地方往往發(fā)育大量丘狀交錯層理(MT第4層、第15層)、泥質(zhì)條帶(MT第2層、第5層、第8層、第9層)、風暴粒序?qū)雍椭袢~狀灰?guī)r(MT第12層)。而一些礫石級的MT碎屑定向排列也表明它經(jīng)歷了長距離的搬運，在MT沉積成巖之后發(fā)生了強烈的風暴作用。這進一步說明了MT在正常浪基面—風暴浪基面附近較為發(fā)育。

目前對MT發(fā)育的沉積環(huán)境已達成一致認識，即絕大多數(shù)MT發(fā)育于淺潮下帶—潮上帶(環(huán)潮坪)環(huán)境(Fairchildetal.， 1997；Jamesetal.， 1998；Mengetal.， 2003；柳永清等，2010)，成為中、新元古界一種重要的指相標志。換言之，從MT的成因角度來講，淺潮下帶—潮上帶(環(huán)潮坪)環(huán)境是MT形成和保存的最理想環(huán)境。正是基于此，才提出MT是在大陸裂解時期形成的特殊沉積產(chǎn)物，在宏觀上有可能記錄和反演超大陸裂解—聚合的過程(柳永清等，2010)。如孟祥化和葛銘(2004)通過MT的全球?qū)Ρ龋岢鲂略糯鶰T圍繞Rodinia超大陸古淺海被動邊緣帶分布的模型。而且，何家寨組MT的發(fā)育豐度、形態(tài)和微旋回層序有較好的耦合關(guān)系(圖 5，圖 6)。若是地震成因，MT的發(fā)育不受沉積環(huán)境嚴格約束。換言之，地震成因的“液化脈”并不具備“沉積相”的屬性。

5 討論

5.1 對MT的確認需要依據(jù)明確的定義

由于對MT成因的認識和解釋不同，不同學(xué)者給予不同的描述和術(shù)語。在早期的1︰20萬地質(zhì)填圖過程中發(fā)現(xiàn)了大量MT，將其形象地描述為“異常方解石脈”、“紋象花紋構(gòu)造”、“蠕蟲狀灰?guī)r”、“網(wǎng)狀方解石脈”或“蠕蟲狀鈣質(zhì)細脈”(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1984；安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊，1985；吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1988；遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)。還有持不同觀點的學(xué)者籠統(tǒng)地將“液化碳酸鹽巖脈”(賈志海等，2003)、“液化脈”(田洪水等，2006)、“泥晶脈”(武振杰等，2009)、“微晶脈”(喬秀夫等，2017)等同為MT，甚至建議將“前寒武紀molar tooth 構(gòu)造統(tǒng)一稱作泥亮晶灰?guī)r液化脈構(gòu)造”(田洪水等，2006)。這在一定程度上造成了概念上的混亂。在野外，MT與地震形成的液化脈極容易混淆，使得同一研究者對同一研究對象也會做出截然不同的判斷(嚴兆彬等，2005，2016)。因此，似乎MT非常需要一個明確的定義。

實際上，針對微亮晶(臼齒)碳酸鹽巖開展的IGCP447項目(2001—2005)已基本澄清了MT構(gòu)造和MT碳酸鹽巖的基本含義，認為MT有2個基本的特征： 其一，充填物一定為微亮晶碳酸鹽巖(球霰石)；其二，其分布時限主要限于元古宙。需要明確的是： 不論是哪個地質(zhì)時代，也不論是陸源還是內(nèi)源的充填物(脈)都不能籠統(tǒng)地冠名或等同于為MT。該認識已得到國際上持不同成因觀點的絕大多數(shù)研究MT的地質(zhì)學(xué)家普遍接受，但尚未引起足夠的重視。按照上述MT特征，內(nèi)蒙古早古生代腮林忽洞群發(fā)育的液化泄水脈(物質(zhì)成分為亮晶方解石)(喬秀夫等，1997，2017)和浙西寒武系大陳嶺組所謂的“MT”(嚴兆彬等，2005，2016；劉禮潔等，2012)在成分、時代上都不符合MT的定義，并不能叫做MT。同樣，中國遼寧寒武系的大林子組所謂的“MT”構(gòu)造，也并非真正的MT，而是典型的溶解(滲流)狀構(gòu)造(孟祥化等，2002)。

5.2 MT與“液化脈”是完全不同的事物

高林志和柳永清(2005)將何家寨組的MT等同為“碳酸鹽震積巖”或“地震液化脈”。喬秀夫等(2017)在新近出版的《軟沉積物變形構(gòu)造—地震與古地震記錄》一書中將液化脈(包括砂巖脈、碳酸鹽巖脈、微(泥)晶脈)作為軟沉積物變形構(gòu)造(soft sediment deformation structure，簡稱SSDC)的類型之一，而且明確指出“液化脈指軟沉積物中沙層液化流動向相鄰軟沉積層侵位的脈體”?？梢姡夯}的形成必須要有一個啟動力的問題。但是，觸發(fā)液化的原因有很多，地震只是其中之一，不能把所有的具軟沉積構(gòu)造的巖層都當作地震巖(Shanmugam，2016)。即使在發(fā)震斷裂帶所在區(qū)域，軟沉積物能否發(fā)生液化，還取決于軟沉積物自身的性質(zhì)，即含水量、顆粒形狀與粒徑的分布(嵇少丞，2018)。杜遠生和余文超(2017)認為沉積物層內(nèi)液化作用主要發(fā)生在砂層中，絕不會發(fā)生在泥質(zhì)層(包括灰泥層等)中。馮增昭等(2017)也明確指出，“在國內(nèi)中文期刊中已發(fā)表的文章和一些專著中，幾乎都把具軟沉積物變形構(gòu)造的巖層當作地震成因，這種泛化使用顯然不妥”。

為了澄清MT與“液化脈”之間的區(qū)別，促進對何家寨組MT成因的理解，作者綜合目前的文獻，歸納了MT與“震積巖”(或“地震液化脈”)以下6個方面存在的明顯不同：

1)礦物學(xué)上的不同。這一點尤為重要。將MT等同或者誤認為地震液化脈的主要原因還是對微亮晶的微觀結(jié)構(gòu)和成分等特征的認識在早期不系統(tǒng)、不深入、不完備所致。隨著研究的持續(xù)深入和新的研究手段的運用，目前已十分明確，MT是圍繞晶核以某種方式快速生長而成的MT微亮晶集合體，是原生沉積的(孟祥化等，2006；柳永清等，2010；曠紅偉等，2011b)。國內(nèi)外研究均表明MT微亮晶成分和組構(gòu)都表現(xiàn)出極其一致的特征(柳永清等，2010；曠紅偉等，2011b；Smith，2016)，而液化脈的成分卻是多樣化的(喬秀夫等，2017)。MT微亮晶具有特殊的形態(tài)和特征： 在掃描電鏡下為微米級、等粒、純凈的六面體微亮晶(microsparite)(Jamesetal.， 1998；孟祥化等，2006)，在陰極發(fā)光和背散射圖像下有著類似的晶核(Pollocketal.， 2006；柳永清等，2010；曠紅偉等，2011a，2011b；Smith，2016)。更深入的研究表明，這些晶核(MT微亮晶的原始沉積礦物)為粒徑更小的等球粒六方晶系球霰石(vaterite)(Pollocketal.， 2006；孟祥化等，2011；曠紅偉等，2011a)，只是其熱力學(xué)特性很不穩(wěn)定，在溶液中容易快速轉(zhuǎn)變?yōu)槲氖蚍浇馐?Zhouetal.， 2010；雷云，2014)。而“地震液化脈”概念中的巖石成分主要為來自母巖層的砂巖、碳酸鹽砂、微(泥)晶(田洪水等，2006；喬秀夫等，2017)，與母巖層的物質(zhì)成分一致。值得注意的是，基質(zhì)沉積物中占主體的碳酸鹽泥(泥晶)在顯微鏡下大多渾濁不清、富含雜質(zhì)，不如MT微亮晶純凈，但“在基質(zhì)中也偶爾出現(xiàn)似MT微亮晶組分，但它們的顆粒多表面模糊，或為多重發(fā)光的自形白云石菱形結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)被改造過的特點”(曠紅偉等，2011a)。必要的時候要借助陰極發(fā)光和掃描電鏡等手段。這是為什么在野外和鏡下容易將地震成因的“泥晶脈”當作MT的重要原因。它們與MT微亮晶在礦物學(xué)、形成機制和成因上有著本質(zhì)的區(qū)別。

2)成分和元素含量的明顯不同。MT微亮晶和基質(zhì)的元素含量明顯不同： MT微亮晶CaO含量占絕對優(yōu)勢(97.59%～99.32%)，而基質(zhì)CaO含量低且變化范圍較大(24.58%～87.12%)(曠紅偉等，2004a；曠紅偉等，2005；柳永清等，2010)。此外，微亮晶的87Sr/86Sr比值明顯低于基質(zhì)，表明MT微亮晶方解石比底基質(zhì)固結(jié)早，且在上覆沉積物沉積之前固結(jié)形成(孟祥化等，2006)。最近，對全球10個不同盆地的87個MT樣品的Fe、C、O同位素和主、微量元素、TOC以及S含量的分析表明，幾乎所有的樣品中微亮晶的鐵同位素比基質(zhì)沉積物輕2‰(Hodgskissetal.， 2018)。而液化脈“于野外可以觀察到明確的與之相連的液化母巖層”(喬秀夫等，2017)，液化過程并不發(fā)生成分的改變(張邦花等，2016；喬秀夫等，2017)。

3)成巖與形成環(huán)境關(guān)系的不同。MT多形成于成巖早期未固結(jié)的沉積物中(Jamesetal.，1998；孟祥化等，2006)，元素含量測試結(jié)果(孟祥化等，2006；Hodgskissetal.， 2018)顯示MT的形成具有獨特的還原介質(zhì)環(huán)境，其發(fā)育豐度、形態(tài)和微旋回層序有較好的耦合關(guān)系，并且其形成嚴格受沉積環(huán)境和巖相的約束。據(jù)IGCP447項目工作組統(tǒng)計，全球絕大多數(shù)的MT發(fā)育于穩(wěn)定克拉通盆地淺水碳酸鹽巖緩坡臺地沉積環(huán)境(Mengetal.， 2003；孟祥化等，2006；Kuangetal.， 2007；曠紅偉等，2019)，且在形態(tài)組合方面，MT形態(tài)和其沉積環(huán)境有著對應(yīng)關(guān)系(孟祥化和葛銘，2004；曠紅偉等，2008；彭楠等，2010，2012)，而地震成因的液化脈顯然不具有上述特征。

4)時限約束不同。液化脈在任何地質(zhì)歷史時期都發(fā)育(喬秀夫等，2017)。雖然對于MT的成因問題有多種觀點，但是，不論哪種觀點，都把MT一詞的應(yīng)用限于碳酸鹽巖，都肯定它發(fā)育的時限性(Mengetal.， 2003；葛銘等，2003)。MT發(fā)育局限于特定的時限(ca. 2600—720-Ma)及其統(tǒng)一消亡的特征都是地震液化脈所不具有的，更是地震成因的液化脈不能解釋的。MT統(tǒng)一消亡的事實，表明其受控于全球統(tǒng)一的海洋地球化學(xué)條件，它們是原始古海洋的特殊沉積物類型(柳永清等，2010；Hodgskissetal.， 2018)。

5)發(fā)育的大地構(gòu)造背景不同。MT發(fā)育具有特定的大地構(gòu)造背景，主要形成于穩(wěn)定的克拉通盆地邊緣緩坡(Mengetal.， 2003)，在構(gòu)造活動區(qū)幾乎不發(fā)育；而地震液化脈主要發(fā)生在構(gòu)造活動區(qū)(喬秀夫等，1994，2017)。

6)成因不同。MT的形成與古大氣圈CO2濃度的突發(fā)下降期一致，是約束古大氣圈和古海洋環(huán)境變化的最靈敏標志(孟祥化等，2006)。對MT形成之謎的解答不可避免地要對其3個主要特征(MT形成空間的產(chǎn)生機制、微亮晶的形成和發(fā)育的時限)都要給出合理的解釋。MT的形成在大的方向上與古地理環(huán)境和古海洋環(huán)境有關(guān)： 特定的古海洋環(huán)境消失了，MT也消失了。最近新的測試數(shù)據(jù)將MT的研究推向深入，將MT的形成歸于微生物異化鐵還原成因，并指出蒙脫石供給和溶解無機碳的減少、海洋氧化作用的加強終結(jié)了MT的形成(Hodgskissetal.， 2018)。在這些新數(shù)據(jù)的解釋方面，地震成因失去了效力。并且，液化脈是否有地震引起的，還面臨著理論和實踐上的挑戰(zhàn)(馮增昭等，2017)。

6 結(jié)論

1)通過比較沉積學(xué)尤其是系統(tǒng)的巖石薄片分析，確定華北克拉通南緣新元古代何家寨組MT沉積于淺海緩坡沉積環(huán)境，具有早期成巖作用特征。

2)根據(jù)宏觀形態(tài)特征，將何家寨組MT劃分為垂直層理的絲帶狀、平行層理的絲帶狀、復(fù)雜揉皺絲帶狀、點斑狀、瘤狀體、球狀(原地沉積)、蠕蟲狀以及異地搬運再沉積的微亮晶碎屑，受到基質(zhì)巖性差異和水動力條件的綜合約束。

3)MT和地震成因的“液化脈”是不同的概念，二者在礦物學(xué)特征、元素含量、成巖與環(huán)境關(guān)系、形態(tài)組合、發(fā)育的時限約束、發(fā)育的大地構(gòu)造背景和地質(zhì)意義等多個方面存在明顯差異，何家寨組MT并非前人認為的是地震液化的產(chǎn)物。

目前，對全球MT的顯微組構(gòu)開展的系統(tǒng)對比研究將是深化MT認識的一個無法回避的研究內(nèi)容。

致謝本文第一作者曾在2009年全國第四屆沉積學(xué)大會以PPT形式，就本文主要內(nèi)容做過學(xué)術(shù)交流，得到了馮增昭先生、宋天瑞研究員、柳永清研究員、曠紅偉研究員和邵龍義教授等與會專家的指導(dǎo)，獲益良多。孟祥化教授是本文第一作者初涉沉積學(xué)領(lǐng)域的引路人，迄今仍清晰記得在孟老師身邊學(xué)習的點點滴滴，尤其是第一作者陪同孟老師在河南、江蘇野外考察微亮晶(臼齒)碳酸鹽巖剖面以及在賀蘭山地區(qū)考察寒武—奧陶系剖面的細節(jié)歷歷在目。作為對孟老師的懷念，現(xiàn)將當時的材料整理成文，希望與同行交流，請地學(xué)同仁批評指正。