蘇德辰，呂洪波，章雨旭，孫愛(ài)萍，朱曉青，賀靜，袁效奇

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京，100037；2)中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島，266580；3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，北京，100037；4)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島，266071；5)中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，西安，710018

內(nèi)容提要：北京地區(qū)中元古界霧迷山組主要由燧石條帶白云巖、燧石結(jié)核白云巖、疊層石白云巖和少量含陸源粉砂質(zhì)碎屑的白云巖組成，廣泛出露于北京山區(qū)，厚度2000～3500 m。以霧迷山組為代表的大量中元古代硅質(zhì)沉積物的物源和形成原因，一般教科書(shū)均認(rèn)為層狀燧石為生物成因，結(jié)核狀燧石為成巖交代成因。筆者等在北京西山等地多次野外考察發(fā)現(xiàn)，二維剖面上的硅質(zhì)條帶或硅質(zhì)結(jié)核在三維實(shí)體上實(shí)際上是透鏡狀或席狀(下一般稱(chēng)燧石席或硅膠席)。燧石席內(nèi)部常包裹或膠結(jié)有下伏白云巖的礫石并且因混有有機(jī)質(zhì)等，表現(xiàn)為各種暗色或雜色。硅膠席在上覆白云質(zhì)沉積物堆積之前與其周?chē)陌自瀑|(zhì)灰泥和粒屑幾乎同時(shí)形成，燧石透鏡體與白云質(zhì)沉積物之間存在著相互穿插、包裹的關(guān)系，但彼此之間邊界清晰，無(wú)論是白云石粒屑還是燧石席都沒(méi)有任何被交代痕跡。因此，筆者等認(rèn)為：燧石“結(jié)核”是硅膠聚集成席，再經(jīng)壓實(shí)、固化的結(jié)果，其渾圓狀邊緣是水下硅膠與沉積介質(zhì)的相變面。硅膠固化作用是北京西山中元古界霧迷山組中原生燧石的唯一成因。在成巖重力壓實(shí)過(guò)程中，連續(xù)分布的原生硅質(zhì)沉積物會(huì)形成布丁或“結(jié)核”構(gòu)造。白云質(zhì)灰泥和粒屑的膠結(jié)速度明顯快于硅膠的固化速度，遇地震等外力作用，軟的硅膠席會(huì)沿著弱固結(jié)的白云巖裂隙向上侵入或向下擠入，形成硅質(zhì)脈。遇有后期的巖漿侵入或熱變質(zhì)作用的改造，硅質(zhì)條帶和硅質(zhì)結(jié)核的成分和顏色會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，質(zhì)地變純，顏色由深變淺，但是仍然保留原生的層理或紋理，容易被誤認(rèn)為是成巖期或成巖后硅質(zhì)交代碳酸鹽礦物而成。

燧石主要由玉髓和微晶石英組成，化學(xué)成份為SiO2，是最重要的硅質(zhì)巖。自然界中，燧石呈層狀、條帶狀和結(jié)核狀分布在多個(gè)地質(zhì)時(shí)代的碳酸鹽巖中(葉連俊，1945；趙澄林，2001；杜遠(yuǎn)生等，2013)。

近年來(lái)，對(duì)于碳酸鹽巖地層中薄層狀或條帶狀燧石的成因多認(rèn)為是生物成因，少數(shù)為特殊環(huán)境的化學(xué)沉淀和地下熱泉、火山作用的產(chǎn)物。目前，許多權(quán)威的中、英文教科書(shū)或辭典等幾乎一致認(rèn)為結(jié)核狀燧石是成巖后已經(jīng)固結(jié)的碳酸鹽礦物被硅質(zhì)交代形成。例如，在SedimentaryGeology：AnIntroductiontoSedimentaryRocksandStratigraphy(Prothero，2014279)和Earth:PortraitofaPlanet(Marshak, 2015214)兩書(shū)中均認(rèn)為交代作用是形成燧石結(jié)核的唯一原因；Earth:AnIntroductiontoPhysicalGeology(Tarbuck and Lutgens, 2017)中認(rèn)為層狀的燧石為生物成因，結(jié)核狀燧石為交代成因。近年來(lái)出版的中文教材大多也采用了類(lèi)似的解釋(如：于炳松和梅冥相, 2016282,288)。

中元古界霧迷山組在京西的門(mén)頭溝和房山地區(qū)厚 2000 m左右，主要由白云巖構(gòu)成(占89%)，燧石條帶和燧石結(jié)核等硅質(zhì)巖成分占10%(鮑亦岡，1996)。筆者等在北京西山等地多次野外考察，特別是，門(mén)頭溝莊戶洼村附近的永定河谷(中心點(diǎn)參考坐標(biāo)為：北緯40°2′51"，東經(jīng)115°49′34")露頭十分清晰，可以看到許多三維實(shí)體，發(fā)現(xiàn)剖面上的硅質(zhì)條帶或硅質(zhì)結(jié)核，在三維實(shí)體中實(shí)際上是席狀燧石與碳酸鹽巖互層。燧石席內(nèi)部常包裹或膠結(jié)有下伏白云巖的礫石，燧石透鏡體與白云質(zhì)沉積物之間存在著相互穿插、包裹的關(guān)系，但彼此之間邊界清晰，無(wú)論是白云石粒屑還是燧石席都沒(méi)有任何被交代痕跡。用傳統(tǒng)的成巖交代說(shuō)根本無(wú)法解釋。故本文以北京西山中元古界霧迷山組野外露頭為主，結(jié)合少量其他地方的實(shí)例，討論白云巖中的燧石條帶、燧石席及其相互關(guān)系，探討碳酸鹽巖中的燧石條帶或燧石席的成因。

1 地質(zhì)背景

燕山—遼西中元古代裂陷槽以天津薊縣為中心，累計(jì)沉積形成的地層厚度9000余米。其中，凌源—平泉—興隆—密云—淶源一線為北東向的軸部同沉積斷裂帶(圖1a)(和政軍等，2000a；蘇德辰和孫愛(ài)萍，2011；Su Dechen et al., 2014)。

霧迷山組(“霧迷山灰?guī)r”)的命名地在原天津薊縣城西10余千米的無(wú)名山(Kao(高振西)et al.1934；田樹(shù)信和翟子梅，199629)。霧迷山組主要由燧石條帶白云巖、疊層石白云巖、瀝青質(zhì)白云巖及少量泥狀含粉砂質(zhì)碎屑白云巖、硅質(zhì)巖組成，以沉積韻律明顯、富含燧燧石和疊層石為特征。

霧迷山期的陸表海水域開(kāi)闊，水位極淺但變化頻繁，淺水相的沉積構(gòu)造和沉積韻律非常明顯(圖2)。霧迷山組中疊層石非常發(fā)育，有多種原生疊層石生長(zhǎng)的紋層。在疊層石生長(zhǎng)過(guò)程中因波浪等機(jī)械作用而破碎，有大量淺水動(dòng)蕩標(biāo)志的沉積構(gòu)造，如形態(tài)完好的小型波痕和干涉波痕、泥裂構(gòu)造、白云巖碎屑沉積形成的前積紋理等。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，霧迷山組中、下部地層中含有少量海相石英砂巖(北京市地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991)。作者在野外觀察發(fā)現(xiàn)有大量白云質(zhì)內(nèi)碎屑礫石，巖石薄片觀察有豐富的反復(fù)搬運(yùn)過(guò)的白云石和石英顆粒。無(wú)論宏觀還是微觀都顯示了很多顆粒已經(jīng)磨圓，而且顆粒大小混雜，為機(jī)械搬運(yùn)后再沉積的結(jié)果(圖2)。大量波痕、泥裂的存在說(shuō)明當(dāng)時(shí)白云巖沉積環(huán)境為碳酸鹽臺(tái)地，水體極淺，甚至位于平緩的潮間帶到潮下帶環(huán)境。

門(mén)頭溝莊戶洼附近的地層中有三疊紀(jì)輝長(zhǎng)巖、花崗斑巖和閃長(zhǎng)玢巖侵入體，并大多以巖床形式順層侵入(鄭桂森和方景玲，1994)。

2 莊戶洼剖面霧迷山組燧石特征

莊戶洼附近的霧迷山組總厚度約為2000 m。地層中含有大量黑色的燧石夾層(圖2a、b)、條帶、團(tuán)塊。白云巖巖層之間往往發(fā)育燧石夾層(圖2c)，剖面上的燧石團(tuán)塊，在三維露頭上事實(shí)上是連續(xù)的燧石層(圖2d)或者像網(wǎng)脈一樣沿層面彼此相聯(lián)(圖2e、f)。霧迷山組中所有燧石層出現(xiàn)的層位均含有明顯的淺水相沉積特征，如波幅極小的波痕(圖2g)、干涉波痕(圖2h)、龜裂、斜層理等(Su Dechen and Sun Aiping, 2012；Su Dechen et al., 2014)，這些淺水的波痕、斜層理等完全由白云質(zhì)的砂屑和礫屑構(gòu)成。

圖2 北京西山莊戶洼村露頭硅質(zhì)巖產(chǎn)狀與其伴生的波痕、干涉波痕:(a)霧迷山組中常見(jiàn)的硅質(zhì)條帶白云巖(正常風(fēng)化表面)；(b)霧迷山組中常見(jiàn)的硅質(zhì)條帶白云巖(河水沖刷后新鮮的巖石)；(c)上覆白云巖剝蝕后呈現(xiàn)出的硅質(zhì)巖；(d)隨著原始起伏層面而沉積的硅質(zhì)巖，呈現(xiàn)出明顯的薄厚變化；(e)附著在原始層面上的硅質(zhì)巖，其原始堆積與生物作用有關(guān)；(f)壓實(shí)、固結(jié)之后硅質(zhì)巖在剖面上呈現(xiàn)斷續(xù)分布，但在層面上多呈枝狀且互相連通，在剖面上顯示為底辟構(gòu)造；(g)與波痕共生的硅質(zhì)巖，主要賦存于波谷；(h)與干涉波痕共生的硅質(zhì)巖

在燧石層內(nèi)部經(jīng)常含有棱角分明、大小混雜的下伏白云巖角礫(圖3a、b)。這種現(xiàn)象與夏邦棟(1965)在江蘇寧鎮(zhèn)山脈古生代碳酸鹽地層中的觀察到的燧石結(jié)核產(chǎn)狀幾乎完全一樣。另外，在層面下方的裂縫中，見(jiàn)到硅質(zhì)巖貫入充填的現(xiàn)象(圖3b)。即使在完全包裹在白云巖層中的硅質(zhì)巖團(tuán)塊內(nèi)，也可見(jiàn)到白云巖的礫石，礫石與硅質(zhì)巖之間的邊界清晰，但是硅質(zhì)巖與外圍白云巖之間的界線有明顯凹凸變化。圖3c紅色箭頭處，粒屑白云巖有兩處明顯向硅質(zhì)巖團(tuán)塊內(nèi)部突進(jìn)。顯然，硅質(zhì)團(tuán)塊被白云質(zhì)灰泥包裹時(shí)具有一定的塑性，因而被白云質(zhì)礫屑“侵入”。

還可見(jiàn)到完全包裹在白云巖中的硅質(zhì)巖團(tuán)塊被拉斷，并發(fā)生明顯變形和錯(cuò)位現(xiàn)象，在拉斷的硅質(zhì)巖團(tuán)塊中間還包裹有邊界截然的白云巖礫石(圖3d紅色箭頭)，白云巖與硅質(zhì)巖之間沒(méi)有任何交代、置換的痕跡。

有些成層的硅質(zhì)巖見(jiàn)有明顯的底辟現(xiàn)象(圖3e、f)，并且底辟的規(guī)模與硅質(zhì)巖的原始厚度有一定的正相關(guān)性。有些覆蓋在硅質(zhì)巖之上的薄層白云巖還出現(xiàn)了被硅質(zhì)巖向上擠裂的現(xiàn)象(圖3g紅色箭頭處)。有些在剖面上呈眼球狀的硅質(zhì)結(jié)核，具有多層的同心紋層，以前認(rèn)為是典型的成巖結(jié)核(圖3h①)，仔細(xì)觀察，這種同心層都是原始的硅質(zhì)巖和白云巖互層變形的產(chǎn)物，從剖面上看好像孤立的同心結(jié)核，實(shí)際上它的周?chē)€有橢圓形態(tài)的硅質(zhì)結(jié)核(圖3h②)，再向周?chē)匪鳎c之相同層位但距離稍遠(yuǎn)處還有近層狀的硅質(zhì)透鏡(圖3h③)，它們?nèi)卟⒉皇潜舜斯铝?，而是彼此連通(詳見(jiàn)后面討論部分)。

圖3 北京西山莊戶洼村露頭硅質(zhì)巖野外產(chǎn)狀

最為典型的是在多個(gè)不同層位的硅質(zhì)巖團(tuán)塊和結(jié)核中發(fā)現(xiàn)了明顯被白云巖脈侵入或切穿的現(xiàn)象(圖4a—d)，這種硅質(zhì)巖被白云巖侵入的現(xiàn)象與筆者等之前發(fā)現(xiàn)的白云巖被硅質(zhì)巖脈侵入的現(xiàn)象(圖5及Su Dechen et al., 2014),都在莊戶洼剖面，但在不同的層位。這些現(xiàn)象說(shuō)明：硅質(zhì)團(tuán)塊包裹在白云質(zhì)灰泥中雖然尚有一定的塑性，但隨著時(shí)間的推移而逐漸變脆，當(dāng)整體受到外來(lái)應(yīng)力時(shí)局部發(fā)生脆性破裂，于是尚未固結(jié)的白云質(zhì)灰泥貫入裂縫之中形成白云質(zhì)“砂脈”。

圖4 硅質(zhì)巖被白云巖穿刺“侵入”的現(xiàn)象

筆者等對(duì)2014年報(bào)道的硅質(zhì)巖脈侵入到白云巖中的古地震現(xiàn)象又進(jìn)行了深入觀察，在同一地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了更多的硅質(zhì)沉積物向上涌動(dòng)或流動(dòng)的痕跡(圖5)。

圖5a 清晰地記錄了地震發(fā)生時(shí)各層位的狀態(tài)以及硅質(zhì)沉積物在地震時(shí)發(fā)生觸變流動(dòng)的軌跡。當(dāng)時(shí), 下部的三層白云巖(Dol①、Dol②和Dol③)已經(jīng)基本固結(jié),地震發(fā)生時(shí)只能產(chǎn)生脆性變形,但上部的白云質(zhì)灰泥(Dol④)仍處于半固結(jié)狀態(tài)。而介于三層白云質(zhì)沉積物之間的硅膠(Si①和Si②)仍處于半固結(jié)狀態(tài)。強(qiáng)烈的地震導(dǎo)致兩層硅膠之間已經(jīng)固結(jié)的第2層白云巖(Dol②)出現(xiàn)裂隙——地裂縫, 與此同時(shí)，兩層硅質(zhì)巖(Si①和Si②)發(fā)生觸變流動(dòng), 底層的硅膠(Si①)通過(guò)第2層白云巖(Dol②)中的裂隙與上部的硅膠層(Si②)匯合后，沿著第3層白云巖(Dol③)的裂隙向上穿刺,在第4層白云巖(Dol④)中形成兩條細(xì)脈。最終形成現(xiàn)在這種觸變脈(塑性變形)和地裂縫(脆性變形)共存的現(xiàn)象。

圖5 白云巖中的硅質(zhì)巖脈

3 霧迷山組硅質(zhì)巖成因討論

3.1 成因爭(zhēng)論史

硅質(zhì)巖的成因曾經(jīng)是地質(zhì)學(xué)界爭(zhēng)論的熱門(mén)話題，涉及物源、沉積和成巖整個(gè)過(guò)程。

燧石性脆質(zhì)堅(jiān)，自古就是人類(lèi)文明的重要原料，也是現(xiàn)代地質(zhì)科學(xué)很早關(guān)注的研究對(duì)象(例如：Lyell, 1830，1871)。Woodward(1864)在燧石標(biāo)本中識(shí)別了出明顯的海綿結(jié)構(gòu)，認(rèn)為燧石為生物成因。許多學(xué)者則認(rèn)為，海水中的硅質(zhì)膠體具有極強(qiáng)的吸附性，不僅彼此之間吸附，還吸附其周邊的物質(zhì)，凝聚固結(jié)而形成燧石，硅質(zhì)的來(lái)源主要為陸源物質(zhì)的風(fēng)化溶解(Prestwich，1888；Tarr，1917；Pettijohn, 1949；Humphries, 1956; Tresise, 1961；Hesse, 1989)。然而，也有學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，正常溫度下海水中溶解的硅質(zhì)不足以達(dá)到無(wú)機(jī)沉淀的濃度，除非附近有火山活動(dòng)(Krauskopf，1956)。

1967年，Eugster在肯尼亞馬加迪湖的湖床中發(fā)現(xiàn)了兩種新的含水硅酸鈉礦物(馬加迪石和肯尼亞石)，并認(rèn)為這兩種礦物是在堿性鹽水中經(jīng)化學(xué)沉淀形成，最終轉(zhuǎn)變?yōu)殪菔?Eugster，1967; 1969)。然而，Behr和R?hricht(2000)認(rèn)為，肯尼亞馬加迪湖中只有極少的燧石直接源于化學(xué)沉淀，大多數(shù)燧石不是化學(xué)沉淀成因，而是在生物作用的參與下形成的。

20世紀(jì)70年代中后期，F(xiàn)olk等對(duì)意大利4個(gè)中生代盆地的燧石結(jié)核、透鏡體和燧石層進(jìn)行了研究，認(rèn)為這些燧石均為生物成因的硅質(zhì)交代碳酸鹽礦物后所形成(Folk and McBride, 1978; McBride and Folk, 1979)。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，Murray對(duì)不同大地構(gòu)造環(huán)境的燧石進(jìn)行了較系統(tǒng)的地球化學(xué)研究，并于1994年對(duì)燧石的沉積環(huán)境與地球化學(xué)特征之間的判別進(jìn)行了系統(tǒng)的論述。Murray同時(shí)指出，地球化學(xué)數(shù)據(jù)并非判定燧石成因環(huán)境的靈丹妙藥，更不應(yīng)該只限于某一種地球化學(xué)指標(biāo)，必須結(jié)合全面的地層學(xué)和巖石學(xué)研究。(Murray，1994)。讓Murray言中的是，這些以地球化學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)研究的“成果”被效仿者奉為至寶，以至于很多研究舍棄了基本的野外觀察、描述和現(xiàn)場(chǎng)分析。

中國(guó)大陸廣泛分布著從前寒武紀(jì)到古生代多個(gè)地質(zhì)時(shí)代的碳酸鹽巖，很多碳酸鹽巖中夾有燧石構(gòu)成的硅質(zhì)層、硅質(zhì)條帶或硅質(zhì)結(jié)核，有些時(shí)代的碳酸鹽巖地層中硅質(zhì)巖的含量極高。葉連俊(1945)對(duì)云南昭通石炭系煤系中的燧石進(jìn)行了系統(tǒng)研究，認(rèn)為這些燧石層的硅質(zhì)來(lái)源于陸地巖石風(fēng)化，在海水中呈膠體形式存在，在合適的條件下發(fā)生化學(xué)沉積而形成。任磊夫(1959)對(duì)湖北荊襄震旦紀(jì)地層中的硅質(zhì)結(jié)核進(jìn)行了詳細(xì)的野外觀察和對(duì)比研究，認(rèn)為這些結(jié)核是沉積于海底的硅膠在成巖階段重新聚集所形成，為無(wú)機(jī)成因。夏邦棟(1965)對(duì)江蘇寧鎮(zhèn)山脈古生代碳酸鹽巖地層中的燧石結(jié)核進(jìn)行了詳細(xì)觀察和研究，發(fā)現(xiàn)了在層間的間斷時(shí)間較短的古侵蝕面和縫合線中存在的兩類(lèi)原生燧石結(jié)核，它們都是在上覆碳酸鹽物質(zhì)堆積之前與其周?chē)某练e物同時(shí)形成，其內(nèi)部常膠結(jié)有下伏巖石的礫石，是同沉積的二氧化硅的膠凝體聚集形成。張蔭本(1966)則認(rèn)為，寧鎮(zhèn)山脈古生代碳酸鹽巖地層中除了有無(wú)機(jī)成因的燧石外，還有生物成因(有機(jī)成因)和生物化學(xué)成因的燧石，并給出了四川盆地二疊紀(jì)地層的燧石結(jié)核中有大量微體動(dòng)物化石的實(shí)例。趙澂林等(1977)對(duì)太行山中北段高于莊組—霧迷山組中的燧石成因和硅質(zhì)來(lái)源進(jìn)行了詳細(xì)的研究，在霧迷山組硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了瀝青質(zhì)和藻類(lèi)結(jié)構(gòu)。

張鵬遠(yuǎn)(1979，1980, 1982)、趙澂林(1980)、朱浩然等(1980)、劉志禮等(1982)和孫淑芬等(2006)分別報(bào)道了薊縣和北京西山的霧迷山組燧石中發(fā)現(xiàn)了綠藻等微體古生物化石。Ding Tiping 等(2017)發(fā)現(xiàn)在高于莊組到霧迷山組的沉積過(guò)程中，海水中δ30Si值達(dá)到了自古元古代以來(lái)的峰值，說(shuō)明在這段時(shí)間中海水中溶解的硅濃度急劇下降。這個(gè)急劇下降期恰好對(duì)應(yīng)于中元古界中燧石最為發(fā)育的階段。任國(guó)選等(2008)和趙悅等(2019)則認(rèn)為，中元古界中的燧石條帶“是一種具有時(shí)代特征的同沉積的生物化學(xué)沉積”。

具體到霧迷山組，可以歸納為兩個(gè)主要問(wèn)題，一是硅質(zhì)的來(lái)源，二是硅質(zhì)巖的成巖機(jī)制。

3.2 硅質(zhì)來(lái)源

部分學(xué)者認(rèn)為中元古界霧迷山組中的硅來(lái)源于富硅的熱水活動(dòng)或火山噴發(fā)(例如：任國(guó)選等，2008)，另有學(xué)者認(rèn)為來(lái)源于生物(例如：趙悅等，2019)或陸源物質(zhì)的長(zhǎng)期風(fēng)化。如前所述，霧迷山組分布面積巨大，有大量的硅質(zhì)巖，如果這些硅質(zhì)來(lái)源于火山活動(dòng)，那么，霧迷山組中應(yīng)該有大量的火山活動(dòng)遺跡。而事實(shí)上，整個(gè)華北地區(qū)中—新元古代的火山活動(dòng)遺跡主要見(jiàn)于大紅峪組和團(tuán)山子組，其中，大紅峪組中的火山巖分布面積達(dá)到600 km2，在北京平谷區(qū)的最大厚度達(dá)到718 m(和政軍等，2000b)。在其他各組如高于莊組、霧迷山組、楊莊組、鐵嶺組和下馬嶺組中都很少見(jiàn)到火山產(chǎn)物，這也是包括霧迷山組在內(nèi)的中元古代地層直到最近十余年才找到極少量的凝灰?guī)r測(cè)年樣品的原因(李懷坤等，2014；高林志等，2007，2011；Su Wenbo et al.，2010；Su Wenbo, 2016)。在常州溝組沉積之前，華北已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)億年的風(fēng)化剝蝕，中元古代的海洋中雖然沉積了上千米厚的石英砂巖，但一定有足夠多的硅質(zhì)溶于海水中，這些硅質(zhì)更可能是高于莊組和霧迷山組中硅質(zhì)巖的重要來(lái)源。

地震液化溢出丘的圍巖是莊戶洼附近最典型的巖石(圖6a)，鏡下研究發(fā)現(xiàn)，巖石主要為含有石英砂屑和殘余菌藻的亮晶白云巖，白云石總含量93%，以砂屑和膠結(jié)物兩種形式存在。巖石中含有以石英顆粒為主的陸源組分，石英含量5%，為次圓狀，粒徑0.1～0.3 mm，可見(jiàn)殘留加大邊，個(gè)別石英碎屑內(nèi)含有電氣石礦物包裹體，分布不均勻，局部相對(duì)富集(圖6b)。

溢出丘頂部的黑色的硅質(zhì)巖中，隱晶質(zhì)石英90%以上，有少量放射球粒狀玉髓；硅質(zhì)巖中有10%左右的粒狀藻鮞，直徑約為0.2 mm，以同心狀為主，個(gè)別呈放射狀(圖6c，圖6d)，放射狀的藻鮞很可能是原始的生命結(jié)構(gòu)，這種質(zhì)地比較純的硅質(zhì)巖在形成過(guò)程中，有生物作用的參與。

根據(jù)霧迷山組中大量疊層石、薄片中同心狀硅質(zhì)藻鮞和放射狀硅質(zhì)藻絲的存在(圖6)，說(shuō)明霧迷山組中的硅質(zhì)巖的形成在一定程度上受到生物活動(dòng)影響，析出后的聚集過(guò)程則主要受海洋的物理化學(xué)條件和生物作用共同控制，而發(fā)生選擇性的聚集和沉淀。

圖6 北京西山莊戶洼村霧迷山組硅質(zhì)白云巖、硅質(zhì)巖的顯微特征

筆者等在此強(qiáng)調(diào)的是：無(wú)論是從海水中直接沉淀或是微生物介導(dǎo)聚集，這些硅質(zhì)沉積物在白云巖灰泥表面堆積時(shí)為典型的硅膠軟團(tuán)，與海水之間有明顯的相變界面，以硅膠形式凝聚在海底直到最終固化成巖階段，與白云質(zhì)灰泥(碳酸鹽碎屑)一起經(jīng)歷了機(jī)械沉積作用以及相應(yīng)的軟沉積物變形作用。在特殊的外力作用下(例如地震、海嘯的振蕩作用甚至正常的重力壓實(shí)作用)，未固結(jié)的硅膠團(tuán)塊會(huì)發(fā)生聚集變形形成底辟構(gòu)造、或以硅質(zhì)脈的形式侵入到其外圍未固結(jié)沉積物中。因此，這些硅質(zhì)巖從凝聚在海底開(kāi)始到最終固結(jié)成巖，最主要的變化就是硅膠固化作用，而影響其固化的主要因素就是時(shí)間。

3.3 硅質(zhì)巖的形成過(guò)程

大量的野外實(shí)地觀察證明，至少霧迷山組中絕大多數(shù)暗色條帶狀、結(jié)核狀、團(tuán)塊狀的硅質(zhì)巖為原生成因，而非后期交代成因。那些因古地震而刺穿白云巖的硅質(zhì)液化脈以及被白云巖細(xì)脈刺穿的硅質(zhì)巖無(wú)可爭(zhēng)辯地證明，霧迷山組中主要的硅質(zhì)沉積物為原生成因。原生的硅質(zhì)巖中又可進(jìn)一步分為生物吸附聚集和和硅膠凝聚堆積。生物成因?yàn)樵脑瀵B層石吸附聚集和鮞粒吸附聚集，主要表現(xiàn)為硅質(zhì)的紋層狀結(jié)構(gòu)。硅膠凝聚團(tuán)塊堆積的硅質(zhì)巖主要表現(xiàn)為各種形態(tài)的硅質(zhì)巖透鏡體、薄餅、薄層等，這種形態(tài)的硅質(zhì)巖占主導(dǎo)地位，在二維的剖面上表現(xiàn)為硅質(zhì)結(jié)核或條帶。

硅質(zhì)膠體因遵循能量最低原理及自重而在白云質(zhì)灰泥表面的低洼處聚集成透鏡體或席狀體(圖7a、b)，繼而呈層狀覆蓋在白云質(zhì)灰泥之上(圖7c)。其上再被后來(lái)的白云質(zhì)灰泥、碎屑所覆蓋，在重力作用下，硅質(zhì)膠團(tuán)經(jīng)常表現(xiàn)為大小不等的片狀分布，而二維的剖面上則表現(xiàn)為硅質(zhì)層、硅質(zhì)條帶和硅質(zhì)結(jié)核(圖7d)。硅膠席在完全固結(jié)前，容易因地震等外力作用而發(fā)生變形。

圖7 霧迷山組中的硅質(zhì)巖形成模式：(a)—(c)硅膠席的形成過(guò)程；(d)硅膠席在成巖期間經(jīng)差異壓實(shí)或外力而變形，最終固結(jié)成燧石結(jié)核、燧石條帶或燧石層

極淺水的碳酸鹽臺(tái)地常常遭受風(fēng)暴和大浪襲擊，因此白云質(zhì)灰泥、碎屑反復(fù)搬運(yùn)、再聚集，半固結(jié)狀態(tài)的硅膠可以被打碎并裹挾到白云質(zhì)灰泥中二次搬運(yùn)，因此事件沉積灰泥層內(nèi)不僅有大小不等的白云石角礫或磨圓的礫石，也可見(jiàn)變形的燧石團(tuán)塊和燧石角礫等。

3.4 硅膠固化后經(jīng)受改造的硅質(zhì)巖

霧迷山組中確實(shí)有部分硅質(zhì)巖在成巖之后發(fā)生改造變化，即在原生的硅質(zhì)條帶基礎(chǔ)上發(fā)生重結(jié)晶，原生的暗色條帶變成質(zhì)地純凈的淺色燧石甚至是石英，但原始的硅質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)狀依然保留(圖8a，圖8c②)，呈層狀或紋層狀產(chǎn)出。重結(jié)晶作用的熱源與區(qū)域上印支期巖漿活動(dòng)有直接關(guān)系，只不過(guò)這里的巖漿活動(dòng)強(qiáng)度較小，白云巖沒(méi)有變?yōu)榘自瀑|(zhì)大理巖。

還有一種硅質(zhì)巖質(zhì)地極純，沿著成巖后的裂隙發(fā)育，不受層理或?qū)用婵刂?，是含二氧化硅的溶液沿著后期?gòu)造作用形成的空間沉淀生成(圖8b，圖8c③))，明顯受構(gòu)造作用控制。此類(lèi)硅質(zhì)巖含量極少。

圖8 成巖后重結(jié)晶的硅質(zhì)巖(a)和后期熱液硅質(zhì)脈體(b)

3.5 硅質(zhì)的來(lái)源及海洋物理化學(xué)環(huán)境

本文僅從燧石結(jié)核(條帶)、硅質(zhì)席與白云巖的關(guān)系及沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，證明燧石結(jié)核、燧石層或燧石條帶等是由淺水中的硅膠席固化而成，是沉積原生的而不是成巖后生的，生物作用是次要的。而構(gòu)成硅膠的硅質(zhì)來(lái)源，尚不清楚，可能有陸源搬運(yùn)而來(lái)，也可能有海底熱水帶來(lái)。

依本文證據(jù)可以確認(rèn)，中元古界霧迷山組沉積時(shí)，海底同時(shí)存在原生的白云石砂和硅質(zhì)膠體，這樣的海水物理化學(xué)條件似乎比較苛刻，尚需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)北京西山中元古代霧迷山組白云巖及燧石條帶進(jìn)行的野外觀察和薄片研究，筆者等得到結(jié)論如下：

(1)燧石“結(jié)核”并非結(jié)核，而是硅膠席經(jīng)過(guò)壓實(shí)固化的結(jié)果。霧迷山組中的白云巖主要為白云質(zhì)碎屑和灰泥的機(jī)械堆積和藻類(lèi)粘結(jié)成因，白云巖與硅膠席之間長(zhǎng)期反復(fù)相互覆蓋，構(gòu)成了霧迷山組巨厚的硅質(zhì)白云巖建造。

(2)硅質(zhì)條帶、硅質(zhì)團(tuán)塊或硅質(zhì)層與白云巖之間的界線清晰。硅質(zhì)沉積物聚集的部位或?qū)游蛔畛０l(fā)育于白云巖層面面上，尤其是有較強(qiáng)侵蝕作用的間斷面上，硅質(zhì)體內(nèi)部常有大小不等但邊界明顯的白云質(zhì)礫屑。

(3)白云質(zhì)碎屑和灰泥的膠結(jié)速度明顯快于硅膠席的固化速度，當(dāng)上覆白云質(zhì)灰泥已經(jīng)弱固結(jié)時(shí)，其下的硅膠團(tuán)塊仍然保持一定程度的塑性或流動(dòng)性。所以，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，或上覆沉積物厚度過(guò)大時(shí)，軟的硅膠層沿著半固結(jié)的白云質(zhì)灰泥層中的裂隙向上侵入或向下方的裂隙擠入，形成多種軟沉積物變形構(gòu)造。

(4)硅膠固化作用是北京西山莊戶洼地區(qū)中元古界霧迷山組中原生燧石的唯一成因。其他地區(qū)其他時(shí)代的含硅質(zhì)條帶的碳酸鹽巖應(yīng)當(dāng)可能有相似的形成過(guò)程。

(5)本文證據(jù)表明，在中元古代霧迷山組沉積時(shí)期，海水中存在大量硅質(zhì)和碳酸鎂，因而可以直接形成硅膠席和白云質(zhì)灰泥和砂屑、礫屑等，現(xiàn)代海洋環(huán)境不具備這樣的條件。對(duì)于霧迷山期的海洋環(huán)境，如離子濃度、pH、Eh等，尚需進(jìn)一步研究。

謹(jǐn)以此文祝賀楊文采主編80華誕！