中地數媒 2020-01-16

一、北京西山等地微晶丘的發現

微晶丘是由微晶方解石、微生物及其他成分共同營造的具有丘狀外貌的地質體（Tsien Hsien-Ho，1990；錢憲和等，1991），比較難以識別。

筆者等在北京西山下葦甸、丁家灘、韭園、山西渾源懸空寺、恆山及河北淶源等地區作寒武系—奧陶系層序地層學研究（季強等，1997；章雨旭等，1997；Wang Chengshu et al。，1996；章雨旭等，1996）時，發現寒武系頂部—奧陶系底部有一套厚40m左右的灰白色厚層塊狀灰巖，其CaCO

3

含量可高達98%，被稱為“純灰巖”，在多處作為化工原料和冶金熔劑開採。而對“純灰巖”的性質和成因一直沒有明確的認識和解釋。筆者等在野外發現其為丘狀形態，初步定為泥晶丘（季強等，1997），室內研究時發現“純灰巖”主體由微晶方解石組成，其他為原地絲狀藻叢、隱粒狀藻凝塊及微晶藻團塊、碎屑（內碎屑、藻屑）和不規則狀晶洞群，並有少量不規則條帶狀黑色有機質殘餘物（成巖過程中藻類重結晶時的析出物）；因此“純灰巖”實屬由微晶方解石、藍綠藻和碎屑共同營造的大型微晶丘（micrite mound）。同時在微晶丘中、上部發現大量風化面為褐黃色的異地白雲岩礫塊及其礫屑、砂屑，其成分及結構與下伏鳳山組頂部具特殊結構的細晶白雲岩相同，推測其來自鄰區，因此微晶丘代表冶裡層序的低水位體系域。

二、微晶丘的宏觀特徵

（一）微晶丘的外貌

在北京西山韭園剖面，微晶丘下部為25m厚的灰白色塊狀灰巖，夾6層薄層粘土巖，一般幾至十幾釐米厚（圖7-1，圖7-2），上部為含白雲岩碎屑的藻微晶灰巖與不含白雲岩碎屑的純藻微晶灰巖互層，頂部呈丘狀。內夾2層白雲岩條狀礫塊層（圖7-2），近頂部夾1層粘土巖。

7層粘土巖和2層白雲岩礫塊代表了9個微晶丘生長停滯期——由於9次海平面小規模下降，陸源物質帶入使水體短暫變混濁導致藻類窒息死亡。微晶丘頂部呈明顯的圓丘狀（圖版7-Ⅰ-1）。

（二）微晶丘與側向岩層關係

在韭園、下葦甸、丁家灘等剖面均可清楚地觀察到稍晚沉積的地層向丘頂上超（圖版7-Ⅰ-1），上超地層厚度由丘側向丘頂逐漸減薄，而與微晶丘基本同期的地層只侷限於丘側。

（三）微晶丘與下伏地層的關係

微晶丘的下伏地層為寒武系鳳山組頂部一套淺緩坡相巖性組合（圖7-3，圖版7-Ⅰ-3），白雲岩化程度自下而上逐漸加強，表現為高水位體系域晚期特徵。自下而上出現的岩石微相依次為：

圖7-1北京西山大型微晶丘宏觀特徵素描圖（據季強等，1997）

圖7-2北京西山大型微晶丘柱狀剖面圖

1。小型灰白色藻丘灰巖相

小型灰白色藻丘（圖7-3，圖版7-Ⅰ-3）由藻泥晶灰巖和富有機質砂屑粒泥灰岩組成，其間填充灰黃色具生物擾動白雲質藻屑砂屑顆粒灰巖，基底為竹葉狀灰巖、礫屑砂屑灰巖等，發育於淺緩坡環境，其內部結構與純灰巖微晶丘很相似，應視為大型微晶丘的鋪墊和前奏。

2。白雲質砂屑藻屑灰巖相

為白雲石化的棕色砂屑藻屑灰巖，其大部分碎屑來自下伏小型微晶丘灰巖，也發育個別灰白色小丘體。當白雲石化強烈，僅存有少量殘餘砂屑時，為砂屑白雲岩，交代較徹底時為不等粒白雲岩，僅從不等粒形態上反映出原始巖性可能為顆粒質。白雲岩化程度由底至頂逐漸加強。

3。具特殊結構的細晶白雲岩相

該岩石表面為棕黃色，岩層頂面呈舒緩波狀，內部結構緻密均一。薄片觀察發現其結構很特殊：細長條狀他形白雲石（經染色證實）互相交織，其間均勻分佈少量菱形白雲石，晶間常有粉砂狀鐵質碎屑。細長條狀白雲石晶粒一般0。015mm×0。070mm，為準同生白雲石化形成。菱形白雲石晶體長軸有一致的方向，粒度一般為0。05mm×0。13mm，為成巖白雲石化形成（圖版7-Ⅱ-1）。晶間的粉砂狀鐵質碎屑則為白雲岩化過程中的析出物。該類岩石構成微晶丘的直接基底，其成分及結構特徵與上覆“純灰巖”微晶丘中白雲岩礫塊、礫屑、砂屑等的成分及內部結構相同，也與三山子白雲岩十分相似，可以作為區域對比的標誌層。

所以，微晶丘與下伏鳳山組為漸變過渡關係。

（四）微晶丘與上覆地層的關係

微晶丘頂部被一層橫向延伸穩定、厚度在5～30cm不等的碎屑灰巖所截切，由次圓狀細礫屑、砂屑、暗色藻屑及微晶化灰泥組成，代表冶裡層序海侵初期的沉積，其上覆冶裡組具生物擾動薄層白雲質泥晶灰巖、白雲岩中仍夾有很薄的透鏡狀富藻微晶灰巖（圖7-4，圖版7-Ⅰ-4），代表大型微晶丘的尾聲，表示微晶丘與上覆冶裡組屬連續過渡沉積。

圖7-3微晶丘與下伏鳳山組淺緩坡相序列的過渡關係

圖7-4微晶丘與上覆冶裡組中緩坡相序列的過渡關係

因此在寒武紀末期華北地臺發生大規模海退時，海水並未完全退出北京西山及山西渾源等地區，在北京西山地區的反映是微晶丘中的7層陸源粘土層及2層來自暴露區的白雲岩礫塊、礫屑、砂屑混入物。

三、微晶丘的內部特徵

微晶丘由一套灰白色厚層塊狀灰巖疊置而成，底部岩石中含大量次圓-圓狀砂礫屑（圖版7-Ⅱ-2），大部分為藻屑，分佈在藻間水道中，發育水平層理，部分砂礫屑呈豎向或斜向排列，系受到藻類生長方向限制所致；下部（25m以下）以微晶灰巖、內碎屑及藻屑灰巖為主（約50%），層間隔以粘土巖，基本不含褐色白雲岩碎屑（此時鄰區尚未暴露出水）；灰白色不規則狀藻團塊個體較小，一般為10～25cm，由定向排列的藻絲、藻凝塊、微晶藻團（圖版7-Ⅱ-3）。藻類鑑定據餘素玉（1988）、Wray（1980）和弗呂格爾（1984）及藻間亮晶孔洞組成，藻體較短，代表微晶丘的初始階段。

微晶丘中、上部含大量異地白雲岩碎屑（海平面再次下降，鄰區已暴露），丘內藻絲狀體、藻凝塊、藻微晶團塊定向排列成火焰狀，藻叢間為豎向延伸的晶洞及微晶方解石。原地藻叢組成的藻灰巖寬可達幾十釐米，藻間填充物由具正粒序的次圓狀礫砂屑微晶灰巖及黃色細砂屑白雲岩或已被改造的黃色粗亮晶白雲岩組成（圖7-5，圖版7-Ⅱ-4）。藻絲、藻凝塊及藻微晶團塊自下而上單體長度、寬度增大。

在微晶丘中可識別出以下兩種岩石微相。

（一）微晶灰巖-藻粘結灰巖相

灰白色微晶灰岩層內或灰白色藻粘結灰巖團塊內部不含白雲岩碎屑、內碎屑及藻屑，但藻層間或藻團塊間含有灰白色藻屑或內碎屑。藻絲團及藻凝塊構成的生長狀藻叢、藻絲體基本平行排列，藻絲團間為亮晶膠結。藻粘結灰巖固結了大量內碎屑及陸源碎屑，微生物及藻類又可生成並凝聚大量灰泥，共同構成微晶丘的核心。該岩石微相可由以下幾種巖性組成：

1。藻粘結灰巖（圖版7-Ⅰ-5，7-Ⅱ-5）

由藻叢、藻團及藻凝塊組成，顯微鏡下絲狀藻叢、微晶藻團及藻凝塊定向排列，似飄動的火焰（圖版7-Ⅱ-5）。由於藻類發生降解作用，只在絲體中心為黑色彎曲狀，四周已為模糊的灰色，原為隱粒結構的藻團也已微晶化。叢狀藻絲體不分叉，為絲帶狀藍綠藻；微晶藻團及藻凝塊可能為腎形藻，藻間由亮晶方解石充填，代表中等能量的清潔水環境，區域性伴生的幹縮孔，與海平面下降的大背景下出現的粘土層、碎屑白雲岩層及淡水淋濾晶洞相吻合。

2。含陸源石英晶屑的藻粘結灰巖

由短藻叢及藻團、藻凝塊組成，藻間散落著他形礫屑狀石英顆粒，藻內則無石英屑。是由間歇性的碎屑流將陸源石英晶屑帶至下緩坡沉降而成。

自下而上藻叢、藻團及藻凝塊變長、變大，反映了藻類生長逐漸繁盛的自然過程。

3。具不規則孔洞的藻粘結灰巖（圖版7-Ⅰ-5）

灰色塊狀藻粘結灰巖中孔洞呈不規則層狀、指狀、眼球狀等，由柱狀、馬牙狀粗晶方解石填充，受藻類生長方向控制而多為不規則狀。顯微鏡下表現為圍繞生長狀藻叢（由定向藻絲、藻凝塊及藻團組成）參差不齊的冠部形成殼狀方解石沉澱層，由裡向外依次為：①乾淨細晶方解石；②多層弧形柱狀、馬牙狀方解石粗晶，具波狀消光，層間有殘餘有機質，為典型鈣結殼；③剩餘空間由向孔洞中央粒度加大的粒狀方解石填充。

孔洞成因：一是藻腐孔，屬原生孔隙；二是大氣淡水的滲流作用造成的成巖孔隙。二者均在滲流帶下部被充填，是藻層曾暴露於大氣的證據。

上述3類岩石構成微晶丘的核心，其中含陸源石英晶屑的藻粘結灰巖、具不規則孔洞的藻粘結灰巖分佈在微晶丘的下部，純藻粘結灰巖則上、下均有分佈。

（二）含白雲岩礫塊、礫屑、砂屑的藻粘結灰巖相（圖版7-Ⅰ-2）

微晶丘中、上部白雲岩礫塊、礫屑、砂屑等的分佈規律是：黃色白雲岩礫塊（10cm×30cm左右）常常在岩層底部，礫屑、砂屑則在岩層上部或僅在礫塊周圍，這些碎屑分佈在藻叢間，與深灰色藻團、藻凝塊及不規則晶洞共生。

顯微鏡下發現白雲岩碎屑具特殊的細晶結構，由細長條狀他形白雲石互相交織而成，與下伏鳳山組頂部白雲岩的內部結構相同。由於搬運過程中Fe

2+

被氧化成Fe

３+

，故白雲岩礫屑在露頭上呈黃褐色，在顯微鏡下為半透明狀。

1。含白雲岩礫塊的藻灰巖

白雲岩礫塊在藻灰巖中的產狀及被改造特徵有以下幾點：①出現在底部，其周圍同時有大量同巖性礫屑、砂屑；②成層排列時，其長軸平行層面（圖版7-Ⅰ-2），較平整的面朝下呈最穩定態；③其底面常常有基本等厚的方解石柱晶環邊（圖版7-Ⅰ-2），頂面及側面則常常被改造成似碎屑狀（圖7-6）或尖稜角狀，在頂面上常出現極粗大方解石晶簇。

白雲岩礫塊破碎的表面與淡水淋濾有關：海退期，微晶丘多次進入大氣淡水滲流帶，當淡水自上必然沿白雲岩與藻叢之間的結構薄弱面運移，流經礫塊上層面時沿水平方向將其溶蝕，CaCO

3

飽和溶液隨後又在凹凸不平的溶蝕表面上沉澱，形成似碎屑狀的上層面；一部分淡水在重力作用下沿礫石側面下移溶蝕，隨後沉澱，形成似碎屑狀側面，而水溶液在礫塊底部交匯沿底面沉澱出等厚方解石環邊。當礫塊頂部出現下凹時，則在凹處形成粗大方解石晶簇。

圖7-5微晶丘內藻層與藻間填隙物

圖7-6白雲岩礫塊受淡水改造示意圖

A—方解石柱晶層；B—似礫屑狀白雲石交代殘餘；C—方解石晶洞及細脈而下淋濾時，

2。含白雲岩礫屑、砂屑藻灰巖

多數白雲岩礫屑和砂屑呈不規則交代殘餘狀，不定向分佈在藻叢間空隙中心（圖7-7，圖版7-Ⅱ-6），周圍環繞方解石柱晶同心層，形成晶洞構造。少數定向分佈在藻間水道中，形成水平層理。碎屑的不規則形態與成巖期淡水作用有關：大氣淡水或混合水常沿礫砂屑與藻叢的接觸介面滲入溶解並作離子交換，帶走一部分Mg

2+

，沿白雲岩礫砂屑邊緣沉澱出乾淨透明的自形粒狀混合白雲石環邊，由於溶解、沉澱的不均一性而使邊緣參差不齊，呈現出似塑性的不規則形態（圖版7-Ⅱ-6）。這也是微晶丘中、上部晶洞構造的形成機理。

圖7-7丘內白雲岩礫塊素描圖

藻叢中白雲岩礫屑四周淡水淋濾方解石柱晶層構成藻間晶洞，晶洞中央為白雲石礫屑

3。藻間填隙物

①灰色碎屑灰巖與極薄的黃色晶屑白雲岩互層構成藻間填隙物，常具正粒序；②由泥質灰巖及層紋石灰岩組成：泥質灰巖為石英、絹雲母、鐵質礦物粉砂等分佈在泥晶方解石中，層紋石灰岩由藻凝塊、微晶及灰泥組成。

四、粘土岩層及白雲岩條狀礫石層的意義

粘土岩層由土狀、細纖狀粘土礦物（如高嶺石、伊利石等）組成，應為遠源長途搬運而來；白雲岩礫塊分選磨圓差，岩石結構及成分與下伏鳳山組頂部具特殊結構白雲岩一致，應來自鄰區同層位岩石。這表明寒武紀末期，華北地臺大規模海退（文瓊英等，1991；陳榮坤等，1993），北京西山地區處在較穩定的低海平面下緩坡環境，只有粘土等細級碎屑可以到達而沉降下來；微晶丘發育中期，海平面進一步下降，暴露區面積擴大，鄰區與鳳山組頂部具特殊結構白雲岩層位相當的岩層被暴露剝蝕，而北京西山地區由於基底沉降仍處於下緩坡環境，微晶丘繼續生長，並接受了陸區帶入的白雲岩剝蝕碎屑。7層粘土層和2層白雲岩礫屑層代表冶裡層序低水位體系域的9次小幅度的海平面下降，但此時北京西山地區仍處在海平面以下，因此該地區寒武系與奧陶系之間沒有暴露面。

五、微晶丘的化學特徵

化學分析表明（表7-1），微晶丘中Fe、Ti、Al、Mn、Ba、Mg、La、Ce等元素的含量明顯低於下伏鳳山組頂部的砂屑礫屑白雲岩和上覆冶裡組下部薄層白雲質泥晶灰巖中這些元素的含量。而與亮甲山組上部紋層狀疊層石灰岩中的含量接近。從化學特徵看，“純灰巖”不會是後期純化的產物，因為Fe、Mn、Ti、Al等是很難被活化帶走的。

表7-1北京西山微晶丘地球化學分析結果表

注：樣品由中國地質科學院巖礦測試研究所測試。表中Fe、Al、Mg的含量單位為%，其他元素的含量單位為×10

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