肖梦晗， 秦仁月

(中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083 )

0 引言

核形石(oncoid)是一种圆球状或叶状的内部为非同心纹层的泥晶颗粒[1]，并被假设为微生物成因的沉积物。关于核形石成因机制的探讨有三种：粘附和捕集作用；生物诱导机制(称为主动矿化)；生物影响机制(称为被动矿化)[2-3]。RIDING R[4]认为核形石是一种特别的微生物碳酸盐岩，具有与叠层石类似的纹层性特征而被称为“球状叠层石”[5-9]。梅冥相[6]肯定核形石蕴含的特殊地质意义与生物学意义，将其纳入微生物碳酸盐岩的分类体系并赋予与叠层石、凝块石同等效应的分类位置，对核形石沉积特征及成因机制进行研究。作为一种包覆颗粒，核形石具有扰动的和不平滑的圈层及较大的粒径与鲕粒相区别[6,10]，核形石常被认为是微生物成因，但古老地层中核形石缺乏直接的微生物成因证据，相较于鲕粒，关于核形石的成因研究进展缓慢。TUCKER M E等[11]强调核形石是一个单纯的描述性术语，即核形石仅单纯指示形态特征，并不具有形成机制或环境指示的内涵[11-12]，因此核形石的具体成因存在较大争议[13]。

迄今为止，许多学者对文化负载词的定义发表了自身的看法。其中中国学者鲍惠南(2004：10)指出：“文化负载词，又称词汇空缺，是指目标语中缺少与源语所承载的文化信息等值的词。”金惠康(2003:265)在作品中写道：“每一种语言都有所谓的文化负载的词汇，这些词汇是特定文化的价值体系、历史、宗教、风俗习惯、思维方式和生活方式的象征性表现。因为在另一种文化中不存在，所以没有等价的表达词。文化负载词既有指称意义，也有内涵意义。”

辽东半岛南部大连市金州湾拉树山剖面见良好的出露，寒武系苗岭统徐庄组顶部的强迫型海退体系域沉积发育一套直接覆盖在鲕粒灰岩上的核形石灰岩。与大多数核形石单独产出的核形石滩不同，核形石灰岩与鲕粒灰岩共同发育现象及二者过渡的突变性是研究区核形石的重要特征，其沉积现象造成研究区核形石特殊的宏观特征及微观组构。基于对发育在强迫型海退中的核形石的宏观及微观特征观察，研究发育大连市金州湾徐庄组核形石的沉积组构、沉积环境和特征，以及其中发育的钙化蓝细菌(如葛万菌、岩枝菌等)，核形石形成于浅海中典型的光合作用生物膜或生物席内复杂的钙化作用和早期石化过程，同时探讨核形石可能的环境指示意义，为研究微生物与环境在形成微生物岩过程中的重要作用提供典型实例。

在地形、地质条件不利于布置开敞式溢洪道的坝址条件下，选择采用洞式溢洪洞方案。坪寨（坝高H=162 m）、九甸峡（H=137 m）、洪家渡（H=179.5 m）等工程处高山峡谷地区，溢洪道开挖会造成不稳定高边坡及较大幅度增加开挖工程量，采用的开敞式进口后接隧洞（洞式溢洪道）的泄洪方式，具有明流隧洞超泄能力大、适应高陡地形条件的特点。

1 地质背景

研究区位于华北地台东北部，是中国早古生代地层典型分布地区。华北地台是中国北方较为稳定的克拉通，其南侧以秦岭—大别造山带为界，北侧以天山—兴蒙造山带为界(见图1(a))。其中，寒武系与奥陶系形成于大规模海侵的大陆边缘构造背景，以广泛分布的碳酸盐岩台地为特点，具有完整的地层序列。研究剖面位于辽宁省大连市北部约50 km的金州区拉树山村向西约500 m处的滨海公路旁(见图1(b))，受秦岭—大别造山带及天山—兴蒙造山带的地质构造背景影响，拉树山剖面寒武系自下而上发育第二统的红层沉积物与碳酸盐岩的混合沉积物、苗岭统的鲕粒滩碳酸盐台地及芙蓉统的灰泥为主的碳酸盐台地沉积[5,7-9,14-16]，第二统沉积物覆盖在不同时代的前寒武纪地层及结晶基底上，形成一个类似于北美地台的巨型不整合面[5,7-9]。苗岭统徐庄组沉积时期，海侵范围进一步扩大，华北地台的沉积相带从西北的沂蒙—吕梁古陆向四周依次为白云岩主导的环潮坪相、鲕粒滩主导的中缓坡相，整体代表混合潮坪沉积体系到缓坡型碳酸盐沉积序列的变化(见图2)。该时期典型特征为陆源砂滩和碳酸盐滩的兴起，华北地台上早古生代徐庄组首次出现真正的高能鲕粒滩[17]。

图1 华北地台寒武系—奥陶系地层分布及剖面位置

图2 华北地台寒武系徐庄组沉积相带(据文献[17]修改)Fig.2 Depositional zonation of Xuzhuang Formation in Cambrian, North China Platform(modified by reference [17])

辽东半岛南部金州湾寒武系苗岭统徐庄组构成一个完整的淹没不整合三级层序(见图2)，在其顶部的强迫海退体系域沉积中发育一套核形石生物丘泥晶灰岩覆盖在鲕粒灰岩上(见图4)。一般认为，核形石是微生物与环境相互作用形成的，微生物作用和水环境是控制核形石成因机制的重要因素，主要的成因机制概括为三类：一是分泌黏液的藻(菌)类或微生物在生长过程中捕获、粘结碎屑物质和碳酸钙质点，围绕核心加积形成非固着生长的纹层状结核体；二是生物诱导机制[2]，体现于光合作用主导的微生物膜钙化和硫酸盐还原细菌造成的硫酸盐还原反应[2,7-8,29]，通过提高环境碱度和过饱和度诱导碳酸盐沉淀；三是生物影响机制，黏性物质或细胞外聚合物质(EPS)在核形石的发育和矿物沉淀过程中起关键作用，在生物影响的矿化过程中其他环境因素(如脱气、蒸发等)能提高环境碱度，但矿物成核过程是由EPS的生物学产生和降解作用控制的[2]。如同HAN Z Z等[21]和XIAO E Z等[22]观察核形石超显微组构得出的结果，徐庄组泥晶核形石中的暗色富有机质泥晶是与EPS降解相联系的碳酸盐成核及沉淀作用结果，受微生物影响的矿化机制表现为微生物膜内有机质(如EPS)降解释放Mg2+、Ca2+和H+后，丝状钙化蓝细菌鞘或EPS表面生成非晶质碳酸盐矿物(ACC)，进而堆积形成泥晶圈层；亮晶方解石结壳归结为，丝状蓝细菌光合作用驱动的细胞内“碱度发动机”[5,7,30,31]改变微环境内的物理化学性质而诱导的碳酸盐矿物(如方解石)沉淀，为微生物诱导的矿化。核形石皮层中可能发育黄铁矿晶体残余物(见图7(b-c))，表明异养细菌(如硫酸盐还原细菌[32])造成硫酸盐还原反应(BSR)，产生的HS-诱发碳酸盐矿物原地沉淀[2,32]和微生物席早期石化 ，并中和BSR周围微环境中升高的碱度。

图3 金州湾拉树山剖面寒武系徐庄组地层柱状图Fig.3 Stratigraphic column of Xuzhuang Formation of Cambrian at Lashushan Section from Jinzhou Bay

2 沉积特征

2.1 宏观特征

根据绿色GDP理念的特点，所谓绿色GDP就是要在现行的国民经济核算体系下，扣除自然虚数，同时增加由于生态环境保护而形成的GDP收入。自然虚数即对由于经济发展所造成的自然环境破坏的量化结果，其中应该包括：环境污染造成的环境质量的下降、自然资源的退化、长期生态退化所造成的损失、自然灾害所引起的经济损失、资源稀缺性所引发的成本等。

图4 徐庄组顶部的鲕粒灰岩和核形石灰岩宏观特征Fig.4 Macro characteristics of oolites and oncolites on the top of Xuzhuang Formation

采用SPSS 21.0软件对数据进行分析处理，两组患者的AST、ALT、ALB、AKP、Cr、BUN、DBIL、TBIL水平等计量资料用（均数±标准差）表示，用t检验，检验水准α=0.05，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

核形石与鲕粒共生且在宏观上具有明显突变性，在核形石灰岩下部发育的鲕粒形态良好，形状主要为圆形和近圆形，也可见长条状、少量橄榄形及较多形态不规则的鲕粒，具有破碎形成的锯齿状边缘(见图4(e-f))。鲕粒粒度分选不一，小的鲕粒直径只有0.1 mm，甚至更小；大者可达1.0 cm，属于巨型鲕粒的范畴。鲕粒间充填陆源岩石碎屑和三叶虫等生物骨架化石碎片，可见多个鲕粒聚合形成的复合型鲕粒。鲕粒多数不可见核心和纹层，少数以三叶虫骨架化石碎片为核心，或以岩石碎屑和小型鲕粒为核心。徐庄组鲕粒灰岩最典型的特征为发育两种类型的假鲕：一种为完全由亮晶方解石或白云石充填的假鲕，纹层不太清晰或不可见纹层，可见过渡类型，即以亮晶方解石颗粒为核心，外部为白云石化的鲕粒皮层；另一种为不发育纹层的泥晶充填的假鲕。鲕粒与核形石的共生现象表明研究区核形石可能形成于和鲕粒形成条件相似的中高能环境，为核形石对环境指示意义的研究提供新证据。

2.2 微观特征

正交偏光显微镜和单偏光显微镜下观察表明，泥晶核形石具有清晰的边界，核形石间充填基质主要为微亮晶方解石、鲕粒、暗色泥晶凝块和生物骨架化石碎片(见图5)。核形石皮层发育粗糙纹层或不发育纹层，纹层厚度具有从内向外变薄的趋势，内部纹层粗糙且多不连续，形态不规则的窗格状孔隙多发育于内部圈层(见图5(a))，外圈纹层连续且细腻平滑。纹层主要由泥晶或凝块状泥晶、微亮晶构成，其重复性序列样式具有明显的叠层石的沉积属性[4,5,7-9,20]。金州湾徐庄组大多为完全皮层(没有核心)的核形石，皮层由致密泥晶主导，无明显的重复性纹层序列[21]，核形石皮层中的暗色泥晶和核形石间充填的凝块内可见黑色小点，可能为黄铁矿晶体的残余物。核形石核心由生物骨架化石碎片(如三叶虫和腹足类等)、鲕粒及其他微生物碳酸盐岩碎屑构成，有的核形石表现多核心的特点(见图6)，与XIAO E Z等[22]描述的多核心核形石类似。同时，可见以海绿石矿物为核心的鲕粒(见图5(b-d))，海绿石矿物具有较好的磨圆度，表明外来属性。核形石随核心样式不同具有不同的形态。此外，核形石及其间充填的鲕粒表现为普遍的白云石化特征，雾心亮边的菱形白云石晶体(见图6(b-c))具有比较完好的晶型，发育在核形石核心和皮层内。

图6 金州湾徐庄组以鲕粒为核心的多核心核形石Fig.6 Multiple-cored oncoid consisting of ooids from Xuzhuang Formation of Jinzhou Bay

2.2.1 钙化蓝细菌

细粒灰岩基质中发育厘米级别的核形石，核形石大小不一，粒径可达3 cm，平均为1.0～1.5 cm，属于宏观核形石(macrooncoids)和巨型核形石(megaoncoids)的范畴[7,9,19]。核形石大多不相互接触，其间充填岩石碎屑、鲕粒及三叶虫等生物骨架化石碎片，表现为明显的基质支撑特点(见图4(b-d))。核形石剖面形态主要为椭圆形、长条状及不规则形态，可见少量近圆形和新月状，局部可见少量破碎不规则状核形石，是水动力作用后期改造或成岩作用、地质应力作用的产物。研究区核形石从组成上主要分为两种类型：单晶核形石和泥晶核形石。前者主要为亮晶方解石构成，核心和纹层不发育；后者可见比较粗糙的纹层构成皮层，以及生物骨架化石碎屑构成的核心或无核心的核形石，无核心的原因是切片方向不同或有核心的核形石经历后期成岩作用改造而成。同时，也可见过渡类型，即以亮晶方解石颗粒或单晶鲕粒为核心，外部为泥晶构成的皮层，反映泥晶核形石后期经历方解石化作用。与鲕粒不同，核形石具有从核心向外皮层加厚、向不规则变化和弯折的趋势，表明核形石在形成时期各个方向上翻滚频率不一致，非均一的纹层化作用体现核形石的叠层石属性[4,5,7-9,20]。

2.2.2 窗格状组构

图7 金州湾徐庄组显微核形石Fig.7 Micro-oncoids from Xuzhuang Formation of Jinzhou Bay

图8 金州湾徐庄组巨型泥晶核形石Fig.8 Megaoncoid consisting of micrites from Xuzhuang Formation of Jinzhou Bay

以鲕粒为核心的显微核形石的暗色泥晶中可见彼此平行、紧密排列的细植菌(Subtifloria)[23-24]排列在葛万菌外部，有轻微缠绕现象，形态为较平直的丝状，其长度大于宽度，管壁较薄，厚度为1～4 μm，由泥晶方解石组成，其直径比葛万菌的略小，为10～15 μm(见图7(d-e))。细植菌平直紧密排列在弯曲缠绕的葛万菌外部，表现为保护核形石形态完整的抗浪性。此外，核形石间充填的暗色泥晶凝块内可见高密度的丝状钙化蓝细菌，同时存在由岩枝菌(Apophoretella)单独构成的凝块(见图9)，其边缘不平滑，内部岩枝菌排列呈相对放射状且近似平行，其直径小于葛万菌的，约为15 μm。

图9 金州湾徐庄组核形石间基质中的暗色泥晶凝块Fig.9 Dark micritic clots amongst oncoids in matrix from Xuzhuang Formation of Jinzhou Bay

金洲湾徐庄组可见以鲕粒集合体为核心的显微核形石，暗色微生物膜包覆核心不对称生长，镜下表现为松散缠绕的丝状钙化蓝细菌(见图7)。巨型泥晶核形石皮层中暗色致密泥晶在镜下表现为高密度的相互缠绕的钙化蓝细菌(见图8)。这些钙化蓝细菌形态多为丝状或管状，具有较均匀的直径(20～30 μm)和较厚的泥晶壁(约为6 μm)，暗色泥晶壁是丝状蓝细菌鞘的活体钙化作用残余物，内部被亮晶方解石交代的亮晶管可能是蓝细菌细胞列(香毛簇)的降解作用残余物[5,7-9]。

研究区徐庄组顶部发育典型的泥晶核形石，以不发育清晰纹层为特征(见图5(b))，皮层中致密暗色泥晶内发育类似现代织线菌(Plectonema)的丝状钙化蓝细菌鞘化石[7,25,33](见图8(b))。这些丝状蓝细菌构成核形石内的微生物膜，并以其较大的直径、较厚的泥晶壁和缠绕状生长的特点，被归为葛万菌组合(Girvanella Group)[7-9,25]类的钙化蓝细菌，且具有比较均匀的直径和暗色泥晶壁，代表蓝细菌活体鞘钙化作用和微生物膜早期石化作用的产物。蓝细菌的活体鞘钙化是一个与大气二氧化碳浓缩机制(CCMs)相联系的生物调节的钙化作用[2,7]。充填在核形石间基质中的暗色泥晶凝块可见高密度的葛万菌类的丝状钙化蓝细菌及岩枝菌钙化蓝细菌，核形石皮层及基质中的丝状钙化蓝细菌毫无规律地分布在暗色泥晶中(见图8-9)，表明核形石形成于微生物调解下的沉积环境，为研究核形石的有机成因提供依据。

3 讨论

3.1 成因机制

研究区徐庄组顶底面清晰，底部发育具有凝缩性质的钙质泥岩，直接覆盖在下伏毛庄组顶部的中薄层泥晶白云岩上，构成一个典型的淹没不整合面[16]，顶部以一个淹没不整合面与张夏组底部泥岩接触。徐庄组自下而上由中—深缓坡相泥岩与泥灰岩、鲕粒滩主导的浅—中缓坡相灰岩、白云岩主导的环潮坪相等组成，纵向上相互叠加，组成多套向上变浅的序列，高能岩体表现向上加厚、在序列中所占比例增加等特征，组成一个级次更高的沉积旋回，反映徐庄组海平面逐渐下降、整体向上变浅的趋势(见图3)。结合拉树山剖面徐庄组沉积趋势及华北地台徐庄组三级层序的整体框架，将拉树山剖面徐庄组自下而上划分为一个淹没不整合型三级层序，类似于碳酸盐岩层序的下降阶段体系域模式[18]。

泥晶核形石皮层中非平滑的圈层结构内常见由微亮晶充填的窗格状孔隙(见图7)。这种浅色孔隙可顺层排列，也可切割纹层，形态多不规则，大小一般在1 mm以下，也可能随核形石大小而变化。窗格状组构常见于构成叠层石的微生物席，在金州湾徐庄组核形石中，窗格状组构发育于密集的葛万菌(Girvanella)[25]类的由相互缠绕的丝状钙化蓝细菌鞘化石组成的暗色泥晶，类似BOSAK T等[26]和PEPE-RANNEY C 等[27]在美国黄石国家公园中观察到的现象。该窗格状组构可解释为由光合作用产生的、氧气气泡在上浮过程中被微生物丝状体阻碍形成的、垂直定向的氧气气泡残余物，由于纵剖面形似沙漏，被MATA S A等[28]称为“砂滤状构造(hourglass structures)”，窗格状组构代表形成核形石的光合作用微生物膜内代谢活动的产物[7]。

与大部分核形石单独产出的核形石滩不同，辽东半岛南部金州湾拉树山剖面徐庄组顶部产出的核形石发育于一套数十米厚的核形石与鲕粒共生的泥晶灰岩地层。野外观察表明，该地层为明显的强迫海退体系域沉积。核形石灰岩直接覆盖在鲕粒灰岩上，可见明显的突变痕迹，无逐渐过渡现象，核形石灰岩与鲕粒灰岩分界处发育类似缝合线的构造(见图4(a))。金州湾徐庄组核形石以发育不具纹层的致密泥晶为典型特征(见图4(b-d))。

3.2 沉积环境

研究区徐庄组核形石皮层中保存生物骨架碎片和外来颗粒(如海绿石矿物)(见图5(b-d)、图8(a-c))，暗示核形石形成环境的可能性，代表微生物膜和微生物席上或底部分泌的黏性多糖(polysaccharide)在核形石形成过程中的粘结和捕获作用，捕获的质点随原核形石在水动力作用下不连续翻滚，形成含有陆源碎屑且形态不规则、不发育纹层和核心的泥晶核形石[34]。核形石的无纹层特征、不规则形态及不对称的生长样式，表明徐庄组的泥晶核形石更可能形成于浅海正常浪基面附近的中高能环境。核形石能够形成于广泛的沉积环境(现代盐湖、河流、洞穴热泉及深海海底等)[4,35-37]，但金州湾徐庄组泥晶核形石内丰富的丝状钙化蓝细菌指示，核形石的形成与光合微生物膜的沉积作用密切相关，使核形石对海相环境中的沉积环境的指示研究更有价值。

徐庄组核形石的白云石化现象(见图6(b-c))代表后期成岩作用改造的结果，可能与镁质黏土(如高岭石和蒙脱石族矿物)相关联，非晶质镁硅酸盐和纤维状的坡缕石(palygorskite)和海泡石(sepiolite)纳米纤维构成的微生物席的矿化可能发生在鲕粒中[38]，在微生物席或微生物膜钙化之后的成岩作用期间，EPS降解释放Mg2+及与之相联系的硫酸盐还原反应促进碳酸钙矿物的沉淀，使Mg2+/Ca2+相对升高而发生白云石化形成特别的成岩白云石残余物或燧石。因此，无论是核形石还是鲕粒，明显表征地球早古生代微生物与沉积物及水体之间复杂的相互作用，代表微生物与环境随时间演变的潜力。金州湾徐庄组核形石提供一个典型的早古生代微生物在高能水体中的沉积作用实例，但核形石形成过程中微生物活动与水体环境相互作用的机理对核形石形成的意义需要进一步研究。

麻石水电站于1970年6月开始动工建设，1971年9月截流，1972年底第1台机试运行发电，1973年5月正式投产。2号机和3号机分别于1976年4月和9月投产，建成时装机容量为1.0×105kW。后于2006年和2011年对3台机组进行技术改造后，装机容量为1.085×105kW，最大发电引用流量708.9m3/s，多年平均发电量 4.5361×108kW·h，装机年利用小时数4143h。

来活了，并不是轧钢筋，是拆脚手架。当一栋楼建完后，施工队急着奔赴另一个工地，他们赶时间，挣大钱，没时间做后续的工作。李大头就把收拾新楼的建筑垃圾，以及拆卸脚手架这样的活揽下来。

4 结论

(1) 辽东半岛南部金州湾拉树山剖面寒武系苗岭统徐庄组顶部的强迫型海退体系域中，发育一套厘米级的巨型泥晶核形石，核形石与鲕粒共生且核形石灰岩与鲕粒灰岩具有明显分界，研究区核形石具有非纹层化结构和泥晶质组成的典型特征。

(2) 暗色泥晶构成的核形石发育葛万菌类丝状蓝细菌鞘化石和不规则的窗格状组构，核形石形成于光合作用生物膜与“碱度发动机”和EPS紧密耦合的复杂的钙化作用，核形石的形成与以丝状钙化蓝细菌为主导的微生物膜沉积作用密切相关。

(3) 研究区存在核形石的无纹层特征、外来颗粒的存在及白云石化现象，核形石形成于浅海正常浪基面附近的中高能水体环境。该结果为早古生代高能水体中微生物调节的沉淀作用形成碳酸盐颗粒提供典型实例，进一步肯定核形石对古环境具有指示意义。