济南长清地区寒武纪核形石与鲕粒灰岩对比研究

孙彬　栾亨胜　孟令东

摘 要：通过对核形石灰岩和鲕粒灰岩的岩石学特征和化学特征的对比研究，以期为微生物灰岩的形成机制提供理论依据。核形石灰岩常与生物碎屑灰岩共生，亮晶胶结；鲕粒灰岩多以亮晶胶结为主，少含泥晶。核形石灰岩和鲕粒灰岩所含矿物种类和含量基本相同，普通灰岩要比微生物灰岩晶体密度大，晶体半高宽（FWHM）可以反映晶体发育程度，核形石灰岩的半高宽较大，说明微生物灰岩结晶度低于普通灰岩，可能是因为微生物使矿物发生一定程度的晶格畸变。

关键词：核形石灰岩；鲕粒灰岩；岩石学特征；化学特征；寒武纪

近年来，碳酸盐岩的研究越来越热，特别是对其中的微生物碳酸盐岩越来越重视。但是，微生物灰岩与非微生物灰岩的性质对比，很少被作为研究的重点。文章就是通过一系列野外观察与室内分析相结合的方法，通过对核形石灰岩与鲕粒灰岩进行对比研究，找到微生物灰岩与非微生物灰岩在组分、结构、构造等方面的异同，进而为微生物灰岩的形成机制提供理论依据。

1 地质背景

研究区位于鲁西地块的济南市长清地区，鲁西地块是华北板块的一个地质分区，位于华北板块的中东部，主要包括山东西南部地区。鲁西地块的构造活动相对稳定，从早古生代早中期开始接受沉积，形成出露良好的寒武-奥陶系沉积序列。研究区内古生代寒武纪地层，自下而上包括朱砂洞组、馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组，其中发育各种类型碳酸盐岩。自Riding（1991 a）对鲁西地区寒武系微生物碳酸盐岩做了详细分类之后，对于该地区微生物岩的研究越来越多。同时，该地区广泛发育鲕粒灰岩和竹叶状灰岩等非生物灰岩，为进行性质对比分析提供了基本条件。

2 岩石学特征

文章研究对象主要是核形石灰岩和鲕粒灰岩，灰岩的岩石学特征主要是指灰岩的野外特征和偏光显微镜下的显微特征。

文章中所取核形石样品，所属层位是馒头山馒头组剖面，位于馒头组页岩中段。基质以亮晶胶结物为主，核形石直径一般大于2cm，形状为圆形或椭圆形，椭球形核形石长约1-3cm，高1cm，圆形核形石长约1-3cm。共生组份为生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩和内碎屑，与大量生物碎屑共生。生屑排列杂乱，大小不均，其中生屑主要是三叶虫。鲕粒主要是同心鲕，内碎屑主要是泥晶粒屑。上下均为含生物碎屑鲕粒的灰岩。显微镜下观察核形石，如图1，核形石灰岩中与核形石共生的组分很多，主要以鲕粒、生物碎屑为主。其中鲕粒主要为同心鲕。生屑主要为三叶虫碎屑，三叶虫碎屑一般较破碎，三叶虫形态不同，有的呈弯曲状，有的带小弯钩，还有的圆形十字消光。核形石核心一般是三叶虫碎屑，纹层是泥晶，核形石被亮晶胶结。

鲕粒灰岩主要取自馒头山剖面。鲕粒一般小于0.2cm，个别比较大的可达到豆粒大小。镜下观察发现，鲕粒灰岩主要是同心状，一般为亮晶胶结，没有或少含泥晶，说明形成环境是浅水高能环境，鲕粒形状各异，有正常鲕，也有复鲕，既存在同心状，也有放射状。有时候与核形石、树形石等共生。

3 X射线衍射分析

利用X射线衍射（XRD）分析样品的矿物成分及晶体发育状况。所取核形石样品，采自馒头山剖面。样品既有核形石核心部分CQMTON-1HE，CQMTON-2HE，也有核形石周边的基质CQMTON-2。如图2所示，核形石的矿物组成主要是方解石，还有石英。计算可知，CQMTON-1的方解石含量占95.2%，石英含量4.8%。CQMTON-2的方解石含量占96.4%，石英含量6.2%。鮞粒灰岩取样主要取自馒头山剖面，样品标号CQZX-2，CQZX-4和CQMT-17。图3所示， CQZX-2，CQZX-4矿物成分以碳酸钙为主，还有少量石英成分，CQMT-17则以方解石为主。三种鲕粒灰岩的石英含量从3.2%到6.7%，方解石从93.2%到96.8%，变化不大。

核形石与鲕粒灰岩进行对比分析，可以得出，微生物灰岩与普通灰岩不仅所含矿物种类相同，而且各矿物百分含量基本相同。微生物灰岩和普通灰岩的矿物都是方解石为主，不同灰岩中方解石的晶体发育可以通过晶胞参数进行比较。MDI Jade软件计算晶胞参数，微生物灰岩晶体c/a为3.517，晶体密度2.7315g/cm3；普通灰岩c/a为3.415，晶体密度2.749g/cm3。由此说明普通灰岩要比微生物灰岩晶体密度大。晶体半高宽（FWHM）可以反映晶体发育程度，微生物灰岩的半高宽平均值0.1895，普通灰岩半高宽为0.167，微生物灰岩的半高宽明显增大，说明普通灰岩结晶度高于微生物灰岩，可能是微生物使矿物发生一定程度的晶格畸变。

4 结束语

通过灰岩野外观察和镜下分析，核形石灰岩一般与生物碎屑灰岩共生，亮晶胶结，夹杂有大量生物碎屑和鲕粒，个体较大，长2-3 cm，椭球或球形；鲕粒灰岩多以亮晶胶结为主，没有或少含泥晶。微生物灰岩与普通灰岩矿物成分都是以方解石、石英为主，各矿物的百分含量上也没有明显区别。鲕粒灰岩要比核形石灰岩晶体密度大。晶体半高宽可以反映晶体发育程度，核形石灰岩的半高宽平均值大于鲕粒灰岩，说明普通灰岩结晶度高于微生物灰岩，可能是微生物使矿物发生一定程度的晶格畸变。

参考文献

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