Hall(1883)首次描述叠层石,建立Cryptozoon命名以来,数以百计的叠层石形态类型已从世界各地被报道。众多分类及命名方案中,最具代表性的为符号法和双名法。
Logan(1961,1964)研究了西澳大利亚沙克湾哈默林潟湖的现代叠层石,认为它们是一种形态受局部生态条件及水动力影响的底栖微生物群落产物。他将其划分为三种基本类型,分别以一定的符号表示,如:SH表示柱状(垂直堆叠的分离半球状)、LLH表示层纹状(侧向连接的半球状)及SS表示球状(分离的球状)。而对具体的叠层石形态及变化则用这三种基本类型复合而成的公式表示,如LLH-(SH/LLH)等。他认为SH形成于时常露出水面的潮坪前岬,LLH形成于有障壁的潮间淤泥坪,SS形成于动荡的潮坪较下部,而各种复合形状则形成于上述各类的过渡环境或潮间带周期变动区。
Крылов(1963)采用连续切板法,复原元古代岩层中叠层石的三维形态,并根据其外形、构造及微结构,以拉丁文双名法分类命名。因叠层石并非生物体本身的化石,而是一种生物沉积构造,为了与生物学及古生物学分类上通常采用的科、亚科、属及种的命名有所区别,建立了相对应的类(тип或type)、亚类(подтип或subtype)、群(груп或group)及形(форма或forma)等四级分类,将叠层石分为柱状(包括穹窿状)、锥状、层状及柱层状等四类,而不包括球形的生物沉积构造核形石等。
符号法虽然可较直观地反映现代叠层石的形成环境特征,但却难以表达元古代非常多样化的叠层石形态。因此,多数学者目前倾向于使用与Κрылов(1963)大同小异的双名法。如,梁玉左及朱士兴(1993)就是将锥状叠层石包括在柱状叠层石内,提出将叠层石分为柱状、层状及柱层状等三类。本文在描述苏皖北部新元古代叠层石时,拟采用这种较简明扼要的分类方法。
徐淮地区新元古代连续沉积厚达上千米的碳酸盐岩地层中,叠层石不但数量丰富而且形态多样,主要包括:柱状、层状及层柱状三大类。其中柱状类多样化程度较高,识别特征明显,具一定的区域地层对比意义,已鉴别的群如下:
(1)不分枝柱状亚类
锥叠层石(Conophyton Maslov,1937);
板叠层石(Pitella Semikhatov,1962);
圆柱叠层石(Colonnella Komar,1964)。
(2)不增宽的平行分枝柱状亚类
包克斯叠层石(Boxonia Koroljuk,1960)。
(3)增宽的平行分枝柱状亚类
裸枝叠层石(Gymnosolen Steinmann,1911);
卡塔夫叠层石(Katavia Krylov,1963);
印卓尔叠层石(Inzeria Krylov,1963);
朱鲁沙叠层石(Jurusania Krylov,1963);
米佳尔叠层石(Minjaria Krylov,1963);
林奈尔叠层石(Linella Krylov,1967);
阿卡什叠层石(Acaciella Walter,1972);
厚壁叠层石(Crassphloem Cao et al.,1985);
解集叠层石(Xiejiella Cao et al.,1985)。
(4)扩散分枝柱状亚类
通古斯叠层石(Tungussia Semikhatov,1962);
贝加尔叠层石(Baicalia Krylov,1963);
阿纳巴尔叠层石(Anabaria Komar,1964);
雅库特叠层石(Jacutophyton Schapovalova,1970)。
常见的叠层石群形在层位上的分布见表5。
表5 华北古陆东南缘新元古界及其叠层石亚组合划分简表
现代叠层石研究显示(Logan,1961,1964,1974;Hoffman,1976;Monty,1965,1976;Kinsman & Park,1976;Walter,1994),叠层石从宏观形态到微观构造都是在微生物参与下形成,而其微生物、微观构造及宏观形态又都受环境的严格控制。从理论上说,只有在一定的微生物与一定的环境之间形成某种程度及范围的协调才能形成一定群形的叠层石。但实际情况却远比我们想象的要复杂得多。尽管前寒武纪叠层石的微构造是当时的底栖微生物席生命活动的直接遗留物,但经历漫长的地质时间后,其原生构造不仅受到成岩作用相当彻底地破坏,而且还会被后期多次变质及变形作用改造得面目全非。因此,在绝大多数情况下,很难确定叠层石的宏观形态与微观构造之间存在什么样的内在联系。
以徐淮地区为例,我们发现本区新元古代魏集组叠层石中的Colonnella monia、Conophyton cylindricus及Jacutophyton ramosum微构造相同,都以断续带状泥晶白云石构成厚0.4~0.6mm的暗层,以粉晶方解石构成厚0.8~2mm的亮层;金山寨组的Acaciella multia和Boxonia jinshanzhaiensis的微构造也相同,均以泥晶白云石凝块组成不规则带状为主的暗层,厚度稳定在0.2~0.5mm之间,粉晶方解石组成的亮层厚度为0.1~1mm不等。但考虑到微构造重结晶程度较高,所以尚不能断定这些相同的微构造是否代表相同的底栖微生物席。而史家组叠层石中的Katavia dalijiaensis和Gymnosolen ramsayi相同的微构造则都呈暗层及亮层界线不清晰的波线-凝块状,因重结晶程度不高,仍可见泥晶白云石构成的凝块内有相同的缠绕丝状体痕迹,很可能是相同的底栖微生物席建造的两种宏观形态不同的叠层石。
近年来,曹瑞骥等人(2001)在研究了苏北新元古代九顶山组白云岩中燧石化Conophyton由大量缠绕的直径2.5~4.4μm不分隔不分叉管状丝体化石及少量分散的直径1~2.5μm单个球体化石构成的纹层微构造后指出,该叠层石的形态发生可能是丝状化石微生物Siphonophycus inornatum(Zhang[张昀],1981)粘附矿物碎屑形成一种规则的塔形网状微生物席,即“开端微生物席”(first microbial mat),作为生长的模具;而后仍由丝状化石微生物Siphonophycus inornatum作为主体粘附矿物碎屑形成的笋壳形微生物席,即“继承微生物席”(succedent microbial mat),围绕开端微生物席之上生长,并在形态大体上依赖于开端微生物席的模样。由此看来,这是一个很值得关注的研究进展。