宋文天 劉建波，2

1北京大學地球與空間科學學院，北京 100871 2造山帶與地殼演化教育部重點實驗室(北京大學)，北京 100871

1 概述

碳酸鹽鮞粒是廣泛分布于現(xiàn)代和古代碳酸鹽沉積物中的顆粒，因其獨特的結構特征及其在古海洋、古環(huán)境恢復方面的廣泛應用而備受關注(Sandberg，1983；Strasser，1986；Opdyke and Wilkinson，1990；Lietal.， 2015；Diaz and Eberli， 2019)。鮞粒包殼結構在現(xiàn)代沉積和古代地層中存在多種類型，原始礦物組成也存在差異，保存程度不盡一致，被廣泛應用于古環(huán)境和海洋化學性質的研究(Loreau and Purser，1973；Landetal.， 1979；Sandberg，1983；Strasser，1986；Opdyke and Wilkinson，1990)以及成巖過程分析(Wilkinson and Landing，1978；Wilkinsonetal.， 1985；Chow and James，1987；Hird and Tucker，1988；Algeo and Watson，1995)。

中國碳酸鹽鮞粒研究材料豐富，在中元古界至古近系中廣泛分布(如余素玉等，1987；柳永清等，1999；吳熙純，2009；齊永安等，2014)。國內鮞粒包殼結構的研究晚于國外，大致始于20世紀80年代(王英華等，1983；張秀蓮，1984)，研究內容主要集中于古代鮞粒方面，現(xiàn)代鮞粒和鮞粒實驗模擬(如趙震等，1984；周瑤琪等，2017)等方面的研究相對薄弱?；谥袊难芯坎牧希瑖鴥戎T多學者識別出了古代鮞粒包殼的原生結構和次生結構，并逐漸接受國外主流觀點(王英華等，1983；張秀蓮，1984；韋龍明，1995；沙慶安和江茂生，1998；金瞰昆，1998)。自2000年以來，古代鮞粒的包殼結構多被應用于沉積微相和古環(huán)境分析(如劉偉和張興亮，2010；侯恩剛等，2014；Tianetal.， 2015；姬國鋒等，2016；Huangetal.， 2017)，且巨鮞的包殼結構研究也逐漸受到重視(如Lietal.， 2013，2015；Tangetal.， 2015；Tanetal.， 2018)。

現(xiàn)代鮞粒包殼具有多種原生結構類型，并具有不同的礦物成分、生長模式和形成環(huán)境。古代鮞粒的包殼雖然經歷了不同程度的成巖作用，但常能夠保存可識別的原生結構(Sandberg，1983；Tucker，1984；Wilkinsonetal.， 1985；Algeo and Watson，1995)。對鮞粒包殼結構的準確識別和分類，是根據(jù)鮞粒特征開展古氣候、古環(huán)境、古海洋研究的關鍵。目前，鮞粒包殼結構的研究尚存在一些問題： 對現(xiàn)代鮞粒包殼原生結構的認識尚未形成統(tǒng)一體系，一些術語定義不明確；對于現(xiàn)代鮞粒結構術語的理解存在偏差，導致對古代鮞粒包殼原生結構的特征識別和分類不盡準確。

文中通過綜述前人對現(xiàn)代鮞粒的研究成果，歸納了各類包殼原生結構的主要特征，并明確提出在對包殼進行分類時應當對包殼的結構組合進行識別。此外，還總結了古代鮞粒的各類包殼結構，分析了中國鮞粒研究中存在的問題，并以華南下奧陶統(tǒng)鮞粒為例，對常見于古代鮞粒包殼中的原生結構進行了識別。

2 鮞粒包殼結構的研究歷史

國際上，鮞粒包殼結構及其成因的研究歷史大致可劃分為3個階段。

2.1 早期研究階段(1855-1960s)

Sorby(1879)最早對鮞粒進行了深入觀察，他在現(xiàn)代鮞粒中識別出了同心狀結構(concentric structure)，在古代鮞粒中識別出了放射狀結構(radial structure)。之后的學者也從現(xiàn)代和古代鮞粒中分別識別出這2類包殼結構(如現(xiàn)代巴哈馬灘，Illing，1954；Newelletal.， 1960)。該時期，大多數(shù)學者認為同心狀包殼通常為文石質，而放射狀包殼為方解石質，且構成放射狀包殼的方解石晶體是在成巖過程中由原始文石晶體轉變而來的，包殼結構隨著礦物成分的變化從同心狀轉變?yōu)榉派錉?Eardley，1938；Carrozi，1962)，即： 現(xiàn)代鮞粒包殼的同心狀結構是鮞粒生長過程中形成的、未經成巖作用改造的原生結構，而現(xiàn)代和古代鮞粒包殼的放射狀結構是經成巖作用改造而成的次生結構(Eardley，1938；Carrozi，1962)。

2.2 深入研究階段(1960s-1990s)

自上世紀60年代開始，對現(xiàn)代鮞粒包殼結構的研究取得了更多進展。大鹽湖、得克薩斯巴芬灣、波斯灣、大堡礁等地的現(xiàn)代鮞粒被廣泛報道和研究(Rusnack，1960；Halley，1977；Landetal.， 1979；Medwedeff and Wilkinson，1983)。Kahle(1974)通過 X 射線衍射方法確定了大鹽湖鮞粒包殼中的放射狀晶體實為文石，而非次生方解石。與此同時，多項模擬實驗人工合成了具有放射狀、同心狀包殼的鮞粒，進一步證實這2種結構均可形成于鮞粒的原始生長階段(Donahue，1969；Suess and Fütterer，1972；Daviesetal.， 1978；Fergusonetal.，1978)。自此，現(xiàn)代鮞粒的放射狀、同心狀結構均為包殼原生結構的觀點逐漸成為學界主流認識(Rusnack，1960；Freeman，1962；Bathurst，1967；Loreau and Purser，1973)。具有不同類型包殼結構的鮞粒的地理分布表明，水動力條件是包殼結構的重要控制因素(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Davies and Martin，1976；Landetal.， 1979)。

與此同時，對古代鮞粒包殼原生和次生結構的研究更為深入。Sandberg(1975)通過比較不同礦物在成巖過程中的形態(tài)演化，推斷古代鮞粒中的放射狀包殼結構應為原生結構。之后的研究表明，依據(jù)放射狀晶體粒度、粗細變化可以推斷包殼結構的次生變化過程，根據(jù)晶體在不同細層中長度的差異可判斷包殼形成過程中磨蝕強度的變化(Tucker，1984；Chow and James，1987；Helleretal.， 1980；Bates and Brand，1990)。此外，古代鮞粒中2種常見的包殼結構——晶粒結構(sparry/blocky structure)和泥晶結構(也被稱為 micritic structure，但應與原生微晶紋層加以區(qū)分)——被歸入次生包殼結構，其中晶粒結構可能為溶蝕—充填作用形成的，泥晶結構可能是微生物泥晶化作用的結果(Sandberg，1975；Wilkinson and Landing，1978；Wilkinsonetal.， 1985)。根據(jù)文石和方解石的穩(wěn)定性差異，研究者推測保存原生放射狀結構包殼的原始礦物成分為穩(wěn)定性較強的高鎂方解石或方解石，溶蝕—充填作用形成的晶粒結構包殼的原始成分可能為穩(wěn)定性差的文石，并認為這2類包殼在地層中的分布反映了地質歷史時期海洋化學性質的演化(Friedman，1964；Sandberg，1983；Majoretal.， 1988；Opdyke and Wilkinson，1990；Algeo and Watson，1995)。

2.3 微生物作用研究階段(2000s至今)

近年來，一些粒徑超過2imm、以深色泥晶結構為主的古代巨鮞中的微生物化石或活動遺跡被發(fā)現(xiàn)，并被作為鮞粒微生物成因的直接證據(jù)(如Trower and Grotzinger， 2010；Liu and Zhang，2012；Lietal.， 2013；Lietal.， 2017)。需要指出的是，多數(shù)巨鮞的包殼是以含有微生物化石的泥晶層為主體的，形成模式與現(xiàn)代鮞粒包殼截然不同(Troweretal.， 2010；Lietal.， 2013，2017)，其本質上是一種微生物顆粒，與核形石相近，與鮞粒不同。此外，有些微生物化石或遺跡并不出現(xiàn)在典型的鮞粒包殼結構中，而是出現(xiàn)在古代鮞粒包殼表面或同心圓狀細層之間的泥晶層中。因此，典型鮞粒的微生物成因機制尚有待進一步的研究。

3 現(xiàn)代鮞粒包殼的原生結構特征及其成因

前人對現(xiàn)代鮞粒包殼進行了詳細研究，描述了各類包殼結構的結晶學和礦物學特征(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Marshall and Davies，1975；Sandberg，1975；Davies and Martin，1976)。然而，現(xiàn)代鮞粒包殼原生結構研究結果多散布在各研究階段的文獻中，部分術語定義不明確，不同學者對術語的理解和用法也有所不同，結構分類方案未形成統(tǒng)一體系。這些問題不但影響到現(xiàn)代鮞粒的包殼結構研究，而且在古代鮞粒的包殼結構研究中亦造成了混淆。因此，在對古代鮞粒包殼結構進行綜述前，首先需要對現(xiàn)代鮞粒包殼原生結構研究開展綜合分析。

根據(jù)組成包殼的碳酸鹽晶體的形態(tài)、排列方向等特征，現(xiàn)代鮞粒包殼結構可分為放射狀和同心狀2類，并形成 8種結構組合類型。

3.1 放射狀結構

1—放射纖維狀結構；2—放射板狀結構圖 1 現(xiàn)代鮞粒包殼中的放射狀結構Fig.1 Radial structures in modern ooids cortices

現(xiàn)代鮞粒包殼的放射狀結構是指晶體沿近垂直于核心表面或紋層的方向排列(圖 1，表 1)(Rusnack，1960；Freeman，1962；Loreau and Purser，1973；Kahle，1975；Sandberg，1975)。這些晶體多為單向延伸，呈半自形或他形，具體表現(xiàn)為纖維狀、針狀、片狀、棒狀、板狀等形態(tài)(Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Davies and Martin，1976；Halley，1977；Landetal.， 1979)。晶體粒度分布范圍較廣，在 0.1×1iμm 與 50×150iμm 的區(qū)間內連續(xù)分布(Loreau and Purser，1973；Halley，1977；Landetal.， 1979)。其中，粒徑較小的晶體通常呈半自形纖維狀、針狀(圖 1-1)(Loreau and Purser，1973；Landetal.， 1979)；粒徑較大晶體通常為他形棒狀、板狀，有時存在向鮞粒外側增粗的現(xiàn)象，末端可呈一個平直的截面(圖 1-2)(Sandberg，1975；Halley，1977)。放射狀結構由此可分為放射纖維狀(圖 1-1)和放射板狀(圖 1-2)2個亞類。根據(jù)晶體橫斷面形態(tài)、晶體側面在酸蝕后顯示出類似生長紋的結構，可以推斷這些較大晶體可能是由眾多次級小晶體構成的集合體(Sandberg，1975；Halley，1977)。晶體長軸有時并不嚴格垂直于核心表面或紋層，相對垂向可能有 20°～30° 夾角(Sandberg，1975)。

表 1 現(xiàn)代鮞粒包殼結構(據(jù)以下文獻總結： Newell et al.， 1960；Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Marshall and Davies， 1975；Davies and Martin，1976；Halley，1977；Land et al.， 1977；Simone，1981；Kahle，2007；Rankey and Reeder，2009等)Table 1 Cortical structures of modern ooids(Summarized from the following references: Newell et al.， 1960；Loreau and Purser， 1973;Sandberg，1975;Marshall and Davies，1975;Davies and Martin，1976;Halley，1977;Land et al.， 1977;Simone，1981; Kahle，2007;Rankey and Reeder，2009;etc.)

中、小粒徑的放射狀晶體一般緊密排列為束狀或扇狀(圖 1-1)，而較大粒徑的放射狀晶體既可能緊密排列，也可能松散排列，晶體間的間隙由文石泥及黏土、有機質等雜質所充填(圖 1-2)(Sandberg，1975)。由粒徑較小的晶體緊密排列而成的晶體束之間，也可能存在被文石泥、黏土等充填的間隙(Sandberg，1975)。原生的放射狀晶體一般不會延伸至其兩側紋層或鮞粒外邊界之外(Marshall and Davies，1975)，單個放射狀細層或放射狀包殼可能由1層粒徑較大的板狀晶體構成，也可能由數(shù)層粒徑較小的纖維晶體層疊而成(圖 1-1，1-2)(Sandberg，1975；Halley，1977)。放射狀晶體成分通常為高鎂方解石或文石，顏色較淺，晶體間隙中富集細粒充填物處顏色較深(圖 1-2)(Sandberg，1975；Halley，1977；Simone，1981)。由于晶體 c 軸方向通常與長軸方向近一致，放射狀結構在正交光下呈現(xiàn)出“黑十字”(Sandberg，1975；Marshall and Davies，1975；Halley，1977)。

根據(jù)人工合成鮞粒的實驗結果，放射狀結構應為晶體在顆粒表面自然生長的結果(Suess and Fütterer，1972；Daviesetal.， 1978；趙震等，1984)。實驗結果和現(xiàn)代放射狀鮞粒的分布表明，放射狀結構可能形成于相對平靜的水體(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Daviesetal.，1978；Landetal.， 1979)。也有少數(shù)學者認為放射狀結構的形成環(huán)境可能是高鹽度水體或淡水環(huán)境(Friedmanetal.， 1973；Halley，1977)，但該假說無法解釋在大堡礁正常鹽度海水中發(fā)現(xiàn)的放射鮞(Davies and Martin，1976)。

部分具有放射狀結構的包殼呈現(xiàn)出腦狀外形(Carrozi，1962；Kahle，1974)。這種腦狀包殼由放射狀晶體或晶體束及其側邊之間富含黏土等雜質的隱晶質充填物構成，鮞粒邊界處晶體束向外凸出、充填物向內凹陷，使得鮞粒外形起伏不平(Carrozi，1962；Kahle，1974)。腦狀鮞的成因可能是放射狀晶體增生導致其側邊之間的充填物體積減小、形成內凹形態(tài)(Carrozi，1962；Halley，1977)，或放射狀晶體形成之后，充填物以“U 形”形態(tài)在其間隙中沉積(Halley，1977)。少數(shù)學者認為充填物的內凹形態(tài)可能與微生物的侵蝕作用有關(Kahle，1974)。

3.2 同心狀結構

鮞粒中的同心狀結構由較薄的同心狀紋層構成。不同類型的紋層相間排列在包殼中，根據(jù)其結構、成分等差異，紋層可劃分為切線狀、微晶、有機質、黏土質、截面式 5種類型。

1)切線狀紋層(tangential lamina)。紋層由長軸與紋層切向近平行的晶體構成(圖 2-1，表 1)(Illing，1954；Rusnack，1960；Duguidetal.， 2010；Heartyetal.， 2010；Diazetal.， 2017)。這些晶體通常為單向延伸，呈終端圓鈍的棒狀、圓柱狀等他形形態(tài)或終端尖銳的針狀等半自形形態(tài)(Loreau and Purser，1973；Halley，1977；Landetal.，1979；Folk and Lynch，2001；Kahle，2007)。晶體長度為0.3～6iμm，直徑為 0.1～0.3iμm(Loreau and Purser，1973；Halley，1977；Kahle，2007)。晶體長軸通常并不嚴格平行于紋層切向，與切向呈-30°～30° 夾角(圖 2-1)(Loreau and Purser，1973)。切線狀紋層的成分一般為文石(Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Halley，1977；Simone，1981)，高鎂方解石質的切線狀紋層僅見于庫克島(Rankey and Reeder，2009)。紋層顏色較淺，可能混有微量的黏土、有機質等雜質(Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Halley，1977)。晶體 c 軸方向往往與長軸方向一致，紋層在正交光下呈現(xiàn)出“黑十字”(Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Halley，1977；Landetal.， 1979)。

對于切線狀紋層成因的認識尚有爭論。較強的水動力攪動有可能使棒狀或圓柱狀晶體在鮞粒表面呈切線狀排列，由此有些學者認為與放射狀結構相比，切線狀紋層形成于更強的水動力環(huán)境中(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Landetal.， 1979)，且各種包殼類型鮞粒的沉積環(huán)境分布特征(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Landetal.， 1979)、鮞粒的人工合成實驗結果(Daviesetal.， 1978)都提供了支持證據(jù)。不過，也有學者認為切線狀紋層的形成可能與晶體礦物成分有關，文石晶體相對易碎，在動蕩水體中更容易被改造為切線狀結構，而脆性相對較弱的高鎂方解石晶體則更易保留放射狀結構(Landetal.， 1979)。

2)微晶紋層(micritic lamina)。構成紋層的晶體粒度較細，且晶軸無優(yōu)勢取向、隨機排列(圖 2-2)(Newelletal.， 1960；Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Landetal.， 1979；Medwedeff and Wilkinson，1983)。晶體一般為與切線狀結構類似的針狀或棒狀晶體(圖 2-2)，或粒徑 0.025～0.6iμm 的次圓狀、粒狀晶體(Loreau and Purser，1973；Medwedeff and Wilkinson，1983；Kahle，2007)。微晶的分布往往不會延伸到其所在紋層之外(圖 2-2)(Landetal.， 1979)。微晶的成分為文石，文石之間的黏土、有機質等雜質含量較切線狀晶體、放射狀晶體之間更多，且分布更為彌散(Rusnack，1960；Newelletal.， 1960；Loreau and Purser，1973)。在部分鮞粒中，微晶層分布不連續(xù)，呈不完整的同心圓狀(Newelletal.， 1960)。紋層整體顏色一般較深(Rusnack，1960)。

原生微晶紋層的成因目前尚無定論，現(xiàn)有的假說包括晶體在較快的碳酸鹽沉積速率下難以形成優(yōu)勢取向(Rusnack，1960)，或晶體在介于放射狀結構、切線狀結構之間的擾動強度下難以形成優(yōu)勢取向等(Medwedeff and Wilkinsion，1983)。

3)有機質紋層。通常由腐殖酸或黏液構成，顏色較深(圖 2-3)(Shearmanetal.， 1970；Marshall and Davies，1975)。

4)黏土質紋層。由黏土礦物構成，顏色較深(圖 2-3)(Sandberg，1975)。

5)截面式紋層。紋層內側為截切放射狀晶體的平直截面(圖 2-4，2-5，2-6)(Sandberg，1975；Troweretal.， 2017)。部分截面附近富集黏土，構成截面—黏土質紋層(圖 2-4)(Sandberg，1975)。部分截面外側發(fā)育微晶質紋層，構成截面—微晶質紋層(圖 2-5)(Sandberg，1975)。還有部分截面外側發(fā)育切線狀紋層，構成截面—切線狀紋層(圖 2-6)(Sandberg，1975)。

1—放射纖維狀包殼；2—放射板狀包殼；3—同心狀包殼；4—同心—放射纖維狀包殼： a—同心狀結構為截面式紋層，b—同心狀結構為微晶質紋層、有機質紋層或黏土質紋層；5—同心—放射板狀包殼層；6—同心—放射板狀—放射纖維狀包殼；7—同心—放射狀包殼，由內部放射纖維狀包殼、外部同心狀包殼(含切線狀紋層)構成；8—同心—放射狀包殼，由內部放射纖維狀包殼、外部同心狀包殼(含切線狀紋層、微晶紋層)構成圖 3 現(xiàn)代鮞粒包殼的結構組合類型Fig.3 Structure assemblage types of modern ooids cortices

有機質紋層、黏土質紋層、截面式紋層可能形成于鮞粒中碳酸鹽晶體生長停滯的時期，現(xiàn)代鮞粒中有機質紋層兩側的14C 年齡相差可達 500～3000 a(Duguidetal.， 2010)。沉積速率變化、溶液化學性質變化、磨蝕作用以及阻礙結晶的物質(如一些疏水性低分子物質、Mg2+等)在晶體表面吸積等，均可能導致晶體生長停滯(Sandberg，1975；Daviesetal.， 1978；Duguidetal.， 2010)，在停滯時期鮞粒表面可能加積文石微晶、有機質、黏土等形成紋層(Sandberg，1975)。磨蝕作用可能會使同心狀結構中出現(xiàn)平直的截面，并與微晶、黏土等共同構成截面式紋層(Sandberg，1975；Troweretal.， 2017)。

3.3 結構組合類型及其特征

現(xiàn)代鮞粒包殼可能并不是由單一的原生結構構成，而是呈現(xiàn)出多種結構的組合，因此鮞粒包殼的分類應當以結構組合類型為依據(jù)。根據(jù)是否發(fā)育放射狀或同心狀結構，可將包殼結構分為 3大類： 放射狀、同心狀、同心—放射狀(圖 3)。各大類包殼可根據(jù)放射狀、同心狀結構的特征進一步細分，如圖 3 所示。

放射狀包殼呈連續(xù)的放射狀結構(圖 3-1，3-2)(Flügel，2010)，可根據(jù)放射狀晶體的粒度、形態(tài)進一步劃分為放射纖維狀包殼和放射板狀包殼。同心狀結構由切線狀紋層和其他類型的紋層相間排列而成(Newelletal.， 1960；Rusnack，1960)。同心—放射狀包殼中同時出現(xiàn)同心狀結構和放射狀結構(Sandberg，1975；Halley，1977；Medwedeff and Wilkinson，1983)。部分同心—放射狀包殼中，同心狀結構將放射狀結構分隔在若干細層中，這些包殼同樣可根據(jù)放射狀晶體的粒度、形態(tài)劃分為同心—放射纖維狀包殼(圖 3-4)和同心—放射板狀包殼(圖 3-5)，以及內部為放射狀板狀結構、外部為放射纖維狀結構的同心—放射板狀—放射纖維狀包殼(圖 3-6)(Sandberg，1975；Medwedeff and Wilkinson，1983)。也有一些同心—放射狀包殼由內側的放射狀包殼和外側的同心狀包殼共同構成(圖 3-7，3-8)(Medwedeff and Wilkinson，1983)。由于切線狀紋層以及被同心狀結構分隔的放射狀細層顏色較淺，而其他同心狀紋層顏色較深，故同心狀包殼和同心—放射狀包殼常常呈現(xiàn)出亮層、暗層交替排列的形態(tài)(Medwedeff and Wilkinson，1983；Rankey and Reeder，2009)。

4 古代鮞粒包殼結構特征

古代鮞粒的包殼通常呈現(xiàn)出與現(xiàn)代鮞粒類似的原生結構類型和結構組合類型，放射狀結構、同心狀結構是常見的原生結構類型，但同心狀結構中的切線狀紋層極少有發(fā)現(xiàn)(Sandberg，1975)。由于成巖作用的影響，部分古代鮞粒包殼由次生包殼結構組成。

4.1 放射狀結構

古代鮞粒包殼的放射狀結構亦由纖維狀晶體或板狀晶體構成，放射狀晶體粒度分布區(qū)間較廣(Tucker，1984)。放射纖維狀晶體排列緊密，放射板狀晶體排列緊密或松散，松散排列的晶體之間充填泥晶、黏土等深色細粒物質(Tucker，1984；Chow and James，1987)。

4.2 同心狀結構

古代鮞粒包殼的同心狀結構包括與現(xiàn)代鮞粒相似的截面式紋層、微晶紋層、黏土質紋層等類型(Tucker，1984)。同心狀結構有時因相鄰紋層中的放射狀晶體增生而被破壞，可能局部消失，也可能僅有少量殘留(Strasser，1986；Chow and James，1987；Cantrell，2004)。切線狀紋層極少在古代鮞粒中發(fā)現(xiàn)(Sandberg，1975；Wilkinson and Landing，1978；Algeo and Watson，1995)。

4.3 次生結構

古代鮞粒包殼中最為常見的次生結構是晶粒結構和泥晶結構(Wilkinson and Landing，1978；Wilkinsonetal.， 1985；Algeo and Watson，1995)。晶粒結構也被稱為磚塊狀(bricklike)結構、粒狀鑲嵌(mosaic)結構等，由粒狀方解石構成，包殼可能整體完全轉化為晶粒結構，也可能局部轉化為晶粒結構、局部保留同心狀結構或放射狀結構(Wilkinson and Landing，1978；Wilkinsonetal.， 1985)。晶粒結構的成因可能是原生文石被溶蝕后形成溶蝕孔，方解石以膠結物的形態(tài)充填其中(Sandberg，1975；Tucker，1984；Wilkinsonetal.， 1985)。泥晶結構由分布于包殼內部、局部或完全取代原生結構的泥晶構成(Wilkinson and Landing，1978；Wilkinsonetal.， 1985；Flügel，2010)，成因則可能是微生物活動導致的泥晶化作用(Margolis and Rex，1971；Flügel，2010)。

部分古代鮞粒包殼中，放射狀晶體粒度較粗、保存程度差，呈現(xiàn)出類似亮晶、微亮晶的形態(tài)，可能是由粒度較細的原生放射纖維狀晶體在成巖過程中轉化而成(Wilkinsonetal.， 1985；Chow and James，1987；Algeo and Watson，1995)。在成巖過程中，放射狀結構中的原生高鎂方解石晶體可能轉化為方解石，其原生形態(tài)可能隨著成巖程度的提高而不斷變化，原生結構保存程度逐漸減小，如放射狀晶體穿透同心狀結構的現(xiàn)象隨著成巖作用的進行而增多，最終有可能使同心狀結構完全消失，而且放射狀晶體在成巖序列中可以呈現(xiàn)出由較細晶體到較粗晶體的演化趨勢(Chow and James，1984；Algeo and Watson，1995)。

古代鮞粒包殼中還可能出現(xiàn)白云石等次生礦物(Tucker，1984；Hird and Tucker，1988)。通常粒度較小的自形—半自形菱形白云石晶體出現(xiàn)在包殼放射狀晶體的間隙(Tucker，1984；Chow and James，1987；Hird and Tucker，1988)，也有一些包殼幾乎完全由數(shù)個粒度較大的自形—半自形鞍狀白云石晶體構成(Tucker，1984；Hird and Tucker，1988)。白云石細晶的形成可能與原生的高鎂方解石成分有關，而鞍狀白云石則是在埋藏后通過交代原始礦物形成(Tucker，1984；Chow and James，1987；Hird and Tucker，1988)。

4.4 結構組合類型

古代鮞粒包殼中常見的結構組合類型為放射狀包殼和同心—放射狀包殼(圖 3-1，3-2，3-4，3-5，3-6)。同心狀包殼極少見，原因是構成同心狀結構必要的切線狀紋層在古代鮞粒中極少發(fā)現(xiàn)(Tucker，1984；Strasser，1986；Bates and Brand，1990)。與現(xiàn)代鮞粒類似，放射狀包殼呈連續(xù)的放射狀結構。同心—放射狀包殼由黏土質紋層、微晶紋層、截面式紋層和被紋層分隔在細層中的放射狀結構構成。

古代鮞粒包殼結構與現(xiàn)代鮞粒包殼結構的差異源于原生礦物成分穩(wěn)定性的不同(Sandberg，1975；Wilkinsonetal.， 1985)?，F(xiàn)代鮞粒包殼切線狀紋層的原生礦物成分通常為文石，放射狀結構的原生礦物成分通常為文石或高鎂方解石(Marshall and Davies，1975；Sandberg，1975；Halley，1977；Landetal.， 1979)。由于文石穩(wěn)定性差，在成巖過程中會轉化為方解石，由文石構成的切線狀紋層或放射狀結構可能隨之轉化為次生的晶粒結構(Friedman，1964；Sandberg，1975；Wilkinsonetal.， 1985；Budd，1988)。而由穩(wěn)定性較好的高鎂方解石、方解石構成的放射狀結構會不同程度地保存下來(Friedman，1964；Chow and James，1987；Algeo and Watson，1995)。

5 中國古代鮞粒包殼結構研究存在的問題及實例

5.1 存在的問題

中國鮞粒包殼研究相對起步較晚，20世紀80年代開始有學者研究鮞粒包殼結構(王英華等，1983；張秀蓮，1984；余素玉等，1987)，并在古代鮞粒中識別出放射狀、同心狀等原生結構以及晶粒結構、泥晶結構等次生結構(王英華等，1983；張秀蓮，1984；韋龍明，1995；沙慶安和江茂生，1998；金瞰昆，1998)。2000年以后，古代鮞粒包殼結構受到越來越多學者的重視，包殼結構類型常被作為指示沉積環(huán)境的指標之一(如劉偉和張興亮，2010；侯恩剛等，2014；金鑫等，2015；姬國鋒等，2016)。

與國外碳酸鹽鮞粒研究成果相比，國內鮞粒包殼結構研究尚存在一些普遍性問題。

1)對包殼結構的識別不夠精細，對其成分的認識存在誤區(qū)，部分研究者對同心狀結構，尤其是切線狀紋層的認識存在誤區(qū)。有國內研究報道了古代鮞粒保存的切線狀紋層，但由于缺乏紋層內晶體沿切線方向排列的確切證據(jù)，目前還難以將這些紋層歸為切線狀紋層。同時，雖然多數(shù)學者認識到放射狀結構由放射狀排列的晶體組成，但對放射狀結構細分類型特征的描述多不明確，比如未區(qū)分放射纖維狀結構和放射板狀結構。另外，部分國內研究對放射狀晶體的礦物組成認識不一致，或推斷為方解石，或推斷為難以在古代鮞粒中保存的高鎂方解石、文石等，缺乏可靠的判斷依據(jù)。

2)對包殼結構組合類型認識不充分。國內研究者一般將包殼劃分為同心狀包殼、放射狀包殼、同心—放射狀包殼。事實上，古代鮞粒包殼最常見的原生結構組合類型應為放射狀包殼和同心—放射狀包殼，同心狀包殼因其重要組構切線狀紋層難以在地層中保存而無法識別(Sandberg，1975；Budd，1988)。部分包殼因可以觀察到交互出現(xiàn)的暗色和淺色同心層而被劃分為同心狀包殼。與現(xiàn)代鮞粒包殼結構比較，較薄的暗色層應為同心狀紋層。有研究描述淺色層具有晶粒狀次生結構，原生結構無法識別，其中部分較厚的淺色層可與被同心狀結構所分隔的放射狀細層對比，不應被籠統(tǒng)歸為同心狀紋層。

3)對于包殼結構及其組合類型的古環(huán)境解釋存在問題。鮞粒包殼的同心狀結構常被學者認為指示水動力較強的形成環(huán)境。然而，現(xiàn)代鮞粒研究和人工合成鮞粒實驗結果表明，放射狀包殼可能形成于靜水環(huán)境(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Daviesetal.， 1978；Landetal.， 1979)。同心狀結構存在多種類型，具切線狀紋層的包殼可能形成于強擾動環(huán)境(Rusnack，1960；Loreau and Purser，1973；Sandberg，1975；Daviesetal.， 1978；Landetal.， 1979)，而黏土質、有機質、截面式同心狀結構的形成，則可能由磨蝕、加積等多種沉積作用形成，因此不能籠統(tǒng)地認為同心狀結構可以指示擾動較強的環(huán)境(Sandberg，1975；Daviesetal.， 1978；Helleretal.， 1980；Troweretal.， 2017)。由此可見，由于對古代鮞粒包殼結構認識不充分，在使用鮞粒包殼結構討論古環(huán)境時可能產生錯誤解讀。

5.2 研究實例

近年來，筆者對國內外多個地區(qū)的古代鮞粒包殼結構開展了專題研究，其中華南下奧陶統(tǒng)多個層段產出的鮞粒具有保存良好的包殼結構。華南下奧陶統(tǒng)鮞粒主要出現(xiàn)在亮晶鮞粒灰?guī)r和泥晶鮞?；?guī)r中，在亮晶似球?；?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r中亦有少量分布，對應碳酸鹽緩坡淺潮下帶沉積環(huán)境(孫永超等，2016)。Liu 等(2011)發(fā)現(xiàn)湖北興山地區(qū)下奧陶統(tǒng)鮞粒包殼原生結構保存良好，依據(jù)現(xiàn)代鮞粒包殼研究成果，在其中識別出放射狀結構和同心狀結構。

在對這些鮞粒的包殼結構特征進行細致描述的基礎上，筆者在華南下奧陶統(tǒng)鮞粒中識別出與現(xiàn)代鮞粒類似的放射狀和同心—放射狀2種包殼類型(圖 3-1，3-2，3-4，3-5)。這說明上文所建立的鮞粒包殼結構分類方案在中國古代鮞粒研究中是適用的(該研究的詳細內容將另文發(fā)表)。

1—放射纖維狀包殼，包殼呈連續(xù)的放射狀結構，晶體呈較細的纖維狀，單偏光；2—圖4-1中矩形內區(qū)域，放射纖維狀晶體排列緊密，少量深色細粒物質彌散分布其間，包殼由數(shù)層晶體層疊構成，單偏光；3—放射板狀包殼，包殼呈連續(xù)的放射狀結構，晶體呈較粗的板狀，單偏光；4—圖4-3中矩形內區(qū)域，放射板狀晶體排列松散，晶體間由深色細粒物質填充，包殼由 1層板狀晶體構成，單偏光圖 4 湖北興山古洞口剖面下奧陶統(tǒng)鮞粒的放射狀包殼Fig.4 Non-concentric cortices of ooids，without any concentric structure but show radial structures， from the Lower Ordovician of Gudongkou section at Xingshan，Hubei Province

1—同心—放射纖維狀包殼，包殼內發(fā)育同心狀結構，將放射狀結構分隔在不同細層中；2—圖5-1中矩形內區(qū)域，細層內放射狀晶體呈纖維狀，同心狀結構為有斷口的黏土質紋層(黃色虛線)，或內側截切放射狀晶體(紅色箭頭)、外側發(fā)育細粒層(紅色虛線)的截面—黏土質紋層，正交偏光；3—同心—放射板狀包殼，包殼內發(fā)育同心狀結構，將放射狀結構分隔在不同細層中，鮞粒外側 1個同心層內部呈晶粒結構(紅色箭頭)，單偏光；4—圖5-3中矩形內區(qū)域，細層內放射狀晶體呈板狀， 同心狀結構為局部有斷口的黏土質紋層(黃色虛線)，正交偏光圖 5 湖北宜昌黃花場剖面下奧陶統(tǒng)鮞粒的同心—放射狀包殼Fig.5 Concentric cortices of ooids，with concentric structures and layers which show radial structure， from the Lower Ordovician of Huanghuachang section at Yichang，Hubei Province

1)放射狀結構由長軸近垂直于細層或核心表面的晶體構成(圖 4，圖 5)。這些放射狀晶體可以粒度較小、呈纖維狀外形(圖 4-1；圖 5-1)，也可以粒度較大、呈板狀外形(圖 4-3；圖 5-3)。其中纖維狀晶體排列相對緊密，深色黏土在晶體之間僅有零星分布(圖 4-2；圖 5-2)。纖維狀晶體在同心—放射狀包殼的放射狀細層中或放射狀包殼中通常層疊發(fā)育，長度小于細層/包殼的厚度(圖 4-2；圖 5-2)。板狀晶體排列可能緊密也可能松散，松散排列的晶體之間富含黏土、泥晶等深色細粒物質(圖 4-4；圖 5-4)。單個細層/包殼內通常僅發(fā)育 1層板狀晶體，板狀晶體的長度等于細層/包殼的厚度(圖 4-4；圖 5-4)。

2)同心狀結構將放射狀結構分隔在細層中，常見的有 2種： 黏土質紋層和截面—黏土質紋層。黏土質紋層由黏土構成，顏色較深，呈同心圓狀分布在相鄰紋層之間，局部有斷口、呈斷續(xù)分布(圖 5-3，5-4)。截面—黏土質紋層內側為截切紋層中放射狀晶體的同心圓狀平整截面，外側為深色黏土質紋層(圖 5-1，5-2)。

3)根據(jù)放射狀晶體的粒度，可將放射狀包殼劃分為放射纖維狀(圖 4-1)和放射板狀(圖 4-3) 2個亞類。同心—放射狀包殼也可分為同心—放射纖維狀(圖 5-1)和同心—放射板狀(圖 5-3) 2個亞類。

6 結論

1)鮞粒包殼結構的準確識別是鮞粒成因和環(huán)境研究的關鍵。根據(jù)對現(xiàn)代鮞粒研究的歷史綜述和現(xiàn)狀分析，劃分出現(xiàn)代鮞粒的 3個研究階段，綜合分析了現(xiàn)代鮞粒包殼原生結構的類型和特征，討論了包殼結構組合類型對鮞粒研究的重要性。

2)受成巖作用影響，古代鮞粒包殼中的原生結構可能被晶粒結構、泥晶結構等次生結構取代，也可能以不同的保存程度保留在包殼中。放射狀結構和同心狀結構均常見于古代鮞粒包殼中，但同心狀結構中的切線狀紋層極少能在成巖作用中保留下來。古代鮞粒常見的包殼結構組合類型為放射狀包殼和同心—放射狀包殼。

3)中國鮞粒包殼研究起步晚，但國內學者已對中元古界至古近系中的鮞粒進行了大量研究，識別出了放射狀結構、同心狀結構等包殼原生結構。國內鮞粒包殼結構研究尚存在對放射狀結構識別不精確、對同心狀結構和切線狀紋層等存在認知誤區(qū)、對包殼結構組合類型認識不充分等問題。在借鑒現(xiàn)代鮞粒包殼結構研究成果的基礎上，筆者以華南下奧陶統(tǒng)鮞粒為例，細致描述了古代鮞粒中放射狀結構、同心狀結構等包殼原生結構的特征，區(qū)分出放射狀包殼、同心—放射狀包殼等包殼結構組合類型，展示了古代鮞粒包殼原生結構研究的重要科學意義。

致謝在野外工作和論文撰寫過程中，得到了北京大學地球與空間科學學院王海峰、閆振、陳宇軒、李家騰、董軼婷、蘭漪漣、王藝凝、王凱、裴進峰等同學的寶貴意見和建議。北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室賈秋月老師制作本研究所用巖石薄片，北京大學造山帶與地殼演化重點實驗室 SEEL(SEM-EDS-EBSD-CL)實驗室張波副教授和張磊同學等在包殼顯微結構的掃描電鏡和EDS研究方面提供了寶貴的建議。在此一并感謝!