約代爾旋回形成機(jī)制之我見
——以華北克拉通晚古生代煤系沉積為例

石彥強(qiáng)

北京大地高科地質(zhì)勘查有限公司，北京， 100040

內(nèi)容提要: “約代爾”旋回是由石灰?guī)r、煤層和陸源碎屑巖組成的，以煤層頂板與海相灰?guī)r直接沉積接觸為特征的旋回。就此旋回，以往研究給出了截然不同的多種成因認(rèn)識。為了探尋旋回的真正形成機(jī)制，將地史聚煤期沉積特征與現(xiàn)代植被、泥炭沼澤、碳酸鹽巖沉積規(guī)律相對比分析，認(rèn)為地史聚煤期植物異常繁盛，占據(jù)了盆地演化階段的主導(dǎo)地位。在先遣植被的禁錮下,盆地輸入陸源碎屑極其貧乏,形成動(dòng)態(tài)泥炭沼澤；泥炭沼澤覆水后，很淺的水體也非常清澈，水生生物與已沉積有機(jī)質(zhì)共同作用，以及隨后的成巖膠結(jié)促進(jìn)了石灰?guī)r的形成。煤層頂部至石灰?guī)r下部代表的是無碎屑輸入的濱海，水深逐漸增加的沉積序列，石灰?guī)r與下伏煤層為連續(xù)沉積。約代爾旋回是先遣植被限制了陸源碎屑輸入，導(dǎo)致海水清澈的、正常的海進(jìn)海退沉積。石灰?guī)r和煤層雖然厚度不是很大，但橫向連續(xù)性相當(dāng)好，向陸源方向煤層增厚、石灰?guī)r變薄，向海方向煤層變薄、石灰?guī)r增厚，約代爾旋回向陸可以形成厚煤層。約代爾旋回真相的揭示，為沉積古地理和層序地層研究，以及為準(zhǔn)確的區(qū)域?qū)Ρ取⑻剿骶勖阂?guī)律奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

這樣的旋回成因歷來得到高度關(guān)注，眾說紛紜。其中研究較詳細(xì)的代表性觀點(diǎn)有：Moore(1959)的穩(wěn)定陸架附近三角洲側(cè)向遷移(轉(zhuǎn)引自汪壽松等, 1989)； 何起祥等(1991)的受限陸表海峽口啟閉引起的突發(fā)漫式海侵；張鵬飛等(2001)的漸進(jìn)型海侵； 李增學(xué)等(2005)的快速海侵； 邵龍義等(2008)海相層滯后時(shí)段聚煤； 李曉靜等(2019)非對稱性成因。以上都從旋回結(jié)構(gòu)層面分析了其成因，為了揭示該旋回形成的本質(zhì)，有必要對約代爾旋回的沉積機(jī)制進(jìn)行深入的分析。

1 約代爾旋回的沉積特征分析

約代爾旋回常見于陸表海聚煤盆地，但是在內(nèi)陸煤盆地也有相似的沉積特征。

1.1 陸表海聚煤盆地——以華北克拉通聚煤盆地為例

在華北克拉通晚古生代陸表海聚煤盆地中，約代爾旋回廣泛發(fā)育。特別是太原組，基本為該旋回的多個(gè)疊合，旋回從北向南逐步增多。據(jù)陳晉鑣等(1997)，由盆地北邊內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾—山西大同—北京西山一帶為1個(gè)旋回，到太原西山為3～4個(gè)旋回，晉城附近8～10個(gè)旋回，向南到蘇北徐州一帶石灰?guī)r最多可達(dá)18層之多。

每個(gè)旋回由根土巖、煤層、石灰?guī)r或泥質(zhì)灰?guī)r，向上過渡為灰黑色鈣質(zhì)泥巖、泥巖或粉砂質(zhì)泥巖沉積，再向上為深灰色粉砂巖、淺灰—灰白色中細(xì)粒砂巖等。有時(shí)某一巖性可能缺失，但煤層及其上覆石灰?guī)r的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，煤層與頂板石灰?guī)r之間有時(shí)會夾薄層黑色泥巖以示過渡。

1.1.1煤層底板

1.1.2煤層

約代爾旋回中煤層層位區(qū)域穩(wěn)定，但煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為條帶狀、線理狀結(jié)構(gòu)，局部見透鏡狀；煤層厚度變化較大，分岔、變薄、尖滅現(xiàn)象明顯，總體依照南海北陸呈北厚南薄的趨勢。

煤中煤巖組份以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組貧乏；煤的灰分較低、硫分較高，其中主要為黃鐵礦硫，一般為高硫煤。

煤層與上覆石灰?guī)r之間不存在暴露標(biāo)志、為連續(xù)性沉積。張鵬飛等(2001)研究發(fā)現(xiàn)煤層形成時(shí)明顯受到海水的影響,煤層上覆石灰?guī)r形成中亦有淡水參與,說明煤層及其頂板灰?guī)r是連續(xù)的漸進(jìn)型海侵；據(jù)程保洲(1992)，太原西山斜道溝太原組7號煤層厚1.60 m，異常大于區(qū)域厚度，煤中局部夾大量鈣質(zhì)煤核，頂部由水平紋理的煤，過渡為煤與生物粉屑薄互層的韻律紋層，向上炭質(zhì)含量減少，逐漸過渡為較純的頂板L4石灰?guī)r，說明該處在海侵淹沒泥炭沼澤過程中遭受了大潮汐的改造，沿岸植物碎屑和泥炭形成泥炭坪(圖2)(程保洲，1992)；偶然性風(fēng)暴潮可以將泥炭和植物殘骸搬運(yùn)到潮下以及更遠(yuǎn)的地方(胡益成等，1999)；石灰?guī)r與下伏煤層直接接觸(圖3)，局部見風(fēng)暴潮形成的沖刷面，如山東、山西某些煤田煤層海蝕成的“蛤蟆頂”(楊起等，1979)。

圖2 太原西山斜道溝約代爾旋回剖面(據(jù)程保洲，1992)Fig. 2 The Yoredale cycle profile in the slope gully of Xishan, Taiyuan (from Cheng Baozhou, 1992#)

圖3 山東淄博煤田露頭的約代爾旋回(引自呂大煒等，2015)Fig. 3 Yoredale cycle of outcrop in Zibo coalfield, Shandong ( from Dawei et al., 2015&)

1.1.3煤層頂板石灰?guī)r

煤層頂板石灰?guī)r厚度則是由北向南增加。據(jù)陳晉鑣等(1997)，石灰?guī)r由數(shù)十厘米到3～5 m者居多，少數(shù)灰?guī)r厚度可達(dá)10 m以上，個(gè)別復(fù)合層達(dá)30 m。灰?guī)r中普遍富含生物化石及其碎屑，主要有類、腕足類、珊瑚、瓣鰓類、海百合、牙形刺等，這些窄鹽性的海洋生物的大量發(fā)育標(biāo)明古海水為正常鹽度。據(jù)陳鐘惠等(1993)，動(dòng)物化石及其碎屑含量15%～40%,最高可達(dá)92%，以破碎型、中等破碎至較完整型為主，常密集成堆或定向排列。自北而南，生物碎屑總體含量增加，各門類也增多，但廣鹽性的介形蟲和雙殼類含量變化不大。基質(zhì)主要為泥晶方解石(灰泥)，含量40%～90%，結(jié)晶細(xì)小，掃描電鏡下可見磨蝕痕跡。灰?guī)r中陸源碎屑以黏土和粉砂級為主，局部地區(qū)見有細(xì)砂顆粒。陸源碎屑含量在北部有明顯向南減少的趨勢，在南部則變化不大。更主要的是石灰?guī)r中普遍含炭質(zhì)。一些灰?guī)r層的頂、底部有較多細(xì)小的黃鐵礦化植物根化石，炭質(zhì)和黏土礦物含量也增加，這說明沉積環(huán)境是逐漸變化的；灰?guī)r下部、上部主要為雙粒度雙模式型微相，而中部主要是雙粒度單模式—雙粒度雙模式過渡型，反映了較淺弱動(dòng)蕩水相對低能較深水較淺弱動(dòng)蕩水的旋回性沉積；從粗枝藻科的傘藻類多出現(xiàn)在灰?guī)r的中、上部，推測灰?guī)r沉積時(shí)期水深應(yīng)大于3～5 m而小于12～15 m；古鹽度為7‰～37.65‰，古水溫16.9～23.2 ℃。

1.2 內(nèi)陸含煤盆地的相似沉積

在我國的一些內(nèi)陸含煤盆地中也曾發(fā)現(xiàn)這樣的旋回層序。據(jù)李增學(xué)等(2005)，云南小龍?zhí)缎陆o(jì)褐煤盆地，含煤巖系明顯三分,即:下段以坡積洪積相砂礫巖充填為主; 中段為湖沼相沉積,范圍逐步擴(kuò)大,盆地連成一體,并演變?yōu)槟嗵空訚?形成巨厚煤層,煤體呈透鏡狀,以盆地中部最厚,約220 m,向周邊變薄尖滅;上段以湖泊相泥灰?guī)r為主,含淡水動(dòng)物化石,盆地沉積范圍最大。由此說明約代爾旋回不僅局限于陸表海聚煤盆地。

1.3 根據(jù)沉積特征對約代爾旋回成因的思考

在約代爾旋回中，煤層底板為一套水深變淺的沉積序列，而頂板直接覆蓋石灰?guī)r。一般認(rèn)為，煤層是接近水面附近的泥炭沼澤演化的，石灰?guī)r大多認(rèn)為是較深水沉積，煤層與其頂板石灰?guī)r之間似乎缺少了水體逐漸加深的半個(gè)旋回。如果僅從巖性結(jié)構(gòu)的表象解釋為快速海侵，由此得出海水快進(jìn)慢退的抽風(fēng)式旋回運(yùn)動(dòng)，這樣的推論違背了自然旋回規(guī)律，是難以自洽的；把多層疊合的約代爾旋回全部解釋為峽口啟閉突發(fā)式海侵更說不過去；三角洲周期性遷移也只能是局部充填而已。

那么，在漸進(jìn)型海侵過程中，煤層與石灰?guī)r之間為什么沒有水深增加的碎屑沉積序列呢？或者說碎屑沉積為什么沒有如約而至？何來如此回天之力？

有時(shí)候現(xiàn)象與本質(zhì)往往相去甚遠(yuǎn)，需要深度挖掘，像扒洋蔥一樣，層層扒下去，去偽存真、抓住事物的本質(zhì)，才能得到正確的認(rèn)識——這就是聚煤時(shí)期，植被、泥炭沼澤對陸源碎屑的限制作用。

2 約代爾旋回的主控因素——?jiǎng)討B(tài)聚煤模式

2.1 現(xiàn)代植物對環(huán)境的作用

現(xiàn)在是打開過去的最好鑰匙。海岸紅樹林破壞導(dǎo)致海水清澈度下降珊瑚礁白化；人類早期的焚林而獵和后來的焚林而田、過度砍伐、過度放牧，對環(huán)境和氣候造成嚴(yán)重的破壞，而近年來退耕還林和植樹造林、治沙工程使黃河水逐漸變清、中西部氣候好轉(zhuǎn)，均凸顯植物對環(huán)境的作用。

(1)植物可以適應(yīng)環(huán)境:植物不僅在環(huán)境適宜的條件下，得以快速生長；而且據(jù)袁明等(2014)，植物受體類激酶在植物生長發(fā)育和防御反應(yīng)中起著非常重要的作用，使植物能夠克服環(huán)境脅迫,在不利的條件下也能適應(yīng)性生長。

(2)植被能夠保持水土：植被樹冠、枯枝落葉層與根共同作用，大大減弱了地表沖刷。主要是植物根系對基底碎屑的控制，據(jù)朱菁等(2017)研究，植物根系分泌的大量多糖類物質(zhì)和高分子粘膠物質(zhì)具有強(qiáng)大粘結(jié)作用，與大量的發(fā)達(dá)的根系束縛和包裹增強(qiáng)土體抗沖性能；紅樹林發(fā)達(dá)的根系、茂密的叢冠等對海浪具有壓服作用，緩解了海水對岸堤的沖蝕(江銳捷等，2020)；植被和密集的網(wǎng)狀根系阻滯了河流對岸坡的沖蝕能力，降低了河道決口、側(cè)向遷移的幾率。

(3)植被涵養(yǎng)水源：植被保持水土的同時(shí)也截留大氣降水、延緩地表徑流，增加吸收和下滲，儲蓄水分；植物形成的植被、泥炭沼澤具有很強(qiáng)的持水能力，達(dá)到300%～400%，從而調(diào)節(jié)河流流量、減緩汛期洪峰、提高地下水位；泥炭沼澤深部泥炭化作用形成大量膠質(zhì)體和沉淀析出的黏土夾層，及其底板土壤沉淀層，均可視為很好的隔水層，阻止了沼澤水的下滲，減緩了其橫向流速，使沼澤水體能長期保持較高的水位(石彥強(qiáng)等，2009)。

(4)植被調(diào)節(jié)氣候：據(jù)曾紅玲等(2010)研究認(rèn)為，植被通過改變地表特征參數(shù),從而改變地表能量通量的收支,進(jìn)而會對氣候和大氣環(huán)流產(chǎn)生影響。而且,這種影響不只是局限在陸地表面及近地對流層,還可以向上延伸到對流層的中高層。植被的存在增強(qiáng)了三圈環(huán)流,從而使現(xiàn)有的氣候和植被分布更加穩(wěn)定。

2.2 地史聚煤期的植物

地質(zhì)歷史時(shí)期的晚石炭世—二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、晚白堊世—新近紀(jì)等聚煤期，分別是孢子植物、裸子植物、被子植物等演化更替后大爆發(fā)的鼎盛階段。那時(shí)的植物體型高大且生長旺盛，又尚未遭受天敵、病害等阻礙，堪比現(xiàn)代物種入侵，本能激發(fā)、迅猛繁衍、瘋狂蔓延。這樣的生態(tài)發(fā)展，無論從固碳量還是從植物的豐度、高度，或者從形成的煤層厚度和范圍廣度推論，都是遠(yuǎn)高于現(xiàn)在的、超乎想象的演化。

2.3 動(dòng)態(tài)聚煤模式

十幾年前筆者為了探尋可采煤層的成因，根據(jù)煤層發(fā)育規(guī)模、頂?shù)装瀛h(huán)境變化和地質(zhì)歷史時(shí)期植物繁盛和擴(kuò)展變化，推導(dǎo)出了聚煤時(shí)期，植被和泥炭沼澤在沉積過程中的主導(dǎo)作用，提出了動(dòng)態(tài)聚煤模式(石彥強(qiáng)等，2009)。

動(dòng)態(tài)聚煤模式表現(xiàn)在：成煤期植物和泥炭沼澤，已經(jīng)從脆弱的遭受河流、海浪、潮汐等碎屑流體的限制、沖刷、改造的被動(dòng)階段，轉(zhuǎn)向主動(dòng)限制河流的側(cè)蝕、遷移、匯聚，制壓海浪潮流的發(fā)展高度；是由個(gè)體孳生發(fā)展為群體效應(yīng)的過程；是脆弱的現(xiàn)代植物生態(tài)演化為強(qiáng)勁的、自我滋育的控盆植被體系的轉(zhuǎn)化發(fā)展過程；是聚煤期質(zhì)的飛躍。

此時(shí)的植被大大消減了河流的攜帶能量，壓服海浪、潮汐的沖刷。植被限制了基底碎屑活動(dòng)，調(diào)節(jié)了環(huán)境水文，進(jìn)一步發(fā)育改善了區(qū)域氣候，植物與環(huán)境持續(xù)互動(dòng)并協(xié)同演化，致使植被橫向連片、縱向擴(kuò)展到水域和陸源。至此，由植物形成的植被、泥炭沼澤，已經(jīng)占據(jù)了盆地演化階段的主導(dǎo)地位，植被將盆地和陸源碎屑牢牢禁錮在原地，促使地表水細(xì)流化、緩流化、低能化、清澈化，潛移默化、潤物無聲，滋育宏大的植被、泥炭沼澤長期穩(wěn)定發(fā)育。如毛節(jié)華等(1999)華北克拉通晚古生代的B、D煤組煤層幾乎遍布超過1500000 km2的聚煤盆地，反映了當(dāng)時(shí)植被泥炭沼澤的發(fā)展規(guī)模。

3 約代爾旋回形成過程分析

3.1 海退后期

海退后期，在植被和泥炭沼澤作用下，海岸輸入碎屑貧乏。海浪和潮流充分改造有限的海岸碎屑，形成平坦廣闊的海灘湖澤。隨著海退，植被、泥炭沼澤迅速占據(jù)廢棄的基底環(huán)境，由三角洲平原向三角洲前緣、前三角洲潟湖海灣推進(jìn)，進(jìn)一步占據(jù)廢棄的碳酸鹽臺地之上發(fā)育，形成遼闊的跨基底環(huán)境發(fā)育的動(dòng)態(tài)泥炭沼澤。

3.2 海進(jìn)過程

3.2.1先遣植被的控制作用

下一次海侵，水體淹沒泥炭沼澤，在平坦清澈的濱岸帶生長著稠密的海草等水生植物、漂浮著大量植物殘骸，更加之海岸附近類似于紅樹林植被的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，壓服海浪和潮流，保護(hù)才形成的泥炭層不被沖蝕，同時(shí)海水頂托沼澤淡水向上滋育泥炭沼澤垂向發(fā)育。

同樣泥炭表層稠密的植被叢冠阻滯了海水推進(jìn)的速度，上升的海水阻滯并反推沼澤淡水向上擴(kuò)展。隨著海侵水位上升，基底碎屑活動(dòng)勢能減小，而向陸推進(jìn)的先遣植被，進(jìn)一步禁錮基底碎屑，影響區(qū)域水文和氣候，可擴(kuò)展到物源區(qū)。使動(dòng)態(tài)泥炭沼澤占據(jù)了河流沖積平原、間湖以至沖積扇前緣的廣大區(qū)域發(fā)展。

沼澤河流和潮汐海流攜帶的植物殘骸、泥炭碎屑，與偶然性風(fēng)暴潮災(zāi)變事件沖蝕、撕裂的濱海植被及泥炭層，甚至尚未固結(jié)好的石灰?guī)r硬底，運(yùn)移到盆地更遠(yuǎn)的地方,分選性沉降沉積。其中黏土等碎屑物質(zhì)因比重較大，先沉積下來形成夾矸；泥炭和植物殘骸比重較小，會在海面上漂浮一段時(shí)間，等植物殘骸組織空隙充分飽水，海水澄清才會慢速下沉累積，形成異地煤，部分沉積于泥炭沼澤附近形成微異地煤。

3.2.2煤層頂板石灰?guī)r的形成機(jī)制

地史上，大部分碳酸鹽巖是由分泌碳酸鹽的生物形成的，其中不少是光合作用的副產(chǎn)品(顏佳新等，2019)，顯生宙以來更是如此。動(dòng)態(tài)泥炭沼澤覆水后，因?yàn)橄惹仓脖幌拗屏岁懺此樾驾斎耄购軠\的水體也非常清澈。在清澈的海水中生長著水生植物、水生動(dòng)物、微生物，與已沉積有機(jī)質(zhì)共同作用，以及隨后的成巖膠結(jié)促進(jìn)了石灰?guī)r的形成(圖4)。其中:

3.2.2.1沉積有機(jī)質(zhì)

泥炭沼澤覆水后，海岸附近受海浪和潮流攪渾，海水被泥炭腐殖酸酸化，鈣化作用下降，不利于石灰?guī)r形成。正如邵龍義等(2008)：“很多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn), 全新世冰期后海平面上升到佛羅里達(dá)陸棚上之后, 碳酸鹽并沒有馬上沉積下來, 而是在數(shù)千年之后才沉積下來, 在這數(shù)千年甚至更長的滯后時(shí)段中, 紅樹林泥炭則大量發(fā)育形成了紅樹林泥炭層, 最終的層序是沉積間斷面—紅樹林泥炭層—海相碳酸鹽巖沉積”。

而在較深的海水中，據(jù)Erik Fligel(埃里克·弗呂格爾，2010)，有機(jī)質(zhì)在碳酸鹽的形成過程中起重要作用。有機(jī)質(zhì)微生物腐爛的氨化作用引起水體pH值升高，利于鈣質(zhì)晶體的沉淀；有機(jī)質(zhì)還導(dǎo)致文石沉淀，一些特定有機(jī)質(zhì)誘發(fā)方解石結(jié)晶。

3.2.2.2水生植物

當(dāng)最早的綠色植物于3.5 Ga前出現(xiàn)時(shí)，地殼才有碳酸鹽巖沉淀(張昀，1998)。

海草可在水深2～15 m范圍內(nèi)大量繁殖，對海水鹽度的適應(yīng)范圍很寬。如現(xiàn)代海草席可分布于潮間到淺潮下帶的較寬范圍(埃里克·弗呂格爾，2010)。根植在淹沒泥炭層上的水生植物營養(yǎng)豐富、生長茂盛，形成致密的海底草席，不僅降低水流速度，消耗廣海傳來的波能，并捕獲經(jīng)過的懸浮顆粒，而且吸收海水中的CO2，促使碳酸鹽沉淀，同時(shí)呼出氧氣，有利于海洋生物快速大量繁殖；植物根系細(xì)胞內(nèi)鈣化作用和根系周圍細(xì)胞鈣化作用也形成根生鈣質(zhì)殼(埃里克·弗呂格爾，2010)。

3.2.2.3水生動(dòng)物

海草葉片有利于底棲生物的附著和生長。如藻類、有孔蟲、苔蘚蟲、海綿、珊瑚、雙殼類、腹足類和龍介蟲等，這些附著生物不僅構(gòu)成了各種生物包殼，還能產(chǎn)生大量的松散碳酸鹽沉積物，如在地中海地區(qū)中—新生代碳酸鹽巖。其中細(xì)菌、藻類、小型有孔蟲、苔蘚蟲和刺毛海綿是石炭紀(jì)二疊紀(jì)結(jié)殼生物群的重要組成部分。

海洋生物不僅形成生物礁和微生物巖，而且同樣形成大量泥晶碳酸鹽，如骨屑顆粒解體和泥晶化，在熱帶淺水地區(qū)常常出現(xiàn)白色碳酸鹽懸浮物—“海雪”，是淺水細(xì)粒碳酸鹽的主要來源；附著生物的分解是佛羅里達(dá)海灣灰泥的主要來源(顏佳新等，2019；埃里克·弗呂格爾，2010)。

雖然未固結(jié)的、松散的碳酸鹽沉積物仍然可以受到水動(dòng)力搬運(yùn)與擴(kuò)散的影響，但生物骨架構(gòu)造和生物包粘、捕獲、障積作用，包括有機(jī)質(zhì)早期成巖膠結(jié)，均可以抵抗波浪和海流的改造，其堆積范圍可以直達(dá)海岸附近。其中①潮下臺地或近海淺灘，生活在植物葉片上的有孔蟲、珊珊狀藻、雙殼類和腹足類等，構(gòu)成海浪蛤草席，相應(yīng)的沉積物是分選差的生屑泥粒灰?guī)r。②潮間坪被大葉藻屬海草形成的草席覆蓋，它們在潮間帶下部往往形成比較稀疏的群落，而在潮間帶上部形成稠密的海草席。沉積物是分選很差的、含內(nèi)棲軟體類骨屑砂和陸源碎屑混合物。③潮間帶頂部的紅樹林帶與潮坪向陸方向相連，形成典型的紋層狀灰泥巖、假角礫巖和“根土巖”。如現(xiàn)代美國南佛羅里達(dá)的灰泥海岸，被認(rèn)為與古代泥晶丘相似(埃里克·弗呂格爾，2010)。

3.2.2.4微生物

海洋細(xì)菌的生命過程和細(xì)菌分解有機(jī)質(zhì)都能導(dǎo)致碳酸鈣的沉淀，其中“灰泥丘”就是微生物的強(qiáng)烈作用形成的。微生物捕獲(黏結(jié))沉積顆粒、有機(jī)組織的生物礦化作用，以及之上的表層沉淀作用形成碳酸鹽巖沉積；強(qiáng)烈光合作用，加上高密度的生物類群，可以引發(fā)碳酸鹽泥以白堊的形式沉淀下來，穩(wěn)固于海底藍(lán)細(xì)菌席中；藍(lán)細(xì)菌和藻類的光合作用驅(qū)動(dòng)微生物席發(fā)育，在微生物席中抓獲并形成細(xì)粒碳酸鹽(貢云云，2017)。微生物席是能夠適應(yīng)各種環(huán)境條件的活生生的沉積物表面，是地球生態(tài)系統(tǒng)的最古老的生物成因沉積構(gòu)造，在廣闊的非海洋環(huán)境和海洋環(huán)境都有出現(xiàn)；在漫長的時(shí)空條件下，微生物席具有驚人的持續(xù)性(埃里克·弗呂格爾，2010；梅冥相，2014)。

大多異養(yǎng)細(xì)菌都可以引發(fā)碳酸鈣沉淀。原核藍(lán)細(xì)菌在適宜的微生物席，形成固體泥晶鈣管，從欠飽和水中攝取光合重碳酸鹽導(dǎo)致在微生物席中發(fā)生泥晶沉淀作用(埃里克·弗呂格爾，2010)。

3.2.2.5早期成巖作用

碳酸鹽早期成巖作用優(yōu)先發(fā)育于潮坪灰?guī)r中。明顯的標(biāo)志包括:①重力(微鐘乳石)膠結(jié)物，例如，在潮間帶鳥眼孔隙中的滴水石膠結(jié)物;②潮上帶海灘巖顆粒間的新月形膠結(jié)物;③淡水滲流豆粒;④形成于潮間帶和潮上帶表面的方解石或文石質(zhì)泉華包殼;⑤在受沖浪影響的底質(zhì)上的不規(guī)則碳酸鹽結(jié)殼，常與豆粒相伴生(埃里克·弗呂格爾，2010)。

大多數(shù)淺海相碳酸鹽巖通過溶解和沉淀來實(shí)現(xiàn)其石化過程；海水潛流成巖作用發(fā)生在淺海或深海的海底或海底之下以及潮坪和海灘環(huán)境(埃里克·弗呂格爾，2010)。

綜合以上分析，海水碳酸鹽在被淹沒的泥炭層表面能快速沉積形成鈣質(zhì)“硬底”，進(jìn)一步發(fā)育形成橫向穩(wěn)定的石灰?guī)r頂板，保護(hù)下覆泥炭層免受后來海水及突變事件的長期侵蝕。

3.3 海退過程

海進(jìn)后期，物源區(qū)邊坡及碎屑遭受先遣植被禁錮，累積了高聳的勢能；海退后，基底和陸源碎屑活動(dòng)勢能愈加增大，在大地震、大暴雨和物源區(qū)構(gòu)造活動(dòng)加劇等突發(fā)事件作用下，陸源碎屑重新活躍，沖破植被限制，碎屑像脫韁的野馬可以運(yùn)移到盆地更遠(yuǎn)的地方，而上游暴露嚴(yán)重，可能遭受剝蝕。

3.4 約代爾旋回沉積規(guī)律的發(fā)現(xiàn)

圖5 華北克拉通約代爾旋回南北向變化規(guī)律(引自呂大煒等，2015)Fig. 5 Variation regularity of the Yoredale cycle in North China Craton (from Dawei etal., 2015&)

石灰?guī)r和煤層在此消彼長的基礎(chǔ)上，又存在互利互惠的共生關(guān)系。即：石灰?guī)r和煤層雖然厚度都不是很大，但石灰?guī)r壓煤層的結(jié)構(gòu)組合的橫向穩(wěn)定性非常好，可以連續(xù)追蹤幾百到上千千米(陳鐘惠等，1993；程保洲，1992)，連續(xù)性相當(dāng)好(圖1)。

4 問題討論

(1)旋回界面位置的確定，歷來是各家爭論的焦點(diǎn)；層序地層倡導(dǎo)以不整合面分界。根據(jù)約代爾旋回的成因，煤層與根土巖之間常常是一個(gè)無沉積間斷面，建議把旋回/小層序界面放在根土巖頂部比較合適。

(2)地層數(shù)字定年，天文旋回導(dǎo)致的氣候變化與海洋、湖泊沉積韻律和生物更替關(guān)系的研究越來越得到學(xué)界重視。約代爾旋回真相的揭示，為精準(zhǔn)的與天文旋回比對，探索深層的旋回控制因素，準(zhǔn)確標(biāo)定地層年代奠定了良好的基礎(chǔ)。

(3)許多“硅質(zhì)碎屑—碳酸鹽巖混合沉積”地層(徐偉等，2019)，大多被解釋為風(fēng)暴潮等動(dòng)力將陸源碎屑異地搬運(yùn)到碳酸鹽臺地的結(jié)果；如果用約代爾旋回沉積機(jī)理分析可能會更加合理。由此推測許多碳酸鹽巖和碎屑巖交替混合沉積，向陸源追索有可能找到典型的約代爾旋回和煤層，這有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

5 認(rèn)識和結(jié)論

(1)地史聚煤期是植物大爆發(fā)的鼎盛時(shí)期，植物限制了基底碎屑活動(dòng)，并與環(huán)境協(xié)同演化，致使植被橫向連片、縱向擴(kuò)展到陸源和水域，植物占據(jù)了盆地演化階段的主導(dǎo)地位。在先遣植被的禁錮下,地表水細(xì)流化、緩流化、清澈化，導(dǎo)致海岸輸入碎屑極其貧乏,形成平坦廣闊的海灘湖澤，隨著海水進(jìn)退發(fā)育動(dòng)態(tài)泥炭沼澤。

(2)在先遣植被保護(hù)下，動(dòng)態(tài)泥炭沼澤覆水清澈，水生生物與沉積有機(jī)質(zhì)、成巖膠結(jié)共同作用促進(jìn)了石灰?guī)r的形成。

(3)成煤植物限制了陸源碎屑發(fā)育，煤層與上覆石灰?guī)r代表了無碎屑供給的、正常的海進(jìn)過程沉積。約代爾旋回代表的是先遣植被限制了陸源碎屑后的正常的海水進(jìn)退沉積。

(4)約代爾旋回形成機(jī)制的研究，揭示了旋回結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律和煤中高硫的真正原因，為向陸方向?qū)ふ液衩簩犹峁┝死碚撘罁?jù)；為沉積古地理和層序地層分析，以及為準(zhǔn)確的區(qū)域?qū)Ρ取⑻剿骶勖阂?guī)律奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

致謝：毛小平教授和章雨旭研究員審閱了文稿，提出了許多寶貴的修改意見，陳浩高級工程師重新轉(zhuǎn)繪和修改了圖件，孫喬琪工程師進(jìn)行了英文翻譯和修改，在此一并致以衷心的感謝！