解密显生宙碳酸盐岩难题：海绵还是微生物?

　　近年来，一类特殊的泥晶灰岩引起了越来越多地质同行的关注，并已成为重要的国际热点话题之一。长期以来，此类含有亮晶细管状构造的泥晶灰岩都被认为是生物潜穴（活动）或者微生物成因。但基于泥盆纪和三叠纪一些碳酸盐岩材料的三维重建表明，这些泥晶灰岩中的蠕虫状亮晶细管很可能代表了古代角质海绵化石部分结构的残余物。根据上述三维重建的结果，甚至仅根据微相二维特征，一些同行在一些典型的微生物岩中识别出大量角质海绵化石，但此类结构在不同环境及保存背景下的属性仍有待商榷。

　　近期，中国科学院南京地质古生物研究所李越研究员、李启剑副研究员与英国布鲁内尔大学的Stephen Kershaw教授对四川-陕西交界的志留系宁强组生物礁展开了多次联合野外考察。在实验室运用大规模磨制抛光面，并有针对性地配合显微薄片的研究方法，揭示了宁强组礁灰岩中一系列类似“角质海绵”的显微结构(图1)。相关研究成果已在国际沉积地质学会(SEPM)主办的开放期刊Sedimentary Record上在线发表。

　　该显微结构常见由多个球粒联合而成的泥晶小团块，并且具有明显的层状结构。同时，宁强组礁体中此类泥晶团块中还含有亮晶细管状构造，常常保存在礁内的洞穴环境中。泥晶团块中亮晶细管状构造的二维形态虽然与角质海绵的纤维类似，但细管的直径大小却与现代石质海绵相近（图2）。然而，通过与第四纪生物礁中洞穴保存的含球粒填充物进行详细对比，表明宁强组生物礁的似“角质海绵”泥晶团块其实主要是微生物成因的泥晶碳酸盐岩，而局部类似海绵的结构仍需要进一步的证据以确认其生物属性。

　　此研究成果作为显生宙含亮晶细管状构造的泥晶灰岩的最新进展之一，为其生物属性的探讨提供了更多依据。同时，上述进展也进一步强调了三维重建的手段对这类特殊的泥晶灰岩研究的重要性：因二维的图像的局限性以及类似结构的多解性，缺乏三维重建的研究案例在一定程度上存在误导性。另外，此研究亦表明志留系宁强组生物礁虽然代表了在晚奥陶大灭绝之后，后生动物礁生态系统在华南复苏的高潮期，但在其洞穴环境中，钙质微生物仍旧发育，对礁体二级格架的构建起到了重要作用。

　　本项研究由中科院青促会项目、中国科学院先导专项B和国家自然科学基金委的共同资助。

　　论文相关信息：Stephen Kershaw, Qijian Li & Yue Li. 2021. Addressing a Phanerozoic carbonate facies conundrum—sponges or clotted micrite? Evidence from Early Silurian reefs, South China Block. Sedimentary Record. (DOI: 10.2110/sedred.2021.1.03)

插图 1．四川宣和宁强组礁灰岩。A. 不规则的生物礁洞穴的边缘（左下）中填充大量亮晶方解石及似“角质海绵”状结构；B-C. 似“角质海绵”状结构细节（黄色箭头显示洞穴与礁灰岩基质的边界），明显可见纹层状特征。

插图2.（A）球粒联合而成的泥晶小团块的显微照片（B）A中左上角黄色方框的放大细节，显示其左上圆形亮晶的部分可能为海绵的残余结构；（C）现代石质海绵网状骨针形态；（D）现代角质海绵的纤维形态。