叠层石是以蓝细菌为主的微生物在生长活动过程中黏附和沉淀矿物质或捕获矿物颗粒而形成的一种生物沉积构造（Walter，1976）。作为地球上最古老的微生物生态系统之一，其形成过程记录了地球早期生命与地质环境的协同演化（曹瑞骥和袁训来，2009；常玉光等，2012；李倩倩和郑德顺，2023；Yuan et al.，2025）。尤其在新元古代叠层石经历了从短暂繁盛到全球性衰退的转折，这一演化轨迹与罗迪尼亚超大陆裂解、“雪球地球”事件、大气氧含量跃升及埃迪卡拉纪后生动物辐射等重大地质事件在形成时间上耦合（Peters et al.，2017）。通过对该时期叠层石蕴含的生物与环境信息进行深入解析，有助于揭示当时环境变化的影响因素，更能为探究生命与环境的协同演化机制提供重要依据。

叠层石的宏微观特征能够有效记录其生长环境的关键参数，包括水深、物质来源、水动力条件和光照强度等环境因素（苑鼎成等，2024）。通常认为环境因素控制着叠层石宏观形态，而微观特征则归因于微生物作用（Grotzinger and Knoll，1999；贾志海等，2008；Planavsky and Grey，2008；Zhang et al.，2023a，2023b）。部分学者采用地球化学分析的方法，进一步约束了前寒武纪叠层石形成的古环境，有效解译了叠层石中所蕴含的关键生物—环境演化信息（闵隆瑞等，2002；Yuan et al.，2025）。同时，现代环境中的叠层石分布局限，通过古今叠层石的对比研究，不仅可定量评估环境参数对叠层石形态的调控机制，更为理解前寒武纪沉积环境和叠层石形成机制提供了新窗口，也为研究底栖微生物群落与环境相互作用的基本原理建立了参照基础（乔丹，2020；张薇，2020；苑鼎成等，2024）。

我国新元古界发育类型丰富、保存完好的叠层石建造。徐淮盆地北缘新元古界望山组广泛发育叠层石和臼齿构造（贾志海等，2003；陈松等，2012；孙云鹏等，2020），但叠层石宏微观特征及其对沉积环境的响应机制与古气候指示意义尚不明确，亟须系统深入的探讨。本文通过运用叠层石宏观形态与微观组构分析方法，结合地球化学数据，分析古海洋、古气候等环境变化，进而划分沉积相类型并构建其动态演化模式，探讨叠层石对古气候和海平面变化的响应机制及其控制作用，为新元古代生物—环境协同演化研究提供新证据。

华北克拉通是世界最古老的克拉通之一，基底由太古宙—古元古代变质杂岩体构成，其上不整合覆盖中—新元古代及显生宙沉积盖层序列（翟明国和彭澎，2007）。在中元古代晚期至新元古代早期，沿华北克拉通东南边缘发育了一系列沉积盆地，包括朝鲜半岛的平南盆地、山东半岛的胶莱盆地、辽宁半岛的大连盆地和江苏与安徽交界处的徐淮盆地（Sun et al.，2020）。

研究区位于华北东南缘徐淮盆地，在构造上位于郯庐断裂带西部及大别山活动带北部，在地层区划上属于中朝地层区的胶辽徐淮分区（Wan et al.，2019）。区内出露的地层以元古界和下古生界为主，地层保存良好，其中淮北群不整合覆于太古宇泰山群之上，与上覆寒武系猴家山组平行不整合接触，共有兰陵组、新兴组等13个组（Xiao et al.，2014）。望山组整体为碳酸盐沉积，上覆于史家组灰绿色钙质页岩，下伏于金山寨组黑色砾岩（图1c）（贾志海等，2003；洪天求等，2004）。史家组最年轻单颗粒碎屑锆石LA-ICP-MS ²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为910±10 Ma、953±10 Ma，最年轻峰值年龄为950 Ma（庞科等，2021）。对侵入望山组的基性岩墙进行的锆石U-Pb测年结果显示，SHRIMP ²⁰⁶Pb/²³⁸U锆石年龄为897±16 Ma，LA-Q-ICP-MS ²⁰⁶Pb/²³⁸U锆石年龄为890±14 Ma（王清海等，2011）。基于上述精确的年代学数据，结合区域地质背景，推测出望山组的沉积时代应介于910~890 Ma。

图  1  研究区位置图及望山组地层柱状图

Figure 1.  Location of the study area and stratigraphic column of the Wangshan Formation

研究剖面位于安徽省宿州市褚兰乡黑土窝地区（图1a，b），望山组出露完整，实测剖面厚362 m，按岩性组合特征系统划分为10个岩层。该组整体为一套海相碳酸盐岩沉积序列，依据岩性组合与沉积构造特征可划分为下、中、上三段（图2）。

图  2  望山组实测地层柱状图及露头剖面

Figure 2.  Measured stratigraphic histogram and outcrop section of the Wangshan Formation

望山组下段岩层为9~10，厚度为92.1 m，底部以深灰色薄层微晶灰岩与黄色薄层泥灰岩韵律互层为特征，发育连续水平纹层。向上过渡为中—薄层泥晶灰岩，含顺层分布的硅质结核，顶部突变为厚30 cm的砾屑灰岩层，砾屑磨圆度较好，多为板状、椭球状，分选性差，指示风暴浪改造作用；望山组中段岩层为5~8，厚度为157.5 m，岩性为灰色中厚层—厚层灰岩，其中发育典型的叠层石和臼齿构造；同时普遍存在多种伴生沉积构造，包括砾屑灰岩、缝合线构造、冲刷构造等。望山组上段岩层为1~4，厚度为112.4 m，岩性主要为浅灰色中厚层—厚层白云质灰岩、泥晶灰岩，广泛发育叠层石、臼齿构造、鸟眼构造以及硅质结核等，以0.7 m厚的燧石质角砾岩为望山组和金山寨组的界线。

样品采自安徽省宿州市褚兰乡黑土窝剖面，按岩层自下而上取样99块，所有样品均取自未受风化或后期蚀变影响的新鲜露头，并尽可能避开方解石脉和肉眼可识别的次生构造，以最大限度降低表生风化等作用对样品后期处理的干扰。室内处理阶段，筛选出无次生脉体、未受蚀变的岩石碎块用于主量元素和碳氧同位素分析，利用手持式牙钻钻取岩石碎块的粉末样品。本次室内研究所进行的分析测试样品包括50件薄片样品用于岩相学观察、20件用于主量元素和碳氧同位素分析。

岩相学观察在河南理工大学生物遗迹与成矿过程国际联合实验室完成，实验仪器为Carl Zeiss偏光显微镜Axioskop 40。通过单偏光、正交偏光镜观测后对薄片进行全区拍照。

主量元素测定采用熔片X荧光光谱法（XRF），在科荟测试（天津）科技有限公司完成，所用仪器为岛津XRF-1800。将样品粉末在1 000 ℃马弗炉中灼烧3 h，计算烧失量（LOI）。分析前，将样品粉末与助熔剂混合在1 150 ℃熔样炉中熔融14 min制作熔融玻璃盘。冷却后，将玻璃片取出以备XRF测试。在分析过程中使用了多个国际标样（GBW07105、GBW07111和GBW07112），这些标准样品的大多数氧化物的测量值和推荐值之间的相对差异小于±1%。

碳酸盐碳、氧同位素分析在中国地质大学（武汉）地质微生物与环境全国重点实验室完成，实验仪器为Thermo Fisher MAT 253型稳定同位素质谱仪。通过对重复样的检测显示其δ¹³C分析的外部误差低于0.06‰，δ¹⁸O分析的外部误差低于0.1‰。对大理石及方解石标样（GBW04416和GBW04417）的测试结果显示其δ¹³C和δ¹⁸O的测试精度分别优于0.02‰和0.06‰，试验结果采用VPDB标准。

对徐淮地区新元古界望山组叠层石的宏观形态特征、赋存叠层石的岩性及伴生的沉积构造进行系统研究，将该地区叠层石分为柱状、波状和纹层状3种类型。

柱状叠层石：岩性为浅灰色—灰色泥晶灰岩，伴生构造有硅质结核、交错层理、侵蚀面构造等。望山组中段底部依次发育平行分叉（图3a）和规则长圆柱状（图3b）叠层石，两者形态相似，仅分叉方式不同。前者具平行分叉，部分柱体可见多次分叉，分叉前母柱体有轻微膨大趋势，柱体高度为5~8 cm，直径约3 cm；后者未见分叉，柱体高度为10~13 cm。叠层石相邻柱体平行排列，常具收缩和膨胀特征。柱体具单层壁，侧部沉积物切割不明显，偶见少量檐和连层。相邻柱体间距为3~6 cm。纹层对称性一般，继承性较好。望山组上段依次发育不规则柱状、穹形短柱状、棒状和散开分叉状叠层石，伴生鸟眼构造。不规则柱状叠层石（图3c）形态复杂多样，侧部不平整，帽檐较发育，柱体高度4~10 cm，直径约4 cm，柱体间距为1.0~3.5 cm。穹形短柱状叠层石（图3d）簇拥状紧密生长，柱体高度为3~4 cm。棒状叠层石（图3e）多数高度约为7 cm，直径约为4 cm。体侧不具壁，相邻柱体间距多数大于3 cm。纹层对称性和继承性较差。散开分叉叠层石（图3f）母柱体底部直径约2 cm，向上呈放射状生长。柱体具多次分叉，不具壁。纹层多为不规则带状，并具波状起伏。

图  3  徐淮地区望山组叠层石类型及宏观特征

Figure 3.  Types and macroscopic characteristics of stromatolites in the Wangshan Formation, Xuhuai area

波状叠层石（图3g）：主要分布于望山组上段底部，岩性为白云质灰岩。纹层形态垂向上自下而上由较为平坦过渡为波状起伏，纹层厚度变小。两侧破碎较为严重，破碎处多被泥质充填。明暗纹层相间分明，纹层厚度介于1~2 mm，层间偶见泥质夹层，继承性和横向连续性较差。

纹层状叠层石（图3h）：主要分布于望山组上段底部和中段中部。岩性为浅灰色白云质灰岩，纹层横向连续且起伏较小，继承性好。亮暗纹层相间分布，厚度小。偶见硅质结核顺层产出，形态为规则椭圆状，长轴方向与纹层一致。

望山组下段中识别出藻类丝状体（图4a），颜色为褐红色，丝体多呈单体或交织状生长，长0.2~0.4 mm。这些丝状体分布在亮晶方解石基质之中，几乎不含其他杂质。丝状藻类通常被认为是较深水环境中微生物席的主要构建者，但研究区却缺乏典型的微生物席发育特征，说明望山组下段水深可能已经超过了叠层石生长所需要的水深（石敏，2014）。

图  4  徐淮地区望山组叠层石显微镜下特征

Figure 4.  Microscopic features of stromatolites in the Wangshan Formation, Xuhuai area

望山组中段纹层状叠层石发育壳层状微构造，纹层横向连续，亮层与暗层渐变过渡，并且交替有规律。暗色纹层厚度为0.05~0.10 mm，可见过渡界面（图4b），垂向上由等厚互层（单层0.05~0.10 mm）过渡为厚亮层（0.3~0.5 mm）与薄暗层（0.02~0.05 mm）交替，界面之上暗层有机质含量降低，亮层石英含量增加。

望山组中段柱状叠层石，纹层呈连续—断续带状，厚度介于0.2~0.5 mm，暗色纹层形态极不规则，横向上呈断续状，主要由泥晶碳酸盐矿物及有机质组成。柱间发育鲕粒、板状砾屑及藻类团块（图4c），鲕粒圈层结构特征明显，主要为表皮鲕，同心层厚度小于核心，核心为硅酸盐矿物。

望山组上段柱状叠层石发育斑点状微细构造（图4e）、气孔微细构造。纹层多呈连续—断续带状（图4f，g）。暗色层与浅色亮层交替出现，呈渐变过渡关系，继承性差。暗色纹层呈条带状，顶界凹凸不平，底界较为平整，厚度介于0.3~0.7 mm，主要由藻团块和泥晶级碳酸盐岩矿物组成，偶见黄铁矿沿暗层集中分布（图4d）。亮色纹层厚度不稳定，0.05~1.00 mm不等，主要由粉晶级碳酸盐岩矿物组成。纹层间可见暗色微球粒，形态和大小差别不大，呈球状，相互黏结，多集中于暗色纹层中呈条带状分布，部分不均匀散落于亮色纹层中，柱间多为竹叶状砾屑和藻团块充填，砾屑多为椭圆状、板状，分选差，呈次棱角—次圆状。柱状叠层石轴部纹层曲率高，部分暗色纹层呈中间厚两端尖灭的透镜状（图4f），纹层弧度较下部增加，亮层厚度较为均匀。在曲率较大的纹层内发育窗格构造（图4h）。

20个岩石样品主量元素测试结果如表1所示，SiO₂含量介于1.05%~12.50%，平均值为3.68%；CaO含量介于34.05%~54.50%，平均值为49.71%；MgO含量介于0.35%~16.83%，平均值为3.28%；K₂O含量介于0.03%~0.86%，平均值为0.19%；Al₂O₃含量介于0.16%~2.69%，平均值为0.65%；全铁含量介于0.03%~1.49%，平均值为0.31%。上述主量元素相对富集，而Na₂O、MnO、P₂O₅、TiO₂的含量均值都小于0.1%。

CaO与其他常量元素呈不同程度的负相关。TFe₂O₃与MnO、Al₂O₃、K₂O、TiO₂、SiO₂含量呈强正相关（图5）。垂向上具有相似的变化（图6），趋势大致与CaO的垂向变化相反，总体上在望山组中段呈现小幅的上升—下降的波动，在上段底部维持低值波动，在上部突然增加。

图  5  徐淮地区望山组碳酸盐岩样品主量元素相关性热图

Figure 5.  Heat map of correlations between major elements in carbonate rock samples from the Wangshan Formation in the Xuhuai area

图  6  徐淮地区望山组碳酸盐岩样品主量元素垂向分布

Figure 6.  Vertical distribution of major elements in carbonate rock samples from the Wangshan Formation in the Xuhuai area

望山组碳酸盐岩碳氧同位素分析结果如表1所示，δ¹⁸O值范围介于-7.34‰~-5.44‰，平均值为-6.20‰，δ¹³C值范围介于+2.61‰~+6.26‰，平均值为+3.66‰。

剖面的δ¹³C值变化点线图表示（图7a），δ¹³C值有两次明显的正向偏移和三次负向偏移。在望山组下段有一次负向偏移，负向偏移幅度达1.35‰。随后在中段出现了正向偏移，增加量达1‰，达到峰值后出现又一次负向偏移，偏移值为1.44‰。第二次正向偏移发生在望山组上段，从底部的+3.09‰至峰值+6.26‰，又经过长时间的下降，δ¹³C回落到+2.61‰。

图  7  徐淮地区望山组样品δ¹³C、δ¹⁸O及其相关性

Figure 7.  δ¹³C, δ¹⁸O and their correlations in samples from the Wangshan Formation, Xuhuai area

前人研究表明，在变质作用、成岩作用等沉积后作用中，碳酸盐矿物的原始同位素组成可能受到一定程度的影响而发生改变（Bickle et al.，1997）。成岩作用可能导致碳酸盐矿物δ¹³C及δ¹⁸O值的协同降低（Bekker et al.，2006）。因此，δ¹³C与δ¹⁸O值的相关性常作为评估碳酸盐岩成岩改造程度的重要指标。通过对望山组样品的δ¹³C与δ¹⁸O进行相关性分析，结果显示两者之间缺乏明显的协同演化关系（图7b），表明望山组δ¹³C数据可用来反映沉积期古环境信息。同时δ¹⁸O普遍大于-10‰，也表明样品成岩改造作用微弱（Bannerand Hanson，1990）。此外，MgO/CaO值亦可作为碳酸盐岩蚀变程度的判断依据。当MgO/CaO小于0.125时，说明碳酸盐矿物未发生成岩蚀变作用（任影等，2018；Yuan et al.，2025）。本研究中，样品WS-34、WS-35、WS-46和WS-66的MgO/CaO值分别为0.239、0.494、0.196和0.152。除上述4个样品外，其余望山组样品的MgO/CaO值均显著小于0.125，进一步指示这些样品未发生明显成岩蚀变作用。

综上所述，望山组碳酸盐岩整体成岩改造作用较弱，其地球化学指标能够较为可靠地反映原始沉积环境特征。

根据望山组岩性及赋存叠层石的不同形态和生物特征对沉积相进行分析（图8a）。望山组下段底部以深灰色薄层微晶灰岩与黄色薄层泥灰岩韵律互层为特征，微细水平层理十分发育，指示低能静水的水动力条件，微观下观察到褐红色藻类丝状体（图4a），指示其形成于潮下低能带。向上渐变为泥晶灰岩夹砾屑灰岩层，砾屑呈次棱角状、叠瓦状排列（图2b），表示其可能位于风暴浪基面以上，陆源碎屑减少，反映水体变浅。

图  8  徐淮地区望山组古环境演化图

Figure 8.  Paleoenvironmental evolution diagram of the Wangshan Formation in the Xuhuai area

中段岩性主要为浅灰色中厚层状灰岩。第8层发育柱状叠层石（图3a），层位底部叠层石具多次不增宽平行分叉，向上过渡为未分叉叠层石，且柱体高度减小，表明水动力条件逐步减弱。叠层石纹层多为连续—断续状，体侧局部具单层壁，且柱间发育鲕粒、板状砾屑及藻类团块，指示潮间带底部高能沉积环境（范正秀等，2018），有利于微生物群落垂向生长形成高柱状叠层石。第7层可见多层砾屑灰岩层显示其为近风暴潮沉积（洪天求等，2004），代表望山组中部的碳酸盐岩沉积过程中受到了一定程度的风暴作用影响。第6层出现的水平纹层状叠层石纹层致密（图3h），延展性较好，无明显波动起伏，指示台地边缘潮滩环境中的潮间带上部或潮上带。中段上部广泛发育臼齿构造，该构造多形成于潮间带环境，而在较深水环境中通常缺失。一种可能的解释是，由甲烷生产产生的局部气压必须通过静水压力来平衡，因此较深的水位不利于臼齿构造的形成（Shen et al.，2016；Liu et al.，2023）。整体而言，望山组中段记录了潮间带—潮上带的演化序列。

研究剖面显示望山组上段碳酸盐岩沉积序列具有显著的垂向相变特征。岩性组合自下而上呈现白云质灰岩到灰岩，再到灰岩与泥灰岩互层的岩性过渡序列。剖面底部发育纹层状叠层石及硅质结核。叠层石纹层具良好的继承性，表现为平直致密并可稳定侧向延伸；硅质结核形态较为规则，呈顺层产出，其形成未受明显扰动。整体特征指示其为浅水低能环境，符合潮上带或潮间低能带的沉积特征。此阶段沉积受潮汐主导，水体能量微弱，白云质灰岩的形成可能与潮坪环境的周期性暴露及早期成岩白云化作用有关。中部层位开始出现波状起伏的波状叠层石（图3g），该类型通常发育在潮间坪环境，与水平纹层状叠层石相比则需要更高的水体能量（乔丹，2020），泥质和碎屑组分相对减少，伴生有鸟眼构造，指示水体能量增强并伴随周期性暴露。至上部过渡为柱状叠层石，其形态复杂，纹层多具连续—断续带状微构造，斑点状微细构造（图4e），纹层厚度不稳定，继承性较差，叠层石柱体间常充填不规则砾屑，反映了长期强动荡的浅水高能环境，推测沉积环境已进入受波浪作用主导的潮间高能带。

磷（P）作为生物代谢活动的关键营养元素，是重建古生产力的重要地球化学指标（沈俊等，2011）。Al、Si等高场强元素在海水中的滞留时间短，通常需通过陆源碎屑搬运进入海洋，而研究区P₂O₅含量与Al₂O₃、K₂O、TiO₂及SiO₂呈弱相关性（图5），暗示其来源可能以深部海水上升流为主，而非陆源输入。望山组上段P₂O₅含量整体呈上升趋势，中段则呈现三个显著的“上升—下降”旋回（图8b）。值得注意的是，旋回峰值层位常伴生风暴成因的竹叶状砾屑及叠层石富集，推测是风暴事件引发的垂向水体混合将深层富磷营养盐输送至透光层（李天义等，2008；Ma et al.，2008；丛帅等，2022），从而促进蓝细菌等微生物的繁盛。

根据沉积相分析结果，望山组下段表现为水体逐渐变浅，由潮下带向潮间带过渡；中段水位继续下降，沉积相转变为潮上带；随后海平面再次上升，使沉积环境回归潮间带。地球化学指标可作为对沉积相解释的补充。研究表明，碳酸盐岩碳同位素组成特征可用于全球海平面变化表征（王传尚等，2014；赵宗举，2015；白翔宇等，2022；赵玉茹等，2024）。当发生全球性海平面上升事件时，深水区易于富¹²C有机质的埋藏保存，从而大量消耗海洋系统中的¹²C。上述过程导致相应的浅水碳酸盐岩δ¹³C值升高（李儒峰和刘本培，1996；田辉等，2021）。望山组δ¹³C值在剖面底部小幅减小，表明此时海平面小规模下降。顶部则呈现显著正偏，对应快速海侵事件。期间发育三个升高—降低旋回，对应于三次完整的海平面升降事件（图8d）。前人研究认为部分主量元素（Al₂O₃、K₂O、SiO₂及TiO₂）可作为判别陆源输入强度的有效指标（赵玉茹等，2024）。其中Al₂O₃、K₂O和TiO₂主要来源于陆源碎屑物质，并且它们主要赋存于陆源泥质中。在深水和低能环境中，通常由于细粒陆源碎屑和黏土的混入造成Al₂O₃、SiO₂和TiO₂等含量增加。在望山组的中段和上段Al₂O₃、SiO₂和TiO₂含量呈现显著增加趋势，反映望山组沉积中期和晚期经历了两次明显的水体加深事件，与δ¹³C所反映的海平面波动特征具有良好的一致性。值得注意的是，Al₂O₃、K₂O、SiO₂及TiO₂与CaO呈强负相关，指示陆源物质输入会抑制碳酸盐岩的沉积（汪凯明和罗顺社，2009；何雨旸等，2014；潘明等，2015）。

碳酸盐岩中的Fe/Mn可反映古气候的变化。Fe在潮湿环境中易以氢氧化铁胶体形式快速沉淀，Mn在炎热环境水体强烈蒸发时会大量沉淀。因此沉积物中Fe/Mn的高值对应温湿气候，低值是干热气候的响应（宋明水，2005；任影等，2018；赵玉茹等，2024）。望山组样品MnO、TFe₂O₃、Al₂O₃、K₂O、TiO₂和SiO₂含量呈较强正相关（图5），表明望山组铁、锰元素主要来源于陆源物质的供给，保留了原始沉积信号。Fe/Mn在下段和中段底部呈现先增加再减小的趋势，之后回归低值且波动较小。在望山组上段又呈现一个增加—减小的旋回。Ca/Mg同样也是气候变化的良好指示剂（田洋等，2014；任影等，2018），与Fe/Mn变化趋势相似，望山组下段样品Ca/Mg值较低，保持缓慢上升。在中段底部表现为极低值和极高值交互出现的剧烈波动特征。中段旋回结束后在垂向上保持低值，代表大气降水量减少，蒸发作用增强，气候由干旱背景下相对湿润气候条件向该时期干旱气候的转变。上段波动剧烈旋回结束后又开始迅速上升。望山组样品Fe/Mn和Ca/Mg在剖面上的共同指向是在海平面高的层位保持相对高值，包括中段和上段的底部及顶部，指示温暖湿润的气候。而在海平面低的层位保持低值，包括下段和中段中部，指示干热的气候条件（图8c）。

望山组早期处于潮下带低能环境，受水体较深、循环受限等因素影响，生物群落发育程度较低，仅存少量丝状体藻类。该时期海平面持续下降，陆源碎屑供应量递减。

沉积阶段中期呈现显著的海平面高频振荡特征。沉积环境先过渡至潮间高能带，较强的潮汐和波浪作用在加强陆源物质淘洗的同时，形成了大量的浪成砾屑和鲕粒，透光性改善为蓝细菌等造席微生物的繁盛提供了条件，对应发育多次平行分叉的细长柱状叠层石，其侧部发育单层壁，沉积物切割不明显，说明在叠层石生长期间沉积物降落速度缓慢。海平面的继续下降导致水动力减弱，不分叉柱状叠层石逐渐发育，反映出叠层石建造对能量梯度变化的形态适应。随后气候向温暖湿润转变，海平面短暂上升，而后经历短暂海退，在此期间高频风暴事件驱动垂向水体混合，深层富磷海水上涌，微生物繁盛，促进柱状叠层石的建造，但柱体高度显著减小（图3i），揭示了水体变浅对可容纳空间的限制。此后海平面振荡加剧，沉积环境向潮间—潮上过渡带迁移，干旱炎热气候背景下，持续海退导致叠层石群落经历短暂生态位空缺后，以层状形态实现广泛定殖。海平面的下降在拓宽浅海生物宜居环境的同时也增大陆地面积，增加陆源输入，这与该时期形成的层状叠层石中微观层面上频繁出现纹层形态渐变界面的现象相一致。

沉积阶段晚期气候温暖湿润，适宜陆上河流的大量发育，带来大量的淡水输入，迎来持续时间较长的海侵，沉积环境进入周期性暴露的潮间带蒸发环境，发育层状叠层石。随着水体深度持续增加，层状叠层石逐渐消失。后续气候转为干热，海退过程中，波状叠层石在白云质灰岩基底进行生长。之后叠层石由波状向柱状演化，高能水流塑造不规则柱体形态，且柱间充填浪成砾屑。随着海平面的进一步下降，水体能量大，风浪冲击作用较强，叠层石柱体间距显著减小，开始呈丛状聚集。末期气候回返温暖湿润促使海平面回升，依次发育棒状及散开分叉状叠层石，河流的大量发育导致大陆风化作用加剧，陆源输入剧增，这可能是之后叠层石消失的原因。

地层序列记载望山组沉积期气候变化频繁，海平面经历三次完整的海侵—海退旋回，结合其与金山寨组的不整合，可判断总体上呈现水体逐渐变浅的趋势，与华北克拉通徐淮地块同期的构造拉张事件及徐淮盆地沉积中心迁移过程相耦合（洪天求等，2004），表明区域性地壳活动通过改变古地理格局，调控了叠层石生态域的时空分布。综合古环境及叠层石演化分析表明，望山组叠层石形态分异与古环境演化间存在显著的动态耦合关系。为深入解析新元古代叠层石对古气候振荡及海平面波动的响应机制提供了证据。纵观剖面上岩性特征及叠层石沉积特征，望山组处于徐淮盆地边缘台地，此时的台地形态、水深、气候条件为藻类微生物繁育提供适宜的环境条件，叠层石与古环境存在良好的响应，主要发育在干旱炎热气候下的浅水位，古气候控制水循环，影响陆源输入强度，进而促进或抑制微生物的繁盛，调控叠层石的生长（图9）。

图  9  徐淮地区望山组沉积模式图

Figure 9.  Sedimentary model diagram of the Wangshan Formation in the Xuhuai area

叠层石作为地球早期生命的重要载体，前人研究表明其存在5次大规模的衰减事件，并在中—新元古代达到演化鼎盛期。叠层石衰减的原因除了一致认为的与生物进化有关外，还有一定的外界环境因素和其自身因素，如环境变迁和钙化作用的变化等。在中—新元古代叠层石研究中时常参照现代叠层石用以解释其古环境和古生态（曹瑞骥和袁训来，2006）。这些现代碳酸盐叠层石为了解前寒武纪环境和叠层石的形成提供了潜在的窗口，同时为了解底栖微生物群落如何与环境相互作用提供了基础（张薇，2020）。为深入探讨望山组叠层石形成的主控因素，现代叠层石的宏微观形态建造和环境影响是重要的借鉴。

微观结构上，现代微生物席的碳酸盐岩纹层可类比于古代叠层石的纹层构造（张薇，2020）。现代巴哈马叠层石中微生物席由碳酸盐沉淀的白色层与包含各种微生物群落（包括自养细菌和异养细菌）的非岩化有机层交替组成，微生物垫的绿色、棕色和红色层代表不同的微生物群落（Vasconcelos et al.，2006）。值得注意的是，现代叠层石中由微生物席绿色藻类层捕获或黏结矿物颗粒形成的暗层随着微生物席的向上生长，进入紫红色异养细菌层并在异养细菌层内的酸性条件下溶解并重结晶（Decho et al.，2005）。望山组上段潮间带柱状叠层石暗色纹层中顺层分布着细粒的黄铁矿，可能指示硫酸盐还原细菌的存在。同时纹层中发育由半自形—自形方解石充填的穹窿状孔隙。这可能指示望山组叠层石发育类似现代叠层石的多种微生物群落协同作用体系，这些微生物通过代谢活动调控碳酸盐岩的沉淀和溶解，进而驱动叠层石纹层的周期性生长（Dupraz et al.，2004；常玉光等，2012；胡斌等，2014）。微生物群落的生存状态对环境变化极为敏感（常玉光等，2013）。巴哈马Exuma Cays和Highborne Cay现代叠层石生态系统的观测结果表明（Andresand Reid，2006），快速埋藏事件导致的微生物席消亡会直接引发叠层石衰退。望山组中段层状叠层石亮纹层增厚现象，即由等厚互层（单层0.05~0.1 mm）过渡为厚亮层（0.3~0.5 mm）与薄暗层（0.02~0.05 mm）交替，界面之上暗层有机质含量降低，亮层石英含量增加。此外，上段因陆源输入激增造成的叠层石消亡，均印证沉积环境扰动对微生物群落的决定性影响。望山组中观察到高频风暴事件对叠层石生态系统可能具有双重作用：一方面强烈的水体扰动会破坏微生物席的稳定性；另一方面风暴引发的上升流可将富营养深部海水输送到透光层，为后续的微生物勃发提供物质基础。

宏观形态上，Andres通过研究巴哈马Highborne Cay及Exuma Cays的现代海洋叠层石，发现叠层石的生长形态主要由水动力环境、可容纳空间和光照强度因素控制（Andresand Reid，2006）。水动力条件控制微生物席的稳定性和形态复杂性。水动力条件越强，叠层石的类型越复杂（范正秀等，2018），望山组叠层石沉积相分析表明柱状、波状叠层石集中发育于潮间带高能环境，其分叉复杂程度与水动力强度呈正相关，而层状类型则稳定存在于潮上带低能区，这种空间分异与现代巴哈马叠层石的生态分带规律具有可比性。不同沉积相带通过差异性的可容纳空间、水动力能量和光照强度等环境因素影响叠层石的宏观形态。可容纳空间决定了叠层石的潜在生长高度（Andresand Reid，2006）。望山组中段由柱体高度5~8 cm的平行分叉柱状叠层石过渡为柱体高度10~13 cm的柱状叠层石，且水深相对变浅，是可容纳空间随海退过程逐渐缩小的直观记录。Ojakangas et al.（2023）通过构建数值模型揭示了光照驱动叠层石形态演化规律，当光照不足时，蓝藻在顶端生长最快，形成狭窄的圆锥形结构，顶端曲率半径逐渐减小。当光照过强时，顶端因光抑制生长减缓，侧翼生长更快，导致宽阔的圆顶形结构，顶端曲率半径增大。在望山组上段柱状叠层石中，叠层石纹层由宽缓状过渡为中间厚两端薄的透镜状（图4），或许指示光照条件的变化对叠层石纹层形态生长造成的影响。层状叠层石往往发育在潮上带或潮间带上部，而柱状叠层石往往发育在较深的潮间带下部或潮下带，微生物席从层状的水平扩展转变为柱状的垂向延伸可能也是适应弱光环境的体现。

通过将望山组叠层石与现代叠层石进行对比，发现望山组叠层石微生物席可能存在多种微生物共存现象，它们的相互作用及代谢活动在一定程度上制约了叠层石的微观形态。古环境与叠层石的形态结构之间存在着多尺度的响应关系。陆源碎屑输入强度和风暴事件可以在一定程度上调控微生物生态演替，而可容纳空间、光照强度和水动力环境因素则影响叠层石的宏观形态。这些研究结果不仅有助于更好地理解叠层石的形成机制，还为恢复古环境条件提供了重要线索。

（1） 徐淮地区望山组叠层石广泛发育，根据其形态可划分为柱状叠层石、波状叠层石和层状叠层石。其中柱状叠层石形态丰富，主要有规则长圆柱状叠层石、扁圆柱状叠层石、穹形短柱状叠层石、不规则柱状叠层石、平行分叉叠层石和散开分叉叠层石。柱状和波状叠层石发育在潮间高能带，而层状叠层石发育在潮上低能带。

（2） 望山组沉积期气候变化频繁，海平面经历了三个完整的海进—海退旋回，总体上呈现变浅的趋势。叠层石与古环境存在良好的响应关系，主要发育在干旱炎热气候下的浅水位环境，古气候控制水循环，影响陆源输入强度，进而促进或抑制微生物的繁盛，调控叠层石的生长。

（3） 望山组叠层石微生物席上可能有多种微生物共存，它们的相互作用及代谢活动在一定程度上制约了叠层石的微观形态。古环境与叠层石的形态结构存在多尺度的响应，陆源输入强度、风暴事件在一定程度上调控了微生物生态演替，可容纳空间、光照强度和水动力环境因素影响了叠层石的宏观形态。