碳酸盐生产工厂：概念体系与未来趋势解析
—— —— 碳酸盐生产装置概念体系及发展方向
李飞1 王霞2 严嘉欣3
1. 西南石油大学地球科学与技术学院成都610500
2. 成都理工大学沉积地质研究所， 成都610059
3. 中国地质大学(武汉)地球科学学院， 武汉430074
关键词碳酸盐岩沉积学；生态住宿空间；碳酸盐生产商；平台演变；成岩作用
0 简介
碳酸盐生产系统是“地球临界区”的重要组成部分，维持着全球25%以上海洋生物的生命活动，也是地球环境演变的忠实记录者。在当代全球碳循环中，碳酸盐沉积和回收过程发挥着重要作用。因此，深入了解碳酸盐生成系统对于研究全球大气、生物和海洋层的共同演化，以及了解过去和预测未来全球气候和环境变化极为关键。
碳酸盐岩主要由方解石和白云石矿物组成，海洋是其主要沉积场所。在地球表面岩石圈中，碳酸盐岩占分布面积的20%以上，蕴藏着重要的水资源、油气资源、多金属矿产资源。同时，由于地球多圈层耦合过程的协同性和非均质性，地球深部碳酸盐记录表现出巨大的时空差异。因此，对这些特征鲜明、类型多样的碳酸盐岩进行描述、总结和解释极具挑战性[1]。
1 “碳酸盐生产工厂”概念的出现与传播
作为大量生产沉积物的场所，“工厂”一词被广泛应用于沉积地质学的许多领域，例如源汇系统中碎屑的生成和搬运[3]以及自生粘土矿物的形成[3]。 ]。 4]。其中，碳酸盐沉积学领域的“碳酸盐（生产）工厂”概念明确、分类明确、方法相对系统。
Wilson[6]在其经典著作《地质史上的碳酸盐相》《碳酸盐沉积原理》第一章中介绍了碳酸盐岩沉积所必需的海洋环境条件，并总结出“生物类型、海平面变化、构造等因素”随着沉降率、水文和古气候的相互作用，在这个‘碳酸盐工厂’的地质记录中产生了各种石灰石和白云石。”由此可见，“碳酸盐工厂”一词早在平台阶段模型中就出现了。需要说明的是，该专着《地质历史中的碳酸盐相》的中译本已将其译为“碳酸盐工厂”[10]。
James[7]在介绍碳酸盐沉积相模型时指出，碳酸盐沉淀最容易发生在温暖的浅水环境中，其中以热带开放陆架和浅滩环境最为典型； “碳酸盐工厂”产生的沉积物大部分在原位或附近堆积，有的被输送到泻湖和滩涂环境（向陆方向），有的被输送到斜坡和盆地环境（向海方向）。因此，碳酸盐沉积物保存场地包括从浅水到深水的不同环境。本文使用简化图来标识“潮下碳酸盐生产厂”的位置以及生产产品的运输路线。这可能是最早更完整地解释碳酸盐生产厂特征的文献[7]。尽管James[7]没有给出直接的定义，但字里行间表达了碳酸盐生产植物的一些特征，例如碳酸盐沉积物的生产与环境、水深和生物贡献有关。此后，“碳酸盐工厂”一词在碳酸盐沉积学领域的相关文献和教科书中迅速传播，但其理解和应用的侧重点各不相同。例如，塔克等人。 [9]指出，在巴哈马地台和佛罗里达陆架，1015 m水深范围是碳酸盐沉积物的主要产地。这个浅潮下带就是“碳酸盐工厂”。 Homewood[11]强调了骨颗粒和有机质生产的重要性，认为“碳酸盐工厂”是由复杂多变的浅水生物群落组成，既能产生大量有机质，又能产生大量碳酸盐骨颗粒。它是生物体与环境相互作用、反馈的结果。贝茨勒等人。 [12]认为温度是碳酸盐工厂发展的主要控制因素，并指出水深和光照条件的差异对碳酸盐颗粒类型和组成的重要性。 Surlyk[13]在丹麦盆地晚白垩世温冷水碳酸盐沉积物研究中阐明了营养条件对工厂发育的影响，同时也很好地研究了不同水深下碳酸盐生产工厂的主要贡献因素状况。概括。
可见，从20世纪70年代“碳酸盐工厂”概念出现直至20世纪末，国际沉积学界一直关注碳酸盐岩沉积成因特征数据的积累和建立碳酸盐岩沉积成因特征的过程。改进碳酸盐岩沉积相模型。讨论碳酸盐沉积物的产生。尤其是碳酸盐生产装置的概念提出后，相关话题的讨论更加热烈。然而，先前的研究人员认为碳酸盐沉积物的产生涉及的组成部分是位置/空间（例如潮下带、平台或大陆架）、生产者（生物群落）和生产过程（例如生物与环境之间的相互作用） 。或者对产品的理解还比较模糊；如何识别和区分（根据环境条件、控制因素或沉积特征）生产植物，生产过程与沉积成岩作用的界限在哪里，以及如何进一步研究和延续生产植物，目前尚无广泛共识。发展等方面。
2 “碳酸盐生产工厂”的标准化和发展
针对上述情况，Schlager在21世纪初系统地探索了碳酸盐生产装置的理论体系，推动了碳酸盐生产装置研究的规范化和发展[14-16]。碳酸盐沉积物的产生对环境条件极为敏感，因此海洋环境中碳酸盐沉积物的产生区域在空间上受到狭小限制。区域之间生物体与环境相互作用的细微差异也会导致其产品在区域之间的变化。因此，碳酸盐生产厂是一个碳酸盐沉积物生产系统，核心是生产，典型组成部分是生产空间和生产过程[15]。
Schlager[14-15]借鉴碳酸盐沉积物的基本生产方法，首先将海相碳酸盐沉积物分为生物成因和（准）非生物成因两类，然后根据生物成矿方式的差异对生物成因进行分类。原因类别细分为两类：生物控制原因和生物诱发原因。根据引起矿化的生物类型的差异，生物控制沉积物进一步分为光合自养型和异养型（图1）[14-15]。得益于地球生物学和海洋化学领域的新进展，这种微观尺度的分类有助于从根本上区分碳酸盐的生成方法，也有利于解释海洋碳酸盐岩记录的地球记录。化学信号的沉积学意义，例如同位素比和微量元素含量。
图1 海相碳酸盐生产厂分类（据文献[5]修改）
需要注意的是，碳酸盐生产工厂理论应用于宏观碳酸盐沉积物研究时，涉及到时空尺度不一致的问题。特别是当工厂研究集中在岩石地层单元群水平甚至更大尺度时，所有大型碳酸盐岩沉积物都将是23种形成方法的混合体。然而，这种混合物并不是随机的，而是会聚集在三个各具特色的碱式碳酸盐生产系统（工厂）周围，即热带工厂、温水和冷水工厂、砂浆土堆工厂（图1）[5,14-14] 15]。
（1）热带生产工厂（热带工厂），在热带、亚热带地区浅海环境中发展起来；生产者主要是生物控制的矿化生物，其特征是光合自养生物，例如光合藻类及其共生体。次要特征产品包括非骨架碳酸盐，如水泥、鲕粒和细粒钙质悬浮沉积物。异养生物可以是生产的重要贡献者，但不是该植物特有的生产者。
(2)中高纬度地区表层海水发育冷水工厂，低纬度地区表层海水下温跃层发育冷水工厂。生产者主要是异养生物，但在某些情况下，光合自养生物（例如红藻）也发挥着重要作用。典型产品是沙子和砾石级骨颗粒的混合堆积物，但缺乏造礁珊瑚碎片和鲕粒，砂浆和水泥也很少见。
(3)泥丘工厂主要形成于较深水的海洋环境中，但也可发育于浅水的底栖环境中。与前两类工厂不同的是，泥丘生产工厂主要由微晶石灰岩组成，其成因大多与生物诱发的碳酸盐沉淀有关。典型的泥丘通常是在同生期和准同步期就地沉积的。它可以在其生命周期内进行整合和存储。
另外，广阔的海洋表面碳酸盐沉积物的生产堪称浮游工厂。需要说明的是，各种厂名的选择主要是指生产者类型和形成环境[14-15]。为了避免歧义并覆盖更广泛的生产者和环境条件，施拉格后来将这三类工厂简化为T工厂、C工厂和M工厂。其中，热带生产工厂更名为T-factory，代表热带、顶级水柱；冷暖水生产工厂更名为C-工厂，代表凉水。水）和控制降水；泥浆生产厂更名为M-factory，代表泥浆、微晶和微生物[16]。
每个生产厂代表了一组特定的环境参数组合、沉积物结构成分、沉积物内部组成以及沉积物生产潜力（相对于海平面变化、构造沉降）等。沉积物性质的这种成因联系使碳酸盐岩生产厂的确定，像沉积相模型一样，有助于规范碳酸盐岩沉积地质体的描述，并可用于预测难以直接观测的沉积特征和沉积过程。执行恢复和预测。因此，碳酸盐生产工厂类型的分类也称为碳酸盐工厂模型[5,15]。
2021年，Reijmer[5]回顾了碳酸盐生产厂概念的早期发展历史，系统讨论了全局控制因素（如光、温度、营养条件、盐度、基质和碳酸盐饱和度）和区域控制、海洋等因素的影响洋流、上升流、海洋气候系统、大气系统、水动力条件、陆源碎屑沉积物以及碳酸盐沉积物产生的淡水输入。 Reijmer[5]还对Schlager[15-16]对碳酸盐生产厂的分类进行了修订和补充，如增加了冷水珊瑚生产厂（CWC），并建议基于主要控制因素的差异，Schlager的三个基本碳酸盐生产厂又细分为光主导型、盐度主导型和营养主导型（图1）。一些新的碳酸盐生产装置分类方案也较好地补充和完善了Schlager的原有工作[17-18]。相关工作的开展标志着碳酸盐生产装置概念体系的成熟和规范。
另一方面，Pomar 等人。 [19-22]对碳酸盐生产工厂系统的概念和模型也有许多重要的见解。 2022年，Sedimentology杂志出版了向Pomar致敬的专辑[23]，总结了他在碳酸盐生产工厂领域的一系列重要成就，包括持续关注地中海地区中新世碳酸盐生产工厂的沉积特征和演化；从植物角度，清晰地讨论了碳酸盐沉积体系与陆相碎屑沉积体系在物源供应和驱动沉积物扩散的水动力条件方面的本质区别；提出“生态可接受空间”的概念，强调生物和生态条件控制碳酸盐台地的发展[23]。波马尔等人。 [19-22]认为碳酸盐沉积物的产生高度依赖于生物系统和流域内部生态条件（如温度、盐度、营养盐等）。钙质生物的产生直接或间接与光合作用有关，因此Pomar[19]根据透光率的差异将碳酸盐沉积物的产生场所划分为透光区和弱光区。和无光区（aphotic），并以此作为区分生物群类型的基础。 Pomar 等人构建的工厂系统。 [20-21,24]基于产碳生物群、生物组合或特征化的骨碎片（如cholozoan和rhodalgal）和非骨碎片。 （如ooids）组合名称就是特征。在“生态可接受空间”的概念下，Pomar[19]认为虽然沉积基线会受到流域水动力条件的影响，但沉积基线主要取决于沉积物类型和生产场地。这是因为生物效应（如粘合、屏障和框架结构）和胶结作用会强烈影响沉积物的运输、扩散和积累。因此，碳酸盐沉积系统沉积基线的主要控制因素也是生物和生态因素。环境因素[25]。产碳生物群、生态容纳空间和物理容纳空间之间的相互作用，导致了碳酸盐台地层序结构的多样性和复杂性[24-28]。
近年来，随着正演模拟技术的应用和发展，基于Pomar系统的碳酸盐岩生产厂沉积过程的数值模拟研究越来越多，加深了人们对不同碳酸盐岩生产厂与碳酸盐岩生产厂之间关系的认识。沉积体。了解形式之间的相关性[29-30]。此外，对碳酸盐生产工厂遗址的认识也慢慢从早期的底栖环境扩展到沉积物-水界面（SWI）以下；生产过程也从沉积物生成堆积阶段延伸到早成岩阶段[31]。早期成岩作用涉及沉积颗粒在沉积并转化为深埋地层记录之前在同生和准同生阶段所经历的一系列全面的生物、化学和物理过程的整合。这种在同系-准同生阶段形成的生产工厂也称为海底碳酸盐工厂[32]，James等人明确指出。 [33]属于碳酸盐生产系统。类别。碳酸盐沉积物颗粒形成后的早期成岩改造还体现在碳酸盐沉积物的同沉积溶蚀和颗粒分解上。在一些台地低能区，同沉积碳酸盐溶解速率可能接近碳酸盐净沉淀速率，因此被称为碳酸盐沉积体系中的“黑洞”。由此看来，碳酸盐岩沉积学研究中的“汇”（sink）与陆源碎屑岩物源分析中的“汇”（sink）有着不同的含义[34-36]。同沉积溶蚀作用也会显着改变台地的物质组成和沉积相的空间分布格局，这在生产工厂的研究中需要引起重视[37]。
由于碳酸盐生产植物的研究重点是生态系统和环境变化对碳酸盐生产、积累和成岩过程的影响，因此碳酸盐生产植物的研究需要结合定量岩石学、矿物学和沉积学。和地球化学指标，借助数值模拟等手段，揭示碳酸盐岩的形成过程和主控因素。王霞等从定量重构的角度出发[38]总结了碳酸盐生产植物的特征以及与生态环境因素相关的半定量-定量表征方法，并提供了定量沉积学和地球化学分析。该方法将沉积过程的正向模拟与详细描述碳酸盐工厂生产过程的思想相结合。刘晶晶等. [39]利用碳酸盐颗粒定量统计方法，对川西北马鞍塘组碳酸盐岩沉积过程中碳酸盐颗粒的组合和颗粒形态进行了分析，讨论了它们所反映的沉积环境特征，并进一步探讨了其类型、特征分析了同一沉积序列中不同细分植物在短时间尺度内的相互关系以及细分植物相互转化的驱动因素。
碳酸盐岩生产植物类型的细化和表征一直是植物研究的前沿，其进展往往标志着研究人员对碳酸盐岩形成过程的复杂性有了更深入的认识。李飞等. [40]对现代海洋环境中的巴哈马镶边平台鲕工厂和波斯湾缓坡鲕工厂进行了详细分析。他们认为水能、碳酸盐矿物饱和度、特殊生物化学条件是制约鲕鱼工厂发展的关键；鲕粒工厂的发展环境和规模受沉积背景和海平面变化的调节；基于现代碳酸盐工厂的研究可以为反演深部沉积过程和未来沉积过程提供见解。预测提供了想法。刘超等. [41]从碳循环的角度补充了传统碳酸盐生产工厂的概念体系。提出的冷泉碳酸盐工厂的特点和内涵具有前瞻性；与传统碳酸盐生产厂的碳含量不同。来源主要来自大气和海洋中的无机碳库。冷泉碳酸盐生产装置的碳源主要来自海底冷泉等外源碳库。王增军等.等[42]对河南云蒙山剖面寒武系孤山组微生物碳酸盐生产工厂的形态特征进行了多尺度定量评价。通过对比现代哈默林池微生物碳酸盐工厂，对此类微生物碳酸盐工厂进行了探索。工厂启动-繁荣-关闭的过程及其调节因素提供了深度特定时间碳酸盐工厂研究的例子。
由于碳酸盐岩沉积物的盆内性质，碳酸盐岩生产过程与台地演化之间的关系一直是碳酸盐岩生产装置领域最受关注的方向。翁小爱等[43]等从生物地层学、沉积学和碳同位素地层学等角度研究了东特提斯藏南基奥托碳酸盐台地普林斯巴晚期至托阿尔（最早）时期的生物演化。对碳循环扰动事件的特征响应，指出margari具有碳同位素正偏向的特点。 tatus菊石带事件通过有机质的大量埋藏改善了海洋环境，促进了大型底栖有孔虫和礁石等生物的繁盛。建造双壳类；而margaritatus-spinatum边界事件则以负碳同位素偏差为特征。在此过程中海平面下降引发了生物危机。这两个事件同时影响了平台的演变。廖惠红等.等[44]对滇东北地区临湘组—龙马溪组进行了研究，从生产力、氧化还原条件、陆源岩屑输入和海平面变化等因素出发，对晚奥陶世碳酸盐岩台地进行了探讨。人们认为，氧化还原条件的变化抑制了碳酸盐的生成过程，这是平台不断缩小并停止生长的主要原因。
4 结论
2. 严嘉欣，孟琪，王霞，等。碳酸盐工厂与浅水碳酸盐平台：研究进展与展望[J].古地理学报， 2019, 21(2): 232-253.
10.威尔逊。地质历史中的碳酸盐岩相[M]冯增钊译.北京：地质出版社，1981：1-365。
38. 王霞，孟令赞，刘晶晶，等。碳酸盐工厂精细表征：定量重构视角[J]沉积学报， 2024, 42(2): 351-370.
39. 刘晶晶，王霞，孟令赞，等。川西北晚三叠世卡尼期浅水碳酸盐岩生成植物组成及其转化过程定量研究[J].沉积学报， 2024, 42(2): 445-465.
40. 李飞，李亚兰，王增军，等。现代鲢鱼工厂的特征及其对深度研究的启示[J].沉积学报， 2024, 42(2): 371-386.
41.刘超，李鑫，梁田，等。冷泉碳酸盐工厂的提议及其古气候意义[J].沉积学报， 2024, 42(2): 387-402.
42. 王增军，李飞，李扬帆，等。微生物碳酸盐生产工厂的组成、特征及其沉积学意义——以河南云蒙山剖面为例[J].沉积学报， 2024, 42(2): 403 -414.
43. 翁小艾，蒋守义，韩忠，等。藏南基奥托碳酸盐台地对早侏罗世普林斯巴晚期碳循环扰动的沉积与生物响应[J].沉积学报， 2024, 42(2): 415-433.
44. 廖惠红，苏忠堂，马辉，等。滇东北晚奥陶世碳酸盐台地消亡的古环境因素[J].沉积学报， 2024, 42(2): 434-444.
第一作者： 李飞， 男， 1986年出生， 教授， 博士生导师， 研究方向为碳酸盐沉积学与沉积地球化学， E-mail: lifei@swpu.edu.cn
基金资助：国家自然科学基金项目(41872117, 41472087, 42102143, 42172136)
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用户评论
真的觉得李飞他们太厉害了，能在碳酸盐生产领域有这么深的见解，尤其是对发展方向的探讨，让人眼前一亮。
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这种专业性文章真的很有意义，碳酸盐生产工厂的发展方向直接影响了行业的未来，希望能看到更多这样的研究成果。
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看了李飞等人的文章，真的对碳酸盐生产工厂的概念有了新的理解，感觉受益匪浅，期待他们后续的研究。
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我觉得李飞他们在这篇文章中提出的概念体系非常全面，对碳酸盐生产工厂的发展方向也有很深入的探讨，非常赞。
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文章中提到的碳酸盐生产工厂发展方向，真的是行业未来的趋势，希望更多的企业能够关注和借鉴。
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这个概念体系太牛了，李飞等人真的很有前瞻性，碳酸盐生产工厂的发展方向也讲得很透彻，值得一看。
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李飞他们在碳酸盐生产领域的研究真的很前沿，文章中提到的发展方向，对行业来说非常重要。
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这篇文章真的让我对碳酸盐生产工厂有了全新的认识，尤其是发展方向的部分，感觉非常有启发。
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以前对碳酸盐生产工厂了解不多，读了李飞等人的文章后，感觉豁然开朗，真是受益匪浅。
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李飞他们在碳酸盐生产工厂概念体系上的研究太深入了，文章中的内容非常有指导意义，帮助很大。
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碳酸盐生产工厂的发展方向一直是行业关注的热点，李飞等人的研究提供了很多新的思路，非常值得学习。
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这篇文章真的太专业了，尤其是对碳酸盐生产工厂概念体系的解析，让人感觉开阔了眼界。
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李飞等人的文章内容详实，逻辑清晰，对碳酸盐生产工厂的发展方向也有独到的见解，非常受启发。
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读完这篇文章，感觉对碳酸盐生产工厂有了更全面的认识，尤其是他们在发展方向上的探索，非常有价值。
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碳酸盐生产工厂的发展方向一直是行业的热点问题，李飞等人的研究提供了很多新的视角，值得深入探讨。
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这篇文章对碳酸盐生产工厂的概念体系和发展方向做了系统性的分析，对行业来说意义重大。
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李飞他们在碳酸盐生产工厂领域的研究成果非常值得推崇，文章中的很多观点都很有见地，让人受益匪浅。
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真的要给李飞等人点赞，他们在碳酸盐生产工厂概念体系上的研究非常前沿，对行业的发展有很大的推动作用。
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这篇文章对碳酸盐生产工厂的概念体系做了非常全面的解析，对行业的发展方向也有独到的见解，值得一看。
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李飞等人的研究真是为碳酸盐生产工厂的发展指明了方向，文章中的很多内容都让人深思，受益良多。
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