一、北京西山等地微晶丘的发现
微晶丘是由微晶方解石、微生物及其他成分共同营造的具有丘状外貌的地质体（Tsien Hsien-Ho,1990；钱宪和等，1991），比较难以识别。
笔者等在北京西山下苇甸、丁家滩、韭园、山西浑源悬空寺、恒山及河北涞源等地区作寒武系—奥陶系层序地层学研究（季强等，1997；章雨旭等，1997;Wang Chengshu et al.，1996；章雨旭等，1996）时，发现寒武系顶部—奥陶系底部有一套厚40m左右的灰白色厚层块状灰岩，其CaCO3含量可高达98%，被称为“纯灰岩”，在多处作为化工原料和冶金熔剂开采。而对“纯灰岩”的性质和成因一直没有明确的认识和解释。笔者等在野外发现其为丘状形态，初步定为泥晶丘（季强等，1997），室内研究时发现“纯灰岩”主体由微晶方解石组成，其他为原地丝状藻丛、隐粒状藻凝块及微晶藻团块、碎屑（内碎屑、藻屑）和不规则状晶洞群，并有少量不规则条带状黑色有机质残余物（成岩过程中藻类重结晶时的析出物）；因此“纯灰岩”实属由微晶方解石、蓝绿藻和碎屑共同营造的大型微晶丘（micrite mound）。同时在微晶丘中、上部发现大量风化面为褐黄色的异地白云岩砾块及其砾屑、砂屑，其成分及结构与下伏凤山组顶部具特殊结构的细晶白云岩相同，推测其来自邻区，因此微晶丘代表冶里层序的低水位体系域。
二、微晶丘的宏观特征
（一）微晶丘的外貌
在北京西山韭园剖面，微晶丘下部为25m厚的灰白色块状灰岩，夹6层薄层粘土岩，一般几至十几厘米厚（图7-1，图7-2），上部为含白云岩碎屑的藻微晶灰岩与不含白云岩碎屑的纯藻微晶灰岩互层，顶部呈丘状。内夹2层白云岩条状砾块层（图7-2），近顶部夹1层粘土岩。
7层粘土岩和2层白云岩砾块代表了9个微晶丘生长停滞期——由于9次海平面小规模下降，陆源物质带入使水体短暂变混浊导致藻类窒息死亡。微晶丘顶部呈明显的圆丘状（图版7-Ⅰ-1）。
（二）微晶丘与侧向岩层关系
在韭园、下苇甸、丁家滩等剖面均可清楚地观察到稍晚沉积的地层向丘顶上超（图版7-Ⅰ-1），上超地层厚度由丘侧向丘顶逐渐减薄，而与微晶丘基本同期的地层只局限于丘侧。
（三）微晶丘与下伏地层的关系
微晶丘的下伏地层为寒武系凤山组顶部一套浅缓坡相岩性组合（图7-3，图版7-Ⅰ-3），白云岩化程度自下而上逐渐加强，表现为高水位体系域晚期特征。自下而上出现的岩石微相依次为：
图7-1 北京西山大型微晶丘宏观特征素描图（据季强等，1997）
图7-2 北京西山大型微晶丘柱状剖面图
1.小型灰白色藻丘灰岩相
小型灰白色藻丘（图7-3，图版7-Ⅰ-3）由藻泥晶灰岩和富有机质砂屑粒泥灰岩组成，其间填充灰黄色具生物扰动白云质藻屑砂屑颗粒灰岩，基底为竹叶状灰岩、砾屑砂屑灰岩等，发育于浅缓坡环境，其内部结构与纯灰岩微晶丘很相似，应视为大型微晶丘的铺垫和前奏。
2.白云质砂屑藻屑灰岩相
为白云石化的棕色砂屑藻屑灰岩，其大部分碎屑来自下伏小型微晶丘灰岩，也发育个别灰白色小丘体。当白云石化强烈，仅存有少量残余砂屑时，为砂屑白云岩，交代较彻底时为不等粒白云岩，仅从不等粒形态上反映出原始岩性可能为颗粒质。白云岩化程度由底至顶逐渐加强。
3.具特殊结构的细晶白云岩相
该岩石表面为棕黄色，岩层顶面呈舒缓波状，内部结构致密均一。薄片观察发现其结构很特殊：细长条状他形白云石（经染色证实）互相交织，其间均匀分布少量菱形白云石，晶间常有粉砂状铁质碎屑。细长条状白云石晶粒一般0.015mm×0.070mm，为准同生白云石化形成。菱形白云石晶体长轴有一致的方向，粒度一般为0.05mm×0.13mm，为成岩白云石化形成（图版7-Ⅱ-1）。晶间的粉砂状铁质碎屑则为白云岩化过程中的析出物。该类岩石构成微晶丘的直接基底，其成分及结构特征与上覆“纯灰岩”微晶丘中白云岩砾块、砾屑、砂屑等的成分及内部结构相同，也与三山子白云岩十分相似，可以作为区域对比的标志层。
所以，微晶丘与下伏凤山组为渐变过渡关系。
（四）微晶丘与上覆地层的关系
微晶丘顶部被一层横向延伸稳定、厚度在5～30cm不等的碎屑灰岩所截切，由次圆状细砾屑、砂屑、暗色藻屑及微晶化灰泥组成，代表冶里层序海侵初期的沉积，其上覆冶里组具生物扰动薄层白云质泥晶灰岩、白云岩中仍夹有很薄的透镜状富藻微晶灰岩（图7-4，图版7-Ⅰ-4），代表大型微晶丘的尾声，表示微晶丘与上覆冶里组属连续过渡沉积。
图7-3 微晶丘与下伏凤山组浅缓坡相序列的过渡关系
图7-4 微晶丘与上覆冶里组中缓坡相序列的过渡关系
因此在寒武纪末期华北地台发生大规模海退时，海水并未完全退出北京西山及山西浑源等地区，在北京西山地区的反映是微晶丘中的7层陆源粘土层及2层来自暴露区的白云岩砾块、砾屑、砂屑混入物。
三、微晶丘的内部特征
微晶丘由一套灰白色厚层块状灰岩叠置而成，底部岩石中含大量次圆-圆状砂砾屑（图版7-Ⅱ-2），大部分为藻屑，分布在藻间水道中，发育水平层理，部分砂砾屑呈竖向或斜向排列，系受到藻类生长方向限制所致；下部（25m以下）以微晶灰岩、内碎屑及藻屑灰岩为主（约50%），层间隔以粘土岩，基本不含褐色白云岩碎屑（此时邻区尚未暴露出水）；灰白色不规则状藻团块个体较小，一般为10～25cm，由定向排列的藻丝、藻凝块、微晶藻团（图版7-Ⅱ-3）。藻类鉴定据余素玉（1988）、Wray（1980）和弗吕格尔（1984）及藻间亮晶孔洞组成，藻体较短，代表微晶丘的初始阶段。
微晶丘中、上部含大量异地白云岩碎屑（海平面再次下降，邻区已暴露），丘内藻丝状体、藻凝块、藻微晶团块定向排列成火焰状，藻丛间为竖向延伸的晶洞及微晶方解石。原地藻丛组成的藻灰岩宽可达几十厘米，藻间填充物由具正粒序的次圆状砾砂屑微晶灰岩及黄色细砂屑白云岩或已被改造的黄色粗亮晶白云岩组成（图7-5，图版7-Ⅱ-4）。藻丝、藻凝块及藻微晶团块自下而上单体长度、宽度增大。
在微晶丘中可识别出以下两种岩石微相。
（一）微晶灰岩-藻粘结灰岩相
灰白色微晶灰岩层内或灰白色藻粘结灰岩团块内部不含白云岩碎屑、内碎屑及藻屑，但藻层间或藻团块间含有灰白色藻屑或内碎屑。藻丝团及藻凝块构成的生长状藻丛、藻丝体基本平行排列，藻丝团间为亮晶胶结。藻粘结灰岩固结了大量内碎屑及陆源碎屑，微生物及藻类又可生成并凝聚大量灰泥，共同构成微晶丘的核心。该岩石微相可由以下几种岩性组成：
1.藻粘结灰岩（图版7-Ⅰ-5,7-Ⅱ-5）
由藻丛、藻团及藻凝块组成，显微镜下丝状藻丛、微晶藻团及藻凝块定向排列，似飘动的火焰（图版7-Ⅱ-5）。由于藻类发生降解作用，只在丝体中心为黑色弯曲状，四周已为模糊的灰色，原为隐粒结构的藻团也已微晶化。丛状藻丝体不分叉，为丝带状蓝绿藻；微晶藻团及藻凝块可能为肾形藻，藻间由亮晶方解石充填，代表中等能量的清洁水环境，局部伴生的干缩孔，与海平面下降的大背景下出现的粘土层、碎屑白云岩层及淡水淋滤晶洞相吻合。
2.含陆源石英晶屑的藻粘结灰岩
由短藻丛及藻团、藻凝块组成，藻间散落着他形砾屑状石英颗粒，藻内则无石英屑。是由间歇性的碎屑流将陆源石英晶屑带至下缓坡沉降而成。
自下而上藻丛、藻团及藻凝块变长、变大，反映了藻类生长逐渐繁盛的自然过程。
3.具不规则孔洞的藻粘结灰岩（图版7-Ⅰ-5）
灰色块状藻粘结灰岩中孔洞呈不规则层状、指状、眼球状等，由柱状、马牙状粗晶方解石填充，受藻类生长方向控制而多为不规则状。显微镜下表现为围绕生长状藻丛（由定向藻丝、藻凝块及藻团组成）参差不齐的冠部形成壳状方解石沉淀层，由里向外依次为：①干净细晶方解石；②多层弧形柱状、马牙状方解石粗晶，具波状消光，层间有残余有机质，为典型钙结壳；③剩余空间由向孔洞中央粒度加大的粒状方解石填充。
孔洞成因：一是藻腐孔，属原生孔隙；二是大气淡水的渗流作用造成的成岩孔隙。二者均在渗流带下部被充填，是藻层曾暴露于大气的证据。
上述3类岩石构成微晶丘的核心，其中含陆源石英晶屑的藻粘结灰岩、具不规则孔洞的藻粘结灰岩分布在微晶丘的下部，纯藻粘结灰岩则上、下均有分布。
（二）含白云岩砾块、砾屑、砂屑的藻粘结灰岩相（图版7-Ⅰ-2）
微晶丘中、上部白云岩砾块、砾屑、砂屑等的分布规律是：黄色白云岩砾块（10cm×30cm左右）常常在岩层底部，砾屑、砂屑则在岩层上部或仅在砾块周围，这些碎屑分布在藻丛间，与深灰色藻团、藻凝块及不规则晶洞共生。
显微镜下发现白云岩碎屑具特殊的细晶结构，由细长条状他形白云石互相交织而成，与下伏凤山组顶部白云岩的内部结构相同。由于搬运过程中Fe2+被氧化成Fe３+，故白云岩砾屑在露头上呈黄褐色，在显微镜下为半透明状。
1.含白云岩砾块的藻灰岩
白云岩砾块在藻灰岩中的产状及被改造特征有以下几点：①出现在底部，其周围同时有大量同岩性砾屑、砂屑；②成层排列时，其长轴平行层面（图版7-Ⅰ-2），较平整的面朝下呈最稳定态；③其底面常常有基本等厚的方解石柱晶环边（图版7-Ⅰ-2），顶面及侧面则常常被改造成似碎屑状（图7-6）或尖棱角状，在顶面上常出现极粗大方解石晶簇。
白云岩砾块破碎的表面与淡水淋滤有关：海退期，微晶丘多次进入大气淡水渗流带，当淡水自上必然沿白云岩与藻丛之间的结构薄弱面运移，流经砾块上层面时沿水平方向将其溶蚀，CaCO3饱和溶液随后又在凹凸不平的溶蚀表面上沉淀，形成似碎屑状的上层面；一部分淡水在重力作用下沿砾石侧面下移溶蚀，随后沉淀，形成似碎屑状侧面，而水溶液在砾块底部交汇沿底面沉淀出等厚方解石环边。当砾块顶部出现下凹时，则在凹处形成粗大方解石晶簇。
图7-5 微晶丘内藻层与藻间填隙物
图7-6 白云岩砾块受淡水改造示意图
A—方解石柱晶层；B—似砾屑状白云石交代残余；C—方解石晶洞及细脉而下淋滤时，
2.含白云岩砾屑、砂屑藻灰岩
多数白云岩砾屑和砂屑呈不规则交代残余状，不定向分布在藻丛间空隙中心（图7-7，图版7-Ⅱ-6），周围环绕方解石柱晶同心层，形成晶洞构造。少数定向分布在藻间水道中，形成水平层理。碎屑的不规则形态与成岩期淡水作用有关：大气淡水或混合水常沿砾砂屑与藻丛的接触界面渗入溶解并作离子交换，带走一部分Mg2+，沿白云岩砾砂屑边缘沉淀出干净透明的自形粒状混合白云石环边，由于溶解、沉淀的不均一性而使边缘参差不齐，呈现出似塑性的不规则形态（图版7-Ⅱ-6）。这也是微晶丘中、上部晶洞构造的形成机理。
图7-7 丘内白云岩砾块素描图
藻丛中白云岩砾屑四周淡水淋滤方解石柱晶层构成藻间晶洞，晶洞中央为白云石砾屑
3.藻间填隙物
①灰色碎屑灰岩与极薄的黄色晶屑白云岩互层构成藻间填隙物，常具正粒序；②由泥质灰岩及层纹石灰岩组成：泥质灰岩为石英、绢云母、铁质矿物粉砂等分布在泥晶方解石中，层纹石灰岩由藻凝块、微晶及灰泥组成。
四、粘土岩层及白云岩条状砾石层的意义
粘土岩层由土状、细纤状粘土矿物（如高岭石、伊利石等）组成，应为远源长途搬运而来；白云岩砾块分选磨圆差，岩石结构及成分与下伏凤山组顶部具特殊结构白云岩一致，应来自邻区同层位岩石。这表明寒武纪末期，华北地台大规模海退（文琼英等，1991；陈荣坤等，1993），北京西山地区处在较稳定的低海平面下缓坡环境，只有粘土等细级碎屑可以到达而沉降下来；微晶丘发育中期，海平面进一步下降，暴露区面积扩大，邻区与凤山组顶部具特殊结构白云岩层位相当的岩层被暴露剥蚀，而北京西山地区由于基底沉降仍处于下缓坡环境，微晶丘继续生长，并接受了陆区带入的白云岩剥蚀碎屑。7层粘土层和2层白云岩砾屑层代表冶里层序低水位体系域的9次小幅度的海平面下降，但此时北京西山地区仍处在海平面以下，因此该地区寒武系与奥陶系之间没有暴露面。
五、微晶丘的化学特征
化学分析表明（表7-1），微晶丘中Fe、Ti、Al、Mn、Ba、Mg、La、Ce等元素的含量明显低于下伏凤山组顶部的砂屑砾屑白云岩和上覆冶里组下部薄层白云质泥晶灰岩中这些元素的含量。而与亮甲山组上部纹层状叠层石灰岩中的含量接近。从化学特征看，“纯灰岩”不会是后期纯化的产物，因为Fe、Mn、Ti、Al等是很难被活化带走的。
表7-1 北京西山微晶丘地球化学分析结果表
注：样品由中国地质科学院岩矿测试研究所测试。表中Fe、Al、Mg的含量单位为%，其他元素的含量单位为×10-6。