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一、微晶丘特征
微晶丘（micrite mound），或称为碳酸盐泥丘（mud mound）。范嘉松等（1985）将微晶丘当作是生物礁的一种，称为灰泥岩隆礁（limemud buildup reef）——主要由灰泥组成，仅见少量的生物和生物碎屑。
钱宪和（1991）、Tsien Hsien-Ho（1990）指出，微晶丘一般是一个半圆形的丘状体。通常底宽3倍于高，厚度一般几米到几十米，常出现在较深、较宁静的平缓斜坡地带，常聚集成带状平行于古海岸。
微晶丘一般由下列成分组成（钱宪和，1991）：①微晶灰岩，通常微晶灰岩成分可占全体积的30%～90%，一般多为50%～70%。②生物成分，生物成分多为珊瑚、钙质海绵、各种藻类、苔藓虫和海百合；生态的研究显示，这些生物都是生长在较深海、较宁静的环境里。③层晶构造（stramatactis）。④亮晶（spary calcite）。⑤陆源沉积和其他基质。
微晶丘常具有以下构造（钱宪和，1991）：①微晶灰岩的微细构造与叠层石的微细构造极为相似，显示这些构造不是由沉积作用所能造成的。②常有生物生长的痕迹，有时与钙质藻类形成互层生长。③具有微细的、隐约的平行层理。④带有虫管状、类似海绵组织的构造。⑤呈亮晶与微晶的交互层。⑥呈浅色与暗色微晶的交互层。⑦有粪球似的微小凝块构造。⑧瓷质状、乳质状不规则构造。
二、微晶丘成因尚是一个谜
Hodges（1987）指出大湖区的志留纪—泥盆纪礁体是微晶丘，其形成环境不是在水面附近，而是相对深的水下（可达100m）。他指出，其成因研究了60年还是一个谜。
钱宪和（1991）、Tsien Hsien-Ho（1990）认为，微晶丘的可能成因是：在微晶丘中有大量微生物，如菌类、蓝绿菌藻和藻类等的生长，在它们的新陈代谢过程中，吸收CO2，放出O2，导致CaCO3沉淀，从而沉淀出大量的微晶灰泥，同时它们还能捕获和固定灰泥（生物粘结作用），所以造成大量的微晶灰岩。但是，微晶丘一般形成于浪基面以下相对深水的环境，而在深水环境中为何会有那样多的生物？在深水环境下何以能够产生大量CaCO3、MgCa（CO3）2沉淀？随着压力的增加，CaCO3、MgCa（CO3）2的溶解度增大，一般是不利于碳酸钙的沉淀的。钱宪和（1991）强调了生物粘结作用，但是其定义已经说明，在微晶丘中仅见少量的生物碎屑，这正是它不同于生物礁的地方。这是沉积学难以解释的问题。
事实上微晶丘的成因并未解决。
三、微晶丘研究现状
包括笔者在内的研究组在国内首先辨认出北京西山丁家滩-韭园寒武系与奥陶系之间的“纯灰岩”层为微晶丘。该微晶丘厚40m左右（图版6-Ⅰ-1），为灰白色厚层块状（图版6-Ⅰ-2），其CaCO3含量可以达到98%（被开采作为熔剂灰岩或化工灰岩矿产），主要由微晶方解石和少量蓝绿藻等生物碎屑组成。其下伏地层为上寒武统海退期的含叠层石砂屑灰岩，在区域上与三山子白云岩层位相当，丘体中可见白云岩砾块和巨晶方解石晶洞（图版6-Ⅰ-3）。被划归为低水位体系域沉积，应当是形成于较浅水环境（浅缓坡）（Wang Chengshu et al.，1996；季强等，1997；彭阳等，1998）。
近几年，国外也有一些微晶丘特征的研究或报道，但对微晶丘的成因并无详细解释。如：
Dorobek等（1997）讨论了北美及其他地区密西西比期碳酸盐泥晶丘层序地层演化的某些控制因素：先期缓坡的格架、低至中等幅度的海平面涨落、与丘相邻的缓坡外环境的沉积物类型、沉积物分布型式及在三级相对海平面涨落过程中邻区非丘相的不断变化的相对沉积速率。泥丘生长一般始于相对海平面上升和三级海侵体系域的沉积中。沿着具有极低角度的缓坡，丘分布于缓坡外20km或更远地区。
Robert等（1998）报道在法国Montagne Noire南翼泥盆纪时，在Lochkovian-Emsian期海进和浅水环境之后，于Emsian末期在台地边缘形成了含叠层石的生物成因的富泥丘。在Emsian期，海水加深，海床降到了透光带和风暴浪基面之下。
Gustavo等（1998）研究了墨西哥东北部下白垩统的海绵-藻类泥晶丘及其沉积学意义。单个泥晶丘为透镜状至穹窿状，小丘合并或连结成为较大的丘的集合体。单个泥丘的长和高均在几米至几十米之间。丘核主要为块状海绵或藻粘结岩。原地硅质海绵已完全被方解石交代。丘翼相则为成层的含多种生物碎屑的粒泥灰岩和泥粒灰岩组成。
Krause（1999）报道了美国内华达州的微晶丘，形成于浪基面以下的盆地区。
Al-Aasm等（2000）介绍了加拿大西部的微晶丘，也是位于离开碳酸盐台地的盆地中，微晶丘侧翼的斜坡可达35°。
Wu and Chafetz（2000）报道的微晶丘形成于海水深达100～400m的海底，根据同位素组成判别为原地成因。
Erick and Snide（2002）报道了北美寒武纪深水碳酸盐微晶丘，认为是海面上升阶段由深水微生物群落造成的灰泥沉积。
King（2003）报道，有的微晶丘虽然不含明显的造礁生物，但礁丘高达220m，侧翼坡角可达50°。
四、白云鄂博赋矿白云岩是一个大型微晶丘
以下的发现为笔者等对微晶丘的成因研究提供了机遇。
笔者等在内蒙古达茂旗黑脑包（白云鄂博矿区东南约25km）腮林忽洞群顶部发现了一个厚约100m的微晶丘（乔秀夫等，1997；章雨旭等，1998a,1998b），其风化地貌为似馒头状山丘，呈土黄色厚层块状，显各向同性特点，与一般沉积岩的风化地貌极不相同。在野外可以清楚地看到黄色的藻团与青灰色富有机质灰泥相间生长的构造、藻纹层构造和孔洞构造。在显微镜下可见岩石已重结晶并白云石化。而在考察白云鄂博矿床时惊奇地发现，白云鄂博赋矿白云岩与黑脑包的微晶丘的宏观特征十分相似。总体上缺乏层理面，而内部具纹层状构造（图版6-Ⅰ-4）。接着的研究表明，其结构、构造等均与微晶丘的特征（钱宪和，1991;Tsien Hsien-ho,1990）相符，且可能与腮林忽洞群的微晶丘层位相当，只是白云鄂博微晶丘中有强烈的铁、铌、稀土矿化，并伴有大量的萤石、磷灰石、钠闪石、钠辉石等（乔秀夫等，1997，章雨旭等，1998b）。
对白云鄂博矿床的赋矿白云岩的成因有不同的认识，刘淑春、章雨旭等（1999）已对1999年以前的有关文献进行了归纳总结，在此不再赘述。近几年，杨学明等（1999,2000）、YangXueming等（2000）坚持岩浆成因；王希斌、郝梓国等（2002）“根据综合对比研究”，认为“赋矿白云岩与本区典型的火成碳酸岩墙群和世界同类碳酸岩存在着高度的相似性”，“而与腮林忽洞微晶丘和白云岩却完全迥异”，“实为一典型的碱性-碳酸岩杂岩”。与此同时，郝梓国、王希斌（2002）指出“白云鄂博地区具有中元古代破火山机构的痕迹，赋矿白云岩是顺层侵入的火成碳酸岩体，东矿、主矿可能是一个火山颈构造控矿”。他们是新的火成论者。Yuan Zhongxin等（2000）坚持幔源碳酸岩流体喷溢同生沉积。
本书第四章对这些已有研究成果进行了进一步补充评述。
但杨晓勇、章雨旭、郑永飞等（2000）的碳、氧同位素新资料支持白云岩为沉积成因。而Campbell等（1999）认为Le Bas（1997）的数据（据此Le Bas等得出白云鄂博白云岩为岩浆成因）可以用沉积岩被热液交代解释。
本书的有关资料进一步支持了笔者等的认识。
事实上，导致人们怀疑赋矿白云岩为沉积成因的关键现象是赋矿白云岩虽然具有纹层状构造，夹有砂岩、板岩夹层，但其本身为块状构造，缺乏沉积层理，而这正是微晶丘的特征。至于其具有火成岩的稳定同位素和元素地球化学特征则较容易地被解释为后期叠加成矿作用所致。
此外，关于白云鄂博矿床成矿作用的时代主要有中元古代（张宗清等，1991,1994；任英忱等，1994;Yang et al.，1995）和加里东期（Chao et al.，1997；刘兰笙等，1996刘玉龙等，2005b）两组年龄数据。而孙淑芬等（1992）、张鹏远等（1993）、谭励可等（2000）依古生物证据认为赋矿地层白云鄂博群为早古生代。乔秀夫等（1997）依地质特征对比认为白云鄂博南东20余千米的原腮林忽洞组与白云鄂博群的下部相当，同时在腮林忽洞组中发现三叶虫碎片，且发现与孙淑芬等（1992）报道相似的微古植物化石，故也认为白云鄂博群是早古生代。
本书第五章对白云鄂博成矿时代及白云鄂博群的时代进行了较详细地讨论。笔者等认为白云鄂博赋矿白云岩形成于寒武纪—奥陶纪的可信度更大，即可能与北京西山微晶丘是同一时代的产物。
五、微晶丘的物质源于海底热水活动
笔者等发现，北京西山微晶丘-黑脑包微晶丘-白云鄂博微晶丘构成了一个完整的系列：①北京西山微晶丘中仅见白云岩砾块，黑脑包微晶丘有较强烈的白云石化，而白云鄂博微晶丘以白云石为主，且伴有强烈矿化。②北京西山微晶丘形成于较浅水环境，白云鄂博微晶丘形成于深水环境（其上、下岩层和中间夹层均为深色板岩）。③北京西山微晶丘为特纯灰岩，极少杂质，可用作化工灰岩或熔剂灰岩；黑脑包微晶丘除白云石化外，可见大量铁质浸染，局部见铁帽，而白云鄂博微晶丘则赋存了一个大型铁矿。④据碳、氧同位素研究（杨晓勇等，2000；本书）发现，北京西山微晶丘具典型海相沉积碳酸盐特征，白云鄂博微晶丘具明显地幔流体参与的特征，黑脑包介于二者之间。⑤白云鄂博矿床的形成许多人均认为宽沟断裂是流体上升的通道；黑脑包微晶丘的下伏地层中可见多层地震岩（乔秀夫等，1997），表明有可能存在同生断裂；北京西山微晶丘与同生断裂的关系尚不清楚。
近年来，国内外的研究都揭示，微晶丘的形成似乎与微生物的活动有着密切的联系。如：吴光红等（1999）报道的塔里木奥陶纪灰泥丘中主要生物为菌藻类；李越等（2002）报道陕西志留纪微生物岩的形成与藻类的粘结作用有关；张廷山等（2002）在四川盆地早古生代灰泥丘中发现了菌藻微生物实体化石。Wu and Chafetz（2000）认为微生物活动造成局部环境改变而促成了微晶丘的形成；Leinfelder（1995）认为他所研究的侏罗纪微晶丘中硅质海绵微生物是固定丘体的主要因素。
值得思考的是，即使是微生物起了固定碳酸盐的主要作用，那么碳酸盐从什么地方来的呢？在相对深的海底中必须有丰富的碳酸盐来源，这才是微晶丘形成的必要条件。近年来的研究实例越来越多地显示出，海底热水才是微晶丘形成的最重要因素。
Mayuszkiewicz（1997）报道了波兰南部上侏罗统碳酸盐中的空隙被第三纪的热水作用所胶结，说明热水溶液活动能力强，确实带来充足的碳酸盐物质而在适当的条件下结晶。
Belka（1998）报道的摩洛哥南部泥盆纪高达55m的微晶丘群位于下伏的海底火山岩之上，丘体都发育于古火山的环状、放射状裂隙的交汇处，显示了微晶丘的形成与来自火山岩裂隙中的热水溶液的成因联系。
Diaz-del-Rio et al.（2001）报道了海底的白云石烟囱，本身为直径小于1m的管子，烟囱里有活跃的细菌，并发现有孔虫与细菌的共生关系。
Acworth and Timms（2003）报道了澳大利亚一个全新世以来的微晶丘群，从海底下面的玄武岩中不断渗出的热水带来灰泥，而在海底形成丘体。
Berkowski（2004）报道了摩洛哥泥盆纪微晶丘与热水喷孔共存，喷孔附近发现珊瑚虫，而远离喷孔珊瑚虫就没有了。
现代海底考察发现，海底的热水活动是非常普遍的现象。现代海底勘查已记录有200个以上的现代海底热液活动区（Hannington,1997），包括60个高温多金属硫化物，50个浅海热泉和90个低温铁锰氧化物矿床。约有15个矿床含有1000000t以上块状硫化物。这些矿床位于中速或低速扩张的洋中脊、热点火山、邻近大陆边缘的裂谷或与俯冲有关的弧后环境。裸露洋脊的矿床特征是富含Cu、Fe、Zn、Co、Se，有时富金；年轻的弧后裂谷矿床富含Zn、Pb、As、Ag、Ba和Au，反映了长英质火山岩建造的贡献。浅海热泉矿床常具有与众不同的后生特征，即富含Ag、As、Sb、Hg、Au。这些海底热液活动可伴有大量CO2、CH4及硫化物等。在黑烟囱附近有大量生物和微生物活动，并形成碳酸盐和硫化物沉淀（侯增谦等，1996,1997,1998,1999;Rona et al.，1986;Halbach et al.，1989,1993;Kelly,1996;Sakai,et al.,1990;Urabe et al.,1995;Yang K,et al.,1996;Fitzsimons et al.,1997;Wrightet al.，1998,Zhang Qiling et al.，2001）。这些沉积常呈丘状。如Hannington（2001）首次在冰岛北海岸之外观察到了高温的海底热水喷口和块状石膏沉积，水温达250℃，主要喷口区域出现于400m水深，有20个直径达10m的丘和1～3m的喷烟口和硬石膏-滑石锥。一个南北向长1km的丘群表明它们的分布受隐伏断层控制。丘间广泛分布的微微发亮的水和沉积物中白色硬石膏斑点表明喷口占据的lkm2范围内均是热水活动区域。
联系上述成果，考虑到陈辉等（1987）、杨子元等（1994）、涂光炽等（1998）曾提出白云鄂博矿床是热水沉积形成，Yuan Zhongxin等（2000）坚持认为白云鄂博矿床是海底喷发的碳酸岩浆，以及笔者等确已在白云鄂博矿区和黑脑包腮林忽洞群微晶丘底部看到了热水沉积产物——玉髓（图版6-Ⅰ-5、6），笔者认为，白云鄂博赋矿白云岩为一微晶丘是无疑的，但这一微晶丘的物质来源正是海底热液和CO2等的喷溢。REE、Nb、Na、F显然是来自于深部流体，而Ca、Mg及Fe（西矿有大量菱铁矿）则可取自于海水。
而包括笔者在内的研究组曾经将白云鄂博微晶丘具有与火成碳酸岩相似的地球化学特征解释为后期的热液交代（章雨旭等，1998；杨晓勇等，2000）尚值得商榷，看来应为同沉积的热液活动。
进一步，矿区大量的“碳酸岩墙”事实上应是与海底热水同源的热液在下伏地层中沿裂隙交代形成的矿脉，可以看到，其两侧有强烈的钠闪石化、霓石化及钠长石化，其中的SiO2显然是取于围岩，而中心部位才是碳酸盐脉（图版6-Ⅰ-8）。所以它与赋矿白云岩具有相似的地球化学特征。
故笔者等认为，白云鄂博微晶丘是一种新类型的海底热液活动产物：从成分特征看它不属于Hannington（1997）所述的任何一种，而从白云鄂博群的沉积学特征看，其沉积时该区既不是洋脊区，也非弧后环境，应为一被动大陆边缘。
正是由于白云鄂博处于被动大陆边缘，断裂较深，其喷溢的流体富含Na+、F-、REE、Nb等多种元素，与洋中脊和热点的热水沉积不同，CO2大量的来自于地幔，部分可来自于地壳。进一步，现代陆地上也有深部CO2的溢出（张加桂等，1999；杨立铮等，1999）。而北京西山-河北涞源-山西浑源一线的微晶丘中均很少生物遗迹，用生物作用形成很难解释，其极高的纯度用化学沉积解释更为合理。故笔者认为北京西山的微晶丘是大陆内部沿断裂带的海底喷气作用的产物。
也就是说，洋中脊、热点、弧后盆地、被动大陆边缘和大陆内部的海底喷气均可形成微晶丘。沉积学家研究的古微晶丘，包括北京西山微晶丘是陆壳内产物；现代海洋勘查发现的是洋中脊和热点的微晶丘，它们会随着洋壳的俯冲而消失；而白云鄂博微晶丘是形成于特殊的大地构造位置——被动大陆边缘。
六、结语
从上述事实可以看出，微晶丘应是海底热水活动（伴CO2）的产物，主要由化学作用形成。微晶丘形成过程中生物作用并不是主导作用，生物正是由于热水而存在，生物与微晶丘仅是“兄弟”关系。
但是这一认识尚需进一步论证，须借鉴文献报道的海底勘查成果和无机化学、物理化学基本原理，通过沉积地质、区域地质、事件地质、地球化学和有机地球化学等研究，搞清白云鄂博、北京西山等处微晶丘的沉积学结构构造、地球化学特征，进而确认各自的沉积环境、大地构造背景，探讨微晶丘的成因及其形成的控制因素，从而为长期争议的世界著名的白云鄂博铁铌稀土矿床成因和北京西山等地的熔剂灰岩、化工灰矿产的成因提供关键证据。
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