黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)碳酸鹽巖的形成與分布

黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)碳酸鹽巖的形成與分布

0青礁體結(jié)構(gòu)類型根據(jù)不同歷史時期生物化石的研究現(xiàn)狀，石炭系生物化石的研究相對較薄弱，尤其是在中國。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為,石炭紀(jì)生物是在晚泥盆世弗拉斯期—法門期生物滅絕事件之后得到逐步恢復(fù)和發(fā)展的,石炭紀(jì)又遭受了局部范圍的生物滅絕事件和全球冰期的影響,特別是賓夕法尼亞亞紀(jì)這些影響更加明顯[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。因此,石炭紀(jì)是地史時期的造礁低潮期,其礁體數(shù)量相對較少,類型單調(diào)。但是,筆者認(rèn)為,石炭紀(jì)作為地史時期生物發(fā)展的一個重要時期,當(dāng)環(huán)境適宜造礁生物建造礁體時,仍然存在多種生物礁生長發(fā)育的可能,尤其是大型生物骨架礁的存在。因為石炭紀(jì)是珊瑚等造礁生物的重要發(fā)展階段,特別是賓夕法尼亞亞紀(jì)作為地史時期礁體建造的承前啟后階段,各種生物的發(fā)展為造礁奠定了良好的基礎(chǔ)。本文選擇黔南作為研究賓夕法尼亞亞紀(jì)生物礁的場所,是因為黔南是中國南方賓夕法尼亞亞紀(jì)沉積環(huán)境、沉積類型、生物發(fā)育、巖相古地理和古氣候等方面具有代表性特點的一個區(qū)域。全面開展黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)地層中生物礁的探查,深入研究黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)生物礁的類型及其生長發(fā)育過程和特征,為開展中國南方石炭紀(jì)生物礁的研究提供更多實例,有助于全面揭示中國南方石炭紀(jì)生物礁的總體面貌特征,進而為中國乃至世界石炭紀(jì)生物礁的全面認(rèn)識、研究和系統(tǒng)總結(jié)打下基礎(chǔ)。通過對工作區(qū)進行的野外和室內(nèi)工作,基本查明了黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)生物礁類型及其造礁群落面貌,發(fā)現(xiàn)了中國賓夕法尼亞亞紀(jì)一些新的生物礁類型,已取得了一些重要成果[12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22]。本文即是在前期工作基礎(chǔ)上,對黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)生物礁類型及其特征的初步總結(jié)。1法不同區(qū)巖相古地理賓夕法尼亞亞紀(jì),中國南方普遍沉積了一套臺地碳酸鹽巖,其中發(fā)育了多種生物,包括很多造礁生物,這為深入研究石炭紀(jì)生物礁提供了有利條件,是石炭紀(jì)生物礁研究的理想場所。黔南地區(qū)位于揚子地臺南緣,賓夕法尼亞亞紀(jì)地層歸屬華南區(qū)滇—黔—桂分區(qū),黔南—桂北—滇東南小區(qū),其巖相古地理歸于中國南方西南部碳酸鹽臺地。臺地上廣泛沉積了一套灰色中厚層塊狀亮晶、泥晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r及礁灰?guī)r,其中具有高分異度和豐度的筳、腕足、珊瑚及藻類等底棲生物十分繁盛。碳酸鹽臺地淺水適宜生物生存,生物造巖作用強烈,出現(xiàn)大量的各種類型的灘,其中生物礁、丘發(fā)育。本工作區(qū)位于黔南紫云縣猴場鎮(zhèn),面積10km2±。根據(jù)各種類型礁體產(chǎn)出地層中筳、腕足和珊瑚等化石研究,該礁體產(chǎn)在賓夕法尼亞亞系馬平組下部地層中,時代歸屬于賓夕法尼亞亞紀(jì)晚期。通過大量的野外工作,在區(qū)域內(nèi),發(fā)現(xiàn)了多處不同類型的生物礁體(圖1)。2固硫生物礁體fomitge工作區(qū)造礁生物種類豐富,生態(tài)類型多樣,成礁方式各異,礁體數(shù)量可觀,反映了該時期生物礁的發(fā)展達到了較高的水平,應(yīng)該是石炭紀(jì)生物礁發(fā)育的一次高潮期。主要造礁生物有:造架生物Fomitchevella和未明造礁生物;造架-障積生物葉狀藻;造架-覆蓋生物Ivanoviacf.manchurica以及黏結(jié)生物Tubiphytes。它們建造了不同形態(tài)、規(guī)模的多種類型生物礁,包括骨架礁、骨架-障積礁、骨架-覆蓋礁和黏結(jié)礁。其中多數(shù)礁體類型都是首次發(fā)現(xiàn),如大型珊瑚Fomitchevella骨架礁、未明造礁生物骨架礁等。這些礁體的發(fā)現(xiàn)和研究,豐富了賓西法尼亞亞紀(jì)乃至整個石炭紀(jì)的生物礁類型。根據(jù)對黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)地層中發(fā)育的造礁生物的野外和室內(nèi)研究,結(jié)合前人對生物礁礁巖的劃分方案[25,26,27,28,29,30,31,32,33],將本區(qū)的生物礁造礁生物和礁巖進行了分類(表1)。3生物礁體的生長黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)各種類型生物礁都發(fā)育在碳酸鹽臺地邊緣,受臺地邊緣環(huán)境頻繁變化的影響,不同類型生物礁發(fā)生明顯的造礁群落取代,不同造礁群落建造不同的礁體,各種類型生物礁的生長發(fā)育特征明顯不同。3.1大型生物組合礁和點礁層礁組合Fomitchevella是新發(fā)現(xiàn)的一種賓夕法尼亞亞紀(jì)重要造礁生物,它是一種常見的叢狀四射珊瑚,在工作區(qū)賓夕法尼亞亞紀(jì)地層中分布廣泛,多集中發(fā)育。Fomitchevella通過出芽生殖方式形成笙叢狀群體骨架,可以建造規(guī)模不同的礁體或僅構(gòu)成生物層,礁體建造環(huán)境應(yīng)為水體動能中等的臺地邊緣。工作區(qū)發(fā)現(xiàn)了多種Fomitchevella礁體,有小規(guī)模的點礁,規(guī)模中等的旋回式礁體及大型生物組合礁體。其中點礁體長10～20m,高3～5m,建造礁體的Fomitchevella珊瑚個體相對較小,直徑3cm±,可獨立發(fā)育,但常見與Tubiphytes礁體和未明造礁生物礁體形成交替,Fomitchevella珊瑚點礁體發(fā)育在Tubiphytes礁體和未明造礁生物礁體之上,構(gòu)成礁體演化取代關(guān)系。旋回式礁體造礁珊瑚個體直徑在5cm±,礁體長30～50m,高8～15m,隨著造礁環(huán)境的變化,形成了三個上下疊置的旋回式礁體。大型生物組合礁是黔南賓西法尼亞亞紀(jì)非常重要的一種礁體類型,它的造礁過程十分獨特,經(jīng)歷了明顯的群落取代過程,最終建造了特征明顯的大型珊瑚骨架礁。生物礁由大型叢狀群體珊瑚Fomitchevella構(gòu)成主體格架,與其下的點礁層共同組成臺地邊緣生物礁組合。珊瑚礁主體高約50m,長150m,下部各點礁體高2～5m不等。早期,在不同的臺地邊緣環(huán)境所形成的生物碎屑灘之上,由藍(lán)細(xì)菌、Ivanoviacf.manchurica和葉狀藻分別建立的造礁群落建造了下部點礁層。隨著環(huán)境的變化,中期,Fomitchevella—腕足群落取代了下部群落,開始了Fomitchevella的第一次發(fā)展,但由于Fomitchevella在群落中分散發(fā)展,沒有集中建立以它為主的造礁群落,群落中腕足的發(fā)展限制了Fomitchevella的生存空間,最終大部分空間都被腕足所占據(jù),Fomitchevella沒有連接成片,造礁失敗。后期,Fomitchevella集中定殖并迅速向周圍發(fā)展,占據(jù)了大部分空間,建立了以Fomitchevella為主的造礁群落取代了以腕足為主的群落。以后,Fomitchevella在穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境中得到極度的發(fā)展,最終建造了罕見的石炭紀(jì)大型珊瑚骨架礁。3.2固結(jié)構(gòu)裝置:“杯狀”造礁模式葉狀藻是賓夕法尼亞亞紀(jì)重要的造礁生物,它廣泛建造了大量的葉狀藻礁體,具有世界性的分布。本區(qū)賓夕法尼亞亞紀(jì)葉狀藻類型豐富、形態(tài)多樣,有三種生長形式分別適應(yīng)不同的生態(tài)環(huán)境:單杯式、包葉式和簇杯式。葉狀藻密集排列,以“杯狀”造礁模式,搭建格架障積灰泥,建造有孤立分布的小礁體和多層疊置的葉狀藻礁體。前者長僅5m±,高1.5m,呈點丘狀獨立發(fā)育;后者為多層葉狀藻上下疊置生長,礁體出露形態(tài)多呈透鏡狀,大小規(guī)模不等,長可達30m,高8m,它明顯反映了本區(qū)賓夕法尼亞亞紀(jì)沉積環(huán)境的頻繁變化。葉狀藻礁發(fā)育在碳酸鹽臺地邊緣浪基面以下的水體環(huán)境中,水體動能弱。其建造過程比較簡單,包括三個階段:基底形成、礁體建造和礁體終結(jié)。多層疊置葉狀藻礁的建造過程,是單一葉狀藻群落隨著環(huán)境的頻繁變化重復(fù)出現(xiàn)并建造礁體的過程,每一次葉狀藻群落的發(fā)展并建造礁體的過程都是一樣的,只是這一過程的持續(xù)時間、環(huán)境因素及群落特征有所不同。3.3海底疊置結(jié)構(gòu)的形態(tài)未名造礁生物是本區(qū)發(fā)現(xiàn)的新的造礁生物,在本區(qū)分布廣泛,以宏觀的似絲狀體或板狀體形式出現(xiàn),生物體粗或厚0.1～0.2mm,橫向延續(xù)長度30～50cm,形成不同形式的紋層構(gòu)造。其主要表現(xiàn)形式有兩種:①生物體呈波狀延續(xù)生長,彎曲環(huán)繞,層層疊置形成不同類型的紋層或席狀,顯示出類似泡沫狀或波紋狀形態(tài);②生物體粗細(xì)不等,在縱向、橫向上相互交叉,構(gòu)成規(guī)則或不規(guī)則的網(wǎng)格狀形態(tài)。它具有兩種生長方式建造礁體骨架:纏繞疊置式和匍匐疊置式。未名造礁生物在地層中都是以建造礁體的方式出現(xiàn),在臺地邊緣生物碎屑灘基底之上,通過纏繞和匍匐方式,迅速蔓延生長,覆蓋并加固基底,再快速向上生長形成骨架建造礁體。礁體規(guī)模中等至大型,長50～80m,高20～30m,呈丘狀。未名造礁生物建造的骨架礁具有極強的抗浪性,它可以在臺地邊緣水體淺,動能強的環(huán)境中生存并建造礁體。未名造礁生物具有較強的排它性,其發(fā)展非常迅速,在同一環(huán)境中其他生物難以與它競爭。在黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)地層中,未名造礁生物礁體與葉狀藻礁體在同一地層剖面中上下疊置,在縱向上具有明顯的群落取代關(guān)系。3.4板狀生物礁體建造Ivanoviacf.manchurica是一種互嵌狀群體四射珊瑚,個體直徑約1cm±,群體構(gòu)成板狀、丘狀骨架層,層與層之間則為亮晶生物碎屑灰?guī)r。它在工作區(qū)地層中分布廣泛,可以與其他造礁生物共同建造礁體,可以零散分布在其他造礁生物形成的礁體中或在地層中孤立存在,可以為其他礁體建造提供硬質(zhì)基底,如位于Fomitchevella大型珊瑚礁的底部,也可以集中形成板狀體建造覆蓋式生物礁。Ivanoviacf.manchurica建造的礁體規(guī)模一般較小,長10～15m,高3m±,形態(tài)為板丘狀。Ivanoviacf.manchurica生長方式有三種:覆蓋式蔓延生長、包覆式生長和孤立分布式生長,它們對環(huán)境的適應(yīng)能力較強,具有較好的抗浪性,其中覆蓋式蔓延生長可以建造骨架,蓋覆基底沉積物,形成覆蓋巖建造礁體。3.5結(jié)構(gòu)內(nèi)土性沉積相疑源生物Tubiphytes廣泛發(fā)育在黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)地層中,生物個體大小不一,形態(tài)各異,以集中或分散的方式存在于地層中。Tubiphytes個體外形具有多種不同形態(tài),一種為比較規(guī)則的個體,呈細(xì)長的管狀或柱狀,直或彎曲,平均長度0.5～1cm,最長可達2cm,寬0.2～0.5mm;另一種為不規(guī)則的個體,多為大小不一的小塊體,在巖石表面和內(nèi)部呈斑塊狀。Tubiphytes一方面在地層中通過黏結(jié)灰泥和碎屑顆粒形成黏結(jié)巖,構(gòu)成其他礁體的基底,起到固結(jié)基底的作用,以及在其他礁體內(nèi)部黏結(jié)充填在礁骨架中的灰泥和碎屑顆粒形成塊狀黏結(jié)巖,起到加固礁體的作用,如大型珊瑚礁的基底和內(nèi)部Tubiphytes作用明顯;另一方面,Tubiphytes也可以形成礁體,礁體規(guī)模中等,長>30m,高10m±,Tubiphytes一般不搭建格架,主要通過其分泌的膠質(zhì)吸附水體中的灰泥顆粒,以黏結(jié)作用不斷地堆積構(gòu)成礁體,其造礁環(huán)境水體較深,水動力條件中等。4特色生物礁體的出現(xiàn)和發(fā)展階段,有較高(1)生物礁類型的多樣性黔南賓夕法尼亞亞紀(jì)地層中,發(fā)育了多種類型的生物礁,包括骨架礁、骨架-障積礁、骨架-覆蓋礁和黏結(jié)礁,它們具有不同的形態(tài)和規(guī)模。其中一些礁體類型都是首次發(fā)現(xiàn),如大型珊瑚骨架礁、未明造礁生物骨架礁等。工作區(qū)生物礁不僅種類較多,而且數(shù)量可觀,反映了該時期生物礁的發(fā)展達到了較高的水平,應(yīng)該是石炭紀(jì)生物礁發(fā)育的一次高潮期。(2)造礁生物種類及