屠錫艷，李 明，劉永華，李 芃，張曉光

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110004）

1 引言

生物礁研究一直是地質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域中十分重要的課題。盡管關(guān)于生物礁的概念說(shuō)法不一，但總體認(rèn)識(shí)是：生物礁是由各種生物建造而成的碳酸鹽巖隆，具有原地形成的各種生物結(jié)構(gòu)，代表著生物原始的生存位置，反映生物原始的生態(tài)格局[1-3]。正是由于生物礁的這一獨(dú)特的生物建造特點(diǎn)，讓我們可以借助對(duì)生物礁的研究，來(lái)恢復(fù)其地史時(shí)期中生物群落組成、結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程及古生態(tài)特征。生物礁是開展沉積學(xué)、古生物學(xué)、古生態(tài)學(xué)等學(xué)科研究的理想場(chǎng)所。生物礁作為獨(dú)特的生物建造，其礁內(nèi)各種孔隙、空洞非常發(fā)育，是石油和天然氣理想的儲(chǔ)集場(chǎng)所。自上世紀(jì)20年代，由于在生物礁中發(fā)現(xiàn)了大量的油氣，更加大了人們對(duì)生物礁的研究力度，另外生物礁與層控礦床也有密切關(guān)系，因此，生物礁研究得到普遍關(guān)注和重視。

從各地史時(shí)期生物礁的研究現(xiàn)狀來(lái)看，石炭紀(jì)生物礁的研究一直比較薄弱，特別是我國(guó)更是如此。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為石炭紀(jì)是地史時(shí)期的造礁低潮期，其礁體數(shù)量少，類型單一。但是，近幾年以鞏恩普教授為代表的學(xué)者對(duì)于石炭紀(jì)生物礁的研究取得了突破，證實(shí)了石炭紀(jì)存在大量不同類型的生物礁。

通過(guò)對(duì)工作區(qū)的野外和室內(nèi)工作，基本查明了黔南晚石炭世生物灰泥丘生長(zhǎng)發(fā)育特征，通過(guò)系統(tǒng)總結(jié)和分析，并且對(duì)比Waulsortian相研究，筆者認(rèn)為晚石炭世生物灰泥丘并不是Waulsortian相，這對(duì)中國(guó)其他地區(qū)廣泛開展石炭紀(jì)生物灰泥丘研究具有重要指導(dǎo)意義，有助于石炭紀(jì)生物礁研究工作的深入。

2 區(qū)域地質(zhì)特征

黔南地區(qū)大地構(gòu)造位置歸屬于滇黔桂盆地，又稱南盤江盆地(圖1)。該盆地作為揚(yáng)子板塊西南被動(dòng)陸緣的一部分，從泥盆紀(jì)開始出現(xiàn)裂谷化成因的裂陷槽，因大陸拉伸，在南盤江盆地中出現(xiàn)塹壘相間的構(gòu)造格局[1]。石炭紀(jì)時(shí)，該盆地與特提斯海盆鄰接，基底活動(dòng)性強(qiáng)。由于深部熱膨脹引起以南北方向?yàn)橹鞯囊龔埩ψ饔茫斐傻貧の⑿蛿U(kuò)張，形成一系列隆、凹相間構(gòu)造格局。在擴(kuò)張過(guò)程中，處于固結(jié)較早、剛性較強(qiáng)的構(gòu)造高位發(fā)育成碳酸鹽臺(tái)地，而拉張下陷部位則演化成臺(tái)間深水盆地。隨裂陷加深，構(gòu)成了淺水補(bǔ)償型碳酸鹽臺(tái)地與半深水非補(bǔ)償型臺(tái)溝相間的古構(gòu)造和巖相展布格局[2]。

黔南晚石炭世海域進(jìn)一步擴(kuò)大，淺水碳酸鹽臺(tái)地范圍擴(kuò)大并連成一片，臺(tái)盆相已收縮成孤立的狹長(zhǎng)狀[3]。沉積巖石類型為獨(dú)山—威寧分區(qū)淺水臺(tái)地相淺色碳酸鹽巖，主要有淺灰色—灰色中厚層至塊狀生物碎屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r和各種礁灰?guī)r，含有豐富的底棲生物。

3 泥丘相地層生物地層學(xué)研究

3.1 泥丘相剖面

路馬寨泥丘橫剖面(見圖2)長(zhǎng)90m，主要為泥晶膠結(jié)的粒泥灰?guī)r。地層中生物量很少，偶見海百合莖及有孔蟲，但蜓碎屑相對(duì)較發(fā)育。在泥丘的橫剖面可以看出，路馬寨灰泥丘在橫向上巖性變化小，只發(fā)育一段構(gòu)造角礫巖和一段亮晶灰?guī)r，這兩段巖性差異主要來(lái)源于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及成巖后期的亮晶方解石充填孔隙、重結(jié)晶作用。

(1)泥丘下伏巖層——蜓生物碎屑灰?guī)r。該層灰?guī)r中發(fā)育大量的蜓碎屑，偶見海百合莖、有孔蟲、單體珊瑚以及少量腕足動(dòng)物碎片。

(2)生物灰泥丘，外貌均呈穹形隆起。丘核均為泥晶灰?guī)r，不顯層理，均呈塊狀，且藻絲發(fā)育，偶見團(tuán)塊狀粒狀體(推測(cè)為藻顆粒)。丘頂與丘核無(wú)明顯差異。丘兩翼均為生物碎屑灰?guī)r，主要為蜓碎屑灰?guī)r。

(3)灰泥丘的上覆巖層——含蜓的亮晶生物碎屑灰?guī)r。該層灰?guī)r中發(fā)育大量的蜓碎屑、海百合莖、腕足動(dòng)物、單體珊瑚以及其他生物。巖石以亮晶膠結(jié)為主，屬高能環(huán)境產(chǎn)物。

3.2 礁相地層生物群特征

從上述各礁相地層剖面看，工作區(qū)廣泛發(fā)育一套灰色碳酸鹽巖，其中礁、丘、灘分布普遍，代表了黔南晚石炭世礁相地層典型的巖性特點(diǎn)。在地層中，生物繁盛，其中不乏多種造礁生物，為黔南晚石炭世生物礁的形成和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

蜓是石炭系和二疊系劃分、對(duì)比地層的重要標(biāo)準(zhǔn)化石，在本工作區(qū)所代表的黔南晚石炭世地層中，它是地層劃分、對(duì)比的主要標(biāo)準(zhǔn)。

工作區(qū)產(chǎn)出生物灰泥丘地層中，蜓類化石相對(duì)其它生物化石，則較為豐富，從總的蜓類生物群特征來(lái)看，發(fā)育灰泥丘的地層應(yīng)該是晚石炭世晚期地層。

3.3 泥丘中的其他生物

工作區(qū)泥丘相地層中除上述生物外，還發(fā)育其他一些生物。它們有的具有造丘作用，有的具有附丘作用，還有的具有毀丘作用，以下對(duì)于有關(guān)各種生物的特征及其在泥丘中的作用進(jìn)行簡(jiǎn)單論述。

(1)有孔蟲。有孔蟲在灰泥丘中非常少見，且種屬單一，不起造丘作用，呈單體存在。

(2)海百合莖。泥丘相地層中分布一些海百合莖，個(gè)體較小，呈小的群體產(chǎn)出。

(3)藻類。泥丘相地層中存在的藻類較單一，具體屬種鑒定比較困難，絕大多數(shù)缺少內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。經(jīng)觀察研究推測(cè)其應(yīng)為蠕孔藻。

(4)藍(lán)細(xì)菌。在礁相地層中起粘結(jié)作用，形成粘結(jié)巖，也是形成規(guī)模不同生物泥丘的造丘生物。

4 生物灰泥丘特征

黔南晚石炭世生物灰泥丘為較深水的，通過(guò)微生物粘結(jié)作用、造巖作用形成的碳酸鹽建隆，其基本特征見圖3。

(1)組構(gòu)特征。外貌均呈穹形隆起，抗浪構(gòu)造明顯而典型。丘核均為泥晶灰?guī)r，不顯層理，且藻絲發(fā)育，偶見團(tuán)塊狀粒狀體(推測(cè)為藻顆粒)。丘頂與丘核無(wú)明顯差異。丘兩翼均為生物碎屑灰?guī)r，主要為蜓碎屑灰?guī)r。野外露頭和顯微鏡下觀察均可見晶洞，孔內(nèi)為亮晶方解石充填。

(2)巖石構(gòu)成。其巖石構(gòu)成主要為粒泥灰?guī)r，及少量藻凝塊巖，但骨骸顆粒較低而泥晶基質(zhì)含量較高，表明為較深水的，水動(dòng)力條件較弱的沉積環(huán)境。

(3)古生物化石及其古生態(tài)。同層位的灘相沉積富含多種生物，腕足類、蜓、非蜓有孔蟲、海百合、苔蘚蟲以及珊瑚類，與此形成鮮明對(duì)比的是，灰泥丘的生物豐度很低且種屬單調(diào)。偶見單體珊瑚化石，薄片中見少量海百合、有孔蟲以及蜓類化石。

丘翼主要由亮晶膠結(jié)生物碎屑灰?guī)r組成，砂礫屑成分為泥晶方解石，普遍富含藻絲；重結(jié)晶作用強(qiáng)，鏡下常見重結(jié)晶方解石呈嵌晶狀，將砂屑、生物屑鑲嵌其中。亮晶方解石明顯可分為兩期：第一期為沿孔壁生長(zhǎng)的馬牙狀方解石；第二期呈中一粗粒方解石充填孔隙中，在粒狀方解石晶間孔中偶見殘余瀝青。由于強(qiáng)烈的膠結(jié)作用和重結(jié)晶作用，殘余原生孔隙基本全被兩期方解石膠結(jié)物填充。次生孔隙，以砂屑，生物碎屑粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔、方解石膠結(jié)物晶間溶孔為主，孔隙度很低。在灰泥丘丘頂與丘核分布有藻絲。丘頂部與圍巖接觸界限明確。

灰泥丘的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程：由于凝塊石灰泥丘內(nèi)無(wú)宏觀的造架生物,因而長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)其成因有多種認(rèn)識(shí)?；夷嗲饖A于灰色—灰黑色含化石豐富的灰?guī)r之中。經(jīng)過(guò)觀察以及較為深入的研究，將工作區(qū)灰泥丘的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程分為三個(gè)階段。

第一階段：基底的建立(發(fā)育期)。

當(dāng)水深、水溫、水動(dòng)力條件等控制灰泥丘生長(zhǎng)的因素達(dá)到適合其生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，藍(lán)細(xì)菌等微生物開始在較為平坦的碎屑灘上大量繁殖，在生長(zhǎng)過(guò)程中一方面粘結(jié)灰泥，另一方面鈣化的微生物參與造巖，同時(shí)也是灰泥的提供者。在各種微生物的共同作用下，形成了具早期固結(jié)特點(diǎn)簡(jiǎn)單的基底建造(見圖4)。

第二階段：丘核的建立(繁盛期)。

在簡(jiǎn)單的基底建造之上，藍(lán)細(xì)菌等微生物進(jìn)一步繁殖生長(zhǎng)，形成了生物灰泥丘的次級(jí)生長(zhǎng)構(gòu)造。在開放的格架孔中，可充填灰泥和細(xì)小生物碎屑等沉積物，而在遮閉的格架孔中，空洞可被亮晶方解石充填，或者可繼續(xù)發(fā)育成為凝塊石。藍(lán)細(xì)菌群落在這種比較安靜的水體中生活，灰泥含量較高。群落內(nèi)藍(lán)細(xì)菌是優(yōu)勢(shì)生物，多為絲狀體，在其生長(zhǎng)過(guò)程中，它以粘結(jié)作用和粘結(jié)包覆作用來(lái)粘結(jié)或吸附灰泥顆粒一同沉積下來(lái)，進(jìn)而完成泥丘建造(見圖5)。

第三階段：丘頂?shù)慕?衰退期)。

灰泥丘的終結(jié)有兩點(diǎn)原因(見圖6)。

(1)隨著海平面的下降，水動(dòng)力條件的增強(qiáng)，大量的造礁生物大量繁殖，汲取了大部分的養(yǎng)料，微生物在這種動(dòng)蕩的沉積環(huán)境中很難生存，鈣化停止進(jìn)而被在水動(dòng)力作用較強(qiáng)的條件下沉淀的顆粒質(zhì)灰?guī)r掩埋—灰泥丘終結(jié)。

(2)隨著海平面的上升，水動(dòng)力條件的減弱，藍(lán)細(xì)菌賴以生存的陽(yáng)光很難到達(dá)海底，水溫也降低。由于缺少陽(yáng)光以及溫度的影響，藍(lán)細(xì)菌(自養(yǎng))不能完成正常的新陳代謝而走向死亡—灰泥丘終結(jié)。

綜上所述，微生物的沉積、造巖造丘作用明顯，灰泥丘的發(fā)育主要是微生物生命活動(dòng)的結(jié)果。

5 黔南生物灰泥丘與世界Waulortian丘對(duì)比研究

(1)規(guī)模對(duì)比。就丘體的規(guī)模而言，黔南生物灰泥丘的厚度和直徑從幾米到幾十米且成群出現(xiàn)，一般規(guī)模較??；而Waulsortian丘的厚度和直徑從一米到上百米，成群出現(xiàn)或橫向聯(lián)結(jié)形成上千米長(zhǎng)的大泥灘，一般規(guī)模較大。

(2)巖相對(duì)比。就巖相方面比較，黔南生物灰泥丘的巖相組成為粒泥灰?guī)r，屬弱水動(dòng)力條件的沉積環(huán)境；Waulsortian丘的巖相組成粒泥灰?guī)r、泥?；?guī)r、顆粒灰?guī)r、漂浮巖，巖石顆粒大于黔南生物灰泥丘，說(shuō)明Waulsortian丘生成環(huán)境的水動(dòng)力條件略強(qiáng)于黔南生物灰泥丘的生成水動(dòng)力條件。

(3)造丘生物對(duì)比。黔南生物灰泥丘的造丘生物為自養(yǎng)細(xì)菌，其生活環(huán)境應(yīng)為富氧、透光的環(huán)境；Waulsortian丘的造丘生物為異養(yǎng)細(xì)菌，其生活環(huán)境應(yīng)為富養(yǎng)、不透光或亞透光的環(huán)境。說(shuō)明Waulsortian丘的生成水深要大于黔南生物灰泥丘的生成水深。

(4)丘內(nèi)常見生物對(duì)比。黔南生物灰泥丘內(nèi)常見的有孔蟲、海百合莖、苔蘚蟲以及蜓不起造丘作用，只是懸浮于灰泥基質(zhì)中的一種附屬品。且這些化石的個(gè)體都很小，呈小的單體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;Waulsortian丘的常見的珊瑚、鈣質(zhì)海綿、有孔蟲、腕足類、投足類、海百合莖以及苔蘚蟲不起造丘作用，只是懸浮于灰泥基質(zhì)中的一種附屬品。大部分珊瑚和海綿呈指狀或?qū)訝?，藉以適應(yīng)泥質(zhì)環(huán)境。此外，這些珊瑚化石的個(gè)體都很小，呈小的單體，隔壁發(fā)育，間室構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層跨度長(zhǎng)。但Waulsortian丘這些生物量很大，遠(yuǎn)大于在黔南灰泥丘中的含量。在通過(guò)對(duì)比說(shuō)明，黔南生物灰泥丘和Waulsortian丘的生存環(huán)境均不適合其它生物的生長(zhǎng)。

(5)成丘地層對(duì)比。黔南生物灰泥丘通過(guò)蜓類鑒定，確定其生成地層為晚石炭世地層；而Waulsortian丘的生成地層為早石炭世(杜內(nèi)期—韋憲期)的地層。Waulsortian丘早于黔南生物灰泥丘形成。

(6)晶洞對(duì)比。黔南生物灰泥丘和Waulsortian丘都遍存在洞穴(層狀和條帶狀孔洞)，代表軟泥中的流體排泄構(gòu)造，部分或全部充以微亮晶或亮晶方解石膠結(jié)物。

(7)丘體結(jié)構(gòu)對(duì)比。黔南生物灰泥丘和Waulsortian丘都具備丘頂、兩翼、丘核的結(jié)構(gòu)，但Waulsortian丘的三結(jié)構(gòu)具有明顯的巖相差異。①海百合的停機(jī)坪構(gòu)造(海百合丘頂)：該停機(jī)坪有4個(gè)優(yōu)勢(shì)相，即顆?；?guī)r、粒泥灰?guī)r、泥粒灰?guī)r及漂浮巖相，孔隙被方解石充填。該相缺乏其他類型的淺成灰?guī)r，整個(gè)構(gòu)造近乎水平；②苔蘚蟲丘核(丘核)：巖石為粗集?；?guī)r和漂浮巖，其中含有具有窗孔構(gòu)造的苔蘚蟲及少量的海百合莖。丘核主要為泥晶膠結(jié)，含有海百合莖、窗孔苔蘚蟲、有孔蟲、腕足類等生物，生物種屬單一，個(gè)體小且數(shù)量少，地層跨度長(zhǎng)；③兩翼(丘翼)：其巖石為粒泥灰?guī)r、泥粒灰?guī)r及漂浮巖，含有少量的海百合及介形蟲，具有纖細(xì)的泥質(zhì)迭片結(jié)構(gòu)，坡角為30～50°；而對(duì)于黔南生物灰泥丘的三結(jié)構(gòu)不具備明顯的巖相差異，丘頂和丘核主要為泥晶膠結(jié)的粒泥灰?guī)r和微晶灰?guī)r，兩翼為泥晶膠結(jié)的蜓碎屑灰?guī)r。

(8)成巖作用對(duì)比。Waulsortian丘的成巖作用包括：方解石膠結(jié)、機(jī)械壓實(shí)作用、白云巖化、硅化以及碳?xì)鋷r化。丘核巖相包括水底束狀的方解石、葉片狀/凌柱狀方解石團(tuán)塊具有明亮的光譜特征，孔隙被亮晶方解石充填。海百合停機(jī)坪構(gòu)造包含共軸膠結(jié)物與海百合有序膠結(jié)，即4種白云巖化的類型被認(rèn)知：①局部置換；②化學(xué)壓實(shí)；③白云巖浸透；④氨基轉(zhuǎn)換。

對(duì)于黔南生物灰泥丘的成巖作用較為簡(jiǎn)單，主要為重結(jié)晶、膠結(jié)作用。白云巖化、硅化作用在泥丘成巖過(guò)程中并未起主要作用，只是在后期的構(gòu)造裂隙中偶然發(fā)生且不強(qiáng)烈。證明泥丘被埋藏后受熱液影響較小。

(9)沉積環(huán)境對(duì)比。根據(jù)以上分析確定黔南生物灰泥丘的沉積環(huán)境為較深水、富氧、弱水動(dòng)力條件的透光帶斜坡上；而Waulsortian丘的沉積環(huán)境深水、貧氧、弱水動(dòng)力條件的亞透光帶或不透光斜坡上。

綜上所述，黔南地區(qū)所發(fā)育的灰泥丘與Waulsortian丘具有明顯的差異，因此確定黔南地區(qū)所發(fā)育的灰泥丘并非Waulsortian丘，而是一種特殊的石炭紀(jì)灰泥建造。

6 結(jié)論

(1)灰泥丘的類型單一，規(guī)模小。

(2)造礁生物為自養(yǎng)的藍(lán)細(xì)菌微生物。

(3)丘內(nèi)生物種類單一，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

(4)查明了生物灰泥丘的建造過(guò)程。

(5)確定生物灰泥丘的生成環(huán)境為較深水、富氧、弱水動(dòng)力條件的透光帶斜坡上。

(6)確定了生物灰泥丘的產(chǎn)丘層位為上石炭統(tǒng)上部地層，即馬平組下部地層。

(7)與Waulsortian相對(duì)比研究表明，黔南地區(qū)所發(fā)育的灰泥丘與Waulsortian丘具有明顯的差異，因此確定黔南地區(qū)所發(fā)育的灰泥丘并非Waulsortian相。

中國(guó)南方晚石炭世生物灰泥丘研究并不多，除本工作區(qū)之外，其他地區(qū)還沒有開展相關(guān)研究。所以生物灰泥丘的研究對(duì)全面認(rèn)識(shí)晚石炭世生物礁的基本發(fā)育特征具有重要意義。

[1]趙煥庭,宋朝景,朱袁智.南沙群島“危險(xiǎn)地帶”腹地珊瑚礁的地貌與現(xiàn)代沉積特征[J].第四紀(jì)研究,1992(4):368-377．

[2]趙美霞,余克服,張喬民.珊瑚礁區(qū)的生物多樣性及其生態(tài)功能[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(1):186-194．

[3]楊惠民,劉炳溫,鄧宗淮.滇黔桂海相碳酸鹽巖地區(qū)最佳油氣保存單元的評(píng)價(jià)與選擇[M].貴陽(yáng):貴州科技出版社,1999,44-47.