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中国南方晚石炭世海域广大,普遍发育了一套台地相碳酸盐岩,黔南是其中的一个代表性地区。该区碳酸盐台地浅水非常适宜生物生存,特别是底栖生物大量繁盛,生物造岩作用十分强烈。工作区晚石炭世地层是黔南碳酸盐台地浅水相沉积的典型代表,含有极为丰富的底栖生物化石,其中包括多种造礁生物,是开展中国南方晚石炭世生物地层和生物礁研究的理想地区。
工作区造礁生物种类丰富,生态类型多样,成礁方式各异。主要有造架生物Fomitchevella、Microbial,造架-障积生物叶状藻,造架-覆盖生物Ivanoviacf.manchurica以及粘结生物Tubiphytes和蓝细菌。它们建造了不同形态、规模和大小的多种类型生物礁,包括骨架礁、骨架-障积礁、骨架-覆盖礁和粘结礁。其中多数礁体类型都是首次发现,如大型珊瑚骨架礁、Microbial骨架礁等。这些礁体的发现和研究,丰富了晚石炭世乃至整个石炭纪的生物礁类型,填补了这一时期生物礁研究类型的空白。工作区生物礁不仅种类较多,而且数量非常可观,反映了该时期生物礁的发展达到了较高的水平,应该是石炭纪生物礁发育的一次高潮期。
本文对生物礁发育的地层开展了生物地层学研究工作,详细分析了产礁地层中蜒、腕足、珊瑚等生物群特征,通过对比研究,确定本区生物礁的产礁层位为上石炭统上部地层,即马平组下部地层。
黔南晚石炭世各种类型生物礁都发育在碳酸盐台地边缘,受台地边缘环境频繁变化的影响,不同类型生物礁发生明显的造礁群落取代,不同造礁群落建造不同的礁体。在台地边缘的不同环境,各种造礁生物也建造了不同礁体,各种类型生物礁的生长发育特征明显不同。
Fomitchevella是新发现的一种晚石炭世重要造礁生物,它是一种常见的丛状四射珊瑚,在工作区晚石炭世地层中分布广泛,多集中发育。Fomitchveella通过出芽生殖方式形成笙丛状群体骨架,可以建造规模大小不同的礁体或仅构成生物层。工作区发现了多种.Fomitchveella礁体,有小规模的点礁,规模中等的旋回式礁体及大型礁体,Fomitchevella礁体建造环境应为水体动能中等的台地边缘。大型生物组合礁是黔南晚石炭世非常重要的一种礁体类型,它的造礁过程十分独特,经历了明显的群落取代过程,最终建造了特征明显的大型珊瑚骨架礁。早期,在不同的台地边缘环境所形成的生物碎屑滩之上,由蓝细菌、Ivanovia cf.manchurica和叶状藻分别建立的造礁群落建造了下部点礁层。随着环境的变化,中期,Fomitchevella-腕足群落取代了下部群落,开始了Fomitchevella的第一次发展,但由于Fomitchevella在群落中分散发展,没有集中建立以它为主的造礁群落,群落中腕足的发展限制了Fomitchevella的生存空间,最终大部分空间都被腕足所占据,Fomitchevella没有连接成片,造礁失败。后期,Fomitchevella集中定殖并迅速向周围发展,占据了大部分空间,建立了以Fomitchevella为主的造礁群落取代了以腕足为主的群落。以后,Fomitchevella在稳定的生态环境中得到极度的发展,最终建造了罕见的石炭纪大型珊瑚骨架礁。在Fomitchevella造礁群落发展的最后阶段,台地边缘环境又发生了变化,这时海平面上升速度远大于Fomitchevella骨架的向上生长速度,水体加深,光照不足,同时水体中灰泥等沉积作用加强,最终导致生物礁停止生长。至此,大型生物组合礁的造礁过程全部结束。叶状藻是世界晚石炭世重要的造礁生物,它广泛建造了大量的叶状藻礁体,具有世界性的分布。叶状藻礁体也是本区晚石炭世重要的礁体类型之一,具有不同的礁体形态,有孤立分布的小礁体和多层叠置的叶状藻礁体。本区晚石炭世叶状藻类型丰富、形态多样,主要有三种生长形式:单杯式、包叶式和簇杯式,分别适应不同的生态环境。叶状藻密集排列,以“杯状”造礁模式,搭建格架障积灰泥,建造礁体。叶状藻礁发育在碳酸盐台地边缘浪基面以下的水体环境中,水体动能弱。叶状藻礁的建造过程比较简单,包括三个阶段:基底形成、礁体建造和礁体终结。多层叠置叶状藻礁的建造过程,则是单一叶状藻群落随着环境的频繁变化重复出现并建造礁体的过程,每一次叶状藻群落的发展并建造礁体的过程都是一样的,只是这一过程的持续时间、环境因素及群落特征有所不同。
Microbial是本区发现的又一种新的造礁生物,它具有两种生长方式建造骨架:匍匐叠置式和缠绕叠置式。Microbial具有很强的排它性,其发展非常迅速,其它生物难以与它竞争。Microbial建造的骨架礁具有极强的抗浪性,它可以在台地边缘水体浅,动能强的环境中生存并建造礁体。在黔南晚石炭世地层中,Microbial礁体并不单独出现,它与叶状藻礁体在同一地层剖面中共同存在,在纵向上具有明显的群落取代关系。Microbial在地层中都是以建造礁体的方式出现,在台地边缘生物碎屑滩基底之上,通过缠绕和匍匐方式,迅速蔓延生长,覆盖并加固基底,然后再快速向上生长形成骨架建造礁体。当地壳下降或海平面上升,灰泥沉积增加时,Microbial礁体便停止生长,造礁过程结束。
Ivanovia cf.manchurica是一种互嵌状群体四射珊瑚,在工作区分布广泛,可以集中形成板状体建造覆盖式生物礁,也可以零散分布在其它造礁生物形成的礁体中或在地层中孤立存在。Ivanovia cf.manchurica的生态类型多样,对环境适应能力较强,具有较好的抗浪性。Ivanovia cf.manchurica生长方式有三种:覆盖式蔓延生长、包覆式生长和孤立分布式生长。其中覆盖式蔓延生长可以建造骨架,盖覆基底沉积物,形成覆盖岩建造礁体。疑源生物Tubiphytes广泛发育在黔南晚石炭世地层中,其造礁作用以粘结方式为主。在工作区形成的礁体不多,礁体规模不大。Tubiphytes除形成少数礁体外,大多通过粘结灰泥和碎屑颗粒形成粘结岩,构成其它礁体的基底,起到固结基底的作用,也可以在其它礁体内部粘结充填在礁骨架中的灰泥和碎屑颗粒形成块状粘结岩,起到加固礁体的作用。
黔南晚石炭世地层中,蓝细菌是另一种重要的粘结生物,其作用方式有三种:粘结作用、粘结覆盖作用和缠结包绕作用,在工作区形成了大小不一的泥丘。一些点状泥丘与其它造礁生物形成的小点礁共同构成了大型生物组合礁的基底,也有蓝细菌建造成大的独立的灰泥丘。在其它礁体或地层中蓝细菌也可以粘结灰泥或包覆其它碎屑颗粒形成大小不一、形状不固定的藻凝块,对加强其它礁体的稳固性和沉积物的固结起到重要的作用。