石炭纪生物礁在晚古生代礁体演化序列中处于特殊地位。石炭纪是生物礁地史演化过程中一个非 常关键的时期,发育的生物礁类型有:(1)叶状藻礁丘;(2))叠层石礁丘;(3)珊瑚礁;(4)Waulsortian灰泥 丘;(5)Chaetetes 礁丘;(6)钙质微生物—藻礁丘。石炭纪生物礁总体上表现为礁相结构、造礁群落组成及礁 体建造阶段的造礁作用相对比较简单,这些都体现出生物礁在石炭纪的发展受到生物灭绝事件的影响。在以藻 礁占主导地位的宾夕法尼亚亚纪,中国后生动物骨架礁发育,尤其是发育有Fomitchevella大型珊瑚礁,成为世界 石炭纪生物礁的一个亮点。从石炭纪整个生物礁的发展情况来看,后生动物骨架礁与以微生物和钙藻为主导的 生物礁或许是两个平行发展的礁系统,后生动物骨架礁的发展在大规模生物灭绝事件之后有明显的演化滞后现 象,以钙藻和微生物为主导的造礁群落的复苏在生物灭绝事件之后更为迅速。从石炭纪生物礁古地理分布来看, 石炭纪生物礁基本上分布在南北纬30' 之间的区域,因此,它们代表了在相对温暖的气候条件下生长的礁体,与 现代珊瑚礁的分布相近似。
等深流是大洋环境非常重要的动力学机制,其沉积蕴含了重要的古海洋学和古气候信息,对其进 解析是近些年国际海洋学、气候学的研究热点。等深流是顺陆坡走向流动的牵引流,其侵蚀—沉积效应取决 陆坡地貌、气候旋回等多种因素,认识等深流侵蚀—沉积的动力学规律是学术界关注的焦点之一,也具有重 的油气经济意义。探究等深流沉积的新类型、等深流沉积的形态和叠加—迁移型式,以及它们发育的背景和 制因素,也是近些年学术界和工业界关注的热点。确定等深流作用机制及其沉积响应的研究脉络,对凝聚研 方向和确定科研目标至关重要。
二叠纪末生物大灭绝后,在华南地区碳酸盐岩台地上普遍形成一套微生物岩。微生物岩所代表的 是一种以蓝细菌和其他底栖生物为主体的独特的生态系。蓝细菌作为生产者是该生态系的基础,种类单调的小 型腹足类和介形虫等广盐性多细胞生物和灾后残存的有孔虫则是该生态系中的主要消费者。根据所处的古地理 位置不同,华南微生物岩的分布可分为 3个主要地区,即上扬子地区、中下扬子地区及南盘江地区。上述3个 地区微生物岩分别产出在生物礁顶、一般碳酸盐岩台地边缘和孤立碳酸盐岩台地环境,且不同地区微生物岩所 在剖面的沉积序列也存在差异。根据不同地区微生物岩在宏观沉积构造和碳酸盐岩微相组合上的差异,可进一 步划分为层纹状微生物岩、叠层石微生物岩、花斑状微生物岩、树枝状微生物岩及穹窿状微生物岩。不同微相 类型的微生物岩在沉积水深、蓝细菌化石、底栖群落组合上仍存在差异,其中树枝状和穹窿状微生物岩沉积时 所处水深最小,花斑状微生物岩和层纹状微生物岩沉积时所处水深可能相对较大。对不同地区微生物岩的研究 为认识二叠纪末全球事件期间海洋环境的多样性和演化过程提供了重要的信息。
四川盆地上二叠统吴家坪阶岩石类型多样,按岩性及岩相特征的不同,吴家坪阶可划分为4种类 型,即峨眉山玄武岩组火山岩、宣威组陆相碎屑岩,龙潭组海陆过渡相碎屑岩以及吴家坪组海相石灰岩,横向 上岩性变化明显。在对露头和钻井剖面单因素定量及定性资料分析的基础上,采用单因素分析多因素综合作图 法,对四川盆地晚二叠世吴家坪期的岩相古地理进行了研究及编图。吴家坪期总体上自西南向东北依次展布剥 蚀区、冲积平原、碎屑岩台地、碳酸盐岩台地、斜坡(过渡带)和盆地,其中碳酸盐岩台地内局部发育低能生 屑滩。四川盆地吴家坪期成煤环境多样,三角洲、湖—海湾及潮坪相成为煤层发育的主要相带,这些环境中 的暗色泥岩、页岩及煤,为吴家坪阶重要的烃源岩,碳酸盐岩台地环境中的石灰岩也可以作为吴家坪阶主要储 集岩。
长江三峡地区上三叠统王龙滩组 ( 或须家河组)超覆在下三叠统嘉陵江组、中三叠统巴东组或上 三叠统九里岗组等不同时代的地层之上,两者间存在一明显的沉积间断面。如何理解该界面的性质和发生时限, 对于正确认识印支构造运动在该区的作用形式和过程具有关键作用。近年来,在长江三峡地区开展的基础地质 调查研究工作中,对该界面的地质特征进行了全面观察和研究,对其有了更深入的认识:上三叠统与下伏地层 间的沉积间断面以发育冲刷构造和残存少量风化壳为特征,沉积间断发生在卡尼期中后期至诺利期初期(约225~26.5Ma)。受印支运动影响,卡尼期中后期,地壳整体抬升,包括研究区在内的中扬子地区漫长的海相沉积 历史结束,原有沉积遭受风化剥蚀、地形夷平;卡尼期末期—诺利期初期,地壳抬升速率骤然加剧、地形相对 高差变大、河流回春,对下伏地层快速下切。这种下切作用横向变化较大,剥蚀程度差异明显,从而形成在不 大的范围内下伏地层从无明显缺失 (王龙滩组与九里岗组接触)至大量缺失(王龙滩组与嘉陵江组接触)这一 特殊地质现象。总的看来,该沉积间断界面兼具古暴露剥蚀面、冲刷侵蚀面和河流回春作用面 3种性质,是对 印支运动第3幕(研究区内印支运动主幕)的沉积响应。
广西六景泥盆系剖面是中国泥盆系标准剖面之一,通过对其弗拉斯阶 法门阶(F-F)界线附近地 层进行详细的牙形石生物地层研究,自下而上识别出3个牙形石带:晚rhenana带、linguiformis 带和 triangularis 带。F-F界线位于融县组下部 7层与8层之间,在谷闭组顶界之上3.32m处。碳同位素的分析结果表明,F-F之交 δ 13C具有显著正偏移,增幅为20%,与湖南老江冲、广西垌村和杨堤以及欧洲、美洲、非洲和澳洲等地的 F-F界线附近的碳同位素记录一致,且具有相近的变化幅度。δ 13c正异常与 F-F界线上的生物灭绝有关,由于食 微生物的高等生物灭绝,微生物大量繁盛,诱导海水缺氧,导致海洋有机碳埋藏速率增加,从而形成 δ 13C的正 偏。F-F界线层发育一套以碎屑灰岩为特色的事件沉积,该事件沉积在广西乃至全球具有等时性,可能与小行星 碰撞地球引起的全球性海啸有关。
二叠纪被认为是全球生物繁盛的重要时期,其大气含氧量、温度等条件和现代地球极为相似,因 此,二叠纪古海洋生物和环境的研究对当代环境和气候变化研究具有重要的启示作用。通过分析广西来宾铁桥 二叠系剖面的275个海相碳酸盐岩样品的地球化学组成,考察Ca,Mg,Al,Ti 及其比值的变化特征,研究它们 的生物和环境意义。结果发现,从栖霞组沉积时期到吴家坪组沉积时期,海水中Mg/Ca值总体上呈单调下降趋 势,表明海底洋中脊扩张,洋中脊热液循环加快,全球海平面上升;Al/Ti 值在栖霞组沉积时期到吴家坪组沉积 时期呈现一种起伏式的变化,其中栖霞组沉积中期和茅口组沉积后期表现出与其他时段有显著差异的高值,表 明这两个时期海洋生产力繁盛;在瓜德卢普统—乐平统界线,Al/Ti值低,与玄武岩(Al/Ti 值约为6)相近, 指示火山活动强烈,为火山活动导致生物绝灭说提供了地球化学新证据。
安徽巢湖平顶山地区上二叠统大隆组主要为硅质泥岩和泥岩互层沉积。通过对该剖面微体古生物 化石丰度的统计分析发现,其演化可划分出 4个阶段:Ⅰ ( 繁盛阶段)→Ⅱ ( 衰亡阶段)→Ⅲ ( 恢复阶段)→ Ⅳ ( 大衰亡阶段) 。利用微量元素Cu,Ni 和Zn估算了巢湖平顶山剖面古生产力,其平均值为1.48gC/m2d ,与 北美二叠系黑色页岩的古生产力平均值 (1.40gC/m2d)现代海洋大陆架的初级生产力 ( 如委内瑞拉大陆架 为1.5040gC/m2d)较为一致。大隆组中有机碳质量分数为0.26%~5.49%,有机质富集程度和古生产力大小与岩 性关系密切:泥岩和粉砂质泥岩里有机质最为富集且古生产力较高;而在硅质泥岩中,两者含量相对较低。分 析了有机质富集过程 ( 从生物物质到沉积有机质,再到埋藏有机质)中各环节的主要影响因素,表明海洋古生 产力是有机质富集的主导因素和前提条件,直接影响沉积物中的有机质含量,而海洋表层初级生产力的大小受 上升流、营养盐和海水深度等环境因素综合影响;在埋藏有机质阶段,其主控因素为沉积环境中的氧含量和沉 积速率等。综合研究表明,本剖面中有机质富集为生产力模式,即:岩石中有机质的富集受古生产力的影响最 大,其次为沉积环境中的氧含量。其中,古生产力由生产者贡献,但是受消费者的丰度影响较大。
利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱 (LA-ICP-MS)对三峡地区二叠系茅口组牙形石的U-Th-Pb同位 素年龄进行测定。结果表明该地层中牙形石的 208Pb/ 232Th年龄为 269 ±44Ma ,207Pb/ 235U为 256 ± 39Ma叠系茅口组的生物地层年龄。206b/ 238U年龄为196 ±Ma ,虽然准确度较高,但与前人推测的 地层年龄相比偏低。此外,作者对牙形石的稀土元素(REE)组成进行了分析,并且发现牙形石的 REE组成和Ce 异常与古海水氧化还原条件有一定的相关性,可以指示古海水的信息。
基于岩心描述和镜下观察,分析了研究区下古生界硅化岩溶储集层的岩性特征。通过对沟通潜山 断块和古近纪洼陷的边界断层产状、潜山断块内下古生界产状的分析,认为下古生界碳酸盐岩具备埋藏岩溶作 用条件,提出了古近纪沉积物压释酸性水向潜山断块运移的3种方式,即:翘倾端断面补给畅流运移模式、倾 没端断面补给畅流运移模式和背斜凸起两侧双向渗入补给对流循环模式。利用这 3种模式可以合理解释研究区 下古生界潜山硅化岩溶储集层空间分布的特点和规律。翘倾端断面补给畅流运移模式可以解释潜山断块高部位 硅化岩溶层段储集层的发育情况,倾没端断面补给畅流运移模式和背斜凸起两侧纵向渗入补给对流循环模式, 可以解释潜山断块的低部位硅化岩溶层段储集层的发育情况。该模式还可以合理地解释硅化岩溶储集层在下古 生界赋存层位的 “ 穿层性”特点,同时也能够合理解释潜山断块周缘发育硅化岩溶层段,而潜山断块中心地带 很少出现硅化岩溶层段等现象。
早石炭亚纪冰川性海平面变化及黔桂盆地独特的古地理位置控制着盆地中的地球生物学过程,决 定了生烃母质生物的生产力和有机质的保存条件,进而影响了盆地相烃源岩的形成与分布。通过对广西巴平剖 面地球生物相分析,探讨下石炭亚系盆地相烃源岩形成的地球生物学过程,结果表明:汤粑沟期早期、旧司期 中晚期生境型以Ⅵb ( 台间深海盆地生境相)为主,盆地中生产力水平较低,但盆地中水体较深,古氧相为厌氧 相,有机质埋藏效率高,形成了下石炭亚系的优质烃源岩。汤粑沟中期生境型为Ⅵb,生产力水平低,古氧相为 贫氧—厌氧相,由于沉积速率过慢,发生了大量的 Mn /Fe氧化还原反应,降低了有机质的埋藏效率,仅形成了 一套非烃源岩。早旧司期及上司期生境型为Ⅳ1 ( 范围为风暴浪击面至真光层下界面) 、Ⅳ2 ( 范围为真光层下界 面至大陆架坡折处) ,生产力水平低—中,古氧相为准厌氧相—贫氧相,形成了一套非烃源岩—一般烃源岩。上 司期末期—罗苏期生境型主要为Ⅲ2 ( 范围为强光合作用面至风暴浪基面) ,局部为Ⅳ1,生产力水平中—高,古 氧相为常氧相—贫氧相,有机质埋藏效率低,形成了一套非烃源岩—差烃源岩。
在系统收集研究区资料和前人研究的基础之上,对扬子地区晚二叠世吴家坪期的沉积环境及烃源 岩发育的控制因素进行了探讨。扬子地区吴家坪期沉积环境包括陆地、海陆过渡环境、滨岸、碳酸盐岩台地和 盆地,其中碳酸盐岩台地包括碳酸盐潮坪、局限台地、开阔台地、台地边缘、深水陆棚和台盆。对扬子地区晚 二叠世吴家坪期的沉积古地理进行了总结,绘制了沉积古地理图,主要的古地理单元包括古陆、冲积平原、滨 岸平原、碳酸盐岩台地和次深海。研究区内烃源岩类型多样,包括煤系、碳质页岩、泥岩、泥灰岩和硅岩等, 主要发育在沼泽、湖、深水陆棚和台盆等环境。有机质的来源包括陆源、底栖藻类和浮游藻类。扬子地区晚 二叠世吴家坪期烃源岩的发育主要受当时气候条件、洋流模式和沉积环境的控制。热带潮湿气候和洋流模式有 利于有机质的生产,而局限的沉积环境有利于有机质的保存。
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