四川龙门山区中泥盆统金宝石组核形石岩石学特征及其成因*
[成晓雨1, 2 
, 李凤杰1, 2 , 荆锡贵1, 2 , 沈凡1, 2 , 张昊1, 2 ]
, 李凤杰, 荆锡贵
成晓雨, 李凤杰, 荆锡贵, 沈凡, 张昊. (2018)四川龙门山区中泥盆统金宝石组核形石岩石学特征及其成因* [J]. 古地理学报, 20(2): 207-218
Cheng Xiao-Yu, Li Feng-Jie, Jing Xi-Gui, Shen Fan, Zhang Hao. (2018)Petrologic characteristics and genesis analysis of oncoids from the Middle Devonian Jinbaoshi Formation in Longmenshan area,Sichuan Province[J]. Journal Of Palaeogeography, 20(2): 207-218.
Doi: 10.7605/gdlxb.2018.02.015
Cheng Xiao-Yu, Li Feng-Jie, Jing Xi-Gui, Shen Fan, Zhang Hao. (2018)Petrologic characteristics and genesis analysis of oncoids from the Middle Devonian Jinbaoshi Formation in Longmenshan area,Sichuan Province[J]. Journal Of Palaeogeography, 20(2): 207-218.
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四川龙门山区中泥盆统金宝石组核形石岩石学特征及其成因*
第一作者简介 成晓雨,女,1992年生,成都理工大学沉积地质研究院硕士生,研究方向为沉积学。E-mail: 455474944@qq.com。
通讯作者简介 李凤杰,男,1972年生,教授,主要从事沉积学研究。E-mail: lifengjie72@163.com。
摘要
四川龙门山区甘溪剖面中泥盆统金宝石组顶部发育一套核形石灰岩。通过野外剖面实测和镜下详细观察,认为该套核形石灰岩垂向上可分为 3个沉积旋回,每个旋回均由核形石灰岩和泥晶灰岩组成。葛万藻(Girvanella)丝状体在核形石的核心和包壳中均有发育,对核形石的形成具有重要的作用。结合核形石中的纹层类型、Girvanella丝状体形态以及渗滤砂与核形石纹层的关系,认为核形石是在浅滩和礁后潟湖环境中沉积形成的,核形石及其围岩中赋存的粒内渗滤砂和粒间渗滤砂,形成于核形石沉积之后的大气水淋滤作用。通过对核形石形成环境的分析可知,龙门山区甘溪剖面中泥盆统金宝石组顶部核形石灰岩形成的水动力条件从下到上逐渐减弱,反映了当时相对海平面由低到高的变化特点。
关键词:
核形石特征; 环境分析; 成因分析; 金宝石组; 龙门山区
中图分类号:P588.24+8
文献标志码:A
文章编号:1671-1505(2018)02-0207-12
Petrologic characteristics and genesis analysis of oncoids from the Middle Devonian Jinbaoshi Formation in Longmenshan area,Sichuan Province
About the first author Cheng Xiao-Yu,born in 1992,is a master degree candidate at Chengdu University of Technology. She majors in sedimentology. E-mail: 455474944@qq.com.
About the corresponding author Li Feng-Jie,born in 1972,professor,is engaged in research of sedimentology. E-mail: lifengjie72@163.com.
Abstract
A set of oncoidal limestone was developed in the top of Jinbaoshi Formation of Middle Devonian in Longmenshan area,Sichuan Province. Based on field profile survey and detailed observation under the microscope,the oncoidal limestone could be divided into three sedimentary cycles vertically. Each cycle was composed of oncoidal limestone and micrite. Girvanella filaments can be seen in both the core and cortex of oncoids,and they played an important role in the formation of oncoid. Combined with the types of laminae,morphology of Girvanella filaments,and the relationship between infiltration sand and laminae,it can be concluded that the oncoids were formed in bank and lagoon in the reef back. There are two types of infiltration sands, intragranular and intergranule sands,subjected to leaching of meteoric water during the exposure after the oncoids deposition. By analysis of the formation environment of oncoids,it can be concluded that the hydrodynamic condition gradually diminished from bottom to top,reflecting a gradual rise of the relative sea level at that time.
Key words:
characteristics of oncoid; environmental analysis; genesis analysis; Jinbaoshi Formation; Longmenshan area
微生物岩因其具有生态环境和资源聚集的意义及钙化作用机理的复杂性而成为地质学领域研究的热点(梅冥相, 2007; 张利伟等, 2011; Arafat et al., 2012; 常玉光等, 2013; Michal and Grzegorz, 2016)。核形石是碳酸盐岩的主要颗粒类型之一, 通常具有球状外形, 由核心和包壳组成, 其中核心多为骨屑和其他异化颗粒, 包壳则由蓝绿藻分泌的黏液围绕核心粘结碳酸盐沉积物形成, 具有不规则或者不完整的同心状纹层(Flü gel, 1982; Lanes and Palma, 1998; Reolid and Nieto, 2010)。因其形成与藻类活动密切相关, 故核形石被定义为微生物岩(梅冥相, 2007), 成为沉积学研究的热点之一(Lanes and Palma, 1998; 李熙哲等, 2000; Daniela et al., 2006; Russell et al., 2009; 杨玉芳等, 2009; 代明月等, 2014; Michal and Grzegorz, 2016)。核形石的形成环境多样, 从陆相的河流(Daniela et al., 2006)、湖泊(李熙哲等, 2000; Russell et al., 2009)到海相水动力较强的潮间带和浅滩(杨玉芳等, 2009; 齐永安等, 2013)及水动力弱的潮下带或潟湖环境(Dahanayake, 1977; 曾允孚等, 1983; Sté phanie et al., 2007)。核形石的形成不仅依赖于水动力条件, 参与其中的微生物也起到至关重要的作用(张文浩等, 2014)。蓝绿菌类丝状微生物Girvanella是核形石中主要的微生物类型, 自前寒武纪到第四纪均有发育, 它是光能自养细菌, 呈细丝状, 直径范围在10~40 μ m之间, 多生活于接近地面的环境和浅海水下透光带环境(Wood, 1957; 代明月等, 2016)。Girvanella丝状体在核形石中的形态差异是分析核形石生长过程的重要指示, 其不同的分布方式反映出丝状体在核形石形成过程中对环境的适应变化(代明月等, 2016)。
四川龙门山区甘溪剖面中泥盆统金宝石组顶部发育的核形石中保存了大量完好的Girvanella丝状体, 其在核形石的核心和包壳中均有出现。笔者试图通过对金宝石组核形石的宏观特征和薄片观察来总结核形石特征, 并结合Girvanella丝状体的形态特征分析核形石的形成环境, 进而为研究核形石的微生物成因提供重要实证。
1 地质背景
龙门山区泥盆系甘溪剖面, 是中国泥盆系的重要标准剖面之一(侯鸿飞等, 1988; 鲜思远等, 1995), 位于四川省江油市桂溪乡(图 1)。中泥盆统金宝石组由一套砂岩、泥岩、瘤状灰岩、生屑灰岩和礁灰岩组成, 彼此间呈不等厚互层, 属于典型的碎屑岩和碳酸盐岩混合沉积, 含有丰富的生物化石, 如珊瑚、腕足类、双壳类、海百合茎等。根据岩性组合, 可划分出2个砂岩— 泥岩— 瘤状灰岩— 生屑灰岩和礁灰岩沉积序列组成的区域性海进— 海退旋回(侯鸿飞等, 1988; 刘文均等, 1996)。甘溪剖面的中泥盆统金宝石组核形石分布于该组上部层序的顶部, 沉积于缓慢海退过程, 属典型的浅水缓坡混积陆棚沉积(侯鸿飞等, 1988; 郑荣才等, 2016)。
 | 图 1 四川龙门山区甘溪剖面位置Fig.1 Location of Ganxi section in Longmenshan area, Sichuan Province |
2 核形石特征及分类
甘溪剖面中泥盆统金宝石组核形石富集层位于金宝石组上部层序的顶部, 属第114层(侯鸿飞等, 1988)。其出露于九皇山猿王洞的盘山路边, 至少可见4处剖面出露点。核形石富集层的平均厚度为4.3, m。
2.1 核形石形成环境与纵向分布特征
根据岩性、核形石含量和生物特征, 甘溪剖面金宝石组核形石富集层自下而上可分为6层、3个旋回层(图 2; 图 3-a)。
 | 图 2 四川龙门山区甘溪剖面中泥盆统金宝石组含核形石段综合柱状图Fig.2 Comprehensive column of oncoid-bearing layer of the Middle Devonian Jinbaoshi Formation in Ganxi section of Longmenshan area, Sichuan Province |
 | 图 3 四川龙门山区甘溪剖面中泥盆统金宝石组含核形石段野外宏观照片a— 含核形石段野外宏观照片, 自下而上分为6层; b— 第②层含核形石泥灰岩, 核形石密集, 大小分布不均; c— 第②层含核形石泥灰岩, 风化后可见核形石和海百合茎碎片; d— 第④层核形石泥灰岩, 核形石粒径大, 分布较均匀; e— 第④层核形石泥灰岩, d中z1的局部放大图; f— 第⑥层核形石泥灰岩, 核形石粒径分布不均, 向上粒径呈减小的趋势; g— 第①层泥灰岩, 含少量珊瑚礁灰岩角砾(C)和极少量的核形石; h— 第③层泥灰岩, 含大量的珊瑚礁灰岩角砾(C)和苔藓虫(Bryozoans)砾屑(B)及少量核形石; i— 第⑤和⑥层的分界线, 下部为第⑤层泥灰岩, 含大量珊瑚礁灰岩角砾, 上部为第⑥层核形石泥灰岩, 核形石密集分布Fig.3 Field photos showing oncoid-bearing layer of the Middle Devonian Jinbaoshi Formation in Ganxi sectionof Longmenshan area, Sichuan Province |
第①、②层构成一个旋回, 其中第①层为灰色泥灰岩, 第②层为颗粒灰岩, 围岩为灰色含粉砂泥灰岩, 层厚0.48, m, 核形石含量20%~30%, 粒径0.3~1.0, cm, 平均粒径为0.6, cm(图 3-b); 海百合茎碎片含量10%~50%, 在外观上易与核形石混淆, 但风化后二者容易区分(图 3-c)。该旋回沉积物中, 海百合茎碎片大量分布, 推测为水体能量较强的浅滩环境。
上部的第③与④层、第⑤与⑥层各自组成一个由泥灰岩和核形石灰岩组成的沉积旋回。第③和⑤层岩性特征相同, 均为灰色泥灰岩, 含数量不等礁灰岩角砾, 直径在5~20, cm之间, 生物类型有珊瑚和苔藓虫(图 3-g, 3-h, 3-i), 岩石中仅含少量的核形石。第④层为灰色含粉砂泥灰岩, 层厚0.50, m, 核形石大量分布, 含量为50%, 分布均匀, 且粒径较大, 为1.5~2.0, cm, 平均为1.8, cm(图 3-d, 3-e)。第⑥层亦为灰色含粉砂泥灰岩, 层厚0.50, m, 为核形石主要发育层, 含量在40%~60%之间;
核形石粒径为0.5~1.3, cm, 平均为1.0, cm(图 3-f), 分布不均, 下部粒径较大, 向上粒径变小。第③和⑤层中分布大量的礁灰岩角砾, 表明这些角砾源于生物礁的破坏, 滚落至礁间或礁后安静的环境中。核形石通常形成于潟湖或局限海(Flü gel, 2010), 故根据上述分析可知, 第③~⑥层核形石的沉积环境应为礁后潟湖环境。
2.2 核形石内部结构
甘溪剖面金宝石组核形石主要为圆球状— 椭球状, 少部分呈姜块状, 内部的核心和包壳中均可见到大量的Girvanella丝状体。
2.2.1 核形石核心 核心是形成核形石的基础, 决定了核形石形成初期的形态及纹层类型。甘溪剖面金宝石组核形石核心的形态以长条形为主, 其次是球形, 成分为多为生物碎屑(图 4-a, 4-b)及Girvanella丝状体(图 4-c, 4-d)。生物碎屑核心多以海百合茎、腕足、双壳等类型为主。Girvanella丝状体核心是由Girvanella在成长过程中粘附周围的灰泥杂质等一些小颗粒物质, 经过一定滚动形成的较大灰泥团块, Girvanella排列无定向, 相互缠绕叠覆, 呈不规则状。Girvanella丝状体核心中均匀分布少量粉砂级的石英碎屑颗粒(图 4-c, 4-d), 石英颗粒呈棱角状, 无分选。
 | 图 4 四川龙门山区甘溪剖面中泥盆统金宝石组核形石内部结构a— 生物碎屑核心, 包壳中不均匀分布少量粉砂级石英碎屑, 可分为3个期次, 内部为第1期纹层, 呈帽状, 仅在一侧生长; 中部为第2期纹层, 呈球状, 各向均匀生长; 外部为第3期纹层, 亮晶纹层为主, (-), JD-7; b— 姜块状核形石, 核心为生物碎屑, 包壳中发育Girvanella纹层、泥晶纹层和亮晶纹层, 分布少量石英碎屑, 核形石边缘呈参差状, 明显遭受溶蚀(黄色箭头处), 发育渗滤砂, (+), JD-6; c— Girvanella丝状体组成的核心, 核形石内可见少量粉砂级石英碎屑, (-), JD-9; d— 为c中Z1的局部放大, 核心为大量缠绕的Girvanella丝状体, (-), JD-9; e— Girvanella纹层、泥晶纹层和亮晶纹层组合, 包壳中见少量石英碎屑, (-), JD-9; f— 核形石外围中的生物纹层, 包壳中分布的少量石英碎屑沿生物壳体顺纹层分布, (-), JD-7。G: GirvanellaFig.4 Microscopic photos showing inner structure of oncoids of the Middle Devonian Jinbaoshi Formation in Ganxi section of Longmenshan area, Sichuan Province |
2.2.2 核形石包壳 核形石包壳是由围绕核心分布的非同心纹层组成的, 纹层的类型和成因是判断核形石形成环境的一个指标(李熙哲等, 2000)。综合纹层的形态、明暗、组分特征, 将甘溪剖面金宝石组核形石纹层分为4类种类型: (1)泥晶纹层。由深色泥晶方解石组成, 纹层多半不连续(图 4-b, 4-e), 厚度总体较薄但变化较大, 泥晶纹层中通常会混入Girvanella; (2)Girvanella纹层。由较暗的Girvanella丝状体形成(图 4-b, 4-e), 该种纹层形态各异, Girvanella多呈弯曲管束状, 长短不一, 无分枝, 截面呈不规则圆状或椭圆状, Girvanella互相交织在一起, 或者沿纹层方向分布; (3)亮晶纹层。由亮晶方解石组成, 一般厚度不大, 半连续状为主(图 4-b, 4-e), 常分布于泥晶纹层或Girvanella纹层的外围; (4)生物纹层。主要由Girvanella捕获或粘结其他生物碎屑(如腕足类、双壳类)形成(图 4-f), 这些纹层边缘相对模糊, 生物壳体多顺纹层分布, 主要分布在核形石外缘。
核形石纹层一般通常由2种或者2种以上纹层组成, 常见的是由泥晶纹层、Girvanella纹层、亮晶纹层组合而成, 并围绕核心形成完整或不完整的同心纹层。
2.3 核形石分类
通过对甘溪剖面金宝石组核形石的野外和镜下观察, 发现3个层位核形石的大小差别较大, 文中根据其形态、大小及纹层特征将其分为3种类型, 具体特征见表 1。
 | 表 1 四川龙门山区甘溪剖面中泥盆统金宝石组核形石分类 Table1 Classification of oncoids of the Middle Devonian Jinbaoshi Formation in Ganxi Section of Longmenshan area, Sichuan Province |
第1类: 主要分布在第②层, 核形石直径为0.3~1, cm, 形态主要为椭球状, 少量呈姜块状, 其核心以Girvanella丝状体为主, 纹层以泥晶纹层和Girvanella纹层为主(图 4-a)。该类核形石与大量的海百合茎碎片共生, 反映出其形成环境为水动力较高的浅滩。
第2类: 主要分布在第④层, 核形石直径为1.5~2, cm, 形态以圆球状为主。核心以重结晶的生物碎屑为主, 纹层以泥晶纹层、Girvanella纹层为主, 含有少量亮晶纹层, 核形石外缘具有生物纹层(图 4-f)。形成于水动力条件相对中等的礁后潟湖环境。
第3类: 主要分布在第⑥层, 核形石直径为0.8~1.3, cm, 形态主要为椭球状, 其核心以生物碎屑为主, 纹层以泥晶纹层为主, 纹层厚度相对较薄(图 4-e)。形成于水动力条件相对较低的礁后潟湖环境。
3 Girvanella显微结构特征
在偏光显微镜下, 甘溪剖面金宝石组核形石中的微生物化石只有蓝细菌Girvanella 丝状体大量存在, 其他类型的微生物化石很少见到。丝状体通常为群体相互缠绕叠覆, 匍匐状松散或紧密地沿核形石包绕方向上的基本层分布。
根据Girvanella 丝状体在纹层中的分布形态, 将丝状体的分布表现分为4种类型: (1)交织缠绕无定形态(图 5-a)。Girvanella丝状体交织缠绕在一起, 沿包绕方向相互叠置, 没有明显的生长方向, 也没有明显的纹层产出; 该类型的纹层在核形石包壳中较为常见。(2)穿层形态(图 5-b)。Girvanella丝状体在纹层某一部位向外生长, 生长的丝状体穿越外侧的浅色纹层, 并延伸连接到另一丝状体纹层。(3)丘状隆起形态(图 5-c)。该类型的Girvanella丝状体同样呈现出向丝状体纹层外侧生长的状态, 但是生长能力有限, 没有穿越浅色纹层, 而成隆起的丘状形态。(4)水平层状形态(图 5-d)。Girvanella丝状体呈水平状分布于纹层中, 少量交叉在一起, 与周围纹层的界限明显清晰, 是核形石包壳中最为常见的类型之一。从丝状体在包壳中的形态分布方式来看, 它们并非单独出现, 多以不同的组合形式存在, 即使在包壳的相同部位亦呈现出不同形态间的过渡特征。
 | 图 5 四川龙门山区甘溪剖面中泥盆统金宝石组核形石包壳中的Girvanella丝状体分布形态a— 交织缠绕无定形态Girvanella丝状体, (-), JD-7; b— 穿层形态Girvanella丝状体, (+), JD-6; c— 丘状隆起形态Girvanella丝状体, (-), JD-9; d— 水平层状Girvanella丝状体, (+), JD-2; e— Girvanella藻团块, 含海百合和腕足类碎片, (-), JD-3; f— Girvanella藻团块, 含海百合碎片, 见少量的石英碎屑, (-), JD-3。G: GirvanellaFig.5 Distribution of Girvanella filaments in cortex of oncoids of the Middle Devonian Jinbaoshi Formation in Ganxi section of Longmenshan area, Sichuan Province |
在核形石相对较少、生物碎屑相对较多的层位, Girvanella丝状体以缠绕形成藻团块的形式分布在生物碎屑如海百合茎、腕足之间(图 5-e, 5-f), 其中藻团块的外形轮廓圆滑; 另有一些Girvanella丝状体包绕在生物碎屑的外层, 但由于丝状体层薄, 没有形成良好的纹层(图 5-e)。
4 核形石成因分析
4.1 核形石及其围岩中的渗滤砂赋存形态
渗滤砂是岩石中的孔隙水在渗滤过程中所携带的细小颗粒随着溶解和渗滤作用而富集充填于孔隙中形成的砂级或粉砂级沉积物, 是渗流带的主要成岩作用类型(Flü gel, 2010)。在甘溪剖面金宝石组核形石灰岩中渗滤砂的赋存形态有2种形式: (1)粒间砂。分布于核形石之间(图 6-a)或生物碎屑和核形石之间(图 6-b, 6-c)的基质中, 渗滤作用使得核形石边缘呈参差状, 原本完整的纹层遭受破坏、溶蚀, 同时渗滤带与周围基质间的界限清楚, 渗滤带内的粉砂颗粒富集较多。(2)粒内砂。呈楔状嵌入核形石包壳中, 切穿核形石的纹层, 并在楔状体底部富集(图 6-d)。岩石中渗滤砂的发育, 表明在渗流作用下, 基质内的可溶物质不断被溶解带走, 而零星分散的不溶物质如粉砂颗粒则随之相对富集, 形成渗滤砂。渗滤作用不但发生在颗粒间的基质中, 同时也对核形石等颗粒造成溶蚀。在薄片中, 基质中的渗滤作用是主要形式, 渗滤砂最为常见。
 | 图 6 四川龙门山区甘溪剖面中泥盆统金宝石组含核形石层段的渗滤砂微观照片a— 砂质核形石灰岩, 核形石间分布渗滤砂, 核形石边缘呈参差状, 原本完整的纹层遭受破坏、溶蚀, (+), JD-6; b— 砂质颗粒灰岩, 生物类型多样, 照片中部渗滤粉砂集中, 与周围基质界限清晰, (-), JD-3; c— 砂质核形石灰岩, 遭受渗滤基质粉砂明显富集, 与周围界限清晰, 核形石边界呈参差状, (+), JD-2; d— 渗滤砂呈楔状嵌入核形石包壳中, 并在楔状体底部富集(红色箭头处), (+), JD-7Fig.6 Microscopic photos showing infiltration sand in oncoid-bearing layer of the Middle Devonian Jinbaoshi Formation in Ganxi section of Longmenshan area, Sichuan Province |
4.2 核形石形成过程及主控因素分析
从核形石灰岩剖面实测与镜下特征分析可知, 龙门山区甘溪剖面金宝石组核形石发育于礁后潟湖和浅滩中, 海平面的升降是核形石旋回性沉积的主要原因, 核形石的形成主要受到Girvanella和水动力的影响, 形成过程如下:
首先, 位于核形石灰岩层段底部的核形石灰岩中含有大量的海百合碎屑, 表明其沉积于水体能量高的浅滩环境。相互缠绕生长的Girvanella丝状体, 在高能的条件下生长受限, 只能以团块的形式分布在生物碎屑之间, 外形轮廓圆滑; 即使Girvanella丝状体包绕在生物碎屑的外层, 也仅仅是很薄的一层, 并没有形成良好的纹层。
随着海平面的上升, 水动力能量减弱, 在相对低能环境下Girvanella有充足的时间生长, 早期的Girvanella团块和包绕Girvanella丝状体的生物碎屑成为Girvanella进一步附着的核心, 并逐渐包绕其生长, 在水动力条件的影响下, 形成核形石明暗相间的纹层。Girvanella对核形石各类纹层的形成起着重要的作用(Riding, 1991; Arp et al., 2001)。Girvanella在自身光合作用过程中吸收水体中的CO2气体, 导致局部微环境中的pH值上升, 从而在碱性的海水环境下造成了微生物表面高速率的CaCO3沉淀, 在Girvanella表面形成亮晶方解石, 成为亮晶纹层(Arp et al., 2001)。Girvanella在生长发育过程中捕获灰泥, 或由细胞外多糖物质捕获周围的微晶碳酸盐颗粒, 灰泥和微晶碳酸盐组成了核形石的泥晶纹层。在周期性的水体动荡条件下, Girvanella纹层、泥晶纹层、亮晶纹层也不断叠加, 促进了核形石的生长。局部时期, 低能环境下水体能量较弱, 有利于Girvanella丝状体长时间定向生长, 形成帽状纹层(图 4-a)。在海平面相对稳定期, 长时间的适宜条件促进了更大更完整的核形石的发育与形成。所以在核形石形成过程中, Girvanella和水动力条件变化是核形石的直接控制因素。
随着海平面的进一步上升, 水体深度达到有利于生物礁发育的条件, 在潟湖的周缘生物礁大量生长发育, 受风暴的破坏作用, 部分生物礁崩塌破碎掉落至礁后潟湖, 呈不规则状礁角砾分布(图 3-g, 3-h, 3-i)。该环境中仅有很少的核形石存在。至此, 第1旋回核形石沉积结束。
生物礁沉积之后, 海平面相对下降, 水体变浅, 该区再次变为适合核形石生长的环境。随着海平面的升降, 逐渐沉积了第2旋回和第3旋回的核形石序列。而金宝石组沉积期末的海平面快速下降, 不仅结束了金宝石组的沉积作用, 而且使金宝石组顶部完全暴露、遭受风化淋滤作用, 并残留形成了古土壤层(侯鸿飞等, 1988; 郑荣才等, 2016), 先前沉积的核形石也遭受淋滤作用, 在核形石内部纹层和围岩中保存了大量渗滤砂。
4.3 核形石成因
龙门山区甘溪剖面金宝石组核形石发育于上部层序的顶部, 沉积于海岸平原(沼泽化的暴露陆棚)环境, 其上为中泥盆统观雾山组的河流回春砂体, 该砂体与核形石层之间为古暴露面, 二者呈假整合接触关系界限清楚, 该核形石层被定义为渗滤豆层(郑荣才等, 2016)。周刚等(2017)通过δ 13C、δ 18O和 87Sr/86Sr 值等地球化学分析, 结合薄片资料, 认为核形石微生物岩的形成受葛万菌和大气淡水的双重控制作用, 核形石微生物岩粒径越大、丰度越高, 表现为其受大气淡水影响越强烈。
核形石的岩石学特征是分析其成因的最直接方法。核形石的纹层类型(李熙哲等, 2000)和核形石中Girvanella丝状体的形态(代明月等, 2016)是水动力环境的直接反应。龙门山区甘溪剖面金宝石组核形石内的纹层多以较规则致密纹层为主, 反映了其形成受水动力搅动的影响。核形石纹层中的Girvanella丝状体穿层生长、向外丘状凸起和水平层状的形态特征, 反映了在水动力条件增强时, 丝状体的发育就受到抑制, 局部以穿层方式和向外突出方式继续生长, 其他表现为顺层相互叠覆生长(代明月等, 2016)。渗滤砂对核形石纹层的切割与接触关系表明, 二者是先后关系, 而非并列关系, 核形石形成在先、而渗滤作用发生在后, 核形石形成时并没有渗滤作用的参与。核形石中发育的Girvanella不但需要光合作用, 而且Wood(1957)指出Girvanella具有古环境的指示意义, 生活于浅海环境中, 渗滤成因的核形石是满足不了Girvanella的生长条件的。综上所述, 龙门山区甘溪剖面金宝石组核形石是正常海相环境中形成的, 而非渗滤成因的。但是该层核形石沉积后, 的确遭受了渗滤作用的影响。
5 核形石形成的古环境意义
从核形石的发育过程可看出, 甘溪剖面核形石的形成可分为3个沉积旋回。其沉积旋回的变化, 是海平面相对升降的结果。
下部旋回由第①层和第②层组成:第①层为泥灰岩, 反映为水体相对较深、海平面相对上升的滩间环境; 第②层颗粒灰岩中, 不但分布大量的核形石, 而且发育有大量海百合碎片, 这些海百合生物碎屑的存在, 反映其形成于水体相对变浅、水动力条件较强的浅滩环境, 是海平面相对下降的结果。从第①层到第②层沉积旋回的变化, 反映了一次海平面由深变浅的升降过程。
中、上部的2个旋回是由第③、⑤层的泥灰岩与第④、⑥层的核形石灰岩组成的沉积旋回。虽然这2个核形石变化旋回均沉积于礁后潟湖环境中(Flü gel, 2010), 但是其中核形石的规律性变化, 也是海平面相对变化、沉积时水动力条件规律性变化的直接反映(Sté phanie et al., 2007)。第③、⑤层的泥灰岩, 沉积于的相对安静的、水体较深的环境, 该环境下水体相对安静, 缺少必要的水体动荡, 不利于核形石的滚动、长大。潟湖周围生长的生物礁受到风暴、波浪等的破坏, 形成大块的角砾滚落到礁间潟湖中。第④、⑥层的核形石灰岩虽然也沉积于潟湖环境中, 但是核形石的生长离不开水体相对动荡, 以便于核形石的滚动、Girvanella不断地向光方向生长。因此核形石形成于海平面相对下降的、水体较浅的环境中。由此可见, 礁后潟湖环境中核形石旋回性变化, 反应了海平面相对升降变化的一个过程。
纵向演化上, 下部的核形石沉积旋回形成时的水动力条件强于中、上部2个旋回, 反映了该时期相对海平面变化由低到高的变化特点。龙门山区金宝石组沉积末期构造抬升, 海平面整体快速下降, 金宝石组的沉积作用结束, 该套核形石层暴露于地表, 并遭受大气水的淋滤, 在地层中保存了大量的渗滤砂。
6 结论
1)龙门山区甘溪剖面中泥盆统金宝石组顶部核形石灰岩剖面中发育3个由泥灰岩和核形石灰岩组成的沉积旋回, 每个旋回中的核形石存在差异, 据此将核形石划分为3种类型。
2)龙门山区甘溪剖面金宝石组核形石灰岩中的核形石形成于浅滩和礁后潟湖, Girvanella丝状体和水动力条件的变化对核形石的发育起到重要作用。水动力条件最为关键, 形成位置常常位于海退旋回底部, 水体动荡造成了砾级颗粒滚动迁移和菌藻生长, 这在旋回对比中具有重要意义。
3)核形石及其围岩中赋存粒内渗滤砂和粒间渗滤砂, 分析渗滤砂对核形石的溶蚀和切割关系, 表明其形成于核形石沉积之后的大气水淋滤作用。
4)核形石灰岩中核形石的规律性变化受相对海平面升降变化的控制, 而中泥盆世金宝石组沉积末期海平面的整体快速下降, 使得该套核形石层暴露于地表, 遭受大气水的淋滤。
(责任编辑 张西娟; 英文审校 白国平)
作者声明没有竞争性利益冲突.
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