碳酸盐岩颗粒类型及其沉积特征是划分微相类型、分析沉积环境及海平面变化的重要依据(赵俊兴等, 2003; Flü gel, 2010)。陕西镇安聂家沟剖面乐平统龙洞川组和下三叠统金鸡岭组中常见的颗粒类型有生物碎屑、包壳型颗粒、似球粒、叠层石、囊泡和包粒(图3)。

图3

Fig.3

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图3 陕西镇安聂家沟剖面下三叠统金鸡岭组下部典型生物颗粒 A— 金鸡岭组, 第41层, 个别层位见少量似球粒颗粒(Pl), 单偏光; B— 金鸡岭组, 第9层, 双壳类生物颗粒(Bi), 单偏光; C— 金鸡岭组, 第26层, 见(f)厄尔兰德虫(Earlandia), 单偏光; D— 金鸡岭组, 第27层, 腕足化石碎屑(Br), 壳体呈层纤状结构, 单偏光; E— 金鸡岭组, 第28层, 见完整腹足类生物化石, 单偏光; F— 金鸡岭组, 第42层, 见个别介形虫颗粒(o), 单偏光; G— 金鸡岭组, 可见有孔虫(f)球旋虫(Glomospira), 第34层, 单偏光; H— 金鸡岭组, 见有孔虫(f)节房虫(Nodosaria), 第34层, 单偏光; I— 金鸡岭 组, 第24层, 可见大小混杂的核形石(On)、鲕粒和包粒, 单偏光Fig.3 Microscopic photos of biological particles in lower part of the Lower Triassic Jinjiling Formation at Niejiagou section in Zhen'an, Shaanxi

1)生物碎屑。纵向上分布范围广, 分布比例不均衡。龙洞川组生物碎屑丰度及分异度高, 生物碎屑有钙藻、有孔虫、䗴、棘皮类和苔藓虫等(图4-D, 4-E)。金鸡岭组生物碎屑具有种类少、丰度低及体积小等特点, 包括双壳类、海百合茎、有孔虫、腕足类、腹足类及介形虫等(图3-B至3-H)。

图4

Fig.4

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图4 陕西镇安聂家沟剖面二叠纪— 三叠纪之交的沉积微相特征 A— MF1, 斑状凝块岩, 第4层, 可见大量形状不规则的囊状微生物化石, 化石内部由块状方解石和微亮晶组成, 单偏光; B— MF2, 叠层石灰岩, 第25层, 叠层石明暗交替, 形态从上至下依次可见缓波状、平行状及穹顶状, 单偏光; C— MF3, 鲕粒— 纹层状叠层石灰岩, 第26层, 右上部为纹层状叠层石(箭头位置), 左下部为鲕粒颗粒, 可见双壳类(b)和海百合茎(e), 单偏光; D— MF4, 有孔虫颗粒灰岩, 第3层, 可见大量䗴和有孔虫(f)化石、海百合茎(e)和钙藻(d), 颗粒间为亮晶方解石填充, 单偏光; E— MF5, 藻— 海百合泥粒灰岩, 第2层, 可见个别有孔虫(f)、粗枝藻(d)、海百合茎(e), 颗粒间主要为亮晶方解石填充, 单偏光; F— MF6, 第38层, 含有被包壳和被磨蚀骨屑颗粒的粒泥灰岩, 可见体腔内被亮晶方解石填充的双壳类; G— MF6, 鲕粒颗粒灰岩, 第1层, 可见大量鲕粒颗粒, 颗粒分选中等, 粒间为亮晶方解石填充, 单偏光; H— MF7, 集合颗粒灰岩, 第9层, 可见大量鲕粒、团粒和集合颗粒, 颗粒主要分布在亮晶方解石或微亮晶内, 单偏光; I— MF8, 鲕粒粒泥灰岩, 第28层, 见变形破碎的鲕粒(Oo), 颗粒间为亮晶方解石胶结, 单偏光; J, K— MF10, 泥岩, 无生物碎屑颗粒, 见大量黑色有机质, 单偏光; L— MF11, 泥晶灰岩, 生物碎屑极少, 见介形虫(o)Fig.4 Sedmentary microfacies of the Permian-Triassic transition strata at Niejiagou section in Zhen'an, Shaanxi

2)包壳型颗粒。鲕粒分布于金鸡岭组下部和中部, 以圆形或椭圆形的单皮鲕为主, 集中分布, 粒径约在500~1500 μ m之间, 分选中等(图5-G)。纵向上, 最下部地层中鲕粒的圈层结构较多, 核心多为亮晶方解石, 偶见有孔虫和腹足类碎屑。各层位的鲕粒均出现不同程度的重结晶(图4-G)。核形石粒径为毫米级到厘米级, 分布于金鸡岭组中部, 多与鲕粒伴生出现(图3-I)。核形石核心已被完全泥晶化, 内部原生结构无法辨认, 外层见泥晶套。

图5

Fig.5

	Figure Option Zhang et al., 2020)'>ViewDownloadNew Window
Zhang et al., 2020)'>	图5 陕西镇安聂家沟剖面二叠纪— 三叠纪之交的综合地层柱状图(生物地层及碳同位素数据引用自Zhang et al., 2020)Fig.5 Stratigraphic column of the Permian-Triassic transition strata at Niejiagou section in Zhen'an, Shaanxi (biostratigraphic strata and carbon isotope data from Zhang et al., 2020)

3)似球粒。分布于金鸡岭组中部(图3-A)。似球粒表面混浊, 内部均质, 外部呈次圆状、棒状或无明显形状。优势颗粒粒径小于500 μ m。

4)叠层石。分布于金鸡岭组中部, 纹层组构较为发育, 侧向连续性好(图4-B)。垂向上可见缓波状、水平状及穹顶状纹层交替出现, 生物丰度及分异度极低。见极少量有孔虫和藻类颗粒。个别层位见叠层石与鲕粒交替出现。

5)囊泡。分布于金鸡岭组下部斑状凝块石内(图4-A), 由微晶外壁和内部填充亮晶方解石组成, 优势颗粒粒径为500~1000 μ m。囊泡形状不规则, 大部分呈球形、椭球形及不规则球形, 外围轮廓平滑, 无棱角。

6)包粒。分布于金鸡岭组中部, 与鲕粒伴生出现(图3-I)。包粒外部为无纹理泥晶镶边, 核心为亮晶方解石(Flü gel, 2010)。研究区包壳的粒径在200~500 μ m之间, 呈不规则圆状, 分选性较好。

根据沉积结构、颗粒类型及生物组合等特征, 参照Dunham(1962)和Flü gel(2010)的分类体系, 将陕西镇安聂家沟剖面二叠纪— 三叠纪之交地层划分为11种微相类型(图4, 表1)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 陕西镇安聂家沟剖面二叠纪— 三叠纪之交的沉积微相类型及特征 Table 1 Types and characteristics of sedmentary microfacies of the Permian-Triassic transition strata at Niejiagou section in Zhen'an, Shaanxi 微相类型 沉积结构 沉积构造 分布层面 环境解释 微相名称 代码 支撑方式 颗粒类型及丰度 斑点状凝块岩 MF1 基质支撑 生物种类分异度极低, 丰度较高, 见大量囊泡和极少量海百合 呈灰褐色— 灰红色薄— 中层状, 见平行层理 金鸡岭组 2-14层 滩间海 叠层石灰岩 MF2 粘结岩 生物含量极低, 见少量的微生物和有孔虫 呈灰褐色— 灰红色薄— 中层状, 见由生物掘穴产生的不规则形状的方解石填充 金鸡岭组 25-26层 潮间带 鲕粒— 纹层状 叠层石灰岩 MF3 颗粒支撑 鲕粒颗粒和纹层状叠层石交替出现, 含有少量海百合茎、双壳类、团粒及核形石等颗粒 呈浅灰色中层状, 部分基质存在重结晶 金鸡岭组 24、27层 潮汐通道 有孔虫颗粒灰岩 MF4 颗粒支撑 生屑含量约30%, 主要为有孔虫— 棘皮类— 粗枝藻生物群落及少量苔藓虫等 呈浅灰色— 灰色中厚层状, 颗粒排列未见明显定向性 龙洞川组 -3层 生屑滩 藻— 海百合 泥粒灰岩 MF5 颗粒支撑 生屑含量20%~30%左右, 有海百合和粗枝藻为主, 见极个别䗴和有孔虫 呈浅灰色— 灰色中厚层状, 颗粒未见明显定向性 龙洞川组 -2--1层 生屑滩 含有被包壳和 被磨蚀骨屑颗粒 的粒泥灰岩 MF6 基质支撑 生屑含量约10%, 主要为双壳类及少量藻类、棘皮类和小栗虫 呈灰色中层状, 生屑腔体内见示顶底构造 金鸡岭组 34、36-40层 滩间海 鲕粒颗粒灰岩 MF7 颗粒支撑 颗粒含量为40%~60%, 以鲕粒颗粒为主, 伴生有少量似球粒、包粒、核形石及海百合、双壳类、腹足类等 呈深灰色中层状, 基质出现重结晶 金鸡岭组 1、20、23层 鲕粒滩 集合颗粒灰岩 MF8 颗粒支撑 颗粒含量30%左右, 有团粒、鲕粒和集合颗粒, 颗粒主要分布于微亮晶— 亮晶区域 呈浅灰色薄— 中层状 金鸡岭组 8-9层 滩缘 含鲕粒的粒泥灰岩 MF9 基质支撑 鲕粒颗粒含量约14%, 鲕粒分选性良好, 以同心鲕粒为主, 见极少量腹足类及棘皮类等生屑 呈灰黑色中层状, 部分基质出现重结晶 金鸡岭组 28层 滩缘 泥岩 MF10 基质支撑 几乎未见生物颗粒 呈褐色、灰黄色、灰绿色中层状, 见水平层理 金鸡岭组 15-19、21、22、 32、46层 潟湖 泥晶灰岩 MF11 基质支撑 生屑含量极少(< 10%), 主要为双壳类、有孔虫、腕足类和介形虫等 呈灰色薄— 中层状, 见平行层理 金鸡岭组 29-31、33、35、 41-45、47-51层 滩间海

表1 陕西镇安聂家沟剖面二叠纪— 三叠纪之交的沉积微相类型及特征 Table 1 Types and characteristics of sedmentary microfacies of the Permian-Triassic transition strata at Niejiagou section in Zhen'an, Shaanxi

乐平统龙洞川组主要发育浅灰色厚层生物碎屑灰岩, 碳酸盐岩微相类型有有孔虫颗粒灰岩和藻— 海百合泥粒灰岩。颗粒类型以生物碎屑为主, 包括有孔虫、䗴、海百合茎及钙藻等。

金鸡岭组岩性以灰褐色中层凝块石灰岩、灰色厚层泥晶灰岩及灰褐色薄层叠层石灰岩为主。微相类型包括鲕粒颗粒灰岩、斑点状凝块石、集合颗粒灰岩、叠层石灰岩、鲕粒— 纹层状叠层石灰岩、含有被包壳和被磨蚀骨屑颗粒的粒泥灰岩、含鲕粒的粒泥灰岩、泥岩和泥晶灰岩。碳酸盐岩颗粒类型有生物碎屑、鲕粒、似球粒、包粒及核形石等, 生物碎屑丰度及分异度极低, 有双壳类、腹足类、腕足类、海百合茎、有孔虫及介形虫等。垂向上, 生物颗粒含量整体呈递增趋势, 下部地层中的生物颗粒以大量的微生物为主, 上部地层中双壳类生物含量有所增加, 但只集中分布于少数层位。

陕西镇安聂家沟剖面二叠纪— 三叠纪之交的碳酸盐岩微相特征反映出频繁的相带变化(图5)。龙洞川组和金鸡岭组自下而上依次发育有台地边缘、局限台地及开阔台地沉积, 垂向序列上3种沉积环境更替出现。金鸡岭组微生物岩有叠层石和凝块石, 两者形成于不同的水深环境, 其中前者主要形成于潮间带— 浅潮下高能带, 而后者形成于深潮下低能带(刘建波等, 2007)。在叠层石灰岩中出现了水平状、缓波状及穹顶状等不同形状的纹层(图4-B), 亦代表了不同水深的沉积环境(Ezaki et al., 2004)。另外, 鲕粒灰岩中形态、大小不同的鲕粒、核形石和包粒等颗粒混杂出现(图3-I), 也体现出沉积环境频繁地波动。

聂家沟剖面乐平统龙洞川组上部(-3--1层)岩性为浅灰色— 灰色厚层亮晶颗粒灰岩, 颗粒磨圆度高, 分选性好, 生物丰度和分异度高, 多为窄盐性海洋生物, 如钙藻、海百合及有孔虫等, 指示了水体环境动荡的台地边缘浅滩环境。金鸡岭组(1-51层)沉积微相特征显示海平面经历了多期波动, 整体上指示1个海侵序列(图5): 金鸡岭组下部地层(1-15层)以斑状凝块石灰岩为主, 生物丰度高但分异度低, 见大量钙质微生物和极少量的双壳类和海百合茎生屑, 指示水体环境稳定的开阔台地沉积环境; 金鸡岭组中部地层(15-28层)整体呈退积— 进积— 退积的层序特征, 纵向上依次交替, 发育局限台地环境的泥岩、叠层石灰岩和鲕粒— 叠层石灰岩与浅滩环境的鲕粒颗粒灰岩以及开阔台地环境的鲕粒粒泥灰岩; 金鸡岭组上部地层(29-51层)沉积时相对海平面变化整体呈进积序列特征, 伴多期海平面小幅度波动, 岩石类型以泥晶灰岩为主, 中间夹泥岩和含有被包壳和被磨蚀骨屑颗粒的粒泥灰岩, 生物含量较低, 有双壳类、介形虫和小型有孔虫等, 指示水体环境稳定的开阔台地环境。

综合聂家沟剖面二叠纪— 三叠纪之交后生生物碎屑(双壳类、腕足类、有孔虫和海百合等)的分布特征(图6), 表明二叠纪末生物大灭绝事件前后浅海碳酸盐岩台地古生态特征存在着明显的差异。

图6

Fig.6

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	图6 陕西镇安聂家沟剖面二叠纪— 三叠纪之交的生物碎屑及微生物岩分布示意图Fig.6 Distribution of bioclastic and microbialites of the Permian-Triassic transition strata at Niejiagou section in Zhen'an, Shaanxi

在二叠纪末生物大灭绝事件之前, 乐平统龙洞川组的主要岩性为亮晶颗粒灰岩, 富产结构复杂的䗴、有孔虫、棘皮类和钙藻等生物化石。依据统计数据结果(图6)可知, 后生生物分异度和丰度在鲕粒颗粒灰岩处(金鸡岭组第1层)大幅度降低, 但䗴和有孔虫生物灭绝时间要早于棘皮类和钙藻。具体表现为: 棘皮类和钙藻的含量随时间变化的趋势平缓, 且钙藻表现尤为明显; 䗴和有孔虫含量在藻— 海百合泥粒灰岩处(龙洞川组第-2层)急剧下降, 镜下薄片中仅见极个别完整的䗴和有孔虫化石(图4-E)。后生生物的演化特征表明, 䗴和有孔虫对于环境变化的敏感度和响应速度快于海百合茎和钙藻, 更容易受到灾变事件的影响(Song et al., 2015), 也从侧面进一步证实了受生理特征影响, 生物对于大灭绝事件具有选择性和不等时性的特点(Shen et al., 2009; Song et al., 2013; Hull, 2015)。

二叠纪末生物大灭绝事件后, 浅海碳酸盐岩台地生态系统遭到严重打击, 䗴和钙藻从生态系统中彻底消失, 有孔虫、棘皮类、腕足类及双壳类等也遭受不同程度的重创。因此, 下三叠统金鸡岭组后生生物的丰度及分异度极低, 生物群落以微生物为主, 含有极少量的小型有孔虫、双壳类、介形虫和海百合茎等(图6)。

综上所述, 受二叠纪末生物大灭绝事件的影响, 乐平世生物丰富的浅海碳酸盐岩台地生态环境被早三叠世以微生物为主并伴有小型腹足类、有孔虫及双壳类等广栖生物的简单生态系统所代替。这一生态演替特点与中国华南同时期其他浅海碳酸盐岩台地一致(Song et al., 2013; Tian et al., 2019)。

下三叠统金鸡岭组中产出的生物多为双壳类、海百合、腹足类以及有孔虫, 腕足类产出较少, 主要原因在于双壳类、海百合、腹足类及有孔虫等对环境波动(如盐度、氧气含量、浑浊度及湍流等)的适应能力强(Clapham and Bottjer, 2007; Song et al., 2013; Chen et al., 2019), 而对海洋环境变化敏感、生物缓冲差的腕足类成为二叠纪末大灭绝事件中最大的受害者之一(Clapham and Bottjer, 2007)。同时, 金鸡岭组中的有孔虫、腕足类及双壳类等生物出现了小型化效应(“ Lilliput effect” )(Twitchett, 2007; Bing et al., 2010), 其中有孔虫以管状和盘状为主, 个体远小于灭绝前的水平(图3-C, 3-G, 3-H), 腕足类和双壳类生物也出现形态变小、壳体厚度变小的变化趋势。这种小型化现象, 目前主要归因于缺氧、海洋酸化及全球变暖等恶劣的环境条件(Kaiho, 1998; Hunt and Roy, 2006; Kuroyanagi et al., 2009; Song et al., 2011; Kershaw et al., 2018)或是降低同类竞争水平(Chen et al., 2019)。