劉家場李家灣下奧陶統紅花園組生物礁研究

萬青青，肖傳桃，郭先濤王雅芳，程子杰，何明薇

（長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100）

研究區位于湖北省松滋市劉家場鎮東北方向2公里處的李家灣。劉家場鎮北臨長江三峽，東接江漢平原，南部與湘西北的武夷山地毗鄰，西部與鄂西南山地相連。大地構造上屬于揚子穩定陸塊中段。中揚子地區在早奧陶世早期為穩定的碳酸鹽巖臺地［1］。在揚子碳酸鹽巖臺地中，散布著11個灘，即城口灘、巫溪灘、武隆南川灘、印江灘、銅仁灘、龍里灘、秭歸灘、宜昌灘、松滋灘、大冶陽新灘、南京灘［2］，研究區屬于其中的松滋灘。

1 地層剖面簡介

研究區剖面地層走向為近南北方向，傾角21～25°，出露良好，剖面層序完整。根據剖面中頁巖的分布情況、所含化石種類及豐度，將其分為9層并找到16個礁體。研究區紅花園組中下部巖性主要包括淺灰色－深灰色中－厚層亮晶礫屑、砂屑灰巖、生物碎屑灰巖以及生物礁灰巖，夾9小層頁巖。上部巖性主要以深灰色厚層－塊狀泥晶灰巖為主，夾2小層頁巖，厚度約為60.5m。紅花園組地層下部與分鄉組頂部厚層頁巖整合接觸，其上與大灣組棕紅色瘤狀灰巖整合接觸，頂底界限分明。在紅花園組厚層灰巖中，可見大量點礁發育，礁體及圍巖中化石豐富，如海百合、古杯類、苔蘚蟲、瓶筐石、藻類、硅質海綿、介殼類和腕足等 （見圖1）。

圖1 李家灣紅花園組巖性柱狀圖

各層礁體的豐度不同，第2層最多，2～10號礁體均見于該層，其他各層基本僅有1～2個礁體（見圖1）。有些礁體保存完整，礁基、礁核、礁蓋均可見到，如8號和9號礁，而另一些礁體則遭到了破壞，僅見有礁基、礁核，缺失礁蓋，如5號和9號礁。

2 造礁生物類型與個體古生態特征

礁體上可見大量化石，主要有瓶筐石、藻類、海百合、苔蘚蟲，還能觀察到硅質海綿、雙殼類、介殼類、腕足類等。

1）海百合 （Crinoidea） 海百合為棘皮類動物，其在整個研究區大量產出，但沒有觀察到完整的海百合，大部分是海百合莖。單個海百合在露頭上的形態大多為圓環狀，“圓環”內徑0.5～5mm不等，外徑介于2～12mm。其立體形態應為枝狀或從狀。海百合常成群出現，單個出現的情況很少。海百合群像草叢一樣，能夠障積灰泥，形成障積礁，這種類型的障積礁在地史中較為罕見［3］。

2）瓶筐石 （Calathium） 瓶筐石屬多孔動物門，是上部具開口，下部具根狀固著器官的倒錐狀生物體［4］。在露頭上看到的瓶筐石化石有2種形態，一種和海百合相似，呈圓環狀，但比海百合要更大，“圓環”內徑1～4cm，外徑比內徑長約4～8mm，這種形態為瓶筐石的橫截面；另一種為 “V”字形，“V”字形左右2邊對稱，2邊長約1.5～3cm，2邊夾角一般為55°左右，這種形態為瓶筐石的縱截面。

3）藻類 （Alga） 主要為藍綠藻，在露頭上呈絲狀或絮狀。保存完整的藍綠藻在底部通常較粗，直徑約為3～6mm，該較粗的部分一般較直，長4～10cm，再向上出現分支，各個分支均較細，直徑只有0.3～2mm，且形態彎彎曲曲，向上延伸較遠。藍綠藻也是群居生物，它們障積灰泥，從而形成障積礁。

4）苔蘚蟲 （Bryozoan） 苔蘚蟲屬水生濾食性動物，它們連片群居，以外形很像苔蘚植物而得名。它們具有分泌鈣質或幾丁質骨骼的能力，形成球狀、半球狀、結節狀、塊狀、枝狀、蔓狀、扇狀、漏斗狀、皮殼狀的硬體，固著或附生于基巖、巖屑、礫屑、海藻、水媳莖系、船只或其他物體之上［5］。研究區苔蘚蟲呈皮殼狀，單個個體很小，在露頭上成近圓形，直徑約為0.05～0.1mm，苔蘚蟲成群覆蓋在巖石表面，外形極似蛇皮上的鱗片，且與瓶筐石共生，苔蘚蟲可以在其他生物表面結殼，從而提高了瓶筐石障積灰泥的能力［6］。

5）硅質海綿 （Siliceous Sponge） 硅質海綿為水生固著底棲動物，可能由于其抗風化能力強于灰巖，因此其在露頭上一般會突出巖石表面，顏色為土黃色。單個硅質海綿在露頭上常為圓形，直徑約為0.8～1.5cm，其既可以分散出現，又可以成群出現。硅質海綿豐度較低，常與瓶筐石、藻類共生，可以認為其在造礁過程中起得作用較小。

3 生物礁的演化

研究區生物礁未見到骨架結構，而以障積作用和粘結作用為主。對其分類和命名的原則如下:首先按主要建礁作用把生物礁劃分為障積礁和粘結礁；若同一生物礁中障積作用和粘結作用并存，則命名為粘結－障積丘或障積－粘結丘 （主要作用在后面）；其次，按造礁生物優勢種類進一步命名。若礁體中造礁生物種類只有一種，則按造礁生物種類進行命名。如果同一生物礁中有2種或2種以上造礁生物，則取數量占優勢者合并命名，不同造礁生物用 “－”分開，并且數量多者靠近基本名稱，例如障積礁中，若苔蘚蟲和瓶筐石占優勢，且苔蘚蟲數量更多，則命名為瓶筐石－苔蘚蟲障積礁。

根據這一命名原則，對研究區生物礁進行命名。占優勢地位的造礁生物從紅花園組下部到上部的變化趨勢大致為:海百合→瓶筐石、藍綠藻→苔蘚蟲、瓶筐石。對應的礁體分別命名為海百合障積礁 （見圖2）、藍綠藻－瓶筐石粘結－障積礁 （見圖3）以及瓶筐石－苔蘚蟲障積礁 （見圖4）。

在紅花園組下部的礁體中，化石種類單一，主要是海百合，偶見瓶筐石、硅質海綿、腕足類等。海百合是一種典型的障積生物，對于礁體的形成起決定性作用。再往上，海百合數量突然變少，而瓶筐石、藍綠藻越來越多，取代海百合成為主要的造礁生物。雖然瓶筐石、藍綠藻的障積能力不如海百合，但藍綠藻還具有粘結功能，因而也能形成礁體，礁體的形成既有障積成因，也有粘結成因，但障積作用更重要。到紅花園組頂部 （第8層），發育的礁體中出現了一種新的造礁生物——苔蘚蟲，還可見到大量瓶筐石，少量腕足類和藍綠藻。苔蘚蟲密密麻麻的生長并結殼，從而為障積灰泥做了基礎工作，是最主要的造礁生物。此外，瓶筐石也是主要的造礁生物。研究表明［7］，上述造礁生物群落的演化的主要動力是相對海平面的變化。

圖2 海百合障積礁示意圖

圖3 藍綠藻－瓶筐石粘結－障積礁示意圖

圖4 瓶筐石－苔蘚蟲障積礁示意圖

4 結論

1）生物礁體主要由障積作用和粘結作用形成，且主要的造礁生物為海百合 （Crinoidea）、瓶筐石 （Calathium）、藻類 （Alga）、苔蘚蟲 （Bryozoan）以及硅質海綿 （Siliceous Sponge）。

2）研究區占優勢地位的造礁生物從紅花園組下部到上部的變化趨勢大致為海百合→瓶筐石、藻類→苔蘚蟲、瓶筐石，其對應的礁體分別為海百合障積礁、藻類－瓶筐石粘結－障積礁以及瓶筐石－苔蘚蟲障積礁，上述造礁生物群落演化的主要動力是相對海平面的變化。

［1］朱忠德 .中國早中奧陶世生物礁研究 ［M］.北京:地質出版社，2006.

［2］馮增昭，彭勇民，金振奎，等 .中國南方寒武紀和奧陶紀巖相古地理 ［M］.北京:地質出版社，2001.

［3］朱忠德，劉秉理，李相明，等 .湖北宜昌黃花場早奧陶世Pelmatozoan障積丘的發現 ［J］.科學通報，1994，44（6）:1106－1109.

［4］劉秉理，朱忠德，李相明 .瓶筐類 （Calathids）化石幾個疑難問題的討論 ［J］.古生物學報，2005，42（2）:56－58.

［5］楊敬之，錢文龍 .論苔蘚蟲生態 ［J］.徽體古生物學報，1987，4（3）:329－334.

［6］Natsuko A，Yoichi E.The oldest bryozoan reefs:a unique Early Ordovician skeletal framework construction ［J］.Lethaia，2010，11:67－69.

［7］楊威，朱忠德，劉秉理，等 .造礁生物群落演化在海平面變化研究中的運用——以中揚子臺地下奧陶統紅花園組生物礁為例 ［J］.沉積學報，2001，18 （1）:124－126.