以生物化石組合特征來剖析湖南天門山寒武系牛蹄塘組底部的沉積環(huán)境

(成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院 四川成都610059)

(成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院 四川成都610059)

湖南天門山寒武系牛蹄塘組底部黑色炭質(zhì)頁巖中保存較多的海綿骨針、藻類、放射蟲，通過與貴州早寒武世早期牛蹄塘組的生物化石對比，該生物群出現(xiàn)的時間較早，有可能并不屬于松林生物群，由于沒有發(fā)現(xiàn)高肌蟲、印模化石等，推測研究區(qū)的生物群可能是在小殼動物群出現(xiàn)之后。通過分析薄片中生物化石組合，結(jié)合前人的研究成果，推測天門山牛蹄塘組底部的沉積環(huán)境主要為快速沉積、缺氧、溫暖的海相大陸邊緣。

化石沉積環(huán)境牛蹄塘組寒武系湖南天門山

1 前言

對于沉積環(huán)境方面的研究，寒武系牛蹄塘組是黑色頁（泥）巖為主，通常黑色巖系的沉積環(huán)境是一種高度還原環(huán)境下的缺氧沉積[1,2]但在牛蹄塘組黑色頁巖中卻發(fā)現(xiàn)了大量的多門類化石，包括藻類、節(jié)肢動物、腔腸動物、海綿動物及疑源類等并被譽(yù)為牛蹄塘生物群[3]，但也有學(xué)者認(rèn)為是淺海的近濱環(huán)境[4]。通過化石組合對研究區(qū)的牛蹄塘組底部沉積環(huán)境的研究方面的很少有描述。本文將對湖南天門山寒武系牛蹄塘組底部黑色炭質(zhì)頁巖中的海綿骨針、宏體藻類、放射蟲等生物組合方面的研究進(jìn)而試圖恢復(fù)湖南天門山地區(qū)牛蹄塘組底部的沉積環(huán)境。

2 區(qū)域情況

本文涉及的采樣點(diǎn)及該研究區(qū)屬于湘西北地區(qū)，該地區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺大地構(gòu)造單元的東南緣，上揚(yáng)子臺褶帶和江南地軸結(jié)合部位，與華南造山帶相鄰。主要對研究區(qū)出露地層寒武系牛蹄塘組底部的剖面進(jìn)行研究，我們所研究的牛蹄塘組底部僅為燈影組界限礦層頂板之上的范圍。采樣點(diǎn)的置如圖1所示。

圖1 湖南天門山采樣位置圖

3 主要內(nèi)容

通過偏光顯微鏡及反光顯微鏡下觀察樣品薄片中生物組合化石，觀察發(fā)現(xiàn)在樣品中看見了孤立分散海綿骨針和藻類化石，放射蟲等。可以知道都是浮游生物，而對于水生生物，它們的生存分布一般與深度、光線、含鹽度、底質(zhì)等有關(guān)系，目前發(fā)現(xiàn)的生物化石可以表明水深可以控制著生物的垂直分布，如淺海岸處生長藻類，跟光線直接關(guān)系的是水底植物植物，一般強(qiáng)光帶植物能進(jìn)行光合作用，因此藻類比較豐富，無光帶植物絕跡，動物稀少而特殊，所以我么可以知道地層中的海生藻類化石的存在是淺海環(huán)境的重要標(biāo)志。我們在所研究薄片中發(fā)現(xiàn)菌藻類（圖2a、2b）可以進(jìn)一步確定，張家界地區(qū)早寒武世黑色巖系形成于菌藻等和低等浮游生物大量繁殖的淺海還原環(huán)境[5]，在薄片樣品中可以看見豐富的海綿骨針橫切面和縱切面（圖2c、2d、2e）牛蹄塘組下部黑色頁巖中產(chǎn)出有營底棲固著生活的海綿動物而生活于沉積物表面的宏體生物的生長與繁殖需要一定量的氧氣[6]，這就說明湖南天門山牛蹄塘沉積早期的海水底部可能處于有氧環(huán)境。研究區(qū)薄片發(fā)現(xiàn)少量放射蟲（圖2f），放射蟲為海生單細(xì)胞原生動物，不溶解的硅質(zhì)殼堆積于海底，成為放射蟲軟泥，浮游生物的鈣質(zhì)殼易于溶解，所以它可以成為深海沉積標(biāo)志[7]，有可能研究區(qū)域?yàn)樯詈－h(huán)境，這就對需要氧的浮游植物或動物不利生存。在研究的薄片當(dāng)中我們發(fā)現(xiàn)了黑色金屬礦物（圖2g）利用反射顯微鏡可以進(jìn)一步確定所發(fā)現(xiàn)的金屬為黃鐵礦（圖2h），還發(fā)現(xiàn)了以黃鐵礦包裹的礦化生物結(jié)構(gòu)（圖2i），一般形成高含量的有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦表示缺氧，研究區(qū)中有機(jī)碳和黃鐵礦含量普遍較高，所以我們可以確定研究區(qū)為缺氧環(huán)境。

圖2 湖南天門山牛蹄塘組生物化石

4 結(jié)論

黑色頁巖代表缺氧的沉積環(huán)境[8]。另外，湖南天門山牛蹄塘組見有星點(diǎn)狀的黃鐵礦的黑色頁巖普遍被認(rèn)為是缺氧的、還原環(huán)境下的沉積[5,9]，而與牛蹄塘沉積期繁盛的生物似乎相矛盾。微量元素比值(Ua=Utotal-Th/3)從4.53到63.54變化，顯示燈影組到牛蹄塘組為含氧-缺氧過渡的地球化學(xué)環(huán)境，表明牛蹄塘組的缺氧環(huán)境也存在突變[9]。在該地區(qū)黑色頁巖中產(chǎn)出有豐富的浮游植物和動物，它們需豐富的氧生活和繁殖，這就表研究區(qū)的沉積環(huán)境中的上層水體為充氧的環(huán)境，我們看到分布在礦層中未黃鐵礦化的，海綿骨針化石和一些藻類，放射蟲化石基本保持，所以認(rèn)為這些浮游生物為快速堆積和沒有受到到后期的變動，并且快速沉積成巖。當(dāng)然我們知道有機(jī)質(zhì)的保存和演化在缺氧環(huán)境中都較為有利，經(jīng)過對樣品薄片中化石的研究和對化石礦物結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合前人的研究成果，推測湖南天門山牛蹄塘組底部的沉積環(huán)境主要為快速沉積、缺氧、溫暖的海相大陸邊緣。研究區(qū)的早寒武世黑色巖系在缺氧的環(huán)境中出現(xiàn)大量海綿骨針化石，使得這些有機(jī)質(zhì)不會被輕易氧化，在研究區(qū)黑色巖系的成巖過程中，浮游生物豐富，生物死亡后再海底聚集了豐富的生物遺體和有機(jī)質(zhì)。

[1]吳朝東,陳其英,雷家錦.湘西震旦-寒武紀(jì)黑色巖系的有機(jī)巖石學(xué)特征及其形成條件[J].巖石學(xué)報(bào),1999,15(3):453-462.

[2]范德廉.中國的黑色巖系及其有關(guān)礦床 [M].科學(xué)出版社,2004.

[3]趙元龍,M.Steiner,楊瑞東,等.貴州遵義下寒武統(tǒng)牛蹄塘組早期后生生物群的發(fā)現(xiàn)及重要意義 [J].古生物學(xué)報(bào),1999(S1):132-144.

[4]朱建明,Johnson Thomas M,羅泰義,等.貴州遵義牛蹄塘組黑色巖系的硒同位素變化及其環(huán)境指示初探 [J].巖石礦物學(xué)雜志,2008,27(4):361-366.

[5]黃燕,林麗,楊永軍,等.湘西北張家界地區(qū)早寒武世牛蹄塘組黑色巖系鎳鉬礦層生物標(biāo)志物的特征 [J].地質(zhì)通報(bào),2011,30(1):126-133.

[6]王約,王訓(xùn)練.黔東北新元古代陡山沱期宏體藻類的固著器特征及其沉積環(huán)境意義[J].微體古生物學(xué)報(bào),2006,23(2):154-164.

[7]魏沐潮.微體古生物學(xué)簡明教程 [M].地質(zhì),1990.

[8]游先軍,戴塔根,羅衛(wèi),等.湘西北黑色巖系中的鎳鉬礦床及其貴金屬礦化特征 [J].地質(zhì)找礦論叢,2009,24(1):15-22.

[9]馬莉燕.張家界天門山地區(qū)鎳鉬礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征及成因探討 [D].成都理工大學(xué),2010.

以生物化石組合特征來剖析湖南天門山寒武系牛蹄塘組底部的沉積環(huán)境

■丹增卓瑪 董正閣

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-36-2