劉家場李家灣下奧陶統(tǒng)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(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100）

研究區(qū)位于湖北省松滋市劉家場鎮(zhèn)東北方向2公里處的李家灣。劉家場鎮(zhèn)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(gòu)造上屬于揚(yáng)子穩(wěn)定陸塊中段。中揚(yáng)子地區(qū)在早奧陶世早期為穩(wěn)定的碳酸鹽巖臺(tái)地［1］。在揚(yáng)子碳酸鹽巖臺(tái)地中，散布著11個(gè)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(qū)屬于其中的松滋灘。

1 地層剖面簡介

研究區(qū)剖面地層走向?yàn)榻媳狈较?，傾角21～25°，出露良好，剖面層序完整。根據(jù)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(gè)礁體。研究區(qū)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?guī)r、生物碎屑灰?guī)r以及生物礁灰?guī)r，夾9小層頁巖。上部巖性主要以深灰色厚層－塊狀泥晶灰?guī)r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(xiāng)組頂部厚層頁巖整合接觸，其上與大灣組棕紅色瘤狀灰?guī)r整合接觸，頂?shù)捉缦薹置鳌Ｔ诩t花園組厚層灰?guī)r中，可見大量點(diǎn)礁發(fā)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(zhì)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(hào)礁體均見于該層，其他各層基本僅有1～2個(gè)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(hào)和9號(hào)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(hào)和9號(hào)礁。

2 造礁生物類型與個(gè)體古生態(tài)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(zhì)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(dòng)物，其在整個(gè)研究區(qū)大量產(chǎn)出，但沒有觀察到完整的海百合，大部分是海百合莖。單個(gè)海百合在露頭上的形態(tài)大多為圓環(huán)狀，“圓環(huán)”內(nèi)徑0.5～5mm不等，外徑介于2～12mm。其立體形態(tài)應(yīng)為枝狀或從狀。海百合常成群出現(xiàn)，單個(gè)出現(xiàn)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(dòng)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(tài)，一種和海百合相似，呈圓環(huán)狀，但比海百合要更大，“圓環(huán)”內(nèi)徑1～4cm，外徑比內(nèi)徑長約4～8mm，這種形態(tài)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(tài)為瓶筐石的縱截面。

3）藻類 （Alga） 主要為藍(lán)綠藻，在露頭上呈絲狀或絮狀。保存完整的藍(lán)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(xiàn)分支，各個(gè)分支均較細(xì)，直徑只有0.3～2mm，且形態(tài)彎彎曲曲，向上延伸較遠(yuǎn)。藍(lán)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(dòng)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(zhì)或幾丁質(zhì)骨骼的能力，形成球狀、半球狀、結(jié)節(jié)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(qū)苔蘚蟲呈皮殼狀，單個(gè)個(gè)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(jié)殼，從而提高了瓶筐石障積灰泥的能力［6］。

5）硅質(zhì)海綿 （Siliceous Sponge） 硅質(zhì)海綿為水生固著底棲動(dòng)物，可能由于其抗風(fēng)化能力強(qiáng)于灰?guī)r，因此其在露頭上一般會(huì)突出巖石表面，顏色為土黃色。單個(gè)硅質(zhì)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(xiàn)，又可以成群出現(xiàn)。硅質(zhì)海綿豐度較低，常與瓶筐石、藻類共生，可以認(rèn)為其在造礁過程中起得作用較小。

3 生物礁的演化

研究區(qū)生物礁未見到骨架結(jié)構(gòu)，而以障積作用和粘結(jié)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(jié)礁；若同一生物礁中障積作用和粘結(jié)作用并存，則命名為粘結(jié)－障積丘或障積－粘結(jié)丘 （主要作用在后面）；其次，按造礁生物優(yōu)勢種類進(jìn)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(jìn)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(shù)量占優(yōu)勢者合并命名，不同造礁生物用 “－”分開，并且數(shù)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(yōu)勢，且苔蘚蟲數(shù)量更多，則命名為瓶筐石－苔蘚蟲障積礁。

根據(jù)這一命名原則，對研究區(qū)生物礁進(jìn)行命名。占優(yōu)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(lán)綠藻→苔蘚蟲、瓶筐石。對應(yīng)的礁體分別命名為海百合障積礁 （見圖2）、藍(lán)綠藻－瓶筐石粘結(jié)－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(zhì)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(shù)量突然變少，而瓶筐石、藍(lán)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(lán)綠藻的障積能力不如海百合，但藍(lán)綠藻還具有粘結(jié)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(jié)成因，但障積作用更重要。到紅花園組頂部 （第8層），發(fā)育的礁體中出現(xiàn)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(lán)綠藻。苔蘚蟲密密麻麻的生長并結(jié)殼，從而為障積灰泥做了基礎(chǔ)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?jiǎng)恿κ窍鄬Ｆ矫娴淖兓?/p>

圖2 海百合障積礁示意圖

圖3 藍(lán)綠藻－瓶筐石粘結(jié)－障積礁示意圖

圖4 瓶筐石－苔蘚蟲障積礁示意圖

4 結(jié)論

1）生物礁體主要由障積作用和粘結(jié)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(zhì)海綿 （Siliceous Sponge）。

2）研究區(qū)占優(yōu)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(yīng)的礁體分別為海百合障積礁、藻類－瓶筐石粘結(jié)－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?jiǎng)恿κ窍鄬Ｆ矫娴淖兓?/p>

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

［2］馮增昭，彭勇民，金振奎，等 .中國南方寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)巖相古地理 ［M］.北京:地質(zhì)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(fā)現(xiàn) ［J］.科學(xué)通報(bào)，1994，44（6）:1106－1109.

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

［5］楊敬之，錢文龍 .論苔蘚蟲生態(tài) ［J］.徽體古生物學(xué)報(bào)，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(yùn)用——以中揚(yáng)子臺(tái)地下奧陶統(tǒng)紅花園組生物礁為例 ［J］.沉積學(xué)報(bào)，2001，18 （1）:124－126.