貴州紫云晚二疊世—早三疊世初火山作用與生物礁的沉積演化

范廣慧,王永標(biāo),孟崢,李國山

1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州 510760 2.中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室,武漢 430074 3.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,武漢 430034

貴州紫云晚二疊世—早三疊世初火山作用與生物礁的沉積演化

范廣慧1,王永標(biāo)2,孟崢3,李國山2

1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州 510760 2.中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室,武漢 430074 3.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,武漢 430034

晚二疊世長興期是華南地區(qū)重要的成礁期，也是火山事件頻發(fā)的一個時期。生物礁是一種對海洋環(huán)境十分敏感的生態(tài)系，晚二疊世的火山作用勢必影響到當(dāng)時生物礁的生長和沉積相的演化。然而，前人有關(guān)晚二疊世火山事件的研究主要集中在二疊系與三疊系界線附近，而對整個長興期生物礁的演化與火山事件關(guān)系的研究則較少。選擇貴州紫云的臺地邊緣礁為研究對象，通過大量磁化率的測試，分析整個晚二疊世生物礁的沉積演化與火山作用的關(guān)系。分析結(jié)果顯示，長興早期和末期巖石的磁化率值明顯偏高，反映較強的火山活動。在這兩個時期，造架生物相對不發(fā)育。長興中期，巖石的磁化率值相較于長興早期和長興晚期總體偏低，表明火山活動相對較弱，導(dǎo)致生物礁的快速生長。但長興中期生物礁灰?guī)r中夾有幾層生物碎屑灰?guī)r，其磁化率值有小幅度的升高，說明短時期小規(guī)模的火山作用雖然導(dǎo)致了生物礁生長的暫時中斷，但礁相動蕩的環(huán)境使得火山灰中細小的鐵磁性物質(zhì)難以沉積下來。研究發(fā)現(xiàn)，盡管早三疊世早期泥巖具有高的磁化率值，但泥質(zhì)巖中多層火山黏土具有異常高的磁化率值，火山灰物質(zhì)對磁化率大小的影響遠遠超過陸源物質(zhì)的貢獻。

長興期;生物礁;磁化率;沉積演化;火山作用

0 引言

二疊紀(jì)末的全球海洋生物大滅絕被解釋為是一種或多種地質(zhì)事件共同作用的結(jié)果[1-6]。在華南地區(qū)，由于二疊系—三疊系界線附近廣泛存在火山黏土[7]，因此二疊紀(jì)末的全球生物滅絕事件常常與火山聯(lián)系在一起[8]。盡管前人對華南晚二疊世生物礁中的造礁生物和沉積相作了許多研究[9-13]，但這些研究主要集中在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)界線附近[14-17]，而對整個長興期生物礁群落的演化與地質(zhì)事件的關(guān)系仍不十分清楚。

古代火山作用的直接證據(jù)是火山碎屑巖或由火山灰物質(zhì)演化來的火山黏土。在中國南方二疊紀(jì)地層中，火山黏土十分常見，但這些火山黏土多保存在深水盆地中。在淺水碳酸鹽臺地，由于較強的水動力作用，大部分細小的火山灰物質(zhì)很難沉積下來，因此淺水臺地環(huán)境中古代火山事件很難在野外識別。然而，由于火山灰物質(zhì)中含有豐富的鐵磁性礦物，一定量的火山灰物質(zhì)的帶入就會使原先較純的臺地灰?guī)r的磁化率值產(chǎn)生明顯的變化。研究利用磁化率數(shù)據(jù)系統(tǒng)研究了貴州紫云石頭寨剖面整個晚二疊世生物群落和沉積演化與火山作用的關(guān)系。

1 紫云晚二疊世生物礁概況

中國南方晚二疊世長興期生物礁主要分布在揚子地臺的北緣和南緣。揚子地臺南緣生物礁主要分布在廣西隆林、貴州冊亨、貞豐、紫云、望謨、羅甸一帶，構(gòu)成一弧形碳酸鹽臺地邊緣相帶(圖1)，因此該礁帶被認(rèn)為屬于碳酸鹽臺地邊緣礁。該礁帶以南為臺前斜坡和深水盆地相沉積(南盤江盆地)。南盤江盆地中發(fā)育許多孤立的小型碳酸鹽臺地，在這些孤立臺地上也發(fā)現(xiàn)有少量生物礁。

在揚子地臺南緣生物礁帶中，位于黔南地區(qū)的紫云石頭寨生物礁出露最好。石頭寨剖面礁相地層序列十分清晰(圖2)。長興期生物礁是在吳家坪期碎屑巖的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。長興期早期以硅質(zhì)團塊灰?guī)r為特征，缺乏造礁生物，僅有有孔蟲和鈣藻化石，其中有大量的Palaeofusulina化石。硅質(zhì)團塊灰?guī)r之上出現(xiàn)棘屑灰?guī)r，在此棘屑灘的基礎(chǔ)上開始出現(xiàn)鈣質(zhì)海綿形成的厚達8 m的障積巖。障積巖之上主體為厚達90 m的骨架巖或部分障積巖，但其中夾多層藻—有孔蟲顆?；?guī)r。在生物礁演化的最后階段，出現(xiàn)了厚約16 m的黏結(jié)巖。黏結(jié)巖之上為厚約1 m的微晶白云巖，標(biāo)志著曾經(jīng)盛極一時的華南長興期礁生態(tài)系的終結(jié)。受二疊紀(jì)末海平面下降事件[20]影響，生物礁頂部遭受不同程度的剝蝕，與三疊紀(jì)地層之間形成高低不平的不整合面。不整合面之上為早三疊世的灰褐色泥巖夾火山黏土，向上逐漸過渡為薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r。

2 研究方法

自然界中的物質(zhì)都是具有一定磁性的，這些磁性是由一些磁性礦物產(chǎn)生。磁性礦物分為順磁性、抗磁性、亞鐵磁性(如磁鐵礦、磁赤鐵礦、磁黃鐵礦)和不完整反鐵磁性(如赤鐵礦、針鐵礦)等類型。其中亞鐵磁性礦物和不完整反鐵磁性礦物是環(huán)境磁學(xué)中重要的研究對象[21]。天然物質(zhì)的磁學(xué)性質(zhì)需要通過一些磁學(xué)參數(shù)來反映，例如，體積磁化率、質(zhì)量磁化率、天然剩磁、飽和等溫剩磁、磁化率頻率系數(shù)等。其中最常用到的就是磁化率。磁化率表示外磁場作用下物質(zhì)磁化的能力，磁化率的大小與樣品中磁性礦物的種類和含量密切相關(guān)，所以經(jīng)常用磁化率來粗略估計磁性礦物的含量。

圖2 紫云石頭寨長興期地層序列及主要生物含量變化Fig.2 Changhsingian stratigraphic sequence and variation of fossil contents in the Shitouzhai section at Ziyun area

海洋是個復(fù)雜的環(huán)境系統(tǒng)，海洋沉積物中的磁性礦物來源于海洋自身沉積作用、生物作用(深海海泥中的磁細菌)和還原成巖作用(貧氧或缺氧的環(huán)境)[22]。由于生物礁發(fā)育在淺海、富氧的區(qū)域，所以生物作用和還原成巖作用的影響可以忽略不計。因此，進入生物礁沉積物的磁性礦物主要以水和大氣為載體?；鹕絿姲l(fā)物、土壤和巖石風(fēng)化產(chǎn)物可以通過河流、冰川將磁性礦物帶入海底。而大氣層外的隕石或顯微熔融石、宇宙小球粒及一部分火山灰物質(zhì)則可通過大氣傳播并沉淀進入海洋沉積物中。

磁化率的高低反映順磁性物質(zhì)的多少，而海洋中的磁性礦物主要通過陸源物質(zhì)的河流輸入或火山帶入。當(dāng)海平面下降或火山活動加劇時，陸源物質(zhì)增多，磁性礦物增多，因此磁化率升高。反之，當(dāng)環(huán)境趨于穩(wěn)定，陸源磁性礦物輸入就會減少，形成較純凈的生物礁灰?guī)r，其磁化率值就降低。

紫云石頭寨剖面磁化率的采樣貫穿整個長興期地層和早三疊世底部的泥質(zhì)巖。其中，二疊紀(jì)末生物大滅絕界線以下主體為晚二疊世長興期的生物礁灰?guī)r夾生物碎屑灰?guī)r，滅絕界線以上為早三疊世的灰褐色泥巖。在該剖面共采集巖石磁化率樣品91個，平均采樣間距為1 m左右。

磁化率測試工作在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室?guī)r石磁學(xué)分室完成，采用MFK1—FA型磁化率儀。具體操作過程如下：

(1) 測得空盒質(zhì)量m0(單位：g)以及空盒磁化率κ0(單位：10-6SI)；

(2) 選取新鮮樣品，經(jīng)過常溫干燥后再用非鐵質(zhì)工具手工碎樣，碎至直徑不超過0.5 cm的顆粒，裝入體積為10 cm3的圓柱形聚乙烯盒內(nèi)并壓實。測得樣品與盒子的質(zhì)量m1(單位：g)以及樣品與盒子的磁化率κ1(單位：10-6SI)。

計算過程：樣品質(zhì)量磁化率=(κ1-κ0)×10/(m1-m0)(單位：10-9m3/kg)

3 結(jié)果

通過對石頭寨剖面91個樣品的磁化率測試和分析，發(fā)現(xiàn)長興早期和末期磁化率值偏高，而中期生物礁發(fā)育時段磁化率總體偏低(表1、圖3)。各層段具體數(shù)值變化如下：

表1 石頭寨剖面巖石樣品磁化率

圖3 貴州紫云石頭寨剖面晚二疊世生物礁沉積相演化與磁化率變化關(guān)系Fig.3 The relationship between facies evolution of Late Permian reef and changes of magnetic susceptibility in the Shitouzhai section at Ziyun area

(1) 長興期底部的生物碎屑灰?guī)r磁化率偏高，數(shù)值大致為(2.57～11.10)×10-9m3/kg。

(2) 生物礁灰?guī)r中磁化率值總體偏低，一般在0左右，且大部分為較小的負值。

(3) 在生物礁核相中，海綿骨架巖和障積巖對應(yīng)的磁化率較低，約為-1.86×10-9m3/kg，而生物碎屑灰?guī)r對應(yīng)的磁化率較高，約為1.99×10-9m3/kg。

(4) 生物礁頂部的藻黏結(jié)巖磁化率較海綿骨架巖和障積巖偏高，大約為5.70×10-9m3/kg。

(5) 磁化率值在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)界線附近異常升高，高達25.61×10-9m3/kg。

(6) 早三疊世初期的泥巖磁化率值升高至(25.60～43.72)×10-9m3/kg，泥巖中夾有數(shù)層火山黏土，其磁化率值為(606.58～716.48)×10-9m3/kg。

以上數(shù)據(jù)表明：長興期生物礁的基底為含硅質(zhì)團塊生物碎屑灰?guī)r。前人通過地球化學(xué)分析認(rèn)為這一時期的硅質(zhì)是火山成因的[23-24]。因此在生物礁生長前本區(qū)同樣受到了火山物質(zhì)的影響，從而導(dǎo)致磁化率值偏高。隨后長興期生物礁繁盛，礁灰?guī)r的磁化率值較低，幾乎不含磁性礦物。需要說明的是，在生物礁發(fā)育時段，仍出現(xiàn)幾層藻—有孔蟲生物碎屑灰?guī)r。前期研究發(fā)現(xiàn)藻—有孔蟲灰?guī)r中存在大量與火山活動有關(guān)的石英顆粒以及火山玻璃，并認(rèn)為這些藻—有孔蟲灰?guī)r是火山活動導(dǎo)致造礁生物暫時消失后在礁坪形成的產(chǎn)物[25]。但這幾層生物碎屑灰?guī)r的磁化率值并沒有太明顯的升高，這可能與礁相動蕩的水體環(huán)境有關(guān)。動蕩的礁相淺水環(huán)境使得火山灰中一部分細小的富鐵礦物或顆粒難以沉積下來，因此其磁化率值也沒有明顯的升高。

然而，礁頂部的黏結(jié)巖中磁化率值卻明顯較高，說明在生物礁生長最末期火山活動再次加劇。盡管黏結(jié)巖也形成于淺水環(huán)境，但黏結(jié)生物可能有效地捕獲了一部分火山灰物質(zhì)，從而導(dǎo)致磁化率值的明顯升高。二疊紀(jì)末生物大滅絕界線上的泥質(zhì)巖中，磁化率異常升高。這可能與生物大滅絕后陸源物質(zhì)的大量輸入[26]及期間頻繁的火山活動有關(guān)[27]。特別需要指出的是，二疊紀(jì)末生物大滅絕界線以上的泥巖中夾有數(shù)層火山黏土。這些火山黏土的磁化率值是泥巖磁化率值的20倍左右(圖4)，說明火山灰物質(zhì)對磁化率大小的影響遠遠超過陸源物質(zhì)的貢獻。

圖4 石頭寨剖面早三疊世泥質(zhì)巖中具有異常高磁化率值的火山黏土Fig.4 Volcanic clay with extremely high magnetic susceptibility in the Early Triassic mudstone interval of the Shitouzhai section

4 火山作用與沉積相演化關(guān)系

石頭寨剖面磁化率值的變化特征很好地反映了長興期生物礁生態(tài)系與火山活動的變化規(guī)律。根據(jù)磁化率值和沉積相的周期性變化，本文將紫云石頭寨晚二疊世長興期沉積演化分為長興早期、長興中期、長興末期和早三疊世初期四個時期。

4.1 長興早期沉積及火山物質(zhì)的影響

在中二疊世—晚二疊世之交，華南地區(qū)火山活動十分強烈[27-32]。尤其是中國西南地區(qū)的峨眉山玄武巖噴發(fā)，形成覆蓋四川、貴州和云南三省面積達3.3×105km2、平均厚度705 m、局部厚度5 km的火山熔巖[16]，是世界公認(rèn)的大火成巖省[33]。峨眉山玄武巖噴發(fā)的時間恰好與瓜達魯普統(tǒng)—樂平統(tǒng)之交的生物絕滅事件時間相吻合[34-39]。這一期火山活動破壞了陸地植被，在華南廣泛形成以龍?zhí)督M為代表的含煤碎屑巖沉積。但在遠離火山活動的地區(qū)，則是與龍?zhí)督M同期異相的吳家坪組沉積。

但從晚二疊世晚期的長興期開始，火山活動和陸源輸入明顯減少，為中國南方生物礁的廣泛發(fā)育創(chuàng)造了條件[40-41]。盡管如此，Shenetal.[42]報道在紫云地區(qū)的吳家坪組和長興組之間存在2.6 m厚的凝灰?guī)r，說明長興組早期沉積中仍受零星的火山或陸源輸入的影響，從而出現(xiàn)硅質(zhì)團塊灰?guī)r沉積(圖5)。由于火山灰物質(zhì)或陸源物質(zhì)的影響，長興早期硅質(zhì)團塊灰?guī)r的磁化率值明顯偏高。

圖5 貴州紫云石頭寨剖面長興早期硅質(zhì)團塊灰?guī)r中豐富的Palaeofusulina化石，巖石薄片照片F(xiàn)ig.5 Thin section showing abundant Palaeofusulina in the Early Changhsingian bioclastic limestone with chert clots in the Shitouzhai section at Ziyun

4.2 長興中期生物礁的發(fā)育及間歇性火山作用的影響

長興中期火山活動明顯減弱，海水變得清澈。在淺海地區(qū)首先形成的是海百合莖碎屑灘沉積，在此基礎(chǔ)上造礁海綿才開始迅速拓殖。造礁生物包括大型的串管海綿、纖維海綿和水螅等。在生物礁建造的早期，以海綿障積巖為主，逐漸演變成以海綿骨架巖為主。在整個長興中期，以海綿為代表的造礁生物最終形成了厚達近百米的生物礁灰?guī)r。

盡管這一時期海洋環(huán)境總體穩(wěn)定，以生物礁灰?guī)r建造為主要特征。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在生物礁灰?guī)r中仍夾有數(shù)層生物碎屑灰?guī)r(圖6)。早期研究認(rèn)為，這些生物碎屑灰?guī)r為礁后潟湖環(huán)境的藻和有孔蟲顆?；?guī)r或泥?；?guī)r沉積[11]。然而，最近的研究發(fā)現(xiàn)這些生物碎屑灰?guī)r中存在大量與火山活動有關(guān)的石英顆粒及火山玻璃，并認(rèn)為這些生物碎屑灰?guī)r是火山活動導(dǎo)致造礁生物暫時消失后在礁坪形成的產(chǎn)物[25]。

圖6 貴州紫云石頭寨剖面長興中期生物碎屑灰?guī)r，產(chǎn)較豐富的管殼石，室內(nèi)薄片照片F(xiàn)ig.6 Abundant Tubiphytes produced in the middle Changhsingian bioclastic limestone in the Shitouzhai section at Ziyun area, thin section photo

雖然陸源剝蝕產(chǎn)生的石英等碎屑也可被帶入近岸淺海環(huán)境，同時使生物礁生態(tài)系的生長受到暫時的抑制，但根據(jù)研究區(qū)晚二疊世的古地理圖分析，來自康滇古陸的陸源物質(zhì)大部分沉積在川滇黔碎屑巖臺地上，很少有陸源物質(zhì)會進入碳酸鹽臺地(圖1)。此外，由于紫云生物礁分布在碳酸鹽臺地邊緣，因此礁與古陸之間存在水體相對安靜的礁后潟湖。由于潟湖中水動力較弱，因此來自陸地的碎屑物質(zhì)很容易被沉積在潟湖環(huán)境。所以靜水潟湖是捕獲陸源碎屑物的有效陷井，從而使碎屑物難以超越潟湖到達臺地邊緣礁中。然而，火山灰物質(zhì)則可以通過空氣循環(huán)被搬運至遠離海岸的臺地邊緣環(huán)境中(圖7)。因此，我們認(rèn)為，石頭寨剖面長興中期生物礁中所夾的生物碎屑灰?guī)r不是因為陸源物質(zhì)輸入造成的，而是晚二疊世長興期間歇性的火山灰物質(zhì)帶入造成的。此外，從區(qū)域上看，盡管峨眉山玄武巖噴發(fā)主要發(fā)生在中二疊世與晚二疊世之交[36]，但朱江等[43]認(rèn)為中二疊世的峨眉山玄武巖噴發(fā)持續(xù)到晚二疊世末期。前人也在華南地區(qū)二疊紀(jì)—三疊紀(jì)界線以下數(shù)十厘米內(nèi)發(fā)現(xiàn)多層黏土，其中貴州惠水?dāng)嗌嫉纳隙B統(tǒng)有多達十余層的凝灰?guī)r[27]。因此，可以認(rèn)為長興中期的海洋環(huán)境仍受到間歇性火山活動的影響。

火山物質(zhì)帶入導(dǎo)致生物礁生長暫時停止的現(xiàn)象在印度尼西亞新近紀(jì)與礁有關(guān)的碳酸鹽地層中也有記錄。Wilsonetal.(圖6)[44]通過對該地區(qū)地層序列的分析，發(fā)現(xiàn)凝灰質(zhì)生物碎屑泥粒灰?guī)r中常常產(chǎn)豐富的底棲有孔蟲，而造礁珊瑚則明顯減少。一些研究表明，有孔蟲之所以可以適應(yīng)較多火山碎屑物質(zhì)的帶入，是因為一些有孔蟲在被埋在厚達1 cm的沉積物中時，仍可以從中爬出來[45]。與此同時，間歇性火山活動及火山灰物質(zhì)的帶入在使生物礁建造轉(zhuǎn)變?yōu)樵搴陀锌紫x碎屑灰?guī)r沉積的同時，也勢必引起藻有孔蟲灰?guī)r中磁化率的升高。然而測試結(jié)果顯示，生物礁中所夾的幾層生物碎屑灰?guī)r的磁化率值并沒有非常明顯的波動。這可能與生物礁中淺水動蕩的沉積環(huán)境有關(guān)。一方面，淺水氧化環(huán)境使火山灰物質(zhì)的中含鐵的暗色礦物容易分解而溶解到海水中，另一方面礁相動蕩的水動力條件使得一部分細小的火山灰物質(zhì)難以沉積下來，因此磁化率值并沒有顯著的升高。

4.3 長興末期火山活動的加劇

在長興末期生物礁頂部出現(xiàn)厚約16 m的黏結(jié)巖(圖1)。這些黏結(jié)巖主要由古石孔藻(Archaeolithoporella)包覆Tabulozoa、水?；蚝＞d而成，黏結(jié)紋層厚可達5 mm左右(圖8)。通過酸蝕處理，我們在這套黏結(jié)巖中也發(fā)現(xiàn)大量與火山活動相關(guān)的石英顆粒，反映當(dāng)時周邊地區(qū)有火山噴發(fā)[25]。測試發(fā)現(xiàn)，黏結(jié)巖的磁化率比生物礁灰?guī)r的磁化率明顯較高，進一步證實了長興末期火山活動的加劇。

黏結(jié)巖中最常見的黏結(jié)生物Archaeolithoporella可能屬于紅藻[46]，但從形態(tài)特征上看更可能屬于藍藻或藍細菌[47]。黏結(jié)生物的生態(tài)功能一直被認(rèn)為是在礁中起加固礁體骨架的作用，但Archaeolithoporella大量出現(xiàn)的原因卻很少引起人們的關(guān)注。與火山有關(guān)的石英的存在及磁化率值的升高表明，黏結(jié)巖的形成與二疊紀(jì)末火山活動的加強具有等時性。前文提到長興中晚期間歇性火山導(dǎo)致生物礁暫時停止而形成生物碎屑灰?guī)r，但長興末期的火山活動并沒有導(dǎo)致生物碎屑灰?guī)r的形成，而是形成黏結(jié)巖，這可能是由于黏結(jié)生物Archaeolithoporella作為一種低等的藻類具有很強的環(huán)境適應(yīng)能力。然而，盡管黏結(jié)巖在形成時間上與火山活動相對應(yīng)，但導(dǎo)致黏結(jié)巖形成可能還另有原因。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黏結(jié)巖中除了古石孔藻外，還存在大量早期海底膠結(jié)物。這些膠結(jié)物的出現(xiàn)可能與深部海水的上涌有關(guān)，也可能與高溫導(dǎo)致的蒸發(fā)和海水濃縮有關(guān)[25]。

有意思的是，除了古石孔藻外，管殼石的豐度在黏結(jié)巖中也明顯增高(圖8C)，這與長興中晚期生物礁發(fā)育時期所夾的生物碎屑灰?guī)r中富管殼石的情況非常類似。與其他大部分淺海底棲生物一樣，二疊紀(jì)末大滅絕后，管殼石曾一度消失，但在早三疊世生物復(fù)蘇過程中，管殼石卻是較先復(fù)蘇的種類[48]，并于中三疊世在華南形成以管殼石為主的生物礁，暗示管殼石是一種對環(huán)境事件具有較強適應(yīng)能力的種類。因此，我們認(rèn)為紫云晚二疊世生物礁中這種具有較強適應(yīng)能力的管殼石的局部繁盛可能暗示著礁相生態(tài)環(huán)境的暫時惡化。而導(dǎo)致環(huán)境惡化的原因之一則可能是長興末期火山活動的噴發(fā)。

圖7 貴州紫云晚二疊世生物礁沉積示意圖Ⅰ.正常淺海環(huán)境下生物礁群落生長狀態(tài) Ⅱ.火山活動期間，生物礁群落暫時破壞，并被藻—有孔蟲生物群所代替。A.巖漿；B.火山角礫；C.潮坪碎屑巖沉積；D.礁后潟湖灰?guī)r沉積；E.礁灰?guī)r；F.礁前斜坡沉積；G.盆地相泥質(zhì)巖沉積Fig.7 Sedimentary schemetic of Late Permian reefs at Ziyun area, Guizhou

圖8 貴州紫云石頭寨剖面長興晚期古石孔藻和管殼石黏結(jié)巖A，B.古石孔藻黏結(jié)巖，室內(nèi)薄片照片；C.管殼石黏結(jié)巖，單偏光顯微鏡；D.古石孔藻黏結(jié)巖，野外照片F(xiàn)ig.8 Late Changhsingian encrusted framestone by Archaeolithoporella and Tubiphytes in the Shitouzhai section at Ziyun area

4.4 早三疊世初期陸源輸入和火山活動的影響

從區(qū)域地層序列上看，二疊紀(jì)末生物大滅絕之后，早三疊世底部普遍出現(xiàn)一套泥質(zhì)巖或泥質(zhì)灰?guī)r沉積，指示陸源物質(zhì)輸入的加強和沉積速率的加大[49]。陸源輸入加強還得到牙形石中鍶同位素的支持[26]。在紫云石頭寨剖面，早三疊世底部主體為一套灰褐色薄層泥巖，期間夾多層灰黃色火山黏土(圖9)。由于陸源物質(zhì)中含有豐富的磁性礦物，因此泥巖的磁化率值顯著增加，高達(25.60～43.72)×10-9m3/kg。然而，火山黏土的磁化率值卻顯得更高，可達(606.58～716.48)×10-9m3/kg，表明早三疊世初期頻繁的火山作用[50-51]及其對巖石磁化率的影響。

圖9 貴州紫云石頭寨剖面早三疊世泥質(zhì)巖中的火山黏土，黃色虛線指示火山黏土層Fig.9 Early Triassic grey-brown marl with several layers of volcanic clay in the Shitouzhai section at Ziyun, Guizhou. Yellow dotted lines indicate layers of volcanic clay

5 結(jié)論

貴州紫云石頭寨剖面磁化率測試分析顯示，巖石磁化率的高低與火山物質(zhì)和陸源輸入存在正相關(guān)關(guān)系。而火山活動和陸源輸入又進一步影響生物礁群落的生長，從而導(dǎo)致沉積相上的變化。石頭寨剖面晚二疊世長興期至早三疊世初的沉積演化可分為四個階段，即長興早期、長興中期、長興末期和早三疊世初期。

(1) 受火山灰物質(zhì)或陸源物質(zhì)中富鐵磁性礦物的影響，長興早期硅質(zhì)團塊灰?guī)r的磁化率值明顯偏高。火山灰物質(zhì)或陸源輸入的影響也抑制了生物礁的生長，從而出現(xiàn)硅質(zhì)團塊灰?guī)r沉積。

(2) 長興中期總體環(huán)境穩(wěn)定，因此生物礁十分發(fā)育。但存在間歇性的火山活動，并導(dǎo)致生物礁生長的短暫停止，而出現(xiàn)藻—有孔蟲生物碎屑灰?guī)r。由于礁相天環(huán)境水體動蕩，因此細小的鐵磁性物質(zhì)難以沉積下來，生物碎屑灰?guī)r的磁化率值并沒有明顯升高。

(3) 長興末期火山活動的加劇，生物礁頂部的黏結(jié)巖磁化率明顯較高。但黏結(jié)巖的形成不但受火山活動的影響，更主要受高溫環(huán)境的控制。

(4) 早三疊世初期大量陸源物質(zhì)的輸入及火山灰物質(zhì)的加入導(dǎo)致泥質(zhì)巖中磁性礦物含量和磁化率值的顯著增加。其中火山物質(zhì)對磁化率值的影響明顯大于一般的陸源輸入。

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The Relationship between Volcanism and Reef Sedimentary Evolution from Late Permian to the Beginning of Early Triassic in Ziyun Area, Guizhou Province

FAN GuangHui1,WANG YongBiao2,MENG Zheng3,LI GuoShan2

1. Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China 2. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, School of Earth Science, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China 3. Hubei Institute of Geological Survey, Wuhan 430034, China

Late Permian Changhsingian is an important period of reef buildup as well as a period of frequent volcanic activities in South China. Because reefs are peculiar ecosystems extremely sensitive to environment change, late Permian volcanism would surely have affected the reef growth and evolution of facies. However, most of the researches concerning the late Permian volcanism are concentrated near the Permo-Triassic boundary. Studies appear to be relatively lack on the relations between the evolution of reefs and volcanism throughout the whole late Permian Changhsingian. This paper documented the relationship between late Permian volcanism and the marginal platform reef evolution in Ziyun area of Guizhou province based on the analysis of magnetic susceptibility. The magnetic susceptibility data reflect two pulses of high magnetic susceptibility values respectively in the early Changhsingian and late Changhsingian, indicating two periods of intense volcanic activities. During both periods, reef-building organisms were clearly stressed and reef-building process was interrupted. The magnetic susceptibility values in the middle Changhsingian are generally lower, indicating weak volcanism activities that favored the rapid growth of reef-building organisms. However, the magnetic susceptibility values from the bioclastic limestone interbedded in reef limestone do not increase significantly, implying that turbulent water conditions prevented tiny volcano ash rich in ferromagnetic minerals from depositing in shallow reef environment although periodic volcanic eruption may have resulted in temporary breakdown of reef growth. This study shows that several beds of volcanic clay interbedded in the early Triassic mudstone possess abnormally high magnetic susceptibility values compared with the mudstone itself, indicating that much greater contributions of volcanic ash to the magnetic susceptibility values than the terrigenous material.

Changhsingian; reef; magnetic susceptibility; sedimentary evolution; volcanism

1000-0550(2017)01-0024-11

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.01.003

2016-03-14；收修改稿日期： 2016-05-19

國家自然科學(xué)基金項目(41572001)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 41572001]

范廣慧,女,1989年出生,碩士,助理工程師,古生物學(xué)與地層學(xué),E-mail：janice0301@126.com

P534 P317

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