新疆巴楚地區(qū)奧陶紀(jì)中下統(tǒng)地層中造礁、附礁生物化石的發(fā)現(xiàn)及意義＊

蘇學(xué)龍，于國輝，艾孜孜·伊力哈木

（喀什大學(xué) 生命與地理科學(xué)學(xué)院，新疆 喀什 844000）

1 概述

生物礁是造礁生物原地聚集形成的一種能夠抵御風(fēng)浪的塊狀或丘狀生物巖體，對于油氣田勘探有重要意義[1]。塔里木盆地生物礁的分類、形成因素、分布特征一直是石油地質(zhì)學(xué)家關(guān)注和研究的重點[2]。前人對奧陶紀(jì)生物礁進(jìn)行了大量研究，并取得可觀成果，如李越等[3-4]初步總結(jié)了寒武紀(jì)到奧陶紀(jì)輻射演化的過程中海洋造礁生物也得到發(fā)展，此過程經(jīng)歷了瓶筐石—苔蘚蟲—石海綿動物型和珊瑚—層孔海綿動物型兩次標(biāo)志性事件，且在塔里木地區(qū)也有印證；李明明等[5]對巴楚生物礁研究發(fā)現(xiàn)，中上奧陶統(tǒng)階段巴楚地區(qū)生態(tài)環(huán)境非常適宜生物礁的發(fā)育及海洋居礁生物的生存；蔡習(xí)堯等[6]、徐康等[7]、Meng等[8]研究表明在巴楚隆起區(qū)內(nèi)斷裂帶方向大致為NW－SE其中含大量生物建隆和生物層礁，且由達(dá)吾孜塔格向唐王城方向減少最終被生物灘取代。地層中的主要造礁生物為苔蘚蟲、海綿累、棘皮類動物、Calathium（瓶筐石）類，附礁生物主要是雙殼類、腹足類、腕足類、三葉蟲，生物礁的產(chǎn)生和發(fā)展受到這些生物礁群落的控制。

奧陶紀(jì)碳酸鹽巖地層在巴楚一間房、良里塔格、大坂塔格等斷層中出露較好，該地區(qū)也是研究奧陶紀(jì)古生物和古地理的重要地區(qū)，但對于化石屬種特征、分布反映的古鹽度、古水溫、古生態(tài)等方面的研究較少，此類研究對沉積相和沉積環(huán)境具有重要意義?；诖吮狙芯吭谇叭搜芯康幕A(chǔ)上，結(jié)合在巴楚一間房附近和大坂塔格采集的化石標(biāo)本，對化石外部形態(tài)、組合及其指示的環(huán)境意義進(jìn)行了深入研究，旨在加強(qiáng)巴楚地區(qū)奧陶紀(jì)地層中部分地質(zhì)現(xiàn)象的解釋，為塔里木盆地奧陶紀(jì)生物礁環(huán)境及古生態(tài)提供寶貴證據(jù)。

2 地質(zhì)背景及地層情況

巴楚隆起位于塔里木盆地西北緣，其構(gòu)造總體受塔里木盆地構(gòu)造控制。從晚震旦紀(jì)到奧陶紀(jì)盆地構(gòu)控制。從晚震旦紀(jì)到奧陶紀(jì)盆地構(gòu)造為被動陸緣盆地階段，盆地前后經(jīng)歷了加里東、海西、印之—燕山、喜馬拉雅構(gòu)造運動，其中加里東構(gòu)造運動對巴楚隆起區(qū)的奧陶紀(jì)碳酸鹽巖古地理和沉積環(huán)境起重要作用[9]。且奧陶紀(jì)全球暖水臺地分布廣泛，生物大爆發(fā)的背景使得塔里木盆地中部隆起區(qū)中上奧陶統(tǒng)發(fā)育大量暖水礁灘及大量古生物群，是當(dāng)時海洋生態(tài)和生物演化的有力證據(jù)[10]。

研究區(qū)位于巴楚東北部，見圖1。通過對采集化石組合和巖性分析，大坂塔格發(fā)現(xiàn)的化石產(chǎn)自鷹山組，良里塔格采集的化石產(chǎn)自一間房組。由于奧陶紀(jì)巴楚隆起的抬升吐木休克組與一間房組部分地層缺失，一間房組下部鷹山組之間也部分缺失。一間房組巖性較單一，為灰色灰?guī)r、棘屑灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、瓶筐類礁灰?guī)r，局部夾砂屑灰?guī)r，化石主要為棘屑，托盤類，少量藻屑、鈣質(zhì)骨針、三葉蟲、腕足等，可劃分為Pygod us serra 帶、Eolacognath us crassus 帶、Lenodus variabilis 帶、Microzarkodina parva四個牙形石帶。鷹山組巖性為淺褐、褐灰、灰色灰?guī)r為主，夾灰色灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，劃分為Paroistodus originalis—Serratognathus chuxianensis帶和Serratog nathusdiversus—Paroistodus proteus 帶兩個牙形石帶[11]。

圖1 化石發(fā)現(xiàn)點位置圖及巖性柱

2 化石形態(tài)及埋藏特征

位于巴楚縣東北部圖木舒克市附近的一處剖面上，出露部分巖性為灰色厚層狀泥晶灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r的巖層，有明顯生物作用，中間穿插有硅質(zhì)透鏡狀條帶，大小不一。1991年張師本等人對該處地層進(jìn)行描述，將其劃分為丘里塔格群上亞群[12]。此處剖面中產(chǎn)有大小均一的腹足類化石，多嵌入層狀生物礁中，種類單一，數(shù)量較多，殼體較為完整，化石基本為殼頂朝上，或略微斜上埋藏于地層中，可將其劃分為原地埋藏，周圍有棘皮碎屑，牙形石等。此部分地層與東南部大坂塔格地層不一致，但腹足類化石相似程度比較高，見圖2—圖5。

圖2 化石發(fā)現(xiàn)地層野外照片

圖3 鷹山組腹足類化石圖片

圖4 一間房組苔蘚蟲化石圖片

圖5 一間房組化石圖片

本次研究的鷹山組地層出露部分為50 m，以白云質(zhì)灰?guī)r為主，地層中產(chǎn)一屬一種腹足類化石Liospira biconvexa.，豐度較高。化石基本都被白云石化，大小均一，呈中等凸起的圓形，直徑在2～4 cm，高為3 cm左右，殼體表面比較光滑，有4個逐漸變大的螺環(huán)組成，螺環(huán)上側(cè)面較為狹圓，臍孔幾乎全為殼質(zhì)包裹。由于化石經(jīng)過強(qiáng)置換作用化石細(xì)微構(gòu)造沒有保存，僅保存外部形態(tài)，化石的內(nèi)外唇、殼口、側(cè)面特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)不詳?；４鏋闅ろ斨赶蛏稀⑿鄙?，殼頂朝下等多種保存狀態(tài)。與上述地層腹足類化石保存方式不同，此地發(fā)現(xiàn)的螺殼保存完整程度不佳，僅個別保存完好，其余多為碎殼，周圍不見其他化石僅存在一些棘皮碎屑（圖3a-圖3d）。

一間房組地層野外出露5 m，巖性比較單一，為一套深灰色灰?guī)r，向西北方向有生物礁出現(xiàn)，上部為紫紅色泥質(zhì)灰?guī)r。苔蘚蟲化石Batostoma sp.集中出現(xiàn)在一間房組下段，呈水平分布?；搀w呈盤狀、塊狀，口室直徑在1～3 mm，呈圓角六邊形，排列不規(guī)律，外帶較窄，中間區(qū)體壁較薄，向外體壁變厚，本屬種的一大特點為間隙孔甚少。從野外的埋藏特征來看其外形多為近似球狀，成簇出現(xiàn)，從橫切面看內(nèi)部結(jié)構(gòu)重結(jié)晶嚴(yán)重，其蟲室和內(nèi)帶構(gòu)造不可見（圖4a-圖4h）。另外產(chǎn)苔蘚蟲化石的地層中產(chǎn)種類豐富的頭足類，具體有以下分子：葉松卷角石（比較種）Aphetceras Lobatum cf.一件（圖5c），櫛角石（未定種）Cetnoceras Noetling sp.一件，雙房角石（未定種）Dideroceras sp.兩件（圖5a-圖5b）。地層中還發(fā)現(xiàn)部分三葉蟲，托盤類（圖5d），其化石密度不大。

3 討論

3.1 腹足類化石分布成因及意義

研究區(qū)鷹山組地層為淺水碳酸鹽巖沉積，其中發(fā)現(xiàn)的Liospira biconvexa.同樣大小的個體埋藏在一起，分選性較好（圖3），碎殼和其他生物碎屑為在強(qiáng)水流沖刷或遠(yuǎn)距離運輸過程中發(fā)生破碎導(dǎo)致。且化石埋藏形態(tài)多樣，為典型的異地埋藏特征。上述化石埋藏特征均表示當(dāng)時臺地水流的比較湍急。早奧陶紀(jì)沿襲了寒武紀(jì)海進(jìn)過程，一直持續(xù)到中—晚奧陶紀(jì)達(dá)到頂峰[13]，此次鷹山組發(fā)現(xiàn)的生物碎屑灘也證實了這一點。通過與現(xiàn)代海洋生物對比發(fā)現(xiàn)，古海洋深水區(qū)域底棲的腹足類生物普遍偏小，本次發(fā)現(xiàn)臺地上的腹足類也為2～3 cm的小形圓殼形狀，生前應(yīng)生活在水位較深地區(qū)，且在距離該地層不遠(yuǎn)的生物礁中也發(fā)現(xiàn)類似腹足類化石，大小與之一致，但此處地層為深灰色灰?guī)r和透鏡狀生物礁，為較深的水域沉積特征，依據(jù)張師本等[14]對該套地層時代的厘定，應(yīng)為一間房組下段。前人的研究也證明塔里木盆地奧陶紀(jì)生物礁的附礁生物以腹足類為主，由此推測，鷹山組中發(fā)現(xiàn)的腹足類化石為臺地邊緣生物礁死去的腹足類螺殼被高能海水?dāng)y帶到開闊臺地上沉積下來。

3.2 苔蘚蟲化石指示的生態(tài)意義

苔蘚蟲為一類固著生物，附著于較硬的底質(zhì)上，不同的生存環(huán)境對其形狀和分布狀況有影響。苔蘚蟲對于溫度及海水的適應(yīng)性較強(qiáng)，其生活緯度較廣從赤道到兩極均有分布[15]，由圖6可知奧陶紀(jì)時期赤道穿過塔里木盆地，巴楚地區(qū)發(fā)現(xiàn)的苔蘚蟲應(yīng)為喜溫性物種，屬種組成單一，但相對豐度高。通過比較，研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的屬種在北美、西伯利亞、烏拉爾山、西歐、中國湖北均有分布，古地理上形成一個溫帶、熱帶海域的緯度梯度，時間跨度從早奧陶紀(jì)到晚志留紀(jì)地層中均有其身影[16]。本研究采集的化石硬體結(jié)構(gòu)多為塊狀、圓球狀和殼狀（圖4a-圖4d），說明當(dāng)時海水比較湍急，浪擊頻繁，水體清澈。化石整體分異程度不高，指示當(dāng)時海水鹽度適中。底質(zhì)對于苔蘚蟲的生長和發(fā)展也是一個重要的因素，從圖4g看出，其生長以其本身硬體為底質(zhì)，多個個體聚集發(fā)展，圖4h是以吸附灰泥為底質(zhì)，上述固著生長特點為抵抗浪擊的特征，且其自身不斷向上發(fā)展累積成礁，發(fā)展動力應(yīng)為水中浮游生物和陽光，生長在水下1～5 m[17]，這種現(xiàn)象在熱帶水域非常明顯。從產(chǎn)于附近的其他種類生物來看，棲息在此處的生物有附礁生存的腹足類，游覓在海平面以下的頭足類，以及其他一些造礁的托盤類和海百合，均指示鹽度正常、清澈，光線條件好的的淺水環(huán)境，組成以Batostoma為優(yōu)勢分子的群落生境類型，該類型與肖傳桃等[18]1993年報道的江漢平原隆礁生態(tài)系統(tǒng)比較相似，此類型應(yīng)為臺地邊緣礁丘式生態(tài)系統(tǒng)（圖6b）。

圖6 研究區(qū)生態(tài)示意圖（據(jù)Scotese，C R）

4 結(jié)論

（1）通過化石組合和巖性分析，大坂塔格發(fā)現(xiàn)的化石產(chǎn)自鷹山組，良里塔格采集的化石產(chǎn)自一間房組，通過生態(tài)系統(tǒng)對比，研究區(qū)為臺地邊緣礁丘式生態(tài)系統(tǒng)。

（2）巴楚鷹山組出露的豐度比較高的Liospira biconvexa.埋藏形態(tài)各異，殼頂指向不規(guī)律，系異地埋藏，代表較強(qiáng)的水動力條件，其圍巖白云巖含量較高，化石白云石化作用顯著，可見化石形成過程中置換速度小于溶解速度，指示比較強(qiáng)的沖刷環(huán)境，其化石來源極有可能為臺地邊緣死亡腹足類螺殼。

（3）一間房組的Batostoma sp.化石分異程度小，數(shù)目較多，硬體呈球狀、殼狀，指示比較動蕩清澈的水體環(huán)境，苔蘚蟲的棲息底質(zhì)有一定的差異，表明奧陶紀(jì)早期海進(jìn)，使得水體動力較足，比較動蕩，這一反應(yīng)在古生物特征得到體現(xiàn)。當(dāng)時半局限臺地和臺地邊緣生物礁所處環(huán)境為溫暖清澈水，流比較湍急的淺水環(huán)境。