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川西北晚三疊世卡尼期淺水碳酸鹽生產(chǎn)工廠構(gòu)成及其轉(zhuǎn)換過程定量化研究

2024-06-28 22:09:13柳晶晶王夏孟令贊曾雨涵馮翼妍金鑫張磊
沉積學(xué)報(bào) 2024年2期
關(guān)鍵詞:四川盆地

柳晶晶 王夏 孟令贊 曾雨涵 馮翼妍 金鑫 張磊

摘 要 【目的】準(zhǔn)確識別碳酸鹽工廠類型并闡明其發(fā)育控制因素,定量化評價(jià)工廠發(fā)育過程的環(huán)境條件,厘清其在沉積體系轉(zhuǎn)換過程中的古生態(tài)學(xué)和沉積學(xué)信號是探究碳酸鹽巖沉積體系演化的關(guān)鍵?!痉椒ā恳源ㄎ鞅本d竹市漢旺鎮(zhèn)觀音崖剖面的馬鞍塘組為例,通過系統(tǒng)的碳酸鹽巖微相分析,結(jié)合粒徑統(tǒng)計(jì)分析方法對20 391個顆粒定量分析,在此基礎(chǔ)上對該時(shí)期熱帶淺水碳酸鹽生產(chǎn)工廠的構(gòu)成、特征、轉(zhuǎn)變過程、驅(qū)動因素等進(jìn)行了詳細(xì)闡述。【結(jié)果】研究區(qū)熱帶淺水碳酸鹽生產(chǎn)工廠可進(jìn)一步劃分為似球粒、鮞粒、生屑及生物礁等多個細(xì)分特異化工廠類型,指示多樣化的碳酸鹽生產(chǎn)路徑。通過分析研究區(qū)熱帶淺水工廠的構(gòu)成,沉積環(huán)境、水動力條件和營養(yǎng)水平等因素,發(fā)現(xiàn)各個細(xì)分工廠類型有著非常強(qiáng)烈的“生境”特點(diǎn),工廠類型的轉(zhuǎn)變更多地受區(qū)域海平面變化控制?!窘Y(jié)論】頻繁的海平面變化導(dǎo)致營養(yǎng)水平、水動力條件和碳酸鹽礦物飽和度等因素快速變化,進(jìn)而驅(qū)動了具體細(xì)分工廠的轉(zhuǎn)變。而眾多細(xì)分工廠在沉積序列上的快速變化指示了它們在橫向上的共生關(guān)系。因此,較短時(shí)間尺度下細(xì)分工廠類型的轉(zhuǎn)變主要與區(qū)域海平面控制的橫向生產(chǎn)工廠類型的遷移有關(guān),與極端事件和沉積體系的轉(zhuǎn)變可能無關(guān)。

關(guān)鍵詞 四川盆地;晚三疊世;卡尼期;碳酸鹽生產(chǎn)工廠;碳酸鹽巖沉積過程;顆粒統(tǒng)計(jì)

第一作者簡介 柳晶晶,女,1999年出生,碩士研究生,沉積地質(zhì)學(xué),E-mail: liujingjing@stu.cdut.edu.cn

通信作者 王夏,女,特聘副研究員,碳酸鹽巖沉積學(xué),E-mail: xiawang@cdut.edu.cn

中圖分類號 P588.24+5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

在過去三十年里,“carbonate factory(碳酸鹽工廠/碳酸鹽生產(chǎn)工廠)”的定義不斷被完善,沉積環(huán)境、沉積物可容空間,以及生物作用等因素對碳酸鹽生產(chǎn)的影響逐漸受到研究者重視。關(guān)于碳酸鹽沉積物的生產(chǎn)過程,James et al.[1?2] 用“Carbonates areborn,not made”形象地表達(dá)了碳酸鹽沉積物的生物成因?qū)傩?,將其描述為溫暖淺水環(huán)境中由于生物骨骼鈣化或者海水化學(xué)沉淀而導(dǎo)致碳酸鹽沉積物“出生”的過程,并強(qiáng)調(diào)它是具有較高的生物生產(chǎn)率的淺水沉積區(qū)。Tucker et al.[3]認(rèn)為在水深15 m之內(nèi)高碳酸鹽產(chǎn)率的潮下帶是碳酸鹽沉積物生產(chǎn)的主要場所;Schlager[4]認(rèn)為它不僅是碳酸鹽沉積物的生產(chǎn)場所,還是識別、區(qū)分碳酸鹽沉積過程和分類方案的載體;Pomar et al. [5]指出碳酸鹽工廠除了是碳酸鹽沉積物生產(chǎn)場所外,在識別工廠建造者、不同時(shí)期碳酸鹽巖沉積內(nèi)在特異性差別上具有獨(dú)特價(jià)值。碳酸鹽工廠的形成受到不同生物種類、沉淀方式、水體環(huán)境(水深、水動力、鹽度、光照等)、營養(yǎng)水平、氣候條件(溫度等)、海洋化學(xué)及陸源輸入等因素的影響,根據(jù)其形成條件可以被劃分為不同的工廠類型[6?8]。目前運(yùn)用最廣泛的分類方案主要有兩種:一類是Schlager[4,7]的方案,通過主要的底棲生物種類,將碳酸鹽工廠分為“ 熱帶或熱帶淺水工廠”(tropical 或tropical shallow-water)、“溫涼水工廠”(cool water)和“灰泥丘工廠”(mud-mound)三種主要形式。另一類碳酸鹽工廠體系是由Pomar et al.[5]提出的,強(qiáng)調(diào)各種物理和生態(tài)因素對碳酸鹽工廠發(fā)育過程的調(diào)節(jié),還強(qiáng)調(diào)了多種因素對其影響(如營養(yǎng)水平、水體能量、溫度、透光度等),該方案主要強(qiáng)調(diào)了碳酸鹽建造過程中的主要生產(chǎn)者,并且認(rèn)為碳酸鹽工廠的發(fā)展是一個從簡單到復(fù)雜、從低級到高級的過程。Reijmer[9]對碳酸鹽生產(chǎn)工廠概念的早期發(fā)展歷史進(jìn)行了全面回顧,并對Schlager[4,7]的碳酸鹽生產(chǎn)工廠分類中不同工廠的特點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充,并在之前的分類基礎(chǔ)上增加了冷水珊瑚工廠和浮游生物工廠,同時(shí)指出每個工廠均有獨(dú)特的特征,例如生產(chǎn)窗口、沉積物生產(chǎn)和運(yùn)輸、沉積體形態(tài)和坡度,正是這些獨(dú)特的變量標(biāo)志著每個工廠對不同尺度下環(huán)境變化的綜合響應(yīng)。綜上所述,準(zhǔn)確識別不同碳酸鹽工廠,闡明其控制因素,厘清它們的演化過程,可以作為了解碳酸鹽巖沉積系統(tǒng)演化的絕佳切入點(diǎn)。

Reijmer[9]分類方案中的熱帶淺水工廠,主要指分布于南北緯30°內(nèi)的熱帶和亞熱帶,溫暖、光照充足、營養(yǎng)貧乏但含氧量高的海洋表層環(huán)境;雖然熱帶淺水碳酸鹽工廠分布區(qū)域局限,但碳酸鹽生產(chǎn)率最高[10]。一般認(rèn)為熱帶淺水工廠的主要建造者為光合自養(yǎng)綠藻類以及直接共生的珊瑚、有孔蟲和某些軟體動物,通過光合作用、生物礦化作用以及有機(jī)礦化作用實(shí)現(xiàn)碳酸鹽組分的形成和保存。地質(zhì)歷史時(shí)期的熱帶淺水碳酸鹽生產(chǎn)工廠的建造者可能更為豐富,常見類型包括內(nèi)碎屑、生物碎屑(骨屑)和非生物碎屑(非骨屑,如鮞粒、似球粒和核形石等)[11];一些環(huán)境因素,如水動力條件、營養(yǎng)水平、溫度及碳酸鹽礦物飽和度等因素,對不同類型碳酸鹽顆粒的形成和保存起到了決定性影響[12?14]。而不同的碳酸鹽顆粒組合可能代表了各自特異化的碳酸鹽生產(chǎn)條件和生產(chǎn)模式,即細(xì)分的碳酸鹽工廠類型。碳酸鹽生產(chǎn)工廠可能包含了該沉積環(huán)境中共存或交替出現(xiàn)的多種特異化碳酸鹽生產(chǎn)過程。前人在進(jìn)行碳酸鹽生產(chǎn)工廠的研究時(shí)多關(guān)注同一沉積環(huán)境中的整體生產(chǎn)模式,所以分析得出的工廠分類通常與相應(yīng)的沉積相吻合,而對于同一沉積環(huán)境中更細(xì)分的、特異化工廠的研究則較為薄弱。本文旨在利用沉積學(xué)分析方法識別出熱帶淺水生產(chǎn)工廠中細(xì)分的特異化工廠類型,分析其形成和發(fā)育的環(huán)境,探索不同細(xì)分工廠轉(zhuǎn)換的調(diào)控因素,特別是針對碳酸鹽工廠沉積學(xué)特征的定量化表征方法進(jìn)行進(jìn)一步的嘗試,為深入理解和描述不同類型碳酸鹽工廠的組成特征、作用機(jī)制以及控制因素提供可借鑒的方案。

四川盆地西北部綿竹漢旺地區(qū)的馬鞍塘組沉積序列較完整,碳酸鹽巖沉積體系中詳細(xì)地記錄了該時(shí)期碳酸鹽工廠轉(zhuǎn)換和碳酸鹽臺地消亡的整個過程[15?19]?;谇叭藢Υㄎ鞅瘪R鞍塘組沉積特征的演化,以及長時(shí)間尺度上極端事件影響碳酸鹽工廠發(fā)育過程的研究[20?25],本文針對該區(qū)域馬鞍塘組中不同顆粒組合所代表的特異化細(xì)分工廠進(jìn)行進(jìn)一步的分類,并進(jìn)行精細(xì)化、定量化的沉積學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,探討短時(shí)間尺度內(nèi)不同細(xì)分工廠的分類、特征及轉(zhuǎn)變的驅(qū)動因素。

1 地質(zhì)背景

中—晚三疊世,全球板塊運(yùn)動頻繁,位于東特提斯洋的四川盆地也受到了印支運(yùn)動的影響,羌塘板塊、華北板塊和揚(yáng)子板塊發(fā)生匯聚和碰撞,導(dǎo)致了古特提斯洋支盆的金沙江縫合帶閉合,形成了一系列北東向隆起與坳陷,如龍門山斷續(xù)隆起、康滇隆起及西北坳陷區(qū)[26?27]。此時(shí)四川盆地西北部被龍門山島鏈環(huán)繞,隔斷了松潘—甘孜地塊;北部受米倉山—大巴山古陸的限制;西南部被康滇古陸阻隔;東南部為川中古陸,受控于華南造山帶隆起,有著“三隆圍一坳”的格局(圖1)[18,21,28?29]。晚三疊世,四川盆地西北部經(jīng)歷多次海侵與海退,進(jìn)入海陸轉(zhuǎn)換的重要時(shí)期[30?31]。在晚三疊世早期,松潘—甘孜地區(qū)仍為深海沉積,為一殘留海盆,龍門山斷裂帶將甘孜深海盆地與川西盆地分隔開來[32?34]。隨后古特提斯洋海水越過龍門山島鏈,在研究區(qū)形成了一個半封閉的海灣,在廣元—江油—綿竹一帶廣泛發(fā)育海相碳酸鹽巖沉積[35?36]。同時(shí)在該時(shí)期卡尼期潮濕氣候事件達(dá)到高潮,降雨量的增加導(dǎo)致大陸風(fēng)化加重,大量的陸源營養(yǎng)物質(zhì)或有機(jī)物輸入,為富有機(jī)質(zhì)頁巖的產(chǎn)生提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)[37?38]。研究區(qū)最后一套碳酸鹽巖沉積完整地記錄了晚三疊世卡尼期從海相沉積到陸相沉積的轉(zhuǎn)變過程[15]。

觀音崖剖面位于四川省綿竹市漢旺鎮(zhèn)北約2 km處(31°28′10.32" N, 104°08′49.52" E),剖面沿綿遠(yuǎn)河兩岸展布。野外描述始于中三疊統(tǒng)拉丁階天井山組的頂部,止于上三疊統(tǒng)卡尼期馬鞍塘組的上部,整個剖面在綿遠(yuǎn)河的兩岸均有出露,地層出露良好。馬鞍塘組地層厚度為30~70 m,與其上覆的小塘子組和下伏的天井山組在研究區(qū)出露廣泛[39?40]。碳酸鹽巖沉積序列自下往上多期的巖性變化,馬鞍塘組主要為似球?;?guī)r、鮞?;?guī)r、生屑灰?guī)r、生物礁灰?guī)r,以及覆蓋在其上的薄—中層泥頁巖。上覆的小塘子組為灰色薄—中層狀鈣質(zhì)巖屑粉砂巖和細(xì)粒巖屑石英砂巖互層(圖2)[41?44]。下伏的天井山組為白云質(zhì)灰?guī)r或白云巖,頂部為疊層石云質(zhì)灰?guī)r或白云巖,其沉積時(shí)代目前還存在爭議,有研究表明,天井山組近頂部疊層石灰?guī)r仍屬于卡尼期[21?22,29]。此次研究剖面馬鞍塘組與天井山組呈整合接觸,而在天井山組頂部疊層石云質(zhì)灰?guī)r中存在一個平行不整合界面,該界面是由于龍門山前陸盆地前緣隆起而導(dǎo)致,標(biāo)志著研究區(qū)由被動大陸邊緣向前陸盆地轉(zhuǎn)換[21?22]??崞谠缙冢↗ulian)地層的沉積缺失,使得研究剖面僅發(fā)育晚卡尼期(Tuvalian)沉積物[40]。

2 研究方法

對綿竹漢旺觀音崖剖面開展系統(tǒng)的野外觀察、描述,共采集58 件巖樣,分別制作大薄片(76×50 mm)21件、標(biāo)準(zhǔn)薄片(76×25 mm)35件和拋光面6件。首先利用奧浦偏光顯微鏡對薄片進(jìn)行觀察、分析和拍照;然后用EPSON GT X980 高清掃描儀(3 200 dpi)將薄片掃描成像,導(dǎo)入ImageJ軟件統(tǒng)計(jì)薄片中碳酸鹽顆粒及生物碎屑顆粒粒徑和形狀。在針對碳酸鹽顆粒粒徑的鏡下隨機(jī)統(tǒng)計(jì)中,觀察者可能選擇性忽略部分顆粒(例如粒徑較小的顆粒)使得統(tǒng)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生偏差,因此,本次使用的顆粒粒徑統(tǒng)計(jì)方法為:(1)在薄片中選取一定的區(qū)域,并統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)可見的所有顆粒;(2)使用面積測量法,即在ImageJ中勾畫每個顆粒的外輪廓并讀取其面積,每張薄片測量400個以上的顆粒,針對位于所選區(qū)域邊緣的顆粒,區(qū)域內(nèi)面積小于該顆粒二分之一的均不予統(tǒng)計(jì);(3)在ImageJ中識別并提取不同顆粒的輪廓后,測量其Ferets diameter(費(fèi)雷特直徑,顆粒輪廓上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間的距離)。測量值統(tǒng)一按照Krumbein[45]提出的計(jì)算方法將測量粒徑D換算成Φ 值(Φ=-log2D),但由于測量的顆粒數(shù)據(jù)為薄片的截面積,與實(shí)際的顆粒大小存在一定的誤差,所以運(yùn)用Friedman[46]提出的公式(Φ=0.381 5+0.902 7×Φ 薄片)對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,并運(yùn)用Middleton[47]和Folk et al.[48]的方法分別計(jì)算平均粒徑、分選、偏度及峰度,最后將ImageJ計(jì)算得出的數(shù)據(jù)circularity(形狀系數(shù))、roundness(圓度)、solidity(凸度)和aspect ratio(扁平度)(計(jì)算公式如下所示)繪制散點(diǎn)圖,用于評估當(dāng)時(shí)水動力條件及不同顆粒的搬運(yùn)方式[49]。

Circularity=(4π×s)/c?

Roundness=(4×s)(/ π×lmax?)

Solidity=s/s 擬合橢圓

Aspect ratio=lmax/lmin

式中:s 表示顆粒橫截面面積;c 表示顆粒周長;lmax表示擬合橢圓長軸長;lmin表示擬合橢圓短軸長;s 擬合橢圓表示擬合橢圓的面積。

碳酸鹽巖薄片的微相描述內(nèi)容主要包括顆粒類型、基質(zhì)類型、顆粒含量百分比、顆粒粒徑及生物化石特征等微相劃分標(biāo)志,并參考修訂后的Wilson標(biāo)準(zhǔn)微相類型將觀音崖剖面馬鞍塘組碳酸鹽巖劃分為11種微相類型(MF)[50?51]。

3 結(jié)果和沉積環(huán)境分析

3.1 綿竹漢旺觀音崖剖面馬鞍塘組巖石地層特征

研究區(qū)馬鞍塘組沉積特征分異明顯,結(jié)合野外剖面觀察,基于室內(nèi)鏡下鑒定結(jié)果,識別出11個微相類型(表1),分別是:含包粒似球粒泥?;?guī)r—顆?;?guī)r(MF1)、含生屑似球粒泥?;?guī)r(MF2)、含鮞粒似球粒泥粒灰?guī)r—顆?;?guī)r(MF3)、含生屑同心放射鮞泥?;?guī)r—顆?;?guī)r(MF4)、含生屑表鮞泥?;?guī)r—顆?;?guī)r(MF5)、含生屑腦狀鮞泥粒灰?guī)r(MF6)、含包粒生屑礫狀灰?guī)r(MF7)、含生屑包粒泥?;?guī)r—漂礫灰?guī)r(MF8)、含生屑凝塊石泥?;?guī)r—漂礫灰?guī)r(MF9)、海綿微生物黏結(jié)灰?guī)r(MF10)、蠕蟲管黏結(jié)灰?guī)r(MF11)。根據(jù)微相特征和相關(guān)性,11個微相類型被進(jìn)一步分為5個巖相組合(Lithofacies Association,LA),分別為似球?;?guī)r組合(LA-peloid)、鮞粒灰?guī)r組合(LA-ooid)、生屑灰?guī)r組合(LA-skeletal)、海綿礁組合(LA-sponge reef)以及頁巖組合(LA-shale)。

1) 似球?;?guī)r組合(LA-peloid)

該組合是以似球粒為主的深灰色薄—中層泥粒灰?guī)r—顆?;?guī)r,主要顆粒為似球粒,約占整體的30%,其形態(tài)及特征與巴哈馬似球粒相似,為磨圓和分選都較好的泥晶化細(xì)粒暗色團(tuán)塊,粒徑約0.2 mm。根據(jù)次要顆粒的類型可將該組合分為三個微相:含包粒似球粒泥?;?guī)r—顆?;?guī)r(MF1)、含生屑似球粒泥粒灰?guī)r(MF2)、含鮞粒似球粒泥?;?guī)r—顆?;?guī)r(MF3)。在似球粒灰?guī)r組合中,MF1中的次要顆粒是粒徑較大、暗色、不規(guī)則團(tuán)塊狀的包粒(圖3a),分選和磨圓都較差,包粒內(nèi)部未見紋層等結(jié)構(gòu),但可見包裹其中的有孔蟲和海百合莖等生屑;MF2中的次要顆粒是生物碎屑,粒徑與似球粒大小相似,約占整體的25%,有孔蟲在生屑中占比較高,約占生屑總量的40%,結(jié)構(gòu)保存較好,腔室等細(xì)微結(jié)構(gòu)在鏡下清晰可見,有孔蟲以小栗蟲為主(圖3b),呈紡錘狀;MF3中的次要顆粒為顯微結(jié)構(gòu)保存較差的鮞粒,具有絲狀同心圈層(圖3c)。

2) 鮞?;?guī)r組合(LA?ooid)

本組合主要為深灰色中—厚層夾薄層鮞粒粒泥灰?guī)r—顆?;?guī)r,根據(jù)鮞粒的主要類型可劃分為三個微相,分別為含生屑同心放射鮞泥粒灰?guī)r—顆?;?guī)r(MF4)、含生屑表鮞泥粒灰?guī)r—顆?;?guī)r(MF5)和含生屑腦狀鮞泥?;?guī)r(MF6)。鮞粒類型豐富,鏡下可分辨出五種類型的鮞粒,分別為同心放射鮞、表鮞、腦狀鮞、泥晶鮞和復(fù)鮞。MF4中主要為同心放射鮞,粒徑0.6~1.5 mm,其紋層特征可分為兩種:第一種為同心圈層不明顯,放射圈層明顯(圖3d);第二種同心圈層明顯,可見到明暗相間的同心條帶(圖3e)。MF5中以表鮞為主,其特征為核心占整體的比例較大,主要為亮晶方解石或者生物碎屑,外圈層僅占鮞粒半徑的1/5~1/3,鮞粒粒徑介于0.2~1 mm,圈層無紋層結(jié)構(gòu),僅見亮色環(huán)邊,在鏡下偶見同心狀或同心放射狀極薄外圈層(圖3f)。MF6以腦狀鮞為主,粒徑在0.6~2 mm,根據(jù)其腦狀紋層的特征可分為兩種:一種外圈層為同心紋層,紋層彎曲,邊緣不光滑,鏡下鮞粒邊緣具有港灣狀、瘤狀特征,未見生物參與形成紋層或包殼;另一種腦狀鮞的外邊緣可見葛萬菌纏繞包裹鮞粒,也可見鮞粒周期性地被固著有孔蟲結(jié)殼包裹而形成不規(guī)則邊緣(圖3g,h)。此外,鮞粒灰?guī)r組合中還常見復(fù)鮞和泥晶鮞,復(fù)鮞核心為2~3個放射鮞或同心放射鮞粒,整體為粒徑較大(>1 mm)的暗色團(tuán)塊,且外圈層形狀不規(guī)則,鏡下可見保存較好的葛萬菌(圖3i);泥晶鮞通常粒徑較小,為0.1~0.5 mm,內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)不可見,但形狀規(guī)則,磨圓較好,常與其他類型鮞粒同時(shí)出現(xiàn),鏡下常見同心放射鮞與泥晶鮞共存。

(3) 生屑灰?guī)r組合(LA-skeletal)

根據(jù)主要顆粒和次要顆粒的不同可分劃分為三個微相,分別為含包粒生屑礫狀灰?guī)r(MF7)、含生屑包粒泥?;?guī)r—漂礫灰?guī)r(MF8)以及含生屑凝塊石泥?;?guī)r—漂礫灰?guī)r(MF9)。在該組合中顆粒類型以生物碎屑為主,巖石風(fēng)化面上可見雙殼、腕足、層孔蟲及海綿等,常與層面近平行排列;鏡下可見多種生物碎屑,主要生物類型包括有孔蟲、棘皮、腕足、苔蘚蟲及藻屑等(圖3j),生物碎屑占比為10%~20%,有孔蟲粒徑較小,為0.1~0.2 mm,保存完好;棘皮類碎屑多為海百合莖,粒徑分布范圍較大,0.2~3.5 mm不等,海膽刺較少見,但保存較完整,在鏡下可清晰分辨其脊刺,大小為0.5 mm;苔蘚蟲保存較好,為多個管狀苔蘚動物的蟲室聚合形成,單個蟲室直徑為0.05~0.10 mm,聚合體粒徑為1.5~2.0 mm;腕足藻屑多保存不完整,粒徑不一,最大可達(dá)1 cm。此外,在生屑灰?guī)r組合中還存在超過30%的非骨屑顆粒,如包粒和凝塊石,包粒粒徑0.5~3.0 mm不等,鏡下顏色較顆粒間充填的灰泥更暗且形狀不規(guī)則,常見生屑核心(多為腕足碎片)及有孔蟲、葛萬菌形成的包殼(圖3k);凝塊石的特征為黑色泥晶團(tuán)塊,粒徑差異較大,從毫米級到厘米級均有,磨圓較差,無核心及圈層結(jié)構(gòu),團(tuán)塊內(nèi)含細(xì)碎生物碎屑,泥晶化嚴(yán)重(圖3l)。另外在生屑灰?guī)r組合中可見保存良好的葛萬菌菌絲,多形成顆粒的包殼,或出現(xiàn)在包粒內(nèi)部,也偶見葛萬菌單獨(dú)出現(xiàn)。

MF7的主要顆粒為保存較好的苔蘚蟲、藻屑及腕足等,粒徑較大,可達(dá)厘米級,次要顆粒為包粒,粒徑較大,粒徑大于2 mm的顆粒超過10%且為顆粒支撐,故命名為含包粒的生屑礫狀灰?guī)r;MF8的主要顆粒為包粒,次要顆粒為生物碎屑,主要有藻屑、腕足及海百合莖等,顆粒粒徑大于2 mm的超過10%且部分為基質(zhì)支撐,故命名為含生屑的包粒泥粒灰?guī)r—漂礫灰?guī)r(MF8);MF9中的主要顆粒為凝塊石,次要顆粒為生物碎屑,常見海綿骨針和海百合莖。

4) 海綿礁灰?guī)r組合(LA-sponge reef)

海綿礁灰?guī)r組合中包括兩個微相,深灰色厚層海綿微生物黏結(jié)灰?guī)r(MF10)和深灰色厚層蠕蟲管黏結(jié)灰?guī)r(MF11)。該灰?guī)r組合顆粒之間的填隙物主要為灰泥,在鏡下可見樣品薄片中零散分布的海綿骨針或骨針格架,最典型的骨針格架呈方格網(wǎng)狀,是六射海綿的特征,散落的海綿骨針多呈“十字”狀,具有四個尖端,長軸長度為0.5~1.0 mm,鏡下偶見長3~5 mm的骨針;也可見保存較完整的海綿,骨針有序排列,多為管狀海綿的橫截面,直徑可達(dá)1 cm,可見海綿中間用來排水的空腔(圖3m)。海綿中常見具有厚泥晶套的蠕蟲管,其管徑分布范圍較大,多根管體呈簇狀產(chǎn)出,產(chǎn)狀具有定向性,在鏡下可見其橫截面,管徑0.5~5.0 mm,該類蠕蟲管無管壁,而是在蟲管之外有很厚的泥晶套,泥晶套的厚度達(dá)0.1 mm,泥晶套外側(cè)邊緣不規(guī)則,內(nèi)側(cè)光滑,這種蠕蟲管多與似球粒泥晶一同出現(xiàn)(圖3n);在鏡下還見到另一種蠕蟲管,管徑較小約0.5 mm,未見泥晶套,在鏡下可見管壁,管壁較薄,約0.02 mm,微亮晶充填,管內(nèi)空腔被塊狀方解石充填(圖3j)。海綿礁灰?guī)r組合中主要為海綿骨針或海綿碎片,其他生物碎屑較少,偶見海百合及腕足殼體的碎片(圖3o)。

5) 頁巖組合(LA-shale)

主要由深灰色頁巖、互層的砂巖和粉砂巖,及鈣質(zhì)粉砂巖組成。有機(jī)質(zhì)含量較高,海相生物化石、顆粒較大的黃鐵礦結(jié)核和植物化石極為常見。

上述組合類型在觀音崖剖面馬鞍塘組的碳酸鹽巖沉積序列中相繼出現(xiàn)。似球?;?guī)r組合在馬鞍塘組的底部出現(xiàn),顆粒類型以非骨屑顆粒為主,如似球粒、包粒等,似球粒粒徑在沉積序列中有先減小后增大的趨勢,包粒主要集中出現(xiàn)在似球?;?guī)r組合的最下部位置,并在似球粒灰?guī)r組合的頂部同鮞粒一起再次集中出現(xiàn),在該段的灰?guī)r組合中,巖性由含包粒似球粒泥粒灰?guī)r—顆?;?guī)r變?yōu)楹妓魄蛄D嗔;規(guī)r,最后出現(xiàn)含鮞粒似球粒泥?;?guī)r—顆粒灰?guī)r;鮞?;?guī)r組合沉積在似球?;?guī)r組合的上部,顆粒支撐,顆粒之間以亮晶膠結(jié)為主,同心放射鮞、表鮞和腦狀鮞在該灰?guī)r組合中依次出現(xiàn),泥晶鮞分布較廣,常與其他類型鮞粒同時(shí)出現(xiàn),在鮞粒灰?guī)r組合的沉積序列中泥晶鮞自下往上數(shù)量增加,粒徑變大,同時(shí)在該段的灰?guī)r組合中,巖性由含生屑同心放射鮞泥?;?guī)r—顆粒灰?guī)r逐漸演變?yōu)楹急眭b泥?;?guī)r—顆?;?guī)r,最后出現(xiàn)含生屑腦狀鮞泥粒灰?guī)r。在鮞?;?guī)r組合中夾兩層生屑灰?guī)r,厚約0.4 m,野外可見較大的雙殼、腕足、層孔蟲及海綿等生屑,常與層面近平行排列,鏡下還見到棘屑、腹足、腕足、有孔蟲、介形蟲、海綿、蠕蟲管,和個別粒徑1~2 cm的苔蘚蟲、海綿及重結(jié)晶的藻屑。生屑灰?guī)r分隔開的鮞?;?guī)r中顆粒之間灰泥含量增加,由鮞粒顆?;?guī)r變?yōu)轷b粒泥?;?guī)r;生屑灰?guī)r組合主要沉積在鮞?;?guī)r組合之上,生屑灰?guī)r組合中除了出現(xiàn)大量生物碎屑外,還存在大量包粒和凝塊石,包粒出現(xiàn)在該灰?guī)r組合的下部,巖性為含生屑包粒泥粒灰?guī)r—漂礫灰?guī)r,往上包粒消失,由凝塊石取而代之,巖性轉(zhuǎn)變?yōu)楹寄龎K石泥?;?guī)r—漂礫灰?guī)r;最后出現(xiàn)的海綿礁灰?guī)r組合發(fā)育在生屑灰?guī)r組合之上,并呈透鏡狀一部分沉積在頁巖組合中,海綿礁灰?guī)r組合巖性分界明顯,下部為海綿微生物黏結(jié)灰?guī)r,上部轉(zhuǎn)變?yōu)槿湎x管黏結(jié)灰?guī)r。

3.2 顆粒統(tǒng)計(jì)特征

3.2.1 顆粒粒徑特征

似球?;?guī)r組合。鏡下粒徑統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,似球?;?guī)r組合部分的顆粒粒徑主要集中在44~354 μm,在粒度分布直方圖及累積曲線中,主峰先往右偏移后往左偏移且逐漸不突出,反映Φ 值先增大后減小,顆粒粒徑先減小后增大,這與野外特征一致(圖4a~d)。峰值由樣品GYYD-06中的177~333 μm減小至GYYD-09 樣品的67~88 μm,最后在GYYD-16-1樣品中恢復(fù)至177~333 μm(圖4a~d)。鏡下可觀察到GYYD-06和GYYD-16-1樣品中出現(xiàn)了粒徑較大的包粒、鮞粒及生物碎屑,根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果其粒徑最大可達(dá)到1 414~2 000 μm(圖4a,d)。

概率值累積曲線特征為粒度較細(xì),Φ 值均大于1,GYYD-09到GYYD-14號樣品曲線以“一段式”為主,且“一段式”的斜率較大,曲線斜率最高可達(dá)60°,反映了似球粒顆粒分選性較好的特點(diǎn),搬運(yùn)方式以跳躍搬運(yùn)為主(圖4e,f)。動蕩的水體易對跳躍搬運(yùn)的顆粒進(jìn)行分選,跳躍搬運(yùn)的組分往往是沉積物中分選最好的部分。

鮞?;?guī)r組合。在整個鮞?;?guī)r組合的樣品中未見鮞粒粒徑出現(xiàn)規(guī)律性變化。在鏡下可見鮞粒分選較差,粒徑統(tǒng)計(jì)結(jié)果和鏡下觀察到的現(xiàn)象一致,鮞粒的粒度分布范圍較大,從88~2 000 μm均有出現(xiàn)(圖5a~d)。在粒度直方圖中,僅在3~4個樣品粒徑統(tǒng)計(jì)直方圖中出現(xiàn)單峰值,單峰值為354~500 μm,其余樣品的粒徑統(tǒng)計(jì)直方圖為多峰或峰值不明顯,峰值介于177~707 μm,這也符合鏡下看到的顆粒分選較差這一特征,GYYD-34號樣品中出現(xiàn)大量粒徑較大的鮞粒,最大可達(dá)2 000 μm(圖5c)。其中該灰?guī)r組合中可能偶爾出現(xiàn)保存較完整的生物碎屑,如在GYYD-18 號樣品中出現(xiàn)的腕足殼體,粒徑可達(dá)5 000 μm,同時(shí)在大粒徑鮞粒的粒間夾雜其他碳酸鹽顆粒,如GYYD-34號樣品中的小粒徑鮞粒和生物碎屑等,導(dǎo)致該灰?guī)r組合分選極差,可分出十個粒度區(qū)間(圖5a,c)。概率值累積曲線特點(diǎn)為Φ 值最小為0,該組合顆粒粒徑較似球?;?guī)r組合部分有所增加,曲線以不標(biāo)準(zhǔn)的“一段式”為主,斜率較小,接近30°,反映了鮞?;?guī)r組合中顆粒分選性較差的特點(diǎn),搬運(yùn)方式以跳躍搬運(yùn)為主,幾乎未見滾動和懸浮顆粒(圖5e,f)。

生屑灰?guī)r組合。在該灰?guī)r組合中出現(xiàn)的顆粒主要有凝塊石、包粒及生物碎屑,樣品統(tǒng)計(jì)平均值分別為194 μm、274 μm、221 μm、282 μm、239 μm、362 μm和366 μm,整體上有稍微變大的趨勢。顆粒粒徑分布范圍較大,從65~4 000 μm皆有分布,粒度區(qū)間多達(dá)8~11個,峰值多不明顯,未出現(xiàn)雙峰或多峰,從粒徑統(tǒng)計(jì)上分析該段分選極差,存在大粒徑的包?;蚰龎K石,這與鏡下觀察到的現(xiàn)象一致(圖6a~d)。

概率值累積曲線特點(diǎn)為曲線以“兩段式”為主,曲線斜率較小,反映了該灰?guī)r組合顆粒分選性較差的特點(diǎn),搬運(yùn)方式以滾動和跳躍搬運(yùn)為主,幾乎未見懸浮顆粒(圖6e,f)。

粒度平均值、分選、偏度及峰度統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(圖7),在似球?;?guī)r組合中,含包粒似球粒泥?;?guī)r—顆?;?guī)r間隔出現(xiàn),導(dǎo)致樣品的平均值、分選、偏度及峰度存在一定幅度的波動。含包粒似球粒泥?;?guī)r—顆?;?guī)r樣品的平均粒徑較大,為169~346 μm,含生屑似球粒泥粒灰?guī)r—顆?;?guī)r和含鮞粒似球粒泥粒灰?guī)r—顆?;?guī)r樣品平均粒徑值則集中在82~173 μm;似球?;?guī)r組合樣品分選值基本小于其他灰?guī)r組合樣品分選值,反映其分選與其他灰?guī)r組合相比較好;該灰?guī)r組合中含包粒似球粒泥?;?guī)r—顆?;?guī)r的偏度值主要為正偏態(tài),峰偏向粗粒度一側(cè),即存在大量包粒,而含生屑似球粒泥?;?guī)r—顆粒灰?guī)r和含鮞粒似球粒泥?;?guī)r—顆?;?guī)r的偏度值小于零,為負(fù)偏態(tài),沉積物以細(xì)粒(似球粒)為主;似球?;?guī)r組合中底部樣品峰度值存在小幅度波動,說明是由多種類型的顆?;旌铣练e而成。

鮞?;?guī)r組合的平均值集中在285~351 μm,該組合中的顆粒平均粒徑大于似球粒灰?guī)r組合中的顆粒平均粒徑,該組合中含生屑同心放射鮞泥?;?guī)r—顆?;?guī)r和含生屑表鮞泥粒灰?guī)r—顆?;?guī)r部分樣品分選值變化不大,說明分選較好,含生屑腦狀鮞灰?guī)r部分分選值發(fā)生波動,分選性變差;偏度值集中在0,說明顆粒粗細(xì)均勻。在樣品GYYD-35處鏡下可觀察到鮞粒雙峰態(tài)明顯,小粒徑的鮞粒和似球粒局部集中分布在大粒徑的鮞粒間隙之間,這一特征同樣可以在平均值、分選、偏度統(tǒng)計(jì)圖中顯示出來:平均粒徑Φ 值稍有減?。▽?shí)際值增大),分選值達(dá)到1.25,分選較差,偏度值大于0,以粗粒徑顆粒為主。

生屑灰?guī)r組合的平均值集中在195~608 μm,樣品平均粒徑最大可達(dá)608 μm,明顯大于其他兩個灰?guī)r組合的顆粒平均粒徑。樣品分選值大于似球?;?guī)r組合以及鮞粒灰?guī)r組合,說明該灰?guī)r組合分選較以上兩種更差。

3.2.2 顆粒形態(tài)特征

定量描述顆粒形態(tài)特征的參數(shù)形狀系數(shù)(circularity)、圓度(roundness)、凸度(solidity)和扁平度(aspect ratio)是由ImageJ軟件直接計(jì)算得出,將其投點(diǎn)得到下圖(圖8):在圖中似球?;?guī)r組合中出現(xiàn)包粒部分circularity 值為0.5~0.6,roundness 為0.7~0.8,aspect ratio為1.5~2.0,顆粒極不規(guī)則,磨圓中等,以似球粒為主的顆粒aspect ratio 接近2,以形狀規(guī)則、磨圓較好的扁長形橢圓為主。鮞?;?guī)r組合部分的整體碳酸鹽顆粒circularity 值集中在0.7~0.8,roundness為0.8~0.9,solidity略大于似球粒灰?guī)r組合部分,aspect ratio集中在1.5,說明顆粒磨圓較似球?;?guī)r組合部分更好,形狀以橢圓為主但比似球粒更飽滿、更圓。在生屑灰?guī)r組合部分中,circularity 值為0.6~0.7,roundness 為0.7~0.8,aspect ratio 為1.5~2.0,顆粒極不規(guī)則,磨圓較差。其中GYYD-30號樣品中出現(xiàn)極不規(guī)則生屑,導(dǎo)致四個參數(shù)有較大變化,這一特征與鏡下觀察到的一致(如圖8中紅色虛線范圍)。

4 討論

4.1 川西北漢旺觀音崖剖面馬鞍塘組淺水碳酸鹽工廠的構(gòu)成

研究區(qū)熱帶淺水碳酸鹽生產(chǎn)工廠可進(jìn)一步劃分為以似球粒、鮞粒、生屑及生物礁等顆粒組合表征的特異化工廠類型,指示了不同的碳酸鹽生產(chǎn)過程。沉積序列中縱向短時(shí)間尺度內(nèi)多種特異化工廠的交替出現(xiàn),可以反映多種碳酸鹽生產(chǎn)模式在橫向空間上的共存及相互轉(zhuǎn)化(圖9)。似球粒組合工廠主要顆粒為似球粒,同時(shí)存在粒徑較大的包粒,生物碎屑以底棲有孔蟲為主,可以解釋為沉積在中—高能環(huán)境,位于靠近潟湖的局限內(nèi)緩坡的浪基面以上,大量存在的包粒則是由微鉆孔生物在極淺的環(huán)境中通過泥晶化作用形成的,生物碎屑分選和磨圓都較好,同樣也說明了這套沉積物形成于相對高能的環(huán)境中[52?54];鮞粒組合工廠中的主要顆粒為鮞粒,顆粒間多以亮晶膠結(jié)為主,表明此時(shí)水體能量達(dá)到最高,且長時(shí)間維持一種氧分充分、營養(yǎng)水平低但水體能量較強(qiáng)的狀態(tài),同時(shí)鮞粒的雙峰態(tài)分布說明了鮞粒組合工廠可能發(fā)育在受風(fēng)暴影響的內(nèi)緩坡高能淺灘或海岸環(huán)境,不一定為原地工廠[55?56];生屑組合工廠以顆粒支撐為主,顆粒間多充填灰泥,說明此時(shí)的水深大于似球粒組合工廠和鮞粒組合工廠。此外,大量的微生物形成的碳酸鹽顆粒以及種類豐富的海洋生物表明了沉積環(huán)境為開放的低—中能的內(nèi)緩坡到中緩坡[57];海綿礁組合工廠主要由蠕蟲管黏結(jié)灰?guī)r、海綿微生物黏結(jié)灰?guī)r組成,沉積環(huán)境指示中緩坡的外側(cè),李勇等[58]根據(jù)該區(qū)原位海綿礁的厚度,估算了海綿生長的水深在150 m以上。自海綿礁開始生長,細(xì)石英粉砂開始出現(xiàn)[23],陸源碎屑物質(zhì)的出現(xiàn)可能為海綿或其他異養(yǎng)生物提供了營養(yǎng),也可能正是因?yàn)榇罅筷懺此樾嘉镔|(zhì)的輸入導(dǎo)致了海綿礁的消亡[20];隨后,在海綿礁上部覆蓋的頁巖和泥質(zhì)粉砂巖中發(fā)現(xiàn)大量開闊海環(huán)境指相化石,如菊石,表明研究區(qū)海平面持續(xù)上升[24]。

4.2 同沉積期不同環(huán)境下碳酸鹽生產(chǎn)方式的差異

四川盆地西北部的綿竹漢旺地區(qū)馬鞍塘組沉積的碳酸鹽厚度約為70 m[20,25],同沉積期出現(xiàn)的多個細(xì)分特異化工廠類型,指示了不同環(huán)境下碳酸鹽生產(chǎn)方式的差異。

似球粒組合工廠主要建造者包括似球粒、包粒及生屑顆粒,主要通過生物誘導(dǎo)和生物控制礦化共同參與形成。其中似球粒主要是由生屑和鮞粒首先經(jīng)過藻類鉆孔,然后被泥晶方解石充填,導(dǎo)致了顯微結(jié)構(gòu)完全消失,產(chǎn)生的圓形泥晶顆粒,為典型的巴哈馬似球粒[51,54];包粒是由微生物和其他結(jié)殼類生物形成的結(jié)核狀包殼顆粒,研究區(qū)出現(xiàn)的包粒根據(jù)形成包殼生物不同可分為兩類,即葛萬菌包粒和有孔蟲包粒,包殼的圈層由固著的生物殼體(即葛萬菌和有孔蟲)形成,通過黏結(jié)或捕獲細(xì)粒沉積物或促進(jìn)同沉積期沉積物發(fā)生礦化作用[59?60];大量包粒的存在和顆粒普遍的泥晶化表明顆粒的長時(shí)間靜置,使得藻類等鉆孔生物有足夠的時(shí)間對顆粒進(jìn)行鉆孔和磨蝕[54]。

鮞粒組合工廠是研究區(qū)的主要細(xì)分工廠類型,鮞粒的生長需要合適的碳酸鹽顆粒作為核心,碳酸鹽晶體圍繞核心發(fā)生化學(xué)沉淀并聚集形成紋層,這一過程要求處于碳酸鹽超飽和水體中且處于懸浮攪動階段[61]。鮞粒的形成通常被認(rèn)為是一個非生物成因的無機(jī)過程,但鮞粒圈層間和外部發(fā)育的微生物結(jié)構(gòu)說明存在微生物參與的礦化作用[55];腦紋狀鮞粒與紋層狀鮞粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度相似,外凸的紋層結(jié)構(gòu)可能反映了微生物群落對光照和營養(yǎng)的競爭;復(fù)鮞是經(jīng)過黏結(jié)、凝聚和膠結(jié)作用等多個階段最后形成的[62]。

生屑組合工廠中碳酸鹽的沉淀與生物控制的骨骼或殼體的鈣化作用和微生物誘導(dǎo)礦化有關(guān)[8]。骨屑顆粒是通過生物控制礦化作用形成的,在生屑組合工廠中,光自養(yǎng)型生物大量存在,如藻類;另外,還有與藻類共生的動物,包括底棲有孔蟲、軟體類和部分造礁海綿[10]。凝塊石為一種不具紋層構(gòu)造,形狀大小各異,磨圓較差的泥微晶團(tuán)塊,可能是微生物在生命活動中沉淀并黏結(jié)灰泥而形成的,或和生物腐爛分解過程中的有機(jī)質(zhì)降解有關(guān)[8,63?64]。

海綿礁組合工廠中主要的生產(chǎn)者為光自養(yǎng)型生物和后生動物。研究區(qū)主要造礁生物除海綿外,與之共生的還有大量的蠕蟲管和微生物,蠕蟲管和微生物通過捕獲細(xì)粒物質(zhì)并誘導(dǎo)碳酸鹽沉淀,形成了特有的黏結(jié)—障積海綿礁[59,63]。棘皮類、腹足類、介形類、雙殼類、海綿(多為海綿骨針,偶見海綿)等的存在說明海綿礁的生長為底棲后生生物提供了適宜的生存環(huán)境[39?41],也成為海綿礁組合工廠中的一部分碳酸鹽顆粒的來源。

4.3 碳酸鹽生產(chǎn)工廠的主要影響因素

4.3.1 海平面變化及相關(guān)因素

研究區(qū)碳酸鹽工廠轉(zhuǎn)變的主要影響因素為海平面的變化,海平面的變化一方面直接影響著水體能量的變化和海洋生物的種類,另一方面調(diào)控著碳酸鹽生產(chǎn)的環(huán)境[65?66]。漢旺地區(qū)在晚三疊世之前經(jīng)歷了一次海平面下降,而在晚三疊世卡尼期,由于龍門山造山楔構(gòu)造負(fù)載引起揚(yáng)子板塊西部的撓曲沉降,從而導(dǎo)致研究區(qū)水深不斷加深(圖2)[40]。研究區(qū)發(fā)生了短暫的碳酸鹽臺地暴露及隨后持續(xù)的海侵,碳酸鹽的生產(chǎn)經(jīng)歷了下降然后恢復(fù)的過程[15?19]。

海平面變化同時(shí)影響著溫度和碳酸鹽飽和度[61,67]。溫度主要以兩種方式影響碳酸鹽生產(chǎn)者:首先,溫度直接影響了生物種類,且變溫生物新陳代謝相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)主要由溫度決定[68];此外,溫度控制了二氧化碳的溶解度和碳酸鈣的飽和度,從而影響海洋鈣化和維持碳酸鹽骨骼所需要的物質(zhì)來源和反應(yīng)能量[61,69?70]。研究區(qū)的暖水環(huán)境適合多種海洋生物生存并進(jìn)行生物鈣化,同時(shí)暖水條件下也有利于維持高的碳酸鹽飽和度,海水飽和度對不同顆粒的形成起到一定的促進(jìn)或抑制作用。研究表明,在Tuvalian時(shí)期,海水表層溫度經(jīng)歷了先上升后下降的過程,海水溫度在Tuvalian1到Tuvalian2時(shí)期升高,并在Tuvalian3時(shí)期開始下降,因此似球粒組合工廠到鮞粒組合工廠的轉(zhuǎn)變被認(rèn)為可能是由于水溫升高引起碳酸鹽飽和度升高的結(jié)果[21,33,71];隨后研究區(qū)的海平面加深的同時(shí)海水溫度持續(xù)降低,鮞粒組合工廠的消亡正是水體能量降低以及碳酸鹽高飽和狀態(tài)被破壞的一個實(shí)例,水體的加深改變了生物組合,為海綿礁組合工廠的發(fā)育創(chuàng)造了條件[22,25,34]。

海平面變化直接控制著水體能量,并通過影響顆粒的大小、分選和磨圓,以及搬運(yùn)形式等影響碳酸鹽工廠的類型和構(gòu)成,此外,風(fēng)暴在其中也起到一定的作用,還通過攪動、搬運(yùn)等形式影響碳酸鹽工廠的顆粒組成[72?74]。針對水動力的討論主要為在Tuvalian1時(shí)期研究區(qū)不同水動力強(qiáng)度對碳酸鹽顆粒的影響:似球粒組合工廠中碳酸鹽顆粒的平均粒徑為65~272 μm,粒徑較小,且顆粒的分選最好,aspect ratio接近2,以形狀規(guī)則、磨圓較好的扁長形橢圓為主,其搬運(yùn)方式主要為跳躍搬運(yùn),說明其發(fā)育在中—高能環(huán)境;鮞粒組合工廠中的顆粒平均粒徑介于285~351 μm,較似球粒組合工廠有所增加,roundness為0.8~0.9,solidity略大于似球?;?guī)r組合部分,aspect ratio小于似球粒組合工廠,說明碳酸鹽顆粒磨圓較似球?;?guī)r組合部分更好,形狀更加飽滿;搬運(yùn)形式一般為滾動或跳躍搬運(yùn),在其發(fā)育時(shí)期,水動力強(qiáng)度應(yīng)大于似球粒組合工廠。在鮞粒組合工廠中鮞粒粒徑出現(xiàn)雙峰態(tài)分布,小粒徑的鮞粒和似球粒局部集中分布在大粒徑的鮞粒間隙之間,分選值達(dá)到1.25,偏度值大于0,以粒徑較大的鮞粒為主,另外還出現(xiàn)多個的生屑富集帶,鏡下生屑粒徑最大可達(dá)7 mm,野外可見厘米級的海綿及層孔蟲等造礁生物碎屑,以上現(xiàn)象說明在鮞粒工廠發(fā)育的過程中疑似受到風(fēng)暴作用的影響[20,39],并且可能在橫向上與生物礁共存;生屑組合工廠中出現(xiàn)的碳酸鹽顆粒除生物碎屑外,還存在大量的包粒和凝塊石,平均粒徑集中在195~608 μm,明顯大于其他兩種組合工廠的顆粒平均粒徑,circularity值為0.6~0.7,roundness為0.7~0.8,aspect ratio為1.5~2,指示顆粒極不規(guī)則,磨圓較差,再加上部分顆粒間由灰泥充填,代表著水深的加深,呈現(xiàn)一種水動力較弱的狀態(tài)。

而各個細(xì)分工廠在沉積序列縱向上的快速變化也可以指示它們在沉積體系中橫向上的共生關(guān)系。因此,較短時(shí)間尺度下細(xì)分工廠類型的轉(zhuǎn)變可能主要與區(qū)域海平面變化控制的橫向生產(chǎn)工廠類型的遷移有關(guān),而與極端事件等關(guān)系不大。

4.3.2 營養(yǎng)水平的變化

營養(yǎng)水平是調(diào)節(jié)碳酸鹽生產(chǎn)的關(guān)鍵因素,控制了淺水環(huán)境中不同工廠類型的形成[75]。“營養(yǎng)物質(zhì)”可以用來描述環(huán)境中的有機(jī)物,也可以包括通過光能和化學(xué)能合成有機(jī)物的無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì),其主要來源為陸源物質(zhì)或有機(jī)質(zhì)的輸入,從而影響底棲生物群的多樣性、優(yōu)勢性和穩(wěn)定性[10]。碳酸鹽巖和生物礁的發(fā)育往往受營養(yǎng)梯度的影響,從生態(tài)學(xué)的角度來看,熱帶水體中群落結(jié)構(gòu)的主要轉(zhuǎn)變都是隨著環(huán)境中營養(yǎng)梯度的變化而改變,從寡營養(yǎng)到中營養(yǎng),從中營養(yǎng)到富營養(yǎng),從富營養(yǎng)到過營養(yǎng)(圖10)[76]。在這四種梯度中,每一種都具有不同的限制因素,例如在寡營養(yǎng)區(qū)域,幾乎不存在營養(yǎng)資源的競爭,營養(yǎng)資源的競爭主要發(fā)生在中營養(yǎng)區(qū)域,而富營養(yǎng)區(qū)域由于浮游生物的大量存在,導(dǎo)致底棲生物極大地受到光照的限制。過營養(yǎng)環(huán)境的地表水中有機(jī)碳過飽和,底棲生物的生存受到氧氣含量的影響[77?78]。球粒、包粒的出現(xiàn)往往伴隨著高營養(yǎng)水平,而營養(yǎng)水平低就會出現(xiàn)亮晶膠結(jié)的鮞粒和生物礁的發(fā)育,而微生物主導(dǎo)的礁往往形成于富營養(yǎng)環(huán)境,海綿為主導(dǎo)的生物礁可能形成于中等營養(yǎng)水平[79?81]。因此研究區(qū)在卡尼期可以認(rèn)為是一個從相對中等營養(yǎng)過渡到低營養(yǎng)再到中高營養(yǎng)水平的過程。研究區(qū)的似球粒組合工廠的發(fā)育過程往往需要一定的營養(yǎng)水平,部分營養(yǎng)物質(zhì)的輸入,極大地促進(jìn)了鉆孔生物的繁盛,球粒越致密,就是泥晶化越強(qiáng)的表現(xiàn),同時(shí)這也是一些微生物適應(yīng)強(qiáng)水動力的指示[23,40]。在鮞粒組合工廠部分,頻繁出現(xiàn)的風(fēng)暴不僅造成了鮞粒的雙峰態(tài)分布,也帶來了大量的生物碎屑,同時(shí)也為養(yǎng)分含量相對較低的鮞粒灘帶來一定的營養(yǎng)鹽,因此能夠偶爾看到微生物在鮞粒組合工廠中局部集中出現(xiàn)[20,75]。陸源碎屑含量在生屑組合工廠及海綿礁組合工廠的發(fā)育期間持續(xù)增加,為其帶來大量的營養(yǎng)物質(zhì),因此,以上兩種細(xì)分工廠可能發(fā)育在中—高營養(yǎng)環(huán)境中。同時(shí),還可能存在由于有機(jī)質(zhì)降解(如生物礁中的海綿死亡后)導(dǎo)致局部環(huán)境營養(yǎng)水平升高的情況,這一點(diǎn)也可以用來解釋海綿微生物黏結(jié)灰?guī)r中大量微生物相關(guān)的灰泥組分以及富有機(jī)質(zhì)的凝塊石存在的現(xiàn)象。

5 結(jié)論

(1) 四川盆地西北部的綿竹漢旺地區(qū)馬鞍塘組碳酸鹽巖沉積可識別出11個碳酸鹽微相,根據(jù)微相特征和相關(guān)性,可進(jìn)一步歸為5類巖相組合,分別為似球?;?guī)r組合、鮞?;?guī)r組合、生屑灰?guī)r組合、海綿礁組合及頁巖組合。

(2) 研究區(qū)以熱帶淺水碳酸鹽巖沉積為主,可進(jìn)一步劃分為以似球粒、鮞粒、生屑及生物礁等特異化工廠類型,能夠指示不同的碳酸鹽生產(chǎn)過程。其中似球粒組合工廠發(fā)育在位于靠近潟湖的局限內(nèi)緩坡浪基面以上的中—高能環(huán)境,其形成多與微生物鉆孔、包殼以及黏結(jié)作用有關(guān);鮞粒生長在高碳酸鹽飽和度環(huán)境中且處于懸浮攪動階段,因此鮞粒組合工廠可能發(fā)育在受風(fēng)暴影響的內(nèi)緩坡高能淺灘或海岸環(huán)境;生屑組合工廠發(fā)育在開放的低—中能的內(nèi)緩坡到中緩坡環(huán)境,其形成往往與生物誘導(dǎo)和生物控制的礦化作用有關(guān);海綿礁組合工廠發(fā)育在中緩坡外側(cè)的低能環(huán)境中。

(3) 研究區(qū)熱帶淺水碳酸鹽工廠發(fā)育及轉(zhuǎn)換更多地受區(qū)域海平面變化控制。頻繁的海平面變化導(dǎo)致碳酸鹽礦物飽和度、水體能量等因素快速變化,進(jìn)而驅(qū)動了具體細(xì)分工廠的轉(zhuǎn)變。另外,營養(yǎng)水平是調(diào)節(jié)碳酸鹽生產(chǎn)的關(guān)鍵因素,可能控制了淺水環(huán)境中不同工廠類型的形成。研究區(qū)沉積序列上眾多細(xì)分工廠的快速變化指示了其在橫向上的共生關(guān)系。因此,細(xì)分工廠類型在短時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)變可能主要由區(qū)域海平面變化控制的橫向生產(chǎn)工廠類型的遷移引起,而與極端事件等無關(guān)。

致謝 感謝西南石油大學(xué)李飛教授、研究生李怡霖、王曾俊,以及中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所羅翠副研究員對本文的建議與討論。感謝成都理工大學(xué)杜怡星副研究員、研究生李濱兵參與部分野外工作。

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