刘家场李家湾下奥陶统红花园组生物礁研究

万青青，肖传桃，郭先涛王雅芳，程子杰，何明薇

（长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100）

研究区位于湖北省松滋市刘家场镇东北方向2公里处的李家湾。刘家场镇北临长江三峡，东接江汉平原，南部与湘西北的武夷山地毗邻，西部与鄂西南山地相连。大地构造上属于扬子稳定陆块中段。中扬子地区在早奥陶世早期为稳定的碳酸盐岩台地［1］。在扬子碳酸盐岩台地中，散布着11个滩，即城口滩、巫溪滩、武隆南川滩、印江滩、铜仁滩、龙里滩、秭归滩、宜昌滩、松滋滩、大冶阳新滩、南京滩［2］，研究区属于其中的松滋滩。

1 地层剖面简介

研究区剖面地层走向为近南北方向，倾角21～25°，出露良好，剖面层序完整。根据剖面中页岩的分布情况、所含化石种类及丰度，将其分为9层并找到16个礁体。研究区红花园组中下部岩性主要包括浅灰色－深灰色中－厚层亮晶砾屑、砂屑灰岩、生物碎屑灰岩以及生物礁灰岩，夹9小层页岩。上部岩性主要以深灰色厚层－块状泥晶灰岩为主，夹2小层页岩，厚度约为60.5m。红花园组地层下部与分乡组顶部厚层页岩整合接触，其上与大湾组棕红色瘤状灰岩整合接触，顶底界限分明。在红花园组厚层灰岩中，可见大量点礁发育，礁体及围岩中化石丰富，如海百合、古杯类、苔藓虫、瓶筐石、藻类、硅质海绵、介壳类和腕足等 （见图1）。

图1 李家湾红花园组岩性柱状图

各层礁体的丰度不同，第2层最多，2～10号礁体均见于该层，其他各层基本仅有1～2个礁体（见图1）。有些礁体保存完整，礁基、礁核、礁盖均可见到，如8号和9号礁，而另一些礁体则遭到了破坏，仅见有礁基、礁核，缺失礁盖，如5号和9号礁。

2 造礁生物类型与个体古生态特征

礁体上可见大量化石，主要有瓶筐石、藻类、海百合、苔藓虫，还能观察到硅质海绵、双壳类、介壳类、腕足类等。

1）海百合 （Crinoidea） 海百合为棘皮类动物，其在整个研究区大量产出，但没有观察到完整的海百合，大部分是海百合茎。单个海百合在露头上的形态大多为圆环状，“圆环”内径0.5～5mm不等，外径介于2～12mm。其立体形态应为枝状或从状。海百合常成群出现，单个出现的情况很少。海百合群像草丛一样，能够障积灰泥，形成障积礁，这种类型的障积礁在地史中较为罕见［3］。

2）瓶筐石 （Calathium） 瓶筐石属多孔动物门，是上部具开口，下部具根状固着器官的倒锥状生物体［4］。在露头上看到的瓶筐石化石有2种形态，一种和海百合相似，呈圆环状，但比海百合要更大，“圆环”内径1～4cm，外径比内径长约4～8mm，这种形态为瓶筐石的横截面；另一种为 “V”字形，“V”字形左右2边对称，2边长约1.5～3cm，2边夹角一般为55°左右，这种形态为瓶筐石的纵截面。

3）藻类 （Alga） 主要为蓝绿藻，在露头上呈丝状或絮状。保存完整的蓝绿藻在底部通常较粗，直径约为3～6mm，该较粗的部分一般较直，长4～10cm，再向上出现分支，各个分支均较细，直径只有0.3～2mm，且形态弯弯曲曲，向上延伸较远。蓝绿藻也是群居生物，它们障积灰泥，从而形成障积礁。

4）苔藓虫 （Bryozoan） 苔藓虫属水生滤食性动物，它们连片群居，以外形很像苔藓植物而得名。它们具有分泌钙质或几丁质骨骼的能力，形成球状、半球状、结节状、块状、枝状、蔓状、扇状、漏斗状、皮壳状的硬体，固着或附生于基岩、岩屑、砾屑、海藻、水媳茎系、船只或其他物体之上［5］。研究区苔藓虫呈皮壳状，单个个体很小，在露头上成近圆形，直径约为0.05～0.1mm，苔藓虫成群覆盖在岩石表面，外形极似蛇皮上的鳞片，且与瓶筐石共生，苔藓虫可以在其他生物表面结壳，从而提高了瓶筐石障积灰泥的能力［6］。

5）硅质海绵 （Siliceous Sponge） 硅质海绵为水生固着底栖动物，可能由于其抗风化能力强于灰岩，因此其在露头上一般会突出岩石表面，颜色为土黄色。单个硅质海绵在露头上常为圆形，直径约为0.8～1.5cm，其既可以分散出现，又可以成群出现。硅质海绵丰度较低，常与瓶筐石、藻类共生，可以认为其在造礁过程中起得作用较小。

3 生物礁的演化

研究区生物礁未见到骨架结构，而以障积作用和粘结作用为主。对其分类和命名的原则如下:首先按主要建礁作用把生物礁划分为障积礁和粘结礁；若同一生物礁中障积作用和粘结作用并存，则命名为粘结－障积丘或障积－粘结丘 （主要作用在后面）；其次，按造礁生物优势种类进一步命名。若礁体中造礁生物种类只有一种，则按造礁生物种类进行命名。如果同一生物礁中有2种或2种以上造礁生物，则取数量占优势者合并命名，不同造礁生物用 “－”分开，并且数量多者靠近基本名称，例如障积礁中，若苔藓虫和瓶筐石占优势，且苔藓虫数量更多，则命名为瓶筐石－苔藓虫障积礁。

根据这一命名原则，对研究区生物礁进行命名。占优势地位的造礁生物从红花园组下部到上部的变化趋势大致为:海百合→瓶筐石、蓝绿藻→苔藓虫、瓶筐石。对应的礁体分别命名为海百合障积礁 （见图2）、蓝绿藻－瓶筐石粘结－障积礁 （见图3）以及瓶筐石－苔藓虫障积礁 （见图4）。

在红花园组下部的礁体中，化石种类单一，主要是海百合，偶见瓶筐石、硅质海绵、腕足类等。海百合是一种典型的障积生物，对于礁体的形成起决定性作用。再往上，海百合数量突然变少，而瓶筐石、蓝绿藻越来越多，取代海百合成为主要的造礁生物。虽然瓶筐石、蓝绿藻的障积能力不如海百合，但蓝绿藻还具有粘结功能，因而也能形成礁体，礁体的形成既有障积成因，也有粘结成因，但障积作用更重要。到红花园组顶部 （第8层），发育的礁体中出现了一种新的造礁生物——苔藓虫，还可见到大量瓶筐石，少量腕足类和蓝绿藻。苔藓虫密密麻麻的生长并结壳，从而为障积灰泥做了基础工作，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动力是相对海平面的变化。

图2 海百合障积礁示意图

图3 蓝绿藻－瓶筐石粘结－障积礁示意图

图4 瓶筐石－苔藓虫障积礁示意图

4 结论

1）生物礁体主要由障积作用和粘结作用形成，且主要的造礁生物为海百合 （Crinoidea）、瓶筐石 （Calathium）、藻类 （Alga）、苔藓虫 （Bryozoan）以及硅质海绵 （Siliceous Sponge）。

2）研究区占优势地位的造礁生物从红花园组下部到上部的变化趋势大致为海百合→瓶筐石、藻类→苔藓虫、瓶筐石，其对应的礁体分别为海百合障积礁、藻类－瓶筐石粘结－障积礁以及瓶筐石－苔藓虫障积礁，上述造礁生物群落演化的主要动力是相对海平面的变化。

［1］朱忠德 .中国早中奥陶世生物礁研究 ［M］.北京:地质出版社，2006.

［2］冯增昭，彭勇民，金振奎，等 .中国南方寒武纪和奥陶纪岩相古地理 ［M］.北京:地质出版社，2001.

［3］朱忠德，刘秉理，李相明，等 .湖北宜昌黄花场早奥陶世Pelmatozoan障积丘的发现 ［J］.科学通报，1994，44（6）:1106－1109.

［4］刘秉理，朱忠德，李相明 .瓶筐类 （Calathids）化石几个疑难问题的讨论 ［J］.古生物学报，2005，42（2）:56－58.

［5］杨敬之，钱文龙 .论苔藓虫生态 ［J］.徽体古生物学报，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］杨威，朱忠德，刘秉理，等 .造礁生物群落演化在海平面变化研究中的运用——以中扬子台地下奥陶统红花园组生物礁为例 ［J］.沉积学报，2001，18 （1）:124－126.