渝东南地区下志留统石牛栏组生物礁沉积特征

谭先锋，李志军，蒋艳霞，李 洁，李 航

(1.复杂油气田勘探开发重庆市重点实验室，重庆 404331； 2.重庆科技学院 石油与天然气工程学院，重庆 401331； 3.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059； 4.重庆地质矿产研究院 外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室，重庆 400042)

渝东南地区下志留统石牛栏组生物礁沉积特征

谭先锋1，2，李志军1,2，蒋艳霞3，李 洁4，李 航2

(1.复杂油气田勘探开发重庆市重点实验室，重庆 404331； 2.重庆科技学院 石油与天然气工程学院，重庆 401331； 3.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059； 4.重庆地质矿产研究院 外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室，重庆 400042)

渝东南地区下志留统石牛栏组发育一定规模的生物礁。以重庆万盛机枪台剖面和贵州习水吼滩剖面为主要对象，利用野外观察、普通薄片、碳/氧同位素等手段，对研究区下志留统石牛栏组生物礁进行了详细研究。结果表明，研究区生物礁主要发育石牛栏组中上部，且具有一定规模；岩石结构及碳/氧同位素变化揭示了该时期海平面由缓慢上升到急剧下降的变化过程，沉积环境表现为早期浅水混积陆棚—中期生物礁滩沉积—晚期礁前斜坡沉积的演化过程,水体环境适合珊瑚礁及生物群落的大量繁殖。由此证实了渝东南地区下志留统石牛栏组生物礁发育主要受海平面变化及陆源碎屑物质注入的影响，海平面的缓慢变化是生物礁发育的基本条件，陆源碎屑物质的多少制约了生物礁的发育过程。

生物礁；石牛栏组；下志留统；渝东南地区

生物礁的研究迄今已经200多年历史，从Walther开始，国外学者对其进行了严格的定义，到20世纪70年代Dunham提出礁的双重概念(地层礁和生态礁)，至此，生物礁的定义有了跨时代的发展。针对生物礁的概念繁多，难以掌握，国内学者范嘉松综合考虑，建议把繁琐的概念统一成一个基本的术语——“岩隆礁”或称“碳酸盐隆礁”。国内部分学者对生物礁的概念仍存在分歧[1]。曾鼎乾认为礁是由原地生长的造礁生物营造，具有抗浪格架、凸透镜或丘状的外部形态，并突出与四周同期沉积物，前后常形成不同的相带，强调生物的有机成因、抗浪构造的重要性以及突出于同期沉积物的外部形态[2]。梅冥相认为生物礁是一种独特的沉积体系，是由复杂的物理、化学、生物综合作用形成的具有抗浪性的特殊碳酸盐岩体[3]。齐文同认为，礁是由生物构成，包括造架生物、联结包覆生物和礁栖生物，且与生物的长期演化、灭绝和复苏密切相关，反映环境特征甚至全球变化的是生物礁[4]。这些概念的提出有利于推动中国生物礁的研究。

生物礁的研究对于油气、沉积环境、古气候变化的重要意义，近20年来，关于生物礁的研究报道较多。国内不少学者很早就分别对湖北宜昌早奥陶世生物礁进行研究，对奥陶系生物礁的形态特征及储层进行了详细探讨[5-9]，近年来，中上扬子地区二叠纪生物礁研究也成为热点，陆廷清等详细总结了中国南方二叠纪生物礁的成礁模式[10]；其他学者也分别对二叠纪生物礁进行了研究，时代主要包括长兴期和茅口期[11-13]，特别是长兴期生物礁是川东北地区近年来礁滩相油气勘探的重点内容。志留纪生物礁的报道相对较少，张廷山曾对中上扬子地区志留纪生物礁进行了专题研究[14-15]，重点探讨了四川盆地志留纪生物礁的控制因素，近5年来，关于志留纪生物礁的报道鲜有涉及。本文以渝东南-贵州桐梓地区志留纪珊瑚礁为研究对象，对珊瑚礁的产出特征以及形成环境进行初步探讨。

1 区域地质背景

研究区位于重庆东南部地区的万盛与贵州桐梓地区附近(图1)，大地构造上属于中上扬子地区，区域位置上，属于浅海陆棚沉积环境。近几年，部分学者开始对该地区进行研究。川南地区下志留统石牛栏组为一套缓坡陆棚基础上沉积起来的台地沉积，沉积体系在空间展布特征上表现为由南向北的从碎屑滨岸—局限台地—开阔台地—生物礁/滩—台地边缘斜坡—浅水陆棚浅滩—泥质浅水陆棚—深水陆棚变化，在垂向上则由泥/灰质深水—浅水陆棚—碳酸盐台地的变化[16]。

从空间变化上来看，研究区石牛栏组中晚期，存在一定规模的生物礁，而实际剖面观察属于珊瑚礁。渝东南万盛-贵州桐梓地区下志留统石牛栏组分布有一

定规模的生物礁，主要造礁生物为珊瑚，生物礁可进一步分为台地边缘生物礁和台内点礁[16]。典型的台地边缘生物礁见于贵州习水土河坝剖面,该类礁体横向上呈串珠状向东北延伸至温水一带，经重庆綦江观音桥、万盛关坝机枪台剖面到贵州桐梓韩家店尖灭，向西南与四川长宁生物礁(滩)相连,至四川珙县狮子滩尖灭，礁体厚可达30 m。

2 典型剖面生物礁发育特征

渝东南地区及黔北地区发育有珊瑚礁，前人在綦江观音桥剖面报道了生物礁[17]。本次对该地区4条剖面进行了实地观察，实际上发育最好的万盛关坝地区的机枪台剖面，綦江观音桥剖面、贵州习水吼滩剖面生物礁发育并不明显，多为生物灰岩。

2.1 万盛机枪台剖面生物礁地层特征

机枪台剖面位于重庆万盛地区机枪台，地理位置与贵州交界，根据地层出露，由于底部地层出露较差，该剖面进行了详细的地层测量，划分出11层。底部主要为薄层状泥晶灰岩与钙质泥岩互层，中部为生物碎屑灰岩，中、上部主要为生物礁灰岩及生物碎屑灰岩，礁体大约27 m；顶部主要为薄层状砂屑、粉屑灰岩夹泥质条带。具体剖面描述见图2。

2.2 习水吼滩剖面生物礁地层特征

吼滩剖面位于贵州习水吼滩，地层出露较好。依据实测情况，对剖面进行了详细分层，共划分出28层，顶底接触关系非常清楚。底部主要为薄层状泥质灰岩、泥晶灰岩、砂质泥岩、钙质泥岩互层，中、下部主要为中层状泥晶灰岩、生屑灰岩，中上部主要为中厚层状疙瘩灰岩、生物碎屑灰岩、礁灰岩，具有滑塌变形构造，顶部主要为生物灰岩、砾屑、生屑灰岩，夹砾石碎屑流。详细剖面描述见图3。

图1 研究区位置a)及剖面分布b)示意图Fig.1 Location of the study area(a)and position of profiles(b)

图2 重庆万盛关坝地区机枪台剖面生物礁沉积特征Fig.2 Depositional characteristics fo bioherm on Jiqiangtai outcrop in Wansheng of Chongqing

图3 贵州习水吼滩剖面生物礁沉积特征Fig.3 Depositional characteristics of bioherm on Houtan outcrop in Xishui of Guizhou province

3 典型剖面生物礁沉积环境

野外观察表明，石牛栏组分为4个岩性段：第一段、第三段为泥岩、页岩及泥质灰岩发育段，多呈互层产出(图4)；第二段、第四段为灰岩发育段。生物礁及生物灰岩类大量发育于二段和四段。下覆地层为下志留统龙马溪组黑色页岩，上覆地层为中志留统韩家店组黄褐粉砂岩夹页岩(图5)。

通过对两条典型剖面进行沉积结构、构造、岩性组合分析，结合前人对该地区现有的研究成果，对该地区石牛栏组生物礁发育的沉积环境演化进行了深入研究。纵向演化上，底部覆盖于下志留统龙马溪组之上为一套薄层的砂纸泥岩、泥质砂岩、泥质灰岩成薄层互层(图4)，陆源碎屑物质含量较高，碳酸盐中含有大量陆源碎屑石英(图6a)，泥岩中也具有大量的陆源碎屑石英(图6b)。纵向上，随着时间的推移，陆源粉砂含量逐渐减少。综合石牛栏组下部一段地层特征，该段地层具有典型的混合沉积的特征，属于典型的混积陆棚沉积环境(图7)。研究区石牛栏组二段地层岩性主要为泥质灰岩，少量夹泥岩、灰岩和生物灰岩，该类沉积特征证实研究区在该时期可能处于台地斜坡沉积环境，局部地区发育了少量的生物礁滩沉积，从野外观察来看，在贵州习水的吼滩剖面，发育了少量的生物灰岩及生物礁灰岩。研究区石牛栏组三段总体来说发育的是混积陆棚环境，但从演化规律上看，局部发育了少部分的生物滩，从沉积物组成特征来看，混入了大量的陆源碎屑石英(图6c)。研究区石牛栏组四段主要为生物灰岩及生物礁灰岩，从剖面上看，吼滩剖面四段主要为带有滑塌沉积构造的生物礁灰岩，机枪台剖面主要为珊瑚礁灰岩以及生物灰岩(图2)。微观特征表明，珊瑚礁骨架的确存在，而且存在大量的生物化石(图6d)。图7的综合图显示，机枪台石牛栏组四段晚期主要为含陆源碎屑物质的灰岩，这可能是该地区石牛栏晚期导致生物礁急剧灭亡的主要原因之一。

图4 石牛栏组底部薄层泥质灰岩与泥质粉砂岩互层Fig.4 Interbedded thin argillaceous limestone and argillaceous siltstone at the bottom of Shiniulan Formation

图5 韩家店组/石牛栏组分界线Fig.5 Geological boundary between the Hanjiadian and Shiniulan Formations

对两条典型剖面进行了样品采集、共计29个样品点，样品采集均为原生碳酸盐沉积，并非方解石脉等后期产物，并进行无机碳、氧同位素分析(表1)，建立了两条典型沉积剖面的同位素纵向演化剖面(图7)。机枪台剖面，纵向上，δ13C值有逐渐增高的趋势(表1，图7)，δ18O值呈多旋回变化；吼滩剖面，纵向上δ13C值和δ18O值均表现出呈多旋回级次变化。δ13C值在成岩变化过程中也具有一定影响，但影响不大，δ18O值在成岩变化过程中受成岩作用影响较大，越接近正常海相碳酸盐，测试值越可靠。Veizer等指出，显生宙海相碳酸盐δ13C值一般分布在-1‰～2‰,正常海水一般保持在0。前人研究表明，δ13C值较高一般代表海平面的上升，δ13C值较低一般代表海平面的下降[18]。从两条剖面的δ13C演化曲线来看，两条剖面有着相似的演化规律，尽管两条剖面所处的位置有所差异，但从从下到上的演化规律来看，表现为海平面的缓慢上升，然后到石牛栏组的晚期，有一次海平面的急剧下降，导致了生物礁的死亡。同位素的演化规律从海平面的角度诠释了该地区的沉积环境从浅水混积陆棚-台地边缘礁滩-台地边缘的演化规律。另外还发现，生物礁或者生物灰岩存在的地方δ13C值比较高，原因可能是生物礁的大量存在吸取了大量的重同位素δ13C。尽管氧同位素受影响的因素较大，但仍具有一定的规律。氧同位素在古海洋环境中，一般用于研究古海洋的温度。一般而言，δ18O值高对应温度的低值，δ18O值低对应温度的高值，从分析数据来看，生物大量发育的生物礁区域，δ18O值较高，对应温度较低。说明礁体发育的部位氧同位素高于非礁体发育的部位。部分数据出现了偏差，很有可能跟岩石暴露大气当中，受大气淡水的影响。因此，从地球化学的角度，碳、氧同位素规律均符合了该地区石牛栏组的沉积环境演化规律。

图6 石牛栏组岩石微观结构特征Fig.6 Microscopic structural features of rocks in the Shiniulan Formationa.石牛栏组底部灰岩中含大量碎屑石英，吼滩剖面；b.石牛栏组底部粉砂质泥岩，吼滩剖面；c.石牛栏组三段灰岩中含有大量陆源碎屑石英，机枪台剖面；d.石牛栏组四段生物礁灰岩，机枪台剖面

4 沉积环境对珊瑚礁的影响

珊瑚礁发育主要受海底地形、地形构造高点、盆地沉降及海平面升降、陆源碎屑物质的输入量等方面的影响。现代海洋环境中的珊瑚礁主要发育在南北纬30°之间的正常浅海环境。这种环境往往具有水流畅通、透光较好、水体温度和盐度等环境条件，在这种环境下面，珊瑚能够得到繁殖，一旦环境发生改变，珊瑚礁就会死亡。尽管古代珊瑚礁和现代珊瑚礁在形态结构上有所差异，但是在环境的生态系统方面具有极大的相似性。

前面对研究区古地理面貌进行了恢复，结果表明，该地区主要的古地理环境为碳酸盐浅海陆棚到生物滩及建隆起的发展过程(图8)。石牛栏组早期，受龙马溪组晚期海平面急剧下降的影响，整个研究区主要为浅海陆棚环境，且陆源碎屑物质充足，总体沉积了一套泥质灰岩、砂质灰岩、砂质泥岩等，岩性上多为薄层状，从前面描述的两条剖面沉积特征来看，完全符合了混合沉积的混积陆棚的沉积模式；随着海平面的缓慢上升，陆源碎屑物质的影响逐渐减弱，研究区从混合沉积区逐步变成正常的海洋沉积区，生物开始繁盛，珊瑚、有孔虫等开始大量繁殖，生物碎屑滩坝开始慢慢沉积下来，因此跟两条剖面中部的生物碎屑灰岩、砂屑灰岩完全吻合；随着生物碎屑滩的逐渐堆积，地形开始逐渐变高，形成了一个海底隆起，加之海洋环境完全适合珊瑚礁的大量繁殖，形成珊瑚礁，值得注意的是，该时期除了珊瑚礁的大量繁殖之外，还出现了大量的生物群落，如层孔虫、水螅、有孔虫等生物群落(图9)，说明该时期水体环境适合生物的大量繁殖。研究表明，该礁体厚度约20～30 m，核心可达50 m左右，从吼滩和机枪台两条剖面来看，机枪台剖面由于发育有生物礁，地层比吼滩剖面厚约30 m。到石牛栏组晚期，由于海平面急剧下降，研究区受陆源碎屑物质影响较大，主要表现在灰岩中含有大量石英砂，该时期礁体环境迅速遭到破坏，在礁体靠近陆源一方变成了浅海陆棚的混合沉积，礁体前方则变成了斜坡环境，吼滩剖面石牛栏组顶部发育的滑塌构造很好的证实斜坡的存在(图10)。

图7 典型剖面沉积相演化Fig.7 Sedimentary evolution of typical outcrops

样品号岩性δ13C(V-PDB)/‰δ18O(V-PDB)/‰样品号岩性δ13C(V-PDB)/‰δ18O(V-PDB)/‰GJQ-2砂屑灰岩3.15-5.05HT-13泥质灰岩0.00-9.13GJQ-3粉屑灰岩4.48-8.90HT-18泥质灰岩1.52-8.68GJQ-4生屑灰岩1.90-9.03HT-19砂屑灰岩0.41-4.82GJQ-5生物灰岩1.34-3.22HT-22砂屑灰岩1.15-5.99GJQ-7生物灰岩1.05-7.51HT-24含粉砂泥质灰岩1.11-8.12GJQ-8生物礁灰岩1.29-7.88HT-26生屑灰岩1.21-5.61GJQ-9生物礁灰岩1.47-7.54HT-28生屑灰岩1.71-5.93GJQ-11泥质灰岩-0.47-2.56HT-29生屑灰岩1.25-5.75GJQ-13粉屑灰岩0.84-7.58HT-30泥质灰岩0.92-9.41GJQ-14泥质灰岩1.20-7.72HT-31含泥生物灰岩1.44-6.04GJQ-16泥质灰岩1.37-8.33HT-33泥灰岩1.28-7.84HT-2含钙粉砂质泥岩1.25-6.54HT-34生屑灰岩2.38-6.68HT-5泥质灰岩1.63-6.99HT-37生物灰岩1.08-8.22HT-7泥质灰岩1.60-8.20HT-39生屑灰岩0.14-8.46HT-10含钙粉砂质泥岩0.50-6.83

图8 研究区沉积环境演化与珊瑚礁形成模式Fig.8 Sedimentary environment evolution and coral bioherm formation mode in the study area

通过对生物礁的形成环境进行系统研究表明，石牛栏组生物礁的主要控制因素为海平面变化和陆源碎屑物质的注入。陆源碎屑物质充足的地方，生物礁不发育，陆源碎屑物质影响较小的地方，生物礁发育；另外，生物礁的生长和大量生物群落的出现，说明该地区在石牛栏组中晚期，海洋环境非常适宜生物的繁殖，水体环境处于温暖、安静的自然水体。海平面的缓慢上升成为生物礁得以繁盛的另一个主要原因，环境的缓慢变化，水体的缓慢增加使生物礁能完全适应这种变化，并不断加积建隆，形成一定规模的生物礁体。

图9 珊瑚礁格架中的生物群落Fig.9 Biomes in the framework of coral bioherm

图10 礁前斜坡滑塌构造Fig.10 Slump structures on the reef-front slopes

5 结论

1) 重庆万盛机枪台剖面和贵州习水吼滩剖面发育生物礁，主要为台地边缘礁，造礁生物为珊瑚。生物礁主要发育在下志留统石牛栏组上部，厚度20～30 m，形态上呈带状分布，具有一定的规模，局部地方发育少量点礁。

2) 石牛栏组下部岩性主要为泥质灰岩、粉砂质泥岩等混合沉积，中部为生物灰岩及生物礁灰岩，顶部主要为泥灰岩等；该时期海平面表现为缓慢上升到急剧下降的变化过程，沉积环境表现为早期浅水混积陆棚-中期生物礁滩沉积-晚期礁前斜坡沉积的演化过程,水体环境适合珊瑚礁及生物群落的大量繁殖。

3) 渝东南地区下志留统石牛栏组生物礁发育主要受海平面变化及陆源碎屑物质注入的影响，早期海平面的缓慢变化有利于生物礁的形成，晚期海平面的快速下降导致生物礁的死亡；陆源碎屑物质充足时期，生物礁停止生长，陆源碎屑物质不充足时期，生物礁大量发育。

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(编辑 董 立)

SedimentarycharacteristicsofbiohermintheLowerSilurianShiniulanFm，southeasternChongqing

Tan Xianfeng1,2,Li Zhijun1,2,Jiang Yanxia3,Li Jie4,Li Hang2

(1.ChongqingKeyLaboratoryofComplexOilandGasExplorationandDevelopment,Chongqing401331,China;2.OilandGasEngineeringInstitute,ChongqingUniversityofScienceandTechnology,Chongqing401331,China;3.EarthSciencesFaculty,ChengduUniversityofScienceandTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China;4.ChongqingKeyLaboratoryofExogenicMineralizationandMineEnvironment,ChongqingInstituteofGeologyandMineralResource,Chongqing400042,China)

A certain amount of bioherm are developed in the Lower Silurian Shiniulan Formation in southeastern Chongqing.Taking the Jiqiangtai outcrop in Wansheng of Chongqing and Houtan outcrop in Xishui of Guizhou as the main study targets,we studied in detail the bioherm in the Lower Silurian Shiniulan Formation through field observation,ordinary thin section observation and carbon/oxygen isotope measurement.The bioherms mainly occur in the Upper and Middle Shiniulan in the study area and have a certain scale.Rock structure and carbon/oxygen isotopes reveal a change of sea level from slow rising to sharp declining.Depositional environment developed from shallow mixed continental shelf in the early stage to biological reef-shoal in the middle stage and finally to reef-front slope in the late stage.The aquatic environment was suitable for the coral bioherms and biological communities to thrive.The development of bioherm in the Lower Silurian Shiniulan in southeastern Chongqing was mainly affected by sea-level changes and terrigenous clastics input.Slow change of sea level was the basic condition for bioherm growth and the amount of terrigenous clastics input controlled the process of bioherm development.

bioherm,Shiniulan Formation,Lower Silurian,southeastern Chongqing

2013-10-09;

：2013-12-24。

谭先锋(1982—)，男，博士、副教授，沉积地质与古环境研究。E-mail：xianfengtan8299@163.com。

李志军(1977—)，男，博士、副教授，油气田开发地质。E-mail:lzjykj@126.com。

重庆市自然科学基金项目(cstc2012jjA90007)；国家自然科学基金项目(41202043)。

0253-9985(2014)01-0056-09

10.11743/ogg20140108

TE121.3

：A