以生物化石组合特征来剖析湖南天门山寒武系牛蹄塘组底部的沉积环境

(成都理工大学沉积地质研究院 四川成都610059)

(成都理工大学沉积地质研究院 四川成都610059)

湖南天门山寒武系牛蹄塘组底部黑色炭质页岩中保存较多的海绵骨针、藻类、放射虫，通过与贵州早寒武世早期牛蹄塘组的生物化石对比，该生物群出现的时间较早，有可能并不属于松林生物群，由于没有发现高肌虫、印模化石等，推测研究区的生物群可能是在小壳动物群出现之后。通过分析薄片中生物化石组合，结合前人的研究成果，推测天门山牛蹄塘组底部的沉积环境主要为快速沉积、缺氧、温暖的海相大陆边缘。

化石沉积环境牛蹄塘组寒武系湖南天门山

1 前言

对于沉积环境方面的研究，寒武系牛蹄塘组是黑色页（泥）岩为主，通常黑色岩系的沉积环境是一种高度还原环境下的缺氧沉积[1,2]但在牛蹄塘组黑色页岩中却发现了大量的多门类化石，包括藻类、节肢动物、腔肠动物、海绵动物及疑源类等并被誉为牛蹄塘生物群[3]，但也有学者认为是浅海的近滨环境[4]。通过化石组合对研究区的牛蹄塘组底部沉积环境的研究方面的很少有描述。本文将对湖南天门山寒武系牛蹄塘组底部黑色炭质页岩中的海绵骨针、宏体藻类、放射虫等生物组合方面的研究进而试图恢复湖南天门山地区牛蹄塘组底部的沉积环境。

2 区域情况

本文涉及的采样点及该研究区属于湘西北地区，该地区位于扬子准地台大地构造单元的东南缘，上扬子台褶带和江南地轴结合部位，与华南造山带相邻。主要对研究区出露地层寒武系牛蹄塘组底部的剖面进行研究，我们所研究的牛蹄塘组底部仅为灯影组界限矿层顶板之上的范围。采样点的置如图1所示。

图1 湖南天门山采样位置图

3 主要内容

通过偏光显微镜及反光显微镜下观察样品薄片中生物组合化石，观察发现在样品中看见了孤立分散海绵骨针和藻类化石，放射虫等。可以知道都是浮游生物，而对于水生生物，它们的生存分布一般与深度、光线、含盐度、底质等有关系，目前发现的生物化石可以表明水深可以控制着生物的垂直分布，如浅海岸处生长藻类，跟光线直接关系的是水底植物植物，一般强光带植物能进行光合作用，因此藻类比较丰富，无光带植物绝迹，动物稀少而特殊，所以我么可以知道地层中的海生藻类化石的存在是浅海环境的重要标志。我们在所研究薄片中发现菌藻类（图2a、2b）可以进一步确定，张家界地区早寒武世黑色岩系形成于菌藻等和低等浮游生物大量繁殖的浅海还原环境[5]，在薄片样品中可以看见丰富的海绵骨针横切面和纵切面（图2c、2d、2e）牛蹄塘组下部黑色页岩中产出有营底栖固着生活的海绵动物而生活于沉积物表面的宏体生物的生长与繁殖需要一定量的氧气[6]，这就说明湖南天门山牛蹄塘沉积早期的海水底部可能处于有氧环境。研究区薄片发现少量放射虫（图2f），放射虫为海生单细胞原生动物，不溶解的硅质壳堆积于海底，成为放射虫软泥，浮游生物的钙质壳易于溶解，所以它可以成为深海沉积标志[7]，有可能研究区域为深海环境，这就对需要氧的浮游植物或动物不利生存。在研究的薄片当中我们发现了黑色金属矿物（图2g）利用反射显微镜可以进一步确定所发现的金属为黄铁矿（图2h），还发现了以黄铁矿包裹的矿化生物结构（图2i），一般形成高含量的有机质和黄铁矿表示缺氧，研究区中有机碳和黄铁矿含量普遍较高，所以我们可以确定研究区为缺氧环境。

图2 湖南天门山牛蹄塘组生物化石

4 结论

黑色页岩代表缺氧的沉积环境[8]。另外，湖南天门山牛蹄塘组见有星点状的黄铁矿的黑色页岩普遍被认为是缺氧的、还原环境下的沉积[5,9]，而与牛蹄塘沉积期繁盛的生物似乎相矛盾。微量元素比值(Ua=Utotal-Th/3)从4.53到63.54变化，显示灯影组到牛蹄塘组为含氧-缺氧过渡的地球化学环境，表明牛蹄塘组的缺氧环境也存在突变[9]。在该地区黑色页岩中产出有丰富的浮游植物和动物，它们需丰富的氧生活和繁殖，这就表研究区的沉积环境中的上层水体为充氧的环境，我们看到分布在矿层中未黄铁矿化的，海绵骨针化石和一些藻类，放射虫化石基本保持，所以认为这些浮游生物为快速堆积和没有受到到后期的变动，并且快速沉积成岩。当然我们知道有机质的保存和演化在缺氧环境中都较为有利，经过对样品薄片中化石的研究和对化石矿物结构的分析，结合前人的研究成果，推测湖南天门山牛蹄塘组底部的沉积环境主要为快速沉积、缺氧、温暖的海相大陆边缘。研究区的早寒武世黑色岩系在缺氧的环境中出现大量海绵骨针化石，使得这些有机质不会被轻易氧化，在研究区黑色岩系的成岩过程中，浮游生物丰富，生物死亡后再海底聚集了丰富的生物遗体和有机质。

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以生物化石组合特征来剖析湖南天门山寒武系牛蹄塘组底部的沉积环境

■丹增卓玛 董正阁

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-10-36-2