川东南地区龙马溪组页岩笔石与沉积环境关系的探讨

邵方勇+王坤宇+孟祥鑫

摘 要：笔石是川东南地区龙马溪组页岩中宏观上唯一可识别生物大化石，其广泛分布与特殊的沉积环境具有相关性。研究区龙马溪组划分7个笔石带，下段鲁丹阶为深水陆棚沉积环境，上段埃朗阶为浅水陆棚沉积环境。沉积环境的转变导致笔石基本生存条件及遗体保存条件变化，从下到上呈现笔石丰度降低，分异度升高的特征。笔石与沉积环境具有相关性，笔石的深度分带模式指示了沉积环境类型：深水相笔石到浅水相笔石的变化反映了沉积水体由深变浅；生物特征的演化反映出水体开放程度、水动力条件增强，生物竞争加剧；化石的保存特征反映出腕足生物扰动、细菌分解及氧化性等条件；层面上笔石杂乱无序、聚集或分散式分布反映了水动力条件整体不强。

关键词：龙马溪组；笔石；沉积环境；关系

中图分类号：P62 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）33-0179-02

川东南地区龙马溪组发育典型的黑色笔石页岩相，笔石作为研究区龙马溪组页岩中宏观上唯一可识别大化石类型，其广泛分布与特殊的沉积环境具有相关性。笔者总结川东南地区龙马溪组页岩中笔石分带模式、生物特征、分布保存方式等，结合该地区的沉积环境分析，进而探讨笔石与沉积环境的关系。

1 川东南地区笔石分带及生物特征

川东南地区龙马溪组富含笔石化石，大多以碳质硬体薄膜形式顺层分布，黄铁矿化立体-半立体笔石在中上部可见。代表剖面綦江观音桥剖面、石柱打风坳剖面整个地层均含笔石，底部地层中较为富集，但以观音桥剖面龙马溪组底部20m范围内笔石化石最为丰富[1]。

龙马溪组笔石类生物属种多样，各类型发育较为齐全，根据林宝玉、金淳泰等对綦江观音桥剖面的研究[2，3]，由于剖面未见盘旋半耙笔石带内所属化石，以通常奥氏笔石带代替，笔石带从下到上依次为：赛氏单笔石带；通常奥氏笔石带；三角半耙笔石带；李氏锯笔石/曲背锯笔石带；泡沫直笔石带；尖削尖笔石带；雕刻雕笔石带。

观音桥剖面底部笔石丰度最高，所见笔石化石种类均为正笔石目有轴亚目，共计可见4科19属68种[1，3]。剖面从下往上，由双笔石科逐渐演化为单笔石科，中间存在尖笔石科、两形笔石科的过渡，且丰度降低，分异度升高。

剖面下部笔石以半立体碳质硬体薄膜形式沿层面密集分布，并形成岩石力学薄弱面；黄铁矿化立体-半立体笔石较少见，多在中上部分布[4]。笔石体长度在几厘米至几十厘米不等。压扁状态的笔石化石由于受到强烈的沉积构造挤压，体壁易碳化降解，形成基本只保存外形轮廓、宏观构造特征的笔石化石印痕，而超微构造较少；半立体-立体的笔石化石空腔内存在充填的微细黄铁矿晶粒，排列较为紧密，镜下可见超微构造。龙马溪组笔石均属单枝期，笔石枝生长方向为为攀合式，线管硬化，发育中轴，以支撑笔石体。底部地层中笔石枝多为双列胞管，向上可见单列胞管笔石枝的出现，且胞管结构由简单的直管结构变得更加复杂，以适应复杂环境，更好的保护笔石虫。笔石体在层面表面上多呈叠加式或分散式分布，这种无序的单列或叠加形态，笔石枝、胞管未显示较大损坏，显示出水动力不强水体条件下，笔石遗体在重力作用下自然沉积到海底，沉积状态基本未受到较大扰动。但也偶见笔石体沿某个方向展布排列，可能由水体的定向流动造成。

2 川东南地区沉积环境浅析

四川地区早志留世龙马溪期沉积环境是主体受限的深水陆棚沉积环境，綦江观音桥一带为灰泥质深水陆棚沉积环境。随着深水陆棚面积逐渐缩小，浅水陆棚扩张，至石牛栏早期四川地区演变为碳酸盐台地、浅水陆棚、深水陆棚并存的沉积格局[7]。研究区龙马溪期主要为浅海陆棚沉积相，沉积亚相为深水陆棚、浅水陆棚。龙马溪组下段鲁丹阶对应深水陆棚沉積相，底部为陆棚边缘深水盆地沉积微相，向上变为泥质深水陆棚沉积相，岩性为灰-黑色碳质页岩，水平层理发育[6]，大量笔石叠加聚集或分散式保存，富含黄铁矿，多呈层状发育[5]，指示水体处于静水、缺氧环境，水体还原性强。下段鲁丹阶页岩沉积厚度仅为上段埃朗阶的10%～30%，但沉积时间却超过龙马溪的一半，沉积水体相对较深，沉积速率相对较慢，处于欠补偿的沉积环境[8]。上段埃朗阶沉积环境转变为浅水陆棚，陆源物质注入量增加，钙质、砂质及粉砂质含量增多，由泥质深水陆棚演变为泥质、砂质、灰泥质浅水陆棚等沉积环境，沉积的岩性主要为灰色、灰黄色或绿黄色粉砂质页岩或泥质粉砂岩，夹有灰质瘤核，顶部表面风化为土黄色，夹透镜状灰岩。这一时期水体开放程度增加，水体循环能力变强，沉积速率加快，水体含氧量相对增加，氧化性增强，沉积笔石有机质多被氧化，丰度降低。

3 笔石与沉积环境关系探讨

不同的笔石动物群组合可以指示不同的沉积环境。不同深度水体当中存在不同种类的笔石动物群组合，即笔石的深度分带现象，并存在相应的分带模式[9]。

在深水环境生存的笔石生物沉积于深水相水体环境中[3]。下段鲁丹阶静水缺氧的深水陆棚环境，以尖笔石、栅笔石类化石为代表[9]。其体重略重于浅水笔石，笔石枝攀合的坚固结构可以抵御一定的水动力条件，复杂的胞管口部增大了扑食面积。笔石遗体基本不会被较弱的水动力条件及生物扰动所破坏，在缓慢的沉积速率下，散乱无序的聚集或分散式沉积于页岩层面。

在浅水环境生存的笔石生物群主要沉积保存在台地相、陆棚相的水体环境中[3]。上段埃朗阶的浅水陆棚沉积环境，以螺旋笔石、弓笔石以及耙笔石等为代表[9]。浅水笔石体形态适应流体运动，其体重较轻，更适应于漂浮生活，受较强水动力条件的影响小。开放性水体内新生态系统的建立、完善利于笔石生存分异，水循环的加剧使食物及含氧量均升高，但生存空间随水体变浅而缩小。在与腕足等生物的生存竞争中，更适应扑食的笔石，如胞管外翻完全孤立的耙笔石相对繁盛。此段笔石的丰度降低，分异度升高。氧化性及较强水动力条件的破坏，腕足生物扰动及细菌分解，均导致笔石的遗体难以保存完整，页岩中笔石化石较少。endprint

笔石与沉积环境具有相关性。笔石的深度分带模式指示了沉积环境类型；深水相笔石到浅水相笔石的变化反映了沉积水体的深度由深变浅；生物特征由结构坚固、体重大、复杂胞管结构等转变为适宜漂浮的体形态、较轻体重、更强的捕食能力等，反映出水体开放程度、水动力条件增强，生物竞争加剧；保存的化石形貌反映出腕足生物扰动、细菌分解及氧化性等条件；层面上笔石杂乱无序、聚集或分散式分布反映了水动力条件整体不强。而从深水陆棚到浅水陆棚沉积环境，改变笔石基本生存条件及遗体保存条件，导致在龙马溪组地层中从下到上呈现出丰度降低，分异度升高的特征。

4 结束语

综合对川东南地区笔石生物特征与沉积环境的研究，本文得出以下几个结论：

（1）川东南地区龙马溪组笔石共划分7个笔石带，笔石杂乱无序的聚集或分散分布于页岩层面上。底部富笔石水平层理发育，且底部笔石丰度高，向上笔石丰度降低，分异度升高。

（2）研究区沉积环境为局限的浅海陆棚，下段鲁丹阶为静水缺氧深水陆棚，上段埃朗阶为水体开放程度增加、含氧量升高、水动力较强的浅水陆棚。

（3）笔石与沉积环境具有相关性。从深水陆棚到浅水陸棚改变笔石基本生存条件及遗体保存条件，导致笔石丰度降低，分异度升高。而笔石的深度分带模式指示了沉积环境类型，笔石种类、生物特征、演化、分布、保存情况也反映出沉积环境的各种条件。

参考文献：

[1]亢韦.渝南地区龙马溪组笔石页岩相与页岩气成藏关系探讨[D].中国矿业大学，2015.

[2]林宝玉.中国的志留系[J].地质学报，1979，4（3）.

[3]金淳泰，叶少华，何原湘，等.四川綦江观音桥志留纪地层及古生物[M].成都：四川人民出版社，1982.

[4]朱炎铭，张寒，亢韦，等.中上扬子地区龙马溪组、筇竹寺组页岩有机质微孔缝特征：生物发育与孔隙网络[J].天然气地球科学，2015，26（8）：1507-1515.

[5]马施民，邹晓艳，朱炎铭，等.川南龙马溪组笔石类生物与页岩气成因相关性研究[J].煤炭科学技术，2015，43（4）：106-109.

[6]李志明，全秋琦.中国南部奥陶-志留纪笔石页岩相类型及其构造古地理[J].地球科学，1992（3）：261-269.

[7]郭英海，李壮福，李大华，等.四川地区早志留世岩相古地理[J].古地理学报，2004，6（1）：20-29.

[8]周明魁，王汝植，李志明，等.中国南方奥陶-志留岩相古地理与成矿作用[M].北京：地质出版社，1993.

[9]梁狄刚，郭彤楼，边立曾，等.中国南方海相生烃成藏研究的若干新进展（三）南方四套区域性海相烃源岩的沉积相及发育的控制因素[J].海相油气地质，2009，14（2）：1-19.endprint