四川凉山下三叠统江湖组一段遗迹组构的发现

四川凉山下三叠统江湖组一段遗迹组构的发现

遗迹群结构是指沉积（岩石）中生物扰动和生物侵蚀所留下的整体结构和内部结构特征。这是每个时期干扰生物活动的最终记录。遗迹组构分析强调生物活动与沉积物之间的相互关系,不仅仅局限于遗迹化石的识别、鉴定和解释,而是扩展到了沉积物中遗迹化石之间在时间和空间上的相互关系,以及不同深度(或梯阶)遗迹化石保存的可能性与特定条件等方面,因而能更精确地解释沉积环境(作者首次对四川峨眉山龙门洞剖面下三叠统嘉陵江组一段中的遗迹化石和遗迹组构进行了详细描述,初步探讨了该地区沉积环境中的遗迹化石特征和遗迹组构分布,为阐明该地区的沉积演化提供了新的遗迹学信息。1背斜断裂带的发育峨眉山龙门洞下三叠统剖面位于四川省峨眉山市西南约5km的天景乡挖断山至龙门洞地段。该剖面全长约1.5km(图1),属挖断山背斜北东翼。剖面中地层沿公路及龙门河畔连续裸露,近于直立,部分地层略有倒转。剖面层序完整、沉积相标志丰富,且周边交通方便,是研究滨岸沉积相的理想剖面之一。中生代末期的燕山运动,奠定了峨眉山地质构造的轮廓,新构造期的喜马拉雅运动及其伴随的青藏高原的抬升,造就了峨眉山。受东西向主压应力的挤压,山体出现了强烈的褶皱和断裂,并沿峨眉山大断层的断裂面迅速抬升达海拔2000,m左右,形成峨眉山背斜。峨眉山背斜开初还是一个呈南北向隆起的整体,但是其边缘又形成了一系列的断层,将背斜分割成若干大断块,特别是主压应力在北西、北东方向的“X”分压应力所造成的北西向断层,更进一步分割了峨眉山背斜,形成一系列复背斜及复向斜,断裂极为发育。龙门洞剖面位于次一级褶曲构造单元———挖断山背斜的北东翼。龙门洞剖面出露地层由上二叠统沙湾组、下三叠统飞仙关组、嘉陵江组和中三叠统雷口坡组等组成,分布稳定,各岩性段和亚段在全区范围内具有良好的可对比性,表明区内基本无地层缺失。嘉陵江组主要由海相碳酸盐岩、陆源碎屑岩和硬石膏岩组成,含双壳类、腹足类、介形类、有孔虫、菊石和牙形石等生物化石,与下伏飞仙关组呈整合接触。由下至上划分为4个岩性段。其中,下部嘉一、二段以近岸的海相碳酸盐岩与陆源碎屑岩混积为特征,中部的嘉三段以海相灰岩占优势,上部的嘉四段主要由白云岩和硬石膏岩组成。文中的研究层段为嘉一段,该段发育各种良好的原生沉积构造和形态清晰的遗迹化石,缺乏实体化石。2本段中、下沉积型作者通过对嘉陵江组的岩石类型组合、古生物化石、沉积构造、沉积序列等沉积相标志的详细研究,并结合早三叠世嘉陵江期四川盆地为一碳酸盐台地的区域沉积背景(嘉一段岩性主要为介屑亮晶灰岩、交错层理砂岩及具波状、透镜状层理的暗红色粉砂质泥岩,厚约65,m,由3种基本组合形式(图2)构成的50多个序列组成。单个序列厚0.3～2.1,m,一般1,m左右。最完整的序列如图2-b所示,但多出现于本段的中、下部;最普遍存在的序列如图2-c所示;图2-a的组合形式多见于本段下部。介屑亮晶灰岩主要由介形虫、有孔虫(砂盘虫)、腹足类、双壳类及牙形石的骨骸组成,底面常呈冲刷接触,在同一层灰岩中,时见多次冲刷叠加,冲刷面上含滞留砾石或为滞留介屑堆积。斜层理、羽状交错层理较常见。单层厚0.1～0.7,m,在本段上部较稳定,在下部则呈透镜状或常尖灭。交错层砂岩呈透镜状,灰色,细至中粒,分选好,常具中至大型板状层理或交错层理,也见有中型羽状交错层理及脉状层理。在砂、泥岩互层时,常发育重荷模、包卷层理等泄水构造。单层厚0.1～0.5,m,在本段下部相对较发育。暗红色粉砂质泥岩,以具波状及透镜状层理为特征,波痕十分发育,但其类型、大小、方向变化很快遗迹化石也很丰富并常与波痕共生但形态单调,以针柱状潜穴为主。在本段下部,粉砂质泥岩常被冲刷切割,充填向上变细的小型河口坝沉积。粉砂质泥岩层顶面,钻孔多且集中,可能代表潮上硬底,发育干裂、障碍痕等。本段顶部为内碎屑白云岩,颗粒支撑,含有少量有孔虫碎屑,颗粒含量达80%以上,可能属于高潮滩沉积,白云岩化是潮上成岩作用形成的。从沉积序列上看,嘉陵江组一段总体(图3)是潮下渠道及潮间坪沉积,潮上(白云岩)及河流沉积只在局部序列中存在。3关于u形潜穴的争议根据生态或造迹生物的行为习性分类,本区嘉一段中所发现的遗迹化石可分为3大类:1)居住迹(Domichnia):Arenicolitesisp.,Diplocraterionisp.,Skolithosisp.,Psilonichnusupsilon,Palaeophycustubularis;2)进食迹(Fodinichnia):Cochlichnusanguineus,Helminthopsisisp.,Protovirgulariaobliterata;3)逃逸迹(Fugichnia)。根据个体遗迹的分析推测,这些化石的造迹生物主要为甲壳类,软体动物以及蠕虫动物等。遗迹化石大多为全浮痕(fullrelief)和上浮痕(epirelief)保存,文中遗迹属特征描述参见《中国遗迹化石》一书(似沙蠋迹Arenicolites(Salter,1857)似沙蠋迹未定种Arenicolitesichnosp.(图4-A,4-B,Ar.)描述:简单无蹼状构造的U形潜穴,U形管垂直于层面,在岩层表面上横切面为一对圆形管,有衬里,管径4～8,mm,两管之间间距为15～25,mm,深约20,mm,内迹保存。被动充填,充填物砂质含量较多。讨论:Arenicolites与Diplocraterion、Rhizocorallium均为U形潜穴,区别是Diplocraterion与层面垂直,并具蹼状构造;Rhizocorallium亦具蹼状构造,但与层面平行或略倾斜。Arenicolites是蠕虫类环节动物和小型甲壳动物的居住构造,多在低能滨岸混合潮坪环境中发现,一般为水体能量较低的浅水环境。此处Arenicolites与Psilonichnus共生,其形成于潮间坪环境。分布:14层,16层,17层,19层,20层,25层,29层,32层,34层。讨论:该遗迹属为广相遗迹,常见于复理石相,在潮坪、潟湖等浅海台地和陆相河湖沉积及洪积平原也有所发现。分布:26层,30层。双杯迹Diplocraterion(Torell,1870)双杯迹未定种Diplocraterionichnosp.(图4-C)描述:不规则的U形潜穴,垂直层面,具蹼状构造。层面上常见成对的圆形管口,两管口之间为直线形或弧线,多数管口间可见紫红色充填物,颜色一般与围岩不同,管口直径约5,mm,两管间距2～4,cm,潜穴深度3～4,cm,一般不超过6cm。该遗迹大多数发现在细砂岩层中。讨论:该构造为滤食性动物(如多毛类、甲壳动物等)的居住潜穴,一般分布在高能波浪地带,其蹼状构造可以反映环境侵蚀和沉积的阶段性变化。Diplocraterion与Rhizocorallium的区别是前者垂直层面,后者与层面近平行或斜交,且后者个体一般比前者大很多。Diplocraterion常见于滨海地区潟湖、潮坪、港湾水道沉积和潮下三角洲体系,属Skolithos相。分布:14层,16层,17层,19层,20层,25层,27层,29层,32层,34层。拟蠕形迹Helminthopsis(Heer,1877)拟蠕形迹未定种Helminthopsisichnosp.(图4-F)描述:简单弯曲,与波痕共生,无分叉,直径约3～5,mm左右,长约4～5,cm,充填物颜色与围岩相同。讨论:分布:19层,26层。原小枝迹Protovirgularia(McCoy,1850)斜形原小枝迹ProtovirgulariaobliterataKsiazkiewicz1977(图4-H)描述直或微弯曲的柱状遗迹表面有中沟和模糊的V形纹饰,直径约4,mm,有的有分枝,保存长短不等,短的约2.5～3,cm,较长的可达十几厘米,常与波痕共生,一般为底迹保存。讨论:该遗迹在泥盆纪及之前常见于深海浊流环境,石炭纪之后则主要产于浅水和开放陆架环境的沉积物中(HanandPickeriu,1994)。分布:25层,26层,28层,30层,31层,32层,33层。古藻迹Palaeophycus(Hall,1847)管状古藻迹Palaeophycustubularis(Hall,1847)(图4-G)描述:柱状潜穴,直到弯曲,与层面平行,外表光滑,衬壁薄,直径3～5,mm,长度从几厘米到十几厘米不等,多数互相叠复,少见穿叉。讨论:与该属其他类型的区别在于没有纹饰。分布:15层,19层,23层,25层,26层,28层,30层,31层,32层,33层。螃蟹迹Psilonichnus(分叉形螃蟹迹Psilonichnusupsilon(图4-A,Ps)描述:近垂直、柱状且无衬壁的居住潜穴,内迹保存,形态变化大,有J形、Y形分叉或不规则U形等。直径4～8,mm,长20～60mm。潜穴充填物以砂质较多。讨论:这类遗迹的造迹生物主要是甲壳类的螃蟹或其他生态习性类似的动物,常见于前滨最上部、海滩滨后、冲溢扇和潮上坪沉积环境,反映中低能的滨浅海环境(CurranandPemberton,1984)。分布:14层,16层,17层,19层,20层,25层,27层,29层,32层,34层。石针迹Skolithos(Haldemann,1840)石针迹未定种Skolithosichnosp.(图4-A,Sk)描述:垂直或近垂直层面分布的圆柱状潜穴,偶尔有呈J型构造的潜穴。潜穴多发育在灰白色细砂岩中具暗紫红色衬壁与围岩边界清晰宽约4,mm,长8～20,mm,有的潜穴被截顶,有的潜穴之间有明显的梯阶现象。讨论:Skolithos是时空分布都很广泛的遗迹属,从前寒武纪晚期到全新世地层均有发现,空间上也广泛存在于各种环境,主要是高能海洋环境、尤其是近岸浅海环境,在深海下峡谷和水道中也有发育。造迹生物为环节动物(Annelids)和帚虫动物(Phoronida)(层位:14层,16层,17层,19层,20层,25层,29层,32层,34层。4遗迹组构的特征根据嘉一段遗迹化石的形态特征和梯阶分布,识别出2个遗迹组构:Arenicolites遗迹组构和Palaeophycustubularis遗迹组构。作者主要从遗迹组构的丰度和分异度、生物扰动强度及潜穴在剖面上的变化等方面进行统计。遗迹组构丰度指生物扰动在剖面上的丰富程度,用一定层内每平方米遗迹的数量来表示,单位为n/m式中:μ4.1关于in执行的遗迹组构动物联系特征该遗迹组构主要发育在嘉一段细砂岩中,底层较松软,因此遗迹化石大多具有厚度不同的泥质衬壁,组成分子包括:Arenicolitesisp.,Diplocraterionisp.,Skolithosisp.,Psilonichnusupsilon,丰度较高,有叠覆现象。遗迹化石条带在剖面上频繁出现。该组构在剖面上出现了6次(图5),潜穴直径多为4～8,mm,深约3,cm;局部层面有较细小的遗迹,分布于灰白色砂屑灰岩上部,层面下部伴生有鱼骨状层理,潜穴直径约为2～3,mm,深度约2～3,cm;分布于较厚层细砂岩中的潜穴,直径稍粗,深度略大,一般处于正常砂坪环境。对Arenicolites遗迹组构进行逐层生物扰动指数统计可知(图6),扰动指数为2、3的层在整套沉积物中所占百分比较高,约为25%,未扰动层为30%,扰动指数为1的层为10%,扰动指数为4、5的层厚均为5%,均质层没有发现。平均扰动指数为1.8,说明Arenicolites遗迹组构的总体扰动水平不高。由此可见,物理过程对Arenicolites遗迹组构的形成有重要的控制作用4.2种遗迹组构的扰动特征该遗迹组构主要发育在暗紫红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩底层,常与波痕伴生,组成分子包括Cochlichnusanguineus,Helminthopsisisp.,Palaeophycustubularis,Protovirgulariaobliterata。该组构在层面上共出现了7次(图7),直径约3～6,mm,短的只有2～3,cm,长可达20～30,cm,一般短的和中等长度的比较常见,长遗迹较少。该组构以Palaeophycustubularis为主,多与层面平行分布,也有垂直层面的,底层面上可见圆状凸起;Cochlichnusanguineus仅有零星分布,一般遗迹都比较长,约有20～30,cm;Helminthopsis在底层面上常呈波状或马蹄状弯曲,偶有短小分枝;较短的Protovirgulariaobliterata一般呈雁式排列,同一方向的遗迹大致平行分布,较长的Protovirgulariaobliterata则呈不规则S形弯曲。该遗迹组构生物扰动指数统计如图8所示,扰动指数为2的层厚度百分比约为35%,未扰动层为25%,扰动指数为1的为10%,指数为3的为20%,指数为4的为10%,指数为5的为5%,平均扰动指数为2,总体扰动水平较低。组构分异度较高,中等—较高丰度,多数为沿平面分布的遗迹化石,梯阶结构较浅,围岩中伴生有波痕、脉状层理、透镜状层理,反映了水体能量强弱的交替性变化。而遗迹化石的低密度和高丰度则反映了水体能量总体相对较低,水体及沉积物中食物丰富。因此,Palaeophycus遗迹组构总体上反映了水深较浅、水面变化比较频繁的潮间泥坪环境。4.3泥质粉砂岩遗迹嘉一段的Arenicolites遗迹组构和Palaeophycustubularis遗迹组构垂向分布具有一定规律性,含Palaeophycustubularis的泥质沉积物与含Arenicolites的砂质沉积物在剖面上交替出现(图9)。剖面最下部最早出现的是植物根迹,该层位处于飞仙关组沉积时期向嘉陵江组沉积时期的过渡期,开始时盐度变化不是很大,浅水地区仍然有植物生存。向上5m的泥质粉砂岩层面上发育Palaeophycustubularis遗迹组构,再向上砂质沉积物中开始发现Arenico-lites遗迹组构,砂、泥沉积物大致上呈互层分布。该体系以沉积进食构造和滤食构造并存为特征。低沉积速率、中—高生物扰动的泥质层与高沉积速率、低生物扰动的砂层在剖面上交替出现。砂质沉积物中发育重荷模、包卷层理等泄水构造,平行层理、羽状交错层理及脉状层理等,每个层理的纹层或前积纹层面上还发育有很薄的暗紫红色泥层(泥披),以穿层遗迹为主;暗紫红色泥质沉积物则以发育缓波状层理和透镜状层理为特征,并有大量的水下收缩裂隙,这类构造常常与半咸水环境有关(Pembertonetal.,1992)。波痕十分发育,层面或近层面遗迹化石呈底迹或表迹保存。砂泥沉积中偶尔含厚度较大的砂屑灰岩,以生物碎屑、鲕粒、内碎屑为主,侧向上厚度变化大,发育断续状波纹层理、羽状交错层理等,遗迹化石罕见,推测是水动力相对较强的潮沟沉积,遗迹化石不容易保存。根据上述特征,Arenicolites遗迹组构和Palaeophycus遗迹组构代表了河口湾环境中的潮坪沉积(潮间砂泥混合坪),沉积速率快慢交替,岩性变化较快,盐度不正常,只有少数适应半咸水条件的底栖生物生存。其生物分异度比正常潮坪环境的要低,因此遗迹化石的分异度也不是很高,