西藏南部岗巴地区化石碳酸盐岩微相研究

西藏南部岗巴地区化石碳酸盐岩微相研究

0西藏在海相古地理与地层研究中的应用白牙是地质历史上的一个重要时期。在这一时期，发生了许多重要的地质事件，如白牙事件（oae）、大阳洋富氧事件（corbs）、大火成岩省（lips）和其他大事件。西藏是我国海相白垩纪地层最为发育的地区,岗巴—定日地区因其中—新生代地层出露良好而成为研究我国海相白垩纪地层最为理想的区域。近年来国内外地质工作者在该区域做了大量的大地构造及古生物地层等方面的研究工作,并取得了较为显著的成果[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。在前人工作的基础上,笔者综合野外收集的资料与室内研究结果,参考Wilson所划分的24个标准微相类型,重点对岗巴强东剖面的化石碳酸盐岩微相及生物相等特征进行较为详细的研究,识别出12个微相类型和7个生物相类型。在此基础上,对岗巴地区白垩纪时期的沉积环境和古地理演化进行了初步的探讨。1古生物学界面研究区北邻雅鲁藏布江缝合带,南接喜马拉雅山主脊,在白垩纪时期处于印度大陆北部被动陆缘(图1)。该地区白垩纪海相地层出露完整,化石丰富,其中发育厚度较大的黑色页岩,是我国少有的研究白垩纪中期特提斯演化、古海洋事件(尤其是大洋缺氧事件)的理想地区。前人在该区开展过较多的地层古生物学方面的研究工作。本文在前人研究工作的基础上,结合本次研究所获得的新资料,对该区白垩纪地层的划分方案进行了总结(表1)。现将研究区白垩系各岩石地层单元的岩性及所含化石特征简单介绍如下(图2、图3)。(1)上地壳层沉积相可分两个岩性段。下部为石英砂岩段,为一套棕褐色-红褐色厚层块状含铁质石英砂岩。上部为岩屑砂岩段,为一套含火山岩屑的杂砂岩夹砂屑灰岩、粉砂岩及页岩,发育风暴沉积及介壳层,产双壳类、菊石等化石,相当于强东剖面的1至34层。古错组构造较为复杂,一些地层问题尚未解决,故本次工作未对其详细的沉积相进行研究。(2)岗巴东山群为一套黑色页岩夹粉砂岩、薄层泥灰岩,含大量的铁锰质结核,产较为丰富的菊石、双壳类等化石。相当于强东剖面35至44层。(3)岩石学和虫管迹地层厚度较小,岩性以灰黄色钙质、泥质粉砂岩、砂屑灰岩为主,夹灰色中薄层钙质砂岩,有时可见紫红色灰岩及灰岩透镜体。地层中化石含量较少,在中段可见虫管迹,虫管迹主要分布在钙质粉砂岩和紫红色灰岩交界处。相当于强东剖面45至49层。(4)钙粉砂岩及较大腹足类为一套黑色页岩,夹灰岩、瘤状灰岩、钙质粉砂岩及少量灰岩透镜体,含有孔虫、菊石、珊瑚、双壳类及大型腹足类化石。相当于强东剖面50至54层。(5)岗巴村集体为一套黄绿色页岩,夹微晶灰岩、砂屑灰岩,产有孔虫、海胆、固着蛤等化石。相当于强东剖面55至56层。(6)宗山组为一套灰色厚层块状灰岩,夹少量薄层泥灰岩。产底栖有孔虫、固着蛤、双壳、海百合及腹足类化石。相当于强东剖面的57层。2碳酸盐岩分类微相类型岗巴地区白垩纪化石碳酸盐岩微相依据Wilson、冯增昭及包洪平的标准微相类型,碳酸盐岩分类主要依据冯增昭,由此对研究区划分出12种微相类型(图4、图5),并编号为MF1至MF12。2.1德物石矿物金相当于Wilson的SMF24(相带7及相带8代表的开阔台地—正常海洋与台地边沿礁滩后的过渡环境)(图3、图4(a))。岩性:生物碎屑灰岩。特征:碎屑中含粗粒岩屑和生物碎屑,主要由化石含量较少的微晶或粉屑组成。可见少量重结晶形成较大颗粒的方解石,基质以微晶方解石泥为主,杂基多变但很少。手标本中可见结构较为清晰的交错层理,局部可见较粗内碎屑沉积。指示一种潮汐水道的滞留沉积环境。2.2屑泥灰岩glab相当于Wilson的SMF4(相带3或相带4代表的碳酸盐岩斜坡脚、前斜坡环境)(图4(b))。岩性:生物碎屑-岩屑泥灰岩。特征:颗粒常呈粒序状,颗粒由较为单一的泥粒灰岩组成。所含生物结构特征表现为生物化石颗粒被腐蚀,但仍保留原来的形态特点,可见较为典型的薄壳有孔虫碎屑。由当地来源的远洋微体化石(如浮游有孔虫Hedbergellasp.,Globigerinelloidessp.等)及先前被胶结的岩屑组成。岩石和生物类型综合指示一种深海缓慢的斜坡环境。2.3颗粒悬浮物理组合类型相当于Wilson的SMF8(相带2及相带7代表的开阔陆棚、开阔盆地环境)(图4(c))。岩性:粒泥灰岩。特征:化石颗粒悬浮于灰泥中,保存较为完整。沉积物颗粒较细,指示水动力条件较弱。在灰泥中含少许分散的底栖有孔虫化石(如Miscellaneamulticolumnata,Climacamminasp.等)。化石组合类型代表总体为开放循环体系,主要颗粒形成于高能环境,后被搬运降落到局部斜坡,沉积在静水中。岩石和化石组合类型综合指示了一种正常浪基面以下的静水环境。2.4微生物碎屑砂岩相当于Wilson的SMF2(相带1及相带3代表的盆地、碳酸盐岩斜坡脚)(图4(d))。岩性:微细生物碎屑粉屑砂岩。特征:微细生物碎屑(主要是一些有孔虫生物碎屑)及团粒混合物,生物碎屑含量较少,保存较为完整。具有极细粒状或泥粒状结构,常见小型沙纹交错层理。表明基本为静水条件的盆地下斜坡环境,水深程度较浅,但偶尔会有较强的水流,能够沉淀粉砂级碳酸盐岩颗粒。2.5孔虫粗枝藻灰岩相当于Wilson的SMF18(相带7及相带8代表的开阔台地—正常海洋、局限台地)(图4(e))。岩性:有孔虫粗枝藻灰岩。特征:方解石的重结晶现象严重,基质以未结晶的微晶方解石泥为主,大部分灰泥被冲洗得较为干净,但有的渐变为泥状结构。普遍存在方解石团块或团粒,可见小的内碎屑,未见泥晶化的化石颗粒。有孔虫化石颗粒保存较为完整,未见磨蚀现象。综合指示了一种静水沉积环境。2.6石泥和碳酸盐岩相当于Wilson的SMF3(相带1及相带3代表的盆地、碳酸盐岩斜坡脚)(图4(f))。岩性:浮游生物灰泥岩。特征:基质主要成分为未结晶的微晶方解石泥,碳酸盐岩颗粒以细晶方解石颗粒为主,泥晶颗粒包含分散的细砂或粉砂颗粒。有孔虫化石壳壁内部主要为微晶方解石泥充填。颗粒物质主要由浮游有孔虫化石(Palaeotextularialongiseptata,Globotruncanasp.等)及少量底栖类有孔虫化石(如Astacolussp.等)组成,薄壳生物化石保存较为完整,没有明显的分选和搬运的痕迹,基本为原地堆积产物。岩石类型和生物组合特征综合指示了一种静水条件下的盆地及下斜坡环境。2.7碳酸盐岩粒粒相当于Wilson的SMF15(相带6代表的台地边缘)(图5(a))。岩性:鲕粒灰岩。特征:颗粒分选较好,为表鲕(也称薄皮鲕)。鲕粒形态较为规则、完整,大部分为多圈鲕,鲕粒圈层数量变化不大。鲕粒核心分为重结晶作用形成的方解石填集和碳酸盐岩微晶填集两种形式。除鲕粒外,非化石颗粒常呈团粒出现,形态由圆到近圆。表鲕多形成于搅动水浅滩条件下,代表水体较为动荡,产生多次往复运动,指示一种鲕粒浅滩或潮汐沙坝环境。2.8方解石颗粒晶型相当于Wilson的SMF11(相带6代表的台地边缘)(图5(b))。岩性:生物碎屑灰岩。特征:颗粒物质以生物碎屑为主,也可见白云石化形成的白云石颗粒。生物碎屑被泥晶化,基质大部分为未结晶的微晶方解石泥。由重结晶作用形成的方解石颗粒晶型较好,少量钙质化石可见明显的单晶结构。化石种类较为单一,圆片虫居多,含部分圆凸三玦虫。这种沉积物和生物相组合往往形成于固定波浪作用区域,在浪基面或浪基面之上,为相对高能环境。2.9碎屑泥晶石灰相当于Wilson的SMF9(相带2及相带7代表的开阔陆棚、开阔台地)(图5(c))。岩性:生物碎屑泥晶灰岩。特征:岩石类型为暗色灰岩,局部出现方解石的重结晶现象。沉积物中包含固着蛤碎片、海胆刺、圆片虫的片状碎屑等生物碎屑。生物碎屑经过分选,呈杂乱不均分布,大小较为均匀。少量生物碎屑出现泥晶化,具有较为明显的暗化边。生物相组合指示为浪基面或在浪基面之下透光性较好的开放循环浅海环境。2.10灰泥中颗粒的应用相当于Wilson的SMF14(相带6代表的台地边缘)(图5(d))。岩性:滞留沉积物,磨蚀颗粒。特征:颗粒含量远多于灰泥,灰泥受到充分的冲洗,由重结晶作用形成的方解石较为普遍。以砂级化石颗粒为主,化石呈近圆状,轮廓较为模糊,指示其可能经过较为严重的磨蚀作用。单一的化石组合(圆片虫及少量三玦虫)主要为异地组合或水动力组合。除化石颗粒外,非化石颗粒常呈团粒,甚至可见颗粒较大的方解石单晶。化石颗粒泥晶化较为常见。综合指示为一种波基面之上、颠簸带内沉积物缓慢堆积的环境。2.11生物形态类型相当于Wilson的SMF10(相带2及相带7代表的开阔陆棚、开阔台地)(图5(e))。岩性:圆片虫泥粒状灰岩-粒泥灰岩。特征:基质基本为重结晶方解石颗粒。所含主要生物类型为圆片虫,并含有少量藻类。化石形态大小具有一定差别,保存较为完整。其中圆片虫基本呈定向排列,绝大部分圆片虫经过磨蚀并具有一定程度的泥晶化。表明在颗粒沉淀之前有过一段时间和距离的搬运,然后冲入静水环境堆积下来。其主要为高能环境下产物,后被搬运降落于局部斜坡,沉积在静水里。指示为浅滩及其他高能带附近的软弱荡水凹地、下斜坡、或台地内低凹地环境。MF9(SMF9)和MF11(SMF10)共同构成理想的实例,经过一段时间的搬运,然后到达低凹盆地堆积起来。2.12固着藻类亚胺盐固着混凝土颗粒相当于Wilson的SMF12(相带6代表的台地边缘)(图5(f))。岩性:固着蛤灰岩。特征:含丰富的未经磨蚀的固着蛤碎片,固着蛤碎片杂乱排列,无分选磨圆,为原地堆积的产物。固着蛤主要适应滨海到浅海浅部高能浅水及氧化环境,灰泥大部分被冲刷走,剩余的基本为重结晶的方解石颗粒。沉积物形成于固定波浪或流水作用环境,而灰泥被颠簸选走。通过固着蛤化石碎片的保存现状分析其为原地堆积产物,综合固着蛤的生存环境推测其代表滨海到浅海浅部高能环境。3沉积作用和堆积生物相(Biofacies)是反映一定沉积环境的生物群的生态特征,如浮游相(笔石相,反映了深水滞流还原环境)、底栖相(壳相)等,它们是只根据生物化石特征确定下来的,没有综合岩石特征。由于不同的环境条件下生存着不同的生物组合类型,生物的生态特点、生物化石的埋葬和最终堆积,都与沉积作用和沉积环境密切相关。因此,生物相类型的划分和研究,对于了解原始的沉积环境,恢复东特提斯(特提斯—喜马拉雅)白垩纪—古近纪的沉积历史,具有重要的意义。本文划分生物相的主要依据为:(1)化石的组合特征;(2)主要化石的生态特征;(3)基质及胶结物特征;(4)化石保存的完整性;(5)化石的分异度和丰度等。在此基础上将藏南岗巴地区白垩纪的生物相划分为以下7种类型(图6、图7),编号为BF-1至BF-7。其中,有孔虫壳壁微相构造识别主要参照余素玉。3.1充放电源地植物或glefgaceposeBF-1为Hedbergella(赫德伯格虫)-Goupillaudina(别针虫)-Globigerinelloides(似小抱球虫)生物相。此生物相赋存于东山组顶部,以含有丰富的浮游有孔虫及箭石、菊石为主要特征,其中以无旋脊有孔虫Hedbergellasp.、Globigerinelloidessp.大量产出为主要标志。其中,Hedbergellasp.房室螺旋式生长,壳壁具隐粒结构,房室内部泥质充填,成虫主要生活在水深50～100m环境;Globigerinelloidessp.同样具有钙质多孔壳,成虫在白垩纪主要生活在0～50m透光性较好的富氧浅水区,反映水体相对开阔的中能环境。基质出现亮晶胶结物亦与其环境相对应。BF-1相含有丰富的浮游有孔虫(Hedbergellasp.、Globigerinelloidessp.)和箭石、菊石,指示了一种浅水区富氧条件下的浅海环境。Goupillaudinasp.为底栖类有孔虫,其与浮游类Hedbergellasp.、Globigerinelloidessp.的共生出现代表共生组合,指示为正常浪基面和风暴浪基面之间的碳酸盐岩台地斜坡环境。3.2孔虫壳壁结构BF-2为Climacammina(梯状虫)-Textularia(串珠虫)生物相。BF-2相主要见于察且拉组下部,生物分异度较低,所含化石颗粒相对较少。有孔虫壳壁结构为隐粒结构,形态以双列式、多房室为主,以房室内亮晶充填的Textulariasp.为主要代表,其主要生活在水深0～20m的近岸扰动带,代表不稳定的近岸极浅水环境。与其共生的有Climacamminasp.,并有海星出现,海星生活在各种底质中,但软泥底上很少见,说明本相基底较为坚硬。本相中含有少量厚壁玻纤状的生物碎屑,基质主要以泥灰岩、黄灰色钙质、泥质粉砂岩为主,代表碳酸盐岩台地斜坡环境。3.3地质背景和地层BF-3为Heterohelix(异卷虫)-Astacolus(龙虾虫)生物相。此生物相赋存在岗巴村口组上部,浮游有孔虫Heterohelixsp.为其代表性化石类型,并伴生有Astacolussp.及菊石。基质以大颗粒的颗粒物为主,化石保存程度低,化石交代作用明显,颗粒间以粒状支撑为主。Heterohelixsp.壳壁较薄,钙质具微孔,壳壁具明显玻纤结构,房室内为亮晶充填,主要产于正常浪基面以下的陆架边缘、开阔海陆架或开阔海盆地等环境。保存化石的灰岩常常具有强烈的生物扰动构造,表明具有良好的水体循环和充分的含氧条件。菊石多反映较为开放海盆地、陆架边缘和开放海陆架环境。BF-3相带以Heterohelixsp.和菊石为代表性化石。Heterohelixsp.和菊石都是营远洋生活的生物,其组合代表大陆斜坡或水深大于200m的深海环境。3.4生物碎屑和相BF-4为Orbitoides(圆片虫)-Triloculina(三玦虫)生物相。此生物相赋存在宗山组下部。底栖大有孔虫Orbitoidesmedia占主导地位,含部分的Triloculinacf.gibba。其共生的其他门类化石有固着蛤、藻类、海胆、腹足类。生物碎屑受到较为强烈的泥晶化作用,代表化石颗粒经过一定距离的搬运。生物碎屑一般具有泥晶套,并且有较好的分选和磨圆,Orbitoidesmedia壳壁为隐粒结构,可见泥晶外套,化石整体圆度较高,磨圆较好,房室内为亮晶充填,其排列层层叠叠十分紧密并表现出一定的定向排列。在本相中大小个体差别很大的Orbitoidesmedia都有出现,排除了水流的作用使其定向排列,更像是代表互相攀附向上生长的过程。在此生物相中也发现大量固着蛤碎片,而Orbitoidesmedia恰好出现在固着蛤生物礁的礁后位置,主要是由于其抗浪能力明显低于固着蛤礁。本相可以看成是一种碳酸盐岩的生物建隆环境。BF-4相带主要以Orbitoidesmedia的大量出现为标志,并伴生Triloculinacf.gibba、米齐藻、海胆等,指示一种碳酸盐岩台地边缘的生物滩环境。3.5miscellnea生物环境BF-5为Heterohelix(异卷虫)-Miscellanea(崎壳虫)、Globotruncana(截球虫)生物相。此生物相赋存在岗巴村口组下部,以含有较为丰富的浮游有孔虫(如Miscellaneamulticolumnata、Globotruncanasp.、Heterohelixsp.等)为主要特征,并含有少量介形虫和厚壁的底栖有孔虫(如Fissoelphidiumsp.)。Miscellaneamulticolumnata壳体具有较多瘤刺等壳饰,使其能够抵抗较深水的压力,适应较深水环境,其适宜生活在具有较好的透光性和富氧条件的开放海陆架或碳酸盐台地环境。截球虫属为深水动物群典型代表,成虫大都生活在水深100m以下。介形虫和厚壁的底栖有孔虫(如Fissoelphidiumsp.)同样适应深水环境。Fissoelphidiumsp.适应生活在具有松软底质的基底之上。BF-5生物相以浮游有孔虫(如Miscellaneamulticolumnata、Globotruncanasp.、Heterohelixsp.等)为主,并且含有少量的介形虫和底栖有孔虫,指示水体较深(>100m)的开放海盆地或开放海陆架环境。3.6古弹性沉粒相的出现BF-6为Palaeotextularia(古串珠虫)-Globotruncana(截球虫)生物相。BF-6相见于区内岗巴村口组下部。其最大的特点是浮游有孔虫相对富集,是岗巴地区有孔虫最为富集的地段。其中具有代表性的是Globotruncanacf.ventricosa和Palaeotextularialongiseptata的出现,其中Globotruncanacf.ventricosa占绝对优势。在本相中底栖有孔虫的数量相对较少且个体较小。古串珠虫属壳壁主要以晶粒结构为主,含少量隐粒结构,房室内为亮晶、基质填充,代表水深在20m左右的近岸扰动带环境。在本相中可见鲕粒,鲕粒大多为多圈鲕,为较为动荡且反复扰动的水环境产物。BF-6相含有丰富的Globotruncanacf.ventricosa和Palaeotextularialongiseptata化石,并且出现同心多圈鲕粒,指示一种台地边缘水体动荡且地形较为平坦的环境。3.7细砂质BF-7为Keramosphaera(瓷球虫)-Etheliaalba(白色埃塞藻)-Archaeolithothamnium(古石枝藻)-Corallina(珊瑚藻)生物相。BF-7相见于区内宗山组上段。主要化石类型为Keramosphaeratergestina,与其共生的还有Etheliaalba、Archaeolithothamniumsp.、Corallinasp.等,并含有少量的海胆、介形虫和腹足类。基质以细砂为主,化石数量较多,化石保存较为完整,保存较为清晰,代表水动力较小的沉积环境。Keramosphaeratergestina属于钙质无孔型壳有孔虫,适宜生活在具有良好水体循环的开放海台地环境。本相中还有数量较多的藻类化石,其中以珊瑚藻属和白色埃塞藻为主,现代佛罗里达的红藻粒生活于与海岸邻近的潮下带上部和潮间带下部,据此推测Corallinasp.和Etheliaalba生活环境为近岸较为开阔的碳酸盐岩台地。BF-7生物相和成岩作用特征指示,其沉积作用发生在正常浪基面以上、近岸较为开阔的碳酸盐岩台地环境。4新能源海水退出规划的地质背景及相关问题白垩纪是地质历史中海平面变化较为急剧的时期之一,白垩纪中期Cenomanian期全球性海侵规模达到其高峰,也是大洋缺氧表现最为明显的时期。根据上文化石碳酸盐岩微相及生物相组合类型的分析,结合前人的研究成果,本文初步得出如图8右侧所示的海平面变化曲线。与Sliter的白垩纪全球海平面变化曲线,以及万晓樵根据有孔虫组合特征而得出的西藏南部白垩纪海平面变化曲线进行对比,可以看出3条曲线变化基本相符,反映藏南地区白垩纪海平面变化与全球海平面变化规律基本一致,同时也说明本文基于上文化石碳酸盐岩微相及生物相组合类型的分析所得出的藏南白垩纪海水进退规程具有一定的可信度。在对本区化石碳酸盐岩微相及生物相进行研究的基础上,结合野外调查的资料及前人研究的成果,本文对藏南岗巴地区白垩纪时期沉积环境的演化过程进行初步探讨(图9)。4.1glabgis似小抱球虫岗巴地区发生海侵,具体表现在浮游有孔虫Hedbergella(赫德伯格虫)-Globigerinelloides(似小抱球虫)过渡相动物群的出现。微相类型MF1、MF2、MF3及生物相BF-1的组合出现,反映了岗巴地区在白垩纪早期处于一种浅海(水深50m左右)富氧的碳酸盐岩台地斜坡环境。4.2岗巴地区al东南角白垩纪Albian早期发生海退,大量出现以Textulariasp.为主要代表的胶结壳类型的有孔虫,指示当时岗巴地区为水深20m左右的近岸扰动带环境。基质主要为一套泥灰岩、黄灰色钙质、泥质粉砂岩沉积组合,发育海绿石。Albian早期的水体深度较Berriasian—Aptian期有所变浅,以MF4及BF-2的产出为特征。除了受全球海平面变化的影响之外,可能更重要的因素是印度与亚洲大陆碰撞而引起的区内基底挠曲变形,而使地壳产生抬升。4.3砂岩杂砂岩在本时期,水体较Albian早期有进一步加深的趋势。岩性以深灰色-黄绿色页岩为主,含部分灰黑色钙质粉砂岩、杂砂岩。化石含量较少,大部分化石受方解石交代作用改造较为严重,以浮游有孔虫Rotalipora动物群的集中产出为主,壳壁为晶粒结构,具马齿状栉壳(柱纤状晶体,环绕粒屑生长),房室内为亮晶充填。本时期碳酸盐岩微相和生物相组合(BF-1、MF5)指示一种正常浪基面和风暴浪基面之间的碳酸盐岩台地斜坡环境。4.4虫、生物和小插装动物群的形成白垩纪Turonian期再次发生大规模海侵,在此时期的海