泥盆紀(jì)生物礁與侏羅紀(jì)生物礁形成條件及演化的對(duì)比

1、泥盆紀(jì)生物礁與侏羅紀(jì)生物礁形成條件及演化的對(duì)比摘要 通過(guò)對(duì)比華南泥盆紀(jì)生物礁，藏北三岔口地區(qū)生物礁，德國(guó)泥盆紀(jì)生物礁以及藏北侏羅紀(jì)生物礁的形成條件與演化，表明其形成條件及演化均受溫度，古氣候，水體深度，植被-森林生態(tài)系統(tǒng)，鹽度及陸源碎屑物的供給，大地構(gòu)造及基底地形形態(tài)的控制的影響。并對(duì)藏北羌唐盆地的油氣資源做出遠(yuǎn)景估計(jì)。1 概述 文中采用的生物礁的定義為:生物礁是由原地生物構(gòu)建的隆起,與周圍同期沉積物有別的碳酸鹽地質(zhì)體(Wood, 1999; Kiesslingetal., 2002)。1生物礁的發(fā)育受構(gòu)造作用、海平面變化及古地理環(huán)境控制,同時(shí)也受造礁生物興衰演化的控制。近來(lái)研究認(rèn)為,生物礁白

2、云巖化膏鹽油氣金屬礦床之間有著密切的聯(lián)系,與生物礁有關(guān)的油氣藏、金屬礦床賦存的盆地的地質(zhì)背景是拉張的裂谷環(huán)境,導(dǎo)致深部物質(zhì)大量涌入,深部流體攜帶大量金屬成礦元素形成熱水沉積礦床,同時(shí)富含CO2、CO、H2和CH4的流體與生物礁中的有機(jī)質(zhì)相互作用,形成油氣田4。中國(guó)生物礁從震旦紀(jì)至新近紀(jì)均有發(fā)育,有泥盆紀(jì)、二疊紀(jì)和新近紀(jì)3個(gè)主要造礁期。2 泥盆世生物礁 2·1早泥盆世生物礁(以埃姆斯期生物礁為例)2·1·1古地理概況與生物礁特征加里東運(yùn)動(dòng)之后,東南加里東造山帶隆升,華南板塊主體抬升為陸。根據(jù)野外觀察實(shí)測(cè)以及相關(guān)地質(zhì)資料編制了華南早泥盆世埃姆斯期生物礁分布圖(圖1)。

3、圖片據(jù)1圖1 華南早泥盆世埃姆斯期生物礁分布Fig·1Distribution of the EarlyDevonian Emsian bioreefs in South China造礁生物:以床板珊瑚為主,少量層孔蟲;附礁生物:主要為單體四射珊瑚、腕足類、海百合等。總的來(lái)說(shuō),埃姆斯期生物礁發(fā)育數(shù)量較少,分布比較零星,單個(gè)礁體規(guī)模較小,厚度一般小于20 m。2·1·2早泥盆世生物礁(以埃姆斯期生物礁為例)分布規(guī)律及其控制因素1)水體連通性:生物礁發(fā)育地點(diǎn)以與外海相鄰近的海域?yàn)橹?水流暢通的海域容易發(fā)育生物礁。2) 水體深淺:海盆基底或海平面垂向升降頻繁,可以導(dǎo)致生

4、物礁生長(zhǎng)速率跟不上海平面升降的頻率,致使生物礁暴露而死或溺死。3) 水體鹽度及陸源碎屑物質(zhì)供給:鹽度異常(海水循環(huán))、陸源碎屑供給和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入對(duì)生物礁發(fā)育可能帶來(lái)的負(fù)面影響不容忽視。2·2中泥盆世生物礁2·2·1古地理概況與生物礁特征碳酸鹽巖分布面積極大地增加.根據(jù)野外觀察實(shí)測(cè)以及前人地質(zhì)資料編制了中國(guó)南方中泥盆世吉維特期生物礁分布圖(圖4).造礁生物:主要以層孔蟲為主,次為四射珊瑚和床板珊瑚.附礁生物:主要為腕足類、枝狀層孔蟲、單體四射珊瑚、海百合和腹足類等。圖2 華南中泥盆世吉維特期生物礁分布(同沉積斷裂據(jù)董榕生, 1992,有修改)Fig·2Di

5、stribution of theMiddle Devonian Givetian bioreefs in South China (Syndepositional fracturesmodified from Dong, 1992)2·2·2中泥盆世生物礁(以吉維特期為例)分布規(guī)律及其控制因素1) 碳酸鹽臺(tái)地面積:海域迅速擴(kuò)大,為造礁生物定殖繁盛提供了合適的環(huán)境。2) 同沉積斷裂:生物礁的分布與同沉積斷裂密切相關(guān),特別是臺(tái)緣礁斜坡礁臺(tái)盆礁的分布點(diǎn)的連線幾乎與斷裂走向平行(圖2)。3) 水體鹽度及陸源碎屑物的供給: 鹽度可能仍然對(duì)生物礁的發(fā)育起重要作用。陸源物質(zhì)的減少,為較

6、大規(guī)模生物礁的發(fā)育提供了必要的條件。2·3晚泥盆世生物礁2·3·1古地理概況與生物礁特征華南泥盆紀(jì)海侵最大時(shí)期,海水繼續(xù)向北東方向推進(jìn)。根據(jù)對(duì)前人資料的整理統(tǒng)計(jì)以及野外觀察實(shí)測(cè),編制了華南晚泥盆世弗拉期生物礁分布圖(圖3)圖3 華南晚泥盆世弗拉期生物礁分布圖Fig·3 Distribution of the Late Devonian Frasnian bioreefs in South China 造礁生物: 主要為層孔蟲,其次為四射珊瑚和菌藻類,開始出現(xiàn)菌藻礁(微生物礁).附礁生物:枝狀層孔蟲、菌藻類等。2·3·2弗拉期生物礁分布

7、規(guī)律及其控制因素1) 水體深度:海平面快速上升,可能是導(dǎo)致弗拉期大范圍臺(tái)內(nèi)礁和岸礁衰退(溺死)的最重要、最直接的原因之一2) 菌藻類的繁盛:近岸海域海水惡化,如營(yíng)養(yǎng)鹽含量增加、海水富營(yíng)養(yǎng)化、菌藻微生物繁盛(Martin, 1996;龔一鳴等, 2002, 2005;徐冉等, 2006; Fengetal.,2010)、菌藻類造礁作用加劇(表4),可能是造礁層孔蟲及珊瑚衰退和大滅絕的重要原因。3) 洋流的影響:弗拉期南華海表層洋流流經(jīng)的地方(杜遠(yuǎn)生等, 2009),往往出現(xiàn)生物礁密集區(qū),說(shuō)明洋流可能對(duì)生物礁有重要影響。2·4華南泥盆紀(jì)生物礁的總體面貌2·4·1華南泥

8、盆紀(jì)總體的生物礁古地理特征與主要生物組成4) 從淺水到深水,華南泥盆紀(jì)生物礁的“穩(wěn)定性”增強(qiáng);淺水礁變化最大,說(shuō)明泥盆紀(jì)華南海域淺水區(qū)的環(huán)境變化大。5) 主要造礁生物為:床板珊瑚(埃姆斯期)床板、四射珊瑚和層孔蟲(艾菲爾期)層孔蟲和四射珊瑚(吉維特期)層孔蟲(弗拉期)菌藻類微生物(法門期)(圖4)。圖4 華南泥盆紀(jì)生物礁類型和組成與古地理環(huán)境的關(guān)系Fig·4Relationships between types and composition of theDevo-nian bioreefs and palaeogeographic environments in South Chi

9、na2·4·2華南泥盆紀(jì)生物礁的主控因素2·4·2·1溫度目前,全球變暖引發(fā)的海水表面溫度(SST)升高導(dǎo)致現(xiàn)代熱帶亞熱帶海洋中珊瑚礁白化的現(xiàn)象受到了廣泛的關(guān)注(Celliers and Schleyer, 2002;Douglas, 2003; Phinneyetal., 2006; Crabbe andJames, 2008)。因此,溫度與生物礁的發(fā)育及其緯度分布是生物礁的重要控制因素。華南泥盆紀(jì)生物礁與溫度之間的關(guān)系可與現(xiàn)代進(jìn)行對(duì)比:一定范圍內(nèi)(如熱帶亞熱帶海域), SST降低會(huì)導(dǎo)致生物礁的繁盛,而SST的升高則抑制生物礁發(fā)育和生長(zhǎng),進(jìn)而

10、導(dǎo)致生物礁衰退和滅絕。值得注意的是,現(xiàn)代礁型珊瑚發(fā)育的最佳溫度范圍是2328(Fagerstrom, 1987),而艾菲爾期SST降低到23之下,到吉維特期SST開始上升至2325(圖5)。2·4·2·2植被森林生態(tài)系:植被森林生態(tài)系對(duì)生物礁生態(tài)系的影響可能主要表現(xiàn)在以下兩方面: (1)植被森林對(duì)對(duì)氣候產(chǎn)生影響; (2)植被森林促進(jìn)土壤的形成,植物根系進(jìn)一步發(fā)達(dá),促進(jìn)大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流入碳酸鹽臺(tái)地等近岸淺水區(qū)(Martin, 1996),促使礁相菌藻類繁盛(Riding,2006),進(jìn)而出現(xiàn)微生物礁,極大地抑制了更喜歡寡營(yíng)養(yǎng)環(huán)境的造礁層孔蟲(Kershaw, 199

11、8);菌藻微生物繁榮并最終導(dǎo)致頻繁的赤潮及海洋水團(tuán)缺氧(龔一鳴等, 2002, 2005),給宏體造礁生物帶來(lái)了毀滅性的打擊。綜上可知生物礁與植被森林生態(tài)系之間關(guān)系可以簡(jiǎn)單地表示為以下兩個(gè)方面:1)早泥盆世中泥盆世:植被繁盛PCO2降低和PO2升高氣溫降低熱帶亞熱帶地區(qū)SST降低珊瑚層孔蟲礁繁盛。2)中泥盆世晚泥盆世:森林繁盛化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化作用和土壤的形成加劇海水(近岸淺水區(qū))中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)剩,菌藻類繁盛珊瑚層孔蟲礁衰退。圖5 華南泥盆紀(jì)生物礁演化與全球環(huán)境參數(shù)變化的耦合關(guān)系Fig·5Sketch showing coupling relationships between evo

12、lution of the Devonian bioreefsin South China and changes of global environmental parametersPAL “present atmospheric level”的縮寫,即“現(xiàn)今大氣中的含量水2·5藏西北三岔口地區(qū)泥盆系生物礁圖6 藏西北三岔口地區(qū)泥盆系生物礁2·5·1藏西北三岔口地區(qū)泥盆系生物礁特征1)礁體發(fā)育于碳酸鹽巖地層中,兩個(gè)礁體的礁格架均為疊置礁,喜礁生物由碗足、腹足及單體珊瑚組成。13162)造礁生物: 生物礁主要由群體珊瑚、層海綿組成。3)附礁生物: 主要有碗足、腹足

13、、海百合及單體珊瑚。2·5·2藏北三岔口地區(qū)泥盆紀(jì)生物礁的演化控制因素水體深度: 1號(hào)礁體是由于海平面下降被干死。2號(hào)礁體則是由于海平面快速上升淹沒(méi)所致。72·6德國(guó)泥盆紀(jì)生物礁2·6·1德國(guó)泥盆紀(jì)生物礁特征MoKerrow和Scot。se8的古地理研究成果表明，泥盆紀(jì)時(shí)，德國(guó)中部大體位于南緯300區(qū)以內(nèi)。因此，在德國(guó)泥盆紀(jì)的海域里形成了大量的生物礁.2·6·1·1德國(guó)泥盆紀(jì)生物礁相特征歸納為四種巖相:盆地相 礁前相 礁核相 礁后相2·6·1·2德國(guó)泥盆紀(jì)生物礁生物組合造礁生物: 孔蟲

14、分布廣泛、形態(tài)多樣。大型塊狀層孔蟲是主要的造礁生物。住礁生物:常見的住礁生物是腕足動(dòng)物、棘皮動(dòng)物、枝狀層孔蟲、單體四射珊瑚、有孔蟲、介形蟲和鈣藻等。2·6·1·3德國(guó)泥盆紀(jì)生物礁形成及演化控制因素1) 海底隆起: 該階段是生物礁的萌生時(shí)期，在今天的布瑞隆地區(qū)曾形成了一個(gè)海底隆起。相應(yīng)的巖石地層單位在德國(guó)被稱為布瑞隆頁(yè)巖。82)碳酸鹽沉積: 大量的碳酸鹽。大體相當(dāng)于臺(tái)地碳酸鹽相，在布瑞隆和德國(guó)中部地區(qū)被稱為施維爾姆相9。3)水體深度：海底的沉降速度雖然加快，但卻與礁的生長(zhǎng)保持平衡。 9布瑞隆環(huán)礁的滅亡可能與該地區(qū)的地殼上升有關(guān)。114)溫度：Malmsheimerd

15、等12則認(rèn)為氣候的變冷可能是導(dǎo)致布瑞隆環(huán)礁滅亡的主要原因。133侏羅紀(jì)生物礁圖7 侏羅紀(jì)生物礁3·1 生物礁類型及特征障積巖隆礁 (2) 粘結(jié)障積巖隆礁 (3) 生物巖隆礁153·2 造礁生物層孔蟲 ：1）枝狀層孔蟲 2）柱狀層孔蟲 3）塊狀層孔蟲六射珊瑚雙殼類16 3·3藏北安多巴青地區(qū)侏羅紀(jì)生物礁類型及形成條件大地構(gòu)造條件: 研究區(qū)侏羅紀(jì)生物礁主要沿班公錯(cuò)怒江縫合帶一線展布。肖傳桃、龔文平等認(rèn)為尹光候等的觀點(diǎn)較為合理,即班公錯(cuò)怒江縫合帶東段經(jīng)歷了克拉通化階段、克拉通階段、怒江洋盆擴(kuò)張階段、俯沖消減階段、閉合碰撞階段和碰撞期后階段。古氣候條件：生物古地理研究表明

16、,研究區(qū)在侏羅紀(jì)處于熱帶地理位置,為生物礁的發(fā)育創(chuàng)造了良好的條件。10巖相古地理?xiàng)l件及其對(duì)生物礁發(fā)育的影響：1)淺灘亞相的存在是生物礁發(fā)育的基礎(chǔ)在研究區(qū)內(nèi)均構(gòu)筑于淺灘亞相基礎(chǔ)之上。2)基底地形的形態(tài)控制了礁體的橫向延伸規(guī)?；椎匦慰刂茰\灘在橫向上的連續(xù)性和延伸規(guī)模的同時(shí),最終控制了生物礁的橫向連續(xù)性和延伸規(guī)模。3)相對(duì)海平面變化控制了生物礁的厚度和縱向上的連續(xù)性相對(duì)海平面變化控制沉積物的類型和結(jié)構(gòu)。相對(duì)海平面上升速率略大于沉積物的堆積速率時(shí),生物礁才能連續(xù)生長(zhǎng),并且可形成較大的厚度。 173·4藏北地區(qū)侏羅紀(jì)生物礁的發(fā)現(xiàn)意義 首先，該發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了藏北地區(qū)侏羅紀(jì)生物礁領(lǐng)域的空白。其次，近

17、年來(lái)，我國(guó)在最后一塊大陸區(qū)藏北地區(qū)進(jìn)行油氣勘探的目的層為侏羅系，為藏北地區(qū)油氣勘探與評(píng)價(jià)提供了一個(gè)全新的領(lǐng)域。第三，對(duì)于班公錯(cuò)怒江縫合帶的拼合時(shí)間研究具有重要意義，肖傳桃,龔文平等認(rèn)為班公錯(cuò)怒江縫合帶在索縣一帶，至少在中侏羅世以前拼合，在安多東巧一帶則在中侏羅世晚期拼合，往西該縫合帶可能拼合于晚侏羅世。3·5 藏北羌唐盆地油氣遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)羌塘盆地沉積有上萬(wàn)米厚的沉積物,是我國(guó)重要的石油天然氣后備普查區(qū)之一,具有大規(guī)模的油氣遠(yuǎn)景,羌塘盆地的“生”、“儲(chǔ)”、“蓋”條件中,“生”、“蓋”條件均較有利18,目前找油重點(diǎn)集中于中生代盆地的坳陷區(qū)。本次工作在泥盆紀(jì)碳酸鹽巖地層中發(fā)現(xiàn)生物礁體,而生物礁

18、是油氣藏的良好儲(chǔ)層。侏羅紀(jì)生物礁的發(fā)現(xiàn),為羌塘盆地尋找及擴(kuò)大油氣資源提供了新思路。74 結(jié)語(yǔ)綜上所述，通過(guò)對(duì)比華南泥盆紀(jì)生物礁，藏北三岔口地區(qū)生物礁，德國(guó)泥盆紀(jì)生物礁以及藏北侏羅紀(jì)生物礁的形成條件與演化，表明其形成條件及演化均受溫度，古氣候，水體深度，植被-森林生態(tài)系統(tǒng)，鹽度及陸源碎屑物的供給，大地構(gòu)造及基底地形形態(tài)的控制的影響。因此,加強(qiáng)中國(guó)生物礁的發(fā)育分布規(guī)律和成因預(yù)測(cè)研究,具有重要的科學(xué)意義和生產(chǎn)實(shí)踐意義。多年來(lái)利用沉積學(xué)、層序地層學(xué)、海平面演化、地震屬性分析和各種測(cè)井等方法,努力探索并綜合預(yù)測(cè)生物礁的發(fā)育和分布特征,尋找隱伏生物礁和油氣藏取得了較大的進(jìn)展,這為尋找礁型隱伏油氣藏創(chuàng)造了條

19、件。鑒于中國(guó)各地質(zhì)歷史時(shí)期生物礁普遍發(fā)育且分布范圍較廣這一得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),再加上生物礁與油氣藏、金屬礦產(chǎn)的密切關(guān)系,必將能夠大力推進(jìn)生物礁的深入研究,為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1 吳義布龔一鳴張立軍 馮啟等 華南泥盆紀(jì)生物礁演化及其控制因素*古地理學(xué)報(bào),2010年6月,第12卷第3期 1 :9-152 劉春燕 林暢松 吳茂炳 云金表 鞏固等 中國(guó)生物礁時(shí)空分布特征及其地質(zhì)意義世界地質(zhì), 2007年3月 第26卷第1期 4:16-193 鞠天吟,楊達(dá)銓.中國(guó)南方震旦紀(jì)至三疊紀(jì)造礁生物演化及生物絕滅事件對(duì)礁丘發(fā)育的控制J.南方油氣地質(zhì), 1995,1(4): 14-18.4張景廉.生物礁與油

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