黔南晚石炭世生物礁發(fā)育的古海洋環(huán)境研究.pdf

1、生物礁記錄和保存了原地生物生活時的自然地理條件，它的形成和發(fā)展客觀反映了礁內(nèi)生物及環(huán)境條件的演變。從生物礁中尋找有關古海洋、古環(huán)境、古氣候變化的信息，已成為當代海洋生物學及地質(zhì)學家高度重視的研究領域。對生物礁一般性的觀察和描述只能定性揭示某些古海洋環(huán)境信息，而本文則通過采用最新發(fā)展起來的、基于生物學、海洋生態(tài)學和地球化學等多學科的先進理論與方法，更為完整和精確地揭示了黔南晚石炭世生物礁發(fā)育的高分辨率古海洋環(huán)境信息，使黔南生物礁研究從廣度

2、和深度上得到進一步發(fā)展。
　　在葉狀藻礁占主導地位的晚石炭世，中國黔南地區(qū)的生物礁則類型多樣，數(shù)量可觀，并發(fā)育了典型的后生動物骨架礁，如于馬平組下部地層的Triticites帶內(nèi)發(fā)育的Fomitchevella大型珊瑚礁。大型非藻骨架礁的存在成為我國晚石炭世生物礁非常重要的特征，在世界晚石炭世的生物礁發(fā)展中也是一個亮點。由于生物礁代表了最原始的生態(tài)格局，它是生物與環(huán)境之間相互協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，因而是古海洋環(huán)境研究的理想對象，因此黔南生物

3、礁區(qū)成為晚石炭世古海洋環(huán)境研究的理想場所。
　　“現(xiàn)在是過去的鑰匙”，通過與現(xiàn)代珊瑚礁的類比就可以推斷古代生物礁的發(fā)育條件，因此本文運用“將今論古”的思維方法，對影響晚石炭世黔南生物礁發(fā)育的古海洋環(huán)境因素開展了較為系統(tǒng)的研究，探討了海平面波動、水動力干擾、基底性質(zhì)（或類型）、水深和光照、水體溫度、鹽度等物理單項因子，以及海水Mg/Ca摩爾比、CaCO3飽和度、水質(zhì)、營養(yǎng)水平、水體中生物新陳代謝產(chǎn)物等化學單項因子對葉狀藻、Fomit

4、chevella等造礁生物的影響，其中著重研究了基底類型、水動力、光照、溫度的影響。
　　造礁生物對基底的選擇有“隨機”模式（the“l(fā)ottery”model）和“確定”模式(the“deterministic”model)?！半S機”模式中底棲生物在基底空間上的附著任意發(fā)生，“確定”模式中底棲生物只選擇特定的理想基底進行附著。黔南葉狀藻、Fomitchevella、Ivanovia cf.manchurica、Antheria的

5、定殖均屬于“確定”模式，而且多數(shù)情況下選擇在生物成因的硬質(zhì)基底上定殖。淺水速生的Fomitchevella骨骼多孔，大量微孔隙的存在使骨骼具有較高的比表面積，對流經(jīng)水體中的營養(yǎng)物吸附儲存能力較強。大型珊瑚礁礁核較礁緣的水動能高，能夠加快Fomitchevella對營養(yǎng)物“少量多次”反復吸收的頻率，使珊瑚體在單位時間內(nèi)獲得較多的營養(yǎng)物總量，從而有助于骨骼生長和群體規(guī)模的擴大。黔南地區(qū)的造礁生物在縱向分布上有一定規(guī)律，體現(xiàn)了造礁過程中隨水體

6、深淺變化生物種類出現(xiàn)更替的特征。由深及淺水深層次上光照強度的差別可能控制著葉狀藻、珊瑚群體的形態(tài)發(fā)生顯著變化，葉狀藻的形態(tài)由分散分布的單杯狀，逐步發(fā)展為緊密聚集的包葉狀、簇杯狀;四射珊瑚Fomitchevella可能也類似于植物葉狀藻，隨著光照的變化對群體形貌作出調(diào)整。
　　溫度是控制生物礁形成的關鍵因素之一，古海水溫度的定量化復原可通過測定有鉸綱腕足動物低鎂方解石質(zhì)殼體的δ18O值來實現(xiàn)，古溫度可靠性的一個重要前提是海洋生物Ca

7、CO3殼層必須與海水處于氧同位素交換平衡。低緯度淺海中的成年期腕足類殼體比幼年期生長速率更為緩慢，不易發(fā)生氧同位素分餾，從而適合碳氧同位素取樣并更具有環(huán)境指示意義。古鹽度的恢復則通過腕足殼的δ18O和δ13C獲得，與δ13C關系更密切。
　　腕足動物死亡之后，與其所賦存的地層一起經(jīng)歷了成巖和后生等一系列漫長的地質(zhì)作用過程，化石礦物并不總是能保持其原始的同位素組成，從而降低了環(huán)境指示意義。因此利用腕足類殼體進行穩(wěn)定同位素取樣研究時，

8、需要利用顯微結(jié)構、陰極發(fā)光、微量元素含量及分布對稱性判別方法來排除成巖改造的部分。晚石炭世中國黔南礁區(qū)腕足動物殼體δ18O PDB值變化范圍為-4.980‰～-3.249‰，δ18O值換算得到古海水溫度范圍大致在24.39℃～34.21℃之間波動，表明黔南處于溫暖—炎熱氣候環(huán)境。溫度高意味著水體的CaCO3飽和程度高，有利于珊瑚等底棲生物的鈣化和海相碳酸鹽的沉淀。腕足殼δ13CPDB值較高，其變化范圍為4.271‰到5.793‰，反映了