貴州新安縣新安縣大隆組微化石的發(fā)現(xiàn)

貴州新安縣新安縣大隆組微化石的發(fā)現(xiàn)

從國內(nèi)油氣資源勘探來看，近年來，中國開始石油、天然氣資源的第二次開發(fā)，主要集中在古生代海相層油氣勘探上。對于在勘探區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)泉巖的情況，我們能否找到石油、天然氣的關(guān)鍵？中國許多海相泉巖的特點之一是，輻射巖和硅質(zhì)巖很接近泉巖。例如，四套海相區(qū)域的主要泉巖包括下寒武統(tǒng)牛蹄塘群和相當(dāng)層[4.6]、上奧陶統(tǒng)五華社、上二疊統(tǒng)孤峰群和上二疊統(tǒng)高潮社。塔里木盆地下寒冷武統(tǒng)玉爾圖斯群也是硅泥巖系的泉巖。然而，一旦出現(xiàn)古代泉巖中含有許多有機(jī)質(zhì)的主要母性之一，就可以認(rèn)為巖漿巖是古生代泉巖中有機(jī)物質(zhì)的主要生物之一。放射蟲能用作古生產(chǎn)力研究的替代品嗎？哪些放射短帶是高古生產(chǎn)力的象征？這是一個需要進(jìn)一步調(diào)查的地球科學(xué)問題。貴州省安順市普定地區(qū)新民剖面以硅質(zhì)泥巖、硅質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)巖、含泥硅質(zhì)巖為主,放射蟲、牙形石和海綿骨針等微體生物化石豐富,保存較好;巖石顏色偏黑,有機(jī)質(zhì)含量偏高,是研究放射蟲動物群及其與古生產(chǎn)力關(guān)系的理想剖面.為此,在2009和2010年間,筆者三次赴該剖面進(jìn)行地層學(xué)、沉積學(xué)、古生物學(xué)和地球化學(xué)研究.本文綜合硅質(zhì)生物(放射蟲和海綿)的豐度、分異度和古生產(chǎn)力地球化學(xué)指標(biāo),研究放射蟲和海洋初級生產(chǎn)力的關(guān)系.以期為硅-泥質(zhì)巖系古生產(chǎn)力研究和烴源巖評價提供新的方法.1分區(qū)和地層新民剖面位于貴州省安順市西北部的貓洞鄉(xiāng)新民村附近(圖1).該剖面為一個露天采石場,露頭新鮮,層序清晰,剖面總厚度為13m,可以劃分為9個層.其中,從第1層到第5層,地層以黑色和灰黑色硅質(zhì)泥巖、硅質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)巖、含泥硅質(zhì)巖為主,與華南地區(qū)上二疊統(tǒng)大隆組的巖性特征相似,而且發(fā)現(xiàn)的放射蟲、有孔蟲、菊石、牙形石等化石也相當(dāng)于長興階大隆組(P3d),所以把新民剖面的第1層到第5層劃大隆組.從第6層到第9層,地層主要是灰綠色、黃綠色泥巖,與下伏的大隆組整合接觸,被對比為羅樓組(T1l)(圖2).該剖面含多門類生物化石.大化石有古植物、菊石類、腕足類和雙殼類等,微體化石主要包括放射蟲、硅質(zhì)海綿骨針、有孔蟲、牙形石、介形蟲等.牙形石是研究海相二疊系、三疊系地層的標(biāo)準(zhǔn)化石,尤其是H.parvus的出現(xiàn)被認(rèn)為是三疊紀(jì)的開始,新民剖面牙形石自下而上為:Clarkinazhangi帶、C.yini帶、C.meishanensis帶和H.parvus帶.C.meishanensis帶見于5-3層的下部,H.parvus帶見于5-3層的上部.所以,我們把二疊紀(jì)-三疊紀(jì)的界限定在5層的內(nèi)部(圖2).2石景園樣品的制備從底部至頂部逐層采集了74件樣品,用于微體化石研究.為了定量統(tǒng)計放射蟲和海綿骨針數(shù)量,每件樣品稱取150g,先將其碎成直徑2cm大小巖塊,然后裝入塑料網(wǎng)袋,浸泡在3%左右的氫氟酸溶液中,在室溫條件下每8h換洗一次.洗出的泥狀物放入蒸餾水中,巖石殘渣繼續(xù)浸泡溶蝕.如此重復(fù),直至樣品完全溶解.泥狀物用300目(篩孔直徑為0.054mm)篩子輕輕淘洗,洗凈后裝入小玻璃瓶,再放入烘箱烘干.將處理好的樣品均勻的鋪在玻璃板上,然后在雙目鏡下逐行統(tǒng)計.統(tǒng)計分為4類:阿爾拜蟲類、十字多囊蟲類、球形放射蟲和海綿骨針.較大殘破個體兩個合為一個個體統(tǒng)計;較小殘破碎片,三個合為一個個體統(tǒng)計.據(jù)此,可以獲得每克巖石樣品中放射蟲和海綿骨針的個體數(shù)目(圖2).統(tǒng)計同時,將保存較好的個體挑出,經(jīng)掃描電鏡照相后,用于分類學(xué)研究.化學(xué)分析樣品為新鮮巖石樣品,用瑪瑙缽碾碎到200目.全巖主量元素氧化物的分析測試由中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室完成測試,分析儀器為日本理學(xué)3080E1型波長色散X-射線熒光光譜儀.總有機(jī)碳(TOC)在美國辛辛那提大學(xué)地質(zhì)系用儀器CS-2000分析測試(圖2).3copercyntroicasp.1與廣西東攀剖面相比,貴州新民剖面的放射蟲數(shù)量偏少,種屬分異度低,生態(tài)組合單一.沒有發(fā)現(xiàn)阿爾拜蟲類和十字多囊蟲類,全部為球形放射蟲.本次研究共鑒定出放射蟲7屬9種(含未定種)包括Hegleriamammilla(Sheng&Wang),Copicyntrasp.,ParacopicyntralongispinaFeng,Tetraspongodiscus?inaequispinosus(KozuretMostler),TetraspongodiscusstauracanthusFeng,Copicyntroidessp.1Archaeospongoprunumchiangdaoensis(Sashida),Tetrapaurinellasp.,Copicyntroidessp.2(圖3).該放射蟲組合以Copicyntrids的分子為主,在9個種中,有8個屬于Copicyntrids類;在豐度上,Copicyntrids的分子占總個體數(shù)的95%以上.其中,Copicyntra和Paracopicyntra兩屬最豐富,占個體總數(shù)的80%以上.這兩個屬以同心殼層發(fā)育為特征,一般有十多層同心殼(圖3,4).蟲殼體數(shù)目在50~150個之間.從地層分布來看,放射蟲化石僅限于上二疊統(tǒng)大隆組,下三疊統(tǒng)沒有發(fā)現(xiàn)放射蟲化石.其豐度變化規(guī)律清楚,可以分為3個繁盛期(圖2):第1層頂部到第2層下部,為小的繁盛期,絕大多數(shù)樣品每克巖樣放射蟲小于100個個體;第3層下部,為最大繁盛期,最大豐度每克巖樣大于300個放射蟲化石殼體第4層也是一個重要繁盛期,多數(shù)樣品每克巖樣放射新民剖面的海綿骨針主要是單軸(Monaxons)、三軸(Triaxons)、四軸(Tetraxons)和多軸(Polyaxons)類型.共鑒定出9種類型,包括Tylostyles,Anatertraenes,Oxy-orthohexactines,Anatriaenes,Calthrops,Protriaenes,Oxeacalthrops,Echinorthohexactines,Amphidiscs(圖4).其地層分布規(guī)律與放射蟲化石相類似第一個繁盛期位于第1層頂部到第2層下部,絕大多數(shù)樣品每克巖樣海綿骨針數(shù)目小于50個;第二個繁盛期最大,對應(yīng)第3層下部,最大豐度每克巖樣大于160個海綿骨針;第三個繁盛期出現(xiàn)于第4層,多數(shù)樣品每克巖樣海綿骨針數(shù)目大于70個(圖2).4討論4.1度下的放射性特征二疊紀(jì)放射蟲在研究古生態(tài)、古地理方面具有重要意義,因為它是古生代為數(shù)不多的浮游動物之一.根據(jù)二疊紀(jì)放射蟲組合與共生化石生態(tài)特征、沉積環(huán)境的對比研究,放射蟲古生物學(xué)者發(fā)現(xiàn),放射蟲隨水深具有分帶分布現(xiàn)象,并歸納了特定深度下的放射蟲組合特征[16~19].現(xiàn)代放射蟲研究同樣支持這一說法[20~22].由此可見,特定的放射蟲種群生活在特定的水深范圍內(nèi).反過來,根據(jù)某一完整的放射蟲組合,我們亦可大致推斷其生存海域的海水深度.Kozur認(rèn)為,在50m以上的淺水區(qū)域,以Copicyntrinae為主體的放射蟲組合為特征;在50~500m的水深區(qū)域,以內(nèi)射球蟲為主體,伴生有淺水區(qū)域的Copicyntrinae分子;200m以下,開始出現(xiàn)少量的阿爾拜蟲目;而深度大于500m的深水區(qū)域,阿爾拜蟲目占主導(dǎo)地位.對于新民剖面的放射蟲組合而言,Copicyntrids的分子占絕對優(yōu)勢,可以與Kozur的淺水區(qū)放射蟲組合對比,所以新民剖面沉積時的水深應(yīng)該在50m左右.4.2熱液成因的影響常見的硅質(zhì)巖有熱液型硅質(zhì)巖和生物型硅質(zhì)巖.而利用Al-Fe-Mn圖解,能夠很好地判別出硅質(zhì)巖的成因.筆者將新民剖面的硅質(zhì)泥巖、含泥硅質(zhì)巖樣品中的Al2O3,Fe2O3以及MnO,換算成Al,Fe和Mn的含量,投出Al-Fe-Mn三角圖(圖5).由圖5可知,大部分樣品處于非熱液成因的區(qū)域,只有少數(shù)樣品處于熱液成因和非熱液成因過渡區(qū)段,這和鄰近區(qū)域東攀剖面硅質(zhì)巖的投圖區(qū)域相似.新民剖面硅質(zhì)泥巖、含泥硅質(zhì)巖樣品中多數(shù)含有大量的放射蟲和海綿骨針,支持非熱液成因的結(jié)論.所以,新民剖面硅質(zhì)泥巖、含泥硅質(zhì)巖以生物作用為主,少量樣品受熱液作用的影響,但沒有典型的熱液成因的硅質(zhì)巖.4.3生物硅的變化現(xiàn)在海洋生物硅(excesssilica)是指化學(xué)方法測定的無定形硅的含量,亦稱為生物蛋白石或蛋白石,它主是由硅藻、放射蟲等硅質(zhì)浮游生物通過光合作用在表層海水中形成的,這些浮游植物通過光合作用將海水中的可溶性硅轉(zhuǎn)化為無定形硅而構(gòu)成各自的骨骼.生物硅的積累反映了生產(chǎn)力的時間和空間的變化.古代海洋沉積物中的硅主要有3個來源:熱液來源,生物來源,陸源來源.由上節(jié)的分析可知,新民剖面的硅質(zhì)巖的硅主要是生物成因的,受熱液影響不大,所以沉積物中的生物硅可以用總硅減去陸源成分的硅來定量計算.計算公式為ExcessSiO2(%)=SiO2(樣品)–Al樣品×(SiO2/Al)PAAS,其中,ExcessSiO2表示生物硅,SiO2(樣品)和Al樣品為樣品測試的總二氧化硅和鋁,(SiO2/Al)PAAS是晚太古代澳大利亞頁巖中二氧化硅和鋁的比值.新民剖面生物硅總體較低,其平均值僅為30.5%總的來看(圖2),生物硅的變化與硅質(zhì)微體生物的豐度變化,相關(guān)性不明顯;其演化趨勢可以分為三個階段:第1層到第3層下部為第一階段,生物硅含量強(qiáng)烈波動,并緩慢上升期,第3層下部達(dá)到本剖面最大值.第3層中部至第4層中部為第二演化階段,第3層中部發(fā)生一次明顯的下降,然后再次緩慢上升,一直延續(xù)到了第4層中,其最高值與第一個頂峰的相當(dāng)約為65%.第4層上部和第5層生物硅急劇下降,一直持續(xù)到三疊紀(jì)早期,為第三演化階段.該演化趨勢與華南地區(qū)大隆組放射蟲豐度、分異度演化趨勢具有較好的一致性.4.4處置結(jié)果分析根據(jù)現(xiàn)代海洋放射蟲的研究發(fā)現(xiàn),在現(xiàn)在海洋的球形放射蟲體內(nèi),含有大量藻類,放射蟲和藻類形成良好的共生關(guān)系,放射蟲為藻類提供生活場所和營養(yǎng)物質(zhì),藻類可以為放射蟲母體提供食物.放射蟲體內(nèi)的藻類最后可以隨著放射蟲的沉降而保存在沉積物中,在有的海域放射蟲體內(nèi)藻類的生產(chǎn)力可以占整個海洋表層生產(chǎn)力的很大部分.在新民剖面,大隆組沉積環(huán)境以還原環(huán)境為主,有機(jī)質(zhì)保存良好,可以用TOC來指示生產(chǎn)力的演化.圖6以定量的形式列出了新民微體硅質(zhì)生物與TOC的相互關(guān)系及相關(guān)性系數(shù)的平方(以R2表示,數(shù)值越大,則相關(guān)性越好).由此可以得出:(1)通過計算,放射蟲與海綿骨針具有很高的相關(guān)性(R2達(dá)到了0.73),說明在放射蟲動物群繁盛時,骨針也較繁盛;放射蟲豐度下降時,骨針豐度也降低.顯然,這兩種硅質(zhì)微生物有著極為密切的共生關(guān)系.(2)放射蟲和TOC的相關(guān)性,R2=0.62(圖6(a)).大于海綿骨針與TOC的相關(guān)性(R2=0.21)(圖6(b)),說明放射蟲對生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于海綿骨針的貢獻(xiàn),這可能是由于兩個原因造成的:其一,在新民剖面硅質(zhì)巖中放射蟲豐度遠(yuǎn)大于硅質(zhì)海綿骨針豐度;其二,放射蟲體內(nèi)含有大量的藻類,放射蟲和藻類對生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)很大.(3)硅質(zhì)生物(放射蟲和骨針總和)和TOC存在高的相關(guān)性R2=0.60(圖6(c)),說明在硅質(zhì)巖中,硅質(zhì)生物和生產(chǎn)力有很好的對應(yīng)關(guān)系.但TOC與放射蟲-骨針總和的相關(guān)性小于TOC和放射蟲的相關(guān)性,也說明放射蟲對生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)要大于硅質(zhì)海綿的貢獻(xiàn).近年來,國內(nèi)外許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)海洋的硅質(zhì)生物(放射蟲和硅藻)和海洋初級生產(chǎn)力有很好的相關(guān)性Anderson等和Caron等在不同的海域均發(fā)現(xiàn)放射蟲體內(nèi)的藻類可以占海洋表層初級生產(chǎn)力的很大的比例.Chen等通過對南海的放射蟲和其他生產(chǎn)力指標(biāo)進(jìn)行研究對比,建立了一個定量的由放射蟲來計算初級生產(chǎn)力的公式.Dennett等通過觀察現(xiàn)在海洋放射蟲的生態(tài)習(xí)性,發(fā)現(xiàn)放射蟲體內(nèi)含有很多藻類,這些寄生在放射蟲體內(nèi)的藻類和放射蟲構(gòu)成互利的共生關(guān)系.Lazarus等通過新近紀(jì)以來沉積物的研究,發(fā)現(xiàn)不同的地球化學(xué)生產(chǎn)力指標(biāo)(包括TOC)和硅質(zhì)生物(放射蟲)的相關(guān)性很高(R=0.78),得出硅質(zhì)生物(放射蟲)不僅可以指示現(xiàn)在海洋的生產(chǎn)力的變化,還可以用來指示古生產(chǎn)力的變化.上二疊統(tǒng)新民剖面放射蟲豐度和總有機(jī)碳(TOC)之間很高的相關(guān)性表明,二疊紀(jì)放射蟲也可以用來研究海洋初級生產(chǎn)力的變化.4.5生物硅與硅質(zhì)生物的關(guān)系現(xiàn)代海洋學(xué)研究發(fā)現(xiàn),海水中的硅含量很低,一般不能直接從正常海水中形成硅質(zhì)物沉積.硅質(zhì)沉積物通常通過生物地球化學(xué)過程來完成:即放射蟲、硅藻等生物將海水中的無定性硅轉(zhuǎn)化為生物硅,形成生物骨骼或殼體,生物死亡后其骨骼或殼體沉積下來,部分溶解,部分形成沉積地層.因此,理論上講,生物硅與硅質(zhì)生物之間應(yīng)該具有密切的關(guān)系.然而,從新民剖面的統(tǒng)計、計算