生物礁研究浅析

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1、http:/ 生物礁研究浅析生物礁研究浅析 聂瑞贞，景秀春，张丛 中国地质大学，北京（100083） E-mail： 摘摘 要：要：生物礁是碳酸盐沉积中的一种重要类型，是生物堆积或生物作用的产物。在其生 长发育过程中，造礁生物的演替和古地理环境的演化共同作用于生物礁，控制着生物礁的 形态、结构、构造以及规模大小和分布范围。生物礁的研究对于从生态学的角度精确划分 和对比地层，以及恢复古地理环境和旋回性事件研究等方面具有重要的地质意义，并为定 量研究古环境演化提供了新的思路。针对目前生物礁研究的现状，本文提出了今后生物礁 研究的主要方向是：典型礁体的综合研究；油气勘探开发中的应用研究；新技术新 方

2、法的引进；旋回性事件相关性研究，等几个方面。 关键词：关键词：生物礁，造礁生物，古地理环境 1.生物礁的概念及发展简史生物礁的概念及发展简史 生物礁的研究迄今已有近 200 年历史。从Walther（1911） 、Ladd（1944）到Lowenstan（1950） ，Newell et al.（1953）对其严格定义为由生物作用形成的抗浪构造，到 20 世纪 70年代Dunham（1970）提出礁的双重概念（地层礁和生态礁） ，生物礁的定义有了跨时代的发展。加上西欧、北美广泛使用的岩隆（buildup）一词，生物礁的概念及其相关术语的发展呈现出定义繁多， 难以掌握的局面。 面对这种情况， 范

3、嘉松、 张维 （1985） 、 范嘉松 （1988）综合考虑到使用者的习惯， 建议把繁多的术语统一于一个基本术语 “岩隆礁” （Buildup reef）或称“碳酸盐岩隆礁” （Carbonate Buildup reef）之内，并建议将滩（Bank）这一术语保留下来继续使用，从而形成岩隆礁、滩、层的命名体系，用以概括各种类型的碳酸盐隆起构造（表 1）1,2。 但是，此后的生物礁概念并未形成统一，直到目前仍存在很大分歧。曾鼎乾等（1988）认为，礁是由原地生长的造礁生物营造，具有抗浪格架、凸镜状或丘状的外部形态，并突出于四周同期沉积物，前后常形成不同的相带。强调生物的有机成因、抗浪构造的重要性

4、以及突出于同期沉积物的外部形态。梅冥相（1997）认为，生物礁是一种独特的沉积体系，是由复杂的物理、化学、生物综合作用形成的具有抗浪性的特殊碳酸盐岩体。从狭义上讲，生物礁在横向上是局限的，其生长发育具有明显的生物证据。齐文同（2002）认为，由生物构成，包括造架生物、联结包覆生物和礁栖生物，且与生物的长期演化、绝灭和复苏密切相关，反映环境特征甚至全球环境变化的是生物礁。 在众多的生物礁概念中，笔者赞同将生物礁看作是碳酸盐沉积中的一种重要类型，由大量的、各种各样的生物堆积而成，或是生物作用的产物（范嘉松，1996） 。 -1- http:/ 表 1. 礁的命名、定义及分类标准沿革简表 Table

5、 1. Brief on evolution of reefs name definition and classification 代表人物 名称及分类 定 义 Lowentam(1950) Newell(1953) 生物礁(Bioreef) 由造架生物和联结生物组成，有足够的能力形成坚固的抗浪构造 地层礁(Stratigraphic reef) 野外可以识别的三度空间的碳酸盐几何体；可含一定数量的生物，也可不含生物；由亮晶方解石营胶结作用 Dunham(1970) 双重礁 生态礁 (Ecologic reef) 厚度较同期形成的碳酸盐岩大，也可以形成大的碳酸盐体；生物含量大，有造架生物、联

6、结包覆生物以及附礁生物；由联结包覆生物起胶结作用 骨架礁 有抗浪标志礁角砾岩， 进一步又可以分为生物骨架礁、非生物联结骨架礁、叠层石礁和灰泥格架礁 Heckel(1974) 岩隆(Buildup) 无礁角砾岩的礁 进一步分为亮晶胶结的碎屑礁、 生物联结骨屑礁和深水礁 三度空间的碳酸盐几何体 生物岩隆礁(organic buildup reef)由各类造架生物组成，造架生物构成礁的格架，生物含量大 障积岩隆礁(baffling buildup reef)主要由障积生物（如苔藓虫、海百合等）构成，含有一定数量的灰泥或灰泥较多 岩隆礁(Buildup reef) 或碳酸盐岩隆礁(Carbonate

7、Buildup reef) 灰泥岩隆礁(lime-mud buildup reef)主要由灰泥组成，仅见少量的生物和生物碎屑 三度空间的碳酸盐几何体，其中，生物一般呈原地生长状态 生物滩或生屑滩(organic bank or bioclastic bank) 由各种生物碎屑组成的滩 鲕粒滩(oolitic bank) 全由鲕粒组成的滩 滩(Bank) 粒屑滩(intraclastic bank) 由各种砂砾屑组成的滩 具有一定的或微弱的地貌隆起，但不及岩隆礁那样明显；由生物和非生物颗粒组成，生物已破碎，受到搬运和改造 范嘉松、张维(1985)； 范嘉松(1988) 生物层(Biostrome

8、) 不具有地貌隆起，横向伸展甚远由完整的生物组成 2.控制生物礁生长发育的主要因素控制生物礁生长发育的主要因素 生物礁是生物堆积或生物作用的产物，同时也是造礁生物适应其生存环境的产物。因此，生物礁的生长演化同时受到生物和古地理环境两种因素的制约。 2.1 主要造礁生物及其对生物礁的控制作用主要造礁生物及其对生物礁的控制作用 藻类。从太古代到现代几十亿年的漫长地质历史时期中，藻类对生物礁的演化发展起着至关重要的作用。 在前寒武纪，作为唯一的造礁生物，藻类通过菌丝体粘结和捕获碳酸盐颗粒成层重叠-2- http:/ 形成叠层石。规模宏大的叠层石礁具有坚硬的抗浪构造，形成突出的正地形。1650-800

9、Ma之前的里菲代是叠层石碳酸盐生态系统的鼎盛时期， 其宏观和微观的多样性都达到了顶点。大约 6-7 亿年前，后生动植物产生适应辐射，叠层石的生态系统骤然衰落，蓝菌时代从此结束。此后，从古生代一直到现代，藻类虽已不再是唯一的造礁生物，但藻类对于造礁，尤其在环境发生突变或生物大绝灭事件之后的造礁，起着承前启后，不容忽视的作用。我国南方二叠纪海绵生物礁中， 藻类的参与对进一步稳固礁体荷增强抗浪能力起了重要作用；泥盆纪晚期弗拉斯期-法门期之交和二叠-三叠纪之交的生物大绝灭事件的结束，都伴随有藻类的复兴5,7,8,9。 古杯动物。古杯动物是最早参与造礁的后生动物，出现于早寒武世，在早寒武世中后期其数量和

10、种类都达到顶峰，遍布世界各地，但到中、晚寒武世，只有少数延续下来，并于志留纪绝灭。 古杯礁的规模一般都比后来的礁小。 寒武纪发现的最早的古杯-微生物礁还具备了现代珊瑚礁所具有的特点，即由动物的骨骼构架，由动物和自养生物形成复杂的生物礁群落，且有底埋生物、隐生生物和其他礁栖生物居住。礁中的粘结和包覆生物对礁的抗浪骨架形成有重要作用5,7,8。 苔藓虫。苔藓虫从晚寒武世开始出现并一直延续到现代。在温暖浅海，它们可以高速繁殖，分泌大量钙质硬体，形成礁体。中奥陶世时苔藓虫成为主要的生物礁群落分子，是生物礁中重要的造架和障积生物。中奥陶世早期之后开始衰落，晚奥陶世仅偶然出现。在经历了石炭纪生物造礁作用的

11、危机期后，苔藓虫重新参与造礁，并成为对二叠纪生物礁发育有重要贡献的唯一后生动物种类5,7,8。 海绵动物。海绵动物在前寒武纪就已出现并一直延续到现代。总的来说，从寒武纪的托莫特期开始直到侏罗纪，各种海绵类群如硬海绵、刺毛虫、紧缚海绵、纤维海绵和硅质海绵等在生物礁中占主要或重要的地位。三叠纪-白垩纪，造礁海绵处于衰落期，而在白垩纪以后的生物礁中海绵已经很少见5,7,8。 腔肠动物。在生物礁发展演化过程中，参与造礁的腔肠动物主要有珊瑚（床板珊瑚、四射珊瑚和六射珊瑚）和水螅纲的层孔虫。其中志留纪和泥盆纪的生物礁中，床板珊瑚和四射珊瑚起着极为重要的作用，而六射珊瑚对于侏罗纪-早白垩世，以及始新世至全新

12、世珊瑚礁的形成意义重大。 床板珊瑚和四射珊瑚分别在中奥陶世和晚奥陶世时开始造礁。其间，四射珊瑚的发展演化还经历了四个繁盛时期，分别是晚奥陶世-中志留世、早泥盆世晚期-中泥盆世，早石炭世和早二叠世。二叠-三叠纪之交的生物大绝灭使得床板珊瑚和四射珊瑚随之绝灭。 六射珊瑚是二叠-三叠纪之交生物大绝灭之后新出现的一个目， 从中三叠世一直延续到现在，而真正参与造礁则始于三叠纪末，并在侏罗纪达到顶峰。六射珊瑚是现代生物礁的主要造礁生物。 层孔虫是腔肠动物门水螅纲的一个目，具有造架和包覆-粘结功能，可以作为造架生物和粘结生物。作为古生代和中生代的造礁生物，层孔虫自寒武纪出现，一直延续到白垩纪 5,7,8。

13、棘皮动物（海百合）和软体动物（厚壳蛤类） 。棘皮动物海百合，从寒武纪出现一直延续到今，其造礁作用限于古生代，主要是中志留世、中泥盆世和晚泥盆世-二叠纪。早泥盆世时海百合还形成许多灰泥丘5,7,8。 厚壳蛤类由巨齿蛤科在晚侏罗世时演化而来，白垩纪时成为主要的构架生物，阿尔比-3- http:/ 期和康潘-马斯特里赫特期最为繁盛，而在白垩纪末期的大绝灭事件中灭亡 5。 2.2 大地构造与生物礁大地构造与生物礁 在漫长的地质历史中，构造运动的影响是广泛而深远的。大地构造演化在控制地形、气候、岩浆活动、变质作用及火山活动的同时，对沉积盆地的类型和分布、板块基底沉积盖层的沉积建造特征、沉积盆地演化和配置

14、、古地理特征及区域海平面变化都有着明显的控制作用，是影响沉积作用及演化规律发展的最重要的因素。在地质历史中，生物礁的分布及发育与大地构造的关系十分密切，大地构造单元的不同特征是控制礁发育演化的重要因素之一10,11,12。根据Scoffin（1978）的研究，生物礁的生长发育往往出现在那些先成地形稍高的地区，因为在这种地区浅水珊瑚生长较快而且沉积物的沉积速率较低。而Kuznetsov（1990）则研究认为大地构造是生物礁发育演化压倒一切的控制因素，不同的地质历史时期，生物礁的类型、规模、不同类型所处的构造背景以及古地理控制都发生了明显的变化13。 以上扬子板块各大地构造单元演化与志留纪生物礁发

15、育的关系为例，上扬子板块的北缘是在加里东期形成的具有裂谷带的南秦岭被动大陆边缘。在裂谷作用下，次一级的隆起与凹陷形成，从而造就出起伏的大陆边缘地貌格局。由于较强的水动力条件，在隆起区内发育了碳酸盐台地，其上则发育了类型多样的生物礁；而板块西缘（金沙江构造带）为相似于主动大陆边缘的构造单元，仅在岛弧区发育部分点礁以及生物层；板块内部受古隆起的影响，在川西北、川东南、黔北等地区形成缓坡沉积环境，在浅缓坡区生物礁十分发育，类型众多。但是板内深断裂（龙门山，二郎山-攀西裂谷带）边缘，由于志留系中碎屑岩比例较大， 环境相对不利于造礁生物生活， 因而生物礁不甚发育， 仅见生物层-小型点礁组合。此外，在志留

16、纪时，受区域构造的影响，板块边缘凹陷区受全球海平面波动的影响并不大，所以至文洛克期后，尽管大部分地区因海平面下降而无沉积，但这里却继续接受沉积且发育生物礁 11,12。 另外，东昆仑西段石炭二叠纪柴达木地块与羌塘地块间的 4 个构造期的聚合离散作用所造成的基底升降也制约着生物礁的着生、建造和发育规模。其中，早二叠世和中二叠世晚期的两次洋壳从扩张向消减的转换，使地块基底逐渐抬升，柴达木南缘出现了长期稳定的造礁环境15。江西玉山晚奥陶世短暂的构造稳定期和适度的海平面上升成为层孔虫珊瑚点礁的主要生长发育期16 。 此外，构造作用还是影响生物礁岩油气储层发育的重要因素之一。构造演化史、有机质演化史与成岩孔隙演化史的匹配关系是能否形成有效油气藏的关键17。规模巨大的构造圈闭是中东地区油气产量长盛不衰的