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  中国地质 2018, Vol. 45 Issue (2): 377-391  
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引用本文
荆锡贵, 李凤杰, 成晓雨, 杨晓琪, 张昊, 沈凡. 2018. 四川龙门山地区早-中泥盆世混积相遗迹化石及其环境分析[J]. 中国地质, 45(2): 377-391.  
JING Xigui, LI Fengjie, CHENG Xiaoyu, YANG Xiaoqi, ZHANG Hao, SHEN Fan. 2018. Trace fossils of hybrid facies from Early-Middle Devonian strata in Longmenshan area, Sichuan Province[J]. Geology in China, 45(2): 377-391. (in Chinese with English abstract).  

四川龙门山地区早-中泥盆世混积相遗迹化石及其环境分析
荆锡贵1, 李凤杰1, 成晓雨1, 杨晓琪2, 张昊1, 沈凡1    
1. 成都理工大学沉积地质研究院, 四川 成都 610059;
2. 新疆煤制天然气外输管道有限责任公司, 北京 100728
摘要: 龙门山地区早-中泥盆世碳酸盐岩和碎屑岩组成的混合沉积相富含大量海相遗迹化石,可识别居住迹、进食迹、觅食迹、爬行迹和停息迹5大类14属,包括居住迹:Skolithos;进食迹:ChondritesPhycodesPlanolitesRhizocoralliumThalassinoidesZoophycos;觅食迹:Cylindrichnus以及Palaeophycus;爬行迹:CruzianaMonomorphichnus;停息迹:AsterichnusLockeiaRusophycus等,这些遗迹化石分属于4个遗迹化石组合,反映了不同沉积环境,分别为:(1)Skolithos-Thalassinoides遗迹组合,沉积于高能砂质环境中,为水动力较强的无障壁滨岸前滨;(2)Rusophycus-Phycodes遗迹化石组合反映了水动力较弱的近滨环境;(3)Chondrites-Palaeophycus遗迹化石组合反映了贫氧、水动力条件较弱的近滨下部环境;(4)Zoophycos-Palaeophycus遗迹化石组合反映的环境为正常浪基面以下,风暴浪基面以上的风暴沉积环境,据此建立了龙门山地区早-中泥盆世混积相遗迹化石生活环境分布模式。龙门山地区早-中泥盆世发现的3种类型Zoophycos遗迹化石,与腕足介壳富集层、波痕、丘状和洼状交错层理等反映浅水环境的沉积特征共存,表明泥盆纪Zoophycos形成于浅水环境。
关键词: 遗迹化石    古环境    混积相    泥盆纪    龙门山地区    
中图分类号:P534.44;Q911.28            文献标志码:A             文章编号:1000-3657(2018)02-0377-15
Trace fossils of hybrid facies from Early-Middle Devonian strata in Longmenshan area, Sichuan Province
JING Xigui1, LI Fengjie1, CHENG Xiaoyu1, YANG Xiaoqi2, ZHANG Hao1, SHEN Fan1    
1. Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China;
2. SINOPEC Xinjiang Coal Natural Gas Transmission Pipeline Co., Ltd., Beijing, 100728, China
Abstract: Abundant marine trace fossils are preserved in the Early-Middle Devonian strata of the Guixi-Shawozi section in Longmenshan area, Sichuan Province. According to the shapes, three types of trace fossils were identified that include Domichnia as Skolithos, Fodinichnia as Chondrites, Phycodes, Planolites, Rhizocorallium, Thalassinoides and Zoophycos; Food-seeking traces including Cylindrichnus and Palaeophycus; Repichnia as Cruziana and Monomorphichnus; Cubichnia as Asterichnus, Lockeia and Rusophycus. 14 kinds in total trace fossils can be identified clearly. The ichnocoenoses represent types of Domichnia, Fodinichnia, Food-seeking traces, Repichnia and Cubichnia. Four ichnocoenoses representing different sedimentary environments were recognized as follows:(1) Skolithos-Thalassinoides ichnocoenosis can be explained as Domichnia from higher-energy foreshore; (2) Rusophycus-Phycodes ichnocoenosis mainly consists of Cubichnia and Fodichnia generated in higher-energy nearshore; (3) Chondrites-Palaeophycus ichnocoenosis is from shallow shelf, which suggests sub-oxic and lower energy; (4) ZoophycosPalaeophycus ichnocoenosis is considered as Fodichnia from higher-energy shallow shelf between normal wave base to storm wave base. In terms of the ichnocoenoses, living environment and distribution pattern of trace fossils of hybrid facies were set up from Early-Middle Devonian strata in Longmen-shan area. Three kinds of Zoophycos fossils were observed, which were coexistent with concentrations of brachiopoda and shell, ripple marks, hummocky and swaley cross bedding, which reflects shallow environment sedimentary characteristics from Early to Middle Devonian in Longmenshan area and indicates that Zoophycos fossils were formed in a shallow environment.
Key words: trace fossil    paleoenvironment    hybrid facies    Devonian    Longmenshan area    

1 引言

龙门山地区泥盆纪北川桂溪—沙窝子剖面(简称甘溪剖面)(图 1),是中国泥盆系重要的典型剖面之一(侯鸿飞,1988鲜思远,1995)。研究始于20世纪20年代末,众多地质学家在长达近一个世纪的研究中,对剖面的地层、沉积和古生物等方面取得了丰硕成果(侯鸿飞,1988鲜思远,1995刘文均等,1996高联达,1997程红光等,2008魏钦廉等,2011李凤杰等, 2015, 2016; Li et al., 2016)。该剖面保存完整,中—下泥盆统为碎屑岩和碳酸盐岩组成的混合沉积相(李祥辉等,1996)。该剖面地层连续、露头良好,在混合沉积的地层中遗迹化石丰富、类型多样。针对龙门山泥盆系遗迹化石,前人也有研究和讨论,但主要集中在下泥盆统的平驿铺组(林文球等,1986张立军等,2013),杨式溥等(2004)对下泥盆统平驿铺组至中泥盆统下部的金宝石组遗迹化石进行了识别与环境分析,划分了SkolithosCruzianaZoophycos共3种遗迹相类型。近来,随着对该剖面详细观察与测量,在早—中泥盆世获得了更为丰富遗迹化石资料。如在甘溪村南部约4 km的鹰嘴岩剖面玉龙村公路旁出露的平驿铺组砂岩底部保存极为难得的了清晰、丰富的遗迹化石组合,化石类型可达近10余之多,这为研究遗迹相的研究提供了详实的资料(图 2ab);其次,在早泥盆世的白柳坪组和中泥盆世的养马坝组保存大量的Zoophycos遗迹化石,这些遗迹化石常与介壳富集层(图 2c)、波痕(图 2d)、丘状交错层理(图 2ef)等反映浅水环境的沉积构造相共生,这与Seilacher(1967)划分的Zoophycos遗迹相代表斜坡相之间存在明显差别;再者,在中泥盆世观雾山组下部发现数量极其罕见的Skolithos富集层(图 2gh)。这些遗迹化石的发现,不但是对该区遗迹化石研究是有益的补充,也为该区沉积相的研究提供了重要相标志。

图 1 龙门山甘溪剖面地理位置图 Figure 1 Locality of the Ganxi section in Longmenshan area, Sichuan Province
图 2 龙门山地区早—中泥盆世遗迹化石野外照片 a—遗迹化石富集层,B29层,白柳坪组,鹰嘴岩剖面;b—遗迹化石富集层,B29层,白柳坪组,鹰嘴岩剖面;c—Zoophycos与腕足介壳富集层共生,B39层,白柳坪组,鹰嘴岩剖面;d— Zoophycos与波痕构造共生,B39层,白柳坪组,甘溪剖面;e—富含Zoophycos的风暴沉积,发育冲刷面和丘状交错层理,B91层,养马坝组,石沟里剖面;f— Zoophycos富集层,e中Z1的放大图;g— Skolithos富集层横断面,剖面图,B115层,观雾山组,猿王洞剖面;h—Skolithos富集层横断面,平面图,B115层,观雾山组,猿王洞剖面。Z—Zoophycos;H—Howellella;P—Palaeophycus;RM—波痕(Ripple marks);HCS —丘状交错层理(Hummocky cross-stratification);SCS—洼状交错层理(Swaley cross-stratification);ES—侵蚀面(Erosion surface) Figure 2 Field photographs of trace fossils from Early-Middle Devonian strata in Longmenshan area a-Trace fossil concentration, B29 Bed, Bailiuping Formation, Yingzuiyan profile; b-Trace fossil concentration, B29 Bed, Bailiuping Formation, Yingzuiyan profile; c-Zoophycos coexistent with brachiopoda and shell concentration, B39 Bed, Bailiuping Formation, Yingzuiyan Profile; d-Zoophycos coexistent with wave ripple, B39 Bed, Bailiuping Formation, Ganxi profile; e-Enrich Zoophycos fossils in storm deposit, with erosion surface, Hummocky cross-stratification and Swaley cross-stratification, B91 Bed, Yangmaba Formation, Shigouli profile; f-Details of Z1 in e, Zoophycos concentration; g-Cross-sectional picture of Skolithos concentration, section, B115 Bed, Guanwushan Formation, Yuanwangdong profile; h-Skolithos concentration, plan, B115 Bed, Guanwushan Formation, Yuanwangdong profile. Z-Zoophycos; H-Howellella; P-Palaeophycus; WR-Ripple marks; HCS-Hummocky cross-stratification; SCS-Swaley cross-stratification; ES-Erosion surface
2 地层与沉积背景

四川龙门山甘溪剖面地层连续、露头良好,化石丰富、沉积类型多样,泥盆系地层厚度巨大(图 3),沉积相类型多样,包括碎屑岩、碳酸盐岩和混积岩等多种岩石类型(陈源仁等,1996李祥辉等,1996刘文均等,1999)。下泥盆统由平驿铺组、白柳坪组、甘溪组、谢家湾组和养马坝组二台子段组成,是一套以碎屑岩为主并逐渐向碳酸盐岩增加的地层。其中,平驿铺组—谢家湾组中部主要为三角洲、滨岸、碎屑岩陆棚和混积陆棚沉积(陈源仁等,1996李祥辉等,1996),谢家湾组上部—养马坝组碳酸盐岩礁滩、混积陆棚沉积为主。中泥盆统主要含养马坝组养马坝段、金宝石组和观雾山组,发育碎屑岩和碳酸盐岩组成的混合沉积,由滨岸沉积、混积陆棚和碳酸盐岩缓坡相组成(李祥辉等,1996)。

图 3 龙门山地区早—中泥盆世沉积特征示意图(据侯鸿飞等,1988刘文均等,1996陈源仁等,1996修改) Figure 3 Sedimentary characteristics of the Early-Middle Devonian strata in the Ganxi section, Longmenshan area (after Hou Hongfei et al., 1988; Liu Wenjun et al., 1996; Chen Yuanren et al., 1996)
3 遗迹化石保存类型及其种类 3.1 遗迹化石保存类型

龙门山地区早—中泥盆世遗迹化石按照造迹生物行为习性划分,可以分为5大类,共14种,即居住类Skolithos等;进食迹如ChondritesCylindrichnusThalassinoidesPlanolitesRhizocoralliumZoophycos等;觅食迹如PhycodesPalaeophycus等;爬行迹如CruzianaMonomorphichnus停息迹如AsterichnusLockeiaRusophycus等。按照Seilacher的遗迹化石保存方式分类划分(Seilacher,1967杨式溥,2004),其保存方式多为半浮雕保存,全浮雕保存较少。

3.2 遗迹化石种类 3.2.1 星状迹属Asterichnus Bandel,1967

劳伦斯星状迹Asterichnus lawrencensis Bandel,1967

保存于泥质粉砂岩,整体呈近圆形或椭圆形的星状放射迹,中心有空白区;遗迹由10条左右的放射脊组成,放射脊有分枝。遗迹整体直径为0.8~1.0 cm,单条放射脊长度在0.4~0.5 cm,其直径在1 mm左右;遗迹保存方式为半浮雕(图 4a)。

图 4 龙门山地区早—中泥盆世混积相遗迹化石类型野外照片 a—遗迹化石AsterichnusChondrites的组合,为白柳坪组,B29层,鹰嘴岩剖面;b—Chondrites cf. fenxiangensis,谢家湾组,B67层,甘溪剖面;c—Chondrites targonii平驿铺组,B12层,木耳厂剖面;d—Chondrites Type-C,白柳坪组,B29层,鹰嘴岩剖面;e—Chondrites cf. Type-C,白柳坪组,B29层,鹰嘴岩剖面;f—遗迹化石Cruziana liujingensisPlanolites beverleyensis组合,平驿铺组,B10层, 木耳厂剖面;g—Cruziana rouaulti, 白柳坪组,B29层,鹰嘴岩剖面;h—Planolites beverleyensis,白柳坪组,B29层,鹰嘴岩剖面;i—Cylindrichnus concentricus,甘溪组,B44层,白柳坪剖面;j—Lockeia siliquaria,白柳坪组,B29层,鹰嘴岩剖面。其中A—Asterichnus; Ch—Chondrites isp.; Cr—Cruziana liujingensis; Pl-Planolites beverleyensis Figure 4 Field photographs of trace fossils of hybrid facies from Early-Middle Devonian strata in Longmenshan area a-Asterichnus coexistent with Chondrites, Bailiuping Formation, B29 Bed, Yingzuiyan profile; b-Chondrites cf. fenxiangensis, Xiejiawan Formation, B67 Bed, Ganxi profile; c-Chondrites targonii, Pingyipu Formation, B12 Bed, Muerchang profile; d-Chondrites Type-C, Bailiuping Formation, B29 Bed, Yingzuiyan profile; e-Chondrites cf. Type-C, Bailiuping Formation, B29 Bed, Yingzuiyan profile; f-Cruziana liujingensis coexistent with Planolites beverleyensis, Pingyipu Formation, B10 Bed, Muerchang profile; g-Cruziana rouaulti, Bailiuping Formation, B29 Bed, Yingzuiyan profile; h-Planolites beverleyensis, Bailiuping Formation, B29 Bed, Yingzuiyan profile; i-Cylindrichnus concentricus, Ganxi Formation, B44 Bed, Bailiuping profile; j-Lockeia siliquaria, Bailiuping Formation, B29 Bed, Yingzuiyan profile. A, Ch, Cr and Pl represent Asterichnus, Chondrites, Cruziana and Planolites, respectively

本次发现的星状迹较杨式溥(2004)对该种遗迹化石的介绍偏小,但描述的化石特征与Asterichnus lawrencensis(Bandel,1967)模式种特征基本一致。该遗迹与Chondrites isp(. 图 4a)共生,表明该种造迹生物生活环境与Chondrites遗迹种环境一致,为浅水陆棚相的贫氧地区。

产出层位:白柳坪组B29层。

3.2.2 丛藻迹 Chondrites von Sternberg,1833

(1)丛藻迹未定种Chondrites isp.

保存于灰色粉砂岩中,分枝少且不密集,主枝短粗;为分枝细少的潜穴系统。遗迹化石的保存类型为半浮雕保存,在发现的Chondrites isp.中分叉为两次,其直径在1.0~1.2 mm,主枝直径约为2.3 mm (图 4a)。

该遗迹最大的特点为主枝短粗,分枝少,整体呈羽毛状;本次发现的丛藻迹未定种保存在粉砂岩中,且与Lockeia siliquaria共生,表明其沉积环境为浅水陆棚环境。

产出层位:白柳坪组B29层。

(2)分乡丛藻迹比较种Chondrites cf. fenxiangensis Yang,1984

Chondrites cf. fenxiangensis可见于龙门山早泥盆世的泥质粉砂岩中,保存类型为半浮雕,有分枝。整体呈簇状,末端呈树枝状,其分枝粗细较为一致;其潜穴系统较为复杂,分枝直径在1.9~2.3 mm,整体长约12 cm(图 4b)。

该遗迹种为杨式溥(1984)最早发现并命名的。本次发现ChondritesPalaeophycus共生,保存于谢家湾组,夹在两层风暴岩间的泥质沉积中,其位置应在正常浪基面以下,风暴浪基面以上的浅水陆棚地区。

产出层位:谢家湾组B67层。

(3)塔尔刚丛藻迹Chondrites targonii Brongniart,1828

保存于灰色粉砂岩中,该种遗迹整体在平面上呈丛状展开,分枝简单且较为密集,同种遗迹间较为分散。该种遗迹有分枝,分枝为二分和三分,分枝呈锐角,为30~40°。遗迹长约2.5 cm,分枝直径为1.5~2.0 mm,保存方式为半浮雕保存(图 4c)。

Chondrites targoniiChondrites intricatus (Brongniart, 1823)在平面上形态较为相似,两者呈丛状分布,分枝密集,且有多次分枝。分枝间夹角均为锐角且较小,且分布稀疏。两者最大的区别在于Chondrites targonii在分枝上比Chondrites intricatus稀疏,分枝直径较Chondrites intricatus直径大,分枝间角度较Chondrites intricatus分枝角度大。该种遗迹化石与Phycodes palmatus共生,证明其沉积环境为浅水陆棚。

产出层位:平驿铺组B12层。

(4)C型丛藻迹Chondrites Type-C Osgood,1970

保存于灰色细砂岩中,遗迹化石平行于层面,整体呈菊花状或簇状展布的潜穴。具多次分枝,分枝密集且交织呈网状,分枝为二分或三分。遗迹化石整体直径在6.5~7.0 cm,分枝直径为0.7~1.2 mm。遗迹化石为半浮雕保存(图 4d)。

本次发现的Chondrites Type-C与Lockeia、PalaeophycosCruziana共生,且Chondrites Type-C也有发现。这些遗迹化石共生在同一层,反映的沉积环境为浅水陆棚环境。

产出层位:白柳坪组B29层。

(5)C型丛藻迹比较种Chondrites cf. Type-C Osgood,1970

该遗迹化石于层面斜交,可见一条主枝上的近圆分枝,分枝整体较多对称,分枝呈网状交织在一起,分枝呈簇状或菊花状展布。遗迹化石整体平行于层面,长约9.5~10.0 cm。主枝直径为7~8 mm,分枝直径为1.0~1.2 mm,遗迹化石为半浮雕保存(图 4e)。

该种遗迹在形态上与Chondrites Type-C近似。两种遗迹化石最大的区别在于Chondrites Type-C在岩层中无主枝,而Chondrites cf. Type-C有主枝,前者造迹生物为垂向造迹,后者为斜向造迹。

产出层位:白柳坪组B29层。

3.2.3 克鲁兹迹Cruziana d’Orbigny,1842

(1)六景克鲁兹迹Cruziana liujingensis Yang,1983

保存于灰色泥质粉砂岩中,遗迹平行于层面,

遗迹为纵长的二叶型挖掘觅食迹,两排抓痕宽度大概一致,夹角在135°左右,有的抓痕可见一分为二。整体遗迹平行于层面,每条抓痕宽度在1.5~2 mm,长约3 cm,高于层面约2.0 mm,遗迹整体为半浮雕保存(图 4f)。

本次发现的遗迹化石与Planolites beverleyensis(Billing,1862)共生,沉积环境极可能为浅水陆棚地区。岩层与地面斜交,表明在该段经过成岩作用后,受挤压所形成。

产出层位:平驿铺组B10层。

(2)鲁昂欧克鲁兹迹Cruziana rouaulti Seilacher,1970

Cruziana rouaulti保存于泥质粉砂岩中,呈纵长二叶型;中沟浅且表面光滑无纹饰,这是该种克鲁兹迹与其他克鲁兹迹最大的不同之处(杨式溥等,2004)。其宽为5 mm,长3.0~3.5 cm,保存类型为半浮雕(图 4g)。

Cruziana长久以来作为浅海相的具有指向性遗迹化石,该种遗迹化石的出现指示了该层的沉积相为浅海相。且CruzianaChondritesPalaeophycos共生,证明其古环境为浅海相的缺氧环境。位置为浅水陆棚地区。

产出层位:白柳坪组B29层。

3.2.4 漫游迹Planolites Nicholson,1873

贝弗利漫游迹Planolites beverleyensis Billing,1862

保存在灰色泥质粉砂岩中,平行于层面且不分枝,表面粗糙无衬壁,遗迹化石内部为灰色粉砂充填;直径约为4~5 mm,长约6 cm。该遗迹多见于灰黑色泥岩和粉砂质泥岩中,其保存方式为全浮雕保存(图 4fh)。

该遗迹种与Palaeophycus相似,区别在于该遗迹为主动充填无衬壁,而Palaeophycus为被动充填且具有较薄衬壁;Pl. beverleyensis直或略弯曲,填充物颜色比围岩浅。造迹生物为食沉积物动物,该遗迹是其造迹生物觅食形成觅食构造(杨式溥等,2004)。

产出层位:平驿铺组B10层,白柳坪组B29层。

3.2.5 圆锥迹Cylindrichnus Toots in Howard,1966

同心圆锥迹Cylindrichnus concentricus Toots,1966

保存于灰色细砂岩中,为在垂向上上粗下细的圆锥状潜穴。在遗迹化石底部略微弯曲,横切面为椭圆形,在其横切面上可见同心圆环。其直径为15~20 mm,长5.0~5.8 cm。该遗迹化石保存类型为全浮雕保存(图 4i)。

还种遗迹与Skolithos的相似之处在与两者均为垂向生长;不同之处在于Skolithos上下粗细基本一致,而Cylindrichnus在垂向上表现为上粗下细,且Skolithos在横切面上没有同心层结构。Cylindrichnus该遗迹种为滤食性动物形成的居住-觅食潜穴系统,常见于近滨环境。该遗迹种为Skolithos遗迹相或Cruziana遗迹相的始端(杨式溥等,2004),即Skolithos遗迹相和Cruziana遗迹相的过渡环境。

产出层位:甘溪组B49层。

3.2.6 洛克迹属Lockeia James,1879

枣形洛克迹Lockeia siliquaria James,1879

分布范围较广,主要保存在灰褐色泥质粉砂岩中,个体较小,在平面上呈果核状的凸起;其分布较为密集,在表面光滑无饰,延伸方向基本一致,但也有个别不太一致。其直径在0.8~1 cm,凸起高于层面约7~9 mm,为半浮雕保存(图 4j)。

该遗迹与ChondritesPalaeophycus 等遗迹种共生,证明其生活环境与Chondrites的环境一致,均为浅水陆棚地区。该遗迹化石的造迹生物可能为双壳类(Seilacher. et al., 1994;白忠凯等,2004;Uchman. et al., 2004)。

产出层位:白柳坪组B29层。

3.2.7 单形迹Monomorphichnus Crimes,1970

单线单形迹Monomorphichnus linearis Crimes,1977

保存在泥质粉砂岩中,整体为几条平行的单线组成,单线为平直或弯曲,单线长2~3 cm,直径为2~ 3 mm;每条单线与单线间的间隔为3.5~6 mm,遗迹与丛藻迹共生保存方式为半浮雕(图 5a)。

图 5 龙门山地区早—中泥盆世混积相遗迹化石类型野外照片 a—Monomorphichnus linearis,白柳坪组,B29层,鹰嘴岩剖面;b—Phycodes palmatus,平驿铺组,B12层,木耳厂剖面;c—Phycodes wuhaiensis,白柳坪组,B29层,鹰嘴岩剖面;d—遗迹化石Phycodes isp.和Rusophycus lungmenshanensis组合,白柳坪组,B39层,甘溪剖面;e—Rhizocorallium jenense,谢家湾组,B55层,甘溪剖面;f—Thalassinoides isp.,观雾山组,B115层,猿王洞剖面;g—Zoophycos circinatum,白柳坪组,B39层,甘溪剖面;h—Zoophycos crassumHowellella,白柳坪组,B39层,甘溪剖面;i—Zoophycos circinatum,白柳坪组,B39层,鹰嘴岩剖面;j—Zoophycos isp.白柳坪组,B39层,甘溪剖面。其中Py—Phycodes isp.,R-Rusophycus lungmenshanensis,Z—Zoophycos,H—Howellella Figure 5 Field photographs of trace fossils of hybrid facies from Early-Middle Devonian strata in Longmenshan area a-Monomorphichnus linearis, Bailiuping Formation, B29 Bed, Yingzuiyan profile; b-Phycodes palmatus, Pingyipu Formation, B12 Bed, Muerchang profile; c-Phycodes wuhaiensis, Bailiuping Formation, B29 Bed, Yingzuiyan profile; d-Phycodes isp.coexistent with Rusophycus lungmenshanensis, Bailiuping Formation, B39 Bed, Ganxi profile; e-Rhizocorallium jenense, Xiejiawan Formation, B55 Bed, Ganxi profile; f-Thalassinoides isp., Guanwushan Formation, B115 Bed, Yuanwangdong profile; g-Zoophycos circinatum, Bailiuping Formation, B39 Bed, Ganxi profile; h-Zoophycos crassum coexisted with Howellella, Bailiuping Formation, B39 Bed, Ganxi Profile; i-Zoophycos circinatum, Bailiuping Formation, B39 Bed, Ganxi profile; j-Zoophycos isp., Bailiuping Formation, B39 Bed, Ganxi profile. Py, R, Z and H represent Phycodes isp., Rusophycus lungmenshanensis, Zoophycos and Howellella, respectively

本次发现的单线单形迹较杨式溥的描述相比较小,但符合单线单形迹特征。该种遗迹的造迹生物为类三叶虫动物(Pandey et al., 2014)停息所形成;Monomorphichnus linearisChondrites共生,证明其生活环境与Chondrites一致,为浅海相的浅水陆棚。

产出层位:白柳坪组B29层。

3.2.8 古藻迹Palaeophycus Hall,1847

管状古藻迹Palaeophycus tubularis Hall,1847

保存于灰褐色细砂岩中,外形为柱型潜穴,具有较薄衬里;不分枝,表面光滑无饰。其颜色同母岩一致,平行于层面,保存类型为半浮雕且平行于层面。其直径约为7.5 mm,长约3.2 cm(图 2f)。

Palaeophycus tubulars遗迹种最显著特征就是其潜穴壁薄且外表光滑;张立军等(2013)曾指出其造迹生物为多毛类,并且为广海相遗迹。该种遗迹在龙门山下泥盆统中比较多见,沉积环境为浅海陆棚环境。

产出层位:白柳坪组B29层,养马坝组B91层。

3.2.9 拟藻迹Phycodes Richter,1850

(1)掌状拟藻迹Phycodes palmatus Hall,1850

保存在灰色泥质粉砂岩中,遗迹化石在分枝处较为粗大,分枝沿主枝及两侧方向展开,是平行于层面的束状潜穴,分枝之间无交叉,分枝处直径为2.5~2.7 cm,分枝宽为0.5~2.5 cm,长7.5~8 cm,遗迹化石整体为半浮雕保存(图 5b)。

本次发现的遗迹化石整体呈掌状分布,且整体较大;在分枝处为几条较粗的分枝,为P.palmatusHäntzschel(1975)认为,该种遗迹化石的造迹生物为环节动物形成的觅食构造,与克鲁兹迹(Cruziana)同为Cruziana遗迹相的指向化石,故其古环境为浅水陆棚环境。

产出层位:平驿铺组B12层。

(2)乌海拟藻迹Phycodes wuhaiensis Yang,1990

保存在灰色泥质粉砂岩中,遗迹化石平行于层面,主枝和分枝较细,为二分枝。在分枝处分枝夹角较大,呈人字形。遗迹化石长3~3.2 cm,分枝长约4.3 cm,主枝直径为3.5~4.0 mm,分枝直径在3.5 mm左右。遗迹化石为半浮雕保存(图 5c)。

Phycodes wuhaiensisPhycodes circinatus 相似,但该种拟藻迹最大的特点为在分枝处为二分,且整体为人字形分布,分枝之间夹角较大,一般在90°左右。Phycodes circinatus为一条主枝,分枝潜穴成扫帚状。本次发现的Phycodes wuhaiensisPhycodes palmatus共生,故其古环境为浅水陆棚。

产出层位:平驿铺组B12层,白柳坪组B29层。

(3)拟藻迹未定种Phycodes isp.

保存于灰色粉砂岩中,与层面平行的水平潜穴。呈扇面状展开,主枝细小有分枝,分枝之间没有交叉,主枝直径在2.7~3.2 mm,分枝直径2.5~2.7 mm。该遗迹种为半浮雕保存(图 5d)。

在已发现的Phycodes遗迹种中,较为常见的有P. pedumP. palmatusP. circinatusP. coronatus。其中,P. pedum末端呈镰刀形分枝,且分枝绕过主枝;P. palmatus呈掌状分枝;P. circinatus始端平行不分枝,末端具锐角分枝且分枝呈扫帚状;P. coronatus潜穴为圆形,边缘向上延伸。本次发现的Phycodes遗迹种不具上述遗迹种的特征,且只能见到整体为扇形分布,外形与P. circinatus相似,但缺乏内部更细致的研究;故无法定名。Phycodes造迹生物生活范围较为广阔,范围在近滨—大陆架前端的浅海环境。在本次发现的Phycodes遗迹化石中,可见3种:一种为皱饰迹共生的拟藻迹,另一种为Phycodes palmatus,第三种为Phycodes wuhaiensis

产出层位:白柳坪组B39层。

3.2.10 皱饰迹Rusophycus Hall,1840

龙门山皱饰迹Rusophycus lungmenshanensis Yang,1988

保存于灰色粉砂岩中,整体为椭圆形,为二叶型停息迹;遗迹化石前部宽约2.3 cm,后部宽约2.3 cm,长轴方向长约5.3 cm,高出层面约2.0 mm。在其中后部可见三角空白区,二叶上可见前后两个方向斜脊;遗迹化石为半浮雕保存(图 5d)。

Rusophycus通常存在于近滨环境,被认为是三叶虫栖息是所留下的痕迹。但该种遗迹化石在陆棚上部浅海区的环境也曾发现(杨式溥,1994;杨式溥等,1996),此次发现保存在粉砂岩中的Rusophycus遗迹化石,证明其沉积环境水动力较弱,为近滨—浅海陆棚上部环境。

产出层位:白柳坪组B39层。

3.2.11 根珊瑚迹Rhizocorallium Zenker,1850

詹尼赛根珊瑚迹Rhizocorallium jenense Zenker,1836

保存于薄层状黄褐色粉砂岩中,平行于层面分布。该种遗迹整体呈U型,两翼管平行排列,具蹼状构造。单个翼管直径1.0~1.2 cm,两翼管间距约6.2 cm,遗迹化石长4.3~4.5 cm,整体为全浮雕保存(图 5e)。

RhizocoralliumDiplocraterion parallelum (Torell,1870)在外形上较为相似,外形均为U型,且具有蹼状构造。但Diplocraterion parallelum为垂直保存于地层中,而Rhizocorallium为平行于层面保存。本次发现的遗迹化石平行于层面,两翼管风化较为严重,从内部可见充填物和围岩一致。

产出层位:谢家湾组B55层。

3.2.12 石针迹属Skolithos Haldemann,1840

线型石针迹Skolithos linearis Haldemann,1840

保存在灰色细砂岩中且垂直于层面或高度倾斜的柱状潜穴,外表粗糙且无分枝且上下宽度基本一致,颜色相较围岩较深,在其内部充填模式为内部充填,横切面近圆形,在岩层底部可见颗粒状凸起,直径为0.9~1.2 cm,可见长度约11 cm(图 2gh)。

本次发现的Skolithos遗迹化石上下粗细基本一致,在Skolithos遗迹种内部为砂岩填充,且两层Skolithos遗迹化石叠加,Skolithos个体较大且垂直与层面,整体为簇状。为S. linearis;其造迹生物为环节生物,为环节生物居住的潜穴。杨式溥(2004)指出,Skolithos遗迹相中的化石常形成于前滨和滨岸地带的沙洲和沙坝,为受高能量的波浪和水动力的地区产出的遗迹化石。据此分析该种遗迹化石造迹生物生活环境为水动力强的前滨环境。

出产层位:观雾山组B115层。

3.2.13 海生迹属Thalassinoides Ehrenberg, 1944

海生迹未定种Thalassinoides isp.

保存在灰色细砂岩中的潜穴系统,常见T型与Y型分枝,分枝多不规则,分枝处直径较分枝直径略显粗大。该种遗迹化石平行于层面且潜穴表面光滑无饰。其直径为1.6~4.3 mm,长约5 cm,保存方式为全浮雕(图 5f)。

Thalassinoides一般认为是由甲壳类动物挖掘形成的居住-觅食潜穴,在潮间带较为常见。本次发现的ThalassinoidesSkolithos共生于同一层,表明其形成的沉积环境与Skolithos相同,为水动力强的前滨的砂质沉积。

产出层位:观雾山组B115层。

3.2.14 动藻迹Zoophycos Massalongo,1855

(1)旋卷动藻迹Zoophycos circinatum (Brong-niart),1828

保存在灰色细—中砂岩中,具大型蹼状构造的螺旋觅食迹;可见中央和边缘通道,整体为较大的板状构造。整体近椭圆形,长12~13 cm,两蹼之间最宽处为8.2 cm。遗迹保存方式为半浮雕保存(图 5gh)。

杨式溥等(2004)将动藻迹分为以下几类:Z. circinatumZ. crassumZ. cf.brianteusZ. circinatum较大,且可见中央与边缘通道;Z. crassum可见大量弯曲的弧线状脊,Z.cf.brianteus可见紧密连续的蹼状构造,但个体较小。本次发现的Zoophycos遗迹化石,描述特征符合Z. circinatum的特征,且可以看到连续的蹼状构造及边缘通道。

产出层位:白柳坪组第39层,养马坝组第91层。

(2)厚动藻迹ZoophycosSpirophytoncrassum (Hall),1863

保存在灰黑色细砂岩,灰黄色砂岩中,形状为椭圆形或扇形,具大型蹼状构造,遗迹化石可见由大量弯曲的弧线脊组成;遗迹化石长约6.7 cm,整体宽约7.5 cm,高出层面3~5 mm;其保存方式为半浮雕保存(图 5i)。

Zoophycos crassum整体近圆形,平面可见中央,其弧线脊呈马尾状分布,现如今其造迹生物仍未确定(王约,2004);本次发现的Zoophycos crassum与腕足化石共生,且化石保存完整,指示了浅水陆棚的环境。

产出层位:白柳坪组B39层。

(3)动藻迹未定种Zoophycos isp.

保存于灰黑色砂岩中,整体为不规则椭圆形,可见大型蹼状构造与边缘通道,且蹼状构造较为致密地展布与层面,遗迹化石长25~28 cm,宽10~12 cm,保存方式为半浮雕(图 5j)。

张立军等(2012)Zoophycos分为9种,分别是Z. cauda-galliZ. curtainZ. velumZ. brainteusZ. villaeZ. liasinusZ. flabelliformisZ. insignisZ. rholienseZ. brainteus为圆形或椭圆形蹼层,蹼纹由柱形管向外延伸成“J”形辐射;Z.cauda-galli在水平面上边缘管和柱型管构成“U”型回旋;Z. curtain整体呈“U”型,在“U”形尾部有外延蹼层;Z. velum的大蹼纹和边缘管在尾端据记忆一处;Z. villae其整体轮廓可见抛物线形或叶片J形蹼层;Z. liasinus可见整体为U型的半圆蹼层,其大蹼纹呈通信排列;Z. insignis的整体轮廓为螺旋桨形蹼层,单个桨叶为舌形的蹼层束;Z. flabelliformis整体呈花瓣状或叶片状;Z. rholiense整体为大型裙带状蹼层,边缘为多个舌状或叶片状突起的蹼层束。而在此次发现的该种遗迹,因为缺少更多证据辨明,故不能定种。

产出层位:白柳坪组B39层。

4 遗迹化石组合及其沉积特征分析 4.1 Skolithos—Thalassinoides遗迹组合

两者均保存在灰色细砂岩中,但这两种遗迹化石分布在同一层位的不同位置。遗迹化石主要为Skolithos linearisThalassinoides isp.等,根据Taylor等(1993)提出的生物扰动等级方案划分,其生物扰动较大,达4级。该遗迹化石发育层下伏回春河流厚层状石英砂岩,向上为中层状含Skolithos linearisThalassinoides isp.石英砂岩,发育平行层理、冲洗层理和藻席层,表明该环境为其沉积条件为沉积速度较快且水动力条件较强的无障壁滨岸的前滨亚相沉积环境。该种遗迹化石组合,遗迹化石多垂直于层面,且为滤食性动物的居住迹与觅食迹,造迹生物在水动力较弱期间,迅速向下挖掘至砂质底层形成的垂直潜穴,从而避免被冲刷(施振生等, 2004, 2005)。

4.2 Rusophycusphycodes遗迹组合

该类遗迹化石组合主要沿灰黑色细砂岩层展布,为半浮雕保存在层位顶部。遗迹化石主要有Rusophycus lungmenshanensisphycodes circinatusPlanolites beverleyensis等遗迹化石组成。其生物扰动为2级,遗迹化石清晰,且原始沉积层理并无太大扰动。该种遗迹化石组合的造迹生物多为节肢动物(张立军,2013),其生存环境为含氧量低、食物充足、水体能量较小的近滨亚相沉积环境。

4.3 ChondritesPalaeophycus遗迹组合

主要发育于灰褐色粉砂岩中,以半浮雕的方式保存,遗迹化石主要由Chondrites cf. Type-C,Chondrites Type-C,Palaeophycus tubularis等。在前人对遗迹化石的研究中,Bromley and Hanken等(2003)指出Chondrites是在去缺氧的环境中形成,一般位于氧含量濒临于零的界面附近,其造迹生物多为滤食性和捕食性动物形成的觅食迹。该种遗迹化石的组合指示的沉积环境为缺氧,水体较深,水动力条件较弱的近滨下部沉积环境(张立军等,2013)。

4.4 ZoophycosPalaeophycus遗迹化石组合

在B91层中发育的Zoophycos circinatumPalaeophycus tubularis等共生,该遗迹化石组合保存在风暴沉积序列浪成沙纹段的细纱岩中。风暴序列包含多种类型的风暴沉积构造,如冲刷面、丘状交错层理、洼状交错层理等(图 2e)。Zoophycos与这些沉积构造的组合表明Zoophycos生活环境为浅水陆棚环境中。

5 遗迹化石组合的古地理环境意义分析 5.1 龙门山地区早—中泥盆世的古地理环境

根据对龙门山地区早—中泥盆世混合相研究,结合该区古遗迹化石类型及其组合特征,认为龙门山地区早—中泥盆世反映的古环境总体呈滨海

—浅海相(图 6),其中,Cylindrichnus concentricusSkolithos linearisThalassinioides isp.等遗迹化石反映了滨海环境;Chondrites cf. fenxiangensisChondrites targoniiChondrites isp.、Cruziana rouaultiLockeia siliquariaMonomorphichnus linearisPalaeophycus tubularisPhycodes isp.、Planolites beverleyensisRhizocoralliumRusophycus lungmenshanensis等一系列遗迹化石则反映了浅水陆棚沉积,Zoophycos circinatumZoophycos crassumZoophycos isp.的出现则同样反映了浅海沉积。总的说来,龙门山地区早泥盆世平驿铺组为一套滨岸—浅水陆棚相沉积,白柳坪组则反映了一套正常浅水陆棚相沉积,甘溪组下部为近滨沉积、上部则为浅水陆棚沉积,谢家湾组为正常浪基面—风暴浪基面以上的风暴岩沉积,中泥盆世养马坝组为一套位于正常浪基面以下,风暴浪基面以上的浅海陆棚沉积,观雾山组下部的碎屑岩沉积则为前滨环境。

图 6 龙门山地区早—中泥盆世混积相遗迹化石生活环境分布模式 Figure 6 The distribution model of trace fossils of hybrid facies and their living environment in Early-Middle Devonian period in Longmenshan area
5.2 Zoophycos化石的沉积环境意义

在龙门山地区白柳坪组B39层灰色粉砂岩中保存的厚动藻迹Zoophycos crassum,在砂岩层面上不但可看Zoophycos与腕足介壳富集层共生(图 2c),而且与波痕在同一层面,Zoophycos切穿波痕(图 2d),Zoophycos遗迹化石呈螺旋形,且整体呈扇形展布于层面。与Zoophycos共生的层面上,腕足介壳保存,而且多数呈凸面向上,表明其没有遭受长时间的波浪作用地破坏,而是受到较弱的风暴浪簸扬作用,使得介壳处于凸面向上的稳定状态,该沉积位于正常浪基面和风暴面之间的浅海环境(Li et al., 2016)。Zoophycos与波痕共生,表明其沉积时深度最大可到正常浪基面附近。该组合可能指示了当初的沉积环境为水动力较强、食物丰富的浅海地区。

而保存在B91层的旋卷动藻迹Zoophycos circinatum 与管状古藻迹Palaeophycus tubularis 等共生于风暴沉积序列的泥质岩中,同样表明Zoophycos生活环境为浅海陆棚沉积环境。众多的研究也表明,Zoophycos从古生代到中生代和新生代呈现出由浅水向深水迁移的趋势(Wetzel et al., 1981Ekdale et al., 1984杨式溥,1984王尚彦,1989杨瑞东等,1995Bromley et al., 2003Richiano,2015Zhang et al., 2015)。

由此可见,发育于龙门山泥盆系混积相中的遗迹化石Zoophycos生活环境为浅水陆棚环境。

6 结论

(1)龙门山地区早—中泥盆世混积相海相沉积中保存居住迹、觅食迹和停息迹在内的5大类,14种遗迹化石,其分别为:居住迹:Skolithos;进食迹:ChondritesPhycodesPlanolitesRhizocorallium ThalassinoidesZoophycos;觅食迹:Cylindrichnus以及Palaeophycus;爬行迹:CruzianaMonomorphichnus;停息迹:AsterichnusLockeiaRusophycus

(2)遗迹化石组合类型有4种类型,包括:SkolithosThalassinoides遗迹组合,Rusophycusphycodes遗迹组合,ChondritesPalaeophycus遗迹组合,ZoophycosPalaeophycus遗迹化石组合,分别代表了不同的沉积环境与水体深度,据此建立了龙门山地区早—中泥盆世混积相遗迹化石生活环境分布模式图。龙门山地区早—中泥盆世遗迹化石多为滨海—浅海相的遗迹化石,反映该时期龙门山地区总体沉积环境为滨海—浅海沉积环境。

(3)龙门山地区早—中泥盆世发现的3种类型Zoophycos遗迹化石,可与腕足介壳富集层、波痕、丘状交错层理和洼状交错层理等反映浅水环境的沉积特征共存,表明泥盆纪Zoophycos形成于浅水环境。

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