中晚奥陶世珊瑚礁-微生物礁发育特征及其与海水温度关系研究：以陕西铜川平凉组为例

Carbonate reefs play an important role in the oceanic eco-environment and hydrocarbon exploration. Their growth is controlled by various environmental factors, among them temperature is an essential one. The relationship between reefs and seawater temperatures, which can be studied through modern ocean observations, is known little in the deep-time Earth. During the Middle-Late Ordovician period, there are significant fluctuations in global climate as well as evolution of coral and microbial reefs, which have provided an important window for related research. In this context, we will conduct an integrated study through paleontological, sedimentological, and paleoecological methods on coral reefs and microbial reefs in the Middle-Upper Ordovician Pingliang Formation from the Taoqupo section, Tongchuan City, Shaanxi Province. The rock fabrics of the carbonate reefs will be described in detail with the aid of scanning electron microscope (SEM) and the genus and palaeontological features of reef-building organisms will be identified. The paleotemperature during the depositional period will be established by in situ conodont oxygen isotope using Secondary Ion mass Spectrometry (SIMS) after picking out the conodonts. Combining relative sea level change, the response of coral and microbial reefs to coeval seawater temperature changes will be clarified. This study will reveal the effect of temperature changes on the growth of reefs in the geological history, greatly improving our recognition on the evolution of reefs.

生物礁具有重要的生态环境意义和油气资源储集性能，其生长发育受控于多种环境因素，其中，海水温度变化对生物礁的生长发育具有显著影响。目前我们主要通过现代海洋观测研究生物礁与海水温度的关系，但是对于地质历史时期生物礁的生长发育与海水温度的响应，知之甚少。中晚奥陶世全球气候存在显著波动，并广泛发育珊瑚礁和微生物礁，为相关研究提供了重要窗口。因此本项目选择陕西省铜川市桃曲坡剖面中上奥陶统平凉组珊瑚礁和微生物礁为研究对象，采用古生物学、沉积学和古生态学等手段，详细刻画生物礁的岩石组构、古生物种属及其生长发育特征；采用二次离子质谱仪对牙形石进行微区原位氧同位素测试分析，建立古海水温度变化曲线。在此基础上，结合相对海平面变化，建立中晚奥陶世珊瑚礁和微生物礁生长发育对海水温度变化的响应样式，揭示温度对生物礁生长及演化的影响作用。此研究成果可加强对地质历史时期生物礁发育演化的认识，具有十分重要的科学意义。

鄂尔多斯盆地南缘桃曲坡中晚奥陶世生物礁剖面发育完整，研究发现，桃曲坡生物礁主要为泡沫层孔虫礁和微生物礁，而不是珊瑚礁。在该剖面平凉组顶部的颗粒岩和泥粒岩中发现有珊瑚化石，但不是生物礁相。桃曲坡奥陶纪剖面发育上奥陶统平凉组和桃曲坡组，平凉组主要由层孔虫礁和微生物礁构成，夹有腕足生屑滩以及珊瑚肾形藻生屑滩；桃曲坡组为深水相泥岩，夹有部分砂屑滩。.剖面样品获得了较完整的牙形石化石，建立了出三个化石带：Tasmanognathus shichuanheensis，Tasmanognathus gracilis，Belodina compressa。确定桃曲坡的生物礁为桑比期早期生物礁。.对桃曲坡附近好時河生物礁剖面进行了研究对比。研究发现，好時河生物礁是我国地质历史时期发育最早的珊瑚礁，桃曲坡生物礁是我国地质历史时期发育最早的层孔虫礁！这是具有重要意义的发现，为奥陶纪生物多样性演变中生物礁类型演化做出了重要贡献。.对鄂尔多斯盆地西南缘所有奥陶纪生物礁剖面的粗枝藻化石进行了研究，鉴定出粗枝藻化石６属９种，其中大链孔藻Catenuporella gigantia gen. et sp. nov.（新属新种）与其他奥陶纪粗枝藻不同，在鄂尔多斯盆地大量发育，而塔里木盆地和扬子台地均未发现。.对剖面的镣珊瑚Catenipora化石做了进一步的研究，结合鄂尔多斯盆地乌海老石旦剖面，认为以往鉴定为钙质的Halysis应为镣珊瑚Catenipora或者喇叭孔珊瑚Aulopora的始祖形态。.对剖面中的凝块石微生物岩做了细致的分类和成因分析。根据显微结构分为以下几类：砂屑状粗纹层凝块石、斑晶虫状凝块石、缠绕状凝块石、微弱纹层包壳凝块石、葡萄状凝块石等。砂屑状粗纹层凝块石一般出现在水动力能量较高的环境，葡萄状和斑晶虫状凝块石通常出现在水动力能量稍高的环境，缠绕状、微弱纹层包壳凝块石通常出现在水动力能量较低的环境。.结合现代海洋中藻类生活的深度范围，根据沉积微相绘制了海平面变化曲线。研究认为，后生动物层孔虫以及珊瑚通常在较深水的低水动力能量环境下造礁，而海平面降低后，水动力能量逐渐增加，层孔虫珊瑚礁中伴生的微生物往往会大量发育，导致水体污染，层孔虫珊瑚死亡，微生物礁开始发育。因此，层孔虫珊瑚礁和微生物的交替发育，和海平面的变化有直接关系。