1.生物礁的含义
礁的最初含义是指海底突起岩块,能使船触礁失事。现代生物礁主要是珊瑚礁。生物礁是指造礁生物原地生长建立起来的水下隆起,沉积厚度比相邻地区大,具有完整的生物骨架,形成深度从海水表面到水深小于200m,有些地区可延伸至水深500m处。
2.礁灰岩的组成
礁灰岩可划分为原地礁灰岩和异地礁灰岩。原地礁灰岩有三种类型:障积岩、粘结岩和骨架岩。这三种原地礁灰岩反映造礁生物的三种抗浪方式和成礁阶段(图8-31)。
障积岩 沉积物中富含茎状枝状化石,如珊瑚、海百合等,构成泥晶基质堆积的障壁和支架。由于这种障壁和支架的抗浪作用才使细的灰泥得以沉积和保存下来。障积岩或粘结障积岩主要分布于礁核的基底部位(图8-32)。
粘结岩 主要由板状或片状生物,如层孔虫、藻类等,粘结和包裹着大量灰泥质形成。当生物分泌有机质时,通过生物化学作用而使海水中的碳酸钙沉淀在生物体周围。这类灰岩中可见藻叠层石,但无连生的生物硬体支架。粘结岩主要产于骨架岩和障积岩之间。
骨架岩 为原地的化石骨架组成的块状体,骨架间隙为灰泥及亮晶充填物充填。
异地礁灰岩是生物骨架被破碎、搬运再堆积形成的,主要堆积于礁的翼部,实际上是礁核的塌积物。有下列两种类型:漂浮灰岩,岩石中有10%以上的颗粒直径大于2mm,并受基质支撑;碎块灰岩,岩石主要是由粗碎屑礁块支撑。
图8-31 生物礁碳酸盐类型示意图
(据N.P.James,1984,转引自王良忱、张金亮,1996)
图8-32 生物礁的组成
(据何镜宇和孟祥化,1987)
Ba—障积岩;B—粘结岩;F—异地礁灰岩;M—漂浮灰岩;R—碎块灰岩
3.生物礁的相带划分及其特征
生物礁的沉积相一般可划分为三个相带:礁核相、礁前相和礁后相(图8-33,图8-34)。
图8-33 生物礁沉积相模式
(据N.P.James and D.R.Kobluk,1978,转引自姜在兴,2003)
图8-34 生物礁相带分布示意图
(据N.P.James,1979,转引自何镜宇、孟祥化,1987)
IR—礁间沉积;FR—礁前沉积;RF—礁前沿;RC—礁冠;RFI—礁坪;BR—后礁
(1)礁核相
指礁体中能抵抗波浪作用的部分,为礁的主体,主要为块状的、非层状的、通常是扁豆状的碳酸盐岩体,由造礁生物的骨架和灰质软泥基质组成。其中生物最少占岩石总量的5%~10%,有时可高达40%,主要为造礁生物和少量附礁生物。礁核相带形成的岩石主要为骨架岩和粘结岩。礁核相可进一步分为四部分。
礁顶冠带 这是礁在其生长阶段的最高部分。 如果在浅水中,即为礁顶部接受大部分风、浪能量的那个部分。礁冠的物质组成依风力和海浪的强度而定。在风力和海浪强烈的地方,只有那些能结壳的生物能够幸存下来;当风浪的强度中等到较强时,结壳的生物仍然占优势,但常常可出现扁平的或者具有短而粗的枝状生物;在风浪能量较弱的地方,半球状到块状的种属与零散的枝状造礁生物同时出现。
礁前沿带 这个带上起拍岸浪带,下限深度不固定,通常小于100m,即由大量具骨骼的生物的生长带过渡到进入礁前带的沉积物处。该带动物群丰富多彩。其中造礁生物的形状为半球状、柱状、树枝状和席状,附属生物中腕足类、双壳类、珊瑚、海百合和钙质绿藻等较常见。在现代礁体上造礁生物珊瑚虫在这个带通常延伸到水下30 m左右的深处,形成的最常见的岩石类型仍然是格架灰岩,但生物生长的变化也会形成许多包粘灰岩和障积灰岩。古代礁前沿带动物群形态多样,最丰富的是块状、层状到半球状和枝状骨骼生物形成格架灰岩,有时也形成包粘灰岩。
礁坪带 位于礁顶和后礁相之间,水很浅,最多不过几米。 风浪作用强烈的礁坪带内生物碎屑被胶结形成碎块灰岩,中等波能礁坪带内波能充分冲洗灰质砂形成灰质砂浅滩,其上常有零散的丛状造礁生物,形成的岩石类型介于纯净的骨骼灰质粒状灰岩到碎块灰岩。
(2)后礁相
位于生物礁核相的向陆一侧,在礁坪的背风处。水体较为宁静而闭塞,又称为礁后潟湖。这里的沉积物主要是在礁前沿带形成的灰泥,由风浪携带而来。这些灰泥从悬浮状态沉淀在后礁相带中,常形成富泥的岩性。该相中海百合、钙质绿藻、腕足类、介形虫等海底生物大量繁盛。后礁相的典型岩石类型是障积岩或漂砾灰岩或少量骨架岩。后礁相常见灰岩白云岩化现象。
(3)前礁相
位于礁核相向开阔海边缘的斜坡部位。此相带为礁块碎屑灰岩(骨骼灰岩)、砂屑灰岩到泥质灰岩。这些粗或细的碎屑主要是由波浪从礁核相带向下搬运塌落而来的。这些岩石由完整或碎裂的骨骼残骸、礁灰岩块和造礁生物的骨骼等组成,并且朝盆地方向变成页岩或灰质软泥。与后礁相相反,这里的灰岩很少白云岩化。
(4)生物礁相带发育的背景条件
礁相带的发育程度和特点取决于碳酸盐陆棚边缘带的坡度。依据地形坡度及与其相应的水动力条件和礁相组成特点,可以划分出3个基本类型(图8-35)。
类型Ⅰ 斜坡灰泥丘,位于陆棚台地边缘前斜坡,由生物碎屑灰泥或生物障积灰泥组成,呈带状分布。斜坡坡度较缓,从2°~25°,水能量较弱。斜坡下部沉积物中含分异度不高的特定固着生物,它们能捕获和阻挡从斜坡上部来的灰泥沉积物形成面包形生物灰泥丘岩体。在陡倾斜坡上,碳酸盐泥可能向斜坡下方堆积很远,达到透光带之下,也许在水深100 m左右处。在平缓斜坡上的透光带浅水中也会发育灰泥丘,灰泥丘的顶部可达到波浪作用带,发育造架生物,并可发展为类型Ⅱ和Ⅲ。
图8-35 按碳酸盐台地边缘坡度和能量划分的三种生物礁相带基本类型
(据J.L.Wilson,1975,转引自何镜宇、孟祥化,1987)
类型Ⅱ 缓坡圆丘礁,由台地边缘缓坡上生长的线状生态圆丘礁带组成。 它们形成于向海平缓倾斜(几度到约15°)的正常海底,或在稍远的斜坡下部数十米深度开始生长的。由于缺乏强波浪或水流的作用,很少有块状造架生物,但有很多固着的和包壳的生物。造架生物主要是分支状和丛状的复体类型。在圆丘礁中常见垂直的生态分带,即向上变为块状包壳类型的骨架礁。由于生物巨大的繁殖能力,以及粘结、捕获和包壳作用,又没有碎屑的带出,因而可以使礁体充分发育。
类型Ⅲ 为陡斜坡骨架礁,位于陡的斜坡边缘带,坡度为45°甚至直立。 这是一种生长到海平面或波浪搅动带的带状生物骨架礁。礁后有石灰砂坝、水下砂坝浅滩出现,充填潟湖。有些地区甚至形成岛屿、障壁礁或岸礁,并有大量塌积碎屑。