主要沉积相类型的化石组合特征

生物与其生活环境是不可分割的统一体。不同类别的生物对环境因素的要求是不一样的，因而在不同的环境中，生物类别也是有差异的。即便在同一水域不同地段，由于环境的差异，不仅在生物类别方面有区别，就是在生物数量多寡和形态构造方面也是有区别的，甚至还有明显的不同。因此，不同的生物群落或化石组合面貌大致可以表明其所属的生活环境或沉积相。
化石是区分海相和非海相沉积环境的重要标志。
无脊椎动物主要是海相的，包括有孔虫、放射虫、腔肠动物、苔藓动物、腕足动物、双壳动物、头足动物、笔石、三叶虫和棘皮动物等。无脊椎动物中非海相的包括部分的双壳动物、腹足动物、介形虫、海绵和昆虫等。
环境再造中藻类使用非常广泛，可以识别出海相和非海相的差别。蓝藻或绿藻的形态呈叠层状是潮坪潟湖及半咸水环境的特征，树枝状和结核团块是淡水河流和湖泊的特征。绿藻既有海相又有非海相，海松类和粗枝藻类的绿藻是海相的。红藻是海相的。轮藻是淡水藻类，因此被广泛地用来确定非海相沉积环境 ( 某些轮藻可生活于半咸水边缘环境) 。
3. 5. 1 大陆沉积环境的化石特征
3. 5. 1. 1 湖泊相化石特征
在淡水湖泊中生物化石丰富，常含腹足动物、瓣鳃动物、介形虫、叶肢介、鱼和昆虫等化石。根据沉积的位置，滨湖沉积物中化石很少，在层面上可见少量植物碎片。浅水湖泊沉积物中植物化石不多，且不完整，但有较多的淡水动物化石。深湖沉积物中层面上具较多的植物化石，动物化石不多，且不完整。
在盐湖沉积物中含有瓣鳃动物介形虫、植物碎片及硬鳞鱼类的鳞甲及龟类等化石。
3. 5. 1. 2 河流相的化石特征
在河床沉积物中一般没有动物化石，原因是河水经常流动，动物尸体不易保存。同样植物化石亦没有完整的，但在煤系的河床主流相沉积中可含较多的大的植物碎片。河床浅滩部分可沉积更小的植物碎片。往往在煤系地层的河床相最底部常有硅化木，可作为河床相的鉴定标志，硅化木的排列方向，可指示水流的方向。
在河漫滩沉积物中没有动物化石，植物化石呈碎片出现，有时在淤泥中有完整的树叶。
在牛轭湖沉积物中出现有较丰富的生物化石，具有大量的植物叶片化石和软体动物中的瓣鳃动物和腹足动物的介壳等。
3. 5. 2 过渡沉积环境的化石特征
3. 5. 2. 1 三角洲相化石特征
三角洲相主要生物化石包括有壳变形虫、陆相介形虫、海相介形虫、棘皮动物、海胆刺、蛇尾类的骨针、双壳动物、腹足动物、苔藓动物及少量有孔虫和植物碎片等。
三角洲平原相中海相介形虫与陆相介形虫混杂，其中海相介形虫壳体细小，同时有腹足动物和双壳动物的贝壳、植物碎片和虫孔遗迹化石等。
三角洲前缘相中含有大小虫穴遗迹化石及丰富的生物扰动构造层、介壳沉积普遍。海相介形虫和有孔虫含量增加，壳体也增大。海胆刺和蛇尾类骨片增多。
前三角洲相中，外带 ( 海方) 海相化石较丰富，有双壳动物、腹足动物、介形虫、海胆、有孔虫、掘足类、苔藓虫等; 陆内 ( 陆方) 有陆相介形虫、有孔虫、双壳动物以及少量的海胆等。
3. 5. 2. 2 陆缘近海湖相化石特征
陆缘近海湖相生物门类组合由鱼类、双壳动物、腹足动物、有孔虫、介形虫、藻类、孢粉等组成。
具有海相生物与陆相生物混生标志，典型的陆相化石有壳变形虫、轮藻、淡水植物的种子，孢粉与海相有孔虫和半咸水介形虫混生。例如，原地埋藏的广盐性有孔虫 ( 砂杆虫) 、希望虫，半咸水介形虫 ( 正星介) 等，异地埋藏的河流上游搬运来的轮藻藏卵器，潮水冲来具有强烈磨损的海相介形虫 ( 花室虫) 等。
广盐性生物发育丰富，具有大量广盐性有孔虫、介形虫、硅藻等。例如，广盐性钙质壳有孔虫 ( 希望虫、诺宁虫、卷转虫、假上穹虫) 等，广盐性胶结壳有孔虫 ( 砂栗虫，砂杆虫、砂轮虫，拟单栏虫) 等，广盐性介形虫 ( 瘤正星介、中华丽花介、新单角介、细花介) 等，广盐性硅藻 ( 圆筛藻、马鞍藻、布纹藻) 等。
生物壳体形态变异，表现为壳壁变薄、壳饰减弱、壳体变小、壳体畸形等。
3. 5. 2. 3 河口湾相化石特征
河口湾相生物门类组合有海相或半咸水的多毛类虫管、底栖有孔虫、鱼类、甲藻等及淡水的介形虫、腹足动物、双壳动物、叶肢介、轮藻和孢粉等。
生物门类的数量低，表现为河床沉积中生物门类数量显著低于海相，边滩沉积中相对含量较为丰富。
海相生物与陆相生物混生，在海水与河水共同作用下，潮滩沉积中出现淡水硅藻和轮藻与海水有孔虫共生。河口附近出现海水有孔虫与淡水介形虫、有壳变形虫混生。
生物空间分布有明显的海相生物递增现象，表现为从河口上段至入海处，海相有孔虫和介形虫的狭盐度种类有逐渐增加的趋势。
3. 5. 3 海相沉积环境的化石特征
3. 5. 3. 1 滨海相的化石特征
滨海相沉积物中遗迹化石丰富，多分布于潮上带及潮间带。由于该区环境变化大，底栖生物较少，仅有一些底埋底栖、钻蚀底栖生物所留下的虫穴、虫管，在沉积物中生物扰动构造也发育。
滨海相地层中完整的化石较少，可见到海生动物介壳碎屑及陆生植物碎片等。该区由于波浪作用频繁，生物碎屑的埋藏是经过了水力分选，自岸边向海洋方向，由大到小且平行海岸具分带现象。某些长形介壳的排列也常平行海岸。
潮坪是最常见的碳酸盐滨线环境。潮坪沉积物主要来源于海洋，是由海潮和风暴由海洋带上陆地的。潮坪沉积环境分潮上带、潮间带和潮下带。
潮上带: 沉积物由岩屑至钙质软泥组成。沉积原生构造有不规则纹理、岩屑和藻类叠层石等。化石有薄壳的小型有孔虫和介形虫等。
潮间带: 沉积物由细粒团粒至钙质软泥组成。原生沉积构造有生物扰动构造、潜穴和藻类叠层石等。化石有薄壳的小型有孔虫、介形虫和少量软体动物等。
潮下带: 沉积物由粗砂、团粒至钙质软泥组成。原生沉积构造有生物扰动构造和潜穴。化石有 ，有孔虫、绿藻、苔藓虫、软体动物和海胆等。
3. 5. 3. 2 浅海相的化石特征
浅海相地层中生物遗体化石大量保存、门类较多，如藻类、 、有孔虫、古杯类、珊瑚、具铰腕足动物、各种棘皮动物、三叶虫等适应正常盐度的底栖生物类型。
在正常浅海环境中还有一部分可适应盐度变化的生物类别，如双壳动物、腹足动物和介形虫等。
浅海陆棚碎屑岩内富含各种海相生物化石，有时可含较多的微小动物遗体，如有孔虫、放射虫等。
浅海陆棚泥页岩内富含保存完整且有规律平整分布的生物化石，如三叶虫、笔石等。
浅海碳酸盐岩类包含的化石类型: ①有孔虫灰岩，由有孔虫、 、货币虫等组成;②海百合灰岩，由海百合为主的棘皮动物组成; ③介壳灰岩，由腕足动物和双壳动物等组成; ④礁灰岩由珊瑚、海绵、钙藻、苔藓动物等组成。
生物礁是由造礁生物的钙质分泌物和钙质骨骼形成的特殊类型沉积物构成的。所有造礁生物的共同特征是: 有迅速繁殖生长的能力，能够分泌大量的钙质，大多数是固着底栖的群体或群生生物。造礁生物主要有钙质藻类、海绵动物、群体珊瑚、层孔虫、苔藓虫、软体动物、腕足动物和棘皮动物等。另外还有一些有孔虫、蠕形动物、节肢动物等骨骼往往也和礁体埋藏在一起。
造礁生物群随着地史时期的进展也在不断地变化。在元古宙，藻类是主要的造礁生物，从寒武纪开始形成了丰富的多种多样的生物礁，古杯类往往和藻类在一起形成浅海的礁体。奥陶纪和志留纪开始出现由腔肠动物造成的生物礁体，其中层孔虫、横板珊瑚是早古生代主要的造礁生物。泥盆纪以层孔虫、四射珊瑚、腕足动物为主要造礁生物。石炭纪、二叠纪除藻类和群体珊瑚以外，苔藓动物、棘皮动物特别繁盛。中生代造礁生物是六射珊瑚和厚壳的双壳动物、藻类及海绵动物等。
块状层孔虫是最主要的造礁生物，其能单独成礁。板状、球状、半球状层孔虫及块状横板珊瑚、群体四射珊瑚等也是主要造礁生物，但不能单独成礁，常构成生物礁滩或生物滩。
生物礁是具有造成坚固格架能力的生物在海底构成的构造，能抵抗风浪，并多多少少地影响着周围的环境和沉积作用。
生物滩是指由不能造成坚固格架的生物大量堆积而成的构造，可以是原地堆积或是搬运而来的，一般不能抵抗风浪，对周围环境影响较小，有一定厚度，一般为 1m 至数米左右。
礁状灰岩是指零星分布的造礁生物堆积形成的构造，由于受环境条件的影响，此构造极不发育，往往仅形成直径几十厘米至 2m 左右的块状体。
古生代生物礁相化石组合以钙质藻类、层孔虫、横板珊瑚为主要类型。
中生代生物礁相化石组合以钙质藻类、海绵动物、六射珊瑚为主要类型。
新生代生物礁相化石组合以钙质藻类、软体动物、八射珊瑚为主要类型。
3. 5. 3. 3 深水相的化石特征
深水环境中生物化石较少，具代表性的是含有钙质及胶结质的生物遗体，如海百合和硅质海绵等。而浮游有孔虫介壳在沉积物中逐渐占有统治地位。底栖动物中只剩下少量具薄壳的腕足动物、苔藓动物、海胆和某些小型单体珊瑚。
由于深水处光线不能到达，所以很少生长藻类。底栖生物不以植物为食，而是以大洋中由水域上层落下来的生物尸体或者海底泥沙内的有机碎屑物质为食。
生物组合由远海游泳和浮游生物组成，包括颗石藻、硅藻、放射虫、抱球虫、硅质海绵骨针、薄壳型菊石、薄壳型竹节石、牙形石、薄壳型双壳类、薄壳型腕足类和小型角锥状单体珊瑚等。
识别沉积环境时要注意把生物相和沉积相结合起来综合研究。同时生物对环境的适应性有广、狭之分。狭适应性生物只能在一种特定的环境中生存，对环境条件的变化十分敏感，稍有改变就不能生存，这种明确指示某种沉积环境的化石称为 “指相化石”。所以，在利用生物化石推断其生活环境时，一定要注意选择那些指相化石。

根据岩石类型（包括岩性、颜色、结构特征等）、各种沉积构造、生物化石组合、剖面结构及特征矿物等特征，研究区内晚泥盆世—石炭纪地层的沉积相大致可归纳为下面一些主要代表性沉积相类型（图6-19、图6-20、图6-21、图6-22、图6-23）。
1.冲积扇相（AF）
冲积扇相主要见于阿木尼克组，由一套巨厚的紫红、褐红色砾岩组成，夹粗砂岩和钙质粉砂岩，发育平行层里、偶见楔状交错层理，沉积厚度不大，含陆相植物和鱼类。自下而上粒度由粗变细，为正粒序沉积旋回。
2.山麓—河湖相（Pi—FI—La）
主要见于牦牛山组、老君山群，阿木尼克组和沙流水群。岩石类型为紫红、灰紫、灰绿色砾岩、含砾砂岩、石英长石砂岩。波痕、交错层理、龟裂构造发育。含陆相植物化石和胴甲鱼类。
3.海陆交互相（LS—VC）
海陆交互相沉积在柴达木盆地及周边地区十分发育。自晚泥盆世开始，到晚石炭世均有见及。集中分布在柴达木盆地北部，主要见于牦牛山组、哈尔扎组、羊虎沟群、太原群及克鲁克组下部。
阿木尼克山地区的牦牛山组主要为杂色砂岩、灰、深灰色板岩、钙质粉砂岩、砂质灰岩，夹玄武岩、辉石安山岩和中酸性火山岩。含植物（Leptophloeum rhombicum，Sublepidondendron，Lepidodendropsis）和珊瑚（Cladopora）。表现出海陆交互相沉积特征。

图6-19 柴达木盆地及周边地区晚泥盆世构造岩相古地理图


图6-20 柴达木盆地及周边地区早石炭世早期构造岩相古地理图


图6-21 柴达木盆地及周边地区早石炭世晚期构造岩相古地理图


图6-22 柴达木盆地及周边地区晚石炭世早期构造岩相古地理图


图6-23 柴达木盆地及周边地区晚石炭世晚期构造岩相古地理图

哈尔扎组位于祁漫塔格东段北坡，岩性为砂泥质板岩、泥质粉砂岩、钙质粉砂岩，夹英安质晶屑凝灰岩、凝灰熔岩、砂质灰岩。含植物（Leptophloeum rhombicum，Sublepidondendron）和珊瑚、腕足类等海相化石。
羊虎沟群和太原群均为祁连山地区上石炭统沉积，两者岩性基本相似，为灰岩、碳质页岩、石英砂岩、粉砂岩不均匀互层，夹煤层、菱铁矿结核。颜色为灰、深灰色，含植物（Cordaites，Stigmaria，Lepidodendron，Linopteris）及珊瑚、腕足类等。
柴达木盆地北缘的海陆交互相沉积见于克鲁克组下部层位，岩性为灰、灰黑色粉砂质页岩、粉砂质泥灰岩、碳质页岩、粉砂岩夹叠锥灰岩、煤线及菱铁矿结核，含腕足类和大量植物碎片。
4.滨岸浅滩相（Li—PF）
主要见于穿山沟组下部和五龙沟组下部层位及大冰沟组，怀头他拉组下部以及克鲁克组中上部、扎布萨尕秀组。主要发育生物灰岩、生物碎屑灰岩、鲕状灰岩为主，夹砂质、粉砂质页岩及石英砾岩，呈浅灰—灰白及紫红—灰绿色。碎屑岩分选和磨圆度较好，具交错层理和不对称波痕，表明水动力能量较高。
5.开阔台地或浅海相（OP或Sm）
该沉积相主要为一套碳酸盐岩沉积，在柴达木盆地南、北缘及盆地内部分布十分广泛，包括城墙沟组、穿山沟组、怀头他拉组、大干沟组、缔敖苏组、扎布萨尕秀组和四角羊沟组、益哇组、略阳组、岷河群、尕海群及杂多群和加麦农群中的碳酸盐岩沉积。
该沉积位于碳酸盐台地上的平缓广阔地带，岩石颜色多为浅灰—灰—深灰色，主要为各种成分灰岩、生物碎屑灰岩、硅质灰岩、夹少量碎屑岩。灰岩中含生物碎屑、鲕粒、核形石及砾屑等。生物群十分繁盛，包括腕足类、珊瑚、有孔虫、海百合茎、藻类等。
6.局限台地相（RP）
见于穿山沟组上部和五龙沟组上部层位。为碳酸盐台地上局部相对闭塞的地带，水体相对较深，水动力能量较低，岩性色调为灰—灰白色，以碳酸盐岩为主，含生物碎屑、硅质，夹白云岩，具水平层理。由于环境较为封闭，生物分异度低，丰度高，灰岩中有机质丰富，有利于生烃。
7.内陆架（浅水陆棚）相（Shi）
见于益哇组，相当于台地以外的浅海区。岩石颜色较深，多为黑、深灰色，以碳酸盐岩和细碎屑岩为主，含燧石条带、泥质、砂质，夹砂质页岩、泥质粉砂岩、泥岩。含珊瑚和腕足类。
8.外陆架（深水陆棚）相（Sho）
见于土尔根大坂群和中务农山群。其主要特征是石炭系碳酸盐岩、碎屑岩和火山岩交替沉积，沉积厚度大，达数百米到数千米，区域变质深，火山岩发育。生物群除珊瑚、腕足类、 类外，尚有头足类等深水相生物。哈拉郭勒群沉积特征与其十分相似，唯缺少头足类等。
9.潟湖潮坪相（Lg）
主要见于大冰沟组和党河南山组。岩性为粉砂岩、长石石英砂岩、含砂白云岩及石膏和薄煤层，其中以富含石膏和白云岩为主要特征。颜色为深灰、灰绿、紫红色为主。含珊瑚、腕足类及植物碎片。此外，在中南祁连山上石炭统下部层位亦有潟湖相沉积。
10.深海—次深海相（DS—Ba）
集中见于巴颜喀拉地层区西金乌兰群，岩性为一套碎屑岩、碳酸盐岩和火山岩，砂岩中发育槽模、沟模及粒序层理、包卷层理和水平层理，构成鲍玛序列。含牙形类和放射虫等化石，属深海、半深海浊流沉积。而在浅滩或边岸滩的波浪地带形成碳酸盐岩沉积，含腕足类、双壳类和腹足类等。

1.大陆沉积环境

1）湖泊相

淡水湖泊相生物化石丰富，常见腹足类、双壳类、介形虫，叶肢介、鱼、虾及昆虫等生物化石。通常滨湖沉积物中化石稀少，仅可见少量植物碎片；浅湖沉积物中植物化石也不多，也不完整，但有较多的淡水动物化石；深湖相浊积岩中，常见较多的植物碎片，且与鲍马序列共生。盐湖沉积物中常含有双壳动物、介形虫、植物碎片及硬鳞鱼类的鳞甲、龟类等化石。

2）河流相

河流相沉积物中常见的是植物化石或植物碎片。河床、浅滩中可沉积细小的植物碎片，一般没有动物化石，而在河漫滩沉积物中植物化石可呈完整叶片出现。废弃河道形成的牛轭湖中，常出现大量的植物叶片、双壳类及腹足类介壳等。由煤系地层形成的冲洪积物中，可含较多较大的植物碎片，河床相中甚至可见硅化木，而硅化木的排列方向可指示水流的方向。

3）陆缘近海湖相

陆缘近海湖泊中广盐性生物化石非常丰富，常见的门类有鱼类、双壳类、腹足类、有孔虫、介形虫及藻类等，其特点是具海陆混生生物组合特征。典型的陆相化石通常有陆相介形虫、轮藻、淡水植物种子及孢粉等，海相及过渡相化石有海相有孔虫、半咸水介形虫等。陆缘近海湖泊中生物化石组合的另一个特征是：原地埋葬的广盐性有孔虫、半咸水介形虫及河流异地搬运埋葬的淡水轮藻藏卵器、潮水强烈磨损的海相介形虫等常常共生在一起。

2.过渡沉积环境

1）三角洲相

三角洲中生物化石非常丰富，常见的门类有陆相介形虫、海相介形虫、双壳类、腹足类、棘皮类、海胆刺、苔藓动物及少量有孔虫和植物碎片等。在不同的三角洲亚环境中，其生物化石组合特征不同。三角洲平原相以海相介形虫与陆相介形虫混生为特征，常见腹足动物、双壳动物及植物碎片化石，并有大量遗迹化石等。三角洲前缘相中生物扰动构造及遗迹化石非常发育，常见介壳层沉积，海相介形虫和有孔虫含量增加，壳体也增大。前三角洲相以海相化石为主，主要有双壳类、腹足类、介形虫、海胆、有孔虫、掘足类、苔藓虫等，也可以有少量陆相介形虫、有孔虫及双壳类化石。

2）河口湾相

河口湾相生物化石组合特征是既有陆相淡水生物化石，又有过渡相及海相（半咸水—咸水）生物化石，海相生物与陆相生物混生。常见的淡水化石有介形虫、腹足动物、双壳动物、叶肢介、轮藻、孢粉等，过渡相及海相化石有多毛类虫管、底栖有孔虫、鱼类、甲藻等。潮滩沉积中，淡水硅藻、轮藻与咸水有孔虫混生，河口附近咸水有孔虫与淡水介形虫、有壳变形虫混生。

3.海相沉积环境

1）滨海相

滨海相沉积物中完整的化石较少，以生物介壳及生物碎屑为主，可见少量陆生植物碎片。潮上带及潮间带遗迹化石丰富，底埋底栖、钻孔底栖生物所留下的虫穴、虫管、钻孔及生物扰动构造通常也很发育。常见藻类叠层石，生物化石有薄壳的小型有孔虫、介形虫和少量软体动物化石等。潮下带遗迹化石以生物扰动构造和潜穴为特征，常见的化石组合有有孔虫、绿藻、苔藓虫、软体动物和海胆等。

2）浅海相

浅海沉积相中生物遗体化石极为丰富多彩，保存也相对完好。常见的门类包括藻类、有孔虫、古杯、珊瑚、层孔虫、腕足、棘皮、双壳、腹足、介形虫及三叶虫等，它们常常构成各种各样的生物碎屑灰岩或礁灰岩，如有孔虫灰岩、海百合灰岩、生物介壳灰岩，以及由珊瑚、海绵、钙藻、苔藓动物等组成的礁灰岩。生物碎屑灰岩通常与高能、动荡的沉积环境有关，如浅滩、砂坝、潮道上部及礁前等；而生物礁则反映了温暖、清澈的浅海环境。

元古宙造礁生物主要是钙质藻类。早古生代生物礁相化石组合以层孔虫、横板珊瑚及钙质藻类为主；晚古生代生物礁相化石组合以层孔虫、四射珊瑚、腕足动物、钙质藻类、苔藓及棘皮动物为主要造礁生物。中生代生物礁相化石组合以钙质藻类、海绵动物及六射珊瑚为主。而新生代生物礁相化石组合以钙质藻类、软体动物、八射珊瑚为主。

3）深海相

通常深海相生物化石组合由游泳或浮游型生物组成，主要包括颗石藻、硅藻、放射虫、抱球虫、硅质海绵骨针、海百合茎、薄壳型菊石、薄壳型竹节石、牙形刺及浮游型有孔虫等。底栖动物不常见，可有少量薄壳型双壳、薄壳型腕足、苔藓、海胆及某些小型单体珊瑚等。