山東二疊系石盒子組孢粉特征及古氣候意義

李守軍，田臣龍，徐鳳琳，陳茹，殷天濤，趙秀麗

1)山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島，266590； 2)現(xiàn)代古生物學(xué)與地層學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所，南京，210008

內(nèi)容提要: 對(duì)山東彭莊煤田、淄博地區(qū)二疊系石盒子組各段進(jìn)行采樣，經(jīng)孢粉分析、鑒定和統(tǒng)計(jì)，共發(fā)現(xiàn)46屬62種及部分未定種，根據(jù)孢粉化石的縱向分布規(guī)律及其含量變化，自下而上建立三個(gè)孢粉組合：Ⅰ. Apiculatisporites—Gulisporites—Laevigatosporites (黑山段)；Ⅱ. Patellisporites—Densosporites—Florinites (萬(wàn)山段、奎山段)；Ⅲ. Anapiculatisporites—Cordaitina (孝婦河段)。孢粉組合特征表明，石盒子組沉積時(shí)期植物屬于華夏植物群面貌，與下伏地層沉積時(shí)期不同的是裸子植物越來(lái)越繁盛，且種類越來(lái)越豐富，表明氣候較下部地層趨于干旱。同時(shí)依據(jù)二疊系山西組植物群的組成、形態(tài)和總體面貌的變化，分析了山東二疊紀(jì)的古氣候狀況及其演變歷程，即山西組、石盒子組黑山段沉積時(shí)期為溫暖半潮濕氣候；石盒子組萬(wàn)山段、奎山段、孝婦河段沉積時(shí)期為干旱氣候。

山東省二疊系自下而上主要包括太原組(上部)、山西組、石盒子組，有關(guān)孢粉特征及其地層學(xué)、古氣候?qū)W的研究主要集中在下部地層，即太原組和山西組(Gao Lianda，1979；高聯(lián)達(dá)，1984；唐錦秀，1991；朱懷誠(chéng)等，1993，2002；馮進(jìn)萍等，1995；李超等，1998；蔣漢朝等，1999，2002；王明鎮(zhèn)等，2003；朱玉英等，2005；趙秀麗等，2006，2007；宋香鎖等，2009；孫紅璽等，2011；殷天濤，2012)。但二疊系上部石盒子組的孢粉組合及其特征研究程度較低，缺乏系統(tǒng)和綜合性的研究成果(王明鎮(zhèn)等，2004)。本文主要對(duì)彭莊煤田兩口鉆井(西補(bǔ)15、東補(bǔ)2)取芯進(jìn)行研究分析，但由于石盒子組上部鉆井取芯較少，因此把淄博博山露頭區(qū)石盒子組作為輔助研究區(qū)。淄博博山石盒子組上部露頭地區(qū)雖受風(fēng)化嚴(yán)重變紫，孢粉統(tǒng)計(jì)資料規(guī)律不明顯，但巖石地層劃分明確，所以將兩個(gè)地區(qū)結(jié)合研究，可以使孢粉組合特征更清晰、全面(圖1)。

圖1 研究區(qū)的位置圖Fig. 1 Location of the study area

1 石盒子組孢粉組合及其特征

山東省二疊系石盒子組自下而上分為黑山段、萬(wàn)山段、奎山段、孝婦河段。本次研究主要通過(guò)對(duì)彭莊西補(bǔ)15井、東補(bǔ)2井及淄博野外露頭區(qū)石炭、二疊系進(jìn)行采樣，二疊系上部石盒子組采集孢粉樣品17塊，其中11塊樣品含有較豐富的孢粉化石。經(jīng)分析鑒定和統(tǒng)計(jì)，共發(fā)現(xiàn)46屬62種及部分未定種(典型屬種見圖版Ⅰ)，根據(jù)孢粉化石的縱向分布規(guī)律及其含量變化，自下而上建立三個(gè)孢粉組合：

Ⅰ.Apiculatisporis—Gulisporites

—Laevigatosporites(黑山段)

Ⅱ.Patellisporites—Densosporites—Florinites(萬(wàn)山段、奎山段)

Ⅲ.Anapiculatisporites—Cordaitina(孝婦河段)

1.1石盒子組黑山段孢粉組合：Ⅰ.Apiculatisporis—Gulisporites—Laevigatosporites1.1.1孢粉組合主要成分及平均含量(如圖2)

蕨類植物孢子

85.5%

無(wú)環(huán)三縫孢類

44.6%

Leiotriletes

5.6%

Punctatisporites

17.7%

Calamospora

6.9%

Granulatisporites

1.5%

Cyclogranisporites

6.3%

Verrucosisporites

3.2%

Converrucosisporites

0.4%

Apiculatisporis

0.1%

Reticulatisporites

0.3%

Microreticulatisporites

0.8%

Convolutispora

1.1%

Raistrickia

0.7%

具環(huán)三縫孢類

34.5%

Triquitrites

1.7%

Gulisporites

13.6%

Stenozonotriletes

0.9%

Lycospora

0.8%

Densosporites

2.3%

Crassispora

0.4%

Patellisporites

5.5%

Sinulatisporites

6.4%

Gravisporites

2.2%

Vesiculatisporites

0.7%

單縫孢類

6.4%

Laevigatosporites

3.0%

Punctatosporites

1.4%

Torispora

0.3%

Striolatospora

0.5%

Macrotorispora

0.6%

Tuberculatosporites

0.6%

裸子植物花粉

14.5%

Florinites

9.9%

Limitisporites

0.3%

Vitreisporites

1.8%

Pityosporites

0.9%

Vesicaspora

0.5%

Pteruchipollenites

0.7%

Lueckisporites

0.1%

Platysaccus

0.2%

Cycadopites

0.1%

1.1.2孢粉組合特征

該組合中蕨類孢子占據(jù)優(yōu)勢(shì)，約占85.5%，無(wú)環(huán)三縫孢類和具環(huán)三縫孢類都占有相當(dāng)大的比例，但無(wú)環(huán)孢居首要地位，約為44.6%，單縫孢的含量較少，僅占6.4%；裸子植物花粉含量較少，約占14.5%。

1.2石盒子組萬(wàn)山段、奎山段孢粉組合：Ⅱ.Patellisporites—Densosporites—Florinites1.2.1孢粉組合主要成分及平均含量(如圖3)

圖2 山東二疊系石盒子組黑山段孢粉含量Fig. 2 Sporopollen content of samples of the Heishan Member, Shihezi Formation, Permian, in Shandong

蕨類植物孢子

76.4%

無(wú)環(huán)三縫孢類

39.3%

Leiotriletes

3.2%

Punctatisporites

18.7%

Calamospora

5.5%

Granulatisporites

1.5%

Cyclogranisporites

4.3%

Verrucosisporites

3.2%

Converrucosisporites

0.3%

Reticulatisporites

0.3%

Microreticulatisporites

0.8%

Convolutispora

0.7%

Raistrickia

0.8%

具環(huán)三縫孢類

30.6%

Triquitrites

1.7%

Gulisporites

10.6%

Stenozonotriletes

1.7%

Lycospora

1.9%

Densosporites

2.6%

Crassispora

1.1%

Patellisporites

4.3%

Sinulatisporites

5.1%

Gravisporites

1.6%

單縫孢類

6.5%

Laevigatosporites

0.8%

Punctatosporites

3.3%

Torispora

0.1%

Macrotorispora

1.7%

Tuberculatosporites

0.6%

裸子植物花粉

23.6%

Florinites

10.7%

Limitisporites

2.5%

Vitreisporites

5.4%

Pityosporites

2.7%

Vesicaspora

0.4%

Pteruchipollenites

0.9%

Lueckisporites

0.3%

Platysaccus

0.5%

Cycadopites

0.2%

1.2.2孢粉組合特征

該組合中蕨類孢子依然占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但相對(duì)下伏地層黑山段孢粉組合有所減少，約76.4%，裸子植物花粉含量較下伏地層稍微增加，約23.6%。在蕨類孢子中無(wú)環(huán)三縫孢類和具環(huán)三縫孢類都占據(jù)相當(dāng)大的比例，且數(shù)量相差不大，但單縫孢的含量仍然較少。蕨類孢子中無(wú)環(huán)三縫孢和具環(huán)三縫孢的比例較黑山段無(wú)明顯差異，無(wú)環(huán)三縫孢含量稍多，約為39.3%；單縫孢數(shù)量較上一組合無(wú)明顯差異，含量?jī)H占6.5%。

1.3 石盒子組孝婦河段孢粉組合：

Ⅲ.Anapiculatisporites—Cordaitina

1.3.1 孢粉組合主要成分及含量(如圖4)

蕨類植物孢子

65.9%

無(wú)環(huán)三縫孢類

41.0%

Leiotriletes

4.1%

Punctatisporites

19.2%

Calamospora

4.3%

Granulatisporites

0.9%

圖3 山東二疊系石盒子組萬(wàn)山段、奎山段孢粉含量Fig. 3 Sporopollen content of samples of the Wanshan and Kuishan Members, the Shihezi Formation, Permian， in Shandong

Cyclogranisporites

2.1%

Waltzispora

0.6%

Verrucosisporites

4.7%

Converrucosisporites

0.5%

Anapiculatisporites

0.8%

Acanthotriletes

0.4%

Reticulatisporites

0.7%

Microreticulatisporites

1.5%

Convolutispora

0.9%

Raistrickia

0.3%

具環(huán)三縫孢類

13.9%

Triquitrites

2.1%

Gulisporites

1.8%

Stenozonotriletes

2.2%

Lycospora

2.0%

Densosporites

2.9%

Crassispora

0.9%

Patellisporites

1.6%

Brialatiaporites

0.4%

單縫孢類

11.0%

Laevigatosporites

3.7%

Punctatosporites

5.2%

Torispora

0.1%

Macrotorispora

1.8%

Tuberculatosporites

0.2%

裸子植物花粉

34.1%

Florinites

5.1%

Cordaitina

1.4%

Limitisporites

2.3%

Vitreisporites

8.5%

Pityosporites

1.3%

Vesicaspora

1.6%

Pteruchipollenites

7.9%

Lueckisporites

0.6%

Platysaccus

0.3%

Cycadopites

0.7%

Protohaploxypinus

1.5%

Alisporites

1.1%

Anticapipollis

0.6%

Costapollenites

0.5%

Schopfipollenites

0.7%

1.3.2孢粉組合特征

該組合中蕨類孢子含量雖然超過(guò)裸子植物花粉的含量，但相對(duì)下伏地層孢粉組合明顯減少，約65.9%，裸子植物花粉含量劇增，屬種類型增加，約占34.1%。在蕨類孢子中無(wú)環(huán)三縫孢類占據(jù)相當(dāng)大的比例，約為41.0%，但具環(huán)三縫孢數(shù)量明顯減少，約為13.9%,單縫孢所占的比例依然很小，含量約為11.0%。

圖4 山東二疊系石盒子組孝婦河段孢粉含量Fig. 4 Sporopollen content of samples of the Xiaofuhe Member， Shihezi Formation， Permian， in Shandong

2 討論

2.1 石盒子組下部沉積時(shí)期的古氣候

通過(guò)與前人孢粉分析結(jié)果的對(duì)比(孫克勤，1997，2001；蘇維等，2006；蔣漢朝等，2002；王明鎮(zhèn)等，2004；趙秀麗等，2006，2007；殷天濤，2012；李守軍等,2013)，發(fā)現(xiàn)二疊系石盒子組黑山段植物群整體面貌相對(duì)下部山西組有一定的變化。

(1) 山西組蕨類孢子占91.24%，無(wú)環(huán)孢居首要地位，約為66.6%，單縫孢占有一定地位,在該組合中含量約13.76%，以Laevigatosporites,Punctatosporites兩屬為主；裸子植物花粉,約8.76%,主要以單氣囊Florinites為主。

(2) 石盒子組黑山段蕨類孢子，約占85.5%，無(wú)環(huán)三縫孢類和具環(huán)三縫孢類都占有相當(dāng)大的比例，但無(wú)環(huán)孢居首要地位，約為44.6%，單縫孢的含量較上一組明顯較少，僅占6.4%，以Laevigatosporites,Punctatosporites兩屬為主；裸子植物花粉含量較上一組合有所增加，約占14.5%，主要以單氣囊Florinites為主。

總體來(lái)看二疊系石盒子組下部,蕨類植物仍很發(fā)育，高大喬木(Punctatisporites,Crassispora)類型更為繁多，蘆木類(Calamospora)植物的種類相對(duì)增多。裸子植物有所增加，雖然柯達(dá)類(Florinites)占據(jù)了一定位置，但出現(xiàn)了少量耐干旱的松柏類(Platysaccus,Pityosporites,Limitisporites等)植物?？傮w來(lái)說(shuō)，本期反映的是溫暖半潮濕的熱帶雨林環(huán)境,氣候較山西組有變干的趨勢(shì)(殷天濤，2012)。

2.2 石盒子組上部沉積時(shí)期的古氣候

二疊系石盒子組萬(wàn)山段、奎山段和孝婦河段沉積時(shí)期植物群有了一些變化，喜潮濕的蕨類植物明顯減少，耐干旱的裸子植物增多。大型真蕨類蓮座蕨目(Punctatisporites)植物均為高大的喬木，在本區(qū)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，柯達(dá)類(Florinites)植物明顯減少，耐干旱的蘇鐵和松柏類(Cycadopites,Platysaccus,Pityosporites,Limitisporites)等有所增加，說(shuō)明該時(shí)期氣候有變干的趨勢(shì)。

綜上研究，山東二疊系上部石盒子組孢粉組合特征：裸子植物越來(lái)越繁盛，且種類越來(lái)越豐富。表明氣候較下部地層趨于干旱。

3 結(jié)論

(1) 本次研究以覆蓋區(qū)(彭莊煤田)為主，露頭區(qū)(淄博)為輔進(jìn)行二疊系上部石盒子組孢粉化石分析，自下而上建立了3個(gè)孢粉組合帶:Ⅰ.Apiculatisporites—Gulisporites—Laevigatosporites(黑山段)；Ⅱ.Patellisporites—Densosporites—Florinites(萬(wàn)山段、奎山段)；Ⅲ.Anapiculatisporites—Cordaitina(孝婦河段)。

(2) 通過(guò)對(duì)山東省石盒子組孢粉組合特征的研究，及孢粉組合之間差異的比較，同時(shí)依據(jù)二疊紀(jì)各階段植物群的組成和總體面貌的變化，分析了二疊系各組、段沉積時(shí)期的古氣候狀況及其演變歷程：即溫暖半潮濕(山西組、石盒子組黑山段沉積時(shí)期)變?yōu)楦珊禋夂?石盒子組萬(wàn)山段、奎山段、孝婦河段沉積時(shí)期)，表明氣候趨于干旱。