陜北佳縣地區(qū)深部石炭-二疊紀(jì)古生物地層特征研究

張文軒，權(quán)新昌，王永軍，崔遼遼，王曉靜，何文龍，鐘紅利，張志沛

(1.陜西省一三九煤田地質(zhì)水文地質(zhì)有限公司，陜西 渭南 714000； 2.西安科技大學(xué)，西安 710054)

0 前言

佳縣位于陜西省東北部，黃河中游西岸。東隔黃河與山西臨縣相望；西與米脂縣接壤；南同吳堡縣，綏德縣相連；北和神木縣，榆林榆陽區(qū)毗鄰(圖1)。

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于祁呂賀山字型構(gòu)造東翼反射弧內(nèi)側(cè)鄂爾多斯盆地東緣的陜北斜坡上與晉西擾曲帶過渡區(qū)域。該地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)鄂爾多斯盆地分區(qū)正寧-佳縣小區(qū)，區(qū)內(nèi)絕大部分被新生界松散-半固結(jié)沉積物所覆蓋，基巖沿黃河河谷兩岸及較大支溝中出露，出露的地層由老至新依次為古生界奧陶系、石炭-二疊系，中生界三疊系，新生界第四系等[1]。

圖1 佳縣勘查區(qū)位置示意圖Figure 1 Jiaxian exploration area location map

1 典型鉆孔含化石剖面

選擇區(qū)內(nèi)SY04、SP05、SP07、SY07、3404、3006等6個(gè)深孔古生物地層資料進(jìn)行研究，以佳縣地區(qū)上高寨地區(qū)SP07鉆孔為例，其含化石部分鉆孔資料如下：

鉆孔內(nèi)其上397層未找到化石資料，該部分省略。

P1s(山西組)：

57:灰綠色粗粒砂巖。

16.20m

56:灰綠色細(xì)粒砂巖，含Alethopterisnorinii，Pecopteristaiyuanensis，F(xiàn)ascipterisshanciensis，Cordaitesprincipalis植物化石。

1.00m

55:灰黑色泥巖，可見植物葉化石。

1.90m

54: 灰色粉砂巖，夾細(xì)砂巖及泥巖薄層，可見完整的植物葉化石。含Pecopterisarborescens，Mariopterislungwangkouensis，Sphenobaierspinosa植物化石。

12.50m

53:煤、黑色。

0.10m

52:灰色粉砂巖，夾細(xì)粒砂巖條帶，可見完整的植物葉化石，含Sphenophyllumverticillatum，Sphenophyllumscopulatum，Alethopterisnorinii植物化石。

1.75m

51:灰白色粗粒砂巖。

4.15m

50:灰黑色泥巖，可見大量羽葉、節(jié)蕨、楔葉類及植物種子化石。含Calamitescistii，Annulariashirakii，Annulariamucronata，Sphenonphyllumoblongifolium，Pseudorhipidopsisbrevxaulis，Sphenophyllumscopulatum，Acithecasalviniaefolia，Pecopterishemitelioides，Alethopterisnorinii等植物化石。

1.15m

49:灰白色粗粒砂巖。

1.80m

48:灰色粉砂巖，可見植物葉化石。

4.20m

47:灰黑色泥巖，層面可見大量碳屑及植物葉化石。

4.57m

46:2#煤黑色，夾矸為炭質(zhì)泥巖。

2.80m

45:灰黑色泥巖，局部夾細(xì)粒砂巖條紋，層面可見大量碳屑及植物莖葉化石。

7.29m

44:3#煤黑色。

0.45m

43:灰黑色泥巖，局部夾細(xì)粒砂巖條紋，層面可見大量碳屑及植物莖葉化石。

2.39m

42:灰白色細(xì)粒砂巖，可見植物莖葉化石。

0.60m

41:灰黑色泥巖，中下部夾煤線，層面可見植物碳屑及葉化石，下部含一層0.45m厚度的煤層。

2.70m

40:灰白色細(xì)粒砂巖。

1.40m

39:灰黑色及灰色泥巖，可見植物葉化石。

4.56m

38:灰白色細(xì)粒砂巖。

1.40m

37:灰色泥巖，可見植物葉化石。

0.85m

36:灰白色中粒砂巖。

11.69m

P1t(太原組)：

35:灰白色含礫粗砂巖。

1.62m

34:煤黑色。

0.40m

33:灰黑色灰質(zhì)泥巖，可見動(dòng)物化石，局部可見植物化石。

3.49m

32:灰白色中粒砂巖。

1.86m

31:灰黑色泥巖，可見植物葉化石。

1.06m

30:灰白色粗粒砂巖。

8.98m

29:煤黑色。

0.40m

28:灰白色粗粒砂巖。

2.10m

27:黑色泥巖。

5.15m

26:灰黑色泥灰?guī)r，可見黃鐵礦結(jié)核及動(dòng)物化石。

1.70m

25:灰黑色泥巖。

2.50m

24:黑色及灰黑色泥灰?guī)r，可見微體動(dòng)物化石。

5.21m

23:灰白色細(xì)粒砂巖。

0.77m

22: 灰黑色泥巖，夾細(xì)粒砂巖條紋及條帶，

1.00m。

21:灰色灰?guī)r，可見動(dòng)物化石。含Idiognathodusdelicatus，Idiognathodustaiyuanensis，Streptognathoduselongatus，Streptognathodus牙形刺化石；含Schwagerinacfplicata?等化石。

1.30m

20:灰黑色粉砂巖，可見植物葉化石。

1.10m

19:灰白色中粒砂巖。

2.00m

18:灰黑色粉砂巖。

1.05m

17:灰白色細(xì)粒砂巖。

10.26m

16:灰黑色粉砂巖。

2.90m

15:煤黑色。

0.20m

14:灰黑色灰質(zhì)泥巖，可見動(dòng)物化石。

3.31m

13:灰黑色泥灰?guī)r，可見動(dòng)物化石。

1.65m

12:煤黑色。

0.45m

1.80m

10:灰黑色泥巖，可見動(dòng)物化石。

0.95m

9:煤黑色。

0.40m

8:灰黑色泥巖，可見動(dòng)物化石。

4.44m

7:煤黑色。

0.30m

6:灰黑色泥巖。

0.55m

5:11#煤黑色。

9.30m

C2b(本溪組)：

4:青灰色細(xì)粒砂巖，含鋁土，局部夾粉砂巖薄層，底部含泥礫。

5.27m

3:灰色粉砂巖，夾細(xì)砂巖條紋條帶。

1.74m

2:灰黑色灰?guī)r，局部夾細(xì)粒砂巖條紋條帶，可見植物葉化石。

12.86m

1:灰白色粗粒砂巖。

4.30m

未見底。

2 巖石地層特征

通過對(duì)區(qū)內(nèi)SY04、SP05、SP07、SY07、3404、3006等6個(gè)深孔資料的研究[2-3]，該地區(qū)石炭-二疊系劃分特征(圖2)如下：

(1)上二疊統(tǒng)石千峰組(P3s):為棕紅、紫紅及紫灰色較厚砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)砂巖互層，而且互層不等厚。最薄處195m，最厚處276m，平均厚度有217m。底部為粗砂巖，含礫較多，存在以塊狀含礫粗砂巖為主的沖刷面，是一處明顯的K8標(biāo)志層。三疊系孫家溝組底部發(fā)育一套厚度穩(wěn)定，顏色呈灰白色的粗粒含礫砂巖，與下伏薄泥巖沖刷接觸。

(2)中二疊統(tǒng)上石盒子組(P2sh):以泥巖和粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，以灰綠、紫棕、灰褐、棕褐色為主。上石盒子組最薄處厚度為147m，最厚處為239m，平均厚度為182m。

(3)中二疊統(tǒng)下石盒子組(P2sh):多為厚層砂巖與薄層泥巖互層為主，且互層以不等厚為特點(diǎn)。巖石顏色為泥巖多是灰綠色，也有少部分為棕紅色，砂巖多為大段的灰綠色，也有部分為灰白色。下石盒子組最薄處為75m厚，最厚處厚度達(dá)到107m。上部常見一層紫色的粉砂質(zhì)泥巖，具鮞粒結(jié)構(gòu)，層面具白色斑塊，因受鐵質(zhì)侵染而呈粉紅色，俗稱“桃花泥巖”或“紫斑泥巖”，是識(shí)別以往上、下石盒子組的分界標(biāo)志。下部為“駱駝脖子”砂巖，是一套淺黃色及黃綠色的砂泥巖系，一般厚度5～10m，巖性為灰白色中-粗砂。與下覆灰黑色粉砂巖突變接觸。一般下石盒子組底部砂巖同下伏山西組頂部之砂質(zhì)泥巖、泥巖之間界線明顯，易于區(qū)別，這一界線置于生物地層的古植物Emplectopteristriangularis-Cathaysiopteriswhites組合與Emplectopteridiumalarum-Lobatannulariasinensis組合之間。

圖2 佳縣勘查區(qū)石炭二疊系含化石地層對(duì)比圖Figure 2 Jiaxian exploration area Permo-Carboniferous fossil-bearing strata correlation

(5)下二疊統(tǒng)太原組(P1t):主要為灰白、淺灰塊狀含礫石英砂巖，灰黑、深灰色泥巖，炭質(zhì)泥巖，煤層的不等厚互層，中上部常夾微晶灰?guī)r，常見黃鐵礦結(jié)核及菱鐵礦薄層，層理特征為水平層理和平行層理為主。太原組最厚處厚度達(dá)到54m，一般為82m厚。根據(jù)巖性特征，太原組可分為二段，上段以灰黑色炭質(zhì)泥巖為主，厚層狀砂巖與煤層、煤線互層為主，含4#～7#煤；下段以灰黑色炭質(zhì)泥巖為主，厚層狀砂巖與煤層、煤線互層為主，含8#～10#、11#煤。通常情況下，將太原組廟溝灰?guī)r歸為二疊紀(jì)早期，廟溝灰?guī)r之下，它由8#、9#、10#煤層組成，有時(shí)8#、9#煤合并為單一煤層，呈煤系出現(xiàn)。研究區(qū)這套厚煤層被命名為11#煤，在6個(gè)鉆孔中發(fā)育穩(wěn)定，一般9～10m厚。根據(jù)沉積與古生物面貌，本次研究將該套煤層底部或煤層緊鄰的下伏砂體底部作為太原組和本溪組的分層界限。

太原組與本溪組一般為整合接觸關(guān)系，兩組之間的界線基本上置于太原組底部“晉祠砂巖”之底?；蛘咂湎乱粚踊?guī)r、海相泥巖、泥質(zhì)粉砂巖之頂。

(6)上石炭統(tǒng)本溪組(C3b):多以鋁土質(zhì)泥巖、灰?guī)r、中粗粒砂巖為主。總體來看自東向西慢慢變薄，研究區(qū)除了3006孔外，其余各孔并未鉆穿本溪組，一般只鉆進(jìn)本溪組20多米。3006孔處，本溪組厚度為最44.6m。

3 化石組合特征

3.1 古植物與組合分帶

植物化石群內(nèi)容極其豐富，全部鑒定結(jié)果計(jì)19屬，35種[4-6]，分別產(chǎn)自本溪組、太原組、山西組?，F(xiàn)按地層系統(tǒng)自老而新分述如下：

①本溪組植物群：是本區(qū)晚古生代最早的一個(gè)植物群，佳縣地區(qū)屬種相對(duì)貧乏，一共只有1屬1種，銀杏綱Dicranophyllumlatum，缺乏同期植物化石。

②太原組植物群：植物群化石稍微多一點(diǎn)，屬種仍然貧乏，共計(jì)為2屬3種，主要是科達(dá)綱Cordaitesschenkii，C.principalis，Noeggerathiopsisderzavinii化石。

③山西組植物群：佳縣地區(qū)山西組植物群在演化發(fā)展歷史中達(dá)到了頂峰，屬種數(shù)量繁多，演化迅速，高度分化，共計(jì)19屬，33種，其中：石松綱1屬1種，楔葉綱4屬15種，真蕨綱和種子蕨綱9屬13種，科達(dá)綱2屬3種，銀杏綱3屬2種。山西組植物群與太原組植物群比較，不但屬種數(shù)量有較大增加，屬種分化程度也有進(jìn)一步的發(fā)展，其中分化最快的是楔葉綱、真蕨綱和種子蕨綱。主要化石有：Stigmariaficoides，Calamitescistii，Lobatannulariaensifolia，Annulariapapilioformis，A.shirakii，A.mucronata，Sphenophyllumthonii，S.verticillatum，S.oblongifolium，S.scopulatum，Linopterissimplex，Alethopterisnorinii，Sphenopterisfermata，Pecopterisunita，P.taiyuanensis，P.arborescens，P.hemitelioides，F(xiàn)ascipterisshanciensis，Chiropterisreniformis，Cordaitesprincipalis，Sphenobaierspinosa，Cardiocarpustangshanensis等。上述植物化石屬種中華夏植物群的典型屬種或東方的特有種占多數(shù)，這標(biāo)志著華夏植物群的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。但同時(shí)，佳縣地區(qū)山西組植物群缺乏Tingia、Emplecopteris、Emplectopteridium等屬內(nèi)各種的特征化石，這反映了這個(gè)地區(qū)沉積環(huán)境有較大變化，地區(qū)性的特色較濃。

④下石盒子組植物群：佳縣地區(qū)屬種貧乏，未采到植物化石。

佳縣地區(qū)只有山西組的植物化石相當(dāng)豐富。根據(jù)其演化發(fā)展階段及其在地層地理上分布的規(guī)律性，可以建立一個(gè)比較穩(wěn)定的植物化石組合帶，即：

山西組：Lobatannulariaensifolia-Sphenophyllumoblongifolium-Pecopterishemitelioides組合帶通常，山西組植物組合帶是一個(gè)共存組合帶，即以Emplectonteridiumalatum的首次出現(xiàn)和Lepidodendronposthumii的最后絕滅為標(biāo)志的一個(gè)組合帶。鑒于山西組的植物群中許多植物分子都有承先啟后的性質(zhì)，有些種是從太原組中延續(xù)下來的，有可能更多的種是從山西組上延至下石盒子組或更高的層位。到目前為止，經(jīng)過反復(fù)篩選，僅僅生存于山西組的植物，在本區(qū)沒有找到，一向認(rèn)為比較標(biāo)準(zhǔn)的山西組植物分子Taeniopterismultinervis，在本區(qū)也未出現(xiàn)。鑒于上述情況，選擇Lobatannulariaensifolia，Sphenophyllumoblongifolium，Pecopterishemitelioides等三個(gè)植物化石作為本區(qū)山西組的代表性組合。這兩種植物在山西組都相當(dāng)繁盛，特征明顯，容易找到。主要化石有：Calamitescistii，Lobatannulariaensifolia，Annulariapapilioformis，A.shirakii，A.mucronata，Sphenophyllumthonii，S.verticillatum，S.oblongifolium，S.scopulatum，Linopterissimplex，Alethopterisnorinii，Sphenopterisfermata，Pecopterisunita，P.taiyuanensis，P.arborescens，P.hemitelioides，F(xiàn)ascipterisshanciensis，Chiropterisreniformis，Cordaitesprincipalis，Sphenobaierspinosa，Cardiocarpustangshanensis等。它們共同構(gòu)成了這一組合豐富多采的面貌。

這一組合可以和用于代表山西組的Emplecopteristriangularis-Emplectopteridiumalatum組合對(duì)比[5]，與內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗代表山西組的Lepidodendronposthumii-Emplectopteridiumalatum組合、與鄂爾多斯盆地四周地層出露區(qū)域的山西組山西組的Emplectopteridiumalatum-Lobatannulariasinensis組合相當(dāng)。

3.2 牙形石動(dòng)物群與組合分帶

佳縣地區(qū)牙形石動(dòng)物群主要分布在本溪組和太原組的各層海相灰?guī)r中，由于鉆孔內(nèi)樣品少，分離出的化石標(biāo)本也少，在研究區(qū)內(nèi)6個(gè)鉆孔巖心中本溪組灰?guī)r中未找到牙形石化石，而在太原組中也僅在3404孔和SP07孔灰?guī)r中分離找到少量牙形石化石。其中共獲得牙形石化石3屬6種[7]。主要為Hindeodelladelicatula,Idiognathodustaiyuanensis，Streptognathoduselongatus，S.oppletus，S.wabaunsensis,S. sp.等化石。佳縣地區(qū)太原組牙形石動(dòng)物群和華北其它地區(qū)一樣，以Streptognathodus一屬的特別繁盛為其特征，而且演化緩慢。復(fù)合型牙形石也顯得單調(diào)稀少。

根據(jù)它們?cè)诘貙又械奶卣饕约把佬问旧硌莼l(fā)展的階段性，太原組建立一個(gè)組合帶，即：太原組：Streptognathoduselongatus-SStreptognathodusoppletus組合帶該組合帶代表本區(qū)太原組的沉積，該組合帶共生的牙形石有Streptognathodus屬內(nèi)特征種外，尚有Idiognathodustaiyuanensis等化石。

該組合帶大致與華北地區(qū)太原組的Streptognathoduselongatus-Streptognathoduswabounsensis-Streptognathodusfuchengensis組合帶、鄂爾多斯盆地四周地層出露區(qū)域太原組的Streptognathoduselogatus-S.wabaunsensis組合帶相當(dāng)，與北美的蘇密階、維奇爾階和狼營階的牙形動(dòng)物組合帶，以及俄國莫斯科近郊卡西莫夫階、格熱爾階和阿色林階和狼營階的牙形動(dòng)物組合帶相當(dāng)。

在佳縣地區(qū)11#煤層是一個(gè)重要的標(biāo)志層，即太原組的廟溝灰?guī)r開始即出現(xiàn)了大量的Pseudofusulina和Schwagerina，是太原組與本溪組的重要分界標(biāo)志。

鄂爾多斯盆地四周地層出露區(qū)域太原組[1]建立了Triticites帶、Sphaeroschwagerina帶，其中：Triticites帶在盆地中分布局限，僅見于鄂爾多斯分區(qū)的柳林成家莊剖面和保德扒樓溝剖面，鄂爾多斯西緣分區(qū)和鄂爾多斯南緣分區(qū)均不發(fā)育。Sphaeroschwagerina帶分布廣泛，特征明顯，與佳縣地區(qū)Pseudofusulinavulgaris-Schwagerinacomplicata組合帶相當(dāng)。

3.4 腕足動(dòng)物群與組合分帶

佳縣地區(qū)本溪組和太原組腕足動(dòng)物化石總體相對(duì)貧乏，屬種分異度低，相比較太原組腕足動(dòng)物化石較多，在太原組中一共獲得了腕足動(dòng)物化石6屬6種化石。主要有：Neochonetescarbonifera，Avoniaechidniformis，Dictyoclostustaiyuanfuensis，Stenoscismagregariabiplicata，Eomarginiferapusilla，Streptorhynchuscf.broillii等化石，遍布太原組各層灰?guī)r中，是普遍存在于太原期開闊海區(qū)的分子，也是該期腕足動(dòng)物群進(jìn)行對(duì)比的重要依據(jù)。根據(jù)其特點(diǎn)，可以建立一個(gè)比較穩(wěn)定的腕足動(dòng)物化石組合[9]，即：

太原組：Dictyoclostustaiyuanfuensis-Neochonetescarbonifera組合帶代表佳縣吳堡地區(qū)太原組的沉積，該組合以Dictyoclostustaiyuanfuensis，Neochonetescarbonifera為特征，包括Avoniaechidniformis，Dictyoclostustaiyuanfuensis，Stenoscismagregariabiplicata，Eomarginiferapusilla，Streptorhynchuscf.broillii等化石，其層位大致與山西省東山地區(qū)[4]的Martiniasemiplana-Dictyoclostusgruenewaldti組合帶、Stenocismabiplicata-Notothyrisnucleolus組合帶、Derbyiashanxiensis-Chonetinellaflemingi組合帶，以及鄂爾多斯盆地四周地層出露區(qū)域太原組[1]腕足動(dòng)物Chonetescarbonifera-Dictyoclostustaiyuanfuensis組合帶相當(dāng)。

4 結(jié)論

③在充分研究山西組古植物特征的基礎(chǔ)上，建立了1個(gè)古植物生物化石組合帶，即山西組Lobatannulariaensifolia-Sphenophyllumoblongifolium-Pecopterishemitelioides植物組合帶，可以用于中國南、北廣大地區(qū)進(jìn)行石炭二疊紀(jì)山西組地層的劃分和對(duì)比。

[1]王雙明.鄂爾多斯盆地聚煤規(guī)律及煤炭資源評(píng)價(jià)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1996.

[2]金玉玕，范影年，王向東，等.中國地層典 石炭系[M].北京：地質(zhì)出版社，2000.

[3]金玉玕，尚慶華，侯靜鵬，等.中國地層典 二疊系[M].北京：地質(zhì)出版社，2000.

[4]何錫麟，朱梅麗，范炳恒，等.山西太原東山晚古生代地層劃分對(duì)比及古生物研究[M].長春:吉林大學(xué)出版社,1995.

[5]李星學(xué).中國晚古生代陸相地層[M].北京:科學(xué)出版社,1963.

[6]孫克勤.中國石炭紀(jì)和二疊紀(jì)植物群[J].植物學(xué)通報(bào),2001,18(6):691-706.

[7]王成源. 中國牙形刺生物地層[M].浙江：浙江大學(xué)出版社.2016.

[9]范炳恒，何錫麟，張華.華北地臺(tái)石炭二疊紀(jì)腕足動(dòng)物群及生物地理研究[J].古地理學(xué)報(bào),2000,2(2):46-52.