內(nèi)蒙古自治區(qū)額濟納旗雅干地區(qū)上新世苦泉組花粉化石的發(fā)現(xiàn)及其意義

丁海生，孫躍武，萬傳彪，3，王振義，雷聰聰，馬軍

1.中國地質(zhì)調(diào)查局 呼和浩特自然資源綜合調(diào)查中心，呼和浩特 010010；2.東北亞生物演化與環(huán)境教育重點實驗室(吉林大學)，長春 130026；3.大慶油田有限責任公司 勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712

0 引言

銀根--額濟納盆地內(nèi)普遍發(fā)育一套以磚紅、棕紅色含細礫砂巖、砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖為主，其間常夾有棕紅色礫巖及白色石膏薄層的陸源碎屑巖建造，出露厚度60～155 m。因缺少化石依據(jù)，前人對這套地層的歸屬有不同的認識。1977年雅干幅、拐子湖幅1∶20萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查時，圖幅內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)羅漢松粉及植物化石碎片，對確定這套地層時代意義不大，其根據(jù)相鄰圖幅脊椎動物化石資料將這套地層劃歸上白堊統(tǒng)[1]；1979年1∶20萬水文地質(zhì)普查時將該套地層劃歸新近系上新統(tǒng)[2]；1998年王培玉等對北方第三系進行研究時，將這套地層劃歸新近系上新統(tǒng)昂岡浩特組[3]；2000年趙軍等進行1∶20萬地質(zhì)圖修編時將該套地層置于上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組[4]。筆者2017—2019年在研究區(qū)進行1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時，在該套地層灰色泥巖夾層中采集7件孢粉樣品，每件樣品中都獲得數(shù)量不等的花粉化石，筆者以花粉化石為依據(jù)討論該套地層的時代歸屬，另結(jié)合相鄰地區(qū)上新世孢粉化石資料討論青藏高原隆升與中國西部地區(qū)氣候和環(huán)境演變的相互關(guān)系。

1 地質(zhì)概況

阿拉善境內(nèi)出露新生代地層的展布方向和沉積特征，嚴格受地貌條件的控制。燕山運動末期區(qū)內(nèi)山系形成雛形，北大山--雅布賴山--包洛項烏拉山隆起，將阿拉善地區(qū)新生代地層分為南北兩個不同的沉積區(qū)域。隆起北西為北阿拉善地層分區(qū)，隆起南東為南阿拉善地層分區(qū)[3]。銀根--額濟納盆地屬于北阿拉善地層分區(qū)。盆地呈東—西向弧狀展布，北緣為洪格爾吉山，南緣自西向東分別為北山、雅布賴山和狼山。盆地內(nèi)中、新生代地層較為發(fā)育，中生代地層主要有上三疊統(tǒng)珊瑚井組，下白堊統(tǒng)巴音戈壁組、蘇紅圖組和上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組；新生代地層主要為始新統(tǒng)寺口子組、漸新統(tǒng)清水營組、中新統(tǒng)紅柳溝組和上新統(tǒng)苦泉組[5]。

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)額濟納旗雅干南約40 km輝森烏拉一帶(圖1)，處于銀根--額濟納盆地的中北部。在灰石山—溫圖高勒蘇木一線見北北東向洼地，洼地東—西寬約5 km，南—北長約50 km，發(fā)育一套棕紅色、磚紅色、灰色碎屑巖組合，不整合覆蓋于古生代地層及巖體之上。前人多將其劃歸上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組，本次根據(jù)所獲的花粉化石確定該套碎屑巖時代為新近紀上新世，劃歸苦泉組。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Simplified geological map of study area

新生代以來，印度板塊與歐亞板塊持續(xù)碰撞[6]，使研究區(qū)長期處于隆升狀態(tài)，缺乏古新統(tǒng)—中新統(tǒng)沉積。青藏高原在中新世末期、上新世初期經(jīng)歷了一次明顯的隆升過程[7--8]，測區(qū)南部賀蘭山也繼續(xù)抬升，阿拉善全區(qū)相對下降，在額濟納旗、北山地區(qū)及阿拉善左旗山間盆地內(nèi)沉積了苦泉組。

苦泉組在研究區(qū)西部北山地區(qū)出露廣泛，主要出露在星星峽、紅石山、甜水井、公婆泉、明水、牛圈子，后紅泉、石板井和紅柳大泉一帶。在星星峽一帶，苦泉組巖性為橙紅色粉砂質(zhì)泥巖夾淡水灰?guī)r透鏡體，灰?guī)r透鏡體中見腹足類化石；紅石山、甜水井一帶，該組巖性以磚紅色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖為主，夾少量礫巖及砂巖，產(chǎn)脊椎動物化石[9--11]；在研究區(qū)東南部阿拉善左旗一帶，該組巖性以磚紅色、桔紅色砂巖和含礫砂巖為主，夾礫巖及粉砂巖，見瓣腮類、腹足類化石[3]。

2 苦泉組地層層序及特征

苦泉組在研究區(qū)南部的輝森烏拉一帶出露較好，呈北北東向帶狀分布；地層產(chǎn)狀較緩傾向136°～170°，傾角9°～10°。巖性主要為磚紅色、灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和細礫巖等，巖性下粗上細，韻律明顯。在灰色泥巖夾層中含花粉化石(圖2)。

圖2 研究區(qū)苦泉組巖石野外特征Fig.2 Outcrop of Kuquan Formation in study area

采樣剖面位于內(nèi)蒙古額濟納旗輝森烏拉北西5 km處(102°19′46.44″E；41°44′27.26″N)，實測地層厚度9.8 m(圖3)。

圖3 內(nèi)蒙古額濟納旗輝森烏拉上新統(tǒng)苦泉組實測剖面圖Fig.3 Profile of Pliocene Kuquan Formation near Huisenwula, Ejina Banner, Inner Mongolia

上覆：第四系砂礫石

～～～～～～～～角度不整合～～～～～～～～

上新統(tǒng)苦泉組(N2k)

9.8 m

8.灰色泥巖，含花粉化石：Pinus、Chenopodiaceae、Solanaceae、Pseudopiceavariabiliformis(Mal.) Bolkh

0.2 m

7.磚紅色粉砂質(zhì)泥巖

0.3 m

6.磚紅色細礫巖

0.1 m

5.磚紅色、灰色泥巖夾磚紅色泥質(zhì)粉砂巖，灰色泥巖中含花粉化石：Pinus、Quercus、Securinega、Artemisia、Nitraria、Chenopodiaceae、Echinate Asteraceae

0.7 m

4.灰色--磚紅色細礫巖

0.1 m

3.磚紅色泥巖夾兩層灰色泥巖，灰色泥巖中含花粉化石：Pinus、Quercus、Ulmus、Ephedra、Securinega、Chenopodiaceae、Cyperaceae

1.5 m

2.灰色細礫巖夾磚紅色泥巖

0.3 m

1.磚紅色泥巖夾兩層灰色泥巖，灰色泥巖中含花粉化石：Pinus、Carpinus、Ephedra、Nitraria、Echinate Asteraceae、Artemisia、Ranunculaceae

6.6 m

(未見底)

3 花粉化石組合及其時代

3.1 花粉組合特征

本文所研究花粉化石全部產(chǎn)出于內(nèi)蒙古自治區(qū)額濟納旗雅干地區(qū)輝森烏拉北西5 km處的上新統(tǒng)苦泉組(N2k)實測剖面中。自剖面的第1、3、5、8層灰色泥巖中獲得較好的花粉化石(圖4)。

1～2：具刺類菊科(Echinate Asteraceae)；3：蒿屬(Artemisia)；4～6：藜科(Chenopodiaceae)；7：莎草科(Cyperaceae)；8：葉底珠屬(Securinega)；9：茄科(Solanaceae)；10～11：櫟屬(Quercus)；12：白刺屬(Nitraria)；13-14：麻黃屬(Ephedra)；15～19：松屬 (Pinus)。圖4 上新世苦泉組(N2k)花粉化石Fig.4 Pollen fossils from Pliocene Kuquan Formation

該花粉組合成分比較單調(diào)，組合中裸子植物花粉含量居首(58%～100%)，被子植物花粉次之(0～42%)，未見蕨類植物孢子及藻類化石。裸子植物花粉中的松屬(Pinus)含量較高，與被子植物中的蒿屬(Artemisia)花粉構(gòu)成組合的主要成分，二者占比分別為54%～100%及0～32%。其次，藜科(Chenopodiaceae)、麻黃屬(Ephedra)有一定含量，櫟屬(Quercus)與具刺類菊科(Echinate Asteraceae)比較常見，其他組分有鵝耳櫪屬(Carpinus)、榆屬(Ulmus)、白刺屬(Nitraria)、毛莨科(Ranunculaceae)、葉底珠屬(Securinega)、莎草科(Cyperaceae)和茄科(Solanaceae)等。

3.2 地質(zhì)時代討論

在北半球，一般從上新世開始，孢粉植物群的基本面貌是：草本植物花粉在孢粉組合中突然增多，不僅種類較多，而且占有一定的百分含量；菊科花粉種類繁多，大網(wǎng)孢類型的花粉開始出現(xiàn)，化石孢粉的屬種同現(xiàn)代植物的屬種相近[12]，松科與草本植物兩者?？山惶娉霈F(xiàn)高含量[13]。

本文所述花粉組合具有顯著的北半球新近紀特色，組合中含Artemisia、Carpinus、Ulmus、Quercus、Chenopodiaceae等新近紀地層中的常見分子，其他分子除1粒中生代再沉積花粉外，其余均為上新世至第四紀花粉化石。

該組合可與北方多地上新世孢粉組合進行對比。與新疆瑪納斯地區(qū)上新世藜--蒿--松--榆組合[14]總體面貌基本一致，區(qū)別在于當前組合以針葉植物松屬占絕對優(yōu)勢，草本植物次之，而新疆瑪納斯上新世組合則以草本植物為主，針葉植物次之。柴達木盆地大紅溝地區(qū)古近紀—新近紀孢粉劃分了14個組合，其中第14組合產(chǎn)自上新世獅子溝組，由針葉喬木(17.39%～26.09%)、落葉闊葉林 (7.41%～39.13%) 和耐干旱灌木(13.04%～48.15%) 組成[15]，與本文花粉組合特征基本可比；柴達木盆地中部鴨湖地區(qū)上新世花粉組成變化較大，針葉樹與草本和灌木花粉含量呈現(xiàn)較為頻繁的互為消長的變化，整體上以針葉樹花粉 (平均67.1%)為主，闊葉樹花粉含量較低 (0～7.7%)，耐旱的草本和灌木占有一定比例 (平均25%)[16]，這與本文花粉組合特征一致。與西藏普蘭涕松上新世孢粉植物群[12]的總體面貌與本文花粉組合非常相似，共同的特征是：松科兩氣囊花粉含量突出，麻黃屬常見，菊科、藜科等草本被子植物有一定含量，含有少量闊葉植物，如櫟屬、榆屬等。二者不同之處在于西藏普蘭涕松花粉組合中見一定含量的亞熱帶蕨類植物。西藏西部札達盆地上新世花粉組合以松科與被子植物藜科花粉為主，禾本科及麻黃花粉有一定的含量，含有少量亞熱帶常綠或落葉闊葉林分子[17]，與本文所述花粉組合基本一致；不同之處在于本文花粉組合中被子植物以蒿屬為主。此外，云南元謀盆地上新世甘棠組孢粉組合[18]也可與當前的苦泉組花粉組合進行對比，二者均是以松屬為主。

劉耕武將中國北方新近紀孢粉組合劃分5個帶，分別為早中新世組合(組合帶Ⅰ)、中中新世早期組合(組合帶Ⅱ)、中中新世晚期組合(組合帶Ⅲ)、晚中新世至上新世早期組合(組合帶Ⅳ)和晚上新世組合(組合帶Ⅴ)。其中，晚上新世組合常表現(xiàn)出榆科、草本植物和松科花粉含量交替上升的現(xiàn)象[13]。孫黎明將西藏吉隆盆地新近紀花粉組合劃分了6個孢粉帶，除了孢粉帶Ⅰ為中新世外，其余5個孢粉帶時代均為上新世。這些上新世孢粉組合特征是以針葉樹占絕對優(yōu)勢，含量為 77.7%～ 89.4%；灌木及草本植物花粉較少，含量為3.6%～10.5%；蕨類植物含量比灌木及草本植物孢粉略多，為3.5%～ 14.3%[19]。從內(nèi)蒙古雅干地區(qū)上新世苦泉組花粉組合以松科占優(yōu)勢，草本植物次之，出現(xiàn)榆屬、藜科、菊科、毛莨科和麻黃屬等組分，其特征與中國北方新近紀組合帶Ⅴ及吉隆盆地上新世組合比較接近，反映出強烈的上新世花粉植物群色彩，因此，本文研究當前花粉組合的時代為上新世。結(jié)合該套碎屑巖尚未固結(jié)成巖情況，將含花粉化石的這套磚紅色、棕紅色、灰色碎屑巖建造劃歸新近系上新統(tǒng)苦泉組，而非過去所認為的上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組。

研究區(qū)周邊上新統(tǒng)苦泉組及其相當層位中曾有動物化石的記載，在北山地區(qū)星星峽一帶苦泉組淡水灰?guī)r透鏡體中見腹足類：Bithyniasp.，Pseudophysacf.grabaui(Yen)，Planorbissp.等動物化石[11]，可確定其時代為上新世。研究區(qū)東南部阿拉善左旗昂岡浩特、浩特敖包及克布爾海一帶，與苦泉組相當層位中亦見動物化石，其中在昂岡浩特、浩特敖包等地見瓣腮類：Corbiculafluminea，C.largillierti，C.dingcunensis，C.bicolora，C. sp.，Pisidiumsp.，Sphaeriumsp.；在克布爾海地區(qū)見腹足類Galbacf.pervia，Gyrauluscoretus，Radixplicatula，R.pereger等[3]，確定其地質(zhì)時代亦為上新世。上述結(jié)論與本文花粉組合所確定的苦泉組地質(zhì)時代一致。

4 古氣候與古植被分析

本文所發(fā)現(xiàn)的花粉組合中，松屬等耐寒針葉植物在組合中占絕對優(yōu)勢，與少量櫟、榆等亞熱帶闊葉植物形成山地針葉林、針闊葉混交林。耐寒的草本及灌木植物空前繁盛，占據(jù)了重要地位。以藜科、蒿屬為主，同十字花科、毛莨屬、菊科、莎草科等以及灌木植物白刺屬、麻黃屬構(gòu)成荒漠--荒漠草原類型?，F(xiàn)生的藜科、蒿屬與麻黃主要生長于干旱環(huán)境下的沙土或鹽堿化土壤，它們在組合中的高產(chǎn)出說明當時氣候環(huán)境比較干旱。該套碎屑巖中出現(xiàn)1～2 cm厚白色石膏夾層，亦反映出當時氣候比較干旱。特別是蒿屬的大量出現(xiàn)是上新世出現(xiàn)大面積荒漠草原和荒漠的直接證據(jù)之一。區(qū)域高寒針葉和草本持續(xù)增加，指示氣候持續(xù)轉(zhuǎn)向寒冷和干旱?；ǚ劢M合中的其他草本植物十字花科、毛莨屬、菊科和莎草科等，多為北溫帶常見的草本類型，它們在上新世發(fā)育廣泛，在植物組成上占據(jù)重要地位[14，20--22]。

綜上可知，本文花粉組合反映研究區(qū)上新世處于北溫帶寒冷干旱的氣候，植被主體為溫帶荒漠草原和荒漠，少量發(fā)育以針葉林為主的針闊葉混交林。推測當時在山前平原地帶，廣泛發(fā)育著以藜科、蒿屬、麻黃屬和白刺屬等為主的荒漠草原和荒漠。在附近山坡上，生長著小片以松樹為主的針葉林，河谷地帶分布有少量闊葉落葉林，在針葉、闊葉林下部則生長著小片山地落葉灌木叢。

5 研究區(qū)上新世氣候變化與青藏高原隆升的關(guān)系

近年來，青藏高原的隆升問題一直是許多科學家研究的熱點，其隆升也被認為是地球氣候和環(huán)境演化的重要驅(qū)動力，它不僅改變了青藏地區(qū)本身的地貌和自然環(huán)境，而且對亞洲季風的形成與發(fā)展、亞洲內(nèi)陸干旱化乃至新生代全球氣候變化都有深刻的影響。尤其是中中新世和上新世亞洲內(nèi)陸干旱化加劇被認為與高原北部和東北部地區(qū)明顯的構(gòu)造隆升活動有關(guān)[23]。高原東北部的隆升對中國西部地區(qū)新生代以來氣候和環(huán)境演變產(chǎn)生深度影響。本文通過對研究區(qū)及周邊地區(qū)上新世古植被古氣候的研究，認為高原隆升與研究區(qū)氣候變化之間具有密切的關(guān)系。

植被對氣候變化最為敏感，植被類型的改變反映了氣候環(huán)境的變化。從植被繁盛程度上看，研究區(qū)及周邊地區(qū)上新世地層中的孢粉含量遠不及漸新世、中新世那么豐富，說明上新世時植被遠不及漸新世、中新世時期繁盛。這種明顯的變化說明在上新世時期氣候惡化，具體表現(xiàn)在干旱程度加劇和溫度急劇下降兩個方面。由于草本植物開花早、花期短、種子壽命長、發(fā)芽快，在氣溫大幅下降的情況下，草本植物比木本植物更能適應新的環(huán)境，因此當前劃分組合中的草本花粉得到較大發(fā)展，而喬木闊葉植物則迅速減少，以蒿、藜、麻黃和白刺為主，加上部分禾草、莎草科植物組成的荒漠和荒漠草原得到迅速發(fā)展[14]。

上述植被類型的變化不僅在研究區(qū)花粉化石中得到印證，在研究區(qū)周邊地區(qū)氣候環(huán)境變化記錄中也能找到證據(jù)。在研究區(qū)西部的柴達木盆地，自約5.3 Ma開始變干，并經(jīng)歷向后期波動性干旱強化的過程，上新世初期植被已呈現(xiàn)出較明顯的垂直地帶性，周圍山地分布著森林，湖周圍則生長以蒿屬、麻黃及禾本科等為主的草原。3.4 Ma后，耐旱植物花粉含量略有增加，喜熱分子減少。2.6 Ma后耐旱植物含量呈現(xiàn)明顯增加趨勢，氣候快速向更干旱的方向發(fā)展[16]。酒西盆地，自8.6 Ma干旱氣候和草原植被開始發(fā)育，在5.67 Ma時進一步干旱化，植被表現(xiàn)為荒漠草原，3.6 Ma干旱化再度加強，暖溫帶闊葉樹消失[24]。塔里木盆地北部上新世庫車組孢粉為干旱的麻黃—藜組合，屬半荒漠植被；塔里木盆地東部此時期草本植物占絕對優(yōu)勢，以藜、麻黃和蒿為主[25]。新疆瑪納斯地區(qū)上新世藜--蒿--松--榆組合同樣反映了當時干旱的氣候類型[14]。

根據(jù)上新世植物地理分區(qū)，上述地區(qū)與當前花粉組合產(chǎn)地同屬于泛北植物區(qū)中的亞洲內(nèi)陸植物亞區(qū)(圖5)，有著相近的植被發(fā)展史[26]。

1.云南洱源；2.西藏希夏邦馬峰；3.四川德昌；4.四川米易；5.山西太谷；6.江西南豐；7.浙江余姚；8.內(nèi)蒙古涼城；9～10.青海烏蘭；11.云南騰沖；12.云南楚雄；13.四川松潘；14.云南蘭坪；15.新疆庫車；16.甘肅敦煌；17.江蘇南京；18.河北張家口；19.湖南湘鄉(xiāng)；20.新疆若羌；21.山西榆社；22.內(nèi)蒙古額濟納旗；23.新疆瑪納斯；24.西藏普蘭。圖5 中國上新世植物區(qū)系劃分圖(據(jù)參考文獻[26]修改，★處為本文化石產(chǎn)地)Fig.5 Simplified map showing Pliocene floristic provinces in China

中國西北地區(qū)自中新世晚期—上新世期間為持續(xù)降溫過程[14--15,27]，特別是上新世晚期有明顯的降溫事件[28]。亞洲粉塵通量在4.5～2.6 Ma顯著增加[29]。李吉均、方曉敏等認為4 Ma青藏高原發(fā)生劇烈隆升，即青藏運動[6]。從時間上看，植被變化、降溫事件與亞洲粉塵通量的增加均與高原構(gòu)造隆升時間相吻合。因此，筆者認為，青藏高原的這次隆升對西南印度洋方向來的濕氣流產(chǎn)生阻擋，導致中國西部地區(qū)內(nèi)陸干旱化加劇，氣候類型開始向大陸型氣候轉(zhuǎn)變[7--8,30]。

6 結(jié)論

(1)在內(nèi)蒙古雅干地區(qū)原劃分為上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組的地層中發(fā)現(xiàn)花粉化石，并與北方上新世花粉組合的對比，確定其時代為上新世。結(jié)合該套碎屑巖尚未完全固結(jié)成巖，將含花粉化石的磚紅色、灰色和棕紅色碎屑巖建造劃歸上新統(tǒng)苦泉組。

(2)研究區(qū)在上新世時期處于北溫帶寒冷干旱的氣候之下，山前平原地帶廣泛發(fā)育著以藜科、蒿屬、麻黃屬和白刺屬等為主的荒漠草原和荒漠，山坡上發(fā)育有少量針葉林、河谷地帶零星分布有少量闊葉落葉林，在針葉、闊葉林下部則生長著小片山地落葉灌叢。

(3)研究區(qū)及周邊地區(qū)上新世氣候和植被類型的改變，佐證了青藏高原在上新世發(fā)生強烈隆升。