準(zhǔn)噶爾盆地西南緣四棵樹地區(qū)西山窯組孢粉組合及古氣候意義

池建強(qiáng)，靳軍，肖繼南，羅正江，師天明，阿麗亞，周小虎，許帥帥，馮婷

1)西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安，710069；2)新疆油田公司實驗檢測研究院，新疆克拉瑪依，834000；3)西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，西安，710069

內(nèi)容提要: 四棵樹凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣西段烏蘇市境內(nèi)，蘊含豐富的油氣和煤炭資源。由于匱乏化石證據(jù),制約四棵樹凹陷侏羅紀(jì)地層的地質(zhì)時代的確定。對西山窯組沉積環(huán)境和孢粉分析研究，恢復(fù)重建了其古環(huán)境，探討了本區(qū)中西山窯時期的植被演替及環(huán)境演變。西山窯組巖性以泥質(zhì)細(xì)砂巖、淺灰綠色泥巖、粉砂巖、泥巖為主。通過對孢粉化石分析研究，建立了Cyathidites minor—Osmundacidites —Cycadopites—Disacciatrileti(COCD)孢粉組合。組合中蕨類植物孢子與裸子植物花粉含量大體相當(dāng)，蕨類植物孢子以紫萁科的Osmundacidites為主，桫欏科孢子也有一定含量，其他常見分子包括Deltoidospora、Neoraistrickia等，裸子植物以松柏類兩氣囊花粉含量為主，均為我國侏羅紀(jì)常見屬種。通過對西山窯組孢粉植物群的分析，認(rèn)為西山窯組孢粉組合時代屬于中侏羅世早期,該孢粉植物群總體上反映了溫暖濕潤的熱帶—亞熱帶氣候特點，植被類型以針闊混交林為主。

準(zhǔn)噶爾盆地是我國重要的含油氣盆地，盆地發(fā)育6個次一級構(gòu)造單元(蔡忠賢等，2000；陳業(yè)全等，2004；隋風(fēng)貴，2015；陳建平等，2016；趙曉東等，2021)。準(zhǔn)噶爾盆地南緣構(gòu)造復(fù)雜，背斜圈閉眾多，蘊含豐富的油氣資源(馬萬云等，2015；屈栓柱等，2019；耿英英等，2020；高劍雄，2021)。四棵樹剖面位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣西段(賀振建，2007，程長領(lǐng)，2018；朱明等，2021)。剖面內(nèi)出露著石炭系、三疊系、侏羅系、白堊系地層。侏羅系蘊含豐富的油氣和煤炭資源，是進(jìn)行氣勘查的重要核心。其中，西山窯組發(fā)育的煤層分布廣、厚度大，具有良好生烴潛力,是該區(qū)的主力烴源巖。因此，四棵樹凹陷是南緣兩個主生烴凹陷之一，勘探潛力巨大。但是由于四棵樹凹陷地表條件惡劣、地下構(gòu)造復(fù)雜，基礎(chǔ)地質(zhì)問題還缺乏深入研究，尤其是對于西山窯地層時代的確定。

孢粉記錄了地質(zhì)歷史時期的古氣候信息。對孢粉化石進(jìn)行研究分析，可以確定地層時代，并獲取地質(zhì)時期當(dāng)?shù)氐墓艢夂蚝凸胖参锶旱刃畔?。本文通過對四棵樹剖面西山窯組孢粉組合特征的研究，明確了西山窯組孢粉組合地質(zhì)時代，并討論了在地質(zhì)時期研究區(qū)的古植物群落與古氣候特征。

1 地層概況

準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系發(fā)育較好，分布廣泛，出露完整(楊基端等，1982)。四棵樹剖面準(zhǔn)噶爾盆地南緣西段，剖面出露的侏羅系地層有的八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組和齊古組(圖1，圖2)。

上覆地層：齊古組(J2q)

— — — —平行不整合— — — —

侏羅紀(jì)中統(tǒng)頭屯河組(J2t)

29.07m

12. 上段灰綠色粉砂質(zhì)泥巖，下段灰白色細(xì)砂巖夾紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，頂部為2～3 m紫紅色粉砂巖

14.99 m

11. 暗紫紅色細(xì)砂巖，紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，灰綠色泥巖，互層狀，頂部厚3 m灰綠色粉砂質(zhì)泥巖夾薄層泥質(zhì)細(xì)砂巖。該段中發(fā)育二層菱鐵礦層，第一段菱鐵礦層位于中下部，厚20～30 cm，第二段菱鐵礦層位于該段頂部呈兩種形態(tài)分布：一種順層出露的菱鐵礦結(jié)核；另一種為垂直近垂直原始層面沿裂隙發(fā)育的條帶，具多條，厚10 cm，順層的菱鐵礦層厚30～40 cm，環(huán)境濱湖、湖岸淺波帶附近特有。

14.08 m

— — — —平行不整合— — — —

侏羅紀(jì)中統(tǒng)西山窯組(J2x)

202.35m

10. 下段為淺灰白色細(xì)砂巖，底部為厚40 cm左右的泥質(zhì)細(xì)砂巖；上段淺灰綠色泥巖，夾似層狀鐵灰色菱鐵礦層(10～12 cm)，菱鐵礦耳狀粒結(jié)合體。

28.25 m

9. 淺灰色細(xì)砂巖、粉砂巖夾灰色粉砂巖，頂部為一層厚2.5 m的含泥質(zhì)粉細(xì)砂巖。

50.23 m

8. 淺灰色砂礫巖與深灰色厚約1.00 m的泥巖組成旋回，具七層深灰色泥巖夾6層砂礫巖；砂礫巖為泥石流沉積，粒徑一般1～2 cm，呈現(xiàn)浮漂礫狀，泥巖為淺湖或半瀉湖。

20.00 m

7. 淺黃色細(xì)砂巖，含礫細(xì)砂巖。

21.01 m

6. 淺灰色細(xì)砂礫巖具板狀層理，礫石大小7～2 cm。

6.13 m

5. 淺灰色細(xì)礫巖夾透鏡狀含礫粗砂巖，礫石礫徑最大者10 cm，粒度為3～4 cm為主，分選度圓度中等。

24.78 m

4. 磚紅色細(xì)砂巖(燒變巖)，為淺湖相。

5.16 m

3. 下段則為淺灰色中砂巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖；中段深灰色泥巖，灰色泥質(zhì)粉砂巖；頂部1.5 m深灰色泥質(zhì)粉砂巖夾煤線3～5 cm，粉砂巖中含植物化石；下段為濱湖相沉積環(huán)境 ；中段為淺湖或深湖沉積。

6.98 m

2. 淺灰色細(xì)粒巖夾透鏡狀含礫粉砂巖,細(xì)砂巖直徑細(xì)礫巖直徑2～4 cm，少量礫石最大13 cm，多呈長條扁平狀，次棱角狀—次圓狀為主，少量為渾圓狀5%～6%，磨圓中等，分選中等。

39.81 m

------------整合------------

下覆地層：三工河組(J1s)

1.灰色、深灰色泥巖與細(xì)砂巖互層夾炭質(zhì)泥巖、灰綠色薄層狀巖屑粉砂巖、細(xì)砂巖及含礫粗砂巖近等厚互層。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地西南緣四棵樹剖面地層柱狀圖Fig. 2 Stratigraphic histogram of Sikeshu section in southwestern margin of Junggar Basin

2 結(jié)果和討論

2.1 Cyathidites minor—Osmundacidites—Cycadopites—Disacciatrileti組合

“COCD”組合產(chǎn)自準(zhǔn)噶爾盆地南緣西段四棵樹河剖面，其中共鑒定孢子花粉30屬40種(圖3～圖5)。COCD孢粉組合特征是：

(1)蕨類植物孢子與裸子植物花粉含量大體相當(dāng)。其中蕨類植物孢子含量為50.35%，裸子植物花粉含量49.65%(表1)。

(2)蕨類植物孢子以紫萁科的Osmundacidites含量最高，占33.57%，種類有O.parvus，O.diversispinulatus，O.granulata，O.elegans等；桫欏科孢子也有一定含量，占6.29%，包括Deltoidospora和Cyathiditesminor；其余分子多為少量或零星出現(xiàn)，如卷柏科之Neoraistrickia，石松科之Lycopodiumsporitessubrotundum和L.paniculatoides，海金沙科之Toroisporis以及Granulatisporites，Cyclogranisporites，Verrucosisporites，Apiculatisporis，Asseretosporaparva，Limatulasporiteslimatulus，Bayanhuasporites等形態(tài)屬種。

(3)裸子植物花粉以松柏類兩氣囊花粉含量最高，占33.22%，包括兩氣囊分化不完善的原始松柏類，主要為單/雙束松粉Abietineae/Pinuspollenites，次為Podocarpidites，Quadraeculinaanellaeformis，Q.limbata，Paleoconiferusasaccatus，Protoconiferusoviformis，P.flavus，Pseudopiceamagnifica，Piceites，Protopinussubluteus以及Disacciatrileti；單溝和原始溝類花粉也有較高含量，占10.14%，前者見Cycadopitessubgranulosus，C.carpentieri，C.typicus，C.pyriformis等，后者見Chasmatosporiteselegans，C.hians等；其余分子多為少量或個別見及，如Classopollisannulatus，杉科之Cerebropollenitesmesozoicus和Concentrisporitesfragilis，南洋杉科之Callialasporitesdampieri和Psophosphaera等。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹剖面西山窯組孢粉圖版Fig. 3 Palynological plate of the Xishan yao Formation in Sikeshu section, southern Junggar Basin

表2 中侏羅早期組合孢粉類型及含量Tible 2 Pollen types and content of assemblages in the early Middle Jurassic

2.2 地質(zhì)時代討論

在組合中，蕨類植物孢子與裸子植物花粉含量大體相當(dāng)。下面對組合中一些優(yōu)勢分子的含量及其分布時代作進(jìn)一步的分析和對比。

蕨類植物孢子以O(shè)smundacidites含量最高，Osmundacidites在中—新生代廣泛分布，在我國早、中侏羅世地層中含量相對較高，常作為組合的建帶分子出現(xiàn)。如：準(zhǔn)噶爾盆地瑪納斯河紅溝剖面中侏羅世早期18.4%(黃嬪等，2007)，銀額盆地早侏羅世晚期含量9.44%～15.69%(李素萍等，2021)，吐魯番七泉湖煤田中侏羅世早期西山窯組含量17.6%(孫峰, 1989)、鄂爾多斯盆地中侏羅世早期延安組中上部占10.98%(孫立新等，2017)、三塘湖盆地西山窯組最高達(dá)36% (黃嬪, 2002)。Lycopodiumsporites在俄羅斯北高加索地區(qū)中侏羅世組合中發(fā)育，在我國新疆塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地中侏羅世地層中都有存在。如:在塔里木盆中侏羅世組合中0.3%(劉兆生，2003)；準(zhǔn)噶爾盆地西山窯組1%～13%(張望平等，1990)。Neoraistrickia主要集中在中侏羅世。如：準(zhǔn)噶爾盆地中侏羅世早期組合中0～3.5%(張望平等，1990)，吐魯番七泉湖中侏羅世早期組合中含量1.4%(孫峰，1989)。吐魯番西山窯組0～1.4%(王永棟等，1998)。Cyathidites主要集中在中侏羅紀(jì)地層中。在澳大利亞西部侏羅紀(jì)地層中都有存在，在我國準(zhǔn)噶爾盆地西山窯組、鄂爾多斯盆地延安組都有存在。如準(zhǔn)噶爾盆地沙灣縣西山窯組含量達(dá)18.1%～78.3%(劉兆生，1990)；準(zhǔn)噶爾盆地西山窯組3%～65%(張望平等，1990)。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹剖面西山窯組孢粉圖版Fig. 4 Palynological plate of the Xishanyao Formation in Sikeshu section, southern Junggar Basin

Cycadopites是我國北方早、中侏羅世孢粉組合的重要組成分子。如吐魯番七泉湖西山窯組含量達(dá)到23.8%(孫峰，1989)；在奇臺北山西山窯組含量為16.3%(劉兆生，1993)。Quadraeculina存在于三疊紀(jì)到早白堊世,主要集中在中侏羅世。Perinopollenites在我國早、中侏羅世廣泛分布(表2)。

此外，在組合中三疊紀(jì)孑遺分子基本消失。但是在早侏羅世地層中會殘留有三疊紀(jì)分子，在中侏羅世及以后地層中基本消失。如我國陜甘寧盆地延安組，新疆準(zhǔn)噶爾盆地西山窯組 (劉兆生, 1990) , 吐魯番盆地的西山窯組 (孫峰, 1989) 等中侏羅世地層組合中, 均未發(fā)現(xiàn)三疊紀(jì)的殘余分子。同時，組合中分子主要為侏羅紀(jì)常見分子，尤其是中侏羅世。據(jù)此，可排除其屬于早侏羅世的可能。另外，組合中Classopollis含量只有1.05%，但是在我國新疆中侏羅世晚期組合中的含量普遍偏高，且遠(yuǎn)高于中侏羅世早期。如:在新疆中侏羅世早期Classopollis含量只有0.2%(孫峰, 1989)，而在中侏羅世晚期含量則達(dá)到19.2%～28.2 % (黃嬪, 2002)；陜西彬縣延安組含量為0.9% (尹鳳娟等，1999)，三塘湖盆地中侏羅世晚期含量達(dá)19%～28%(黃嬪, 2002)。因此，其時代也不可能是中侏羅世晚期。綜上所述，我們認(rèn)為其地質(zhì)時代屬于中侏羅世早期。

表3 準(zhǔn)噶爾盆地西南緣西山窯組孢粉的古氣候指示意義Tible 3 Paleoclimatic significance of sporopollen of the Xishan yao Formation in southwestern Margin of Junggar Basin

本組合可與新疆三塘湖盆地塘淺3井中侏羅世Cyathiditesminor—Osmundacidites—Cycadopites—Quadraeculina組合對比(黃嬪，2002)。共同點有：

(1)蕨類植物孢子中,Osmundacidites的含量最高，都達(dá)到了30%以上。常見分子有桫欏科和紫萁科的，如Cyathiditesminor，Deltoidospora，Osmundacidites等；少量或零星出現(xiàn)的有Lycopodiumsporites，Neoraistrickia以及一些具粒、刺、瘤等紋飾的形態(tài)屬種。

(2)裸子植物花粉以松柏類兩氣囊花粉為多，Abietineae/Pinuspollenites，Podocarpidites，Quadraeculina，Protoconiferus，Pseudopicea，Piceites，Protopinus等；其它經(jīng)?；蛏倭砍霈F(xiàn)的有Cerebropollenites和Concentrisporites，Cycadopites和Chasmatosporites等；少量或零星出現(xiàn)Classopollis。

根據(jù)上述分析和對比，本組合的地質(zhì)時代應(yīng)為中侏羅世早期(Aalenian期—Bajocian期)，時代與西山窯組相當(dāng)。

2.3 古植被及古氣候探討

生物的分布受到氣候影響，因此，古生物的分布亦受到古氣候的控制。孢粉化石記錄了地質(zhì)時期的古氣候信息。對孢粉進(jìn)行研究分析，可以重建地質(zhì)時期當(dāng)?shù)氐墓胖参锶好婷?。依?jù)孢粉化石的母體植物可以推測當(dāng)?shù)氐墓艢夂蛱卣鳌?/p>

蕨類植物適應(yīng)熱帶—亞熱帶的濕熱環(huán)境。紫萁科Osmundacidites含量33.57%，其母體植物為灌木，主要分布在熱帶、亞熱帶或溫帶潮濕地區(qū)，沼生環(huán)境；桫欏科Cyathidites含量2.80%,其植物類型為常綠闊葉林，適應(yīng)熱帶—亞熱帶潮濕地區(qū)；蘇鐵科Cycadopites含量6.99,其為常綠木本植物,分布于熱帶—亞熱帶地區(qū)；松科Protoconiferus和Piceites含量分別為2.1%和1.4%，其主要生長在干旱、喜陽光的環(huán)境,分布于熱帶、亞熱帶；杉科Cerebropollenites，分布于亞熱帶丘陵地帶；羅漢松科Podocarpidites為針葉林,分布于熱帶。反映炎熱干旱或干旱型氣候的松柏綱掌鱗杉科的Classopollis和南美杉科的Callialasporites，在組合中含量很少，可能為早侏羅世遺留下的分子。氣候敏感植物類群中指示熱帶、亞熱帶潮濕的氣候的有：桫欏科、桫欏科、海金沙科、卷柏科、石松科、羅漢松科、蘇鐵科、杉科、松科等，在組合中占絕對優(yōu)勢(表3)。因此,本孢粉植物群反映的氣候?qū)儆跍嘏瘽駶櫟臒釒А獊啛釒夂?。這與我國北方侏羅世早期屬于暖溫帶潮濕氣候區(qū)相符(鄧勝徽，2017)。

3 結(jié)論

孢粉組合中蕨類植物孢子與裸子植物花粉含量大體相當(dāng)，其中蕨類植物孢子以O(shè)smundacidites含量最高；裸子植物以松柏類兩氣囊花粉含量最高。對孢粉組合特征分析對比，推測地質(zhì)時代應(yīng)為中侏羅世早期(Aalenian期—Bajocian期)，時代與西山窯組相當(dāng)。根據(jù)孢粉組合中的優(yōu)勢分子幾乎都是分布于熱帶、亞熱帶地區(qū)的植物分子，認(rèn)為當(dāng)時的氣候?qū)儆跍嘏瘽駶櫟臒釒А獊啛釒夂颉?/p>

致謝：孢粉化石由中科院南京地質(zhì)古生物研究所季興開研究員鑒定，責(zé)任編輯和審稿專家提出了寶貴意見，在此表示一一感謝!