地质通报  2020, Vol. 39 Issue (5): 599-607  
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韦一, 杨兵, 葛梦春, 杨欣杰. 内蒙古锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗万宝组孢粉组合的发现及其地质意义[J]. 地质通报, 2020, 39(5): 599-607.
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Wei Y, Yang B, Ge M C, Yang X J. The discovery of palynopollen assemblage from Wanbao Formation of East Ujimqin Banner in Xilingol City, Inner Mongolia, and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(5): 599-607.
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基金项目

中央高校基本科研业务费《古近纪华北-华南非海相介形类动物化石差异演化及其地质意义》(编号:3142018004)

作者简介

韦一(1989-), 女, 博士, 讲师, 从事微体古生物研究。E-mail:ostracods@126.com

文章历史

收稿日期: 2019-06-14
修订日期: 2019-09-06
内蒙古锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗万宝组孢粉组合的发现及其地质意义
韦一1, 杨兵2, 葛梦春3, 杨欣杰2    
1. 华北科技学院安全工程学院, 河北 廊坊 065201;
2. 中国地质调查局自然资源实物地质资料中心, 河北 廊坊 065201;
3. 中国地质大学(武汉)地球科学学院, 湖北 武汉 430074
摘要: 内蒙古锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗阿拉坦合力公社果勒半沟剖面原大磨拐河组上部首次发现大量孢粉化石,经鉴定计有38属82种,可确定为Cyathidites-Quadraeculina-Neoraistrickia组合,该组合见较多的中侏罗世早期常见分子,通过对比确定其时代为中侏罗世早期,并据此将该套岩石组合从原白垩纪大磨拐河组解体出来。通过地质时代对比,结合岩石地层特征,将该套地层重新厘定为中侏罗统万宝组上部。通过对万宝组孢粉组合的生态习性的研究,该时期研究区的古植被类型为针-阔混交林,古气候属于亚热带半干旱-半湿润气候,偏湿润。此外,该孢粉组合与中国北方侏罗纪第一次升温事件期间的孢粉在面貌特征上极相似,为古植被在中国北方侏罗纪第一次升温事件上的响应。
关键词: 孢粉组合    中侏罗世    古植被    古气候    锡林郭勒    
The discovery of palynopollen assemblage from Wanbao Formation of East Ujimqin Banner in Xilingol City, Inner Mongolia, and its geological significance
WEI Yi1, YANG Bing2, GE Mengchun3, YANG Xinjie2    
1. School of Safety Engineering, North China Institute of Science and Technology, Langfang 065201, Hebei, China;
2. China Geological Survey Cores and Samples Center of Natural Resources, Langfang 065201, Hebei, China;
3. Faculty of Earth Sciences, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China
Abstract: Abundant sporopollen fossils, which include 38 genera and 82 species, were found for the first time from the upper part of Wanbao Formation in Guolebangou section in East Ujimqin Banner of Xilingol City, Inner Mongolia.In the Cyathidites-Quadraeculina-Neoraistrickia assemblage, the early Middle Jurassic sporopollen species are relatively commonly seen.According to the contrasting with things of other regions, this set of strata should be separated from the original Damoguaihe Formation of Cretaceous and assigned to early Middle Jurassic.Based on the study of the ecological habits of sporopollen assemblage of Wanbao Formation, it is held that the palaeovegetation types in the study area during this period were coniferous-leaved and broad-leaved mixed forest, and the paleoclimate belonged to the semi-arid to semi-humid subtropical climate, which was slightly humid.In addition, the features of sporopollen assemblage were very similar to those of the sporopollen assemblage in whole northern China during the first Jurassic heating event, which seems to have been the palaeovegetation response to the first Jurassic heating event in northern China.
Key words: sporopollen assemblage    Middle Jurassic    palaeovegetation    palaeoclimate    Xilingol    

研究区位于内蒙古锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗阿拉坦合力苏木一带。本次阿拉坦合力大队幅1:5万地质调查,根据锆石U-Pb年龄证据将前人1:25万区域地质调查东乌珠穆沁旗幅中划分的原侏罗系万宝组,重新厘定为晚石炭世宝力高庙组。而在原白垩纪大磨拐河组下部采集到与其上部不同时代的孢粉化石,结合化石时代和岩石组合,将该套地层下部解体,重新划分出新的万宝组。

长期以来,前人根据研究区的这套灰褐色粗-巨砾复成分砾岩,紫红色、灰白色细砾岩,长石石英砂岩夹泥灰岩的岩石组合中具有强烈早白垩世时代色彩的狼鳍鱼和叶肢介证据,将其笼统定义为早白垩世大磨拐河组。本次调查在原大磨拐河组底部一套粗碎屑岩夹炭质泥岩岩石组合的炭质泥岩夹层中首次发现大量具有明显侏罗纪面貌的孢粉化石,经鉴定计有38属82种。笔者通过孢粉化石及岩石组合研究,旨在建立该区孢粉组合,并通过区域对比确定其精细年代及岩石地层单位。此外,通过孢粉组成分析,恢复古植物群及古植被环境,进而恢复古气候,为该区进一步的煤田地质及油气地质工作提供基础地质依据。

1 地层概况和岩石组合对比

果勒半沟剖面位于内蒙古锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗阿拉坦合力公社西南6 km处(图 1),由下至上分别为红旗组、万宝组、大磨拐河组。万宝组下部与侏罗系红旗组呈断层接触,上部被白垩系大磨拐河组角度不整合覆盖。在岩石组合上(图 2),万宝组下部为青灰色中厚层状砾岩、砂砾岩夹砂岩组合,总厚度大于460 m;上部为灰白色细砾岩、砂岩、泥质粉砂岩,局部夹炭质泥岩组合,总厚度大于222 m。其中,泥炭层中见大量孢粉化石。

图 1 研究区地质简图 Fig.1 Geological sketch map of the study area
图 2 锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗果勒半沟剖面柱状图 Fig.2 The stratigraphic column of Guolebangou section in East Ujimqin Banner of Xilingol City

万宝组正层型剖面为吉林省万宝镇6、7号孔柱状剖面,其下部为灰色砾岩、砂砾岩夹砂岩,中部为灰色、灰白色中粗粒砂岩、粉砂岩夹煤层,上部为灰色、灰黑色细粉砂岩、凝灰质砂岩夹煤层,含大量双壳类及植物化石[1];万宝组延入大兴安岭及其两侧的突泉县、扎鲁特旗西沙拉、联合村,克什克腾旗黄岗梁、片扑营子、永合营子、喀喇沁旗小牛群等地,岩性总体特征一致,基本为一套灰黄色、灰色、灰黑色砂砾岩、砂岩、粉砂岩夹页岩组合,含不稳定的煤层及煤线,局部为砂质板岩,植物化石的属种与万宝盆地基本一致,厚度一般为200~400 m,局部可达700 m[2]。综上可以看出,果勒半沟剖面万宝组与万宝组层型剖面及大兴安岭地区万宝组在岩石组合上能形成很好地对比。

2 孢粉组合

对万宝组上部炭质泥岩中采集的3件样品(BF-1、BF-2、BF-3)通过传统的酸碱处理后,见丰富的孢粉化石,经鉴定计有38属82种(图 3图版Ⅰ),主要属种有:Acanthotriletes midwayensisAsseretospora sp.,Apiculatisporis ovalisA.sp.,Cibotiumspora paradoxaC. junctaCyathidites australisC. minorC. sp.,Deltoidospora perpusillaD.gradataD.sp.,Dictyophyllidites harrisiiD.sp.,Duplexisporites amplectiformisD.anagrammensisD.sp.,Gleicheniidites rouseiG.nilssoniiG.conflexasGranulatisporites jurassicusKlukisporites pseudoreticulatusK.variegatusLycopodiacidites infragranulatusL.sp.,Neoraistrickia truncataN.sp.,Osmundacidites wellmaniiO. alpinusO.sp.,Punctatisporites sp.,Stereisporites perforatusS. regiumS.granulatusS. sp.,Todisporites minorUndulatisporites pflugiiU.concavusU. sp.,Uvaesporites argenteaeformisBennettiteaepollenites luciferCallialasporites dampieriC.sp.,Cedripites minorCerebropollenites carlylensisChasmatosporites sp.,Classopollis annulatusC. classoidesC. parvusC. sp.,Cycadopites nitidusC. typicusC.subgranulosusC.sp.,Piceaepollenites exilioidesP. mesophyticusP. sp.,Piceites expositusP. latensP.podocarpoidesP.sp.,Pityosporites sp.,Protoconiferus sp.,Pseudopicea variabiliformisPinuspollenites divulgatusP. tricompositusP.sp.,Podocarpidites multesimusP.multicinusP.sp.,Protopinus scanicusP.sp.,Pseudowalchia biangulinaQuadraeculina limbataQ.enigmataQ. minorQ.sp.,Vitreisporites jurassicusV. sp.。

图 3 万宝组孢粉含量分布图 Fig.3 The distribution of sporopollen content of Wanbao Formation
图版Ⅰ 1、2.Cycadopites typicus, 登记号:WB-1-1、3; 3、4.Neoraistrickia truncata, 登记号:WB-1-2、4; 5、6.Quadraeculina limbata, 登记号:WB-2-1、2; 7. Osmundacidites wellmanii, 登记号:WB-2-3;8. Pseudopicea variabiliformis, 登记号:WB-2-4; 9. Deltoidospora perpusilla, 登记号:WB-2-4; 10. Deltoidospora sp., 登记号:WB-3-1; 11. Duplexisporites amplectiformis, 登记号:WB-3-2; 12、20. Vitreisporites jurassicus, 登记号:WB-3-3; 13.Klukisporites variegatus, 登记号:WB-3-4; 14.Cyathidites australis, 登记号:WB-3-5; 15. Undulatisporites pflugii, 登记号:WB-1-5; 16. Stereisporites sp., 登记号:WB-1-7;17、22. Stereisporites regium, 登记号:WB-1-6; 18.Apiculatisporis ovalis, 登记号:WB-3-6; 19、24.Classopollis annulatus, 登记号:WB-1-8; 21. Classopollis classoides, 登记号:WB-3-7; 23.Duplexisporites anagrammensis, 登记号:WB-2-6。孢粉化石均由中国地质大学(武汉)微体古生物实验室鉴定

孢粉组合中裸子植物花粉含量与蕨类植物孢子的含量相近,分别为48.1%~51.6%和48.4%~51.9%。但从3个样品的孢粉统计看,由下向上蕨类植物孢子含量略微呈下降趋势,此外,在属种分异度方面,上部两层位的孢粉属种分异度明显大于BF-1所在层位。但总体而言,3个样品中孢粉面貌极相似,可简化为一个孢粉组合。根据优势属种和特征属种特征,将其定为Cyathidites-Quadraeculina-Neoraistrickia组合。

该孢粉组合总体而言,属种分异度较高,但其中未见绝对优势属种。蕨类植物孢子中以桫椤科略占优势,主要包括两属,分别为CyathiditesDeltoidospora,其中Cyathidites属含量5.5%~8.5%,Deltoidospora属含量2.8%~5.5%。此外,泥炭藓科的Stereisporites属和双扇蕨科Dictyophyllidites属也占有较高比例,含量分别为5.1%~5.6%和3.3%~5.1%。而剩余孢子属含量相当,分别为:Apiculatisporis(1.8%~4.4%),Acanthotriletes (0%~1.1%),Asseretospora (0%~1.7%),Cibotiumspora(0%~1.1%),Duplexisporites(2.2%~4.7%),Gleicheniidites(0%~3.7%),Granulatisporites (0%~1.9%),Klukisporites(1.1%~2.7%),Lycopodiacidites(0.9%~3.4%),Lycopodiumsporites(0%~1.8%),Neoraistrickia(1.7%~3.3%),Osmundacidites(3.3%~3.7%),Punctatisporites(0.9%~1.7%),Todisporites(1.7%~2.2%),Undulatisporites(2.2%~3.4%),Uvaesporites(0%~1.1%)。

裸子植物花粉中,QuadraeculinaCycadopites两属含量较突出,但未占有明显优势,两属含量分别为6.5%~12.0%和2.2%~11.3%。从形态分类看,双气囊类花粉占优势,单沟类花粉占次要位置,单气囊类花粉少见。双气囊类花粉中原始的松柏类花粉PityosporitesProtoconiferus两属在孢粉组合里含量较低,含量分别为0.9%~1.1%和0%~2.2%,而PinuspollenitesPiceaepollenitesPodocarpidites三属的含量较多,均在4.0%以上。掌鳞杉科的Classopollis属在本组合中分异度较高,但比例较少,含量仅占0.9%~5.5%。此外,还含有少量本内苏铁类花粉,仅占0%~1.9%。

3 时代讨论

万宝组Cyathidites-Quadraeculina-Neoraistrickia组合中Cyathidites属虽然在本孢粉组合中未占据主导地位,但是在各层孢子中含量均为第一,含量占整个组合中的5.5%~8.5%。而Cyathidites属的高含量是中国北方侏罗世孢粉组合的重要特征[3-4]。此外,在本组合中缺乏三叠纪的代表性分子:TriassisporisLimatulasporitesKraeuselisporitesAratrisporitesCordaitinaPotonieisporitesTaeniaesporitesParataeniaesporitesChordasporitesJugasporites等,以及白垩纪代表性分子:AppendicisporitesCicatricosisporitesImpardecisporaLygodiois poritesLygodiumsporitesPilosisporitesAequitriraditesForaminisporisKuylisporitesTriporoletesSchizaeoisporites[5]。而在本组合中见大量侏罗纪常见的重要代表性属,如Deltoidospora,Chasmatosporites,Neoraistrickia,Callialasporites[6-9]。由此可以判定,该孢粉组合的时代不可能为三叠纪与白垩纪,应属于侏罗纪。

从孢粉组合看,本组合与甘肃崇信延安组孢粉组合能很好地对比,两组合共有的分子很多,如Cyathidites australisC.minorCycadopites nitidus, C.subgranulosus, C.typicus, Cibotiumspora paradoxaC.junctaCallialasporites dampieri, Classopollis annulatus, C.classoides, Cerebropollenites carlylensis, Duplexisporites anagrammensis, Deltoidospora sp.,Lycopodiumsporites paniculatoidesL.subrotundus, Osmundacidites wellmaniiO.alpinus, Apiculatisporis sp.,Pinuspollenites sp.,Piceaepollenites sp., Piceites sp.,Podocarpidites sp.,Protopinus sp.,Protoconiferus sp., Quadraeculina limbataQ.enigmata[10]。这些分子在中侏罗世广泛分布,很多属种为中侏罗世典型属种。此外,本组合与塔里木盆地库车河剖面中侏罗世克孜勒努尔组Cyathidites-Neoraistrickia-Disacciatrileti组合具有较多共同属[5],在种一级上Cyathidites australis, Cyathidites minor, Klukisporites pseudoreticulatus, Klukisporites variegatus, Osmundacidites wellmaniiTodisporites minorCallialasporites dampieriCerebropollenites carlylensisClassopollis annulatus, Pseudopicea variabiliformus, Pinuspollenites divulgatus, Podocarpidites multesimus, Podocarpidites multicinus, Quadraeculina limbata等分子在两组合中均可见(表 1)。

表 1 锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗果勒半沟剖面中侏罗统万宝组孢粉组合与邻区同期孢粉组合对比 Table 1 Comparison of palynological assemblage between Wanbao Formation in East Ujimqin Banner of Xilingol City and that in adjacent areas in Middle Jurassic

本组合中的Lycopodiumsporites subrotundus为中侏罗世的常见属种。据统计,该种广泛分布于俄罗斯西伯利亚[11]和维留依盆地中侏罗统[10]、加拿大西部地区中侏罗统[10],在中国常见于陕甘宁盆地中侏罗统下部[12]、内蒙古中侏罗世延安组、山西大同中侏罗世大同组[13]等地层中。据统计,Cyathidites minor始现于晚三叠世,在三叠纪极少出现,早侏罗世逐渐兴起,到中侏罗世发展至顶峰[14]。因此,大部分学者将Cyathidites minor的高含量作为中侏罗世的标志之一[15]。而在本组合中,该属种最高百分含量达到3.8%,虽然该值相对于其他区域该属种的百分含量不高,但在本组合所有属种中处于领先地位。此外,据杜宝安等[10]统计,Lycopodiumsporites paniculatoides广泛见于欧洲及中国陕西黄陵、甘肃崇信的中侏罗统;Callialasporites dampieri广泛见于北欧、东欧、澳大利亚、印度的中侏罗统;Quadraeculina enigmata见于英格兰及瑞典的中侏罗统,在中国陕西也是自中侏罗世开始繁盛;Vitreisporites jurassicus常见于加拿大西部中侏罗统[16]Cibotiumspora juncta常见于俄罗斯Enba地区中侏罗世地层及河南渑池驿马中侏罗世煤层中[17]Klukisporites variegatus常见于英格兰及瑞典的中侏罗统,在中国陕西省中侏罗统也有发现;Undulatisporites pflugii常见于中国陕西、新疆中侏罗统[18]。由此进一步推断,该孢粉组合可能属于中侏罗世。

Neoraistrickia是中国北方中侏罗世的重要分子,根据刘兆生[5]统计,该属在陕甘宁盆地延安组、直罗组,内蒙古包头石拐地区中侏罗世早期召沟组,山西大同地区中侏罗世早期大同组,新疆准格尔盆地西山窑组、头屯河组等的孢粉组合中,含量范围在0%~6%之间,平均含量约3%。在本组合中Neoraistrickia含量在本剖面3层中含量分别为1.7%、2.8%、3.3%,含量与上述中侏罗世孢粉组合十分相似。由此可见,Neoraistrickia是中侏罗世早期有重要地层意义的分子。Classopollis是中生代的一种重要化石类型,但直至早侏罗世初,其含量均处于较低状态。在早侏罗世晚期,Classopollis出现第一个含量小峰值,随后含量明显下降。至中侏罗世中、晚期,Classopollis含量迅速升高,并于中侏罗世末达到其历史上的最高峰值,且一直延续到晚侏罗世早期[19]。在本组合中,Classopollis粉的含量为0.9%~5.5%,该值相对于早侏罗世孢粉组合中Classopollis粉的含量明显降低,指示该时期位于早侏罗世晚期与中侏罗世中、晚期之间的含量低谷期。此外,Stereisporites granulatus首次发现于瑞典南部中侏罗世Bajocian阶[15]。由此,根据组合中Classopollis粉含量可以判断,该孢粉组合时代可能为中侏罗世早期。

4 古气候恢复

根据孢粉属种推测母体植物面貌研究植被习性以此反映生态类型,是恢复古环境为一种常见的恢复古环境方法(表 2)。然而仅根据属级分子恢复植被面貌困难较大,只能将其归为科级或更大的分类单位来反映植物群的面貌。

表 2 部分已知孢粉母体植物生态习性[20] Table 2 Ecological nature of the representative parent plants

测区万宝组孢粉组合中孢子和花粉含量相当,其中蕨类中以真蕨纲为主,石松纲次之;裸子植物以松柏纲为主,苏铁纲次之。真蕨纲主要有真蕨目的桫椤科、里白科、双扇蕨科、海金砂科、蚌壳蕨科、紫萁科及莲座连蕨目的莲座蕨科;石松纲主要有石松科和卷柏科;松柏纲主要有松科、柏科罗汉松科、南美杉科及掌鳞杉科;苏铁纲主要有苏铁目。

蕨类植物中,除桫椤科的DeltoidosporaCyathidites及蚌壳蕨科的Cibotiumspora外,植被大多以湿生型灌木和草本植被为主。气候带类型方面,热带-温带类型的植被占主要类型,热带-亚热带类型的植被也占有一定的比例。在裸子植物中,南美杉科的Callialasporites为生长于热带-亚热带干旱地区的针叶树。松科的PinuspollenitesPiceites为生长于热-温带半干旱-半湿润地区的针叶树。松科的Piceaepollenites为生长于温带湿润地区的阔叶树。松科的Cedripites为生长于亚热带-温带干旱地区的针叶树。罗汉松科的Podocarpidites为生长于热带湿润地区的针叶树。松柏纲中Classopollis粉的母体植物掌鳞杉科为生长于热带-亚热带干旱地区的针叶树。苏铁科中的Cycadopites为生长于热带半干旱-半湿润地球的阔叶树。综上可以看出,该地区的古植被类型为针、阔混交林,气候属于亚热带半干旱-半湿润气候,偏湿润。

中国北方侏罗纪古气候特征主要是出现了2次升温事件和1次干旱事件(图 4)。第一次升温事件规模较小,时间跨度为阿伦期—巴柔期,以出现高含量的热带雨林分子桫椤科为标志。第二次升温事件在晚侏罗世,以出现高含量的Classopollis粉为标志。干旱事件始于巴通期,牛津期和基默里奇期到达顶峰。该次干旱事件为全球性[21],沉积区以红尘为主,植被稀少,主要为Classopollis粉的母体植物[20]

图 4 中国北方侏罗纪古气候变化示意图[20](阴影部分为本文万宝组孢粉含量范围) Fig.4 The schematic plot of paleoclimate change in northern China during Jurassic

果勒半沟剖面万宝祖孢粉组合中,据不完全统计,热带-亚热带孢粉含量大于50%,其中桫椤科和苏铁科占据主导地位,含量分别在11.0%~11.9%和2.2%~11.3%之间。此外,以CyathiditesDeltoidosporaDictyophylliditesLycopodiaciditesKlukisporitesPiceaepollenites等属为代表的湿生孢粉含量占有极大比例,含量大于50%。相反,旱生孢粉则占有很小的比例,含量为1.8%~10.3%。代表第二次升温事件的典型属种Classopollis粉的含量则较低。由此可以看出,万宝组孢粉组合在分子特征、干湿度属种比例方面与中国北方侏罗纪第一次升温事件期间孢粉特征极相似,在时间上也极吻合。

5 结论

(1) 研究区万宝组上部产出的化石共计38属82种,根据孢粉组合的特征分子和优势分子将其定为Cyathidites-Quadraeculina-Neoraistrickia组合,大部分分子为中国北方中侏罗世常见的分子,与中国北方该时期孢粉组合极相似,其时代应为中侏罗世早期。

(2) 根据万宝组孢粉组合的生态习性可以判定,该时期研究区的植被类型为针-阔混交林,气候属于亚热带半干旱-半湿润气候,偏湿润。

(3) 万宝组孢粉组合在分子特征、干湿度属种比例方面与中国北方侏罗纪第一次升温事件期间的孢粉在面貌特征上极相似,事件跨度上极吻合,为古植被在中国北方侏罗纪第一次升温事件上的响应。

致谢: 审稿专家的建议和修改意见,使本文更加完善,在此表示衷心的感谢。

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