山东二叠系石盒子组孢粉特征及古气候意义
2014-09-11李守军田臣龙徐凤琳陈茹殷天涛赵秀丽
李守军，田臣龙，徐凤琳，陈茹，殷天涛，赵秀丽
1)山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛，266590； 2)现代古生物学与地层学国家重点实验室，中国科学院南京地质古生物研究所，南京，210008
内容提要: 对山东彭庄煤田、淄博地区二叠系石盒子组各段进行采样，经孢粉分析、鉴定和统计，共发现46属62种及部分未定种，根据孢粉化石的纵向分布规律及其含量变化，自下而上建立三个孢粉组合：Ⅰ. Apiculatisporites—Gulisporites—Laevigatosporites (黑山段)；Ⅱ. Patellisporites—Densosporites—Florinites (万山段、奎山段)；Ⅲ. Anapiculatisporites—Cordaitina (孝妇河段)。孢粉组合特征表明，石盒子组沉积时期植物属于华夏植物群面貌，与下伏地层沉积时期不同的是裸子植物越来越繁盛，且种类越来越丰富，表明气候较下部地层趋于干旱。同时依据二叠系山西组植物群的组成、形态和总体面貌的变化，分析了山东二叠纪的古气候状况及其演变历程，即山西组、石盒子组黑山段沉积时期为温暖半潮湿气候；石盒子组万山段、奎山段、孝妇河段沉积时期为干旱气候。
山东省二叠系自下而上主要包括太原组(上部)、山西组、石盒子组，有关孢粉特征及其地层学、古气候学的研究主要集中在下部地层，即太原组和山西组(Gao Lianda，1979；高联达，1984；唐锦秀，1991；朱怀诚等，1993，2002；冯进萍等，1995；李超等，1998；蒋汉朝等，1999，2002；王明镇等，2003；朱玉英等，2005；赵秀丽等，2006，2007；宋香锁等，2009；孙红玺等，2011；殷天涛，2012)。但二叠系上部石盒子组的孢粉组合及其特征研究程度较低，缺乏系统和综合性的研究成果(王明镇等，2004)。本文主要对彭庄煤田两口钻井(西补15、东补2)取芯进行研究分析，但由于石盒子组上部钻井取芯较少，因此把淄博博山露头区石盒子组作为辅助研究区。淄博博山石盒子组上部露头地区虽受风化严重变紫，孢粉统计资料规律不明显，但岩石地层划分明确，所以将两个地区结合研究，可以使孢粉组合特征更清晰、全面(图1)。
图1 研究区的位置图Fig. 1 Location of the study area
1 石盒子组孢粉组合及其特征
山东省二叠系石盒子组自下而上分为黑山段、万山段、奎山段、孝妇河段。本次研究主要通过对彭庄西补15井、东补2井及淄博野外露头区石炭、二叠系进行采样，二叠系上部石盒子组采集孢粉样品17块，其中11块样品含有较丰富的孢粉化石。经分析鉴定和统计，共发现46属62种及部分未定种(典型属种见图版Ⅰ)，根据孢粉化石的纵向分布规律及其含量变化，自下而上建立三个孢粉组合：
Ⅰ.Apiculatisporis—Gulisporites
—Laevigatosporites(黑山段)
Ⅱ.Patellisporites—Densosporites—Florinites(万山段、奎山段)
Ⅲ.Anapiculatisporites—Cordaitina(孝妇河段)
1.1石盒子组黑山段孢粉组合：Ⅰ.Apiculatisporis—Gulisporites—Laevigatosporites1.1.1孢粉组合主要成分及平均含量(如图2)
蕨类植物孢子
85.5%
无环三缝孢类
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%
具环三缝孢类
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%
单缝孢类
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孢粉组合特征
该组合中蕨类孢子占据优势，约占85.5%，无环三缝孢类和具环三缝孢类都占有相当大的比例，但无环孢居首要地位，约为44.6%，单缝孢的含量较少，仅占6.4%；裸子植物花粉含量较少，约占14.5%。
1.2石盒子组万山段、奎山段孢粉组合：Ⅱ.Patellisporites—Densosporites—Florinites1.2.1孢粉组合主要成分及平均含量(如图3)
图2 山东二叠系石盒子组黑山段孢粉含量Fig. 2 Sporopollen content of samples of the Heishan Member, Shihezi Formation, Permian, in Shandong
蕨类植物孢子
76.4%
无环三缝孢类
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%
具环三缝孢类
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%
单缝孢类
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孢粉组合特征
该组合中蕨类孢子依然占据优势，但相对下伏地层黑山段孢粉组合有所减少，约76.4%，裸子植物花粉含量较下伏地层稍微增加，约23.6%。在蕨类孢子中无环三缝孢类和具环三缝孢类都占据相当大的比例，且数量相差不大，但单缝孢的含量仍然较少。蕨类孢子中无环三缝孢和具环三缝孢的比例较黑山段无明显差异，无环三缝孢含量稍多，约为39.3%；单缝孢数量较上一组合无明显差异，含量仅占6.5%。
1.3 石盒子组孝妇河段孢粉组合：
Ⅲ.Anapiculatisporites—Cordaitina
1.3.1 孢粉组合主要成分及含量(如图4)
蕨类植物孢子
65.9%
无环三缝孢类
41.0%
Leiotriletes
4.1%
Punctatisporites
19.2%
Calamospora
4.3%
Granulatisporites
0.9%
图3 山东二叠系石盒子组万山段、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%
具环三缝孢类
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%
单缝孢类
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孢粉组合特征
该组合中蕨类孢子含量虽然超过裸子植物花粉的含量，但相对下伏地层孢粉组合明显减少，约65.9%，裸子植物花粉含量剧增，属种类型增加，约占34.1%。在蕨类孢子中无环三缝孢类占据相当大的比例，约为41.0%，但具环三缝孢数量明显减少，约为13.9%,单缝孢所占的比例依然很小，含量约为11.0%。
图4 山东二叠系石盒子组孝妇河段孢粉含量Fig. 4 Sporopollen content of samples of the Xiaofuhe Member， Shihezi Formation， Permian， in Shandong
2 讨论
2.1 石盒子组下部沉积时期的古气候
通过与前人孢粉分析结果的对比(孙克勤，1997，2001；苏维等，2006；蒋汉朝等，2002；王明镇等，2004；赵秀丽等，2006，2007；殷天涛，2012；李守军等,2013)，发现二叠系石盒子组黑山段植物群整体面貌相对下部山西组有一定的变化。
(1) 山西组蕨类孢子占91.24%，无环孢居首要地位，约为66.6%，单缝孢占有一定地位,在该组合中含量约13.76%，以Laevigatosporites,Punctatosporites两属为主；裸子植物花粉,约8.76%,主要以单气囊Florinites为主。
(2) 石盒子组黑山段蕨类孢子，约占85.5%，无环三缝孢类和具环三缝孢类都占有相当大的比例，但无环孢居首要地位，约为44.6%，单缝孢的含量较上一组明显较少，仅占6.4%，以Laevigatosporites,Punctatosporites两属为主；裸子植物花粉含量较上一组合有所增加，约占14.5%，主要以单气囊Florinites为主。
总体来看二叠系石盒子组下部,蕨类植物仍很发育，高大乔木(Punctatisporites,Crassispora)类型更为繁多，芦木类(Calamospora)植物的种类相对增多。裸子植物有所增加，虽然柯达类(Florinites)占据了一定位置，但出现了少量耐干旱的松柏类(Platysaccus,Pityosporites,Limitisporites等)植物。总体来说，本期反映的是温暖半潮湿的热带雨林环境,气候较山西组有变干的趋势(殷天涛，2012)。
2.2 石盒子组上部沉积时期的古气候
二叠系石盒子组万山段、奎山段和孝妇河段沉积时期植物群有了一些变化，喜潮湿的蕨类植物明显减少，耐干旱的裸子植物增多。大型真蕨类莲座蕨目(Punctatisporites)植物均为高大的乔木，在本区占绝对优势，柯达类(Florinites)植物明显减少，耐干旱的苏铁和松柏类(Cycadopites,Platysaccus,Pityosporites,Limitisporites)等有所增加，说明该时期气候有变干的趋势。
综上研究，山东二叠系上部石盒子组孢粉组合特征：裸子植物越来越繁盛，且种类越来越丰富。表明气候较下部地层趋于干旱。
3 结论
(1) 本次研究以覆盖区(彭庄煤田)为主，露头区(淄博)为辅进行二叠系上部石盒子组孢粉化石分析，自下而上建立了3个孢粉组合带:Ⅰ.Apiculatisporites—Gulisporites—Laevigatosporites(黑山段)；Ⅱ.Patellisporites—Densosporites—Florinites(万山段、奎山段)；Ⅲ.Anapiculatisporites—Cordaitina(孝妇河段)。
(2) 通过对山东省石盒子组孢粉组合特征的研究，及孢粉组合之间差异的比较，同时依据二叠纪各阶段植物群的组成和总体面貌的变化，分析了二叠系各组、段沉积时期的古气候状况及其演变历程：即温暖半潮湿(山西组、石盒子组黑山段沉积时期)变为干旱气候(石盒子组万山段、奎山段、孝妇河段沉积时期)，表明气候趋于干旱。
