山东新汶煤田太原组底部徐家庄灰岩的微体古生物组合及时代探讨

宋香锁，江泳,陈军，陈诚，刘凤臣*

(1.山东省地质科学研究院，国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东 济南 250013; 2.临沂市自然资源和规划局，山东 临沂 276001)

0 引言

山东新汶煤田石炭、二叠纪地层发育，石炭、二叠纪地层由老到新主要为本溪组、太原组、山西组、黑山组、万山组、奎山组和孝妇河组。含煤地层主要为太原组和山西组，其中太原组灰岩夹层内含丰富的微体古生物化石，对划分对比地层和确定地层时代具有重要意义。本溪组原始定义指的是居奥陶系之上含煤地层以下，由页岩、砂岩及石灰岩薄层所组成的地层，本溪组与山西组之间的一套海陆交互相含煤地层为太原组。张增奇等[1]对山东省岩石地层进行清理时，按照岩石地层单位厘定要求，将本溪组重新定义为马家沟群与太原组之间由泥岩、页岩为主夹铝土质页岩的一套碎屑岩层，而将稳定石灰岩薄层的出现均归入了本溪组之上的太原组；太原组以首次出现稳定分布的灰岩为底界，以最上部一层灰岩结束为顶界。按照现在的定义，原属本溪组的徐家庄灰岩现归太原组，即为太原组底部徐家庄灰岩。本文分析了太原组底部徐家庄灰岩中的微体古生物群，讨论其地质时代。

1 煤田概况

新汶煤田位于山东省中西部，总面积约250km2。地层区划属华北地层区鲁西地层分区，该煤田石炭、二叠纪地层为“华北型”的海陆交互相—陆相含煤沉积地层，在生物群、岩性、岩相特征和含煤性等方面，与华北其他地区均具很好的可对比性[2]。区内石炭—二叠纪地层自下而上划分为本溪组、太原组、山西组、黑山组、万山组、奎山组和孝妇河组。煤系地层总厚约800m。本区石炭、二叠纪地层出露较少，微体古生物化石主要由各井田含煤岩系中的钻孔岩心中采集(图1)。

1—第四系；2—古近系；3—奥陶系；4—太古代岩浆岩；5—隐伏断层；6—断层；7—煤矿点；8—村镇；9—公路

2 太原组地层

区内太原组厚约180m，为本区主要含煤岩系[1](图2)，与本溪组为连续沉积。其岩性主要为灰—深灰色泥岩、黏土岩、粉砂岩和灰绿、灰白色中细粒砂岩。夹灰岩6层(即1灰、2灰、3灰、4灰、5灰、6灰)，其中1，4灰、5灰厚度和层位稳定，5灰(徐家庄灰岩)厚度较大，全区分布稳定，是区内重要标志层；徐家庄灰岩的底部是本溪组和太原组的界线。2，3灰厚度和分布多不稳定，常呈透镜状夹于泥岩或粉砂质泥岩中。太原组共含煤11层，主要可采煤层为11煤、13煤、15煤。

图2 新汶煤田太原组柱状图

3 太原组底部微体古生物群及组合

经室内分析鉴定，太原组徐家庄灰岩所含化石类型简单，但数量较丰富，共见有虫筳类化石6属14种，非虫筳有孔虫7属16种，牙形石6属10种。

3.1 虫筳类动物群组合特征及区内外对比

3.1.1 虫筳类组合特征

研究区太原组底部虫筳类动物群，主要包括纺锤虫筳科、小泽虫筳科和苏伯虫筳科，计有Fusulinaquasicyindrica，Fusulnellacumpani，F.vozhgalensis，Beedinakonnoi，B.pseudonytvica，Taitzehoellataitzehoensis，Ozawainellaangulata，O.vozhgalica，O.turgida，O.stalle，O.peixanica，Schubertellaobscure，S.paraelliptica，S.pusilla等属种(图版Ⅰ)。上述属种除Ozawainella，Schubertella两属的某些分子可上延到太原组上部外，绝大部分属种为太原组底部所特有，形成了晚石炭世中晚期独特的虫筳类动物群。它们多数是我国华北地区Fusulinella-Fusulina的重要分子。因此，新汶煤田太原组的底部也可建立Fusulinella-Fusulina带，这一虫筳类组合带及其所包含的生物内容，代表了晚石炭世中晚期的地质历程，可广泛用于区域性对比(表1)[5-10]。

1—Ozawainella turgidaSheng；2—OzawainellaturgidavozhgalicaSafonova；3—OzawainellastellaeManukalova；4—OzawainellapreastellaeRauser；5—OzawainellamosquensisRauser；6—Fusiella typical extensaRauser；7—Fusiella typical sparsa Sheng；8—Neostaffella sphaeroidea(Ehrenberg)；9— Neostaffellapanxianensis(Chang)；10—Taitzehoella taitzehoensis Sheng；11—Taitzehoellataitzehoensisextensa Sheng；12—Schubertella lataelliptica Sheng；13—Fusulina quasifusulinoidesRauser；14—Fusulinella bocki Moeller；15—Beedeina konnoi(Ozawa)；16—Fusulinella provecta(Sheng)；17—Fusulinella pseudobocki(Lee et Chen) ；18—Beedeina pseudokonnoi(Sheng) ；19—Beedeina ulitinensis(Rauser) ；20—Schubertella kingiDunbar et Skinner；21—Fusulina kunlunzhengensisZhang et Zhou；22— Fusuline llafluxa(Lee et Chen) ；23— Protritieitesraruis Sheng

3.1.2 区内外生物地层对比

山东淄博煤田寨里徐家庄，在原划的本溪组[3-4]自下而上发育四层海相灰岩，即草埠沟灰岩(L1)、徐家庄灰岩(L2,L3)、徐上灰(L4)，在L2和L4两层灰岩中含极丰富的虫筳类化石，计有:Fusulinellaprovecta，F.pseudobocki，F.cumpani，F.fluxa，F.obesa，Fusulinacylindrica，F.quasiccylindrica，F.nytuica，F.pankouensis，Taitzehoensistaitzehoensisextensa，Beedeinapseudokonnoi，B.konnoi，B.ulitinensis，B.rauserae，B.yangi，Neostaffellacuboides，N.sphaeroidea，Pseudostaffellakremsi，P.subquadrata，Fusiellamui，Ozawanellastellae，O.turgida，O.wozhgalica，O.angulata，Schubertellakingi，S.elongata，S.lataelliptica等，它们多为我国各地晚石炭世中晚期常见属种，尤其Fusulinellaprovecta，F.pseudobocki，F.cumpani，Fusulinaquasicyinolrica，Beedeimapseudonnoi，B.konnoi，Taitzehoellataitzehenis，Ozawanellaturgida，O.wozhgalica，Schubertellakingi等属种是华北、东北南部原所划的本溪组上部(现对应于山东省太原组底部)的典型属种。张遴信通过对上述威宁期虫筳类动物群研究，建立了Fusulinella-Fusulina带。

表1 新汶煤田与部分地区本溪组化石带对比

新汶煤田太原组底部徐家庄灰岩中发现的虫筳类化石属种，在丰度和分异度上虽不如淄博煤田徐家庄灰岩中的虫筳类动物群，但两者仍具很大的相似性，如本区所发现的Fusulinellacumpani，F.provecta，Fusulinaquasicylindrica，Beedeinakonnoi，B.ulitinensis，Taitzehoellataizchuensis，Ozawanellastellae，O.turgida，O.wozhgalica，O.angulata，schubertellakingi等晚石炭世中晚期的重要分子，在淄博煤田徐家庄灰岩中均有见之。由此可见，新汶煤田太原组底部的徐家庄灰岩大致相当于淄博煤田太原组的徐家庄灰岩和徐上灰岩层位。

以往对鲁西、鲁西南诸煤田上石炭统太原组底部灰岩虫筳类化石的研究，先后在肥城[8]、莱芜煤田的五灰[11]、小五灰及兖州[9]、滕州煤田[12]的十二灰、十三灰、十四灰中发现了Fusulinellabocki，F.pseudobocki，F.provecta，Fusulinaquasicwindrica，F.pseudokonnoi，F.schellwieni，F.cf.pseudonytvicaF.pankouensis，pseudostaffellasphaeroidea，Taitzehoellataitzehoensis，Fusiellatypica，Ozawainellawozhgalica，O.turgida，O.stallae，Schubertellaobscure，S.pusilla等，它们大都为华北地区晚石炭世中晚期Fusulinella-Fusulina带的虫筳类分子，本组合带与以上所述几个地区太原组底部灰岩所含虫筳生物组合在横向上均可对比。新汶煤田徐家庄灰岩中也见有上述一些典型属种，因此，本区的徐家庄灰岩层位应相当于肥城、莱芜煤田的五灰和兖州、济宁、滕州煤田的十二灰—十四灰，它们应属同期沉积。此外，由于本区草埠沟灰岩(六灰)极不稳定，一直未发现虫筳或其它生物化石，故在横向上很难与鲁西、鲁西南进行横向对比，但根据上述各地太原组底部灰岩沉积特征的一致性和上下层位关系，初步认为新汶煤田的草埠沟灰岩与肥城、莱芜煤田的六灰和兖州、济宁、滕州煤田的十五灰属同一层位，仍归属Fusulinella-Fusulina带的下部亚带。值得提及的是新汶煤田太原组底部虫筳类动物群与山东其他地区相比，缺失临沂煤田太原组灰岩中具南方型特色的Profusulinella[10]，即缺少了相当于辽宁太子河流域本溪组的Fostaffella带，该带的地质时代应早于山东省各煤田太原组底部普遍存在的，代表晚石炭世中晚期的沉积的Fusulinella-Fusulina带。

盛金章教授曾对辽宁太子河流域本溪组(相当于山东省太原组底部层位)的虫筳类化石进行过详细研究[5]，共建立了2个组合带和5个亚带，自上而下为:

ⅡFusulinella-Fusulina带(蚂蚁沟石灰岩—牛毛岭石灰岩)

5.Fusulinacylindrica-F.quasicwindrica亚带(牛毛岭石灰岩)

4.Fusulinellaprorata亚带(本溪石灰岩)

3.Pseudostaffellasphearoidea亚带(小峪石灰岩上部)

2.Fusulinakonnoi亚带(小峪石灰岩下部)

1.Fusulinaschellzeneni亚带(蚂蚁沟石灰岩)

ⅠEastaffellasubsolana带(小市石灰岩)

如将山东新汶煤田建立的Fusulinella-Fusulina带与辽宁太子河流域本溪组虫筳类组合带对比，新汶煤田太原组徐家庄灰岩仅见上述2个组合带中第Ⅱ虫筳带的一些分子，如:Fusulinaquasicylindrica，Fusulinellawzhgalensis，Pseudostaffellasphaeroides，Taitchoeliataitcchoensis，Ozawanellaangulate，O.wzhgalica，O.turgida，Schubertellaobscura等。经分析对比，上属种多见于辽宁太子河流域本溪组Fusulinella-Fusulina带的上部4个亚带，而最下部一个亚带中Fusulina属的较原始的F.schellwieni一种在本区太原组底部一直未发现，故新汶煤田内发育的徐家庄灰岩层位应大致相当于太子河流域的小峪石灰岩及其以上层位。此外，由于本区太原组下部草埠沟灰岩的厚度和横向分布均不稳定，经多次采集未获取虫筳类化石，无法与辽宁太子河流域进行确切对比，是否相当于太子河流域本溪组第Ⅱ组合带中Fusulinaschellzeneni亚带(蚂蚁沟石灰岩)层位，尚需作进一步探讨。

根据内蒙准格尔旗煤田本溪组所含虫筳类动物群特征[7]，建立了2个虫筳带，自上而下:

ⅡFusulinaquasicylindrica-Pseudostaffellasphaeroidea带

ⅠBeedeinakonnoi-Fusulinellabocki带

山东新汶煤田太原组底部徐家庄灰中所发现的虫筳类化石属种，如Fusulinaquasicylindrica，pseudo-staffellasphaeroidea，P.paradoxa，Beedinakonnoi，Taitzehoella虫筳taitzehoensis，Ozawanellavozhgalica，O.turgida等，多为上述2个组合带中的建带分子或主要属种。只是内蒙准格尔旗本溪组的虫筳类属种比较丰富(15属129种)，而新汶煤田太原组底部仅有7属24种，但两地虫筳类动物群面貌基本一致，内蒙准格尔旗本溪组2个虫筳带所占据的层位应大致相当于新汶煤田Fusulina-Fusulinella带占据的层位。

山西太原西山晋祠组上部灰岩[13]，发现有:Fusulinapseudokonni，F.quasicylindrica，Taitzehoellataitzehoensisextensaobesa，Pseudostaffellasphaeroidea，Fusiellapulchella，Ozawanellaangulate，O.vozhgalica虫筳类化石6属9种，并建立了Fusulinapseudokonnoi-Taitzehoellaextensa组合带。如将本区徐家庄灰中已发现的虫筳类化石属种与上述组合带对比，二者具有许多共同分子，如:Fusulinaquasicyindrica，Pseudostaffellasphaeroidea，Ozawanellaangulata，O.wozhgalica等。这些属种也是华北、东北南部太原组底部(或“本溪组”上部)和华南黄龙组中的典型分子[14-15]。据以上虫筳类动物群对比，初步认为新汶煤田徐家庄灰岩层位大致相当于太原西山晋祠组下部畔沟灰岩层位，它们均为晚石炭世中晚期的沉积。

张遴信将中国晚石炭世达拉阶标准剖面的虫筳分为6个化石带[16]，其中Fusulinacylindrica-F.quasifusulinoides带作为达拉阶的最上部的一个带，此带中的虫筳分子如：Fusulinacylindrica，F.quasifusulinoides，Fusulinellabocki，Schubertellalata均是山东新汶太原组底部徐家庄灰岩Fusulina-Fusulinella组合带中重要分子。由此可见新汶煤田Fusulina-Fusulinella带与张遴信在达拉阶标准剖面所划分的Fusulinacylindrica-F.quasifusulinoides带完全可以对比，笔者认为本地区徐家庄灰岩层位应居达拉阶的顶部。

新汶煤田太原组底部虫筳类化石主要为Fusulinella-Fusulina带的分子，这个虫筳化石带在鲁中鲁西北及鲁西南的绝大部分地区(除临沂煤田)，包含了太原组底部全部灰岩的虫筳化石内容，完全可以与本溪组标准地点辽宁太子河流域本溪组的Fusulinella-Fusulina带进行对比，它们不仅虫筳类组合带面貌相似，而且产有一些共同分子，如Fusulinaquasicwindrica，F.konnoi，Fusulinellaprovecta，Taitzehoeillataitzehoensis等。这一虫筳带还可与河北唐山开平煤田唐山组的虫筳化石组合[17]，苏北大电煤田的Fusulina-Beedeina带[18]，晋东南附城本溪组的Fusulinaquasicylindricacompacta-Fusulinellabocki带[19]，太原西山畔沟灰岩的Fusulinapseudokonnoi-Taitzehoellatailzehoensisextensa组合带进行对比[6]。此外，与江苏宁镇地区黄龙组的Fusalinella-Fusulina带[15]，贵州普安达拉组的Fusulina-Fusulinella带[20]，以及江西北部威宁阶的虫筳带进行对比[21]。这些带所含虫筳的属种基本一致，应属同一时代，因此，将本区太原组底部徐家庄灰岩的地质年代归属晚石炭世中晚期。金玉玕等认为达拉阶的虫筳类包括Profusulinella带和Fusulina-Fusulinella带[22]，全国地层委员会指出[23]，达拉阶自下而上包含2个虫筳带:Profusulinella带和Fusulina-Fusulinella带，据此，新汶煤田太原组底部徐家庄灰岩Fusalinella-Fusulina带的年代地层应归为达拉阶。

3.2 非虫筳有孔虫生物群

新汶煤田仅在太原组徐家庄灰岩中发现非虫筳有孔虫化石9属16种，主要有:Bradyinatarasovi,B.hebeiensis,B.furonshanensis，B.shanxiensis,B.lepida,Palaeotextulariamoepperi,P.consobrina,P.paracommunis，P.angusta，Tetrataxislata,Cribrostomumbrady，Endothyrasp.，Eotuberitinaveitlingerae，Reophaxtangshanensis，Climacamminamoelleri，Cribrogenerinaborea等(图版Ⅱ)。其中以Bradyina和Palaeotextularia两属占主导地位，不仅数量丰富，而且种类较多，其次Cribrostomum属也含有一定数量，而Reophax，Tetrataris，Eotuberitina，Endothyra仅见有个别种。本区徐家庄灰岩中的非虫筳有孔虫动物群与河南、河北各地本溪组有孔虫动物群较为相似[24-25]，它们均以Bradyina属丰富为特征，在属种组成上亦出现了许多相同属种，如:Bradyinahebeiensis，B.shanensis,Palaetextulariaparacommunis,P.consobrina,Reophaxtangshanensis。故可将本区本溪组徐灰中非虫筳有孔虫动物群的地质时代归属晚石炭世中晚期。其与虫筳类动物群Fusulinella-Fusulina带层位大致相当，应属于同一地质时期2个不同类型的动物群。

3.3 牙形石生物群

新汶煤田太原组徐家庄灰岩中的牙形石，类型十分单调，无论在垂向上还是横向上属种的分异度都很低。本次在区内徐家庄灰岩中获得了6属10种，计有:Idiognathodusdelicatus,I.magnifica,I.claviformis,I.tersus,Neognathodusroundyi,Hindeodelladelicatula,Ozarkodinadelicatula,Anchignathodusminuts,Sreptognathousparvus,S.excelsus等一些高级复合型和平台型牙形石(图版Ⅲ)，其中尤以平台型占主导地位。这一牙形石动物群中的Idiognathodusdelicatus,I.magnifica,I.claviformis,I.tersus,Neognathodusroundyi组成了太原组徐家庄灰岩的特征分子。除上述分子外，Hindeodella，Ozarkadina，Anchignathodus，Streptognathodus属的一些种也是本区太原组底部的常见分子，但它们可上延到太原组中上部。根据该牙形石动物群属种类型和分布特征，本区可建立Idiognathodusmagnificus-Streptognathodusparvus组合。上述牙形石建带分子常见于世界和我国各地晚石炭世中晚期，产出层位十分稳定，故择其作为组合带的代表分子。这一牙形石动物群与太原西山晋祠组上、下2个组合带(Streptognathodusparvus-Idiognathodusmagnificus带和Idiognathodusdelicatus-Neognathodusbassreri带[26])和徐准地区第二、三组合带(Idiognathadusmagnificus-I.antiquus带和Idiognathadusdelicatus-Neognathodusbassleri带)对比[27]，新汶煤田太原组底部所见的牙形石几乎绝大多数属均见于太原西山的晋祠组、徐淮地区的本溪组，它们的牙形石组合基本面貌十分相似，完全可以对比。此外，内蒙准格尔旗煤田本溪组，建立了2个牙形石组合带，即上部的Streptognothadusparvus-Ozarkodinadelicatula组合带和下部的Idiognathodusdelicatus-Neognathousbothrops组合带[28]，这2个组合带中的Idiognathodusdelicatus，I.magnificus，I.claviformis，Streptognathodusparvus，Anchignathodusminutus，Ozarkodinadelicatula等在新汶煤田太原组底部Idiognathadusmagnifica-Streptognathodusparvus组合带中均有见之，而且是两地的建带分子或重要属种。因此，新汶煤田徐家庄灰岩的牙形石动物群与准格尔煤田二、三灰中的牙形石动物群完全可以对比，它们属于同一地质时期的牙形石动物群(表2)。

表2 新汶煤田太原组底部生物地层与中国北方生物地层对比

据赵治信报导，在新疆塔里木盆地发现有Septognathodusparvus,S.suberectus,Idiognathodusdelicatus,Idiognathoidescorrugatus,Ozarkodinadelicatula,Gnathodusbassler[29]。这些牙形石属种除Idiognathoidescorrugata，Gnathodusbassler外，其余都见于新汶煤田的徐家庄灰岩，而且其中多为我国北方本溪组(山东太原组底部)的典型分子，因此两地的牙形石动物群应是同一地质时期的产物。

1—Idiognathodus delicates Gunnell,；2—IdiognathodusclaviformisGunnell；3—Neognathodusroundyi；4—StreptognathodusparvusDunn，1966；5—Ozarkodinadelicatula(Stauffer & Plummer)；6—Anchignathodusminutus(Ellison,19641)；7—HindeodelladelicatulaStauffer & Plummer

贵州望漠—罗甸地区的达拉组产下列牙形石[30]：Gondodellagianaensis,Idiognathodusmagnificus,I.dedicatus,ldiognathoidescorrugatus,I.cf.tersus,Anchignathodusminutus，Hindeodellaibergensis,Ozarkadinadelicatula,Streptognathodusoppletus，Diplognathodussp.，Apotognathodussp.。以上多数属种也见于新汶煤田徐家庄灰岩，它们具有大致相似的牙形石组合面貌，基本可以对比。但两地牙形石动物群也稍有差异，如贵州望漠—罗甸达拉组的牙形石动物群中有若干重要属(如Diplogmathodus，Apotognathodus)在新汶煤田未出现，这又显示它们之间有一定差别，说明贵州望漠—罗甸达拉组具有较多的地方性色彩。

肥城、淄博煤田的五灰和济宁煤田的十二—十四灰中所发现的牙形石分子有如下[31-32]：Idiognathodusmagnificus，I.delicatus，I.claviformis,I.shanensis,Idiognathoidessinuata,Streptognathousparvus,S.cancellosus,Ozarkadinadelicatula,Neognathadusbassleri,Hindeodelladelicatula,Anchignathodusminutus，Gondolellasymmetrica等。这一牙形石动物群的组成特点是以Idiognathodus一属丰度和分异度较高为特征，并出现了一些晚石炭世中晚期的典型分子Idiognathodussinuata，Neognathousbaseleri等。以上两煤田太原组底部的牙形石动物群面貌与新汶煤田徐家庄灰岩的牙形石动物群面貌十分相似。故新汶煤田徐家庄灰岩与肥城煤田的五灰、济宁煤田十二—十四灰完全可以对比，它们同属于晚石炭世中晚期的沉积。

通过牙形石生物地层区域对比可知，新汶煤田和太原西山、徐准地区以及鲁西、鲁西南地区一样，明显缺失了晚石炭世早期的牙形石组合带。新汶煤田徐家庄灰岩牙形石动物群所代表的地质时代仅相当于晚石炭世中晚期，与虫筳类Fusulimella-Fusulina带延续时限相当。

4 结论

本文通过对新汶煤田太原组底部灰岩的虫筳、非虫筳有孔虫和牙形石化石的分析研究及区域对比，认为本区徐家庄灰岩的虫筳、非虫筳有孔虫和牙形石与省内及华北地区相应层位灰岩的虫筳、非虫筳有孔虫和牙形石化石的总体面貌大致相似。徐家庄灰岩中的虫筳个体较小，具有四层旋壁特征，反映出晚石炭世Fusulinella-Fusulina虫筳类组成面貌。非虫筳有孔虫以Bradyina和Palaeotextularia两属为主，体现出晚石炭世中晚期的特征。达拉阶中上部的牙形石典型代表分子的Idiognathodussulcatus,Neognathodusroundyi和Sreptognathousparvus三个属种[2]，是本区的徐家庄灰岩中主要属种，通过这三种生物群的特征分析，徐家庄组灰岩时代属于晚石炭世中晚期，即达拉阶期末。