准噶尔盆地西南缘四棵树地区西山窑组孢粉组合及古气候意义

池建强，靳军，肖继南，罗正江，师天明，阿丽亚，周小虎，许帅帅，冯婷

1)西北大学地质学系，西安，710069；2)新疆油田公司实验检测研究院，新疆克拉玛依，834000；3)西北大学化学与材料科学学院，西安，710069

内容提要: 四棵树凹陷位于准噶尔盆地南缘西段乌苏市境内，蕴含丰富的油气和煤炭资源。由于匮乏化石证据,制约四棵树凹陷侏罗纪地层的地质时代的确定。对西山窑组沉积环境和孢粉分析研究，恢复重建了其古环境，探讨了本区中西山窑时期的植被演替及环境演变。西山窑组岩性以泥质细砂岩、浅灰绿色泥岩、粉砂岩、泥岩为主。通过对孢粉化石分析研究，建立了Cyathidites minor—Osmundacidites —Cycadopites—Disacciatrileti(COCD)孢粉组合。组合中蕨类植物孢子与裸子植物花粉含量大体相当，蕨类植物孢子以紫萁科的Osmundacidites为主，桫椤科孢子也有一定含量，其他常见分子包括Deltoidospora、Neoraistrickia等，裸子植物以松柏类两气囊花粉含量为主，均为我国侏罗纪常见属种。通过对西山窑组孢粉植物群的分析，认为西山窑组孢粉组合时代属于中侏罗世早期,该孢粉植物群总体上反映了温暖湿润的热带—亚热带气候特点，植被类型以针阔混交林为主。

准噶尔盆地是我国重要的含油气盆地，盆地发育6个次一级构造单元(蔡忠贤等，2000；陈业全等，2004；隋风贵，2015；陈建平等，2016；赵晓东等，2021)。准噶尔盆地南缘构造复杂，背斜圈闭众多，蕴含丰富的油气资源(马万云等，2015；屈栓柱等，2019；耿英英等，2020；高剑雄，2021)。四棵树剖面位于准噶尔盆地南缘西段(贺振建，2007，程长领，2018；朱明等，2021)。剖面内出露着石炭系、三叠系、侏罗系、白垩系地层。侏罗系蕴含丰富的油气和煤炭资源，是进行气勘查的重要核心。其中，西山窑组发育的煤层分布广、厚度大，具有良好生烃潜力,是该区的主力烃源岩。因此，四棵树凹陷是南缘两个主生烃凹陷之一，勘探潜力巨大。但是由于四棵树凹陷地表条件恶劣、地下构造复杂，基础地质问题还缺乏深入研究，尤其是对于西山窑地层时代的确定。

孢粉记录了地质历史时期的古气候信息。对孢粉化石进行研究分析，可以确定地层时代，并获取地质时期当地的古气候和古植物群等信息。本文通过对四棵树剖面西山窑组孢粉组合特征的研究，明确了西山窑组孢粉组合地质时代，并讨论了在地质时期研究区的古植物群落与古气候特征。

1 地层概况

准噶尔盆地侏罗系发育较好，分布广泛，出露完整(杨基端等，1982)。四棵树剖面准噶尔盆地南缘西段，剖面出露的侏罗系地层有的八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组和齐古组(图1，图2)。

上覆地层：齐古组(J2q)

— — — —平行不整合— — — —

侏罗纪中统头屯河组(J2t)

29.07m

12. 上段灰绿色粉砂质泥岩，下段灰白色细砂岩夹紫红色泥质粉砂岩，顶部为2～3 m紫红色粉砂岩

14.99 m

11. 暗紫红色细砂岩，紫红色泥质粉砂岩，灰绿色泥岩，互层状，顶部厚3 m灰绿色粉砂质泥岩夹薄层泥质细砂岩。该段中发育二层菱铁矿层，第一段菱铁矿层位于中下部，厚20～30 cm，第二段菱铁矿层位于该段顶部呈两种形态分布：一种顺层出露的菱铁矿结核；另一种为垂直近垂直原始层面沿裂隙发育的条带，具多条，厚10 cm，顺层的菱铁矿层厚30～40 cm，环境滨湖、湖岸浅波带附近特有。

14.08 m

— — — —平行不整合— — — —

侏罗纪中统西山窑组(J2x)

202.35m

10. 下段为浅灰白色细砂岩，底部为厚40 cm左右的泥质细砂岩；上段浅灰绿色泥岩，夹似层状铁灰色菱铁矿层(10～12 cm)，菱铁矿耳状粒结合体。

28.25 m

9. 浅灰色细砂岩、粉砂岩夹灰色粉砂岩，顶部为一层厚2.5 m的含泥质粉细砂岩。

50.23 m

8. 浅灰色砂砾岩与深灰色厚约1.00 m的泥岩组成旋回，具七层深灰色泥岩夹6层砂砾岩；砂砾岩为泥石流沉积，粒径一般1～2 cm，呈现浮漂砾状，泥岩为浅湖或半泻湖。

20.00 m

7. 浅黄色细砂岩，含砾细砂岩。

21.01 m

6. 浅灰色细砂砾岩具板状层理，砾石大小7～2 cm。

6.13 m

5. 浅灰色细砾岩夹透镜状含砾粗砂岩，砾石砾径最大者10 cm，粒度为3～4 cm为主，分选度圆度中等。

24.78 m

4. 砖红色细砂岩(烧变岩)，为浅湖相。

5.16 m

3. 下段则为浅灰色中砂岩夹薄层粉砂质泥岩；中段深灰色泥岩，灰色泥质粉砂岩；顶部1.5 m深灰色泥质粉砂岩夹煤线3～5 cm，粉砂岩中含植物化石；下段为滨湖相沉积环境 ；中段为浅湖或深湖沉积。

6.98 m

2. 浅灰色细粒岩夹透镜状含砾粉砂岩,细砂岩直径细砾岩直径2～4 cm，少量砾石最大13 cm，多呈长条扁平状，次棱角状—次圆状为主，少量为浑圆状5%～6%，磨圆中等，分选中等。

39.81 m

------------整合------------

下覆地层：三工河组(J1s)

1.灰色、深灰色泥岩与细砂岩互层夹炭质泥岩、灰绿色薄层状岩屑粉砂岩、细砂岩及含砾粗砂岩近等厚互层。

图2 准噶尔盆地西南缘四棵树剖面地层柱状图Fig. 2 Stratigraphic histogram of Sikeshu section in southwestern margin of Junggar Basin

2 结果和讨论

2.1 Cyathidites minor—Osmundacidites—Cycadopites—Disacciatrileti组合

“COCD”组合产自准噶尔盆地南缘西段四棵树河剖面，其中共鉴定孢子花粉30属40种(图3～图5)。COCD孢粉组合特征是：

(1)蕨类植物孢子与裸子植物花粉含量大体相当。其中蕨类植物孢子含量为50.35%，裸子植物花粉含量49.65%(表1)。

(2)蕨类植物孢子以紫萁科的Osmundacidites含量最高，占33.57%，种类有O.parvus，O.diversispinulatus，O.granulata，O.elegans等；桫椤科孢子也有一定含量，占6.29%，包括Deltoidospora和Cyathiditesminor；其余分子多为少量或零星出现，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等形态属种。

(3)裸子植物花粉以松柏类两气囊花粉含量最高，占33.22%，包括两气囊分化不完善的原始松柏类，主要为单/双束松粉Abietineae/Pinuspollenites，次为Podocarpidites，Quadraeculinaanellaeformis，Q.limbata，Paleoconiferusasaccatus，Protoconiferusoviformis，P.flavus，Pseudopiceamagnifica，Piceites，Protopinussubluteus以及Disacciatrileti；单沟和原始沟类花粉也有较高含量，占10.14%，前者见Cycadopitessubgranulosus，C.carpentieri，C.typicus，C.pyriformis等，后者见Chasmatosporiteselegans，C.hians等；其余分子多为少量或个别见及，如Classopollisannulatus，杉科之Cerebropollenitesmesozoicus和Concentrisporitesfragilis，南洋杉科之Callialasporitesdampieri和Psophosphaera等。

图3 准噶尔盆地南缘四棵树剖面西山窑组孢粉图版Fig. 3 Palynological plate of the Xishan yao Formation in Sikeshu section, southern Junggar Basin

表2 中侏罗早期组合孢粉类型及含量Tible 2 Pollen types and content of assemblages in the early Middle Jurassic

2.2 地质时代讨论

在组合中，蕨类植物孢子与裸子植物花粉含量大体相当。下面对组合中一些优势分子的含量及其分布时代作进一步的分析和对比。

蕨类植物孢子以Osmundacidites含量最高，Osmundacidites在中—新生代广泛分布，在我国早、中侏罗世地层中含量相对较高，常作为组合的建带分子出现。如：准噶尔盆地玛纳斯河红沟剖面中侏罗世早期18.4%(黄嫔等，2007)，银额盆地早侏罗世晚期含量9.44%～15.69%(李素萍等，2021)，吐鲁番七泉湖煤田中侏罗世早期西山窑组含量17.6%(孙峰, 1989)、鄂尔多斯盆地中侏罗世早期延安组中上部占10.98%(孙立新等，2017)、三塘湖盆地西山窑组最高达36% (黄嫔, 2002)。Lycopodiumsporites在俄罗斯北高加索地区中侏罗世组合中发育，在我国新疆塔里木盆地、准噶尔盆地中侏罗世地层中都有存在。如:在塔里木盆中侏罗世组合中0.3%(刘兆生，2003)；准噶尔盆地西山窑组1%～13%(张望平等，1990)。Neoraistrickia主要集中在中侏罗世。如：准噶尔盆地中侏罗世早期组合中0～3.5%(张望平等，1990)，吐鲁番七泉湖中侏罗世早期组合中含量1.4%(孙峰，1989)。吐鲁番西山窑组0～1.4%(王永栋等，1998)。Cyathidites主要集中在中侏罗纪地层中。在澳大利亚西部侏罗纪地层中都有存在，在我国准噶尔盆地西山窑组、鄂尔多斯盆地延安组都有存在。如准噶尔盆地沙湾县西山窑组含量达18.1%～78.3%(刘兆生，1990)；准噶尔盆地西山窑组3%～65%(张望平等，1990)。

图4 准噶尔盆地南缘四棵树剖面西山窑组孢粉图版Fig. 4 Palynological plate of the Xishanyao Formation in Sikeshu section, southern Junggar Basin

Cycadopites是我国北方早、中侏罗世孢粉组合的重要组成分子。如吐鲁番七泉湖西山窑组含量达到23.8%(孙峰，1989)；在奇台北山西山窑组含量为16.3%(刘兆生，1993)。Quadraeculina存在于三叠纪到早白垩世,主要集中在中侏罗世。Perinopollenites在我国早、中侏罗世广泛分布(表2)。

此外，在组合中三叠纪孑遗分子基本消失。但是在早侏罗世地层中会残留有三叠纪分子，在中侏罗世及以后地层中基本消失。如我国陕甘宁盆地延安组，新疆准噶尔盆地西山窑组 (刘兆生, 1990) , 吐鲁番盆地的西山窑组 (孙峰, 1989) 等中侏罗世地层组合中, 均未发现三叠纪的残余分子。同时，组合中分子主要为侏罗纪常见分子，尤其是中侏罗世。据此，可排除其属于早侏罗世的可能。另外，组合中Classopollis含量只有1.05%，但是在我国新疆中侏罗世晚期组合中的含量普遍偏高，且远高于中侏罗世早期。如:在新疆中侏罗世早期Classopollis含量只有0.2%(孙峰, 1989)，而在中侏罗世晚期含量则达到19.2%～28.2 % (黄嫔, 2002)；陕西彬县延安组含量为0.9% (尹凤娟等，1999)，三塘湖盆地中侏罗世晚期含量达19%～28%(黄嫔, 2002)。因此，其时代也不可能是中侏罗世晚期。综上所述，我们认为其地质时代属于中侏罗世早期。

表3 准噶尔盆地西南缘西山窑组孢粉的古气候指示意义Tible 3 Paleoclimatic significance of sporopollen of the Xishan yao Formation in southwestern Margin of Junggar Basin

本组合可与新疆三塘湖盆地塘浅3井中侏罗世Cyathiditesminor—Osmundacidites—Cycadopites—Quadraeculina组合对比(黄嫔，2002)。共同点有：

(1)蕨类植物孢子中,Osmundacidites的含量最高，都达到了30%以上。常见分子有桫椤科和紫萁科的，如Cyathiditesminor，Deltoidospora，Osmundacidites等；少量或零星出现的有Lycopodiumsporites，Neoraistrickia以及一些具粒、刺、瘤等纹饰的形态属种。

(2)裸子植物花粉以松柏类两气囊花粉为多，Abietineae/Pinuspollenites，Podocarpidites，Quadraeculina，Protoconiferus，Pseudopicea，Piceites，Protopinus等；其它经常或少量出现的有Cerebropollenites和Concentrisporites，Cycadopites和Chasmatosporites等；少量或零星出现Classopollis。

根据上述分析和对比，本组合的地质时代应为中侏罗世早期(Aalenian期—Bajocian期)，时代与西山窑组相当。

2.3 古植被及古气候探讨

生物的分布受到气候影响，因此，古生物的分布亦受到古气候的控制。孢粉化石记录了地质时期的古气候信息。对孢粉进行研究分析，可以重建地质时期当地的古植物群面貌。依据孢粉化石的母体植物可以推测当地的古气候特征。

蕨类植物适应热带—亚热带的湿热环境。紫萁科Osmundacidites含量33.57%，其母体植物为灌木，主要分布在热带、亚热带或温带潮湿地区，沼生环境；桫椤科Cyathidites含量2.80%,其植物类型为常绿阔叶林，适应热带—亚热带潮湿地区；苏铁科Cycadopites含量6.99,其为常绿木本植物,分布于热带—亚热带地区；松科Protoconiferus和Piceites含量分别为2.1%和1.4%，其主要生长在干旱、喜阳光的环境,分布于热带、亚热带；杉科Cerebropollenites，分布于亚热带丘陵地带；罗汉松科Podocarpidites为针叶林,分布于热带。反映炎热干旱或干旱型气候的松柏纲掌鳞杉科的Classopollis和南美杉科的Callialasporites，在组合中含量很少，可能为早侏罗世遗留下的分子。气候敏感植物类群中指示热带、亚热带潮湿的气候的有：桫椤科、桫椤科、海金沙科、卷柏科、石松科、罗汉松科、苏铁科、杉科、松科等，在组合中占绝对优势(表3)。因此,本孢粉植物群反映的气候属于温暖湿润的热带—亚热带气候。这与我国北方侏罗世早期属于暖温带潮湿气候区相符(邓胜徽，2017)。

3 结论

孢粉组合中蕨类植物孢子与裸子植物花粉含量大体相当，其中蕨类植物孢子以Osmundacidites含量最高；裸子植物以松柏类两气囊花粉含量最高。对孢粉组合特征分析对比，推测地质时代应为中侏罗世早期(Aalenian期—Bajocian期)，时代与西山窑组相当。根据孢粉组合中的优势分子几乎都是分布于热带、亚热带地区的植物分子，认为当时的气候属于温暖湿润的热带—亚热带气候。

致谢：孢粉化石由中科院南京地质古生物研究所季兴开研究员鉴定，责任编辑和审稿专家提出了宝贵意见，在此表示一一感谢!