第四纪研究  2018, Vol.38 Issue (6): 1396-1408   PDF    
二连盆地马尼特坳陷ZK001钻孔孢粉组合及其地质时代与气候变化
赵淼1, 张文卿1, 蔡五田1, 陈天红2, 秦天2, 毛磊2     
(1 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心, 河北 保定 071051;
2 中国人民武装警察部队黄金第四支队, 辽宁 辽阳 111000)
摘要:通过对二连盆地马尼特坳陷ZK001钻孔(地理坐标为44°48'44″N,114°44'44″E;深度260.00 m)44个孢粉土样分析,自下而上划分为4个孢粉组合带:深度260.00~235.21 m为Pinuspollenites-Cicatricosisporites-Lycopodiaceae-Pilosisporites-Triletes,深度235.21~176.00 m为Pinuspollenites-Piceaepollenites-Chenopodipollis-Artemisiaepollenites-Cicatricosisporites-Triletes,深度176.00~84.56 m为Pinuspollenites-Chenopodipollis-Artemisiaepollenites-Triletes-Lycopodiaceae,深度84.56~15.60 m为Pinuspollenites-Chenopodipollis-Artemisiaepollenites-Triletes。依据孢粉分析结果并结合沉积环境,将研究区植被演替和古气候演化划分为两个阶段:深度260.00~84.56 m孢粉组合特征代表了针阔叶混交林-草原植被类型,反映了气候由温热湿润—温暖湿润—温暖干燥的变化趋势;深度84.56~15.60 m孢粉组合特征代表了疏林草原植被类型,反映温凉干旱气候。对比分析区域孢粉组合及地层岩性,探讨了研究区地层时代。研究结果表明:深度260.00~84.56 m地层为早白垩世大磨拐河组(K1d),深度84.56~15.60 m地层为古近纪伊尔丁曼哈组(Ey)。此次研究对马尼特坳陷古近纪与白垩纪界限划分具有重要意义,为古气候环境变化提供新的论证。
关键词二连盆地    大磨拐河组    早白垩世    伊尔丁曼哈组    孢粉带    古气候    地层时代    
中图分类号     P534.61;Q913.84                     文献标识码    A

0 引言

二连盆地位于内蒙古锡林郭勒盟阿巴嘎旗地区,是在内蒙古-大兴安岭华力西晚期地槽褶皱基底上发育起来的中新生代断陷盆地,地处中朝板块与西伯利亚板块的缝合线上,主要经历了古生代海槽和中新生代陆盆两个演化史期[1]。研究区马尼特坳陷(图 1)处于晚中生代断陷盆地二连盆地中,其南北分别为苏尼特和巴音宝力格隆起,属晚古生代天山、兴安岭碰撞带、中亚造山带东延部分(318~260 Ma[3])。马尼特坳陷基底为古生代变质程度不一的硅化泥板岩、粉砂岩,有多期火山岩穿插,经海西运动褶皱变质,其上不整合覆盖着侏罗-白垩系和古近纪,沉积厚度大于6000 m[4]

图 1 研究区位置示意图(改编自文献[2]) Fig. 1 Location of the study area, modified from reference[2]

前人对马尼特坳陷主要进行了油气地层、天然气、沉积学研究,尚未进行高精度的孢粉分析,钻探深度在160.00 m之内[3, 5~6],对二连盆地马尼特坳陷古近纪与白垩纪界限未做出明确划分,因此该地区的地层和气候演化研究尚有不足。此次研究钻探深度为260.00 m,进行系统的孢粉分析和孢粉带划分,旨在准确划分研究区地层时代,揭露出二连盆地古近纪与白垩纪界限,为其准确划分提供依据[7~12],并利用孢粉分析方法推断早白垩世和古近纪的气候特征,为该地区古气候环境分析提供新的证据。

1 工作区地层简介

研究区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟白音图嘎苏木东南,中生代-新生代处于滨太平洋构造域大兴安岭-太行山构造岩浆岩带[2, 13~14],属滨太平洋地层区大兴安岭-燕山地层分区的博克图-二连浩特地层小区(见图 2)。

图 2 测区中、新生代地层区划图(改编自文献[15]) 531——中生代阴山地层小区(Mesozoic Yinshan stratigrapic community);532——新生代博克图-二连浩特地层小区(Cenozoic Boketu-Erenhot stratigrapic community);533——新生代乌兰浩特-赤峰地层小区(Cenozoic Ulanhot-Chifeng stratigrapic community) Fig. 2 The Cenozoic strata zoning map in test area, modified from reference[15]

中生界出露上三叠统青克勒组(T3q),为河湖相沉积,上侏罗统满克头鄂博组(J3mk)与下白垩统白音高老组(K1b),属陆相火山岩建造,下白垩统大磨拐河组(K1d)与上白垩统二连组(K2e)为河湖相沉积;新生界主要发育第四系更新统阿巴嘎组(Qpa)基性火山岩与残坡积沉积物,以及全新统松散堆积物[13~15]

王崇敬等[16]在二连盆地进行过大量地层划分对比工作,对二连盆地含煤地层进行了重新厘定,认为其地层为大磨拐河组和伊敏组;刘国昌等[17]把二连盆地呼伦贝尔盟喜桂图旗大磨拐河的地层创名大磨拐河组。1973年伊敏煤田会战指挥部将大磨拐河煤系下部称大磨拐河组,上部称伊敏组。大磨拐河组现在被定义指一套含煤碎屑岩[18~20],下部由灰色砾岩、砂砾岩夹粉砂岩、凝灰岩、凝灰质粗砂岩组成,含植物化石;上部以深灰色泥岩、粉砂岩、砂岩为主夹砾岩及煤层或煤线,含植物化石及叶肢介化石。大磨拐河组,下与侏罗纪梅勒图组呈平行不整合接触,上与白垩纪伊敏组或甘河组为连续沉积。

2 ZK001钻孔描述

本次研究钻孔编号为ZK001(图 3),钻孔深度260.00 m,地理坐标为44°48′44″N,114°44′44″E;倾角为90°。根据野外实际调查以及前人的资料[13, 19~21]得出钻孔的岩性柱状图(图 4),并通过钻孔岩性描述判断:深度0~101.05 m为河流相,河流相沉积物发育典型的河流二元结构,上部为河漫滩亚相的细粒物质,下部为河床亚相的粗粒物质,平行层理发育;101.05~263.00 m为湖泊相,上部为滨浅湖亚相,发育湖沼、水下河道等微相,下部为滨浅湖-湖沼相,植物碎片化石发育,并发育有黄铁矿。

图 3 钻孔地质图(改编自文献[15]) Fig. 3 Geological map of ZK001 borehole, modified from reference[15]

图 4 岩性柱状图 Fig. 4 Lithological column of ZK001 borehole
3 孢粉样品采集与处理

本文研究钻孔ZK001深度为260.00~15.60 m,均匀深度取样,共取44块土样样品。实验处理过程中,每个样品称取100 g,分别加入浓盐酸与水按1 ︰ 1混合后的溶液100 ml去除样品中的钙质;用纯水洗去酸至溶液中性,加入100 ml的氢氟酸去除硅质;用纯水洗去酸至溶液中性,再次加入浓盐酸与水按1 ︰ 1混合后的溶液100 ml去钙质;加入5 g碳酸氢钠中和至中性,重液浮选2次,比重为2.0 kg/L;经乙酸酐和浓硫酸混合液处理后,清洗至无色无味,再用超声波清洗器筛滤残余物,网布孔径为10 μm;收集网布上的剩余物至小试管,加甘油制片[22]。每个样品统计鉴定时,孢粉化石丰富的样品鉴定到200粒以上,化石稀少的鉴定到10个薄片。孢粉样品实验处理与鉴定均在中国地质调查局水文地质环境地质调查中心地下水与土地污染防治实验室完成。鉴定时参考书目主要为《中国植物花粉形态》[23]、《中国蕨类植物孢子形态》[24]和《中国孢粉化石——中生代孢粉化石》[25]

4 孢粉组合特征

44块孢粉样品中共发现36个科、属,共鉴定到7845粒孢粉,每个样品约含178粒,包括5个科、31个属(见图 5)。孢粉组合中以蕨类植物孢子含量为主,含量为54.59 %,裸子植物花粉含量为25.61 %,被子植物花粉含量为19.80 %。

图 5 钻孔中孢粉图片(比例尺1:400) 1.双束松粉属(Pinuspollenites),取样编号2号,深度17.20~17.50 m;2.云杉粉属(Piceaepollenites),取样编号10号,深度139.12~139.37 m;3.无突肋纹孢属(Cicatricosisporites),取样编号10号,深度139.12~139.37 m;4.杉粉属(Taxodiaceaepollenites),取样编号12号,深度158.00~158.47 m;5.棕榈科(Palmae),取样编号26号,深度222.10~223.02 m;6.肋桦粉属(Betulaepollenites),取样编号11号,深度156.97~157.37 m;7.蒿粉属(Artemisiaepollenites),取样编号31号,深度234.00~234.54 m;8.藜粉属(Chenopodipollis),取样编号15号,深度175.30~176.00 m;9.膜蕨属(Hymenophyllum),取样编号18号,深度195.12~195.50 m;10.刺毛孢属(Pilosisporites),取样编号22号,深度204.90~205.46 m;11.拟套环孢属(Densoisporites),取样编号29号,深度232.39~233.00 m;12.水蕨属(Ceratopteris),取样编号43号,深度254.11~254.33 m;13.银杏科(Ginkgoaceae),取样编号32号,深度234.54~235.21 m;14.双束松粉属(Pinuspollenites),取样编号10号,深度139.12~139.37 m;15.栎粉属(Quercoidites),取样编号18号,深度195.12~195.50 m;16.山毛榉属(Faguspollenites),取样编号32号,深度234.54~235.21 m;17.麻黄粉属(Ephedripites),取样编号16号,深度190.68~191.18 m;18.蔷薇科(Rosaceae),取样编号20号,深度197.26~197.71 m;19.蓼属(Polygonum),取样编号10号,深度139.12~139.37 m;20.十字花科(Cruciferae),取样编号20号,深度197.26~197.71 m;21.莎草粉属(Cyperaceaepollis),取样编号10号,深度139.12~139.37 m;22.蒿粉属(Artemisiaepollenites),取样编号15号,深度175.30~176.00 m;23.凤尾蕨孢属(Pterisisporites),取样编号10号,深度139.12~139.37 m;24.瘤足蕨属(Plagiogyria),取样编号18号,深度195.12~195.50 m;25.卷柏科(Selaginellaceae),取样编号18号,深度195.12~195.50 m;26.石松科(Lycopodiaceae),取样编号18号,深度195.12~195.50 m;27.水龙骨孢属(Polypodiacecisporites),取样编号19号,深度196.00~197.01 m;28.三缝孢(Triletes),取样编号19号,深度196.00~197.01 m Fig. 5 Sporopollen pictures of ZK001 borehole

裸子植物主要花粉类型包括:银杏科(Ginkgoaceae)、云杉粉属(Piceaepollenites)、双束松粉属(Pinuspollenites)、雪松粉属(Cedripides)、罗汉松粉属(Podocarpidites)、鸡毛松属(Podocarpus imbricatus)、杉粉属(Taxodiaceaepollenites)、麻黄粉属(Ephedripites)。

蕨类植物孢子类型包括:凤尾蕨孢属(Pterisisporites)、希指蕨孢(Schizaeoisporites)、瘤足蕨属(Plagiogyria)、卷柏科(Selaginellaceae)、膜蕨属(Hymenophyllum)、石松科(Lycopodiaceae)、刺毛孢属(Pilosisporites)、多环孢属(Polycingulatisporites)、凤丫蕨属(Coniogramme)、无突肋纹孢属(Cicatricosisporites)、水龙骨孢属(Polypodiacecisporites)、拟套环孢属(Densoisporites)、水蕨属(Ceratopteris)、单缝孢(Monoletes)、三缝孢(Triletes)。

被子植物花粉类型包括:栎粉属(Quercoidites)、棕榈科(Palmae)、肋桦粉属(Betulaepollenites)、栗粉属(Cupuliferoipollenites)、山毛榉属(Faguspollenites)。灌木植物花粉:蔷薇科(Rosaceae)。草本植物花粉:藜粉属(Chenopodipollis)、蒿粉属(Artemisiaepollenites)、蓼属(Polygonum)、禾本粉属(Graminidites)、十字花科(Cruciferae)、莎草粉属(Cyperaceaepollis)、百合粉属(Liliacidites)。

根据孢粉属种分布及含量变化,划分为4个孢粉带(图 6),由下至上分别叙述如下:

图 6 ZK001钻孔剖面孢粉带(%) Fig. 6 Palynological assemblages zones of ZK001 borehole(%)

Ⅰ带:Pinuspollenites-Cicatricosisporites- Lycopodiaceae-Pilosisporites-Triletes孢粉带

深度260.00~235.21 m。分析12个样品,其中4个样品孢粉较为丰富(深度分别为260.00~259.05 m、250.56~250.00 m、248.08~247.30 m和246.77~246.07 m)。本带以蕨类植物孢子优势带,占本带孢粉总数的81.05 % (72.62 % ~97.23 %),主要有无突肋纹孢(0.76 % ~62.67 %)、刺毛孢属(0.30 % ~22.05 %)、三缝孢(7.30 % ~72.28 %)、单缝孢(0.40 % ~63.32 %)、多环孢属(0.30 % ~3.43 %)、凤尾蕨孢属(0.30 % ~0.63 %)、石松科(0.84 % ~6.75 %)和水蕨属(0~0.43 %)。

裸子植物花粉占本带孢粉总数的18.95 % (2.76 % ~57.77 %),主要有双束松粉属(1.84 % ~23.02 %)、麻黄粉属(0.30 % ~3.42 %)、云杉粉属(0.30 % ~3.40 %)、杉粉属(0.35 % ~1.94 %)、银杏科(0~0.30 %)、罗汉松粉属(0~1.30 %)和鸡毛松(0~0.40 %)。未发现被子植物花粉。

Ⅱ带:Pinuspollenites-Piceaepollenites- Chenopodipollis-Artemisiaepollenites-Cicatricosisporites-Triletes孢粉带

深度235.21~176.00 m。分析17个样品,其中4个样品孢粉较为丰富(深度分别为231.00~230.52 m、197.71~197.26 m、197.01~196.00 m和191.18~190.68 m)。本带仍然以蕨类植物孢子优势带,占本带孢粉总数50.35 % (15.29 % ~85.79 %),主要有无突肋纹孢(0.96 % ~45.85 %)、刺毛孢属(0.70 % ~10.00 %)、三缝孢(5.88 % ~25.70 %)、单缝孢(0.31 % ~61.20 %)、拟套环孢属(0~1.74 %)、凤尾蕨孢属(0~0.58 %)、瘤足蕨属(0.31 % ~1.98 %)、卷柏(1.41 % ~1.58 %)、膜蕨属(0.54 % ~1.98 %)、石松科(0.84 % ~6.92 %)、凤丫蕨(0.76 % ~2.11 %)和水龙骨孢属(0.35 % ~0.58 %)

裸子植物花粉占34.76 % (13.20 % ~81.51 %),主要有双束松粉属(4.87 % ~56.30 %)、麻黄粉属(0.33 % ~2.91 %)、云杉粉属(0.67 % ~21.01 %)、杉粉属(0.38 % ~2.10 %)、银杏科(0.30 % ~0.63 %)、雪松粉属(0.39 % ~0.76 %)、罗汉松粉属(0.54 % ~2.02 %)和鸡毛松(0.43 % ~0.58 %)。

被子植物花粉占14.89 % (1.01 % ~21.34 %),主要有栎粉属(0~0.40 %)、棕榈科(0.76 % ~2.38 %)、蒿粉属(0.51 % ~39.02 %)、藜粉属(0.51 % ~20.00 %)、十字花科(0.38 % ~0.70 %)、蔷薇科(0.38 % ~2.44 %)和莎草粉属(0~0.76 %)。

Ⅲ带:Pinuspollenites-Chenopodipollis- Artemisiaepollenites-Triletes-Lycopodiaceae孢粉带

深度176.00~84.56 m。分析8个样品,其中3个样品孢粉较为丰富(深度分别为158.47~158.00 m、157.37~156.97 m和139.37~139.12 m)。被子植物花粉占76.69 % (26.22 % ~97.08 %),有栎粉属(0~0.46 %)、桦木属(0~0.34 %)、栗粉属(0~0.46 %)、蓼属(0~0.23 %)、蒿粉属(3.48 % ~33.98 %)、藜粉属(21.35 % ~86.33 %)和莎草粉属(0~0.23 %)。

裸子植物花粉占17.29 % (0.97 % ~58.24 %),以双束松粉属等两气囊花粉占优势,包括双束松粉属(0.97 % ~53.83 %)、云杉粉属(5.00 % ~9.33 %)、杉粉属(0.67 % ~6.04 %)、银杏科(5.00 % ~9.33 %)、雪松粉属(5.00 % ~9.33 %)和罗汉松粉属(0~0.67 %)。

蕨类植物孢子占6.02 % (1.44 % ~15.54 %),主要有三缝孢(0.97 % ~13.09 %)、单缝孢(0.49 % ~0.70 %)、石松科(0.49 % ~4.76 %)、凤丫蕨(0~1.16 %)、瘤足蕨(0.23 % ~0.33 %)、希指蕨孢属(0~0.34 %)、凤尾蕨孢属(0.23 % ~0.95 %)和无突肋纹孢(0~0.70 %)。

Ⅳ带:Pinuspollenites-Chenopodipollis-Artemisi-aepollenites-Triletes孢粉带

深度84.56~15.60 m。分析7个样品,其中1个样品未发现孢粉,深度在57.19~56.61 m。孢粉含量低,被子植物花粉占优势55.51 % (43.33 % ~93.07 %),孢粉类型为栎粉属(0~2.33 %)、蒿粉属(6.67 % ~43.48 %)、藜粉属(25.58 % ~69.31 %)和禾本粉属(0~0.99 %)。裸子植物花粉占43.38 % (6.93 % ~50.00 %),以双束松粉属等两气囊花粉占优势,其中双束松粉属含量达6.93 % ~50.00 %、云杉粉属0~7.69 %和杉粉属0~4.35 %。

蕨类植物孢子占1.11 %,主要为三缝孢(0~6.67 %)。

5 地层时代讨论

此次研究以孢粉组合特征和区域地层岩性对比为依据,将地层划分为两个时代。

5.1 地层深度260.00~84.56 m时代讨论 5.1.1 孢粉组合特征

出现大量的无突肋纹孢、短突肋纹孢属、希指蕨孢、刺毛孢属、多环孢属、无突肋纹孢、拟套环孢属、桫椤科,均为白垩纪典型孢粉[26~30],因此,推测此段地层时代为早白垩纪大磨拐河组。

无突肋纹孢属的出现及含量对确定地层时代具有重要意义[31],其虽在少数地区的晚侏罗世晚期就有出现,且数量十分稀少,类型单一,但其广泛分布于北美、欧洲、印度、俄罗斯[32~33]及中国早白垩世地层中,如在中国见于松辽盆地沙河子组[11]、冀北的西瓜园组、辽西的九佛堂组[34~35]

被子植物单沟与三沟花粉少量发现[36]以及希指蕨孢的存在[31, 37~38]是早白垩世晚期孢粉组合的特点。陶明华等[39]在二连盆地腾格尔组二段研究中指出希指蕨科最早见于早白垩世中期;聂逢君等[40]对乌兰察布坳陷(与马尼特坳陷相邻)的地层时代研究表明,孢粉组合以蕨类植物孢子占优势,出现早白垩世的代表性特征分子,如膜环弱缝孢、无突肋纹孢、刺毛孢;花如洪[41]对内蒙古二连盆地早白垩世孢粉的研究结果表明,桫椤孢(Alsophilaspinulosa)、托第孢(Todites)、纵肋单沟粉(Jugella)以及一些原始松柏类花粉普遍出现在早白垩世,希指蕨孢含量虽然不高,但是有出现。本文研究的孢粉组合带Ⅲ深度为157.37~156.97 m的样品中出现希指蕨孢,显示了早白垩世晚期特征,且孢粉组合类型也与上述研究相符[39~41],因此,推测时代为早白垩世地层。另外,在研究区中,发现含有狼鳍鱼(Lycoptera sp.)、叶肢介(Eosestheris sp.)及大量植物化石Czekanowskiarigida Heer、Podozamites lanceolatusEphemeropsis trisetalisDiformograpa aff. vera等,其为早白垩世晚期典型热河生物群化石组合[42~46],类似于吴炳伟[47]在内蒙古开鲁盆地早白垩世孢粉组合特征。

对比邻区大磨拐河组出现的地层孢粉组合研究,如海拉尔盆地[48]、蒙古东戈壁盆地万利特凹陷[49]、乌兰盖盆地[50]的孢粉组合也与本次研究的孢粉组合极为相似,蕨类植物孢子主要组合类型为Cyathidites-Cicatricosisporites-Pinuspollenites,裸子植物花粉以AbietineaepollenitesPiceaepollenitesPinuspollenites等松科花粉为主,未发现被子植物花粉。

5.1.2 区域地层岩性对比

喜桂图旗大磨拐河组正层型剖面为一套含煤碎屑岩,主要为深灰色泥岩、粉砂岩、砂岩夹砾岩及煤层或煤线,含植物化石[13, 17, 19~20, 50]。本区大磨拐河组在白音乌拉苏木北东阿尔善大队出露相对集中,该套地层为中生代坳陷中的河湖相沉积,岩性主要为灰白、灰绿、灰黄色、灰黑色砂砾岩、砂岩、粉砂岩、页岩、泥岩等,局部夹有不稳定的灰黑色灰岩及煤线,含植物化石碎片[51]。与大磨拐河组正层型剖面能较好的对比。

综上所述,认为此次研究深度260.00~84.56 m的地层时代为大磨拐河组。

5.2 地层深度84.56~15.60 m时代讨论 5.2.1 孢粉组合特征

深度84.56~15.60 m未发现早白垩纪的特征孢粉,且出现较多的草本植物。内蒙古海拉尔地区早白垩世植物群没有发现被子植物的踪迹[52];辽宁西部中生代地层古生物研究中,虽然发现了少量的被子植物花粉,但都是早期类型[53]。对比之下,没有本次孢粉分析中出现的大量现代类型的被子植物花粉。所以,本次研究的钻孔剖面深度84.56~15.60 m的时代不是早白垩世,推测地层时代为新生代。

5.2.2 区域地层岩性对比

五间房含煤盆地位于锡林郭勒盟乌拉苏木和吉林郭勒苏木境内,区域构造属上属于早白垩世二连盆地群的一部分,可与本次研究区地层做参考比较。付黎明等[54]的研究发现,盆地大部分地表被第四系地层覆盖,钻孔揭露地层自上而下依次为第四系全新统(35.58 m)、新近系上新统(84.84 m)、白垩系下统巴彦花组及侏罗系上统白音高老组。

位于马尼特凹陷西南的巴彦乌拉地区古地磁分析结果表明[40],大约90 m以上的层位属于古近纪,之下的层位属于下白垩统的赛汉塔拉组,孢粉分析结果证实90 m以下的含矿层属于早白垩世[10, 40~41],与此次深度84.56 m极为相似。

陶继雄等[55]和孙勃等[56]对马尼特坳陷西南部的达日罕乌拉苏木4个钻孔研究中得出,区内伊尔丁曼哈组分布较广,总厚度80~180 m,在钻孔中采集了292个定向古地磁样品,与国际地磁极性年表对比,推测其大致年龄为34~51 Ma。古地磁测定时代为始新世。

本次研究通过对二连盆地地层岩性调查,深度84.56~15.6 m岩性与伊尔丁曼哈组灰白色砂岩、粉砂岩夹少量灰绿色泥岩的岩性十分相似[8, 13, 55],综上判定此次钻孔深度84.56~15.6 m地层为古近纪始新世中期伊尔丁曼哈组。

6 古气候特征 6.1 古气候分析

根据前人[57~59]对植被类型与气候变化关系的研究,我们根据孢粉组合特征划分了以下4个孢粉组合带。

Ⅰ带:深度260.00~235.21 m。本带以蕨类植物孢子繁盛,出现水蕨属,反映湿润环境。未发现被子植物花粉。裸子植物种类较为丰富,主要有双束松粉属、麻黄粉属、云杉粉属,代表针阔叶混交林-草原植被类型,反映温热湿润的气候环境。

Ⅱ带:深度235.21~176.00 m。本带以蕨类植物孢子优势,主要有无突肋纹孢、刺毛孢属和三缝孢,还有代表湿生的拟套环孢属,其反映气候湿润[25]。裸子植物花粉次之,主要有双束松粉属、云杉粉属、杉粉属。被子植物花粉开始出现,但含量低,主要有:棕榈科、蒿粉属、藜粉属。气温略低于Ⅰ带,孢粉组合代表针阔叶混交林-草原植被类型,反映温暖湿润的气候环境。

Ⅲ带:深度176.00~84.56 m。本带总体花粉量较Ⅱ带减少,但被子植物增多,主要为蒿粉属、藜粉属。蕨类植物孢子大幅度减少。裸子植物花粉以双束松粉属等两气囊花粉占优势,主要为双束松粉属、云杉粉属。认为气候出现突变,较Ⅱ带气温略下降,湿度降低,气候温暖干燥,且此带出现少量希指蕨科孢子,其代表气候较炎热干旱[26],佐证以上气候分析,孢粉组合代表了针阔叶混交林-草原植被类型,气候温暖干燥。

Ⅳ带:深度84.56~15.60 m。孢粉含量低,被子植物花粉占优势,以蒿粉属、藜粉属为主。裸子植物花粉含量次之,主要有双束松粉属、云杉粉属、杉粉属,但数量相对Ⅲ带大幅减少,表明气候干旱,蕨类植物孢子含量极低。孢粉组合类型代表了疏林草原植被类型,反映出气候较之前两个带寒冷干燥,总体温凉干旱。

综上所述,孢粉组合带Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ(深度范围260.00~84.56 m)植被繁盛,覆盖率高,结合钻孔揭露的地层为湖相地层,佐证了气候温暖湿润;钻孔深度84.56~15.60 m,孢粉组合带Ⅳ孢粉含量较带Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ减少,结合钻孔揭露的地层此深度为河流相地层,推测气候较寒冷,为气候突变带。

6.2 区域气候对比

在二连盆地早白垩世(巴雷姆期),蕨类植物孢子含量高,属种类型多样,晚期气温在逐渐升高,气候也变得稍微干旱[60],与本次研究深度260.00~84.56 m对应的孢粉组合特征蕨类植物孢子占优势、晚期植被组合反应的气候逐渐干燥相符合。二连盆地白垩纪巴雷姆期孢粉组合主要为无突肋纹孢-光面三缝孢属-云杉粉属-单双束松粉属,反映气候湿润,后逐渐以被子植物花粉为主,气候逐渐转为干旱[38~39],与此次研究孢粉组合类型反应的气候变化趋势相同。

二连盆地古近系在二连苏尼特右旗、伊尔丁曼哈、阿左旗、沙拉木伦、伊克昭盟等地出露,以始新世-渐新世为主,属干旱气候条件下的内陆河流浅湖相沉积[56, 61]。与此次研究钻孔岩性得出的沉积相结论吻合,并与钻孔深度84.56~15.60 m气候干燥、总体温凉干旱的结论一致。

中国东北部中生代早白垩世中期至晚白垩世早期,区域处于漫长的温湿气候背景控制之下[39],此次研究表明气候以湿润半湿润为特征,对应时代为巴雷姆期,且与大磨拐河组地层判断相符合。因此,本次研究气候具体划分见下表 1

表 1 本次研究地层深度260.00~15.60 m气候特征 Table 1 The climate characteristics of depth 260.00~15.60 m in borehole ZK001
7 结论

通过以上论证,结合此次根据孢粉组合特征及地层岩性对比分析认为研究区260.00~15.60 m厚的地层时代和气候特征,结论如下:

(1) 地层时代:根据孢粉组合类型,在深度260.00~84.56 m出现刺毛孢属、多环孢属、无突肋纹孢、拟套环孢属等早白垩世特征蕨类植物孢子,结合地层岩性与区域对比,确定地层时代为早白垩系大磨拐河组;深度84.56~15.60 m植物孢粉以新生代草本、木本植物孢粉为主,结合岩性与区域对比,地层时代为古近系伊尔丁曼哈组。

(2) 气候特征:深度260.00~84.56 m为早白垩系大磨拐河组,孢粉组合类型代表针阔叶混交林-草原植被类型,反映气候由温热湿润-温暖湿润-温暖干燥的变化趋势;深度84.56~15.60 m为古近系伊尔丁曼哈组,孢粉组合类型代表疏林草原植被类型,反映温凉干旱气候。

此外,关于沉积环境演化进行分析认为:通过钻孔揭露的地层特征,深度0~101.05 m为河流相,平行层理发育;深度101.05~263.00 m为湖泊相,植物碎片化石发育。结合孢粉组合反映的气候特征,气候逐渐变为寒冷干燥,佐证了为湖盆萎缩、封闭期河流相沉积。

本研究对马尼特坳陷的古近纪与白垩纪界限划分具有重要意义,为古气候环境变化提供依据。以上结论由于是在没有测年数据和其他实验数据佐证,后期应该结合野外观察及其他实验数据、古生物标志和特殊沉积标志,以便得出更符合自然实际的结论。

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Palynological assemblages of borehole ZK001 in Manite depression of Erlian basin and discussion of the stratigraphy and climate evolution
Zhao Miao1, Zhang Wenqing1, Cai Wutian1, Chen Tianhong2, Qin Tian2, Mao Lei2     
(1 Center for Hydrogeology and Environmental Geology Survey, China Geological Survey, Baoding 071051, Hebei;
2 The Fourth Team of Gold of the Chinese Armed Police Force, Liaoyang 111000, Liaoning)

Abstract

By the analysis of 44 soil samples at the borehole ZK001 (44°48'44″N, 114°44'44″E, the depth of 260.00 m)in the Manite depression, Erlian basin, four palynological assemblages are recognized from the bottom to the top. These four assemblages are named as Pinuspollenites-Cicatricosisporites-Lycopodiaceae-Pilosisporites-Triletes (depth of 260.00 m to 235.21 m), Pinuspollenites-Piceaepollenites-Chenopodipollis-Artemisiaepollenites-Cicatricosisporites-Triletes (depth of 235.21 m to 176.00 m), Pinuspollenites-Chenopodipollis-Artemisiaepollenites-Triletes-Lycopodiaceae (depth of 176.00 m to 84.56 m), Pinuspollenites-Chenopodipollis-Artemisiaepollenites-Triletes (depth of 84.56 m to 15.60 m), respectively. According to the results of sporopollen analysis and sedimentary lithology, vegetation succession and paleoclimate evolution in the studying area has been divided into two stages. At the depth of 260.00 m to 84.56 m, the characteristics of palynological assemblage represent the coniferous and broad-leaved mixed forest-grassland vegetation type, which reflects the climate changes from hot-humid, warm-humid to warm-arid. At the depth of 84.56 m to 15.60 m, the features of palynological assemblage represent the vegetation of sparse forest grassland type, which reflects cold-arid climate. The stratigraphic age in borehole of the research area has been discussed by comparing the characteristic of the palynological assemblages and formation lithology in adjacent areas. The results show that the layer can be defined as Early Cretaceous Damoguaihe Formation (K1d) between 260.00 m and 84.56 m and Paleogene Irdin Manha Formation (Ey) between 84.56 m and 15.60 m. This study has great significance for the division of Paleogene and Cretaceous, which provides a new demonstration for the paleoclimate changes.
Key words: Erlian basin    Damoguaihe Formation    Early Cretaceous    Irdin Manha Formation    palynological assemblages    paleoclimate    stratigraphic age