新疆庫車河剖面三疊系和侏羅系古氣候分析

新疆庫車河剖面三疊系和侏羅系古氣候分析

1庫車提出了中生界孢粉相khovim盆地北部位于塔里木盆地。這是新疆塔里木盆地油氣勘探最重要的地區(qū)之一。庫車河剖面中生代地層發(fā)育甚好,并含有豐富的多門類生物化石,是新疆生物地層和沉積相研究程度較高并具有代表性的剖面之一。2000～2001年我們以該剖面孢粉化石比較豐富的三疊系和侏羅系為重點(diǎn),開展了庫車坳陷中生界孢粉相研究,將該區(qū)中生界孢粉玻片中的干酪根顯微組分劃分為5種組合和12種亞組合。結(jié)合沉積特征,研究干酪根顯微組分組合與沉積環(huán)境之間的關(guān)系。并以此探討庫車河剖面中生界各組的沉積環(huán)境及古氣候。庫車河剖面三疊系和侏羅系發(fā)育較全,自下而上劃分為下三疊統(tǒng)俄霍布拉克組、中—上三疊統(tǒng)克拉瑪依組、上三疊統(tǒng)黃山街組和塔里奇克組、下侏羅統(tǒng)阿合組和陽霞組、中侏羅統(tǒng)克孜勒努爾組和恰克馬克組、上侏羅統(tǒng)齊古組和喀拉扎組。各巖組巖性特征見表1。2充分利用沉積相特征的有機(jī)相研究根據(jù)干酪根顯微組分研究沉積環(huán)境已有40多年的歷史,早在60年代初,A.H.V.Smith對英國約克夏煤田石炭系煤進(jìn)行了詳細(xì)的孢粉學(xué)和煤巖學(xué)研究,根據(jù)孢粉組合劃分出鱗木孢相、環(huán)節(jié)孢相、過渡相和水泛相。1964年A.科巴茲(Combaz)首先提出了孢粉相的概念,之后許多學(xué)者對此進(jìn)行了討論和敘述,1980年B.杜蘭德(Durand,1980)為孢粉相確定了比較完整的概念,即“孢粉相應(yīng)是對沉積巖中有機(jī)組分的性質(zhì)、生態(tài)特征和沉積環(huán)境的總體認(rèn)識”。在國內(nèi)趙傳本(1987)、王開發(fā)等(1989)、高瑞祺等(1976)和周山富(2000)等國內(nèi)孢粉研究專家在孢粉相研究方面做了大量卓有成效的工作,但絕大部分均側(cè)重于對孢粉顏色與有機(jī)質(zhì)成熟度、干酪根類型劃分與生油潛力評價(jià)以及古氣候方面的研究,涉及干酪根顯微組分與古環(huán)境方面的研究成果則寥寥無幾。與此同時地球化學(xué)專家在有機(jī)相研究方面取得了很大進(jìn)展。在1999年,秦勝飛等在“塔里木盆地庫車坳陷煤系油氣成藏地球化學(xué)研究及勘探方向”研究報(bào)告(未發(fā)表)中,根據(jù)有機(jī)相劃分的標(biāo)志,對庫車坳陷煤層的煤巖學(xué)和地球化學(xué)等進(jìn)行了分析,劃分出6種有機(jī)相類型:高位泥炭沼澤有機(jī)相、高位-森林過渡沼澤有機(jī)相、森林泥巖沼澤有機(jī)相、流水邊緣沼澤有機(jī)相、流水泥炭沼澤有機(jī)相和開闊水體有機(jī)相。前人的研究成果對本文的研究具有重要意義。干酪根顯微組分依據(jù)其來源可分為內(nèi)源型和外源型兩種。內(nèi)源型顯微組分如藻類化石等為原地保存的有機(jī)質(zhì),與沉積環(huán)境關(guān)系密切,可直接反映沉積區(qū)域的環(huán)境類型。外源型顯微組分如具結(jié)構(gòu)的陸生植物殘片雖屬于異地搬運(yùn)來的有機(jī)質(zhì),但不同沉積環(huán)境中顯微組分的類型是不同的。所以,顯微組分組合在確定古環(huán)境上亦具有一定的意義。庫車坳陷三疊—侏羅系孢粉玻片中的干酪根顯微組分豐富多彩,本文將其歸納為5種組合類型和12種亞組合,干酪根顯微組分組合與沉積環(huán)境之間的關(guān)系見表2。3庫車河剖面植物生態(tài)習(xí)性分析根據(jù)孢粉玻片中干酪根顯微組分的特點(diǎn),推測沉積時期的古氣候和沉積環(huán)境是孢粉相研究的重要內(nèi)容之一。孢粉組合中部分孢粉化石的親緣關(guān)系比較清楚,其母體植物的生態(tài)習(xí)性是研究古氣候的主要依據(jù)。庫車河剖面三疊系和侏羅系孢子花粉的母體植物按其生態(tài)習(xí)性大致可以分為四類:1)山地針葉植物,包括松科、原始松柏類和羅漢松科植物;2)熱帶、亞熱帶植物,其中蕨類植物有紫萁科、桫欏科、蚌殼蕨科、海金砂科和莎草蕨科,裸子植物有蘇鐵科、羅漢松科;3)旱生植物,包括蕨類植物的莎草蕨科和裸子植物的掌鱗杉科;4)沼生或濕生植物,包括蘚綱的水蘚科植物、石松綱的石松科植物及楔葉綱的蘆木科植物。依據(jù)孢粉玻片中干酪根顯微組分與沉積環(huán)境之間的關(guān)系,并結(jié)合野外收集的主要沉積特征資料,對各沉積時期的沉積環(huán)境和古氣候作如下探討:3.1沉積體系及沉積環(huán)境沉積環(huán)境該組樣品中常見藻類、疑源類化石,主要為黃藻門的葡萄球藻(Botryococcus),還見有少量的綠藻門的Shizosporis,疑源類化石有Granodiscus、Veryhachium和Micrhystridium。葡萄球藻是淡水—半咸水湖泊環(huán)境中的常見藻類;Veryhachium和Micrhystridium都產(chǎn)于海相或海退末期半咸水相的沉積環(huán)境中,它們的出現(xiàn)一般被視為與海水影響有關(guān)。無定型體是藻類、疑源類降解產(chǎn)物,亦主要見于湖相沉積中。綜合各巖性段主要沉積資料,對各巖性段的沉積環(huán)境分析如下:本組可分為5個巖性段,即:下部綠色泥巖、砂巖段,下部紫紅色砂、礫巖夾泥巖段,上部綠色泥巖、砂巖段,上部紫紅色砂、礫巖夾泥巖段以及底礫巖段。底礫巖段主要沉積特征有:①礫巖,成分復(fù)雜。陸源巖塊由中—粗礫等不同礫級的礫石組成,磨圓度好,大小混雜分選差,顆粒支撐,塊狀構(gòu)造,向上變細(xì)為細(xì)礫巖,中夾砂泥巖薄層和砂巖透鏡體;②顏色不均,以紫褐色為主,向上常變?yōu)榫G灰、褐灰色;③底部為中—粗礫巖;④化石貧乏。因此,該段地層屬沖積扇沉積。下部綠色泥巖、砂巖段主要沉積特征有:①干酪根顯微組分含量相對較高,干酪根顯微組分中常見葡萄球藻等藻類、疑源類化石及無定型體干酪根;②與下伏底礫巖為連續(xù)的礫-砂-泥正旋回組合;③中部綠灰—深綠灰色泥巖中夾泥灰?guī)r透鏡體;④頁巖、粉砂巖頻繁互層,產(chǎn)葉肢介等化石;⑤頂部為灰褐—暗紫紅色塊狀泥巖;⑥在下綠段頂部和下紅段底部發(fā)現(xiàn)干裂構(gòu)造和流水波痕。因此該段沉積環(huán)境為沖積扇廢棄之后的洪泛平原沉積。在有利的沉降大于補(bǔ)償條件下,發(fā)育了短暫的洪泛平原淡水湖泊沉積。下部紫紅色砂、礫巖夾泥巖段主要沉積特征有:①化石貧乏,干酪根顯微組分含量低,并以絲質(zhì)體為主;②礫巖、砂巖和泥巖為紅層,二者組成正韻律半旋回的二元結(jié)構(gòu);③砂礫巖底部具沖刷面,砂礫巖發(fā)育有交錯層理、粒度分選的洪積層理和沖刷間斷活化面,礫砂分布不均,分選差,總的趨勢向頂部變細(xì);④砂礫巖頂部缺少與之變細(xì)的小型砂紋層理;⑤紫紅色塊狀泥巖層理不顯,主要發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核,呈砂姜構(gòu)造。故本段沉積環(huán)境為近源辮狀三角洲平原或辮狀沖積平原組合。上部綠色泥巖、砂巖段主要沉積特征有:①干酪根顯微組分組合特點(diǎn)類似下段;②砂巖、粉砂巖與泥巖頻繁互層,泥巖中產(chǎn)介形蟲、葉肢介及大量孢粉等化石,介形類化石主要為生活于淡水湖泊中的Darwinula;③該段頂部砂巖層面上發(fā)育有不對稱波痕和流水波痕;④粉砂巖、泥巖中偶見鈣質(zhì)結(jié)核。故本段沉積環(huán)境為洪泛平原淡水湖泊沉積。上部紫紅色砂、礫巖夾泥巖段主要沉積特征有:①化石貧乏,干酪根顯微組分含量低,干酪根顯微組分以絲質(zhì)體為主,上紅段部分樣品中見有一定數(shù)量孢粉及葡萄球藻等藻類化石,個別樣品干酪根顯微組分中孢粉體含量高達(dá)78.0%,孢粉組合中蕨類植物孢子占有較大比例(49.6%);②礫巖、砂巖和泥巖為紅層,二者組成正韻律半旋回的二元結(jié)構(gòu);③礫巖底部具沖刷面,砂礫巖呈楔狀體,砂礫突變明顯,其上發(fā)育交錯層理或大型斜交層理;④紫紅色泥巖中富含鈣質(zhì)結(jié)核,呈砂姜狀構(gòu)造。故本段沉積環(huán)境為辮狀三角洲平原沉積。古氣候孢粉組合以Taeniaesporites等具肋雙氣囊花粉非常發(fā)育為主要特征。依據(jù)孢粉組合特點(diǎn)、孢粉化石的親緣關(guān)系及植物生態(tài)習(xí)性,推測其沉積時期植物群中的種子蕨綱、松柏類植物以及蘇鐵、銀杏類植物比較繁盛,少量出現(xiàn)楔葉綱、真蕨綱的紫萁科、石松科、雙扇蕨科和卷柏科植物。沉積時期的古氣候?yàn)榘敫珊档臒釒?、亞熱帶型氣候。下綠段和上綠段沉積時期氣候相對潮濕一些,而下紅段和上紅段沉積時期氣候相對干旱一些。3.2蕨類植物相對形態(tài)沉積環(huán)境該組下段下部干酪根顯微組分含量較低,為貧乏到中等,干酪根顯微組分以絲質(zhì)體為主,鏡質(zhì)體亦占有較大比例,殼質(zhì)體很少,缺乏腐泥組干酪根。下段上部和上段下部干酪根顯微組分含量增高,為中等至高。干酪根顯微組分中殼質(zhì)組明顯增加,其中孢粉體占有較大的比例,最高含量達(dá)67.0%,藻類化石開始少量出現(xiàn),孢粉化石中蕨類植物孢子占有較大比例。根據(jù)干酪根顯微組分組合及沉積特征分析,本段沉積環(huán)境為濱—淺湖相沉積。上段上部標(biāo)志層的干酪根顯微組分含量為高,并以殼質(zhì)體(37.0%～53.0%)為主,葡萄球藻等藻類體和無定型體亦占有一定比例,最高達(dá)32.5%,孢粉組合中以具囊松柏類花粉占絕對優(yōu)勢。本段沉積環(huán)境為淺湖到半深湖相沉積。古氣候克拉瑪依組下段孢粉組合以Punctatisporites等光面三縫孢子最為發(fā)育,Aratrisporites出現(xiàn)頻繁,并具較高的含量,裸子植物花粉中以Alisporites占優(yōu)勢為主要特征。依據(jù)孢粉組合特點(diǎn)、孢粉化石的親緣關(guān)系及植物的生態(tài)習(xí)性,推測克拉瑪依組沉積時期的孢粉植物群與俄霍布拉克組沉積時期存在比較明顯的區(qū)別,孢粉植物群中楔葉綱、石松綱、和真蕨綱植物的孢子明顯增加,并成為植物群中優(yōu)勢分子,種子蕨類植物明顯衰退。Taeniaesporites等具肋雙氣囊花粉大量減少,石松綱植物比較繁盛,反映這一沉積時期的古氣候已由半干旱氣候轉(zhuǎn)化為半潮濕、潮濕型氣候。早期為半潮濕型氣候,并出現(xiàn)短暫的半干旱氣候,晚期為半潮濕、潮濕型氣候。3.3關(guān)于蕨類植物相對形態(tài)的沉積特征及植物種類沉積環(huán)境庫車河剖面黃山街組一段主要為一套砂、礫巖,未分析樣品;二段和三段干酪根顯微組分中孢粉體和角質(zhì)體非常發(fā)育,部分樣品中還見有藻類及無定型干酪根;四段Ⅰ亞段大套灰、深灰、黑灰色厚層、塊狀泥巖中干酪根顯微組分以絲質(zhì)體(3.0%～94.0%)或短軸型的鏡質(zhì)體(6.0%～87.5%)為主,孢粉化石貧乏;四段Ⅱ亞段孢粉化石及植物角質(zhì)層開始增多,在頂部樣品中見大量已炭化的蕨類植物孢子。綜合黃山街組的主要沉積特征,推測黃山街組二段沉積時期湖盆面積相對較小,庫車河地區(qū)可能為濱淺湖沉積;三段沉積時期湖盆縮小,庫車河地區(qū)為三角洲平原分流河道和分流間沉積;四段Ⅰ亞段湖盆面積擴(kuò)大,水體變深,為半深湖、深湖環(huán)境;四段Ⅱ亞段為三角洲前緣、三角洲平原分流河道及分流間湖泊、沼澤沉積。黃山街組二段至四段沉積環(huán)境的變化趨勢為:湖泊面積由小→大→小,湖水由淺→深→淺,沉積區(qū)離湖岸由近→遠(yuǎn)→近。古氣候庫車河剖面黃山街組二、三段蕨類植物孢子中Cyclogranisporites等具紋飾三縫孢子的含量超過Punctatisporites等光面三縫孢子,裸子植物花粉中無肋雙氣囊花粉、單脊雙囊粉和無口器類花粉均比較發(fā)育。依據(jù)孢粉組合特點(diǎn)、已知孢粉化石的親緣關(guān)系及植物的生態(tài)習(xí)性,推測黃山街組沉積時期的植物群松柏類植物中的松科、羅漢松科和南美杉科比較發(fā)育,少量出現(xiàn)真蕨綱紫萁科、雙扇蕨科、石松綱及蘇鐵綱、種子蕨綱植物。南美杉科、杉科植物分布于熱帶、亞熱帶地區(qū),喜溫暖潮濕氣候。反映該組沉積時期的氣候較為濕潤,為溫暖潮濕的熱帶、亞熱帶型氣候。3.4蕨類植物相對豐富沉積環(huán)境塔里奇克組干酪根顯微組分含量高,殼質(zhì)組孢粉體和角質(zhì)體占有很大比例,孢粉體(包括已炭化的孢粉化石)中蕨類植物孢子比較發(fā)育,角質(zhì)體中見有大塊葉子上表皮(具氣孔器)或下表皮殘片;鏡質(zhì)組干酪根以結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主,常見長條形裸子植物管胞;絲質(zhì)體干酪根中部分為已炭化的蕨類植物孢子。根據(jù)干酪根顯微組分組合及沉積特征分析,本段沉積環(huán)境為辮狀三角洲平原環(huán)境,近源—中源的辮狀三角洲平原分支河道與分流間湖泊—沼澤形成多旋回韻律性變化。古氣候塔里奇克組蕨類植物孢子中Osmundacidites等具紋飾三縫孢子的含量超過光面三縫孢子,裸子植物花粉中以Alisporites等無肋雙氣囊花粉居多,原始松柏類花粉和Quadraeculina等侏羅紀(jì)孢粉組合中的重要分子或常見分子開始在組合中頻繁出現(xiàn)。依據(jù)孢粉組合特點(diǎn)、已知孢粉化石的親緣關(guān)系及植物的生態(tài)習(xí)性,推測塔里奇克組沉積時期的植物群松柏類植物中的松科、羅漢松科和南美杉科以及蕨類植物中的紫萁科比較繁盛,少量出現(xiàn)真蕨綱桫欏科、雙扇蕨科、石松綱及蘇鐵綱、原始松柏類植物。反映該組沉積時期古氣候?yàn)闇嘏睗竦膩啛釒蜌夂颉?.5剖面及沉積特征沉積環(huán)境阿合組暗色泥巖、炭質(zhì)泥巖中干酪根顯微組分含量高,顯微組分中殼質(zhì)組孢粉體和角質(zhì)體占有很大比例,角質(zhì)體中見有大塊葉子表皮殘片;鏡質(zhì)組干酪根以結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主,常見長條形裸子植物管胞。綜合庫車河剖面阿合組主要沉積特征資料,推測阿合組為中—近源辮狀河流沉積。古氣候阿合組孢粉組合中蕨類植物孢子以O(shè)smundacidites等紫萁科孢子居多,少量出現(xiàn)桫欏科、雙扇蕨科、里白科和水蘚科等孢子;裸子植物花粉中以Pinuspollenites等松柏類花粉及Protoconiferus等原始松柏類花粉占優(yōu)勢,常見Cycadopites等單溝花粉及Cerebropollenites等。依據(jù)孢粉組合特點(diǎn)、孢粉化石的親緣關(guān)系及植物的生態(tài)習(xí)性,推測阿合組沉積時期的植物群中松柏類和原始松柏類植物比較發(fā)育,少量出現(xiàn)真蕨綱紫萁科、桫欏科、雙扇蕨科、石松綱及蘇鐵綱植物,古氣候?yàn)闇嘏睗竦膩啛釒А瘻貛蜌夂颉?.6植物屬植物的結(jié)構(gòu)特征沉積環(huán)境陽霞組下段暗色泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤巖中干酪根顯微組分含量高,大部分樣品的顯微組分中殼質(zhì)組已成為主要成分。角質(zhì)體中見有大塊葉子表皮殘片,部分層段見有成堆保存的蕨類植物孢子;陽霞組上段(標(biāo)志層段)含豐富的孢粉化石,主要為松柏類具囊花粉。綜合沉積特征資料,推測陽霞組下段為中源水系形成的曲流—網(wǎng)狀水系沖積平原,屬三角洲平原相;上段沉積環(huán)境屬于低能弱水動力條件—靜水滯留環(huán)境下形成的淡水湖泊沉積,為潮濕氣候條件和源區(qū)準(zhǔn)平原化和沉積區(qū)穩(wěn)定沉降相適應(yīng)的條件下形成了的湖泊沉積。古氣候陽霞組孢粉組合中蕨類植物孢子以桫欏科孢子或Osmundacidites等具顆粒狀紋飾的三縫孢子居多,裸子植物花粉中以Pinuspollenites等松科花粉最為發(fā)育,并見有大量的Concentrisporitespseudosulcatus,部分樣品中見Kuqaia等疑源類化石,少數(shù)樣品中Classopollis占有一定的比例。依據(jù)孢粉組合、已知孢粉化石的親緣關(guān)系及植物的生態(tài)習(xí)性,推測陽霞組沉積時期的植物群中真蕨綱的桫欏科、紫萁科及松柏類和原始松柏類植物比較發(fā)育,少量出現(xiàn)真蕨綱雙扇蕨科、石松綱及蘇鐵綱植物,古氣候仍為溫暖潮濕的亞熱帶—暖溫帶型氣候,短期出現(xiàn)相對干熱的氣候。3.7克孜勒姆氏體的優(yōu)勢沉積環(huán)境克孜勒努爾組暗色泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤巖中干酪根顯微組分含量高,大部分樣品殼質(zhì)組為干酪根顯微組分中的主要成分,角質(zhì)體中見有大塊比較薄的葉子表皮殘片。綜合沉積特征資料,推測克孜勒努爾組下段的沉積環(huán)境應(yīng)為三角洲平原沉積;上段主要為河漫湖泊和岸后沼澤相及分流間的湖泊沼澤相二者組成潮濕環(huán)境下中源水系形成的沖積平原沉積。古氣候克孜勒努爾組孢粉組合蕨類植物孢子中Cyathidiles等桫欏科孢子極為繁盛,并伴有豐富的Osmundacidites等;裸子植物花粉中以松科、羅漢松科花粉非常發(fā)育,Perinopollenites等花粉亦占有較大比例。依據(jù)孢粉組合、已知孢粉化石的親緣關(guān)系及植物的生態(tài)習(xí)性,推測克孜勒努爾組沉積時期的植物群中真蕨綱的桫欏科、紫萁科及松柏類和原始松柏類植物比較發(fā)育,少量出現(xiàn)石松綱石松科、卷柏科、真蕨綱蚌殼蕨科、里白科和蘚綱水蘚科及蘇鐵綱植物。古氣候仍為溫暖潮濕的亞熱帶—暖溫帶型氣候。3.8細(xì)胞發(fā)育特征結(jié)果沉積環(huán)境恰克馬克組下段至中段下部暗色泥巖中干酪根顯微組分含量較高,組分中藻質(zhì)體和無定型體占有較大比例,在部分樣品中成為主要成分,殼質(zhì)組孢粉體和角質(zhì)體亦比較發(fā)育;恰克馬克組中段上部至上段干酪根顯微組分中殼質(zhì)組明顯減少,腐泥組基本消失,鏡質(zhì)組增加,惰性組絲質(zhì)體開始大量出現(xiàn),并成為顯微組分中的優(yōu)勢成分。根據(jù)這些沉積特征,推測恰克馬克組下段—中段沉積環(huán)境為濱淺湖相,上段向三角洲平原過渡。古氣候恰克馬克組孢粉組合中Classopollis非常發(fā)育,常見Pinuspollenites等松科、羅漢松科花粉,蕨類植物孢子含量低,類型單調(diào);Botryococcus等藻類、疑源類化石在該組下部大量出現(xiàn)。依據(jù)孢粉組合、已知孢粉化石的親緣關(guān)系及植物的生態(tài)習(xí)性,推測恰克馬克組沉積時期的孢粉植物群中松柏類中的掌鱗杉科、松科和羅漢松科植物比較發(fā)育,少量出現(xiàn)石松綱石松科、卷柏科、真蕨綱桫欏科、紫萁科、蚌殼蕨科、里白科和海金砂科及松柏類的南美杉科、杉科、蘇鐵綱植物。推測恰克馬克組沉積時期氣候向干熱轉(zhuǎn)化,為亞熱帶半干旱—半潮濕型氣候。3.9齊古組下孢粉組合及種類沉積環(huán)境齊古組除在下部個別樣品外干酪根顯微組分含量均很低,類型單調(diào),主要為惰性組絲質(zhì)體,少量出現(xiàn)鏡質(zhì)體,偶見殼質(zhì)組孢粉體和角質(zhì)體。綜合主要沉積特征資料,推測該組為寬廣的洪泛盆地或洪泛平原環(huán)境下形成的洪泛湖泊環(huán)境。古氣候齊古組孢粉化石貧乏,只在庫車河剖面該組下部個別樣品中有一定數(shù)量的孢粉化石,孢粉組合蕨類植物孢子中以桫欏科孢子為主,裸子植物花粉中以Classopollis(36.0%)居多,常見綠藻門化石Schizosporis。依據(jù)孢粉組合、孢粉化石的親緣關(guān)系及植物的生態(tài)習(xí)性,推測齊古組下部沉