甘蒙交界北山地区早白垩世地层梳理及时代归属新见*
张明震1, 刘国龙1, 戴霜2, 陈世强3, 李爱静2, 交巴顿珠1, 张静2, 林少华2
1 中国科学院西北生态环境资源研究院,甘肃兰州 730000
2 兰州大学地质科学与矿产资源学院,甘肃兰州 730000
3 甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院,甘肃酒泉 735000

第一作者简介 张明震,男,1984年生,2014年获兰州大学理学博士学位,现为中国科学院西北生态环境资源研究院副研究员,硕士生导师,主要从事石油天然气地质与微体古生物学研究。E-mail: zhangmzh08@lzb.ac.cn

摘要

甘肃和内蒙交界的北山地区早白垩世发育众多小型内陆沉积盆地,富含煤、铀、油气等能源资源,但由于该地区岩石地层系统划分较为混乱、时代归属不清,从而制约了近年来的大规模资源勘探工作。本研究基于众多钻孔及露头剖面的沉积序列特征和孢粉等古生物资料,系统清理了该地区的下白垩统归属关系,建议将该地区的下白垩统老树窝群划分为3个组,自下而上依次为驼马滩组、甜水井组(新名)以及马鬃山组(新名),驼马滩组和甜水井组呈不整合接触。驼马滩组以灰黑色、深灰绿色含煤泥岩、粉砂岩及粗砂岩为主,含早白垩世早期孢粉 Aequitriradites,但早白垩世中晚期繁盛的 Cicatricosisporites含量极低且类型单调,指示驼马滩组的时代为早白垩世早期(大致为贝里阿斯期晚期至瓦兰今期早期)。甜水井组以灰绿色泥岩、粉砂岩为主, Ephedripites Cicatricosisporites等孢粉含量丰富且类型多样,指示其时代为早白垩世中期(大致为欧特里夫期至巴雷姆期)。马鬃山组以紫红色、浅灰色粉砂岩为主,含有少量三沟类早期被子植物花粉化石,指示其时代为早白垩世晚期(可能为阿普特期至阿尔布期)。以上研究初步整理了甘、蒙交界北山地区下白垩统地层系统,可为后期资源勘探、基础地质研究等工作提供参考。

关键词: 北山地区; 早白垩世; 孢粉化石; 岩石地层; 生物地层学
中图分类号:P534.53 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2023)02-0497-14
New scheme for subdivision and age determination of the Lower Cretaceous of Beishan area near Gansu-Inner Mongolia border,China
ZHANG Mingzhen1, LIU Guolong1, DAI Shuang2, CHEN Shiqiaing3, LI Aijing2, JIAO-BA Dunzhu1, ZHANG Jing2, LIN Shaohua2
1 Northwest Institute of Eco-Environment and Resources,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China
2 School of Earth Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000, China
3 Fourth Institute of Geological and Mineral Exploration of Gansu Provinical Bureau of Geology and Mineral Resourses,Gansu Jiuquan 735000,China

About the first author ZHANG Mingzhen,born in 1984,received a doctorate degree from Lanzhou University in 2014. Now,he is an associate researcher and master supervisor of the Oil and Gas Resources Research Center of the Northwest Institute of Eco-Environment and Resources,Chinese Academy of Sciences,and is mainly engaged in oil and gas geology and geochemistry research. E-mail: zhangmzh08@lzb.ac.cn.

Abstract

Many small inland sedimentary basins,rich in coal,uranium,hydrocarbon and others, developed during the Early Cretaceous in Beishan area at the Gansu and Inner Mongolia border area. However,the chaotic subdivision of lithological stratigraphic systems and unclear age determination have seriously hindered resource exploration in recent years. Based on the stratigraphical and palynological data collected from boreholes and outcrop sections,the Lower Cretaceous Laoshuwo Group of this area was divided into three formations in an ascending order,including the Tuomatan Formation,the Tianshuijing Formation(a new name)and the Mazongshan Formation(a new name). The former two formations are probably in an unconformity contact. The Tuomatan Formation is mainly composed of dark gray,dark gray-green coal-bearing mudstone,siltstone and coarse sandstone,containing Aequitriradites that are common in the early Early Cretaceous. Cicatricosisporites that are more common in middle Early Cretaceous are rare in the Tuomatan Formation indicating the age of this formation is the earliest Early Cretaceous(probably late Berriasian to early Valanginian). The Tianshuijing Formation is characterized by gray-green fine-grained mudstone and siltstone,and rich in Ephedripites and Cicatricosisporites,indicating an age of middle Early Cretaceous(probably Hauterivian-Barremian). The Mazongshan Formation is characterized by purple-red,light-gray fine-grained siltstone,in which a few tricolpate pollen records of early angiosperms indicate a late Early Cretaceous age(probably Aptian-Albian). This new stratigraphic system in the Beishan area at the Gansu and Inner Mongolia border area will provide reference for later resource exploration and basic research.

Key words: Beishan area; Early Cretaceous; sporopollen fossils; lithological stratigraphy; biostratigraphy

北山地区地处甘肃省西北部和内蒙古西部交界, 一般是指西自玉门关, 经瓜州、桥湾、旧寺墩至鼎新一线的以北区域(图1), 该地区富含各类矿产资源, 长期以来被作为地质矿产勘查的重要区块(牛海青等, 2021; 魏万鸿, 2021; 戴鹏飞等, 2022; 牛霆等, 2022)。该地区下白垩统富含铀、油气、煤等能源矿产。随着中国对能源矿产资源的需求逐渐上升, 根据早期在公婆泉盆地老树窝群下岩组、中口子盆地下白垩统额济纳组发现的煤及油气资源线索(李祖望等, 1993; 仁和爱和李刚, 2005), 近年来对该地区下白垩统进行了大量煤、油气、铀矿等能源资源基础调查和研究工作, 目前在中口子盆地、公婆泉盆地和黑鹰山盆地下沟组发现了潜力较大的铀矿化层(戴鹏飞等, 2022; 牛霆等, 2022)。初步发现这些能源矿产资源主要分布于北山地区的下白垩统河湖相沉积中, 但由于该地区的下白垩统地层系统划分混乱, 因此针对这套地层的沉积序列、地层时代以及含矿层分布的认识亟待深入。

图1 甘蒙交界北山地区概略地质图(据张明震, 2014; 牛霆等, 2022; 有修改)Fig.1 Geological map of Beishan area near Gansu-Inner Mongolia border(modified from Zhang, 2014; Niu et al., 2022)

北山地区下白垩统最早被甘肃省煤管局145队命名为老树窝群, 这一划分方案被研究者广泛采用(宋杰己, 1993; 闫存凤等, 2001), 但其岩石地层系统并不完善, 缺少组的划分。几乎同期, 内蒙古自治区地质矿产局(1991)将北山地区下白垩统与临近的酒泉盆地的相关地层作对比, 命名为新民堡群, 其后曾一度被采用(唐烽等, 1998; Tang et al., 2001; 黎文本, 2010)。甘肃煤田地质队在北山地区针对下白垩统开展的大量含煤地层划分工作, 将其命名为驼马滩组(李祖望等, 1993)。华北石油地质局规划设计研究院将临近的额济纳旗西部坳陷的井下地层自上而下划分为塞乌苏组、额济纳组和麻木乌苏组(王鑫甫等, 1999)。因此, 关于北山地区下白垩统的地层划分目前仍然没有得到系统的梳理, 同层不同名的现象比较普遍, 严重阻碍了该地区基础地质调查、资源勘探以及基础地球科学研究的开展。基于此, 依据众多钻孔及露头剖面的沉积序列特征和孢粉等古生物资料, 笔者系统清理了该地区下白垩统的归属关系, 并建议将下白垩统老树窝群划分为3个组, 自下而上依次为驼马滩组、甜水井组(新名)以及马鬃山组(新名)。

1 地质背景

北山地区地处哈萨克斯坦板块、华北板块和塔里木— 卡拉库姆板块三大次级板块的交汇处, 属于天山— 兴蒙造山褶皱带的西南部分(左国朝和何国琦, 1990; 龚全胜等, 2003; 左国朝等, 2003; 何世平等, 2005)。经过前寒武纪古大陆裂解, 从古生代开始北山地区经历了多期洋— 陆转换造山运动(张新虎等, 1993), 最后发生陆内构造演化, 至古生代末期结束海相演化历史(何世平等, 2002, 2005)。在前中生界变质岩及加里东期、华力西期和燕山期酸性— 中酸性侵入岩基底之上(牛霆等, 2022), 自中生代开始, 北山地区进入相对稳定的陆内盆地演化阶段, 其中早白垩世形成众多内陆小型盆地(彭楠, 2013), 包括公婆泉、马鬃山、中口子、俞井子、算井子等盆地(图1)。

在大地构造背景方面, 与北山地区邻近的酒泉盆地属于祁连山北缘逆冲断裂带和阿拉善地块, 两者之间被北山断裂分开, 具有截然不同的地质构造演化背景。有研究者将甘、蒙、青地区下白垩统地层分布划分为几大分区, 专门将北山地区独立分组, 而酒泉盆地则属于祁连— 河西走廊地层分区(陈启林等, 2005)(图1)。因此, 北山地区在构造属性及沉积特征上与相邻其他盆地(如酒泉盆地)存在很大差异。

2 北山盆地群下白垩统分布及沉积特征

甘蒙北山地区新生代以来构造相对稳定, 下白垩统地表出露相对较差, 但层序发育较全, 富含多门类古生物化石, 与下伏中— 下侏罗统或其他古老地层呈角度不整合, 局部与上覆古近系呈平行不整合接触(彭楠, 2013)。近年来, 因资源勘探工作需要实施了大量钻孔工程, 完好揭露了各盆地的下白垩统序列。本研究结合地表出露的少量地层剖面, 对北山盆地群下白垩统地层进行系统整理。根据各盆地沉积序列特征以及生物化石组合对比, 认为下白垩统自下而上可划分为3套岩石地层组合: 下部以含煤线灰黑色、灰绿色泥岩和粗碎屑浅灰色砂岩、砾岩为特征, 富含植物、昆虫、孢粉化石; 中部以灰绿色、浅灰色泥岩、粉砂岩为特征, 顶部灰黑色泥岩层富含孢粉、植物、昆虫化石; 上部以红色细碎屑岩沉积为特征, 富含恐龙、龟等化石。这3套岩石地层组合在生物化石内容、沉积特征上不同, 并且与相邻沉积盆地的下白垩统差别较大, 因此笔者建议将老树窝群细分为3个组, 自下而上分别是驼马滩组、甜水井组(新名)和马鬃山组(新名), 各自的层型剖面位置及沉积特征分别叙述如下。

2.1 驼马滩组

驼马滩组地表露头不全, 主要露头剖面为公婆泉盆地中部的露天煤矿矿坑, 以灰黑色含煤碳质泥岩为主。完整沉积序列被公婆泉盆地中部的K705钻孔剖面揭露(图1), 自下而上可被划分3段(图2)。下段以灰绿色砂岩、砂泥岩为主, 夹有灰色泥岩, 底部为灰色砾岩、砂岩, 含有丰富炭屑、孢粉化石; 松柏类双囊花粉有Cedripites, Paleoconiferus, Piceaepollenites, Piceites, Pinuspollenites, Podocarpidites, Protoconiferus, Protopinus, Pseudopicea, Pseudopinus, Parvisaccites, Rugubivesiculites, 杉科花粉有Concentrisporites, Perinopollenites, Spheripollenites, 其他类裸子植物花粉有Callialasporites, Cerebropollenites, Chasmatosporites, Cycadopites, Jiaohepollis, Psophosphaera; 蕨类植物孢子丰富, 主要是Cyathidites(平均11%)和Deltoidospora(平均15%), 其他常见类型有Laevigatosporites, Lycopodiumsporites, Neoraistrickia, Osmundacidites等, Aequitriradites, Cicatricosisporites, Pilosisporites仅零星出现。中段以深灰色泥岩、砂岩为主, 夹有数层煤层, 底部为灰绿色泥岩, 含丰富的植物大化石、孢粉及炭屑化石, 孢粉化石组合特征与下段相似。上段以灰绿色含砾砂岩、砂质泥岩为主, 夹灰色砂泥岩, 含孢粉化石, 孢粉化石组合特征与下段相似。

图2 甘蒙北山地区下白垩统驼马滩组岩性序列(据张明震, 2014)及其典型层位照片
1-3— 驼马滩组出露地层; 4— 驼马滩组木炭照片; 5-6— K705钻孔驼马滩组岩心照片
Fig.2 Lithological sequence and typical outcrops and drill core sediments of the Lower Cretaceous Tuomatan Formation
in Beishan area of Gansu-Inner Mongolia

驼马滩组的岩石地层定义较为混乱。甘肃省煤管局145队最早将该套地层命名为老树窝群(宋杰己, 1993), 之后李祖望等(1993)将其命名为“ 驼马滩组” 。近期的地质调查报告也曾将其称之为赤金堡组。该套地层与俞井子盆地、算井子盆地出露的以红色粉砂岩为主的马鬃山组沉积特征明显不同, 与中口子盆地以浅灰色、灰绿色泥质、泥灰质细粒为主的甜水井组也显著不同, 特别是孢粉化石组合差异明显(见下文详细论述)。因此, 在文中延续李祖望等(1993)的建议, 将该套地层称为驼马滩组。

驼马滩组下伏地层为以浅灰色、灰红色泥岩、粉砂岩为主的上侏罗统沙枣河组, 后者的孢粉组合以绝对含量的Classopollis为特征(张明震, 2014), 明显不同于驼马滩组孢粉组合。由于中口子盆地钻孔均没有穿透甜水井组地层, 因此驼马滩组与上覆的甜水井组接触关系并不十分清楚。而在公婆泉盆地钻孔剖面和煤矿矿坑剖面, 其上覆地层均为第四系松散沉积物, 没有发现类似甜水井组沉积的出露。另外, 两者在生物化石组合及其地层时代关系上差别显著, 因此推测驼马滩组和上覆甜水井组之间为不整合接触。

2.2 甜水井组(新名)

甜水井组沉积连续稳定, 但地表露头较少, 仅在中口子盆地东部出露少量顶部沉积。整体以浅灰色、灰绿色泥质、泥灰质细粒沉积为主(图3), 局部夹灰黑色页岩, 偶见叶肢介化石及植物大化石碎片, 孢粉化石丰富; 有松柏类双囊花粉Cedripites, Paleoconiferus, Piceaepollenites, Piceites, Pinuspollenites, Podocarpidites, Protoconiferus, Protopinus, Pseudopicea, Pseudopinus等, 杉科花粉Concentrisporites, Perinopollenites, Spheripollenites, 其他类裸子植物花粉Ephedripites, Callialasporites, Cerebropollenites, Chasmatosporites, Cycadopites, Jiaohepollis; 蕨类植物孢子丰富, 常见类型有Cyathidites, Deltoidospora, Cicatricosisporites, Leptolepidites, Laevigatosporites, Lycopodiumsporites, Neoraistrickia, Osmundacidites等。上述岩性特征及生物化石组合指示其为浅湖至半深湖沉积。在盆地边缘发育厚层黑色碳质页岩夹灰黄色砂岩薄层, 含植物大化石及昆虫化石(Ren et al., 2022), 指示滨湖沼泽沉积。该套地层最早被认为与公婆泉盆地的驼马滩组含煤粗碎屑沉积建造同属一套地层, 统一命名为老树窝群(宋杰己, 1993), 近年来又被称之为新民堡群(牛霆等, 2022; Ren et al., 2022)。该套地层与俞井子盆地、算井子盆地出露的以浅红色粉砂岩为主的马鬃山组沉积特征明显不同, 与公婆泉盆地的含煤粗碎屑沉积建造也不同(图2)。该套地层的顶部沉积出露于中口子盆地东部, 而该地被当地居民称之为甜水井, 因此文中将其新命名为甜水井组。甜水井组下伏地层为驼马滩组, 两者接触关系推测为不整合接触; 上覆地层为马鬃山组, 两者呈整合接触。甜水井组下部主要沉积序列被盆地内多口全取心钻孔岩心剖面揭露, 总厚约300 m, 未见底, 而完整沉积序列被中口子盆地东部的Uzk-3钻孔剖面揭露。该套地层自上而下的详细沉积序列描述如下:

图3 甘蒙北山地区下白垩统甜水井组岩性序列及其典型层位照片
1— 甜水井组露头照片; 2-3— Uzk-3钻孔甜水井组岩心照片
Fig.3 Lithological sequence and typical outcrops and drill core sediments of the Lower Cretaceous Tianshuijing Formation inBeishan area of Gansu-Inner Mongolia

甜水井组 总厚: 320.3 m

1. 青灰色泥岩, 发育层理, 含孢粉 9.4 m

2. 灰白色泥岩, 上部泥岩和页岩渐变明显(4.9 m), 下部为泥岩夹页岩(10.5 m), 含孢粉 15.4 m

3. 灰黄色泥岩夹青灰色页岩 3.8 m

4. 青灰色泥岩夹红色泥岩, 其中灰黄色泥岩渐变为红色泥岩, 青灰色泥岩层理发育为页理, 表面附有叶肢介化石 4.7 m

5. 灰白色泥岩, 上部发现多处明显层理, 下部泥岩夹中— 细粒砂岩 10 m

6. 青灰色泥岩, 发育层理(5 m), 向下出现灰绿色泥岩(4.8 m), 含孢粉 9.8 m

7. 灰白色泥岩, 上部发育多处红色泥岩, 向下白色变暗, 出现层理 19.2 m

8. 青灰色泥岩, 上部有机质含量高, 夹中— 细粒砂岩(19.7 m), 向下颜色变浅, 水平层理发育(8.9 m) 38.6 m

9. 灰绿色泥岩夹灰白色泥岩, 层理发育, 上部岩层夹中— 细粒砂岩(4.8 m) 38 m

10. 灰黄色泥岩, 呈土块状, 无层理, 含孢粉 9.4 m

11. 灰色泥岩, 中部有机质含量少, 颜色偏黄(5.1 m), 下部夹灰黄色泥岩(4.7 m), 含孢粉 38.3 m

12. 青灰色泥岩, 上部未见层理发育, 下部新鲜面为黄色泥质 9.4 m

13. 灰色泥岩, 上部无明显特征(4.8 m), 中部、下部层理发育(23.5 m) 28.3 m

14. 灰色泥页岩, 页理发育, 含孢粉 9.5 m

15. 青灰色泥页岩, 上部页理极其发育(14.5 m), 下部现植物化石(4.6 m) 19.1 m

16. 灰绿色泥岩, 发育层理 4.6 m

17. 灰黄色泥岩, 未见明显特征 4.7 m

18. 灰色泥岩, 上部和下部层理发育, 中间夹有小层灰黄色泥岩(5.1 m), 含孢粉 19.7 m

19. 青灰色泥页岩, 页理发育 4.9 m

20. 灰色泥岩, 上部易碎, 夹有薄层灰黄色泥岩(8.9 m), 下部无明显特征(14.6 m) 23.5 m

2.3 马鬃山组(新名)

下白垩统马鬃山组在北山盆地群中均有广泛分布, 在算井子盆地和俞井子盆地(图1)出露良好、沉积厚度最大。完整沉积序列由Tang 等(2001)在算井子盆地东部野外露头A剖面揭露。根据算井子盆地露头A剖面岩性序列变化, 其自下而上可被划分为3个岩性段(图4): 下段以浅红色粗砂岩、砾岩夹细砂岩、粉砂岩和少量泥岩等为特征, 含有大量脊椎动物化石, 厚38 m; 中段以块状灰色粉砂岩和钙质泥岩为主, 含有红色钙质结核和菌管, 见丰富植物碎片和无脊椎动物化石以及大量恐龙骨骼化石, 厚58 m; 上段以厚层浅红色粉砂岩、泥岩夹粗砂岩为主, 未发现化石, 厚63 m。

图4 甘蒙北山地区下白垩统马鬃山组岩性序列(据Tang et al., 2001)及其典型层位照片
1— 马鬃山组地层露头照片; 2— 马鬃山组钻孔岩心照片。化石左侧箭头指示化石所在具体层位
Fig.4 Lithological sequence and typical outcrops and drill core sediments of the Lower Cretaceous Mazongshan Formation in Beishan area of Gansu-Inner Mongolia

该套地层在俞井子盆地也出露较好。俞井子盆地下白垩统露头揭示其主要以红色砂岩、粉砂岩夹泥岩为主, 岩性序列特征和算井子盆地下白垩统沉积相似, 均含有恐龙骨骼化石碎片(Tang et al., 2001; 李大庆, 2008)。在早期脊椎动物化石调查研究中, 该套地层曾被称之为新民堡群(Tang et al., 2001; 李大庆, 2008)。除了极具特征的红色粗碎屑沉积建造以外, 该套地层还富含脊椎动物化石组合, 这也明显异于底部含煤建造的植物大化石以及中部细碎屑岩建造的植物、昆虫化石组合(图3)。该套地层主要出露于马鬃山地区, 已发掘出丰富的大型脊椎动物恐龙化石, 如马鬃龙(Equijubus)(Tang et al., 2001), 故文中将其命名为马鬃山组。

除了俞井子盆地和算井子盆地外, 马鬃山组在北山盆地群东部也有分布。在东部的中口子盆地东缘出露马鬃山组的底部沉积, 以浅红色钙质泥岩夹粉砂岩、砂岩为主, 与下部的甜水井组呈整合接触关系。马鬃山组上部与第四系松散沉积物呈不整合接触。

3 北山盆地群下白垩统时代归属
3.1 驼马滩组地层时代

关于驼马滩组的时代, 本研究利用公婆泉盆地资料, 针对以往的孢粉地层学研究进行进一步讨论。该套地层孢粉组合总体以裸子植物花粉(约60%)和蕨类植物孢子(约40%)为主, 裸子植物以松柏类花粉(约31%)和杉科花粉(20%)为主, 未见被子植物花粉(张明震, 2014)。

首先, 在孢粉组合中出现了少量类型单调的 Cicatricosisporites, 而大量研究表明Cicatricosisporites出现于侏罗系与白垩系界线之上, 在白垩纪最早期个体数量稀少且类型单调, 至白垩纪中晚期数量增多且种类丰富(余静贤等, 1982; 黎文本, 1984)。其次, Aequitriradites 在孢粉组合中仅见1种, 且含量较少, 而该属在早白垩世中晚期的地层中较为繁盛且类型丰富(如Li and Liu, 1994)。此外, 孢粉组合中还发现了 Rugubivesiculites, 其属于现已灭绝的松柏类花粉类型, 虽然在三叠纪和早侏罗世地层中有所报道, 但含量均极为稀少(Pautsch, 1973; Fisher and Dunay, 1984; 张望平和李永安, 1990), 而相似类型自早白垩世开始出现, 至晚白垩世开始繁盛(周山富等, 1994); 在驼马滩组中, 该属零星出现2种(Rugubivesiculites lipidusRugubivesiculites sp.)。以上孢粉组合指示驼马滩组可能沉积于早白垩世早期。常见于早白垩世中晚期的分子 SchizaeoisporitesEphedripitesJugella 并没有出现, 也进一步指示该套地层的地质时代较早。综上, 推测驼马滩组的地质时代可能为早白垩世早期, 大致为 Berriasian期晚期至Valanginian 期早期(贝里阿斯期晚期至瓦兰今期早期)。

3.2 甜水井组地层时代

目前对中口子盆地甜水井组的地层时代研究较少, 本研究依据Uzk-3钻孔岩心材料对该套地层进行了孢粉地层学研究。在这套地层中发现了丰富的孢粉化石, 总体以裸子植物花粉为主(约占80%以上), 蕨类植物孢子含量少(低于20%), 另有少量淡水藻类, 未见被子植物花粉(图5)。

图5 甘蒙交界北山地区下白垩统甜水井组孢粉化石
1— Cicatricosisporites minor; 2— Cicatricosisporites subrotundus; 3— Densoisporites velatus; 4— Osmundacidites wellmanii; 5— Leptolepidites sp.; 6— Cicatricosisporites hallei, 7— Perinopollenites elatoides; 8— Classopollis annulatus; 9— Ephedripites (Ephedripites)sp.; 10— Cycadopites typicus; 11, 12— Jiaohepollis flexuosus; 13— Podocarpidites multisimus; 14— Paleoconiferus asaccatus; 15, 16— Piceaepollenites sp.。所有比例尺均为20 μ m
Fig.5 Representative palynomorphs from the Lower Cretaceous Tianshuijing Formation in Beishan area near Gansu-Inner Mongolia border

首先, 在孢粉组合中发现了具有地层时代意义的蕨类孢子Cicatricosisporites, 如前文所述, 该类型是早白垩世典型分子, 演化过程具有明显的规律, 其最早在早白垩世最早期地层中发现, 特征是类型单调且含量稀少(Mamczar, 1968; Norris, 1969; Dorhofer and Norris, 1977), 而早白垩世中期, 无论在类型上还是丰度上均迅速繁盛(黎文本, 1984; 余静贤等, 1982)。其次, 还发现了零星Ephedripites花粉, 该类型主要出现于早白垩世中晚期的地层中, 如辽宁义县组(黎文本, 2010)、酒泉盆地中沟组(Zhang et al., 2015)等。另外, 还发现了DensoisporitesOsmundaciditesDeltoidosporaLygodiumsporites等孢子, 相对来说蕨类孢子含量极低且类型单调, 明显不如早白垩世最晚期地层的孢子类型丰富, 如酒泉盆地中沟组(Zhang et al., 2015)、六盘山盆地六盘山群(李建国和杜宝安, 2006)以及东北松辽盆地登楼库组(高瑞祺等, 1994)。裸子植物花粉含量高, 在类型上主要以松柏双囊类花粉和杉科花粉为主, 特别是发现了Jiaohepollis花粉, 而这类花粉化石最早发现于松辽盆地下白垩统, 其后在中国大部分的早白垩世中晚期地层中均有发现(李建国和杜宝安, 2006; Zhang et al., 2015), 因此也具有较为显著的地层时代意义。由于在该套地层中没有发现被子植物花粉, 因此也可以推测甜水井地层时代可能不会晚至早白垩世晚期, 这是因为早期被子植物花粉一般在早白垩世晚期的地层才偶有发现, 如北山地区的马鬃山组。综上, 甜水井组的时代极可能为早白垩世中期的Hauterivian期-Barremian期(欧特里夫期至巴雷姆期)。

3.3 马鬃山组地层时代

关于算井子盆地含恐龙化石的马鬃山组的地层时代, Tang等(2001)开展了详细的孢粉地层学研究, 结果表明其孢粉组合以裸子植物为主(80%)、蕨类较为常见(16%)、被子植物较罕见(4%)。

首先, 在孢粉记录中发现了丰富的Schizaeoisporites, 该类型后来被修正为Ephedripites(Spiralipites), 主要出现于早白垩世中晚期地层中, 如辽宁义县组(黎文本, 2010)、酒泉盆地中沟组(Zhang et al., 2015)等。

其次, 对马鬃山组时代厘定意义最为显著的证据是发现了少量被子植物花粉, 包括MagnolipollisAsteropollisTricolpitesPolyporopollenites, 而该组合通常出现在早白垩世晚期Albian期(阿尔布期)以后的地层中(Hicks et al., 1999)。此外, 算井子盆地马鬃山组出产脊椎动物PsittacosaurusArchaeoceratops oshimai, 俞井子盆地马鬃山组出产脊椎动物化石Suzhousaurus等(Tang et al., 2001; 李大庆, 2008; 张茜楠等, 2015), 而这些化石指示的时代为晚Aptian期-Albian期(阿普特期晚期至阿尔布期)。因此, 综合生物地层学研究, 马鬃山组可能沉积于早白垩世晚期的Aptian期-Albian期(阿普特期至阿尔布期)。

4 北山地区下白垩统地层梳理

如前所述, 甘蒙交界北山地区3套早白垩世地层时代相差较大, 岩性特征也有很大差别。因此, 建议将北山地区下白垩统老树窝群细分为3个岩石地层单元, 自下而上分别为驼马滩组、甜水井组、马鬃山组(图6)。

图6 甘蒙交界北山地区下白垩统综合柱状图(据牛霆等, 2022; 有修改)Fig.6 Comprehensive histogram of the Lower Cretaceous in Beishan area near Gansu-Inner Mongolia border(modified from Niu et al., 2022)

驼马滩组为一套含煤粗碎屑沉积建造, 煤层厚度0.5~5 m, 在沉积特征上明显异于以细碎屑泥岩为主的甜水井组和红色细碎屑沉积的马鬃山组(图6)。在古生物化石组合方面, 该套地层出现单调且少量的CicatricosisporitesAequitriraditesRugubivesiculites, 这些孢粉化石组合指示驼马滩组可能沉积于Berriasian期晚期至Valanginian 期早期(贝里阿斯期晚期至瓦兰今期早期)。植物大化石主要为松柏类植物中的杉科, 还有少量的柏科、松科及苏铁杉科植物。

甜水井组以浅灰色、灰绿色泥岩、粉砂岩、泥灰岩为主, 夹少量砂岩薄层, 在沉积上显著异于驼马滩组和马鬃山组(图6)。甜水井组孢粉化石组合中富含早白垩世中晚期常见的具肋纹Cicatricosisporites蕨类孢子, 以及少量Ephedripites花粉。另外, 早白垩世中晚期常见的孢粉化石DensoisporitesOsmundaciditesDeltoidosporaLygodiumsporites以及Jiaohepollis在该套地层中频繁出现(图5), 这些孢粉化石指示该套地层时代可能为早白垩世中期(欧特里夫期至巴雷姆期)。推测其与下伏驼马滩组为不整合接触。

马鬃山组以红色砂岩、粉砂岩为特征, 含有丰富的脊椎动物恐龙、龟类等化石。该套地层与驼马滩组含煤粗碎屑沉积和甜水井组细碎屑湖相沉积为主的地层序列差别很大(图6)。孢粉化石研究表明, 该套地层中出现少量早期被子植物花粉RetitricolpitesTricolpites分子, 以及丰富的Ephedripites花粉化石, 指示该套地层的时代为早白垩世晚期(阿普特期至阿尔布期)。基于此, 将该套地层新建为下白垩统马鬃山组。

北山盆地下白垩统为陆相碎屑岩沉积, 驼马滩组与甜水井组呈不整合接触, 甜水井组与马鬃山组呈整合接触, 至于驼马滩组与甜水井组之间是否还发育早白垩世沉积地层, 仍需要进一步研究。邻近盆地中, 下白垩统主要分布于吐哈盆地、酒泉盆地、西宁— 兰州盆地等, 地层连续, 为陆相碎屑岩沉积(席党鹏等, 2019, 2021), 但银额盆地早白垩世中晚期的苏红图组以火山岩为主(图7)。在前文已经讨论过北山盆地和酒泉盆地对比, 发现两者的时代也不一致, 其中北山盆地下部驼马滩组的地质时代为早白垩世早期, 而酒泉盆地下部赤金堡组地层时代可能较晚。这是因为在后者的相应沉积中已发现了一定数量的Cicatricosisporites, 但在前者中其含量极低(Zhang et al., 2015; Zheng et al., 2021)。其次, 根据早期被子植物花粉化石的存在, 相对精确地将酒泉盆地上部中沟组地层时代确定为早白垩世最晚期Ablian期(阿尔布期), 而酒泉盆地的下白垩统为连续沉积, 总厚度为1000~2000 m, 按照一般陆相沉积沉积速率计算(松辽、青海湖), 其底部沉积不能延续至早白垩世最早期。因此, 北山盆地下白垩统与邻近盆地存在差异。

图7 西北地区下白垩统划分与对比(据席党鹏等, 2021; 有修改)Fig.7 Lower Cretaceous division and correlation in Northwest China(modified from Xi et al., 2021)

5 结论

1)基于甘蒙交界北山地区的众多钻孔及露头剖面资料, 通过沉积序列和孢粉化石资料对比, 将该地区的下白垩统老树窝群划分为3个组, 自下而上依次为驼马滩组、甜水井组(新名)和马鬃山组(新名)。初步认为驼马滩组和甜水井组呈不整合接触, 但两者之间的关系还需进一步的研究。

2)驼马滩组以公婆泉盆地K705钻孔资料为直接证据。岩性以灰黑色、深灰绿色夹煤层的泥岩、粉砂岩以及粗砂岩为主, 富含早白垩世最早期孢粉化石组合, 是北山地区早白垩世早期(贝里阿斯期晚期至瓦兰今期早期)沉积。

3)甜水井组以中口子盆地Uzk-3钻孔资料为直接证据。岩性以灰绿色泥岩、粉砂岩为主, 含有植物化石、叶肢介化石及丰富的早白垩世中晚期孢粉化石, 综合推断该套地层为北山地区早白垩世中晚期(欧特里夫期至巴雷姆期)沉积。

4)马鬃山组以俞井子盆地、算井子盆地野外露头及钻孔岩心资料为直接证据。岩性以橘红色、浅灰色粉砂岩为主, 含大型脊椎动物化石。尽管孢粉化石稀少, 但发现了少量三沟类早期被子植物花粉化石, 指示其为北山地区早白垩世晚期(阿普特期至阿尔布期)沉积。

(责任编辑 张西娟)

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