吐哈盆地北部中—晚二叠世木化石及其古气候研究

发布时间：2020-06-30 19:17

【摘要】：吐哈盆地是新疆三大含油气盆地之一,拥有丰富的油气资源及良好的勘探前景,其烃源岩主要集中在二叠系,尤其是中二叠统。众所周知,气候与生油作用有着密切的关系,因此吐哈盆地二叠纪的古气候研究对生油层的预测非常重要。然而以往古气候的研究,前人大多借助动物化石、古植物化石、气候敏感沉积物等以综述的形式进行了简单的概述,研究范围大多包括整个新疆或新疆北部,存在着研究范围广、精度低、时间尺度大等问题。本文研究了吐哈盆地东北缘哈密天山乡地区中-晚二叠世地层中7个层位的裸子植物木化石。依据岩石地层划分与对比、生物组合特征,并结合同位素测年结果,建立和健全了测区的年代地层格架,确定了木化石产出时代为中二叠世中期-晚二叠世早期。在此基础上,应用木化石年轮、植物化石叶相特征、孢粉组合及气候敏感沉积物等进行综合分析,总结了区内二叠纪的古气候特征,并简单探讨了气候演化模式。笔者对产于中二叠统塔尔朗组及上二叠统泉子街组的木化石样品进行了详细的内部解剖,获得了大量不同切面上的木化石薄片。经鉴定,共识别出裸子植物木材5属7种(其中包括4个未定种)。系统分类学研究显示,此次所发现的木化石全为松柏类木材。建立了一仅具次生木质部的木化石新属Prototianshanoxylon Wei et Zhang gen. nov.及新种P.hamiense gen. et sp. nov.、P. erdaogouense gen. et sp. nov.。该新属的主要显微特征是：管胞径壁纹孔为南洋杉型与冷杉型的过渡类型；交叉场纹孔为典型的窗格型；管胞径壁不具螺纹加厚,但存在大量横隔；木射线同型单列,偶见两列,射线细胞水平壁及端壁光滑。同时,还建立了一保存有髓、初生木质部和次生木质部的松柏类木化石新种Xinjiangoxylon hamiense sp. nov. 。该新种的主要显微特征是：髓部散生有硬壁细胞群；初生木质部内始式,其径壁具梯状螺纹加厚；次生木质部为Protophyllocladoxylon型,管胞径壁具南洋杉型与冷杉型的混合纹孔。这些二叠纪松柏类木化石在区内的首次发现,不仅丰富了我国北方安加拉植物区木化石的内容,同时为晚古生代木化石的系统分类提供了新材料。区内下二叠统依尔希土组产大量植物叶片化石,经详细鉴定,共计6属16种(包括6个未定种),以Angaropteridium-Noeggerathiopsis-Nephropsis的组合为特征。该植物群显示典型的早二叠世安加拉植物群特征,可以和同期已报道的植物群进行对比。植物群叶相特征分析结果表明,研究区早二叠世气候整体较为温暖湿润,但也存在短暂的间歇性干早期。首次利用木化石年轮统计分析的方法,重建了研究区中二叠世中晚期-晚二叠世早期的古气候。木化石整体较高的的平均敏感度(MS均值为0.4)及连续年轮宽度的显著性变化,表明当时气候波动频繁,年降水量非常不均衡,经历过多次周期性的干-湿转变。木化石次生木质部上假年轮及生长间隔的发育,也反映了当时间歇性干旱气候的存在。整体较低的晚材率则指示着树木生长期间,所经历的寒冷、干旱时间并不是太长,相比于典型的北温带,区内当时更加温暖,气候带上应属于北半球暖温带。剖面由下往上,不同层位的木化石,其年轮的发育特征具明显的变化,经历了非常明显-不太明显-缺失的过程。年轮的变化完整地记录了研究区古气候从具明显季节性变化的暖温带向季节性差异不大的中低纬度亚热带变化的过程,气候的季节性发生了明显的减弱。区内晚二叠世孢粉组合中,松柏类和种子蕨类花粉占据相当的数量,反映了较为干旱的气候条件。晚二叠世中-晚期大量“红层”的出现,也表明当时的气候已变得比较干旱。除了红色岩层,在上二叠统中上部还夹有不少指示干旱气候的钙质结核或团块。但从整个准噶尔及吐哈地区来看,植物大化石及孢粉的属种组成极其丰富,说明当时植被颇为繁盛,不太可能为极端干旱气候。因此,笔者认为区内晚二叠世可能总体上属半干旱-半湿润气候,并存在着周期性的干-湿转变。综合木化石年轮数据统计、植物群组成与性质的讨论、植物化石叶相特征分析、孢粉组分及气候敏感物的研究,再结合前人的研究成果,提出了研究区二叠纪的古气候演化过程。认为区内早二叠世-中二叠世中期古纬度相对较高,处于北半球暖温带,气候具明显的季节性变化,树木发育明显的年轮;从中二叠世中晚期开始,研究区逐渐向无明显季节性差异的亚热带迁移,古纬度变低,由于气候的改变,导致树木多具不太明显的年轮甚至缺乏年轮；晚二叠世中晚期,受联合古陆形成的影响,区内气候变得相对干旱,属半干早-半湿润气候,同时也存在着周期性的干-湿转变。研究区所处的西伯利亚板块逐渐向南漂移,并最终和华北-塔里木板块呈“剪刀式”碰撞、拼合,应为导致区内的古地理位置、古气候及植物地理区系发生变迁的主要因素。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P532;P618.13

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