魯西汶東凹陷晚更新世以來(lái)孢粉記錄及環(huán)境意義

劉偉，孫天河，楊帆，江振國(guó)

(1. 山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 山東 濟(jì)南 250010；2.山東省富鐵礦勘查技術(shù)開發(fā)工程實(shí)驗(yàn)室, 山東 濟(jì)南 250010)

隨著淺覆蓋區(qū)、覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查工作的不斷展開，對(duì)第四系的環(huán)境、氣候、植被等研究逐漸成為熱點(diǎn)。其中，孢粉以其質(zhì)輕量多，各沉積地層中均可保存的特點(diǎn)，成為古環(huán)境恢復(fù)的重要手段，應(yīng)用廣泛[1-4]。近幾十年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員通過(guò)孢粉分析方法，對(duì)第四紀(jì)以來(lái)古氣候古環(huán)境演變的研究取得了大量研究成果。趙辰辰等[5]選取中國(guó)陸地第四紀(jì)時(shí)期(2.5 Ma 以來(lái))的48 篇孢粉記錄資料作為研究對(duì)象，對(duì)孢粉組成結(jié)果進(jìn)行再分析，探討了孢粉中記錄的第四紀(jì)氣候演化信息，指出1Ma以來(lái)整體氣候波動(dòng)頻繁。胡云壯等[6]通過(guò)華北地區(qū)北部LN1鉆孔的121個(gè)高質(zhì)量孢粉數(shù)據(jù)重建了過(guò)去3Ma以來(lái)的區(qū)域植被演化過(guò)程。趙秀麗等[7]對(duì)南黃海中部NHH01孔巖心樣品進(jìn)行孢粉分析，根據(jù)孢粉及碳屑含量變化，劃分為9個(gè)孢粉組合帶，反映出氣候冷暖、干濕的多次變化，總趨勢(shì)為氣候變暖和海平面上升。

作為魯西隆起中新生代構(gòu)造盆地重要組成部分，前人對(duì)汶東凹陷的研究多集中于前第四紀(jì)的沉積演化、成礦作用等方面[8-11]，對(duì)第四紀(jì)以來(lái)的植被及氣候研究相對(duì)較少。本文依據(jù)1∶5萬(wàn)大汶口、樓德幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)凹陷內(nèi)第四系鉆孔孢粉樣品分析，統(tǒng)計(jì)孢粉樣品的屬種及數(shù)量，根據(jù)聚類分析結(jié)果劃分孢粉組合，恢復(fù)了晚更新世以來(lái)汶東凹陷的植被特征，探討了古氣候和古環(huán)境的演變規(guī)律。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

汶東凹陷位于魯西徂徠山南部，大地構(gòu)造位置屬于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)蒙山-蒙陰斷陷(Ⅳ)，是一個(gè)典型的斷陷盆地[12-13](圖1)。凹陷北部以徂徠山斷裂為界與新甫山凸起相鄰，該斷裂呈緩波狀近EW向展布，延伸約40 km；凹陷南部古近紀(jì)地層上翹，超覆在蒙山凸起之上，整體呈北斷南超的箕狀構(gòu)造格局。西以磁窯斷裂為界，與大汶口凹陷相連，東以羊流斷裂為界，與蒙陰凹陷相接。凹陷中部被SE走向、西傾的蒙山大斷裂所切，分為東西兩部分。受構(gòu)造影響，凹陷呈南北短、東西長(zhǎng)、西寬東窄的瓢狀展布。

圖1 汶東凹陷地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)張多文[9]修改)

本次工作在系統(tǒng)的1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合全區(qū)施工的24個(gè)第四系科研鉆孔揭露了汶東凹陷內(nèi)晚更新世—全新世地層，主要為平原組、臨沂組、黑土湖組和沂河組，與下伏明化鎮(zhèn)組和大汶口組不整合接觸。

平原組(Qpp)：該組地表未見出露，根據(jù)鉆孔資料，該組在汶東凹陷西部柴汶河沖積平原內(nèi)廣泛發(fā)育，巖性為一套淺灰色夾淺綠灰色、灰色含礫中粗砂、中細(xì)砂及砂質(zhì)粘土層、礫石層，為晚更新世河湖相、河流相沉積物。其下與前第四紀(jì)基巖呈角度不整合接觸，上與晚更新世臨沂組、黑土湖組呈沖刷不整合接觸

黑土湖組(Qhh)：主要分布于山麓丘陵區(qū)與山前平原區(qū)界線附近的低洼地帶，依據(jù)鉆孔資料揭露，巖性為棕灰—灰褐色粘土、含砂礫粘土夾粉細(xì)砂，含鐵錳質(zhì)結(jié)核。該組沉積厚度較薄，僅為1～2 m，一般不整合于平原組之上。

臨沂組(Qhl)：主要沿河流兩側(cè)分布，出露面較大，形成河流的Ⅰ級(jí)階地及高河漫灘或者形成沖積平原，為河流相沉積，具二元結(jié)構(gòu)。臨沂組現(xiàn)地表多改造為耕植土，粒度較細(xì)。巖性上部以土黃色、灰黃色含砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)粘土為主，下部為粗砂及礫石層。臨沂組為全新世沖洪積相沉積，主要包含泛濫平原相、 古河道相。據(jù)實(shí)際調(diào)查及鉆孔資料可知臨沂組與下伏平原組不整合接觸，或直接不整合于下伏基巖上。

沂河組(Qhy)：分布于現(xiàn)代河床中，巖性為灰黃色含礫粗砂、中砂、細(xì)砂、礫石堆積物，凹陷內(nèi)北部河流下游粒度變細(xì)，巖性為灰黃色粉細(xì)砂、粉砂，屬現(xiàn)代河床相沉積，時(shí)代屬于全新世晚期，隨河流相地貌和物源區(qū)而異，多局限于現(xiàn)代河床內(nèi)。與下伏臨沂組或基巖侵蝕沖刷不整合接觸。

2 樣品采集與分析方法

依據(jù)汶東凹陷各組的野外特征及第四系鉆孔巖性特征，選取了其中有代表性的7個(gè)鉆孔進(jìn)行了系統(tǒng)采樣，共采集樣品37件。每件樣品重量大于100 g，小于200 g。取樣分布如下：晚更新世平原組取樣1塊，集中于QK203內(nèi)，深度29.50 m。全新世黑土湖組在QK305取樣1塊，深度為1.65 m。全新世臨沂組地層中，挑選沉積物粘土成分高、粒度較細(xì)的層位，取樣33塊，其中QK501取樣1塊，深度0.40 m；QK502取樣15塊，深度0.40～9.70 m；QK503取樣12塊，深度為1.75～7.45 m， QK504取樣1塊，深度1.35 m；QK401取樣4塊，深度7.00～7.80 m。

本次樣品由南京伊洛崗地質(zhì)科技有限公司進(jìn)行鑒定。孢粉樣品分析采用重液浮選法[14]，實(shí)驗(yàn)處理過(guò)程中，依據(jù)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分析方法SY/T5245—91，取樣50 g，經(jīng)過(guò)泡酸、煮堿、氫氟酸處理脫去礦物質(zhì)，后用濃鹽酸進(jìn)行氧化，最后過(guò)篩集中孢粉裝管，加甘油制片，以備鏡下鑒定。鏡下鑒定依據(jù)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5915—94。

3 鑒定結(jié)果與分析

本文中孢粉定名采用自然命名法，孢粉的鑒定參考大量現(xiàn)代化石孢粉的研究文獻(xiàn)[15-19]。對(duì)37個(gè)樣品進(jìn)行鏡下觀察，并進(jìn)行拍照和統(tǒng)計(jì)記錄，發(fā)現(xiàn)18個(gè)樣品中含有豐富的孢粉，共統(tǒng)計(jì)孢粉2 718粒，隸屬67個(gè)種、屬，孢粉種類較為豐富，以草本植物花粉(含量42.2%)和木本植物花粉(含量26.8%)為主，不同層位二者的含量此消彼長(zhǎng)，蕨類植物孢子(含量15.8%)和藻類植物孢子(含量15.2%)總體含量偏低，且藻類植物孢子集中分布在全新世臨沂組沉積物中。主要孢粉類型(圖2，圖3)為：草本植物花粉有禾本科Gramineae、菊科(大網(wǎng)型)Taraxacum type、菊科(紫菀型)Aster type、蒿屬Artemisia、紫菀屬Aster、藜科Chenopodiaceae、十字花科Cruciferae、唐松草屬Thalictrum、唇形科Labiatae、莎草科Cyperaceae和香蒲屬Typha。木本植物花粉有松屬Pinus、櫟屬Q(mào)uercus、榛屬Corylus、鵝耳櫪屬Carpinus、榿木屬Alnus、榆屬Ulmus、樸屬Celtis、胡桃屬Juglans、楓楊屬Pterocarya、楓香樹屬Liquidambar和檉柳科Tamaricaceae。蕨類植物孢子有水龍骨科Polypodiaceae、三縫孢子Triletes、石松屬Lycopodium、膜蕨科Hymenophyllaceae、卷柏屬Selaginella、中華卷柏S.sinensis、中國(guó)蕨科Sinopteridaceae和里白屬Hicriopteris。藻類植物孢子僅有環(huán)紋藻屬Concentricystes和雙星藻屬Zygnema，均為淡水相藻類。

1-3.里白屬Hicriopteris (1. QK105-BF1,0.75 m 2.QK203-BF3,29.5 m 3. QK502-BF2,0.8m); 4.柏科Cupressaceae(QK203-BF3，29.5 m);5.膜蕨科Hymenophyllaceae(QK401-BF1,7.00 m);6-8.中華卷柏Selaginella sinensis (6. QK502-BF2,0.8 m 7、8. QK305-BF1,1.65 m);9.環(huán)紋藻屬Concentricystes(QK401-BF1,7.0 m);10、11.麻黃屬 Ephedra (10. QK203-BF3,29.5 m 11. QK401-BF1,7.00 m);12.雙星藻屬Zygnema(QK305-BF1,1.65 m);13、14. 水龍骨科Polypodiaceae (QK401-BF1,7.00 m);15.冷杉屬Abies(QK203-BF3，29.5 m)16.松屬Pinus(QK203-BF3，29.5 m)。

圖3 研究區(qū)主要孢粉類型圖 Ⅱ

4 孢粉組合與古氣候恢復(fù)

孢粉作為微體化石的一種，其種屬、數(shù)量及組合特征能較好地反映一個(gè)地區(qū)的古植被及古環(huán)境[12]，根據(jù)第四系鉆孔樣品中所發(fā)現(xiàn)的孢粉組合，對(duì)晚更新世以來(lái)汶東凹陷的植被特征進(jìn)行了反演，對(duì)古氣候和古環(huán)境的演變規(guī)律進(jìn)行了探討。

4.1 晚更新世平原組

鉆孔QK203位于汶東凹陷西部邊緣，QK203-BF1號(hào)樣品(深度3.60 m)和QK203-BF2號(hào)樣品(深度23.35 m)孢粉含量極低，僅有少量松屬Pinus、禾本科Gramineae，反應(yīng)當(dāng)時(shí)地面植被覆蓋度較低，氣候以干為主且寒冷。

QK203-BF3號(hào)樣品(深度29.50 m)中所見花粉濃度較高，科屬豐富。木本植物花粉占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，含量達(dá)91.9%，以落葉闊葉樹種為主，如榆科Ulmaceae(47.9%)、樺木科Betulaceae(16.6%)、胡桃科Juglandaceae(5.2%)、金縷梅科Hamamelidaceae(5.0%)等，還見有個(gè)別的槭屬Acer、椴樹屬Tilia、山礬屬Symplocos及薔薇科Rosaceae、胡頹子科Elaeagnaceae、鼠李屬Rhamnus、麻黃屬Ephedra等灌木。針葉樹種花粉見有松科Pinaceae和柏科Cupressaceae花粉，其中以松屬Pinus花粉為主，含量為10.0%。草本植物花粉含量為6.1%，主要以唇形科Labiatae、菊科Compositae等陸生草本植物為主，水生的草本植物少量出現(xiàn)，如澤瀉科Alismataceae和香蒲屬Typha，含量不足0.5%。蕨類植物孢子含量很低僅為1.7%。藻類偶見，含量為0.2%。上述孢粉組合中松屬Pinus為陽(yáng)性樹種，適應(yīng)于較暖干的環(huán)境，榆屬Ulmus對(duì)土壤的適應(yīng)性較廣，耐干旱瘠薄的土地，落葉闊葉樹種較多顯示氣候較溫暖濕潤(rùn)，綜上，該樣品沉積時(shí)期氣候溫暖濕潤(rùn)，略偏干，植被類型為落葉闊葉林。

4.2 全新世黑土湖組

鉆孔QK305中所見花粉數(shù)量較多，草本植物花粉占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，含量達(dá)58.2%，以濕生的唐松草屬Thalictrum和偏濕的莎草科Cyperaceae為主；蕨類植物孢子含量為29.0%，以喜濕的中華卷柏Selaginella sinensis為主，里白屬Hicriopteris較常出現(xiàn)；木本植物花粉含量最低，含量為12%，以松屬Pinus花粉為主，還見有少量的落葉闊葉喬灌木花粉。綜上所述，該樣品中所見主要花粉唐松草屬Thalictrum、莎草科Cyperaceae和中華卷柏Selaginella sinensis均為喜濕類型，說(shuō)明該沉積時(shí)期為草原環(huán)境，氣候溫暖濕潤(rùn)，喜濕的草本植物和蕨類植物較為發(fā)育。

4.3 全新世臨沂組

鉆孔QK501與QK504孢粉組合類型相似，孢粉數(shù)量總體偏低，蕨類植物孢子占優(yōu)勢(shì)，在兩個(gè)鉆孔內(nèi)含量分別為57%、48%，主要類型有潮濕環(huán)境中生長(zhǎng)的中華卷柏Selaginella sinensis和膜蕨科Hymenophyllaceae；草本植物花粉在2個(gè)鉆孔內(nèi)含量分別為23%、37%，以菊科蒿屬Artemisia為主，也見有少量喜濕類型的花粉，如：禾本科Gramineae、唐松草屬Thalictrum、毛茛科Ranunculaceae、莎草科Cyperaceae和水生的香蒲屬Typha。木本植物花粉稀少，兩個(gè)鉆孔內(nèi)含量分別為9%、13%，以落葉闊葉樹種為主，如櫟屬Q(mào)uercus、榆屬Ulmus、樸屬Celtis和胡桃屬Juglans。藻類植物孢子含量分別為11%、2%，均為淡水相藻類。由此可見，該沉積時(shí)期氣候較為溫暖濕潤(rùn)，多有積水或小湖沼分布，植被較貧乏，可能為荒灘。

鉆孔QK502劃分為2個(gè)孢粉組合帶，孢粉帶I(0.45～2.35 m)：孢粉總數(shù)相對(duì)較多，但喬灌木花粉稀少，蕨類植物孢子居多，蕨類植物孢子平均含量為42.1%，以在潮濕環(huán)境中生長(zhǎng)的中華卷柏Selaginella sinensis和里白屬Hicriopteris為主。木本植物花粉含量為22.8%，以松屬Pinus為主，落葉闊葉樹種見到個(gè)別櫟屬Q(mào)uercus和北方常見的耐旱植被麻黃屬 Ephedra和榆屬Ulmus。草本植物花粉含量為21.2%，主要為菊科、藜科Chenopodiaceae和喜濕的毛茛科Ranunculaceae、唇形科Labiatae和莎草科Cyperaceae。藻類在該鉆孔中不連續(xù)出現(xiàn)，平均含量為13.8%，均為淡水相的雙星藻屬Zygnema和環(huán)紋藻屬Concentricystes。該組合帶與QK501、QK504孢粉組合類型相似，沉積時(shí)期氣候較為溫暖濕潤(rùn)，荒灘遍布，局部區(qū)域有淡水分布。孢粉帶II(2.65～9.7 m)：該帶為孢粉貧乏帶，8塊樣品總共見有18粒孢粉，不足以做百分含量統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析。以所見孢粉來(lái)看，本帶氣候較帶I更為惡劣，植被荒蕪，氣候寒冷干燥。

鉆孔QK503孢子花粉較少，可劃分為2個(gè)孢粉組合帶，孢粉帶I(1.75 m)：花粉總數(shù)相對(duì)較多，以木本植物花粉為主，落葉闊葉樹種榆屬Ulmus含量居多，說(shuō)明該帶較帶II氣候稍溫干。孢粉帶II(2.05～7.45 m)：該帶為孢粉貧乏帶，11塊樣品所見孢粉不足50粒，不足以做百分含量統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析。以所見孢粉來(lái)看，本帶氣候寒冷干燥，不適宜植被生長(zhǎng)。

鉆孔QK401所見花粉中草本植物花粉占優(yōu)勢(shì)，平均含量達(dá)56.6%，其中以菊科花粉為主，主要類型為蒲公英型Taraxacum type、紫菀型Aster type、蒿屬Artemisia和萵苣屬Lactuca。木本植物花粉含量為12.1%，其中松屬Pinus較多，落葉灌木植物花粉少量出現(xiàn)，如我國(guó)北方地區(qū)常見旱生、半旱生的麻黃屬 Ephedra和檉柳科Tamaricaceae。藻類植物孢子平均含量為22.9%，以淡水生長(zhǎng)的環(huán)紋藻為主。蕨類植物孢子含量最低，平均含量為8.3%，主要為水龍骨科Polypodiaceae。綜上所述，該鉆孔沉積時(shí)期為草原環(huán)境，氣候溫暖濕潤(rùn)，局部區(qū)域有淡水河流或沼澤分布，水域周邊環(huán)境潮濕，有蕨類生長(zhǎng)。

5 結(jié)論

1)本次通過(guò)對(duì)汶東凹陷第四系地層進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：晚更新世平原組地層，沉積環(huán)境植被由落葉闊葉林演變?yōu)榈孛嬷脖桓采w極低的荒漠；氣候演變?yōu)闇嘏瘽駶?rùn)—寒冷干燥。全新世黑土湖組沉積環(huán)境為草原，氣候溫暖濕潤(rùn)。全新世臨沂組孢粉數(shù)量整體較少，沉積環(huán)境主要為植被貧乏的荒灘，多有積水和小湖沼分布，氣候由寒冷干燥演變?yōu)闇嘏瘽駶?rùn)。全新世臨沂組沉積環(huán)境植被以草原為主，局部沼澤分布，氣候溫暖濕潤(rùn)。

2)調(diào)查區(qū)內(nèi)平原組及黑土湖組地層孢粉種類多，含量較高，臨沂組地層孢粉含量整體偏低，根據(jù)鉆孔孢粉組合特征，汶東凹陷晚更新世以來(lái)植被演變特征為：落葉闊葉林—地面植被覆蓋低的荒漠—草原—河流、湖泊遍布的荒灘，氣候變化趨勢(shì)為：溫暖濕潤(rùn)，略偏干—寒冷干燥—溫暖濕潤(rùn)。