豫西宜陽(yáng)上二疊統(tǒng)孫家溝組孢粉組合及其地質(zhì)意義*

邢智峰 付玉鑫 鄭 偉 李 妲 李素萍 劉云龍 齊永安 李婉穎 許 欣 吳盼盼 張湘赟

1河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作 454003 2山東科技大學(xué)，山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266590 3中原經(jīng)濟(jì)區(qū)煤層氣與頁(yè)巖氣協(xié)同創(chuàng)新中心，河南焦作 454003 4河南省生物遺跡與成礦過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南焦作 454003 5中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

二疊紀(jì)末期發(fā)生了地質(zhì)歷史時(shí)期中最大規(guī)模的生物危機(jī)，近九成的海洋物種受到波及(Erwin，1993；Alroyetal.，2008；Chuetal.，2017；邢智峰等，2018)。同時(shí)，這也是地球歷史上最大規(guī)模的陸地生物危機(jī)，大量的陸生脊椎動(dòng)物、昆蟲(chóng)、植物等遭到滅絕(Roopnarineetal.，2019)。近年來(lái)，對(duì)晚二疊世—早三疊世陸生植物大化石和微體化石的研究顯示，不同植物區(qū)系間存在著演化差異(Schneebeli-Hermannetal.，2017；Blomenkemperetal.，2018；Vajdaetal.，2020)，推測(cè)是二疊紀(jì)—三疊紀(jì)過(guò)渡地層中具有連續(xù)性的植物化石組合記錄較為匱乏，以及不同植物區(qū)系對(duì)二疊紀(jì)末生物滅絕事件在規(guī)模、模式和時(shí)間上的響應(yīng)存在差異導(dǎo)致的(Fengetal.，2020)。

晚古生代全球主要分布有4個(gè)植物區(qū)系，分別是高緯度的岡瓦納植物區(qū)系和安加拉植物區(qū)系及熱帶—亞熱帶的歐美植物區(qū)系和華夏植物區(qū)系(Li，1996;歐陽(yáng)舒和侯靜鵬，1999)。華夏植物區(qū)系主要分布于東特提斯的華北和華南地區(qū)，其中華北地區(qū)晚二疊世晚期孢粉植物群主要以Lueckisporitesvirkkiae-Jugasporitesschaubergeroides組合為代表(歐陽(yáng)舒和侯靜鵬，1999)，表現(xiàn)為: 華夏植物群的主要代表蕨類分子開(kāi)始衰落，代表晚二疊世的松柏類分子占主體地位，與歐美鎂灰?guī)r統(tǒng)植物群類似；雖然具有二疊紀(jì)早期色彩的孢粉分子依舊存在，但含量相當(dāng)稀少。

對(duì)地層中孢粉組合的研究，有利于地層時(shí)代厘定和古氣候環(huán)境恢復(fù)(朱懷誠(chéng)和歐陽(yáng)舒，2005；張德軍等，2019)。文中通過(guò)對(duì)豫西宜陽(yáng)地區(qū)上二疊統(tǒng)孫家溝組孢粉化石的采樣分析，并依據(jù)孢粉化石的地質(zhì)時(shí)代、母體親緣植物的生長(zhǎng)習(xí)性以及植物群落對(duì)氣候變化的敏感性等特點(diǎn)，對(duì)研究區(qū)孫家溝組進(jìn)行沉積環(huán)境分析、區(qū)域地層對(duì)比以及古氣候研究。結(jié)合前人的沉積學(xué)和地球化學(xué)相關(guān)成果，認(rèn)為研究區(qū)孫家溝組土門段孢粉化石代表時(shí)代屬于晚二疊世長(zhǎng)興期，處于季節(jié)性較炎熱的半干旱氣候環(huán)境。該成果可為晚二疊世晚期的陸相沉積環(huán)境、古植物背景以及古氣候演化研究提供參考依據(jù)。

圖1 豫西宜陽(yáng)地質(zhì)圖(據(jù)河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)和上二疊統(tǒng)孫家溝組地層柱狀圖Fig.1 Geologic map(after Bureau of Geology and mineral resources of Henan Province，1989)and stratigraphic column of the Upper Permian Sunjiagou Formation in Yiyang area，western Henan Province

1 區(qū)域地質(zhì)背景

在晚古生代至早三疊世，華北地區(qū)處于北半球的熱帶—亞熱帶東特提斯低緯度地區(qū)(Boucotetal.，2013)。下古生界主要出露本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和孫家溝組(圖1)。孫家溝組地層劃分是在原石千峰系的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，劉鴻允和劉憲亭(1984)對(duì)山西寧武等地的脊椎動(dòng)物化石、海相化石等分析后，將石千峰系自下而上劃分為孫家溝組、劉家溝組及和尚溝組。在河南地區(qū)，孫家溝組以豫西宜陽(yáng)縣南天門剖面為代表，指下石盒子組以上、劉家溝組以下的紫紅色黏土巖、灰綠色長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、泥灰?guī)r為主的沉積地層。河南煤田地質(zhì)公司(1989)將孫家溝組進(jìn)一步劃分為3段，包括平頂山砂巖段、中段土門段和上段圈門段。目前，孫家溝組的地層劃分依舊存在爭(zhēng)議，特別是平頂山砂巖段的歸屬問(wèn)題。依據(jù)在豫西地區(qū)平頂山砂巖段的細(xì)砂巖和粉砂巖中發(fā)現(xiàn)的具肋二囊花粉占主要成分的孢粉化石組合，且未發(fā)現(xiàn)具有代表中二疊世的特征孢子化石Macrotorispora屬，歐陽(yáng)舒和王仁農(nóng)(1985)將其與華北地區(qū)石盒子組和華南地區(qū)龍?zhí)督M地質(zhì)時(shí)代相區(qū)分，并劃歸孫家溝組下段。近年來(lái)，多數(shù)學(xué)者也將平頂山砂巖段劃歸孫家溝組下段(尹玉靜，2010；王艷鵬，2019；邢智峰等，2019)。

晚石炭世—二疊紀(jì)，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響研究區(qū)發(fā)生了大規(guī)模海侵、海退事件并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)陸湖盆，沉積了一套海陸交互相和陸相沉積地層(楊遵儀等，1979；喬雨，2017)。與本溪組—上石盒子組已發(fā)現(xiàn)的植物組合相比，孫家溝組植物化石含量明顯下降并且較為破碎，難以辨認(rèn)。前人通過(guò)對(duì)孫家溝組植物化石鑒定，識(shí)別出植物化石共31屬45種，除極少數(shù)的屬種屬于晚石炭世—二疊紀(jì)的遺留分子外，組合中占主體的Ullmanniabronnii、Pseudovoltzialiebeana、Quadrocladussolmsii、Callipterismartinsii等屬種均為西歐晚二疊世Zechstein植物群的代表分子，屬于歐美型Ullmanniabronnii-Yuniamagnifolia植物化石組合(王自強(qiáng)，1989；唐錦秀，1994)。根據(jù)巖性組合特征，劉鴻允和劉憲亭(1984)認(rèn)為孫家溝組沉積時(shí)期氣候?yàn)楦珊怠敫珊?，并伴隨有季節(jié)性降雨。根據(jù)對(duì)不同地區(qū)孫家溝組的沉積特征、構(gòu)造特征和地球化學(xué)特征分析，亦普遍認(rèn)為孫家溝組沉積時(shí)期為干旱炎熱條件下的陸相沉積環(huán)境，但不同地區(qū)的沉積環(huán)境和古氣候變化存在差異(陳世悅，2000；白斌等，2006；曹瑩，2018)。

2 宜陽(yáng)大雨淋剖面地層特征和沉積環(huán)境

2.1 地層特征

豫西宜陽(yáng)大雨淋剖面位于華北地區(qū)宜洛盆地中的宜陽(yáng)南部山區(qū)大雨淋村附近。大雨淋剖面孫家溝組總體厚度約為140m，根據(jù)巖性變化自下而上可分為3段(圖2-A)。

1)平頂山砂巖段。下部(1-8層)為厚層含礫粗砂巖、厚層土黃色中砂巖、含礫砂巖和粉砂巖，石英含量較高，砂巖節(jié)理較為發(fā)育，沒(méi)有明顯層理。上部(9-13層)為灰色粉砂巖、紫紅色細(xì)砂巖和泥巖，石英含量較低，砂巖中發(fā)育3層薄層灰綠色泥巖，自下向上粒度逐漸變大，中間發(fā)育厚層紫紅色泥巖(11層)，砂巖節(jié)理較為發(fā)育。

2)土門段。下部(14-15層)為灰色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、灰綠色泥巖，呈下細(xì)上粗的反粒序?qū)永?，砂巖層見(jiàn)有平行層理(圖3-D)。中部(16-18層)為灰綠色泥巖和灰色—灰綠色砂巖互層，自下而上砂巖厚度逐漸變小，見(jiàn)大型楔狀交錯(cuò)層理，在泥巖、粉砂質(zhì)泥巖中保存有植物化石碎片(圖3-E)。上部(19層)為紫紅色泥巖、含鈣質(zhì)泥巖與灰色砂巖互層，泥巖向上逐漸變厚，頂部有中厚層砂巖出露，發(fā)育楔狀交錯(cuò)層理，顯示濱湖沉積特征(圖3-F)(王艷鵬，2019)。

3)圈門段。下部(20-21層)為巨厚層紫紅色粉砂質(zhì)泥巖和厚層砂巖，厚層砂巖底部發(fā)育大量重荷模。中部(22層)整體上為厚層紫紅色泥巖夾薄層砂巖、泥灰?guī)r，泥灰?guī)r層中發(fā)育大量鈣質(zhì)結(jié)核(圖3-H，3-I)。上部(23層)泥巖厚度逐漸變薄，厚層粉砂巖出現(xiàn)，再向上厚層石英砂巖出現(xiàn)，孫家溝組沉積結(jié)束。

圖2 豫西宜陽(yáng)地區(qū)上二疊統(tǒng)孫家溝組綜合柱狀圖(A)、土門段含孢粉化石段沉積環(huán)境(B)及孢粉化石樣品位置(C)Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of the Upper Permian Sunjiagou Formation in Yiyang area，western Henan Province(A)，sedimentary environment of miospores-bearing strata of Sunjiagou Formation in Dayulin section(B)，site of sporopollen fossil samples(C)

平頂山砂巖段： A—下部厚層砂巖;B—中部薄層泥巖與厚層砂巖互層;C—上部厚層砂巖，節(jié)理發(fā)育。土門段: D—底部砂泥互層;E—中部砂泥互層(紅色虛線為孢粉采集層位);F—上部紫紅色泥巖與鈣質(zhì)結(jié)核層。圈門段: G—孫家溝組上部界限;H—中部泥巖 和泥灰層互層;I—泥灰?guī)r層。地質(zhì)錘長(zhǎng)30cm圖3 豫西宜陽(yáng)大雨淋剖面上二疊統(tǒng)孫家溝組地層沉積特征Fig.3 Sedimentary characterstics of the Upper Permian Sunjiagou Formation in Dayulin section of Yiyang area，western Henan Province

2.2 沉積環(huán)境

豫西宜陽(yáng)孫家溝組平頂山砂巖段為辮狀河三角洲沉積(喬雨，2017；王艷鵬，2019)。垂向上，砂巖厚度逐漸減小，而泥巖和粉砂質(zhì)泥巖等細(xì)粒沉積物含量增加，顯示水動(dòng)力條件減弱，水體逐漸變淺，反映沉積環(huán)境從三角洲向湖泊逐漸過(guò)渡。巖性上，以含礫砂巖、中砂巖為主，含有雜砂巖和薄層灰綠色泥巖(圖2-A)，硅質(zhì)膠結(jié)為主，部分砂巖中含有灰白色石英，磨圓度較差，常呈次棱角狀—扁圓狀，屬于三角洲平原和前緣沉積(圖2-A、2-B)。

土門段通常被認(rèn)為是三角洲前緣沉積向?yàn)I湖沉積過(guò)渡(喬雨，2017；王艷鵬，2019)。整體上，灰色含礫中砂巖逐漸變?yōu)榛揖G色細(xì)砂巖，厚度也逐漸變??；灰綠色、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖頻繁出現(xiàn)，并含有大量植物化石碎片和孢粉化石，說(shuō)明當(dāng)時(shí)為還原沉積環(huán)境。依據(jù)孢粉化石位置以及沉積特征，對(duì)土門段中上段含孢粉化石的三角洲前緣沉積環(huán)境及沉積體系進(jìn)行推測(cè)(圖2-B)： 河口砂壩是最具特征的沉積，常以灰色細(xì)—中粒砂巖為主，部分地層發(fā)育楔狀砂體，而分流間灣保存有較多的植物化石碎片，水動(dòng)力條件較弱，常有細(xì)粒沉積物堆積。垂向上，土門段下部地層出露不明顯，巖石結(jié)構(gòu)特征變化較大，反映當(dāng)時(shí)水動(dòng)力條件變化頻繁，其中底部是粉砂質(zhì)泥巖與厚層細(xì)砂巖互層，具下細(xì)上粗的反粒序特征，為席狀砂+河口壩環(huán)境。至土門段中部開(kāi)始出現(xiàn)中—細(xì)粒砂巖與薄層泥巖互層，水動(dòng)力減小，更接近湖泊環(huán)境；在中—薄層灰綠色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖層中保存有植物化石碎片和孢粉化石，屬于分流間灣沉積，而中—厚層細(xì)砂巖屬于分流河道沉積，故土門段中部(圖2-B)沉積環(huán)境應(yīng)該為分流河道+分流間灣+河口壩+遠(yuǎn)砂壩。

自土門段上部出現(xiàn)的鈣質(zhì)砂巖和鈣質(zhì)結(jié)核層到圈門段(19-22層)的泥灰?guī)r層，被認(rèn)為是形成于內(nèi)陸湖盆環(huán)境(曹高社等，2019；鄭德順等，2020；祁帥帥等，2020)。其與紫紅色泥巖構(gòu)成互層沉積，具有層數(shù)多、層厚薄的韻律性特征，顯示為湖泊沉積。

3 孢粉樣品采集和分析

3.1 孢粉樣品采集

本次研究的孢粉化石采集于大雨淋剖面孫家溝組，其中土門段砂泥互層較多，是重點(diǎn)采集層段。共采集孢粉樣品16件，每件樣品取樣200g左右，其中樣品P3ST-08、P3ST-65、P3ST-53、P3ST-49、P3ST-06、P3ST-44以及P3S-02含較多孢粉，均采自于土門段極薄層(地層厚度小于0.3m)灰黑色泥巖中(圖2-C)。本次采用鹽酸/氫氟酸法對(duì)孢粉樣品進(jìn)行浸解分離以提取化石，并送往河南油田研究院地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行孢粉鑒定。

3.2 孢粉分析結(jié)果

大雨淋剖面孫家溝組土門段鑒定出來(lái)的孢粉化石共有52屬，主要孢粉屬如表1。由于化石保存狀態(tài)較差，顏色較深且部分孢粉外壁破碎、變形，故僅壕圈背光孢Limatulasporitesfossulatus被鑒定到種。該孢粉組合中，裸子植物花粉占有優(yōu)勢(shì)，占孢粉化石總量的68.09%～82.11%，而蕨類植物孢子次之，占孢粉化石總量的17.89%～31.91%(圖4)。

表1 豫西宜陽(yáng)大雨淋剖面上二疊統(tǒng)孫家溝組主要孢粉化石含量Table1 Main sporopollen fossils content of the Upper Permian Sunjiagou Formation in Dayulin section of Yiyang area，western Henan Province

Potonié和Kremp(1956)的孢粉化石形態(tài)分類，是古生代和中生代孢粉化石較為有效的分類方案(歐陽(yáng)舒等，2017)。依據(jù)此分類方案，土門段孢粉組合主要以裸子植物花粉占優(yōu)勢(shì)，含量約為75%。具體表現(xiàn)為：?jiǎn)慰p雙囊系以直縫二囊粉屬Limitisporites(0.71%～1.42%)、殘縫粉屬Vestigisporites(0.71%～2.86%)作為主要分子；無(wú)縫雙囊系是以克氏粉屬Klausipollenites(0.71～3.25)、鐮褶粉屬Falcisporites(1.90%～6.50%)為主；具脊雙囊系僅有1屬，為單脊粉屬Chordasporites，占2.9%；具溝雙囊系1屬，為阿里粉屬Alisporites，占12.20%～24.76%；雙囊具肋花粉2屬，為單束多肋粉屬Protohaploxypinus(3.20%～12.20%)和四肋粉屬Lunatisporites(1.60%～7.09%)；單囊類弗氏粉屬Florinites以及單溝類蘇鐵粉屬Cycadopites含量都相對(duì)較少。

蕨類孢子的分異度比裸子植物花粉要高，但含量卻較少(圖4)，約為25%。具體表現(xiàn)為：以光面系的圓形光面孢屬Punctatisporites(0.81%～4.00%)、光面三縫孢屬Leiotriletes(0.81%～2.86%)、圓形粒面孢屬Cyclogranisporites(0.81%～4.29%)為主，其次為帶環(huán)系的整環(huán)孢屬Cingulatisporites(0.71%～0.95%)、套環(huán)孢屬Densosporites(0.71%～3.20%)、窄環(huán)孢屬Stenozonotriletes(0.80%～1.61%)、背光孢屬Limatulasporites的壕圈背光孢Limatulasporitesfossulatus(占比不到1%)、多環(huán)孢屬Polycingulatisporites(0～0.71%)、刺面系的圓形刺瘤孢屬Apiculatisporis(0.81%～5.00%)、叉瘤孢屬Raistrickia(0.97%～1.60%)、網(wǎng)飾平網(wǎng)孢Dictyotriletes(0～0.97%)以及少量的石松屬Lycopodiumsporites(表1)。

4 討論

4.1 孢粉化石埋藏特征

在埋藏過(guò)程中，孢粉化石成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)會(huì)發(fā)生一系列變化。受溫度、氧化還原作用等因素影響，孢粉化石通常在還原條件下易保存下來(lái)，但若受氧化作用影響則不易保存(趙傳本，1989)。對(duì)孢粉化石的埋藏分析還需要了解保存孢粉植物群和大型植物植被的沉積環(huán)境，其一般埋藏在泥質(zhì)沉積物中，很少存在于粗粒沉積物中(Traverse，2007)。此外，沉積物中孢粉化石的含量和分布位置還受多種因素影響，包括親本植物的豐度、花粉生產(chǎn)能力以及當(dāng)時(shí)的風(fēng)流、降雨模式等(Looy and Hotton，2014)。一般來(lái)說(shuō)，在很少有碎屑物質(zhì)輸入的沉積環(huán)境中孢粉主要是通過(guò)風(fēng)力攜帶過(guò)來(lái)的，母體植物位于附近，而沉積在河口附近的孢粉，可能來(lái)自于較遠(yuǎn)的區(qū)域或海拔較高的區(qū)域(Nichols，2005；Traverse，2007)。

鏡下孢粉形態(tài)特征(圖5)顯示，土門段孢粉化石整體上保存較差，顏色較暗，個(gè)別孢粉顆粒發(fā)生變形。受晚古生代—早中生代氣候干旱、二疊紀(jì)末期古植代—中植代植被過(guò)渡的影響，一些類似古植代特征的植物類群大量消亡，導(dǎo)致華北地區(qū)孫家溝組植物化石大量減少(王自強(qiáng)，1989；楊振京和徐建明，2002；曹瑩，2018)。

圖4 豫西宜陽(yáng)大雨淋剖面上二疊統(tǒng)孫家溝組土門段主要孢粉化石含量及分異度(屬級(jí)別)餅狀圖Fig.4 Pie chart of main sporopollen fossil content and differentiation degree(Genus)of the Tumen Member of Upper Permian Sunjiagou Formation in Dayulin section of Yiyang area，western Henan Province

A—Florinites;B—Osmundacidites;C—Lueckisporites;D—Pityosporites;E—Alisporites;F—Apiculatisporis;G—Chordasporites;H—Leiotriletes;I—Densosporites;J—Falcisporites;K—Stenozonotriletes;L—Podocarpidites;M—Limitisporites;N—Klausipollenites;O—Polycingulatisporites;P—Protohaploxypinus;Q—Vittatina;R—Lundbladispora;S—Punctatisporites;T—Cordaitina;U—Lunatisporites;V—Gardenasporites;W—Striatopodocarpites;X—Cycadopites圖5 豫西宜陽(yáng)大雨淋剖面上二疊統(tǒng)孫家溝組土門段孢粉化石Fig.5 Sporopollen fossils from the Tumen Member of Upper Permian Sunjiagou Formation in Dayulin section of Yiyang area，western Henan Province

4.2 植物群特征

石炭紀(jì)末期，全球可分為4個(gè)植物地理區(qū)系，即華夏植物區(qū)系、歐美植物區(qū)系、安加拉植物區(qū)系和岡瓦納植物區(qū)系(Li，1996；歐陽(yáng)舒和侯靜鵬，1999)，其中華夏植物區(qū)系是隨著地質(zhì)時(shí)代演變而和歐美植物群的差別愈加顯著的。同時(shí)，在相鄰植物地理區(qū)，以時(shí)空共存為特征的二疊紀(jì)混合植物群也有報(bào)道(Srivastava and Agnihotri，2010；Zhangetal.，2014)。在華北板塊中二疊世晚期—晚二疊世早期的山西組和石盒子組中，以華夏特有植物分子占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。但到了上二疊統(tǒng)孫家溝組，植物類型又轉(zhuǎn)變?yōu)橐訳llmanniabronnii-Yuaniamagnifolia組合為代表的北半球二疊紀(jì)的代表分子(王自強(qiáng)，1989)。

4.2.1 古生態(tài)特征

利用分散型孢粉化石來(lái)重建古生態(tài)景觀時(shí)，需要對(duì)孢粉母體植物的親緣關(guān)系進(jìn)行了解。晚古生代孢粉類群的親緣關(guān)系在綱級(jí)水平上是有共識(shí)的，例如： 濕地植物為真蕨綱、木賊綱等，旱地植物為松柏綱、種子蕨綱等(表2)。但是，分散型孢粉與母體植物的親緣關(guān)系仍存在混淆，主要源于2種因素： (1)孢粉形態(tài)的相似性，特別是形態(tài)上較為簡(jiǎn)單的分類群，如： 單縫孢Laevigatosporites在蕨類植物蓮座蕨目和楔葉目中都有產(chǎn)出，一般將孢粉體小于30μm的歸入蓮座蕨目，而較大孢粉體歸入楔葉目，但2種植物的孢粉形態(tài)大小存在重疊(Ravn，1986)；(2)分散型孢粉具有很高的屬種多樣性，單個(gè)孢粉囊中可識(shí)別出多種不同的分散型孢粉分類群(Zavada，1991)。因此，可以沿用前人對(duì)原位孢子與母體植物關(guān)系的物種鑒定方式(Zavacla，1991；Balme，1995；蘇維等，2007；李守軍等，2014；Looy and Hotton，2014)來(lái)初步推測(cè)它們的親緣關(guān)系。

依據(jù)對(duì)大雨淋剖面土門段孢粉化石進(jìn)行親緣關(guān)系分析，辨別出一些在晚古生代—早中生代全球范圍內(nèi)分布較為廣泛的植物類群，這些類群對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)時(shí)代和氣候分析也有一定的指示意義。孫家溝組土門段孢粉化石反映的植物群生態(tài)面貌為： (1)真蕨綱以蓮座蕨目為主，盾形種子蕨目占有一定的比例，在組合中Punctatisporites、Leiotriletes、Apiculatisporis等屬所代表的親緣關(guān)系僅能反映其是真蕨綱和種子蕨綱主要的屬種，其中與蓮座蕨目相關(guān)的Cyclogranisporite、Punctatisporites占總比重的1.62%～8.29%，占蕨類孢子比重的15%～25%，說(shuō)明蓮座蕨目是蕨類植物中的主要分類群；(2)代表石松綱的Densosporites所占比重相對(duì)華北二疊紀(jì)早期明顯下降；(3)旱生松柏綱含量豐富，裸子植物花粉中直縫二囊粉屬Limitisporites和具溝雙囊系阿里粉Alisporites的含量最高，這是華北及周邊地區(qū)晚二疊世孢粉組合的重要特征，且該時(shí)期出現(xiàn)的Pityosporites、Lueckisporites、Limitisporites等屬也與旱生松柏綱植物群相關(guān)。

4.2.2 蓮座蕨目

Marattialean是古生代熱帶—亞熱帶地區(qū)分布極為廣泛的同孢子蕨類濕地植物(Murdock，2008)，其中蓮座蕨目(Marattiales)在該蕨類植物中化石數(shù)量最豐富，是晚古生代主要的熱帶濕地冠樹(shù)型草本植物(Cleal，2015)。蓮座蕨目植物化石在晚二疊世首次被確認(rèn)，在三疊紀(jì)和侏羅紀(jì)成為植物群主要組分(Tayloretal.，2009)，在賓夕法尼亞亞紀(jì)晚期(晚石炭世)分布于熱帶赤道的歐美和華夏植物地理區(qū)中。在二疊紀(jì)大部分時(shí)間中，蓮座蕨目棲息地受到限制，但依舊在泛大陸東部的潮濕熱帶地區(qū)(赤道部分華夏植物地理區(qū))茁壯成長(zhǎng)，部分分支分散在亞熱帶季節(jié)性潮濕地區(qū)，甚至干旱環(huán)境(DiMichele and Philips，2002)。Rothwell等(2018)通過(guò)描述晚二疊世蓮座蕨目在全球分布來(lái)反映全球分布模式和棲息地耐受性，認(rèn)為蓮座蕨目在該時(shí)期一般生活在熱帶—亞熱帶潮濕環(huán)境中。

在大雨淋剖面孫家溝組土門段孢粉化石中，Punctatisporites、Cyclogranisporites、Laevigatosporites等孢粉屬的親緣植物與蓮座蕨目有關(guān)(表2，備注)，含量在蕨類孢子中占有較大的比重，是研究區(qū)蕨類植物中的代表分子，并且埋藏層位巖性為灰綠色粉砂質(zhì)泥巖和泥巖，指示為還原環(huán)境下三角洲前緣的分流間灣地帶，代表較為潮濕的環(huán)境。

4.2.3 盾籽目

盾籽目(Peltaspermales)是起源于晚石炭世北半球安加拉植物地理區(qū)的種子蕨類植物，是二疊紀(jì)植物群的代表(Tayloretal.，2009)。其在南半球?qū)呒{大陸出現(xiàn)的時(shí)期為晚二疊世，在三疊紀(jì)Lepidopteris-Peltaspermum-Antevsia植物組合中較為常見(jiàn)。由于該組合在晚三疊世滅絕，故具有較強(qiáng)的指示時(shí)代作用(Kustatscheretal.，2018)。

大雨淋剖面孫家溝組土門段中的Protohaploxypinus、Falcisporites、Alisporites等孢粉屬的植物親緣關(guān)系與盾籽目有關(guān)，含量略小于與蓮座座蕨目有關(guān)的孢子含量，代表研究區(qū)的地質(zhì)時(shí)代為晚二疊世。

4.2.4 開(kāi)通目

在古生代—中生代之交的北半球板塊上，類似開(kāi)通目這種中生代裸子植物的類群已經(jīng)出現(xiàn)向高緯度地區(qū)收縮的跡象(Kustatscheretal.，2018)。該類植物具有掌狀復(fù)葉，且有兩對(duì)網(wǎng)狀葉脈，持續(xù)時(shí)間主要是早三疊世—早白堊世。Boyed(1992)認(rèn)為，開(kāi)通目植物在低緯度地區(qū)衰落之后很久一段時(shí)間中，仍在格陵蘭島(晚白堊世)具有較強(qiáng)生命力。

在大雨淋剖面孫家溝組土門段孢粉化石中，與裸子植物開(kāi)通目有親緣關(guān)系的花粉屬僅為Vitreisporites，含量不到3%。其占研究區(qū)孢粉組合中裸子花粉比重也并不太高，屬于中生代的先驅(qū)分子。

4.3 地質(zhì)時(shí)代厘定

二疊紀(jì)華北地區(qū)共發(fā)現(xiàn)孢粉類型91屬235種，其中歐美型孢粉植物分子達(dá)50%～70%，華夏孢粉植物特有分子占30%～50%(歐陽(yáng)舒等，2017)。

根據(jù)歐陽(yáng)舒等(2017)對(duì)華北晚二疊世—早三疊世的陸相植物化石、孢粉化石屬種所代表的時(shí)代背景分析，認(rèn)為要判斷華北地區(qū)孫家溝組—?jiǎng)⒓覝辖M孢粉組合的時(shí)代背景，既需要識(shí)別標(biāo)志性分子，同時(shí)也要根據(jù)孢粉組合特征進(jìn)行綜合分析。研究區(qū)孢粉組合特征顯示： 裸子花粉是以含量豐富的具肋紋、無(wú)肋紋的雙囊粉為主；蕨類孢子以無(wú)環(huán)三縫孢、有環(huán)三縫孢和凸飾孢為主，三者含量相近，符合典型的上二疊統(tǒng)孢粉特征(朱懷誠(chéng)，1993；朱懷誠(chéng)等，2002)。目前，山西柳林孫家溝組中保存著較高含量和分異度的孢粉化石(侯靜鵬和歐陽(yáng)舒，2000)，是同時(shí)期孢粉組合對(duì)比的良好樣本(圖6)。在孢粉組合成分上，山西柳林孫家溝組中的裸子花粉含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，蕨類孢子含量不到15%，與研究區(qū)孢粉組合特征基本一致，包含Punctatisporites、Leiotriletes、Lueckisporites、Leiotriletes、Punctatisporites、Granulatisporites、Cyclogranisporites、Apiculatisporis、Acanthotriletes、Densosporites、Florinites、Alisporites、Vitreisporites、Klausipollenites、Limitisporites、Chordasporites、Lueckisporites等共同屬，但與華北地區(qū)山西組、石盒子組中以蕨類孢子占優(yōu)勢(shì)的孢粉組合(朱懷誠(chéng)，1993)相區(qū)分。在豫西平頂山地區(qū)和山西離石，孫家溝組的孢粉組合以Limitisporites、Alisporites等為主，Vitreisporites、Lueckisporites等屬含量相對(duì)較低(歐陽(yáng)舒和王仁農(nóng)，1985)。

表3 豫西宜陽(yáng)大雨淋剖面上二疊統(tǒng)孫家溝組泥巖微量元素Sr、Cu含量及其比值Table3 Trace elements Sr，Cu content and their ratios in mudstone of the Upper Permian Sunjiagou Formation in Dayulin section of Yiyang area，western Henan Province

在大雨淋剖面孫家溝組土門段孢粉組合中，存在著具有較強(qiáng)地質(zhì)時(shí)代指示意義的孢粉屬類，如Lueckisporite，其自晚二疊世才有記錄(劉兆生，2000)，在塔里木盆地庫(kù)車(歐陽(yáng)舒等，2004)和田杜瓦地區(qū)(侯靜鵬，1990)、準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾大龍口(歐陽(yáng)舒等，1993；龐其清和金小赤，2004)、吐哈盆地桃東溝、柯亞地區(qū)(劉兆生，2000)等均有見(jiàn)到，在巴基斯坦鹽嶺地區(qū)的晚二疊世組合也有見(jiàn)到(Balme，1995)。Alisporites在新疆吉木薩爾大龍口地區(qū)晚二疊世中期、晚期的梧桐溝組、鍋底坑組含量較高，分別達(dá)到25%和37%(鄭月娟等，2013)。雙囊類的直縫二囊粉屬Limitisporites早在華北地區(qū)二疊紀(jì)的太原組中就已經(jīng)有報(bào)道，被認(rèn)為是二疊紀(jì)的典型分子(朱懷誠(chéng)，1993；歐陽(yáng)舒等，2004)。單束多肋粉屬Protohaploxypinus在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)中也較為常見(jiàn)(高存山，2018)。蕨類孢子Gulisporites屬是二疊紀(jì)早期華夏孢粉植物群的典型分子，到晚二疊世時(shí)期逐漸減少并最終消失，被視為晚古生代的典型分子(歐陽(yáng)舒和侯靜鵬，1999)。

綜上所述，研究區(qū)孢粉組合特性是以裸子植物花粉為主，蕨類孢子次之(圖5，表1)，這與上石盒子組和龍?zhí)督M孢粉組合不同，更類似于晚二疊世—早三疊世的中植代孢粉組合特征，并且在古植代中占有優(yōu)勢(shì)的Puntatisporites、Lycospora等屬含量較低。晚二疊世占有優(yōu)勢(shì)地位的Limitisporites、Lueckisporite等屬在研究區(qū)占有一定的比重。故大雨淋剖面孫家溝組土門段孢粉組合與華北地區(qū)晚二疊世長(zhǎng)興期的Lueckisporitesvirkkiae-Jugasporitesschaubergeroides組合相似(歐陽(yáng)舒和侯靜鵬，1999)，指示該段地層對(duì)應(yīng)的時(shí)代為長(zhǎng)興期。

4.4 古氣候特征

二疊紀(jì)早期，全球氣候開(kāi)始由冰室效應(yīng)向溫室效應(yīng)轉(zhuǎn)變(Gastaldoetal.，1996)。至晚二疊世和早三疊世之交，全球多地發(fā)生由溫暖、潮濕的海洋性氣候向干燥、炎熱的大陸性氣候的轉(zhuǎn)變(Tianetal.，2014)。利用原位孢子和分散孢子比對(duì)研究區(qū)的孢粉組合，可大致恢復(fù)該時(shí)期的植物背景，并可進(jìn)一步探討當(dāng)時(shí)的植物區(qū)系、古氣候等相關(guān)問(wèn)題(鄭月娟等，2013)。文中通過(guò)對(duì)大雨淋剖面土門段孢粉植物群的親緣關(guān)系和植物生態(tài)習(xí)性進(jìn)行分析(表2)，并結(jié)合孢粉化石信息函數(shù)和泥巖微量元素含量及比值(表3)，對(duì)古氣候進(jìn)行定性和半定量分析。

4.4.1 孢粉植物群類型指示的古氣候

在近年來(lái)的古地理重建中，認(rèn)為二疊紀(jì)—三疊紀(jì)過(guò)渡時(shí)期華北地區(qū)和歐美地區(qū)靠近以干旱氣候?yàn)樘卣鞯谋卑肭驘釒У貐^(qū)(Yinetal.，2013)。在中國(guó)北方，由于晚二疊世遠(yuǎn)離海洋及氣候變暖，形成炎熱干旱的氣候條件。植物區(qū)系中的喜濕熱、溫涼的古植帶分子(如木本石松類、科達(dá)類、大羽羊齒類等植物)大規(guī)模衰退或滅絕(熊聰慧和王祺，2007)，被適應(yīng)干旱和中等濕度環(huán)境的中植代分子(如松柏類、蘇鐵類等植物)替代，特別是歐美植物群中的旱生木本灌木——以Ullmannia為主的針葉型植物遷移到華北地區(qū)(DiMichele，2014)。

文中利用孢粉的植物親緣關(guān)系、生態(tài)習(xí)性(喜濕/喜旱)特征(表2)，對(duì)大雨淋剖面孫家溝組沉積時(shí)期古氣候演化進(jìn)行推測(cè)。其中，雙囊類花粉Alisporites、Lueckisporites、Vitreisporites、Falcisporites、Klausipollenites等屬在組合中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，其與旱生松柏類植物有親緣關(guān)系(Balme，1995；Looy and Hotton，2014)。蕨類孢子在大雨淋剖面孢粉組合中所占含量相對(duì)較低，且典型的喜濕熱、溫涼的楔葉類、鱗木類、大羽羊齒類等植物類群在大雨淋剖面少有發(fā)現(xiàn)，Punctatisporites、Leiotriletes、Cycadopites等屬代表的喜濕植物類群在組合中占有較小比例。根據(jù)以上孢粉植物群的習(xí)性特征，推測(cè)當(dāng)時(shí)處于季節(jié)性較炎熱氣候。

4.4.2 孢粉化石信息函數(shù)指示的古氣候

在了解孢粉植物群植物習(xí)性的基礎(chǔ)上，通過(guò)孢粉分異度等參數(shù)半定量計(jì)算，可以反映研究區(qū)的古環(huán)境，即古溫度、古濕度或古植被類型等。任來(lái)義等(2001)通過(guò)對(duì)吐哈盆地三疊系和侏羅系中約150件孢粉樣品進(jìn)行信息函數(shù)計(jì)算，對(duì)古氣候進(jìn)行半定量恢復(fù)。該指標(biāo)是利用孢粉組合中屬種數(shù)量與含量參數(shù)來(lái)建立植物與環(huán)境之間的函數(shù)關(guān)系：

根據(jù)上述公式對(duì)大雨淋剖面孫家溝組土門段主要孢粉屬的分異度及孢粉含量的均值進(jìn)行計(jì)算(圖5；表1)，得出H(G)=2.3。簡(jiǎn)單分異度(屬級(jí)別)較高，指示當(dāng)時(shí)環(huán)境較為適合多數(shù)植物生長(zhǎng)，溫度是較炎熱。同時(shí)，可利用孢粉組合中指示干旱氣候的孢粉數(shù)量/指示濕潤(rùn)氣候的含量比值(D/W)來(lái)加以驗(yàn)證(陳樹(shù)旺等，2020)，研究區(qū)孢粉組合D/W為3.3，說(shuō)明旱生植物屬含量占有優(yōu)勢(shì)地位，指示當(dāng)時(shí)的濕度為半干旱—干旱。

圖7 豫西宜陽(yáng)大雨淋剖面上二疊統(tǒng)孫家溝組沉積時(shí)期古氣候演化Fig.7 Palaeoclimate evolution during the depositional period of Upper Permian Sunjiagou Formation in Dayulin section of Yiyang area，western Henan Province

4.4.3 古氣候演化

泥巖元素地球化學(xué)指標(biāo)分析通常被作為古氣候判別的方法，如w(Sr)、w(Cu)及其比值對(duì)古氣候的演化具有良好的指示作用(張?zhí)旄５龋?016)。當(dāng)w(Sr)/w(Cu)比值介于1.3～5.0之間時(shí)，指示為溫?zé)釟夂?；而大?.0時(shí)，指示為干旱氣候。在研究區(qū)孫家溝組土門段和圈門段中發(fā)育有灰綠色、紫紅色泥巖，通過(guò)對(duì)泥巖樣品進(jìn)行微量元素測(cè)試，并將研究區(qū)孢粉植物群特征相結(jié)合進(jìn)行綜合分析(圖7)。w(Sr)/w(Cu)曲線整體上顯示氣候有3次明顯變化的時(shí)期： (1)孫家溝組下段(平頂山沙巖段)指示炎熱的半干旱氣候；(2)孫家溝組中段(土門段)沉積時(shí)期氣候有所緩和，地層中保存有大量植物化石碎片和孢粉化石，植物化石主要以Ullmanniabronnii-Yuaniamagnifolia組合為主(王自強(qiáng)，1989)，孢粉植物群包括含量相對(duì)較少但分異度較高的種子蕨類、真蕨類孢粉屬，及含量較高、分異度較低的旱生松柏綱孢粉屬，顯示該時(shí)期古氣候變?yōu)檩^炎熱的半干旱氣候；(3)孫家溝組上段(圈門段)沉積時(shí)期為炎熱的干旱氣候。因此，大雨淋剖面孫家溝組沉積時(shí)期整體上表現(xiàn)為較炎熱的半干旱環(huán)境。

5 結(jié)論

1)豫西宜陽(yáng)大雨淋剖面上二疊統(tǒng)孫家溝組自下而上可分為3段： 平頂山砂巖段以含礫中—粗粒砂巖為主，土門段以厚層細(xì)砂巖和薄層泥巖互層為主，圈門段以紫紅色泥巖與薄層泥灰?guī)r組成的互層為主。從下到上，發(fā)育三角洲平原—三角洲前緣—濱淺湖沉積。

2)通過(guò)對(duì)孢粉化石鏡下形態(tài)特征分析發(fā)現(xiàn)，大雨淋剖面孫家溝組中共包含孢粉化石52屬，包括蕨類孢子植物29屬，裸子花粉植物23屬。孢粉組合特征表現(xiàn)為以裸子植物含量占有優(yōu)勢(shì)地位、蕨類植物次之。從孢粉植物群成分上看，該地區(qū)古植物群落中的蕨類植物相對(duì)稀少，裸子植物占主體，這與晚二疊世歐美鎂灰?guī)r統(tǒng)植物群類似，屬于華北地區(qū)華夏植物群衰落期。

3)大雨淋剖面孫家溝組的時(shí)代標(biāo)志性孢粉化石有Limitisporites、Protohaploxypinus、Lunatisporites、Lueckisporites、Chordasporites等屬，都是二疊紀(jì)常見(jiàn)分子，并且在晚二疊世依舊占有一定的含量。結(jié)合區(qū)域孢粉化石組合對(duì)比，初步推測(cè)該組合的時(shí)代背景為晚二疊世長(zhǎng)興期。

4)根據(jù)大雨淋剖面孫家溝組孢粉化石保存狀況以及喜濕熱分子和喜干旱分子的分異度信息函數(shù)H(G)、含量比值(D/W)以及微量元素w(Sr)/w(Cu)值，推測(cè)晚二疊世長(zhǎng)興期研究區(qū)整體上處于季節(jié)性較炎熱的半干旱環(huán)境。

致謝在文章的審閱和修改過(guò)程中，評(píng)審專家們給予了中肯的指導(dǎo)和幫助，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)與古生物研究所的劉峰老師也提出了很多寶貴意見(jiàn)，孢粉鑒定工作得到了河南南陽(yáng)市油田研究院地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室的協(xié)助，在此一并表示衷心感謝!