山東新汶煤田太原組底部徐家莊灰巖的微體古生物組合及時代探討

宋香鎖，江泳,陳軍，陳誠，劉鳳臣*

(1.山東省地質科學研究院，國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室，山東省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，山東 濟南 250013; 2.臨沂市自然資源和規劃局，山東 臨沂 276001)

0 引言

山東新汶煤田石炭、二疊紀地層發育，石炭、二疊紀地層由老到新主要為本溪組、太原組、山西組、黑山組、萬山組、奎山組和孝婦河組。含煤地層主要為太原組和山西組，其中太原組灰巖夾層內含豐富的微體古生物化石，對劃分對比地層和確定地層時代具有重要意義。本溪組原始定義指的是居奧陶系之上含煤地層以下，由頁巖、砂巖及石灰巖薄層所組成的地層，本溪組與山西組之間的一套海陸交互相含煤地層為太原組。張增奇等[1]對山東省巖石地層進行清理時，按照巖石地層單位厘定要求，將本溪組重新定義為馬家溝群與太原組之間由泥巖、頁巖為主夾鋁土質頁巖的一套碎屑巖層，而將穩定石灰巖薄層的出現均歸入了本溪組之上的太原組；太原組以首次出現穩定分布的灰巖為底界，以最上部一層灰巖結束為頂界。按照現在的定義，原屬本溪組的徐家莊灰巖現歸太原組，即為太原組底部徐家莊灰巖。本文分析了太原組底部徐家莊灰巖中的微體古生物群，討論其地質時代。

1 煤田概況

新汶煤田位于山東省中西部，總面積約250km2。地層區劃屬華北地層區魯西地層分區，該煤田石炭、二疊紀地層為“華北型”的海陸交互相—陸相含煤沉積地層，在生物群、巖性、巖相特征和含煤性等方面，與華北其他地區均具很好的可對比性[2]。區內石炭—二疊紀地層自下而上劃分為本溪組、太原組、山西組、黑山組、萬山組、奎山組和孝婦河組。煤系地層總厚約800m。本區石炭、二疊紀地層出露較少，微體古生物化石主要由各井田含煤巖系中的鉆孔巖心中采集(圖1)。

1—第四系；2—古近系；3—奧陶系；4—太古代巖漿巖；5—隱伏斷層；6—斷層；7—煤礦點；8—村鎮；9—公路

2 太原組地層

區內太原組厚約180m，為本區主要含煤巖系[1](圖2)，與本溪組為連續沉積。其巖性主要為灰—深灰色泥巖、黏土巖、粉砂巖和灰綠、灰白色中細粒砂巖。夾灰巖6層(即1灰、2灰、3灰、4灰、5灰、6灰)，其中1，4灰、5灰厚度和層位穩定，5灰(徐家莊灰巖)厚度較大，全區分布穩定，是區內重要標志層；徐家莊灰巖的底部是本溪組和太原組的界線。2，3灰厚度和分布多不穩定，常呈透鏡狀夾于泥巖或粉砂質泥巖中。太原組共含煤11層，主要可采煤層為11煤、13煤、15煤。

圖2 新汶煤田太原組柱狀圖

3 太原組底部微體古生物群及組合

經室內分析鑒定，太原組徐家莊灰巖所含化石類型簡單，但數量較豐富，共見有蟲筳類化石6屬14種，非蟲筳有孔蟲7屬16種，牙形石6屬10種。

3.1 蟲筳類動物群組合特征及區內外對比

3.1.1 蟲筳類組合特征

研究區太原組底部蟲筳類動物群，主要包括紡錘蟲筳科、小澤蟲筳科和蘇伯蟲筳科，計有Fusulinaquasicyindrica，Fusulnellacumpani，F.vozhgalensis，Beedinakonnoi，B.pseudonytvica，Taitzehoellataitzehoensis，Ozawainellaangulata，O.vozhgalica，O.turgida，O.stalle，O.peixanica，Schubertellaobscure，S.paraelliptica，S.pusilla等屬種(圖版Ⅰ)。上述屬種除Ozawainella，Schubertella兩屬的某些分子可上延到太原組上部外，絕大部分屬種為太原組底部所特有，形成了晚石炭世中晚期獨特的蟲筳類動物群。它們多數是我國華北地區Fusulinella-Fusulina的重要分子。因此，新汶煤田太原組的底部也可建立Fusulinella-Fusulina帶，這一蟲筳類組合帶及其所包含的生物內容，代表了晚石炭世中晚期的地質歷程，可廣泛用于區域性對比(表1)[5-10]。

1—Ozawainella turgidaSheng；2—OzawainellaturgidavozhgalicaSafonova；3—OzawainellastellaeManukalova；4—OzawainellapreastellaeRauser；5—OzawainellamosquensisRauser；6—Fusiella typical extensaRauser；7—Fusiella typical sparsa Sheng；8—Neostaffella sphaeroidea(Ehrenberg)；9— Neostaffellapanxianensis(Chang)；10—Taitzehoella taitzehoensis Sheng；11—Taitzehoellataitzehoensisextensa Sheng；12—Schubertella lataelliptica Sheng；13—Fusulina quasifusulinoidesRauser；14—Fusulinella bocki Moeller；15—Beedeina konnoi(Ozawa)；16—Fusulinella provecta(Sheng)；17—Fusulinella pseudobocki(Lee et Chen) ；18—Beedeina pseudokonnoi(Sheng) ；19—Beedeina ulitinensis(Rauser) ；20—Schubertella kingiDunbar et Skinner；21—Fusulina kunlunzhengensisZhang et Zhou；22— Fusuline llafluxa(Lee et Chen) ；23— Protritieitesraruis Sheng

3.1.2 區內外生物地層對比

山東淄博煤田寨里徐家莊，在原劃的本溪組[3-4]自下而上發育四層海相灰巖，即草埠溝灰巖(L1)、徐家莊灰巖(L2,L3)、徐上灰(L4)，在L2和L4兩層灰巖中含極豐富的蟲筳類化石，計有:Fusulinellaprovecta，F.pseudobocki，F.cumpani，F.fluxa，F.obesa，Fusulinacylindrica，F.quasiccylindrica，F.nytuica，F.pankouensis，Taitzehoensistaitzehoensisextensa，Beedeinapseudokonnoi，B.konnoi，B.ulitinensis，B.rauserae，B.yangi，Neostaffellacuboides，N.sphaeroidea，Pseudostaffellakremsi，P.subquadrata，Fusiellamui，Ozawanellastellae，O.turgida，O.wozhgalica，O.angulata，Schubertellakingi，S.elongata，S.lataelliptica等，它們多為我國各地晚石炭世中晚期常見屬種，尤其Fusulinellaprovecta，F.pseudobocki，F.cumpani，Fusulinaquasicyinolrica，Beedeimapseudonnoi，B.konnoi，Taitzehoellataitzehenis，Ozawanellaturgida，O.wozhgalica，Schubertellakingi等屬種是華北、東北南部原所劃的本溪組上部(現對應于山東省太原組底部)的典型屬種。張遴信通過對上述威寧期蟲筳類動物群研究，建立了Fusulinella-Fusulina帶。

表1 新汶煤田與部分地區本溪組化石帶對比

新汶煤田太原組底部徐家莊灰巖中發現的蟲筳類化石屬種，在豐度和分異度上雖不如淄博煤田徐家莊灰巖中的蟲筳類動物群，但兩者仍具很大的相似性，如本區所發現的Fusulinellacumpani，F.provecta，Fusulinaquasicylindrica，Beedeinakonnoi，B.ulitinensis，Taitzehoellataizchuensis，Ozawanellastellae，O.turgida，O.wozhgalica，O.angulata，schubertellakingi等晚石炭世中晚期的重要分子，在淄博煤田徐家莊灰巖中均有見之。由此可見，新汶煤田太原組底部的徐家莊灰巖大致相當于淄博煤田太原組的徐家莊灰巖和徐上灰巖層位。

以往對魯西、魯西南諸煤田上石炭統太原組底部灰巖蟲筳類化石的研究，先后在肥城[8]、萊蕪煤田的五灰[11]、小五灰及兗州[9]、滕州煤田[12]的十二灰、十三灰、十四灰中發現了Fusulinellabocki，F.pseudobocki，F.provecta，Fusulinaquasicwindrica，F.pseudokonnoi，F.schellwieni，F.cf.pseudonytvicaF.pankouensis，pseudostaffellasphaeroidea，Taitzehoellataitzehoensis，Fusiellatypica，Ozawainellawozhgalica，O.turgida，O.stallae，Schubertellaobscure，S.pusilla等，它們大都為華北地區晚石炭世中晚期Fusulinella-Fusulina帶的蟲筳類分子，本組合帶與以上所述幾個地區太原組底部灰巖所含蟲筳生物組合在橫向上均可對比。新汶煤田徐家莊灰巖中也見有上述一些典型屬種，因此，本區的徐家莊灰巖層位應相當于肥城、萊蕪煤田的五灰和兗州、濟寧、滕州煤田的十二灰—十四灰，它們應屬同期沉積。此外，由于本區草埠溝灰巖(六灰)極不穩定，一直未發現蟲筳或其它生物化石，故在橫向上很難與魯西、魯西南進行橫向對比，但根據上述各地太原組底部灰巖沉積特征的一致性和上下層位關系，初步認為新汶煤田的草埠溝灰巖與肥城、萊蕪煤田的六灰和兗州、濟寧、滕州煤田的十五灰屬同一層位，仍歸屬Fusulinella-Fusulina帶的下部亞帶。值得提及的是新汶煤田太原組底部蟲筳類動物群與山東其他地區相比，缺失臨沂煤田太原組灰巖中具南方型特色的Profusulinella[10]，即缺少了相當于遼寧太子河流域本溪組的Fostaffella帶，該帶的地質時代應早于山東省各煤田太原組底部普遍存在的，代表晚石炭世中晚期的沉積的Fusulinella-Fusulina帶。

盛金章教授曾對遼寧太子河流域本溪組(相當于山東省太原組底部層位)的蟲筳類化石進行過詳細研究[5]，共建立了2個組合帶和5個亞帶，自上而下為:

ⅡFusulinella-Fusulina帶(螞蟻溝石灰巖—牛毛嶺石灰巖)

5.Fusulinacylindrica-F.quasicwindrica亞帶(牛毛嶺石灰巖)

4.Fusulinellaprorata亞帶(本溪石灰巖)

3.Pseudostaffellasphearoidea亞帶(小峪石灰巖上部)

2.Fusulinakonnoi亞帶(小峪石灰巖下部)

1.Fusulinaschellzeneni亞帶(螞蟻溝石灰巖)

ⅠEastaffellasubsolana帶(小市石灰巖)

如將山東新汶煤田建立的Fusulinella-Fusulina帶與遼寧太子河流域本溪組蟲筳類組合帶對比，新汶煤田太原組徐家莊灰巖僅見上述2個組合帶中第Ⅱ蟲筳帶的一些分子，如:Fusulinaquasicylindrica，Fusulinellawzhgalensis，Pseudostaffellasphaeroides，Taitchoeliataitcchoensis，Ozawanellaangulate，O.wzhgalica，O.turgida，Schubertellaobscura等。經分析對比，上屬種多見于遼寧太子河流域本溪組Fusulinella-Fusulina帶的上部4個亞帶，而最下部一個亞帶中Fusulina屬的較原始的F.schellwieni一種在本區太原組底部一直未發現，故新汶煤田內發育的徐家莊灰巖層位應大致相當于太子河流域的小峪石灰巖及其以上層位。此外，由于本區太原組下部草埠溝灰巖的厚度和橫向分布均不穩定，經多次采集未獲取蟲筳類化石，無法與遼寧太子河流域進行確切對比，是否相當于太子河流域本溪組第Ⅱ組合帶中Fusulinaschellzeneni亞帶(螞蟻溝石灰巖)層位，尚需作進一步探討。

根據內蒙準格爾旗煤田本溪組所含蟲筳類動物群特征[7]，建立了2個蟲筳帶，自上而下:

ⅡFusulinaquasicylindrica-Pseudostaffellasphaeroidea帶

ⅠBeedeinakonnoi-Fusulinellabocki帶

山東新汶煤田太原組底部徐家莊灰中所發現的蟲筳類化石屬種，如Fusulinaquasicylindrica，pseudo-staffellasphaeroidea，P.paradoxa，Beedinakonnoi，Taitzehoella蟲筳taitzehoensis，Ozawanellavozhgalica，O.turgida等，多為上述2個組合帶中的建帶分子或主要屬種。只是內蒙準格爾旗本溪組的蟲筳類屬種比較豐富(15屬129種)，而新汶煤田太原組底部僅有7屬24種，但兩地蟲筳類動物群面貌基本一致，內蒙準格爾旗本溪組2個蟲筳帶所占據的層位應大致相當于新汶煤田Fusulina-Fusulinella帶占據的層位。

山西太原西山晉祠組上部灰巖[13]，發現有:Fusulinapseudokonni，F.quasicylindrica，Taitzehoellataitzehoensisextensaobesa，Pseudostaffellasphaeroidea，Fusiellapulchella，Ozawanellaangulate，O.vozhgalica蟲筳類化石6屬9種，并建立了Fusulinapseudokonnoi-Taitzehoellaextensa組合帶。如將本區徐家莊灰中已發現的蟲筳類化石屬種與上述組合帶對比，二者具有許多共同分子，如:Fusulinaquasicyindrica，Pseudostaffellasphaeroidea，Ozawanellaangulata，O.wozhgalica等。這些屬種也是華北、東北南部太原組底部(或“本溪組”上部)和華南黃龍組中的典型分子[14-15]。據以上蟲筳類動物群對比，初步認為新汶煤田徐家莊灰巖層位大致相當于太原西山晉祠組下部畔溝灰巖層位，它們均為晚石炭世中晚期的沉積。

張遴信將中國晚石炭世達拉階標準剖面的蟲筳分為6個化石帶[16]，其中Fusulinacylindrica-F.quasifusulinoides帶作為達拉階的最上部的一個帶，此帶中的蟲筳分子如：Fusulinacylindrica，F.quasifusulinoides，Fusulinellabocki，Schubertellalata均是山東新汶太原組底部徐家莊灰巖Fusulina-Fusulinella組合帶中重要分子。由此可見新汶煤田Fusulina-Fusulinella帶與張遴信在達拉階標準剖面所劃分的Fusulinacylindrica-F.quasifusulinoides帶完全可以對比，筆者認為本地區徐家莊灰巖層位應居達拉階的頂部。

新汶煤田太原組底部蟲筳類化石主要為Fusulinella-Fusulina帶的分子，這個蟲筳化石帶在魯中魯西北及魯西南的絕大部分地區(除臨沂煤田)，包含了太原組底部全部灰巖的蟲筳化石內容，完全可以與本溪組標準地點遼寧太子河流域本溪組的Fusulinella-Fusulina帶進行對比，它們不僅蟲筳類組合帶面貌相似，而且產有一些共同分子，如Fusulinaquasicwindrica，F.konnoi，Fusulinellaprovecta，Taitzehoeillataitzehoensis等。這一蟲筳帶還可與河北唐山開平煤田唐山組的蟲筳化石組合[17]，蘇北大電煤田的Fusulina-Beedeina帶[18]，晉東南附城本溪組的Fusulinaquasicylindricacompacta-Fusulinellabocki帶[19]，太原西山畔溝灰巖的Fusulinapseudokonnoi-Taitzehoellatailzehoensisextensa組合帶進行對比[6]。此外，與江蘇寧鎮地區黃龍組的Fusalinella-Fusulina帶[15]，貴州普安達拉組的Fusulina-Fusulinella帶[20]，以及江西北部威寧階的蟲筳帶進行對比[21]。這些帶所含蟲筳的屬種基本一致，應屬同一時代，因此，將本區太原組底部徐家莊灰巖的地質年代歸屬晚石炭世中晚期。金玉玕等認為達拉階的蟲筳類包括Profusulinella帶和Fusulina-Fusulinella帶[22]，全國地層委員會指出[23]，達拉階自下而上包含2個蟲筳帶:Profusulinella帶和Fusulina-Fusulinella帶，據此，新汶煤田太原組底部徐家莊灰巖Fusalinella-Fusulina帶的年代地層應歸為達拉階。

3.2 非蟲筳有孔蟲生物群

新汶煤田僅在太原組徐家莊灰巖中發現非蟲筳有孔蟲化石9屬16種，主要有:Bradyinatarasovi,B.hebeiensis,B.furonshanensis，B.shanxiensis,B.lepida,Palaeotextulariamoepperi,P.consobrina,P.paracommunis，P.angusta，Tetrataxislata,Cribrostomumbrady，Endothyrasp.，Eotuberitinaveitlingerae，Reophaxtangshanensis，Climacamminamoelleri，Cribrogenerinaborea等(圖版Ⅱ)。其中以Bradyina和Palaeotextularia兩屬占主導地位，不僅數量豐富，而且種類較多，其次Cribrostomum屬也含有一定數量，而Reophax，Tetrataris，Eotuberitina，Endothyra僅見有個別種。本區徐家莊灰巖中的非蟲筳有孔蟲動物群與河南、河北各地本溪組有孔蟲動物群較為相似[24-25]，它們均以Bradyina屬豐富為特征，在屬種組成上亦出現了許多相同屬種，如:Bradyinahebeiensis，B.shanensis,Palaetextulariaparacommunis,P.consobrina,Reophaxtangshanensis。故可將本區本溪組徐灰中非蟲筳有孔蟲動物群的地質時代歸屬晚石炭世中晚期。其與蟲筳類動物群Fusulinella-Fusulina帶層位大致相當，應屬于同一地質時期2個不同類型的動物群。

3.3 牙形石生物群

新汶煤田太原組徐家莊灰巖中的牙形石，類型十分單調，無論在垂向上還是橫向上屬種的分異度都很低。本次在區內徐家莊灰巖中獲得了6屬10種，計有:Idiognathodusdelicatus,I.magnifica,I.claviformis,I.tersus,Neognathodusroundyi,Hindeodelladelicatula,Ozarkodinadelicatula,Anchignathodusminuts,Sreptognathousparvus,S.excelsus等一些高級復合型和平臺型牙形石(圖版Ⅲ)，其中尤以平臺型占主導地位。這一牙形石動物群中的Idiognathodusdelicatus,I.magnifica,I.claviformis,I.tersus,Neognathodusroundyi組成了太原組徐家莊灰巖的特征分子。除上述分子外，Hindeodella，Ozarkadina，Anchignathodus，Streptognathodus屬的一些種也是本區太原組底部的常見分子，但它們可上延到太原組中上部。根據該牙形石動物群屬種類型和分布特征，本區可建立Idiognathodusmagnificus-Streptognathodusparvus組合。上述牙形石建帶分子常見于世界和我國各地晚石炭世中晚期，產出層位十分穩定，故擇其作為組合帶的代表分子。這一牙形石動物群與太原西山晉祠組上、下2個組合帶(Streptognathodusparvus-Idiognathodusmagnificus帶和Idiognathodusdelicatus-Neognathodusbassreri帶[26])和徐準地區第二、三組合帶(Idiognathadusmagnificus-I.antiquus帶和Idiognathadusdelicatus-Neognathodusbassleri帶)對比[27]，新汶煤田太原組底部所見的牙形石幾乎絕大多數屬均見于太原西山的晉祠組、徐淮地區的本溪組，它們的牙形石組合基本面貌十分相似，完全可以對比。此外，內蒙準格爾旗煤田本溪組，建立了2個牙形石組合帶，即上部的Streptognothadusparvus-Ozarkodinadelicatula組合帶和下部的Idiognathodusdelicatus-Neognathousbothrops組合帶[28]，這2個組合帶中的Idiognathodusdelicatus，I.magnificus，I.claviformis，Streptognathodusparvus，Anchignathodusminutus，Ozarkodinadelicatula等在新汶煤田太原組底部Idiognathadusmagnifica-Streptognathodusparvus組合帶中均有見之，而且是兩地的建帶分子或重要屬種。因此，新汶煤田徐家莊灰巖的牙形石動物群與準格爾煤田二、三灰中的牙形石動物群完全可以對比，它們屬于同一地質時期的牙形石動物群(表2)。

表2 新汶煤田太原組底部生物地層與中國北方生物地層對比

據趙治信報導，在新疆塔里木盆地發現有Septognathodusparvus,S.suberectus,Idiognathodusdelicatus,Idiognathoidescorrugatus,Ozarkodinadelicatula,Gnathodusbassler[29]。這些牙形石屬種除Idiognathoidescorrugata，Gnathodusbassler外，其余都見于新汶煤田的徐家莊灰巖，而且其中多為我國北方本溪組(山東太原組底部)的典型分子，因此兩地的牙形石動物群應是同一地質時期的產物。

1—Idiognathodus delicates Gunnell,；2—IdiognathodusclaviformisGunnell；3—Neognathodusroundyi；4—StreptognathodusparvusDunn，1966；5—Ozarkodinadelicatula(Stauffer & Plummer)；6—Anchignathodusminutus(Ellison,19641)；7—HindeodelladelicatulaStauffer & Plummer

貴州望漠—羅甸地區的達拉組產下列牙形石[30]：Gondodellagianaensis,Idiognathodusmagnificus,I.dedicatus,ldiognathoidescorrugatus,I.cf.tersus,Anchignathodusminutus，Hindeodellaibergensis,Ozarkadinadelicatula,Streptognathodusoppletus，Diplognathodussp.，Apotognathodussp.。以上多數屬種也見于新汶煤田徐家莊灰巖，它們具有大致相似的牙形石組合面貌，基本可以對比。但兩地牙形石動物群也稍有差異，如貴州望漠—羅甸達拉組的牙形石動物群中有若干重要屬(如Diplogmathodus，Apotognathodus)在新汶煤田未出現，這又顯示它們之間有一定差別，說明貴州望漠—羅甸達拉組具有較多的地方性色彩。

肥城、淄博煤田的五灰和濟寧煤田的十二—十四灰中所發現的牙形石分子有如下[31-32]：Idiognathodusmagnificus，I.delicatus，I.claviformis,I.shanensis,Idiognathoidessinuata,Streptognathousparvus,S.cancellosus,Ozarkadinadelicatula,Neognathadusbassleri,Hindeodelladelicatula,Anchignathodusminutus，Gondolellasymmetrica等。這一牙形石動物群的組成特點是以Idiognathodus一屬豐度和分異度較高為特征，并出現了一些晚石炭世中晚期的典型分子Idiognathodussinuata，Neognathousbaseleri等。以上兩煤田太原組底部的牙形石動物群面貌與新汶煤田徐家莊灰巖的牙形石動物群面貌十分相似。故新汶煤田徐家莊灰巖與肥城煤田的五灰、濟寧煤田十二—十四灰完全可以對比，它們同屬于晚石炭世中晚期的沉積。

通過牙形石生物地層區域對比可知，新汶煤田和太原西山、徐準地區以及魯西、魯西南地區一樣，明顯缺失了晚石炭世早期的牙形石組合帶。新汶煤田徐家莊灰巖牙形石動物群所代表的地質時代僅相當于晚石炭世中晚期，與蟲筳類Fusulimella-Fusulina帶延續時限相當。

4 結論

本文通過對新汶煤田太原組底部灰巖的蟲筳、非蟲筳有孔蟲和牙形石化石的分析研究及區域對比，認為本區徐家莊灰巖的蟲筳、非蟲筳有孔蟲和牙形石與省內及華北地區相應層位灰巖的蟲筳、非蟲筳有孔蟲和牙形石化石的總體面貌大致相似。徐家莊灰巖中的蟲筳個體較小，具有四層旋壁特征，反映出晚石炭世Fusulinella-Fusulina蟲筳類組成面貌。非蟲筳有孔蟲以Bradyina和Palaeotextularia兩屬為主，體現出晚石炭世中晚期的特征。達拉階中上部的牙形石典型代表分子的Idiognathodussulcatus,Neognathodusroundyi和Sreptognathousparvus三個屬種[2]，是本區的徐家莊灰巖中主要屬種，通過這三種生物群的特征分析，徐家莊組灰巖時代屬于晚石炭世中晚期，即達拉階期末。