新疆准噶尔盆地东部侏罗系石树沟群中的硅化木等化石的另一种地质意义探讨
１２９
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ环 境 科 学
２０１１ ＮＯ．０１
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ科技创新导报
在新疆准噶尔盆地的东部、东北部及临近地区的中－上侏罗统石树沟群地层中,普遍含有大量的硅化木化石群,并且以其分布之广、数量之大、保存之完好而举世瞩目。在地质学研究中,古生物化石是用来判断所在地层层位和当时的古气候、古环境等的最重要依据,因此,前人把硅化木做为一种化石来确定地层的时代似乎是没有什么异议,也不足为怪。然而,象森林一样成群成片出现在地层中的硅化木甚至还有多个完整个体的恐龙化石发现,这能认为是象通常化石一样偶然出现的吗？那么,它是什么事件造成的呢？又具有什么特殊的地质意义呢？本文就是针对这一问题展开的粗浅讨论。
１ 化石的特征
目前,有关这些硅化木化石的分布特征主要是来自旅游资源开发与保护方面的统计资料,其分布范围相当广泛,至少在富蕴-清河-吉木萨尔-奇台-木垒-八里坤-哈密-伊吾这方圆数万平方公里的范围内,都发现过硅化木(图1,图2)。
其中,以奇台县将军戈壁的帐篷沟、石树沟、清真寺沟、老鹰沟与恐龙沟等地的硅化木群最为壮观,还为此建立了硅化木－恐龙国家地质公园。在这一地区,硅化木以分布集中、数量和规模巨大、保存极其完整而著称。如,在石树沟方圆3.5平方公里的范围内,静躺着1000多株石树,在一片数百平方米的山丘上,密集地“生长”着104棵巨大的化石树桩,树根一如往昔,深扎岩层；树木的原生构造保存清晰,硅化木直径一般0.5～1m,最大者可达2.8m,长一般5～20m,最长者达26m,呈倒伏状、直立状等不同的埋藏状态,那栩栩如生的黄褐色皲裂的树皮,粗壮的树根,斜生的树杈与现代伐木场的树木简直毫无二样,树皮上纤维、树干上的年轮清晰可辨。
此外,在同一套地层中,还保存有丰富的恐龙化石。其中袁复礼教授1931年在将军戈壁发现的长10.26m 、背高4.05m 的大型恐龙——奇台天山龙,是中国人第一次在亚洲发现恐龙的化石。1983年以来,中外古生物专家在公园区域内又先后挖掘出大量恐龙化石,其中包括体长30.4m,高
10余米,目前亚洲最大的恐龙——中加马门溪龙、新疆侏罗纪典型的食肉型恐龙——长5.1m,背高1.7m 的江氏单嵴龙、以及蜥脚类的苏氏巧龙和戈壁卡拉麦里龙,鸟臀目的五彩湾工部龙,还有被称为代表了兽脚类恐龙重要演化环节的董氏中国伶盗龙。与恐龙化石伴生的还有大量鳄类、龟类、蜥蜴以及两栖—哺乳动物和小型原始哺乳动物化石,等等。
２ 地层特征
很久以来,根据所产的这些动物、植物化石,前人就顺理成章的把这套地层定为中、上侏罗统,取名为石树沟群,地层的名字也是来自于以盛产石树(硅化木)而闻名的地方—石树沟。它是一套与下伏地层界线很明显的独立地层单元,地层是以红色调为主的砂岩、泥岩,一般认为这是代表着干旱氧化气候下的沉积环境；该套地层的下伏地层是中侏罗统西山窑组,表现的是以灰色、灰褐色等为主的暗色含煤系地层,一般认为代表的是温暖潮湿的沉积环境。因此,地层间的分界特征很明显(表1)。
３ 构造特征
从经过该地区的地震剖面上可以清楚的看出,含有硅化木化石的石树沟群与中侏罗统西山窑组之间是一个明显的超覆不整合面(图3),这表明,在石树沟群沉积之前曾经发生了强烈的构造运动,使前期地层被强烈的褶皱或抬升。大量的研究成果也都证实,这次运动是准噶尔盆地及周边地区非常重要的一次构造运动——燕山运动I 幕,在准噶尔盆地内也有非常显著的表现,是一个非常清楚的地质界面(何登发等,2007；张满郎等,2000；胡平等,2005；史宣玉等1995；五敏芳等2007；张琴等,2001)。
４ 硅化木的成因分析
硅化木就是一种树木类的化石,它是地史上的森林、树木被沉积物埋藏以后,由于富含二氧化硅的地下水成岩交代作用,使树木中原先的含碳物质被二氧化硅分子所取
新疆准噶尔盆地东部侏罗系石树沟群中的硅化木等化石
的另一种地质意义探讨①
李秀云
（胜利油田西部新区研究中心勘探二室 山东东营 ２５７０１５）
摘 要：在新疆准噶尔盆地东部的中、上侏罗统石树沟群残留地层中，广泛分布着非常壮观的硅化木化石群，有的看起来就象是被破坏的森林一样，这不能不说是一种奇迹。因为，它们是远古的森林、树木埋藏后被硅质交代作用的产物，而要使这一变化过程能够顺利进行，所要求的地质条件是非常苛刻的。迅速的深埋藏作用，让这些树木能够保持生前最后的一瞬间被“定格”在地层中不被氧化、腐烂，直到成岩交代作用彻底完成，这是最重要的一个条件。由此可见，这套沉积物应当是有别于正常沉积的快速堆积层，属于事件性沉积的范畴。另一方面，硅化木化石是属于前期生物死亡后被保存在新的地层单元之中，现在的产出层位不是代表其生存时的环境，而是代表了有利于其死亡后成为化石的环境，从地层层序方面讲，这套地层也是有别于下伏地层，属于另一个地层单元。关键词：准噶尔盆地 侏罗系 石树沟群 硅化木 恐龙 化石 事件沉积 西山窑组 头屯河组中图分类号：Ｐ５３９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１１）０１（ａ）－０１２９－０２
图１ 准噶尔盆地剖面位置及硅化木化石分布区域图
①作者简介:李秀云,(1965—),女,山东省东营市人,汉族,1987年毕业于资源勘查专业,大学本科学历,高级工程师,现从事石油地质
研究。
１３０
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
２０１１ ＮＯ．０１
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
环 境 科 学
科技创新导报代而成为硅化木。所以,尽管它的外形和内部的结构可能丝毫不受改变,但却已变成了真正的石树。以后,由于地壳上升,上覆地层受流水等外力侵蚀、剥蚀,才使地下的硅化木被剥露在地表。一般认为,硅化木化石形成的条件是非常很苛刻的,所以,尽管地表的生物圈内自很久以来就是动物、植物生存的王国,几乎是从没有间断过,但是,在地层中,却很少见到它们被大量交代成为化石的现象,人们见到更多的只是它们演化成的煤和炭屑等。
在诸多的硅化木成因条件中,首先必须要有一个良好的地质保存环境。若树木曝露地表,由于处于氧化作用状态,木质纤维很容易腐烂变质。必须要及时深埋地下造就一个还原环境,树木才有可能保存。当然,这还远远不够,要造就硅化木化石的形成,还必须具备一个相对稳定、有富含硅质热液的来源以及能够保持成岩交代作用顺利进行的封闭环境,等等,缺一不可。所以说,能够把象是森林一样的近似原始状态的生态现象大规模保存下来,这本身就是一个奇迹。仅仅是这些残存的记录现象也足以表明,最初始的保存过程不可能是一个缓慢的、逐渐沉积埋藏的正常地质背景,而应当是一次类似于“突发事件”的突变过程,它表现的是一种快速的埋藏保存特征,只有这样,才能够使这些生物就象是“速冻”的一样,被“定格”式的保留下其生前最后的那一瞬间,并且还要长久地保持住这个稳定的状态,直到随后更为严格的成岩交代过程缓缓完成。根据化石分布的巨大规模以及成岩交代作用进行的如此完美,可以推测,当时发生的应当是一次非常广泛的区域性快速沉积事件,而不会是局部的或偶尔的一个个呈点状分布的个别事件性沉积。这一认识,同样适合于本层中多处发现的恐龙化石群,大量个体完整的恐龙化石能够保存下来的这种奇迹,也是同样需要事件性掩埋为条件的(张玉宾,1998),正常状态下的沉积环境不可能满足这种如
此巨大规模的保存、交代作用的条件。
５ 地质意义讨论
综合上述特征,可以表明,含有硅化木、恐龙化石群的这套石树沟群地层应当是快沉积形成的事件性产物,而不是正常的沉积条件下认为是几十甚至上百万年沉积形成。因此也可以说,保留在该套地层中的恐龙、硅化木等化石所代表的生存时代,不能简单的认为是代表出土化石地层的沉积时代,它们代表的是该套地层沉积前生物生活的最后一幕,在生物生存时间与保存地层之间就存在一个时间差的问题,也可以说是具有穿时的特征。虽然用事件沉积的观点看,这一时间差是很短暂的,但是,如果把这套地层当成正常的沉积单元计算的话,就会得出一个相当长的地质时间了。
一直以来,我们都是把石树沟群当成了正常的地层沉积单元进行研究(何登发,周路等,2007；张满郎等,2000；胡平等,2005；史宣玉等,1995；五敏芳等,2007；况军等,2006；张琴等,2001)。并且还根据地层的对比,认为准噶尔盆地东部石树沟群下部地层相当于准噶尔盆地南缘的头屯河组(表1),由此就把燕山运动I 幕定在了中侏罗纪内部,后来的研究工作也都是在以此认识为基础上展开的,甚至还对石树沟群细分,开展了划分出的中侏罗统头屯河组和上统齐古组界线问题的讨论,如,依据地层中的凝灰岩层、颜色、沉积旋回特征等标志进行细分(贺凯等,2004)。一般认为,就象树木中的碳质被成岩作用交代一样,岩石的颜色受沉积后的漫长成岩环境改造也是会发变化的,特别是当地层中含有一定量的有机物质时。所以,色调的标准不是绝对的。硅化木化石只是很偶然的记录了这些生物在生命结束时那最后的一幕,对于没有硅化木存在的地层并不能说它不是事件沉积地层,特别是对于这个区域内的同一套地层来说。
迄今为止,在正规的地质类文献的研究成果中,还没有发现关于石树沟群存在事件性沉积或受事件性沉积影响因素的记录,都是当成了正常的沉积体系进行研究。事件沉积的影响因素真的是仅仅发生在局部的吗？真的是对该套地层的形成可以忽略不计的吗？事实上可能并非如此,我们不可能视而不见或把其中的硅化木、恐龙化石当成一般的化石,认为它真是“土生土长”的代表了沉积时的环境。本文只是提出了这套特殊地层研究工作可能存在的凝问,受个人能力和资料的限制,对事件沉积的认识还是很肤浅的,有关事件沉积和硅化木成因的一系列问题,还需要各个学科的综合研究、加深认识,只希望在此起到抛砖引玉的作用,使这方面研究得到深入。
６ 结语
(1)规模巨大的硅化木群体化石的完美保存表明,准噶尔盆地东部的侏罗系石树沟群具有快速沉积的事件性沉积特征。(2)硅化木和恐龙化石是前期古生物生前的最后形象被“定格”保存在新地层单元之中,所以,从严格意义上说,产出层位并不能代表化石生物的生存环境。
参考文献
[1]中华人民共和国地质矿产部地质专报.
区域地质第32号.新疆维吾尔自治区区域地质志[M ].地质出版社,1993,7:212-217.
[2]何登发,周路,唐勇等.准噶尔盆地中侏
罗统西山窑组与头屯河组间不整合面特征及其油气勘探意义[J].古地理学报,2007,9(4):387-396.
[3]张满郎,朱筱敏,张琴.准噶尔盆地东部
侏罗系沉积体系及油气意义[J].石油与天然气地质.2000,21(3):272-278.[4]胡平,解宏伟,石新璞.准噶尔盆地白家
海_五彩湾地区侏罗系基准面旋回划分及隐蔽油气藏[J].石油勘探与开发,2005,32(6):56-60.
[5]史宣玉,喻春辉,热依汗古丽,等.准噶
尔盆地侏罗系沉积体系与油气关系[J].新疆石油地质,1995,16(3):233-241.[6]王敏芳,焦养泉,任建业,等.准噶尔盆
地侏罗纪沉降特征及其与构造演化的关系[J].石油学报,2007,28(1):27-32.[7]张琴,朱筱敏,张满郎,等.准噶尔盆地
阜东斜坡区侏罗系层序格架的建立[J].沉积学报,2001,19(4):575-580.
[8]张玉宾.由恐龙化石论晚白垩世的事件
沉积[J].沉积学报,1998,16(2):124－127.
[9]况军,齐雪峰.准噶尔前陆盆地构造特
征与油气勘探方向[J].新疆石油地质,2006,27(1):5-9.
[10]贺凯,韩军,李培俊,等,准东探区侏罗
系齐古组与头屯河组的划分[J].新疆石油
地
质
,2004,25(5):568-570.
图２
硅化木化石特征
表１
准噶尔盆地地层对比表
图３
石树沟群与西山窑组的超覆不整
合关系特征图