松遼盆地德惠斷陷火石嶺組二段孢粉組合及其地質(zhì)意義

宋立斌 叢 杉 王成龍 趙政懿 萬(wàn)傳彪

（1.中國(guó)石油吉林油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，吉林松原 138000；2.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江大慶 163001；3.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶 163318；4.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712）

0 引言

隨著深層天然氣勘探的突破，松遼盆地早白堊世斷陷期的地層學(xué)研究逐漸成為石油地質(zhì)研究者關(guān)注的重點(diǎn)，其中以火石嶺組的研究最為薄弱。前人對(duì)火石嶺組的地層學(xué)研究主要集中于巖石地層［1-2］、沉積［3］、年代地層［4-7］，對(duì)于生物地層學(xué)的研究十分缺乏。究其原因，主要因?yàn)榛鹗瘞X組是1套以中基性火山巖為主的地層，僅夾薄層碎屑巖，化石獲取比較困難。

除孢粉以外，目前火石嶺組報(bào)道的化石僅有植物6屬［8-9］、大孢子3屬［10］。孢粉化石的成果中，也廣泛存在爭(zhēng)議。安俊義［11］在火石嶺組建立了2個(gè)組合，下部組合以新型雙囊粉為主，上部組合中新型雙囊粉和蕨類孢子含量增加，但其未提供具體的化石名單和采樣位置。高瑞祺等［12］基于綏深1井的樣品建立了Piceites-Piceaepollenites-Cyathidites組合，以具氣囊花粉占優(yōu)勢(shì)，早白堊世的特征分子零星出現(xiàn)。孫凱等［1］在火石嶺組確定了2個(gè)組合，下部組合以高含量的古松柏類花粉為特征，與其他研究者普遍認(rèn)為的營(yíng)城組組合一致，上部組合引用了高瑞祺等［12］的結(jié)論。德惠斷陷萬(wàn)17井的2塊樣品曾被報(bào)道過(guò)［13］，鑒定出的孢粉屬種單調(diào)，且大量花粉僅鑒定到科級(jí)，組合特征不明顯。

制約火石嶺組生物地層研究薄弱的原因?yàn)椋菏紫?，火石嶺組是松遼盆地深層最早形成的1套地層，地表露頭難尋，盆地內(nèi)部鉆遇井極少；其次，由于火石嶺組埋藏最深，有機(jī)質(zhì)已達(dá)到高成熟階段，孢粉化石普遍炭化，即使發(fā)現(xiàn)也很難鑒定。因此，為提高火石嶺組的生物地層學(xué)研究水平，必須加強(qiáng)在鉆遇的火石嶺組中進(jìn)行微體化石取樣研究。

本文在松遼盆地南部德惠斷陷鉆探的DS17-6井中獲取了連續(xù)的巖屑樣品，通過(guò)分析鑒定，發(fā)現(xiàn)了較豐富的孢粉及菌藻類化石，為揭示火石嶺組的地質(zhì)時(shí)代、古氣候提供了重要的地質(zhì)依據(jù)。

1 地層概況

火石嶺組的正層型建于吉林省長(zhǎng)春市九臺(tái)區(qū)的營(yíng)城煤礦的226、50鉆孔剖面［14］，該剖面將火石嶺組分為17層，以中性火山巖為主，下伏地層為哲斯組變質(zhì)砂巖，上覆地層為沙河子組灰白色凝灰質(zhì)砂巖。正層型上火石嶺組可分3個(gè)巖性段：一段（1—4層）為中—基性火山巖和火山碎屑巖，厚度為162.80 m；二段（5—12層）以碎屑巖為主，夾凝灰?guī)r和煤線，厚度為109.40 m；三段（13—17層）為中性火山巖和火山碎屑巖，厚度為154.40 m。

DS17-6井位于德惠斷陷中部（圖1（a）），共鉆遇火石嶺組厚度為441.00 m，未見(jiàn)底，自下而上可分為2個(gè)巖性段（圖1（b）），井深4 228.8～4 541.0 m為碎屑巖段，厚度為312.2 m，巖性組合為灰色、深灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾含礫砂巖，夾1層凝灰?guī)r和1層1.56 m厚的薄煤層，相當(dāng)于層型上的火石嶺組二段；井深4 132.0～4 228.8 m為火山巖段，厚度為96.8 m，下部為凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r，上部為灰色玄武質(zhì)安山巖，相當(dāng)于層型上的火石嶺組三段。

圖1 德惠斷陷主要鉆井位置及DS17-6井火石嶺組地層綜合柱狀圖Fig.1 Main well locations and comprehensive stratigraphic column of Huoshiling Formation of Well DS17-6 in Dehui Rift

2 樣品及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在德惠斷陷DS17-6井的4 337.0～4 533.0 m井深段（火石嶺組二段）共采集了39件樣品，每件樣品質(zhì)量都在200 g以上。樣品處理過(guò)程為：挑樣，清洗烘干，碎樣至直徑為2 mm，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的鹽酸去除鈣質(zhì)，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸去除硅質(zhì)，處理后的殘?jiān)弥匾哼M(jìn)行浮選和離心，制固定片待鑒定。使用DM4000B型生物顯微鏡觀察和鑒定化石。化石的鑒定參照前人［15-17］的描述及圖版。

本次研究在39件樣品中的19件中發(fā)現(xiàn)了孢粉化石，共計(jì)604粒，其中6件樣品化石數(shù)量達(dá)50粒以上，其余樣品化石數(shù)量為8～30粒。共發(fā)現(xiàn)菌類孢子5屬、蕨類植物孢子37屬、裸子植物花粉21屬、藻類7屬，各屬種化石的個(gè)數(shù)比見(jiàn)表1（化石數(shù)量超過(guò)50粒的樣品參與統(tǒng)計(jì)），典型化石照片見(jiàn)圖2。

圖2 德惠斷陷DS17-6井火石嶺組典型孢粉化石照片F(xiàn)ig.2 Typical palynologic fossils photos of Huoshiling Formation of Well DS17-6 in Dehui Rift

表1 德惠斷陷DS17-6井火石嶺組二段孢粉—藻類化石個(gè)數(shù)比Table 1 Sporopollen-algal fossil count percentage of Huoshiling Formation Member-2 of Well DS17-6 in Dehui Rift

3 孢粉組合特征

本文以化石數(shù)量超過(guò)50粒的樣品建立了孢粉組合，命名為Inaperturopllenites-Classopollis-Cicatricosisporites組合，具體特征：

（1）本組合中蕨類植物孢子（個(gè)數(shù)比為43.4%～47.8%）和裸子植物花粉（個(gè)數(shù)比為36.8%～45.3%）含量相當(dāng)，其次為藻類（個(gè)數(shù)比為0～10.5%）和菌類孢子（個(gè)數(shù)比為0～5.8%），被子植物花粉未見(jiàn)。

（2）蕨類植物孢子中，三縫類（個(gè)數(shù)比為34.0%～43.5%）占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次為單縫類（個(gè)數(shù)比為1.9%～13.2%）。三縫孢種類多樣，含量較高的有Baculatisporites（個(gè)數(shù)比為0～8.7%）、Plicifera（個(gè)數(shù)比為0～7.8%）和Granulatisporites（個(gè)數(shù)比為0～7.5%），Cyathidites（個(gè)數(shù)比為1.4%～5.3%）穩(wěn)定出現(xiàn)，其次Cicatricosisporites（個(gè)數(shù)比為0～5.3%）、Apiculatisporites（個(gè)數(shù)比為0～4.3%）和Biretisporites（個(gè)數(shù)比為0～3.5%）等有一定含量。單縫孢可見(jiàn)4個(gè)屬，以Laevigatosporites（個(gè)數(shù)比為1.9%～11.3%）為主，其次為Punctatosporites（個(gè)數(shù)比為0～3.4%）。

（3）裸子植物花粉中，無(wú)氣囊花粉占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（個(gè)數(shù)比為36.2%～45.3%），雙氣囊花粉和單氣囊花粉僅在未統(tǒng)計(jì)樣品中零星可見(jiàn)。無(wú)氣囊花粉中，無(wú)口器類占優(yōu)勢(shì)（個(gè)數(shù)比為29.0%～41.5%），其次為單孔類（個(gè)數(shù)比為1.9%～5.7%）和有溝類（個(gè)數(shù)比為0～3.4%）。無(wú)口器類花粉中，以Inaperturopllenites（個(gè)數(shù)比為22.3%～34.0%）最常見(jiàn)，其次為Granasporites（個(gè)數(shù)比為0～9.4%）和Taxodiaceaepollenites（個(gè)數(shù)比為1.4%～3.4%），Psophosphaera（個(gè)數(shù)比為0～1.9%）僅零星可見(jiàn)；單孔類花粉中，Classopollis有一定含量（個(gè)數(shù)比為1.9%～5.7%），Perinopollenites（個(gè)數(shù)比為0～1.7%）零星可見(jiàn)；有溝類花粉中，出現(xiàn)單溝亞類的Cycadopites（個(gè) 數(shù) 比 為0～3.4%）和Ginkgo（個(gè) 數(shù) 比為0～1.4%），以及原始溝亞類的Chasmatosporites（個(gè)數(shù)比為0～1.9%）。雙氣囊花粉中，新型花粉種類較多，包括Abietineaepollenites、Pinuspollenites、Abiespollenites、Erlianpollis、Piceaepollenites、Piceites、Cedripites和Podocarpidites；古松柏類花粉僅見(jiàn)Pa-leoconiferus和Protoconiferus。單氣囊類花粉僅見(jiàn)有零星的Cerebropollenites和Jiaohepollis。

（4）藻類化石中，Botryococcus（個(gè)數(shù)比為0～10.5%）和Concentricystes（個(gè)數(shù)比為0～4.9%）在個(gè)別樣品中含量較高，Schizosporis（個(gè)數(shù)比為0～1.9%）、Scenedesmus（個(gè)數(shù)比為0～1.9%）、Granodiscus（個(gè)數(shù)比為0～1.4%）、Leisphaeridia（個(gè)數(shù)比為0～1.0%）和Taeniatum（個(gè)數(shù)比為0～1.0%）零星可見(jiàn)。

（5）菌類孢子中，F(xiàn)ractisporonites（個(gè)數(shù)比為0～3.4%）和Inapertisporites（個(gè)數(shù)比為0～4.3%）在個(gè)別樣品中有一定含量，Dicellaesporites（個(gè)數(shù)比為0～1.4%）零星可見(jiàn)，Diporicellaseporites和Lirasporis在未統(tǒng)計(jì)的樣品中有個(gè)別出現(xiàn)。

4 孢粉組合對(duì)比及地質(zhì)時(shí)代意義

前人對(duì)已建立的火石嶺組孢粉組合還存在很大的爭(zhēng)議，與同為斷陷期的沙河子組和營(yíng)城組很難區(qū)分。在沙河子煤田層型地區(qū)的沙河子組孢粉組合的無(wú)氣囊花粉與雙氣囊花粉含量相當(dāng)，并以單孔類的無(wú)氣囊花粉Perinopollenites高含量為特征［18］；盆地北部肇深5井沙河子組下部組合中具氣囊花粉占多數(shù)，無(wú)氣囊花粉有一定含量，以Classopollis最豐富（最高可達(dá)17.6%），上部組合以蕨類孢子占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其中早白堊世的特征分子Cicatricosisporites個(gè)數(shù)比最高為28.4%［10，19］。營(yíng)城組的孢粉組合在松遼盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)較多，普遍認(rèn)為以Paleoconiferus和Protoconiferus為代表的古松柏類花粉高含量為特征，如在雙遼斷陷Paleoconiferus和Protoconiferus的個(gè)數(shù)比為分別為0～35.4%和0～21.2%［20］；在 保6井 分 別 為0～29.3%和0～10.6%［12，15］；在英臺(tái)斷陷龍深1井Protoconiferus的個(gè)數(shù)比高達(dá)37%［21］；安達(dá)地區(qū)達(dá)深1井Protoconiferus的個(gè)數(shù)比高達(dá)36.0%［22］；林甸地區(qū)林深4井古松柏類花粉個(gè)數(shù)比高達(dá)33.3%［23］。本文獲得的火石嶺組最明顯的特征即無(wú)氣囊花粉的大量出現(xiàn)并占據(jù)優(yōu)勢(shì)，這與以往發(fā)現(xiàn)于沙河子組和營(yíng)城組的組合特征區(qū)別明顯。

發(fā)現(xiàn)的化石中，絕大多數(shù)是中—新生代的常見(jiàn)分子，但也出現(xiàn)了一些具有重要時(shí)代意義的分子。蕨類孢子中，孢粉學(xué)者通常把Cicatricosisporites的出現(xiàn)作為早白堊世的標(biāo)志［24］，Appendicisporites、Aequitriradites和Foraminisporis是限于早白堊世Neocomian期 出 現(xiàn) 并 繁 盛 的 分 子［25-27］，Triporoletes是Aptian—Cenomanian期廣泛發(fā)育的重要分子［28］，在早白堊世早中期零星出現(xiàn)，Impardecispora早白堊世初期出現(xiàn)，一直延續(xù)到晚白堊世，Leptolepidites是中國(guó)東北及華北地區(qū)早白堊世常見(jiàn)分子［29-31］，其他如Hsuisporites和Maculatisporites同樣是早白堊世開(kāi)始出現(xiàn)的類型。裸子植物花粉中，Jiaohepollis和Erlianpollis僅出現(xiàn)在早白堊世的沉積地層中，藻類中的Schizosporis在早白堊世最常見(jiàn)。因此，當(dāng)前化石組合顯示了早白堊世早—中期的特征。以往火石嶺組的火山巖鋯石U—Pb測(cè)年結(jié)果為133～125 Ma［4-7］，顯示了相似的結(jié)論。綜合來(lái)看，火石嶺組的地質(zhì)時(shí)代可進(jìn)一步確定為早白堊世中期。

5 古植被與古氣候意義

孢粉化石在一定程度上反映了地質(zhì)歷史時(shí)期的古植被面貌，參考前人對(duì)中生代常見(jiàn)孢粉的母體植物親緣關(guān)系的分析［32-36］，對(duì)本文研究發(fā)現(xiàn)的孢粉屬的親緣關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)（表2），在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各類現(xiàn)生植物的生存環(huán)境，對(duì)研究區(qū)火石嶺組沉積時(shí)期的古植被和古氣候條件進(jìn)行了初步探討。

表2 德惠斷陷火石嶺組推測(cè)的孢粉屬植物親緣關(guān)系Table 2 Inferred botanical affinities of spore and pollen genera in Huoshiling Formation in Dehui Rift

從孢子植物來(lái)看，古植被以真蕨類為主，伴有少量石松類和苔蘚類。真蕨類中，海金沙科在類型上占優(yōu)勢(shì)，雙扇蕨科和水龍骨科在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)，紫萁科和桫欏科有一定含量，蚌殼蕨科和莎草蕨科含量較少。從裸子植物來(lái)看，以松柏類為主，伴有蘇鐵類和銀杏類。松柏類中，杉科占優(yōu)勢(shì)，松科種類較豐富。

現(xiàn)今海金沙科屬于多年生攀援植物，分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，生長(zhǎng)于河谷或溪邊灌木叢中；紫萁科屬于陸生中型植物，在熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)都有分布，生長(zhǎng)于沼澤濕地、潮濕山谷或林下、溪邊的酸性土壤中；桫欏科為高大的樹(shù)蕨，生長(zhǎng)在熱帶和亞熱帶的潮濕地區(qū)；雙扇蕨科分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，生長(zhǎng)于林下或灌木叢中；蚌殼蕨科主要生長(zhǎng)于熱帶及南半球；莎草蕨科為陸生直立小型植物，主要分布于南半球及赤道帶地區(qū)，生長(zhǎng)于熱帶酸性土壤上；水龍骨科植物熱帶分布廣泛而溫帶很少；石松目石松科現(xiàn)今分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)，生長(zhǎng)于濕潤(rùn)氣候下的酸性土壤之上，常見(jiàn)于針葉林或針葉闊葉混交林下或灌木叢中；卷柏目卷柏科分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)，生長(zhǎng)于林下濕地或溪邊濕地；松科多為常綠針葉喬木，屬于廣溫類型，主要分布于溫帶及亞熱帶的山區(qū)，其中雪松屬、冷杉屬和云杉屬還分布于寒帶，反映濕潤(rùn)或半濕潤(rùn)的環(huán)境特征；杉科大都產(chǎn)于亞熱帶，為常綠或落葉喬木，常生長(zhǎng)于沼澤；掌鱗杉科為季節(jié)性旱生植物，生長(zhǎng)于高地斜坡，普遍認(rèn)為與炎熱、干旱、鹽堿等環(huán)境有關(guān)；羅漢松科為常綠喬木或灌木，分布于熱帶、亞熱帶和南溫帶；南美杉科為常綠喬木，產(chǎn)于南半球熱帶和亞熱帶；蘇鐵綱植物分布于熱帶和亞熱帶；銀杏科主要分布于溫帶，也能在溫暖潮濕環(huán)境下生存。

綜合分析可知，在德惠斷陷火石嶺組沉積時(shí)期的孢粉植物群中，生長(zhǎng)于濕潤(rùn)—半濕潤(rùn)氣候的植物較多，而喜干旱的掌鱗杉科也有少量；蕨類植物全部為生長(zhǎng)于熱帶—亞熱帶的真蕨類和石松類，裸子類植物以多產(chǎn)于亞熱帶地區(qū)的杉科為主，同時(shí)含有廣溫的類型。據(jù)此推測(cè)，松遼盆地德惠斷陷在火石嶺組沉積時(shí)期，屬于濕潤(rùn)—半濕潤(rùn)的亞熱帶氣候，并偶有季節(jié)性的干旱事件。

6 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)松遼盆地德惠斷陷DS17-6井火石嶺組中所產(chǎn)孢粉和藻類化石的研究，建立了Inaperturopllenites-Laevigatosporites-Cicatricosisporites組合，組合特征以高含量的無(wú)氣囊花粉區(qū)別于沙河子組和營(yíng)城組孢粉組合。

（2）根據(jù)獲得的孢粉和藻類化石，結(jié)合以往的測(cè)年結(jié)果為133～125 Ma，認(rèn)為火石嶺組的地質(zhì)時(shí)代為早白堊世中期。

（3）根據(jù)孢粉資料推測(cè)，德惠斷陷在火石嶺組沉積時(shí)期，古植被以真蕨類和松柏類為主，伴有少量石松類和苔蘚類。古氣候相當(dāng)于濕潤(rùn)—半濕潤(rùn)的亞熱帶氣候，并偶有季節(jié)性的干旱事件。