東辛地區(qū)沙三段遺跡化石特征與沉積環(huán)境分析

陳秀艷，姜在興，師晶，徐杰

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學（北京）能源學院，北京 100083；3.香港天地能源服務有限公司北京代表處，北京 100015）

東辛地區(qū)沙三段遺跡化石特征與沉積環(huán)境分析

陳秀艷1，姜在興2，師晶3，徐杰2

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學（北京）能源學院，北京 100083；3.香港天地能源服務有限公司北京代表處，北京 100015）

通過巖心觀察及沉積分析，東辛地區(qū)沙三段發(fā)育大量的生物潛穴、逃逸構(gòu)造、擾動構(gòu)造及生物實體化石和印模，可進一步識別為居住跡（Domichnia）、進食跡（Fodinichnia）、牧食跡（Pascichnia）3大類。根據(jù)組合特征，可劃分為Cochlichnus anguineus，Planolites montanus和Skolithos-Planolites 3種遺跡組合。沙三下亞段發(fā)育Cochlichnus anguineus遺跡組合及完整魚化石，代表相對安靜的低能沉積環(huán)境；沙三中亞段發(fā)育Planolites montanus遺跡組合，見逃逸構(gòu)造和擾動構(gòu)造，表明水體存在動蕩時期，但大部分時間處于相對安靜環(huán)境；沙三上亞段發(fā)育Skolithos-Planolites遺跡組合，見擾動構(gòu)造、螺類化石及印模，代表處于高能沉積環(huán)境。整體表明，該區(qū)沙三段沉積時期，從下至上水體逐漸變淺，水動力條件逐漸增強。

遺跡化石；遺跡組合；沉積環(huán)境；東辛地區(qū)

生物遺跡化石多數(shù)都在原地形成，并隨沉積物固結(jié)成巖而保存下來，通常不會再被搬運轉(zhuǎn)移，所以生物遺跡化石是判別沉積環(huán)境的良好標志［1］。遺跡相的概念最早由A.Seilacher提出，指與某種沉積相有關的特定遺跡化石組合［2］。目前，根據(jù)海水深度由陸至?？蓜澐殖?種或10種遺跡相模式［3］。遺跡化石作為生物行為的結(jié)果，受生物行為及環(huán)境變化影響，具有“一物多跡”和“異物同跡”的現(xiàn)象［4］，因此，遺跡相含有沉積學研究內(nèi)容，是沉積環(huán)境研究的一個重要方面。筆者通過詳細觀察東辛地區(qū)9口取心井發(fā)現(xiàn)，在沙三段沉積時期，含有大量的生物潛穴及逃逸構(gòu)造，這對該區(qū)的沉積環(huán)境分析具有很好的指示意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東辛地區(qū)位于東營凹陷中央斷裂背斜帶中東段，三面鄰洼，北鄰民豐洼陷，西鄰利津洼陷，南鄰牛莊洼陷（見圖1）。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復雜，斷層發(fā)育，是復雜斷塊油氣藏的典型代表［5］。

圖1 研究區(qū)位置

研究區(qū)內(nèi)沙三段厚500～1 200 m，分為上、中、下3部分。其中，沙三下亞段為泥巖、油頁巖及石英砂巖，厚約150～200 m；沙三中亞段主要為深灰色厚層泥巖，夾少量細砂巖、粉砂巖，厚約600 m，發(fā)育多套三角洲—濁積砂體，也是東營凹陷油氣儲集體的重要類型之一［6］；沙三上亞段為塊狀細砂巖、粉砂巖、泥巖及頁巖，厚約500 m（見圖2）。

據(jù)山東區(qū)域地質(zhì)志介紹，沙三段產(chǎn)有介形、腹足、輪藻、藻類、魚類及孢粉植物7個門類的化石，除植物外，其他門類的屬種和數(shù)量都比較豐富，特征明顯且穩(wěn)定。這些種類生物及遺跡化石的發(fā)現(xiàn)，對于地層對比和時代確定具有重要意義。

2 遺跡化石種類及特征

通過詳細觀察東辛地區(qū)9口取心井，按生態(tài)或造跡生物的行為習性分類，在沙三段三角洲—滑塌濁積扇—湖泊沉積體系中［7］，發(fā)現(xiàn)大量形態(tài)清晰的動物遺跡化石和逃逸構(gòu)造，以各種產(chǎn)狀的潛穴為主，包括居住跡（Domichnia）、進食跡（Fodinichnia）、牧食跡（Pascichnia）3大類，可進一步識別出Skolithos，Planolites，Cochlichnus，此外，還發(fā)現(xiàn)魚化石以及腹足類和介形類的印模（見圖2）。根據(jù)遺跡化石的形態(tài)、大小、賦存的巖性差異以及保存狀態(tài)，分析推測這些化石的造跡生物多數(shù)為軟體動物類，并且生物潛穴主要保存在粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細砂巖或砂泥互層的巖層內(nèi)。

2.1 居住跡（Domichnia）

石針跡屬 Ichnogenus Skolithos（Haldemann，1840）

線狀石針跡 Skolithoslinearis（Haldemann，1840）（見圖3a、圖3b-①）；垂直石針跡Skolithos verticalis（Hall，1942）（見圖3b-②、圖3c）

描述 Skolithos linearis主要分布于灰黑色泥質(zhì)粉砂巖或褐灰色粉砂巖中，個體較大，常單獨出現(xiàn)，簡單垂直管狀潛穴，不分枝，與層面垂直或高角度傾斜，直徑約6～10 mm，外壁光滑，無襯壁，被動充填，充填物為淺灰色細砂巖，內(nèi)跡保存。

Skolithos verticalis主要出現(xiàn)在砂泥薄互層中，常彎曲，個體較小，成群出現(xiàn)，被動充填，泥質(zhì)或細粉砂質(zhì)充填，較細小的針狀潛穴，長約1 cm，直徑約2 mm，橫斷面呈圓形或亞圓形，外壁光滑，無襯壁，內(nèi)跡保存，與層面垂直或高角度傾斜。

討論 Skolithos linearis與Skolithos verticalis的主要區(qū)別是前者個體大，孤立狀分布，潛穴為直管狀；后者個體小，潛穴管略彎曲。

產(chǎn)地層位 東辛地區(qū)古近紀沙三中和沙三上亞段。

2.2 進食跡（Fodinichnia）

漫游跡屬 Ichnogenus Planolites（Nicholson，1873）

山地漫游跡 Planolites montanus（Richter，1937）（見圖3d、圖3e）

描述 潛穴為直—微彎曲形管狀，不分枝，直徑2～4 mm，外壁光滑無飾，無襯壁，分布于褐灰色、灰—深灰色粉砂質(zhì)泥巖中，內(nèi)跡保存，與層面平行或略傾斜。潛穴由淺灰色細砂巖、粉砂巖與褐灰色、灰—深灰色粉砂質(zhì)泥巖交界處向下掘穴，因此，潛穴充填物與上覆地層巖性相同，主要為淺灰色粉砂巖或細砂巖，無回填紋構(gòu)造。Planolites montanus是研究區(qū)內(nèi)最發(fā)育的遺跡相。

討論 Planolites montanus在層面上常與Planolites beverleyensis共生。Planolites montanus直徑一般不超過5 mm，呈彎曲狀—蛇曲狀；而Planolites beverleyensis直徑不小于8 mm，一般為10 mm，潛穴直或微彎［8］。本區(qū)發(fā)現(xiàn)的Planolites遺跡直徑均小于5 mm，因此，應歸入Planolites montanus。

產(chǎn)地層位 東辛地區(qū)古近紀沙三中亞段。

2.3 牧食跡（Pascichnia）

蝸行跡屬 Ichnogenus Cochlichnus（Hitchcock，1858）

蛇形蝸行跡 Cochlichnus anguineus（Hitchcock，1858）（見圖3f）

描述 Cochlichnus anguineus為細長規(guī)則波狀彎曲，呈“S”形覓食拖跡，表面光滑［9］，長度約12 cm，寬約6 mm，單一痕跡寬窄較一致，不發(fā)育橫向紋飾，轉(zhuǎn)折處比較圓滑。表跡保存，沿層面或波痕面分布。

討論 關于Cochlichnus遺跡屬的生態(tài)分類，存在多種解釋。L.A.Buatois等［10］認為可能是運動跡或運動與進食活動的產(chǎn)物，因此應為覓食跡。

產(chǎn)地層位 東辛地區(qū)古近紀沙三下亞段。

2.4 逃逸構(gòu)造

逃逸構(gòu)造是半固著生物或輕微活動動物在底層內(nèi)快速向上移動或向下逃跑掘穴時遺留下來的痕跡。它的形成與沉積物的加積和被沖刷侵蝕密切相關。這樣的潛穴構(gòu)造在風暴沉積層和濁流砂層中比較常見。

圖4a中，逃逸構(gòu)造發(fā)育于沙三中亞段薄砂泥互層的砂巖層中，相鄰泥質(zhì)粉砂巖表面發(fā)育Skolithos（該巖心底面即為圖3a）。砂巖層內(nèi)發(fā)育的逃逸跡與下伏泥質(zhì)粉砂巖層中Skolithos直徑相似，表明它們?yōu)橥簧锞幼?、逃逸所致。生物出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象，表明生存環(huán)境突然發(fā)生變化，生物為繼續(xù)生存而表現(xiàn)的一種求生行為，因此，逃逸構(gòu)造常常發(fā)育在風暴巖、濁積巖或沖刷作用突然加強的巖層內(nèi)。

圖3 生物潛穴與層位

2.5 擾動構(gòu)造

擾動構(gòu)造也是生物為適應環(huán)境變化而產(chǎn)生的行為結(jié)果。研究區(qū)內(nèi)沙三中上亞段擾動構(gòu)造發(fā)育，主要發(fā)育在灰色、深灰色泥巖所夾的灰色細砂巖及粉砂巖中。按照擾動特征可識別為均一型（見圖4b）和增強型（見圖4c）［11］。均一型擾動見于淺灰色細砂巖薄層中，原本細砂巖薄層中夾有深灰色泥質(zhì)條帶，并發(fā)育波紋層理，但受生物強烈擾動，原生沉積構(gòu)造已被嚴重破壞，表明在一段時間內(nèi)，水體動蕩不穩(wěn)定，生物活動強烈。增強型擾動構(gòu)造發(fā)育在泥巖所夾的粉細砂巖薄層內(nèi)，下部可見Planolites montanus遺跡沿層面分布，個體形態(tài)清晰，向上遺跡個體逐漸變小，形態(tài)逐漸模糊，擾動指數(shù)也由底部向上增強。

2.6 生物化石及印模

研究區(qū)內(nèi)沙三下和沙三上亞段發(fā)現(xiàn)生物化石及印模（見圖4d—4f）。沙三下亞段深灰色泥巖及油頁巖中見完整魚化石和大量魚鱗片；沙三上亞段深灰色粉砂質(zhì)泥巖中見介形類化石及介殼印模，其在東營凹陷其他地區(qū)也很常見［12］，而淺灰色細砂巖中見螺類化石及印模，并且螺類個體較大，殼體較厚，說明沉積環(huán)境水體較淺，水動力條件較強。

3 遺跡化石與沉積環(huán)境分析

研究表明，通常在水動力條件較強，水體物理、化學條件變化大的環(huán)境中，絕大多數(shù)底棲生物，以挖掘很深的垂直潛穴或在巖石上鉆孔為主要生活方式；在水動力條件相對較弱、環(huán)境因素變化小的地區(qū)，底棲生物潛穴較淺，多數(shù)傾斜或水平；而在深水區(qū)，由于環(huán)境相對安定，食泥生物繁育，往往在層面上留下各種彎曲狀、網(wǎng)狀、樹枝狀或螺旋狀的覓食和嚙食遺跡構(gòu)造。

根據(jù)組成特征，研究區(qū)內(nèi)沙三段可劃分為3個遺跡組合，即 Planolites montanus，Skolithos-Planolites，Cochlichnus anguineus。

3.1 Cochlichnus anguineus遺跡組合

該遺跡組合見于萊105井沙三下亞段淺灰色粉砂巖波狀層理面上。圍巖中發(fā)育水平層理、波狀層理，見植物莖及葉片化石，生物擾動微弱，且主要分布于層面上，表明萊105井當時的環(huán)境水體能量較低，局部地區(qū)出現(xiàn)植物莖及葉片化石，說明沉積環(huán)境離濱岸較近，水體經(jīng)常處于還原環(huán)境，因此代表低能的濱湖沼澤環(huán)境。同時在辛170井沙三下亞段灰黑色泥巖中發(fā)現(xiàn)魚化石，伴生的沉積構(gòu)造也為水平層理，反映了辛170井在這一時期處于低能深水環(huán)境。因此，Cochlichnus anguineus層面遺跡代表低能環(huán)境，沉積速率較低，物源供給不充足，近岸位置發(fā)育濱湖沼澤環(huán)境，向湖方向水體逐漸加深至深水環(huán)境。

3.2 Planolites montanus遺跡組合

該遺跡組合在研究區(qū)內(nèi)沙三中亞段最發(fā)育，主要賦存于褐灰色、灰—深灰色粉砂質(zhì)泥巖與淺灰色細砂巖、粉砂巖交界處，并且粉砂巖薄層中生物擾動強烈，可見逃逸構(gòu)造，說明該區(qū)這一時期整體水動力條件相對較弱，生物活動頻繁，但偶爾環(huán)境會發(fā)生變化，使得生物出現(xiàn)逃逸行為。

該遺跡組合主要分布在砂泥巖互層沉積中，厚層泥巖中很少保存，說明該類造跡生物喜歡在水動力條件中等—弱的水底生存，并且多層褐灰色、褐紅色泥巖的出現(xiàn)，表明該區(qū)時而處于氧化環(huán)境，氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)豐富，生物才可以在此生存。綜合沉積相分析，該區(qū)沙三中亞段以三角洲前緣河口壩、遠砂壩和重力流事件沉積為主。正常淺水環(huán)境生存的生物在遭遇風暴、滑塌及濁流作用的情況下，只能保留一些生命力頑強的機會分子。這些機會分子具有特定的進食策略，在濁流過后潛入就近的泥巖中，進食剛剛補給的營養(yǎng)物質(zhì)。因此，該區(qū)在沙三中時期大部分時間處于低能環(huán)境，偶爾發(fā)育事件沉積，并時常出露處于氧化環(huán)境。

3.3 Skolithos-Planolites遺跡組合

該遺跡組合以居住潛穴和進食潛穴為主，常見Skolithoslinearis，Skolithosverticalis，Planolitesmontanus，以Skolithos verticalis居多，主要分布于沙三中上亞段砂泥薄互層中，見生物擾動，沙三上亞段還發(fā)現(xiàn)螺類化石及印模。

垂直及高角度潛穴的發(fā)育，說明水動力條件逐漸變強。Skolithos linearis向上在砂層中演變?yōu)樘右輼?gòu)造（見圖4a），也反映了快速掩埋作用，并且沙三上亞段細砂巖中發(fā)現(xiàn)螺類、介殼類化石及印模。螺類個體較大，殼體較厚，進一步說明此時沉積速率變大，造跡生物為了維持其穴道和底層水的聯(lián)系，不得不向沉積界面靠近，所以該遺跡組合更多地形成于砂泥薄互層沉積界面附近。沉積環(huán)境以三角洲前緣亞相為主，水體較淺，水動力條件較強。

4 結(jié)束語

東辛地區(qū)遺跡化石研究表明，沙三下亞段至沙三上亞段水動力條件逐漸增強，相應發(fā)育湖泊—重力流—三角洲沉積體系，橫向上靠近物源區(qū)，水動力能量較大，石針跡較發(fā)育，而在湖泊水動力能量中等—弱時，山地漫游跡較發(fā)育。低能湖泊相沉積有利于烴源巖生成，向上隨著水體能量增加，沉積大量砂泥互層及厚層砂體，可以形成有效儲集層。因此，東辛地區(qū)沙三段具備形成有利儲蓋組合的條件，尤其沙三中亞段是有利的勘探層位，下一步應加強圈閉條件研究，為今后的油氣勘探明確方向。

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（編輯 趙衛(wèi)紅）

Ichnofossil characteristics and depositional environment of Es3reservoir in Dongxin Area

Chen Xiuyan1,Jiang Zaixing2,Shi Jing3,Xu Jie2
(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina,Beijing 100083,China;2.School of Energy Resources, China University of Geosciences,Beijing 100083,China;3.Beijing Representative Office of Tiandi Energy Service Limited Company of Hong Kong,Beijing 100015,China)

According to core observation and sedimentation analysis,Es3reservoir of Dongxin area is enriched with trace fossils, which contains dwelling burrow,escape structure,bioturbation structure,biological entity fossil and impression.The ichnocoenosis can be recognized as Domichnia,Fodinichnia and Pascichnia.Based on the distribution characteristics,ichnocoenoses can be subdivided into Cochlichnus anguineus,Planolites montanus and Skolithos-Planolites.Cochlichnus anguineus and perfect fish fossils are developed in Lower Es3,which represents the depositional environment is quiet.Planolites montanus,escape structure and bioturbation structure are developed in Middle Es3,which indicates the water body is sometimes turbulent，but it is in relatively quiet environment in most of the time.Skolithos-Planolites,bioturbation structure,snail fossil and impression are developed in Upper Es3,which indicates the reservoir is in the depositional environment with high energy.All the study results show that hydrodynamic conditions were enhanced gradually and the water depth was getting shallow upward in the depositional period of Es3member of Dongxin Area.

ichnofossil;ichnocoenosis;depositional environment;Dongxin Area

國家科技重大專項“油氣勘探新領域儲層地質(zhì)與油氣評價”（2009ZX05009-002）

TE122.3+1

A

10.6056/dkyqt201204014

2011-12-30；改回日期：2012-05-17。

陳秀艷，女，1979年生，博士，主要從事層序地層學及沉積儲層研究。E-mail：xiuyanchen1004@163.com。

陳秀艷，姜在興，師晶，等.東辛地區(qū)沙三段遺跡化石特征與沉積環(huán)境分析［J］.斷塊油氣田，2012，19（4）：462-466.

Chen Xiuyan,Jiang Zaixing,Shi Jing，et al.Ichnofossil characteristics and depositional environment of Es3reservoir in Dongxin Area［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：462-466.