東濮凹陷沙三段正常三角洲沉積中遺跡化石及意義

常 龍，王長(zhǎng)征，胡 斌，2，陳傳浩

（1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454000；2.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 454000）

東濮凹陷古近系沙河街組三段（Es3）沉積厚度大，油氣資源豐富，其形成環(huán)境一直是重要的研究問(wèn)題之一。東濮凹陷北部沙三段時(shí)期總體處于水下沉積，水體先加深后變淺［1］，發(fā)育正常三角洲沉積［2-4］。萬(wàn)濤等研究認(rèn)為東濮凹陷北東部發(fā)育扇三角洲-湖相泥-灘壩沉積體系［5］。東濮凹陷南區(qū)沙三段沉積體系主要是以湖泊為背景的各類三角洲沉積，南部和西部為正常三角洲沉積，東部陡坡帶發(fā)育扇三角洲沉積［6，7］。但這些文獻(xiàn)中均缺乏生物成因構(gòu)造的描述和研究。生物遺跡化石的形成和保存與沉積物及其后的沉積作用密切相關(guān)，也就是通常說(shuō)的生物成因沉積構(gòu)造，因此，它能有效、正確地指示沉積物的形成環(huán)境［8-13］。本文主要以此為出發(fā)點(diǎn)，研究東濮凹陷北區(qū)和南區(qū)沙三段中遺跡化石指示的環(huán)境信息，探討遺跡化石及其分布特征，研究遺跡化石組合與沉積環(huán)境模式，為本區(qū)高精度沉積相研究提供可靠的生物學(xué)信息標(biāo)志。

1 地質(zhì)概況

東濮凹陷地處渤海灣含油氣盆地西南端，河南與山東兩省交界處，屬臨清坳陷組成部分［14］，東、西分別為魯西隆起和內(nèi)黃隆起，南隔蘭考凸起與開封凹陷為鄰，北以馬陵斷層與臨清坳陷內(nèi)的莘縣凹陷相接（圖1）［7］，南寬北窄，南寬約 62 km，北寬約 16 km，總體呈北北東向，形態(tài)近似琵琶狀，總面積約為5 300km2（圖1）［15］。研究區(qū)內(nèi)古近系沉積厚度大，自下而上分別發(fā)育有孔店組（700m），沙河街組（5 000m）和東營(yíng)組（1 300m）。沙河街組又分4段9個(gè)亞段，自上而下分別為沙一上段（Es1-上）、沙一下段（Es1-下）、沙二上段（Es2-上）、沙二下段（Es2-下）、沙三上段（Es3-上）、沙三中段（Es3-中）、沙三下段（Es3-下）、沙四上段（Es4-上）、沙四下段（Es4-下）［16］。

圖1 東濮凹陷地質(zhì)簡(jiǎn)圖及沙三段取心井位置圖Fig.1 Location of the sampling wells in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

2 沉積特征與沉積序列

本次研究重點(diǎn)是對(duì)東濮凹陷北部濮城、古云集、衛(wèi)城等地區(qū)的13口取心井和南部三春集、馬廠地區(qū)的4口取心井進(jìn)行詳細(xì)觀察與描述，對(duì)發(fā)現(xiàn)的遺跡化石進(jìn)行描述和鑒定，目標(biāo)層位是古近系上始新統(tǒng)沙河街組三段。

2.1 濮城地區(qū)沉積特征與沉積相

根據(jù)濮6-33井、濮45井、濮63井、濮75井、濮76井、濮78井、濮120井等7口取心井的巖心觀察與描述發(fā)現(xiàn)，沙四段巖性以灰色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和深灰色泥巖為主，局部發(fā)育棕褐色炭質(zhì)泥巖和灰黃色油浸粉砂巖，普遍發(fā)育水平層理、塊狀層理、波狀層理、脈狀層理、層內(nèi)變形構(gòu)造，植物碎屑，部分層位含鹽含膏，少量泥礫，多處發(fā)育水下收縮裂隙。從單井垂向上觀察，以下細(xì)上粗的反旋回韻律沉積的垂向?qū)有驗(yàn)橹鳎６认蛏现饾u變粗。發(fā)現(xiàn)的遺跡化石屬種包含Palaeophycus tubularis（管狀古藻跡），Palaeophycusisp.（古藻跡未定種），Skolithosisp.（石針跡未定種）、Skolithos linearis（線形石針跡）、Skolithos vertivalis（垂直石針跡）、Planolites montanus（山地漫游跡）、Planolitesisp.（漫游跡未定種）、Planolites beverlegensis（伯 弗 利 漫游跡）、Taenidiumisp.（帶形跡未定種）。除此外還發(fā)現(xiàn)有小型魚化石及部分未命名遺跡化石，有待進(jìn)一步鑒定研究。通過(guò)以上巖性特征、沉積構(gòu)造特征、遺跡化石種類、產(chǎn)狀與組合特征，可識(shí)別出正常三角洲前緣和前三角洲沉積亞相。

2.2 古云集地區(qū)沉積特征與沉積相

古云集位于濮城地區(qū)正北部，此次研究觀察了該區(qū)云2井、云3井兩口取心井巖心，但云3井巖心缺失嚴(yán)重，巖心柱狀不連續(xù)，多次間斷。巖性特征主要是灰色粉砂巖、深灰色泥巖，部分發(fā)育灰褐色、棕褐色泥巖和中厚層灰黃色油浸粉砂巖。典型的沉積構(gòu)造包含水平層理、波狀層理、脈狀層理、部分平行層理、復(fù)合層理、變形構(gòu)造、植物炭屑、泥巖撕裂屑。單井觀察的垂向沉積序列主要為下細(xì)上粗的反旋回沉積序列。發(fā)育的遺跡化石有：Palaeophycustubularis、Mermoidesisp.、Beaconitesisp.、Planolitesisp.、Skolithos vertivalis、Taenidium isp．、Skolithosisp.、Palaeophycusisp.、Skolithos linearis和生物擾動(dòng)構(gòu)造。通過(guò)以上發(fā)現(xiàn)的特征證據(jù)可以判斷東濮凹陷北部古云集地區(qū)為正常三角洲沉積，包含三角洲平原亞相、三角洲前緣亞相。

2.3 衛(wèi)城地區(qū)沉積特征與沉積相

衛(wèi)城地區(qū)處于東濮凹陷北部偏西，位于濮城地區(qū)西北方向。此次研究觀察了該地區(qū)衛(wèi)20井、衛(wèi)47井、衛(wèi)79井、衛(wèi)79-1井共4口取心井的巖心特征。巖性主要為深灰色-棕褐色泥巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，巨厚層灰褐色和灰黃色油浸中-粗砂巖。在衛(wèi)20井2302.1m處和衛(wèi)79井3191.9m處均發(fā)現(xiàn)有厚約2.5m的巨厚層透明狀膏巖層。主要的沉積構(gòu)造有層內(nèi)變形構(gòu)造、水平層理、楔狀交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理、波狀層理、透鏡狀層理、生物擾動(dòng)構(gòu)造等，發(fā)育有泥屑、波痕、槽模、水下收縮裂隙等。垂向上呈現(xiàn)多期次下細(xì)上粗的反旋回沉積序列和砂泥互層沉積。發(fā)現(xiàn)的遺跡化石包括：Palaeophycusisp.、Mermoidesisp.、Palaeophycus tubularis、Skolithosvertivalis、Taenidiumisp.、Teichichnusisp．（墻形跡未定種）、Helminthoidichnites tenuis（細(xì)小次蠕形跡）、Helminthopsisisp.（擬蠕形跡未定種）。通過(guò)對(duì)該區(qū)巖性特征、沉積構(gòu)造、遺跡化石組成與分布特征，可推斷衛(wèi)城地區(qū)為正常三角洲沉積，包含三角洲前緣，前三角洲沉積亞相。

2.4 三春集及馬廠地區(qū)沉積特征與沉積相

本次研究觀察了春5井、春8井、春9-30井，以及馬15井共4口取心井巖心特征。巖性主要包括深灰色-灰褐色泥巖和紫紅色泥巖、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖、淺灰色粉砂巖和灰黃-灰褐色油浸粉砂巖。發(fā)育有多種沉積構(gòu)造，包括變形構(gòu)造、槽狀交錯(cuò)層理、植物炭屑、塊狀構(gòu)造、脈狀層理、砂紋交錯(cuò)層理、水下收縮裂隙、液化、泄水構(gòu)造、波狀層理、爬升層理等。在垂向?qū)有蛏现饕獮橄录?xì)上粗的反旋回沉積序列。發(fā)現(xiàn)的遺跡化石包含以下屬種：Palaeophycus tubularis、Skolithos vertivalis、Planolitesmontanus、Planolitesisp.、Palaeophycusisp.、Thalassinoidesisp.（海生跡未定種），還有個(gè)別未命名遺跡有待進(jìn)一步鑒別。通過(guò)對(duì)該區(qū)巖性特征，沉積構(gòu)造，沉積序列以及遺跡化石組成特征，可判斷該區(qū)古近系沙三段包含三角洲前緣、前三角洲沉積亞相和濱淺湖亞相。

3 遺跡化石描述

3.1 石針跡屬Ichnogenus Skolithos Haldemann，1840

3.1.1 垂直石針跡［17］Skolithos vertivalisHall，1942（圖2a）

管狀潛穴垂直于層面分布，管徑趨于一致，直徑1.5mm，長(zhǎng)約10mm。潛穴水平橫斷面為圓形，表面光滑。管內(nèi)填充物成分與圍巖相同，潛穴有薄壁，通常為上層深灰色粉砂質(zhì)泥巖或淺灰色粉砂巖。研究區(qū)巖心中發(fā)現(xiàn)多處Skolithos vertivalis，主要分布于粉砂巖或砂泥薄互層中，離散或成群發(fā)育。

3.1.2 線形石針跡［18］Skolithos linearisHaldemann，1840 （圖2b）

潛穴橫斷面呈圓形或橢圓形，直徑2.5mm，可見延伸長(zhǎng)度40mm，管徑粗細(xì)基本一致，與層面近垂直。潛穴內(nèi)部不分枝，表面光滑，彎曲或微彎曲，填充物為淺灰色或灰白色粉砂巖，圍巖為灰色泥質(zhì)粉砂巖。

3.1.3 石針跡未定種［19］Skolithosisp. （圖2c）

潛穴高角度斜交于層面，橫截面呈圓形，管徑8mm，可見長(zhǎng)度為25mm，向下直徑略大于頂部。潛穴發(fā)育有泥質(zhì)襯壁，呈全浮痕保存，潛穴內(nèi)部不分枝，離散分布。潛穴內(nèi)填充物與圍巖不同，為淺灰色砂質(zhì)充填，圍巖是灰色泥質(zhì)粉砂巖。

圖2 東濮凹陷沙三段（Es3）Skolithos（石針跡屬）遺跡化石特征Fig.2 Skolithos ichnofossil in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

3.2 古藻跡屬 IchnogenusPalaeophycus Hall，1847

3.2.1 管狀古藻跡［20］Palaeophycus tubularisHall，1847 （圖3a-c）

呈平直-微彎曲的細(xì)管狀潛穴，與層面平行或者與層面斜交，水平面上呈灰白色圓形或橢圓形，少量樣本在橫斷面上出現(xiàn)有白色斑點(diǎn)。潛穴粗細(xì)均一，管徑2～4mm，可見長(zhǎng)度為10～12mm，潛穴不分枝，潛穴表面光滑，發(fā)育有薄襯壁。豐度較高，穴管之間會(huì)有相互交叉的現(xiàn)象。充填物顏色區(qū)別于圍巖，通常為棕褐色泥巖，發(fā)育在灰綠色泥巖或灰色粉砂質(zhì)泥巖中。

3.2.2 古藻跡未定種Palaeophycusisp.（圖3d）

平直或局部微彎曲的細(xì)管狀潛穴，與層面斜交，角度不大。在層面上表現(xiàn)為灰白色圓點(diǎn)，直徑為3mm，可見延伸長(zhǎng)度為25mm，粗細(xì)變化大，局部膨脹變大。潛穴無(wú)分支，發(fā)育有薄襯壁，無(wú)回填紋構(gòu)造。充填物為淺灰色或灰白色泥質(zhì)粉砂巖，圍巖多為深灰色泥巖或粉砂質(zhì)泥巖。

圖3 東濮凹陷沙三段（Es3）Palaeophycus（古藻跡屬）遺跡化石特征Fig.3 Palaeophycus ichnofossil in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

3.3 漫游跡屬 IchnogenusPlanolites Nicholson，1873

3.3.1 山地漫游跡Planolites montanusRichter，1937 （圖4a，b）

多平行于層面，形態(tài)近似于圓柱形，呈直或微彎曲狀，潛穴不分枝，相對(duì)短小。潛穴直徑1.5mm左右，可視延伸長(zhǎng)度15mm左右，少數(shù)潛穴發(fā)生交叉排列，與層面斜交，角度較小。潛穴表面光滑無(wú)紋飾，無(wú)襯壁。充填物與圍巖基本一致，為淺灰色粉砂巖或深灰色泥巖。

3.3.2 伯弗利漫游跡Planolites beverlegensisBillings，1862 （圖4c）

潛穴平直或略微彎曲，直徑約2mm，可見延伸長(zhǎng)度為25mm左右，粗細(xì)變化不大，平行于層面，無(wú)分枝，潛穴不發(fā)育襯壁，表面光滑無(wú)紋飾，圍巖是泥質(zhì)粉砂巖，充填物與圍巖相似。

3.3.3 漫游跡未定種Planolitesisp.（圖4d）

較為平直的水平潛穴，直徑2.5mm，不發(fā)育襯壁，平行于層面，保存在灰色泥質(zhì)粉砂巖中，充填物與圍巖相同。

3.4 似默米亞跡屬Ichnogenus Mermoides Hu，2006

3.4.1 似默米亞跡未定種［21］Mermoidesisp. （圖5）

呈線狀排列，形狀多變，隨機(jī)彎曲形，大小較為一致，彎曲程度大但不呈環(huán)狀排列。痕跡個(gè)體較小，直徑1.5mm左右，延伸長(zhǎng)度5～10mm，平行層面分布，較為密集，豐度較高。潛穴充填物顏色區(qū)別于圍巖，圍巖常是深灰色薄層泥巖，水平層理或發(fā)育頁(yè)理。

圖4 東濮凹陷沙三段（Es3）Planolites（漫游跡屬）遺跡化石特征Fig.4 Planolites ichnofossil in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

圖5 東濮凹陷沙三段（Es3）Mermoides（似默米亞跡屬）遺跡化石特征Fig.5 Mermoides ichnofossil in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

3.5 帶形跡屬 Ichnogenus Taenidium Heer，1877

3.5.1 帶形跡未定種［22］Taenidiumisp. （圖6a）

呈平直，末端彎曲的柱狀潛穴，屬造跡生物進(jìn)食痕跡，直徑12mm，可見延伸長(zhǎng)度為10cm左右。個(gè)體較大，與層面平行，縱切面呈圓形，潛穴不分枝，粗細(xì)變化不大，橫截面上可觀察到明顯的新月形回填紋構(gòu)造，回填紋直徑略小于潛穴直徑，為9mm左右。潛穴內(nèi)不發(fā)育襯壁，填充物為深灰色有機(jī)質(zhì)或泥巖，圍巖是淺灰色粉砂巖。

3.6 墻形跡屬　IchnogenusTeichichnus Seilacher，1955

3.6.1 墻形跡未定種［23］Teichichnusisp. （圖6b）

具似蹼狀構(gòu)造的一系列直形管潛穴，外形排成墻狀的隔板構(gòu)造，在垂直平面的方向上，可見管狀構(gòu)造呈U形重疊，在層面上見到直形管，不分枝，與層面垂直或高角度斜交，長(zhǎng)軸大部分近水平，管徑約2.5mm，排列長(zhǎng)度為15mm。填充物顏色較淺，為灰白色粉砂巖，發(fā)育于砂泥互層中。

3.7 次蠕形跡屬 Ichnogenus Helminthoidichnites Fitch，1850

3.7.1 細(xì)小次蠕形跡Helminthoidichnites tenuisFitch，1850 （圖6c）

呈現(xiàn)微彎曲狀小型拖跡，直徑1～1.5mm，平均可視延伸長(zhǎng)度為25mm左右，水平于層面分布，表面光滑，延層面不規(guī)則延伸，無(wú)蛇曲形，不分叉，分布較為稀疏，豐度不高。圍巖是灰黃色泥質(zhì)粉砂巖，填充物顏色較圍巖更深，呈灰褐色，多保存于薄層粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖底層。

3.8 擬蠕形跡屬　IchnogenusHelminthopsis Heer，1877

3.8.1 擬蠕形跡未定種Helminthopsisisp.（圖6d）

呈簡(jiǎn)單微彎曲狀，長(zhǎng)約12mm，寬1mm，于層面平行分布，表面光滑，軌跡無(wú)分枝，層面上易識(shí)別，多呈離散或孤立分布出現(xiàn)。填充物為深灰色泥巖，與圍巖巖性近似。

3.9 似塔形跡屬 Ichnogenus Beaconites Vialov，1962

3.9.1 似塔形跡未定種［24］Beaconitesisp.（圖7a，b）

潛穴斜交于層面，在橫斷面上呈橢圓形，潛穴不分枝，直徑約2～3mm，可見長(zhǎng)度為30～40mm。潛穴表面光滑，內(nèi)部發(fā)育有形狀不規(guī)則的新月形回填紋，可見泥質(zhì)襯壁。潛穴內(nèi)充填物巖性與圍巖相同，顏色較圍巖更深，發(fā)育在灰色或黃褐色粉砂巖中，呈內(nèi)跡保存。

圖6 東濮凹陷沙三段（Es3）遺跡化石特征Fig.6 Ichnofossils in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

3.10 海生跡屬Ichnogenus Thalassinoides Ehrenberg，1944

3.10.1 海生跡未定種［25］Thalassinoidesisp. （圖7c）

在平面上呈平直-微彎曲狀的圓柱形潛穴，有些與層面斜交，角度不大，潛穴在縱截面上為圓形或橢圓形，穴管直徑為3.5mm，可見延伸長(zhǎng)度為10～25mm，粗細(xì)不一，具有分枝結(jié)構(gòu)，分枝處比其它部位略粗，分支形態(tài)近似于Y字形，向沉積巖層內(nèi)部呈三維空間分叉。潛穴不發(fā)育襯壁，表面光滑。填充物為深灰色泥巖，發(fā)育在灰色泥巖中。

4 遺跡化石組合特征及沉積環(huán)境

4.1 Palaeophycus-Planolites遺跡組合及其沉積環(huán)境

該遺跡組合的主要組成分子有：Palaeophycus tubularis，Palaeophycusisp.，Planolitesmontanus，Planolitesisp.，Skolithos linearis，Skolithos vertivalis，Skolithos.isp.，Mermoidesisp．，以及少量的Beaconitesisp.，Cochlichnusisp.，Palaeophycus heberti，Taenidiumisp.，Teichichnusisp.，Thalassinoidesisp 等。其中以Palaeophycus和Planolites大量出現(xiàn)而作為群落代表，豐度和分異度較高。

圖7 東濮凹陷沙三段（Es3）遺跡化石特征Fig.7 Ichnofossils in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

該遺跡組合生態(tài)類型主要由Fodinichnia（進(jìn)食跡）、Domichna（居住跡）、Pascichnia（覓食拖跡）組成，主要產(chǎn)自灰色薄層粉砂質(zhì)泥巖與薄層細(xì)砂巖、粉砂巖互層及深灰色薄層泥巖中。伴生的沉積構(gòu)造主要為交錯(cuò)層理、透鏡狀、波狀和脈狀層理、砂泥交互層理和平行層理，以及少量的變形層理等，解釋其形成于正常三角洲前緣環(huán)境。對(duì)比遺跡化石的形態(tài)、大小和產(chǎn)狀等特征發(fā)現(xiàn)，遺跡化石Skolithos一般發(fā)育在水動(dòng)力條件較高的環(huán)境，在三角洲遠(yuǎn)端沙壩環(huán)境形成的遺跡化石直徑較小，直徑一般1～3mm；分支河道、河口壩等環(huán)境中形成的垂直潛穴直徑中等（4～9mm）到較大（1～2cm）。同樣，在遠(yuǎn)端出現(xiàn)的Palaeophycus和Planolites等遺跡化石直徑也較小。對(duì)比不同微相中的遺跡化石發(fā)現(xiàn)，在三角洲前緣的分支河道間微相中，水動(dòng)力條件較低，可以發(fā)育Helminthoidichnites tenuis，Helminthopsisisp．，Cochlichnusisp.，Mermoidesisp．等表面拖跡以及Planolites montanus，Planolitesisp.表面水平潛穴。

4.2 Planolites Helminthoidichnites遺跡組合及其沉積環(huán)境

該遺跡組合的主要組成分子有：Planolites montanus，Palaeophycus tubularis，Helminthoidichnites tenuis，Helminthopsisisp．和Mermoidesisp．等。其中以Planolitesisp、Helminthoidichnites較為常見而作為群落代表，豐度和分異度較低。

該遺跡組合遺跡化石特征主要表現(xiàn)為與層面平行或微傾斜覓食拖跡以及進(jìn)食跡和居住跡。遺跡化石主要產(chǎn)自灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖以及深灰色泥巖中，其沉積環(huán)境可解釋為較深湖或前三角洲，該組合在春8、春9-30、濮75、衛(wèi)47等巖心井中均有發(fā)育。

5 結(jié)論

（1）東濮凹陷古近紀(jì)沙河街組沙三段發(fā)現(xiàn)遺跡化石10屬15種，包括居住跡：Skolithos vertivalis，Skolithos linearis，Skolithosisp.，Thalassinoidesisp.，進(jìn) 食 跡：Beaconitesisp.，Palaeophycus tubularis，Palaeophycusisp.，Planolitesmontanus，Planolites beverlegensis，Planolitesisp.，Taenidiumisp.，Teichichnusisp.，覓食跡：Helminthoidichnites tenuis，Helminthopsisisp.，Mermoidesisp.。居住跡發(fā)育在灰白色、淺灰色粉砂巖-細(xì)砂巖中，進(jìn)食跡保存在灰色砂巖和泥巖中，覓食跡通常保存在深灰色泥巖中。

（2）根據(jù)巖性特征、沉積構(gòu)造和遺跡化石的組成、分布特征，文留東-前梨園地區(qū)沙三段主要發(fā)育三角洲前緣亞相、前三角洲亞相、濱淺湖亞相沉積，并劃分了反映不同沉積環(huán)境和水體深度的Palaeophycus-Planolites遺跡組合和Planolites-Helminthoidichnites遺跡組合。

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