大慶長垣南端晚白堊世孢粉組合特征及其古氣候記錄

徐增連，湯超，魏佳林，曾輝，肖鵬，劉華健

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170；2.中國地質(zhì)調(diào)查局鈾礦地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300170）

孢粉組合是中新生代古氣候和古環(huán)境研究中常用的一種恢復(fù)古植被類型的方法，其原理就是植被類型隨著氣候條件和氣候帶的改變而改變[1]。松遼盆地近50年以來的石油勘探，積累了豐富的孢粉和植物化石資料，諸多學(xué)者曾先后對盆地內(nèi)白堊紀(jì)孢粉、植物化石及其組合特征和演化規(guī)律進(jìn)行了研究，并建立了松遼盆地白堊紀(jì)孢粉和植物化石組合[2-8]。同時(shí)，前人還根據(jù)孢粉化石對松遼盆地白堊紀(jì)的古氣候特征做過總體研究，劃分出不同時(shí)期的氣溫帶和植被類型，并對古氣候變化機(jī)制作了探討[8-10]，還用于地層對比和確定地質(zhì)年代[8,11]。

隨著在大慶長垣南端鈾礦勘探工作的不斷開展[12-16]，特別是以四方臺組為重點(diǎn)層位布置了很多口井，使得在嫩江組-四方臺組中連續(xù)取樣、開展孢粉的深入研究成為可能。本文把孢粉分析作為一種手段，應(yīng)用于大慶長垣南端的ZKMX15號鉆井沉積物的研究，在其中發(fā)現(xiàn)了數(shù)量豐富、保存良好、形態(tài)特征明確的孢粉化石組合，不僅可以為我國北方地區(qū)嫩江組-四方臺組孢粉組合特征的深入認(rèn)識提供重要的基礎(chǔ)資料，而且可以為松遼盆地內(nèi)各構(gòu)造單元間的地層對比以及大慶油田油氣與鈾礦勘探工作的進(jìn)一步開展提供可靠的古生物依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地是我國東北地區(qū)最大的中-新生代陸相沉積盆地[17-19]。四面環(huán)山，東為張廣才嶺，西為大興安嶺，南為陰山-燕山造山帶，北為小興安嶺?；妆憩F(xiàn)為明顯的雙層結(jié)構(gòu)特征，下部由前寒武紀(jì)結(jié)晶基底組成，上部由古生代淺變質(zhì)巖系和海西期的花崗巖組成；中、新生代沉積蓋層的分布范圍較廣，沉積厚度總體上可以達(dá)到10 000 m以上[20]。根據(jù)基底性質(zhì)和蓋層的區(qū)域地質(zhì)特征，松遼盆地進(jìn)一步可劃分為6個(gè)一級構(gòu)造單元，分別為東南、東北、西南三個(gè)隆起區(qū)、北部傾沒區(qū)、西部斜坡區(qū)及中央坳陷區(qū)（圖1）。

圖1 大慶長垣南端ZKMX15鉆孔位置圖Fig.1 The location of ZKMX15 core in the southern of Daqing Placanticline

研究區(qū)位于中央坳陷區(qū)的北部長垣南端。鉆孔ZKMX15自下而上揭示的地層有嫩江組、四方臺組和明水組（圖2），嫩江組以灰色、灰綠色、淺紅色粉砂巖夾薄層細(xì)砂巖為主，四方臺組表現(xiàn)為灰綠色、紅棕色細(xì)砂巖與粉砂巖、泥巖互層。

2 巖心樣品孢粉分析結(jié)果

本文在鉆孔ZKMX15上共采集了21塊樣品（圖2），樣品在實(shí)驗(yàn)室采用氫氟酸分析法處理。通過對ZKMX15井119.8～420.4 m井段的21塊巖心樣品鏡下鑒定（表1），在上部（119.8～232.8 m）未見任何化石，中部（242.8～347.0 m）見一定數(shù)量的孢粉和綠藻化石，其豐度和分異度不一，保存狀況較好，以蕨類孢子和裸子類花粉為主，兩者互為優(yōu)勢，蕨類占31.00%～54.06%，裸子類為44.17%～55.56%，被子類花粉個(gè)別發(fā)現(xiàn)。下部（370.0～420.4 m）化石稀少，個(gè)別零星發(fā)現(xiàn)三角孢屬（Deltoidospora）、海金沙孢屬（Lygodiumsporites）、圓形錐刺孢屬（Apiculatisporis）和蘇鐵粉屬（Cycadopites）。具體發(fā)現(xiàn)孢粉化石情況如下所述：

表1 大慶長垣南端ZKMX15井孢粉統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of sporopollen from core ZKMX15 in Songliao Basin

續(xù)表1

圖2 大慶長垣南端鉆孔柱狀圖及采樣點(diǎn)示意圖Fig.2 Sedimentary sequence and sampling location of the ZKMX15 core in the southern of Daqing Placanticline

（1）蕨類植物孢子，總計(jì)33.3%。

水蘚孢屬（Sphagnumsporites）、三角孢屬（Deltoidospora）、桫欏孢屬（Cyathidites）、小桫欏孢（C.minor）、南方桫欏孢（C.australis）、波縫孢屬（Undulatisporites）、凹邊孢屬（Concavisporites）、金毛狗孢屬（Cibotiumspora）、弓脊孢屬（Retuso triletes）、圓形光面孢屬（Punctatisporites）、三角粒面孢屬（Granulatisporites）、圓形粒面孢屬（Cyclogranisporites）、紫萁孢屬（Osmundacidites）、三角錐刺孢屬（Lophotriletes）、三角刺面孢屬（Acanthotriletes）、三角塊瘤孢屬（Converruco sisporites）、圓形塊瘤孢屬（Verrucosisporites）、萊蕨孢屬（Leptolepidites）、克魯克孢屬（Klukisporites）、非均飾孢屬（Impardecispora）、大網(wǎng)孢屬（Zlivisporis）、石松孢屬（Lycopodiumsporites）、擬石松孢屬（Lycopodiacidites）、三孔孢屬（Triporoletes）、三圈宜昌孢（Yichangsporites tricyclosus）、有孔孢屬（Foraminisporis）、鳳尾蕨孢屬（Pterisisporites）、膜環(huán)弱縫孢屬（Aequitriradites）、具刺膜環(huán)弱縫孢（A.apinulosus）、盤旋加蓬孢（Gabonisporis labyrinthus）、希指蕨孢屬（Schizaeoisporites）、小型希指蕨孢（S.minor）、瓜形希指蕨孢（S.certus）、網(wǎng)形希指蕨孢（S.retiformis）、光面單縫孢屬（Laevigatosporites）。

（2）裸子植物花粉，總計(jì)59.7%。

雛囊粉屬（Parcisporites）、小雛囊粉（P.minutus）、環(huán)圈雛囊粉（P.annulatus）、原始雛囊粉（P.parvisaccus）、單/雙束松粉屬（Abietineaepollenites/Pinuspollenites）、云杉粉屬（Piceaepollenites）、油杉粉屬（Keteleeriaepollenites）、羅漢松粉屬（Podocarpidites）、破隙杉粉（Taxodiaceaepollenites hiatus）、廣口粉屬（Chasmatosporites）、蘇鐵粉屬（Cycadopites）、單遠(yuǎn)極溝粉屬（Monosulcites）、單溝粉屬（Monocolpopollenites）、克拉梭粉屬（Classopollis）、小克拉梭粉（C.parvus）、環(huán)圈克拉梭粉（C.annulatus）、隱孔粉屬（Exesipollenties）、頂突粉屬（Corniculatisporites）、麻黃粉屬（Ephedripites）。

（3）被子植物花粉，總計(jì)6.9%。

櫟粉屬（Quercoidites）、華麗粉屬（Callisto pollenites）、桃金娘粉屬（Myrtaceidites）、無患子粉屬（Sapindaceidites）、三孔粉屬（Triporopollenites）、三溝粉屬（Tricolpopollenites）、三孔溝粉屬（Tricolporopollenites）、網(wǎng)紋三孔溝粉屬（Retitricolporites）、網(wǎng)紋三溝粉屬（Retitricolpites）、三孔褶皺粉（Plicapollis trinus）、小榆粉（Ulmipollenites minor）、三肋脊榆粉（Ulmoideipites tricostatus）、克氏脊榆粉（U.krempii）、多孔粉屬（Polyporites）。

3 孢粉組合特征及時(shí)代分析

從ZKMX15號鉆孔242.8～347.0 m巖心樣品的孢粉分析結(jié)果所獲得的孢粉化石群可以看出，植物孢粉具有以下組合特征：

（1）以裸子植物花粉為主，含量44.17%～55.56%，平均50.68%；蕨類植物孢子居次要位置，含量31.00%～54.06%，平均40.71%；被子植物花粉較少，含量3.47%～18.11%，平均8.61%。

圖3 大慶長垣南端ZKMX15典型蕨類植物孢子Fig.3 Examples of the representative pteridophyte spore taxa recovered from the ZKMX15 core

（2）蕨類植物主要由莎草蕨科和桫欏科孢子組成，前者主要為希指蕨孢屬（Schizaeoisporites），占15.89%，后者包括三角孢屬（Deltoidospora）與桫欏孢屬（Cyathidites），占14.74%；其余分子多為一些具顆粒、錐刺、塊瘤等紋飾的類型，如三角粒面孢屬（Granulatisporites）、圓形粒面孢屬（Cyclogranis porites）、三角錐刺孢屬（Lophotriletes）、三角塊瘤孢屬（Converrucosisporites）、圓形塊瘤孢屬（Verru cosisporites）等，基本上都為少量或零星出現(xiàn)；非均飾孢屬（Impardecispora）、三孔孢屬（Triporoletes）、盤旋加蓬孢屬（Gabonisporis）等在個(gè)別樣品中也有一定數(shù)量級。

（3）裸子植物花粉中以杉科花粉占優(yōu)勢，平均含量為22.68%；次為掌麟杉科和松科花粉，分別占11.42%與4.34%，以雛囊粉屬（Parcisporites）、松粉屬（Pinuspollenites）、克拉梭粉屬（Classopollis）等最為常見；蘇鐵科、麻黃科、羅漢松科的一些屬種也有少量分布，如羅漢松粉屬（Podocarpidites）、蘇鐵粉屬（Cycadopites）、麻黃粉屬（Ephedripites）等。

（4）被子植物不發(fā)育，主要為三孔粉屬（Triporopollenites）、三溝粉屬（Tricolporopollenites）、網(wǎng)紋三溝粉屬（Retitricolpites）、榆粉屬（Ulmipollenites）等三溝、三孔溝類和榆科花粉。

根據(jù)上述孢粉化石面貌，可建立Schizaeoisporites-Taxodiaceae pollenites-Tricolporopollenites組合，此孢粉組合中含豐富的晚白堊世常見或標(biāo)志孢粉化石分子，Schizaeoisporites、Verrucosispor ites、Pterisisporites、Lygodiumspor ites、Foraminisporis、Leptolepi dites、Triporoletes、Aequitriradites、Classopollis等孢粉化石，均是全球白堊紀(jì)常見的類型。Schizaeo isporites自早白堊世開始出現(xiàn)，主要繁盛于晚白堊世，該屬的大量出現(xiàn)是多數(shù)地區(qū)晚白堊世孢粉組合的重要特征之一[8,21]，如江蘇晚白堊世早期的浦口組，湖北晚白堊世早期的鄂西羅鏡灘組等；Cyathidites延續(xù)時(shí)代較長，為中、新生代常見分子，在松遼盆地主要繁盛于泉頭組-嫩江組；Yichang sporites tricyc losus見于湖北宜昌五龍組；Triporo letes是世界各地白堊紀(jì)的特征化石，本區(qū)主要見于登婁庫組三、四段-嫩江組一段；Callistopollenites自姚家組開始

圖4 大慶長垣南端ZKMX15典型裸子和被子植物花粉Fig.4 Examples of the representative gymnosperm and angiosperm pollen taxa recovered from the ZKMX15 core

4 古環(huán)境探討

出現(xiàn)，可延至古新統(tǒng)[22]；榆科花粉在土倫期之后才開始逐漸繁盛，其在東北地區(qū)晚白堊世晚期已普遍發(fā)育[22-26]。

綜上所述，可以確定ZKMX15鉆井巖心時(shí)代為晚白堊世Campanian期。

4.1 孢粉植被類型劃分方案

依據(jù)各孢粉組合的孢粉譜，結(jié)合所出現(xiàn)的孢粉類型母體植物的生態(tài)資料[27,28]，將孢粉各屬分別歸類于：針葉林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、灌木林與草本植物五個(gè)大類。

可推測是針葉樹的類型有：Classopollis、Podocarpidites、Ket eleeriaepollenites、Taxodiaceae pollenites、Exesipollenites、Abie tineaepollenites、Piceaepollenites、Pinuspollenites、Parcisporites等。

可推測是常綠闊葉樹的類型有：Cyathidites、Cibotiumspora、Cycadopites、Quercoidites、Myrta ceidites、Sapindaceidites、Chas matosporites等。

可推測是落葉闊葉樹的類型有：Monosulcites、Ulmipollenites、Ulmoideipites等。

可推測是灌木的類型有：Concavisimisporites、Irnpardeci spora、Klukisporites、Lygodium sporites、Ephedrites、Triporo pollenites等。

可推測是草本植物的類型有：Laevigatosporites、Pterisis porites、Leptolepidites、Schizaeoi sporites、Lycopodiumsporites、Deltoidospora、Osmundacidites、Polyporites等。

4.2 孢粉氣溫帶類型劃分方案

氣溫帶的劃分是將各孢粉譜中孢粉各屬分別歸類于熱帶植物、亞熱帶植物、溫帶植物、廣溫性的熱帶-亞熱帶植物及熱帶-溫帶植物五大類[27，28]。

熱帶類型孢粉植物主要有：Cyathidites、Cibotiumspora、Concavisporites、Pterisisporites、Klukisporites、Leptolepidites、Lygodiumsporites、Cycadopites、Parcisporites、Podocarpidites、Sapindaceidites等。

熱帶-亞熱帶類型孢粉植物主要有：Delt oidospora、Schizaeoisporites、Classopollis、Mono sulcidites、Ulmoideipites等。

亞熱帶類型孢粉植物主要有：Exesipollenites、Taxodiaceaepollenites、Keteleeriaepollenites、Quer coidites、Tricolporopollenites等。

熱帶-溫帶類型孢粉植物主要有：Osmun dacidites、Laevigatosporites、Abietineae pollenites、Pinuspollenites、Polyporites等。

溫帶類型孢粉植物主要有：Piceaepollenites、Ephedripites、Triporopolleniles、Ulmipollenites等。

4.3 孢粉干濕度類型劃分方案

孢粉植物干濕度的帶劃分是將各孢粉譜中孢粉各屬按其母體植物的生態(tài)環(huán)境分別歸類于旱生、中生、濕生、水生、沼生五個(gè)大類，可以劃分為干旱、半干旱、半干半濕、半濕潤、濕潤五種孢粉干濕度類型[27，28]。

旱生的主要類型有：Pterisisporites、Leptolepidites、Classopollis、Ephedripites、Schize aoisporites、Callistopollenites、Polyporites、Tricol poropollenires等。

中生的主要類型有：Lycopodiumsporites、Cycadopites、Abietineaepollenites、Pinuspollenites、Keteleeriaepollenites、Monosulcites、Sapindaceidites、Quercoidites、Triporopollenites、Myrtaceidites、Ulmipollenites等。

濕生的主要類型有：Cyathidites、Cibotiumspora、Concavisporites、Deltoidospora、Impardecispora、Klukisporites、Lygodiumsporites、Podocarpidites、Parcisporites、Piceaepollenites、Ulmoideipites等。

沼生的主要類型有：Osmundacidites、Laevigatosporites、Exesipollenites、Taxodiace aepolle nites等。

水生的主要類型有：Sphagnumsporites。

4.4 古植被、古氣候分析

應(yīng)用孢粉植被的概念，依據(jù)孢粉譜和孢粉母體植物的生態(tài)特征，可以定量地劃分松遼盆地白堊紀(jì)嫩江組上部沉積時(shí)期的植被類型、氣溫帶類型、干濕度帶類型等（表2）。

表2 大慶長垣南端晚白堊世孢粉植被、氣候帶、干濕度劃分Table 2 Vegetation,climate and humidity types implied by spores and pollen from the core ZKMX15 in Songliao Basin

嫩江組上部沉積時(shí)期針葉樹次占優(yōu)勢為50.83%，草本植物含量占24.26%，當(dāng)時(shí)的植被類型應(yīng)屬針葉林、草叢。植被中熱帶組分占21.52%，熱帶-亞熱帶成分占26.01%，亞熱帶組分占20.64%，而溫帶成分僅占2.31%，其氣溫帶屬于熱帶-亞熱帶。植被中旱生的成分28.16%，中生的成分27.43%，濕生和沼生的成分分別為21.99%和15.86%，當(dāng)時(shí)的氣候轉(zhuǎn)為半干旱半濕潤。因此，該區(qū)嫩江組上部沉積時(shí)期植被類型是針葉林、草叢，屬于半干旱半濕潤的熱帶-亞熱帶氣候。

5 結(jié)論

本文通過對采自松遼盆地大慶長垣南端地段的ZKMX15號鉆井巖心樣品的孢粉分析，結(jié)合已有孢粉研究資料成果，得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)采集的巖心樣品中發(fā)現(xiàn)的孢粉樣品分析結(jié)果顯示，孢粉組合特征為裸子植物花粉占優(yōu)勢（44.17%～55.56%，平均50.68%），蕨類植物孢子居次要位置（31.00%～54.06%，平均40.71%），還零星出現(xiàn)了極少量被子植物花粉（3.47%～18.11%，平均8.61%）。通過對孢粉組合的綜合分析，可以確定ZKMX15鉆孔的時(shí)代為晚白堊世Campanian期。

（2）嫩江組上部沉積時(shí)期為針葉林、草叢環(huán)境，處于半干旱、半濕潤的亞熱帶氣候環(huán)境。