鄂尔多斯盆地延长组遗迹化石组合与古环境

傅 强， 徐 铮， 姚泾利， 李 璟

(1.同济大学 海洋与地球科学学院，上海 200092；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安 710018)

在晚三叠世中-晚期，鄂尔多斯盆地西部造山带大幅度抬升从而发生了强烈的冲断、褶皱、叠置甚至推覆等构造活动，使得华北地块西缘极度下沉，加上海水不时地入侵，于是形成了大型坳陷型湖盆.来自西部造山带的粗粒沉积物在盆地西侧形成了冲积扇-辫状河三角洲沉积体系；来自东北部地台区的沉积物则在盆地东侧构筑成了冲积平原和曲流河三角洲沉积体系,富含有机质的细粒沉积物分布于靠近盆地西缘的沉积中心内[1].晚三叠世末期，盆地西缘构造活动减弱，沉积作用变得平缓,原来规模颇大的湖泊逐渐被沼泽化三角洲和冲积平原所取代，形成了一套含煤的暗色陆源碎屑组合，最后结束了湖盆发育过程[2].

鄂尔多斯盆地晚三叠世时期发育的湖盆面积较大，湖水升降频繁，残留在鄂尔多斯盆地内(不包括向东南郑州方向延伸和向北西甘肃方向扩展)最大扩张期深水湖盆的范围就超过105km2.通过对湖相泥岩采用不同地球化学方法(包括微量元素、沉积磷酸盐和碳氧同位素等)的研究发现，鄂尔多斯盆地晚三叠世湖盆湖水属半咸-淡水性质，适合多门类的动物和低等水生植物生长与繁殖，它们的死亡为中生代地层提供了优质的生烃母质.随着近年来鄂尔多斯盆地石油勘探的不断深入，勘探领域逐渐向深湖区展开，并在深湖区域发现了较大面积的致密砂岩油藏[3].因此，鄂尔多斯盆地晚三叠世延长期湖盆沉积岩相古地理的恢复、湖盆水体分布范围乃至深度预测就成为勘探家亟待解决的问题.通过野外剖面及钻井岩芯古生物遗迹化石的组合探讨湖盆水体中生物相态发育情况和恢复湖盆水体深浅与沉积相范围的耦合关系[4]，不仅具有古生物环境与沉积学研究的理论意义，还对盆地内非常规致密油气勘探具有重要的现实意义.

水体中底栖生物通过各种活动在沉积物中留下来的遗迹，即所谓的“遗迹化石”，可为恢复古水深、古水流、食料、底层性质、水体充氧条件、古盐度、沉积速率及沉积事件等各种环境要素提供重要信息[5].同时，由于生物活动对沉积颗粒结构和成岩作用可产生重要影响，因此遗迹化石对油气储集物性的作用也成为人们关注的话题.我国陆相盆地部分地区或层位的生物遗迹对储层物性的影响也有许多案例.方少仙等[6]指出，广西百色盆地下第三系储层中古生物扰动的强度和含油气级别成正比；赵澄林[7]认为，辽东湾东营组中生物扰动改善了粉细砂岩储层的储集性能及含油性.鄂尔多斯盆地晚三叠世发育大型淡水湖盆，野外及钻井岩芯发现延长组地层中生物遗迹化石丰富，属较深水环境的鱼类化石及其游泳遗迹也偶有发现，因此依据遗迹化石发育类型、丰度、位置等信息，可以对延长组的古湖泊环境进行恢复[8-12].

通过野外考察环盆地周围汭水河剖面、延河剖面、窟野河剖面、仕望河剖面、薛峰川剖面、铜川剖面等6条晚三叠世延长组地层露头剖面的古生物遗迹化石面貌(见图1)，结合钻井岩芯发现并采集的古生物遗迹化石，判断鄂尔多斯盆地晚三叠世延长组地层中含有极其丰富的反映湖盆发育古生态、古环境等方面信息的古生物遗迹化石.依据化石组合特征、发育丰富程度与组合特征以及化石产出围岩岩性，并结合保留下来的现代生物种属的生态环境[13-15]，可推测并判断出鄂尔多斯盆地晚三叠世古湖盆发育时期的古生态环境.

图1 鄂尔多斯盆地上三叠统构造单元与野外剖面位置图

1 延长组遗迹化石类型及特征

钻井岩芯描述与野外剖面考察表明，鄂尔多斯盆地延长组除含有丰富的动植物实体化石外，还含有丰富的动植物遗迹化石.按遗迹化石的几何形状、特征，可大致划分为以下几种类型：

(1)垂直居住迹

以Skolithos和Cylindricum为代表，无论在钻井岩芯还是在露头剖面上,此类遗迹化石均大量分布.它是动物生存并永久居住的场所，在形态上往往呈密集群体出现的垂直管状体，管的大小与密集程度均有较大变化.绝大多数为泥质基底，管中充填物大多为上覆地层的砂质物，颜色及成分上可与基质区分，发育于高能浅水环境(见图2).

图2 垂直居住迹(池32井,2 342.7 m,长6)

(2)垂直觅食迹

以Scoyenia为代表，它是一种垂直或略倾斜、具回填构造的觅食潜穴，主要是底栖动物为寻找食物而采取的一种掘穴方式.与垂直居住迹的显著区别在于管中具有回填构造，同样发育于高能浅水环境(见图3).

(3)U形管迹

以Arenicolites为代表，在形态上呈U字型，多与层面倾斜或垂直.居住在U形潜穴内的动物随着个体不断增长或当沉积速率以及侵蚀速率加剧时，U形管道不断迁移变化，其留下的痕迹称为横蹼构造，属于浅水环境下产物(见图4).

图3 垂直觅食迹(延河剖面,长9)

图4 U形管迹(薛峰川剖面,长9)

(4)潜穴迹

以Planolites、Chondrites和Teichichnus为代表，发育特征为个体微小的觅食形潜穴，具回填构造.Teichichnus除进食外还有居住的功能.虽然Planolites可与Skolithos共生，但发现的类型主要见于浅湖较深部位或浪基面以下的缺氧环境(见图5).

图5 潜穴迹(庄42井，长72)

(5)水平迹

以Protopaleodictyon为代表，属底栖生物在泥质基底上沿层面觅食爬行留下的遗迹，主要代表半深-深湖或浊流沉积的远端缺氧环境下的遗迹类型，有网状、线型的形态(见图6).

图6 网状水平迹(庄42井,1 861.45 m,长7)

(6)逃逸迹

动物在任何突发事件影响下逃离不利的生存环境而留下的遗迹，主要特征是：缺乏长久居住迹或觅食迹的衬里；缺乏回填构造或蹼状构造；多数为垂直的上下通道，但由于逃避难以控制方向，有些逃逸在方向上有所改变或搬动；在层理地层中，逃逸两侧地层向下或向上弯曲，属于半深水环境(见图7).

图7 水平状逃逸迹(耀县柳林镇,长9)

(7)鱼类游泳迹

游泳生物(鱼类)沿水体底面游动所留下的遗迹，一般表现为湖泊深水泥质底部保存，在延长组较深水中也有发现(见图8).

(8)植物根迹

植物根迹大量发育是陆相遗迹化石的一大特色.不同的环境背景有不同类型的根迹，但是岩芯或局部露头显示的这些根迹，大多是仅存植物根系的一部分.目前延长组所发现的古根迹大致分5类：①直根迹，即有一明显粗大的主根，侧根逐渐分叉；②辐射状根迹，无明显主根，但有一定数量的初生根由基部向四周延伸；③须根迹，无明显主侧根之分，根系的次级分叉不发育；④水平根迹，根迹细，呈水平状延伸；⑤根模或根塑模，即根顶部被氧化，保留根核，主要发育于三角洲平原相的洪泛平原沼泽(见图9).

图8 深水环境下的游泳迹(正6井,长7)

图9 沼泽环境下的植物根迹(延河剖面,长1)

2 遗迹化石组合与沉积环境

根据盆地6条剖面露头和近100口井岩芯遗迹化石的统计与分析，并结合遗迹化石的几何形态特征、分布特征及围岩的沉积条件，归纳出鄂尔多斯盆地延长组遗迹化石组合与成因相或沉积相组合的对应关系(如表1所示).

表1鄂尔多斯盆地晚三叠世延长组遗迹化石组合、分布及沉积环境

Tab.1Fossilassemblage,distributionandsedimentaryenvironmentoftheLateTriassicinYanchangFormation,OrdosBasin

遗迹组合主要属或类型遗迹化石性质分布及沉积环境Scoyenia遗迹组合Scoyeniagraoilis(纤细斯柯菌迹)Scoyeniaichnosp(斯柯菌迹未定种)以具有回填构造的觅食潜穴十分发育为特征,遗迹个体较大河流泛滥平原、三角洲平原洼地最常见软质基底Skolithos遗迹组合Skolithosverticalis(垂直石针迹)Skolithosichnosp(石针迹未定种)Cylindricumichnosp(圆锥迹未定种)以个体大的垂直管状居住迹大量发育为特征,遗迹组合分异度小,丰度高软底或半固化砂底的滨浅湖及其高能浅水、三角洲分流河道及水下分流河道边部Arenicolites遗迹组合Arenicolitesichnosp(沙蠋迹未定种)Ancorichnuscoronus(弯曲锚形迹)Skolithosichnosp(石针迹未定种)以U形等不同形态的居住迹为主要特征,含少量觅食迹化石,分异度较高浅湖上部、湖湾、三角洲河口坝沉积环境,具有氧气条件、水流能量较低或中等的软质基底环境Planolites遗迹组合Planolitesichnosp(漫游迹未定种)Teichichnus(墙形迹)Chondritesichnosp(从藻迹未定种)以个体微小的觅食型潜穴发育为特征,具有回填构造浅湖较深部位、三角洲前缘末端Protopaleodictyon遗迹组合Protopaleodictyonichnosp(始古网迹未定种)Paleodictyonichnosp(古网迹未定种)Gordiaichnosp(线形迹未定种)保存在岩层表面上的觅食迹、牧食迹和爬行迹为主深-半深湖,以浊流沉积层远端最发育鱼类游泳迹游泳迹深水鱼类游泳迹深-半深湖环境Rhizoliths遗迹组合直根迹或根模以根系发达、分叉次数较多的直根迹为主洪泛平原上潜水面稍低处,较高地形带的河道边部,决口扇近端部须根迹水平根迹垂直居住迹主要发育须根迹、水平状根迹、单根迹,并常有动物遗迹与之共生潜水面较高的低地、泥质基底、三角洲平原洼地、河道间沼泽等

3 遗迹化石组合与古环境的判别

基于各种遗迹化石组合、生物习性、遗迹化石形态与特定环境的对应关系[15-16]，建立了鄂尔多斯盆地延长组遗迹化石组合分布与古湖泊环境对应模式(见图10).通过其他相标志、动植物实体化石组合特征，并结合现代生物遗迹生态，对该盆地晚三叠世古湖泊环境作出判断，展示出用遗迹化石组合恢复鄂尔多斯盆地延长组岩相古地理与古湖盆生态环境的新途径.

1-Rhizoliths(根迹)；2-Scoyenia(斯柯菌迹)；3-Cylindricum(柱形迹);4-Skolithos(石针迹);5-Arenicolites(沙蠋迹);6-Ancorichnus(锚形迹);7-Teichichnus(墙形迹);8-Planolites(漫游迹);9-Chondrites(丛藻迹);10-Gordia(线状迹);11-鱼游迹;12-Protopaleodictyon(始古网迹)

图10鄂尔多斯盆地延长组遗迹化石组合分布与古湖泊环境恢复模式

Fig.10DistributionoftracefossilassemblagesandrestorationofancientlakeenvironmentinYanchangFormation,OrdosBasin

4 结语

鄂尔多斯盆地在晚三叠世时期发育水体广阔的淡水湖盆，气候温暖潮湿.晚三叠世延长组地层中发育有丰富的古生物遗迹化石，从湖盆边缘的洪泛平原沼泽相发育的植物根迹，到湖盆浅水高能环境下发育的垂直觅食迹、垂直居住迹、U型管迹，浅水低能条件下发育的潜穴迹、水平迹以及半深水环境下的逃逸迹、深水环境的游泳迹.延长组地层的沉积水体由浅到深的变化上发育有不同的古生物遗迹化石组合系列，这对恢复鄂尔多斯晚三叠世延长期湖盆岩相古地理、古环境具有重要的地质意义和应用价值.

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