松辽盆地杜101井晚古生代地层划分与对比

万传彪，孙跃武，薛云飞，金玉东，张昕，李倜

1. 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712;2. 东北亚生物演化与环境教育部重点实验室(吉林大学)，长春130026;3. 中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室大庆油田研究分室，黑龙江大庆163712

0 引言

中国东北地区地处中亚造山带东段[1-3]，晚古生代属于佳—蒙地块[4-5]，以蒙古—鄂霍茨克洋缝合线与北部的西伯利亚板块分界,以西拉木伦河—延吉缝合线与南部的华北板块分界[6-10]。佳—蒙地块上，晚古生代时期，围绕克鲁伦古陆发育大陆边缘沉积，包括发育于南部的内蒙古草原—松花江地层区、北部的兴安地层区和东部的佳木斯—宝清地层区3套大陆边缘沉积[11-13]。

松辽盆地是在晚古生代佳—蒙地块与华北板块拼合的基础上，在西伯利亚板块顺时针旋转、蒙古—鄂霍茨克洋关闭和太平洋板块的北西向俯冲过程中形成的大陆边缘裂谷盆地[14-15]。其南部基底为华北板块，发育太古代和古元古代结晶基底[16-17]；北部基底属于佳蒙地块，发育寒武纪结晶基底，缺乏10亿年以上的元古代及太古代古老基底[18]。晚古生代地层在松辽盆地周缘较为发育，但其性质和展布一直存在争论，部分学者认为其可对比性较差，属于裂陷槽沉积，因此在地层区划上将松辽盆地东西两侧归属于不同的地层大区或区[19-22]。

松辽盆地西部杜101井晚古生代地层的划分与对比，对查明晚古生代海相地层的分布，建立松辽盆地东西两侧晚古生代地层的联系，探讨东北地区晚古生代地层区划和中亚造山带的演化，寻找松辽盆地晚古生代油气资源具有重要的理论和应用价值。

1 地质概况

中国东北存在着一系列较为古老的微陆块(地块)，自西向东包括额尔古纳—兴安、松嫩—张广才岭和佳木斯—兴凯地块[23-24]。其中，额尔古纳地块被认为是中蒙古微板块的东延部分，过去认为该地块包含有元古代至古生代的沉积地层[20]，但是没有可信的测年数据支持。近来的研究显示，该地块中花岗岩Nd同位素的模式年龄表明其地壳形成于1 680～1 060 Ma[25]。松嫩—张广才岭地块、佳木斯—兴凯地块，经历了晚泛非期构造事件[26]。

早古生代末期，广泛分布于松辽盆地东、西两侧的晚志留世卧都河组石英砂岩，标志着东北地区形成统一的地块，这一稳定区块，南以西拉木伦河—长春—延吉缝合带与华北板块为界，西北以蒙古—鄂霍茨克缝合带与西伯利亚板块相邻，东以锡霍特—阿林俯冲带为界，被称为佳—蒙地块。二叠纪末期随着古亚洲洋的闭合，佳—蒙地块沿西拉木伦河缝合带与华北板块碰撞拼合[27-28]，侏罗—白垩纪西伯利亚板块沿蒙古—鄂霍茨克缝合带与佳—蒙地块拼合，形成欧亚大陆[29]。近年来，围绕贺根山—黑河构造带性质展开了大量讨论，涉及到对佳—蒙地块形成时限的认识。

松辽盆地白垩纪地层非常发育，是中国陆相生油盆地的典型代表[30-31]。随着松辽盆地深部针对晚古生代地层的石油地质综合研究和勘探力度持续加大，数十口井钻遇古生代地层(图1)，并在石炭、二叠系中发现了天然气藏[32-38]。然而，有关松辽盆地晚古生代地层划分与对比一直缺乏有效的手段，依靠岩性和地震很难建立可靠的晚古生代地层系统。目前，杜101井二叠纪海相化石的发现，为建立相关地层格架奠定了基础。

图1 松辽盆地上古生界钻井分布图Fig.1 Distribution of Upper Paleozoic boreholes in Songliao Basin

2 杜101井地层层序和特征

2.1 杜101井地层层序

杜101井位于松辽盆地西部杜尔伯特蒙古族自治县(泰康县)一心乡西北1 km处，由大庆石油油田钻井一公司施工，完钻井深2 200.0 m。钻遇地层自上而下曾被划分为第四系，第三系泰康组和大安组，白垩系明水组、四方台组、嫩江组、姚家组、青山口组和泉头组，侏罗系和基底。

白垩系泉头组不整合面(T5)之下，杜101井钻遇地层层序为(图2)：

哲斯组(1 662.2～2 200.0 m井段)上段(1 662.2～1 807.4 m)总厚537.8 m20.灰黑色泥灰岩15.2 m19.灰黑色泥灰岩与绿灰色钙质粉砂岩互层8.0 m18.灰黑色泥灰岩夹薄层绿灰色钙质粗粉砂岩34.4 m17. 灰黑色泥灰岩与绿灰色钙质粗粉砂岩互层19.5 m16.灰黑色泥灰岩16.1 m15.绿灰色薄层状钙质粉砂岩与灰黑色厚层泥灰岩互层11.2 m14.灰黑色泥灰岩。产腕足类、双壳类化石19.4 m13.绿灰色薄层状钙质粗粉砂岩与灰黑色泥灰岩互层9.8 m12.灰白色钙质细砂岩夹灰黑色薄层泥灰岩11.6 m中段(1 807.4～1 946.0 m)11.灰白色砂砾岩56.6 m10.绿灰色砂砾岩9.0 m9.黑灰色泥灰岩夹灰白色砂砾岩28.0 m8.绿灰、黑灰、灰黑色细砾岩夹灰黑色泥灰岩45.0 m下段(1 946.0～2 200.0 m)7.灰黑色粉砂质泥岩,含黄铁矿细条带,夹灰白色砾岩21.4 m6.灰白色砾岩 12.8 m5.灰黑色泥质粉砂岩夹灰白色细砂岩16.8 m4.灰白色砾岩、砂岩,中部夹灰黑色粉砂质泥岩,含黄铁矿35.4 m3.厚层灰白色砂岩与薄层灰黑色粉砂质泥岩互层48.2 m2.灰白色砾岩,中部、底部为灰黑色泥质粉砂岩59.4 m1.灰白色砾岩60.0 m

图2 松辽盆地杜101井哲斯组地层柱状图和过井地震剖面Fig.2 Stratigraphic column of Zhesi Formation in Well Du 101 and seismic profile across the well

2.2 杜101井地层特征

2.2.1 杜101井化石特征

杜101井1 766.6～1 786.0 m处，万传彪发现的动物化石，经南京地质古生物研究所鉴定，有腕足、双壳、腹足和角石等化石[32]。双壳和腕足动物化石保存完整，属于原地或近原地埋葬。从化石类别来看，腕足化石属于海生动物化石，双壳类化石为半咸水，腹足和角石化石保存较差。整体上反映滨浅海环境。这与其围岩为灰黑色泥灰岩,且水动力条件较弱相吻合。因此，属于原地埋葬的浅海泥质基底上的底栖表生动物化石。

2.2.2 杜101井岩性特征

杜101井1 662.2～2 200.0 m井段所揭露的地层主要由灰黑色泥灰岩(产海相化石)、绿灰色钙质粉砂岩、灰白(绿灰)色细砾岩、灰黑色泥质粉砂岩及灰白色细砂岩和砾岩组成。其中，有5段取芯，井深分别为1 692.00～1 711.41 m、1 781.24～1 785.49 m、1 893.30～1 895.42 m、2 009.09～2 010.87 m、2 085.64～2 087.20 m，取芯9次，总长28.65 m。见有灰黑色钙质粗粉砂岩、浅灰色含生物碎屑粉砂质泥岩、灰黑色含砾钙质粉砂岩、灰白色细砂岩和砾岩。

泥灰岩中含有较多的陆源粉砂级碎屑，与灰黑色钙质粗粉砂岩薄互层。钙质粗粉砂岩可见明显的泥质粉砂状结构，粉砂主要为石英(18%)和火成岩屑(41%)，其次为长石；钙质胶结，方解石含量可达13%以上。方解石细脉发育，充填于裂缝中。

岩性组合方面，上部主要为灰黑色泥灰岩和钙质粉砂岩薄互层，含海生底栖动物化石；中部主要以灰白色砂砾岩为主，夹有少量泥灰岩和钙质粉砂岩；下部为厚层砂砾岩夹薄层粉砂质泥岩。

2.2.3 杜101井地层接触关系

杜101井1 946.0 m处，前人曾认为有角度不整合存在，将上、下两套地层分开，上部命名为下二叠统或一心组，下部命名为基底、石炭—二叠系或杜尔伯特组。但从自然电位(SP)、自然伽马(GR)、深感应电阻率(RILD)和中感应电阻率(RILM)曲线来看，两者之间没有明显的突变。地震剖面上也没有见到顶削、上超等不整合现象(图2)。岩石组合上，也没有明显的间断和不协调。因此，笔者认为他们之间为整合接触，属于同一套地层。

3 杜101井地层划分及其时代

3.1 杜101井地层划分

杜101井在泉头组之下的这段地层，曾被划分为“侏罗系”(1 662.2～1 946.0 m)和“基底”(1 946.0～2 200.0 m)(1)狄建中.松辽盆地泰康隆起杜101井完井地质总结报告. 大庆：大庆石油管理局钻井一公司, 1984: 1-36.。万传彪等在“侏罗系”中发现了二叠纪的海相腕足动物等化石，将其命名为“一心组”，将“基底”改称“石炭—二叠系”(2)万传彪，任延广，赵传本，等.松辽盆地深部地层研究.大庆：大庆石油管理局勘探开发研究院，1999：1-234.。廖卓庭和万传彪对这些腕足化石进行了报道，并将“一心组”改称“下二叠统”[32]。万传彪等在将“下二叠统”改称“一心组”的同时，将原来所称的“石炭—二叠系”建立“杜尔伯特组”(3)万传彪，杨建国，乔秀云，等.松辽盆地北部深层及深部石炭—二叠纪地层研究.大庆：大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，2003：1-193.，并在油田系统使用(表1)。

笔者认为前人划分的中二叠统“杜尔伯特组”和“一心组”可与松辽盆地西缘的哲斯组对比，也可以与盆地东缘的土门岭组(玉泉灰岩)大致对比，据此，将松辽盆地西缘的哲斯组引入盆地内，代替前人的“杜尔伯特组”和“一心组”。

3.2 杜101井地层时代

杜101井1 766.6～1 786.0 m井段，灰黑色泥灰岩所产的腕足类化石组合中(图3)，Spiriferella时代确定意义最强。Spiriferella分布时限为晚石炭末期至中二叠世末期，空谷期(Kungurian)和沃德期(Wordian)最为繁盛。该属在中国东北地区二叠纪的大石寨组、哲斯组、土门岭组(玉泉灰岩)、范家屯组和庙岭组均有出现[19-22,39-43]。廖卓庭等认为，在天山—兴安沉积区分布的Spiriferella，贝体大或巨大、壳褶疏少粗强、壳线分枝较多的种类主要产自早二叠统，共生的其他腕足动物群也是以壳体巨大、壳壁巨厚的类型为主；而贝体较小、壳褶细弱、壳线分枝少的种类一般多见于中二叠统，共生的腕足动物群亦为贝体较小、壳壁薄弱的类型[32]。杜101井所见到的SpiriferellapersaranaenaLee, Gu et Li(=SpiriferellasaranaeVerneuil)、Spiriferellasp.都是贝体较小的类型。SpiriferellapersaranaenaLee, Gu et Li曾见于西乌珠穆沁旗跃进煤矿，与Waagenoconchaneimogolica、Yakovleviaborealis等共生，构成Waagenoconcha(Yazengoconcha)neimongolica-Spiriferellasalteri组合带和Yakovleviaborealis-Pseudomarginiferaussuricus组合带。时代为Wordian期[39,42-43]。Lamnimargusperegrine(Fredericks)(=ParamarginiferaperegrinaFredericks)是俄罗斯远东地区二叠纪常见的动物化石，常与蜓类化石Parafusulinastricta共生，时代为Kazanian中期。该化石亦见于内蒙古哲斯敖包的哲斯组[40,42]、西乌珠穆沁哲斯组[39,42]。Athyissp.亦见于哲斯敖包的哲斯组[40,42]。Stenoscisma是一个世界性广布属，Stenoscismacf.zhesiensisDuan et Li见于内蒙古哲斯敖包的哲斯组(义和乌苏组)。

表1 松辽盆地杜101井晚古生代地层划分沿革表

Table 1 Historical division of Late Paleozoic strata of Well Du 101 borehole in Songliao Basin

王成源等在内蒙古哲斯敖包的哲斯组剖面发现了Mesogondolellaaserrata牙形刺动物群，主要分子为Mesogondolellaaserrata、M.neoprolon、M.mandulaensis、M.neoprolongata、Wardlawellajisuensis和Hindeodusexcavatus等，其地质时代为中二叠世Wordian期至Capitanian期早期[44]。

据此，杜101井所产的腕足动物群均见于内蒙古哲斯、西乌珠穆沁旗等地的哲斯组及其相当层位，指示的地质时代属于中二叠世[42,45]。

4 杜101井地层对比

4.1 与松辽盆地周边中二叠世地层的对比

松辽盆地盆缘露头区的中二叠世地层，主要见于乌兰浩特—孙吴地区、伊春—尚志地区。

乌兰浩特—孙吴地区的中二叠世地层称为哲斯组(P2z)，命名于内蒙古达尔罕茂明安联合旗满都拉苏木东35 km的哲斯一带，为一套以灰黄色含砾长石石英砂岩、中粗粒长石石英砂岩、灰黄色钙质细砂岩、杂色粉砂质页岩、黑色页岩和深灰色泥质灰岩、灰岩和生物碎屑灰岩为特征的浅海相碎屑岩-碳酸盐岩组合，含有大量腕足动物化石及牙形刺，在哲斯敖包出露地层厚达2 807.5 m以上，在义和乌苏厚达1 038.7 m。东到西乌珠穆沁旗跃进煤矿，哲斯组以浅灰色砾岩、砂砾岩、含砾粗砂岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和生物碎屑灰岩、含砂质海绵骨针硅质灰岩为主，含大量腕足动物化石，厚647.1 m。再向东到科尔沁右翼前旗索伦镇德伯斯地区，哲斯组以灰黄色砂岩、粉砂岩、黑色粉砂质页岩和页岩为主，夹少量砂质灰岩和生物碎屑灰岩，厚1 516.7 m，含大量腕足动物化石。至松辽盆地西缘，黑龙江省龙江县中和屯一带的哲斯组为一套浅海相砂岩、粉砂岩和生物碎屑灰岩组合，含大量珊瑚、腕足和蜓化石，厚度>371.7 m。松辽盆地北缘的塔溪地区，哲斯组主要为细碎屑岩夹灰岩透镜体，厚1 870.0 m，产丰富的腕足类化石。

伊春—尚志地区的中二叠世地层称为土门岭组(P2t)，命名于黑龙江省五常市土门岭，以深灰色砂岩、粉砂岩和粉砂质泥岩为主，夹有灰岩透镜体及酸性凝灰岩，厚1 044 m，产丰富的腕足、双壳、珊瑚、苔藓虫及海百合茎化石。

1, 4, 6. Spiriferella persaranaena Lee, Gu et Li；2, 3. Spiriferella sp. A；5. Parallelodon cf. tenuistriatus (Meek & Worthen)；7. Spiriferella sp. B.图3 松辽盆地杜101井上古生界典型海相化石Fig.3 Typical marine fossils from the Upper Paleozoic of Well Du 101 borehole in Songliao Basin

松辽盆地杜101井1 662.2～2 200.0 m井段的灰黑色泥灰岩中产双壳类化石：Casmogoriophorasp.、Parallelodoncf.tenuistriatus和Parallelodonsp.，腕足类化石：Spiriferellapersaranaena、Spiriferellasp.、Lamnimargusperegrina、Stenoscismacf.zhesiensisDuan et Li和Athyissp.等[32,42](图3)。这一腕足化石组合与乌兰浩特—孙吴地区哲斯组所产的以Spiriferella、Yakovlevia为代表的腕足类化石组合相类似，与其下的大石寨组所产的以Derbyiasp.、Streptorhynchussp.和Waagenoconchasp. 为代表的腕足类化石组合区别较大。

岩性组合上，杜101井1 662.2～2 200.0 m的泥灰岩、钙质粉砂岩、粉砂质泥岩，则在乌兰浩特—孙吴地区哲斯组最为常见；杜101井的砾岩、砂砾岩在西乌珠穆沁旗地区也较为发育，在德都县宝神山地区亦十分发育。

4.2 与松辽盆地覆盖区井下对比

杜101井可以作为松辽盆地覆盖区井下哲斯组的次层型剖面，与其他钻遇的上古生界探井进行对比(图4)。

4.2.1 灰岩段对比

松辽盆地西南部茂林地区的保6井，泉头组之下至井底的556.5～572.85 m井段为结晶灰岩,大庆油田勘探开发研究院的赵传本教授曾在该段结晶灰岩中见蜓科化石，梁爽等将该井产蜓科化石的层位命名为保康组[46]。以往认为保6井蜓科化石属于石炭纪的可能性较大，但二叠纪哲斯组及相当层位亦产有蜓类化石，因此，笔者认为保6井结晶灰岩层位属于哲斯组的可能性更大。

松辽盆地西部斜坡区的富50井泉头组底至井底678.0～698.92 m井段见20.92 m厚的灰岩；林甸地区鱼2井，沙河子组底至井底2 625.0～2 637.7 m井段见12.7 m厚的灰色灰岩。盆地南部乾安地区长深14井，营城组底至井底3 737.15～3 939.00 m井段见有201.85 m厚的碎屑灰岩；盆地东南缘的昌27井，双阳组底至井底4 011.0～4 080.68 m井段见69.68 m厚的灰岩。

它们均可与杜101井哲斯组中段和上段进行大致对比，也可与盆地西缘哲斯组和盆地东缘土门岭组(玉泉灰岩)的灰岩进行对比。

4.2.2 碎屑岩段对比

松辽盆地林甸地区的林深2井，营城组底至井底3 279.0～3 440.0 m井段见161.0 m厚的千枚岩；盆地东南隆起的梨树地区梨南1井，火石岭组底至井底2 637.0～2 735.0 m井段也见98.0 m厚的千枚岩。它们虽然不能和杜101井直接对比，但可与盆地西缘龙江县中和屯哲斯组剖面底部的砂岩、板岩和千枚岩组合大致对比，均属于哲斯组范畴。

松辽盆地林甸地区的双深4井，沙河子组底至井底3 243.2～3 451.0 m井段见207.8 m厚板岩和千枚岩组合，岩石组合介于林深2井(包括梨南1井)哲斯组与杜101井哲斯组下段(包括盆地西缘龙江县中和屯哲斯组剖面底部)之间，也可以划归到哲斯组。

松辽盆地安达地区的 401井，沙河子组底至井底3 502.5～3 661.0 m井段以板岩为主，还见有变质绢云母砂砾岩、变质绢云母泥灰岩和变质绢云母石英砂岩；松辽盆地西部斜坡区的富62井，泉头组底至井底557.5～591.74 m井段见34.24 m厚的板岩；杜103井，泉头组底至井底1 848.5～1 909.57 m井段见61.07 m厚的板岩；这里都可以与杜101井哲斯组下段(砂砾岩段)大致对比，也相当于盆地西缘龙江县中和屯哲斯组剖面底部的砂岩、板岩和千枚岩组合，与盆地东缘五常市背荫河镇土门岭剖面的砂泥岩、砂砾岩、板岩及灰岩组合大致相当。

位于松辽盆地南部顾家店地区的伏17井，火石岭组底至井底1 615.0～2 474.0 m井段见厚达859.0 m的变余砂砾岩和变余粉砂岩，这套见到良好油气显示的岩石组合可以与杜101井哲斯组下段大致对比，均可划归哲斯组。

图4 松辽盆地中二叠世哲斯组地层对比图Fig.4 Stratigraphic correlation of Middle Permian Zhesi Formation in Songliao Basin

5 结论

(1)前人将杜101井晚古生代地层自下而上划分为“杜尔伯特组”和“一心组”，但这两组之间的自然电位(SP)、自然伽马(GR)、深感应电阻率(RILD)和中感应电阻率(RILM)曲线没有出现明显的突变，应合并为一组，并依据岩性自下而上可划分为3段：下段(砂砾岩段)、中段(砂砾岩-泥灰岩段)和上段(泥灰岩-粉砂岩段)。

(2)杜101井晚古生代地层的岩性和古生物特征，可与松辽盆地西缘乌兰浩特—孙吴地区的哲斯组、盆地东缘伊春—尚志地区的土门岭组(玉泉灰岩)对比。因此将松辽盆地西缘的哲斯组引入盆地内，代替前人的“杜尔伯特组”和“一心组”，作为松辽盆地覆盖区井下哲斯组的次层型剖面，即井下哲斯组的对比标准剖面。

(3)依据古生物和地层对比，将杜101井哲斯组的地质时代确定为中二叠世。