琼东南盆地深水区WN-A井渐新世—中新世孢粉地层学及古气候

陈 平，王 任，覃军干，杨 锐，李 君，阮枝梅

1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057 2.中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司，广东 湛江 524057

0 引言

琼东南盆地(约16°45′—19°50′N，108°45′—112°41′E)位于我国海南岛与西沙群岛之间，北靠海南隆起带，西接莺歌海盆地，东临神狐隆起，南以西沙中沙隆起为界，面积4.5万km2[1]。截至2019年8月底，琼东南盆地深水区共计钻探了31口探井，发现了3个大中型优质天然气田[2]。该盆地南部深水区是南海北部重要的天然气勘探区带之一[2]。

琼东南盆地在古近纪为受张性断裂控制的断陷阶段，形成了湖相的始新统岭头组、海陆过渡相的下渐新统崖城组和海相的上渐新统陵水组[3]。新近纪至第四纪，盆地经历了受热沉降控制的坳陷阶段[3]，沉积了海相下中新统三亚组、中中新统梅山组、上中新统黄流组、上新统莺歌海组和第四系[1]。

微体古生物化石是南海北部大陆架地区地层时代划分和对比的主要依据[1]。《中国油气区第三系(Ⅷ)——南海北部大陆架油气区分册》[1]收录了南海北部大陆架地区的孢粉地层研究成果，该成果所建立的琼东南盆地古、新近纪孢粉组合序列涵盖了崖城组至莺歌海组，各代表钻井剖面均具备由有孔虫、钙质超微化石带及地震反射层明确标定时代的地层组段界面[1]，其是开展琼东南盆地孢粉地层分析工作的重要参考资料。在实际的利用孢粉资料划分地层时代的工作中，琼东南盆地的一些钻井，尤其是近年来深水区的钻井，经常会遇到沉积物中出现的孢粉种类及其组合与前人总结的规律存在较大差异的情况，如陵水组的优势或特征分子是Gothanipollisbassensis和Rutaceoipollis[1]，但这两种花粉在WN-A井出现的频率极低，其中Gothanipollisbassensis最高花粉颗粒分数仅为2.9%，出现在3 625.00 m，而Rutaceoipollis的最高花粉颗粒分数均未超过2.0%，另外三亚组的孢粉组合是Pinuspollenites-Alnipollenitesmetaplasmus[1]，该孢粉组合在珠江口盆地则是出现在渐新统珠海组[4-5]，再加上有孔虫和钙质超微等海相化石的缺乏，给琼东南盆地地层时代划分和对比带来了难度。

全球65 Ma以来的气候变化具有明显的阶段性[6]，发生在距今34 Ma左右，即始新世/渐新世界线的全球大范围明显的降温事件，是新生代以来最显著的气候变化事件之一[6]，渐新世大部分时间全球气温相对比较低，渐新世晚期开始气候再度回暖，早中新世处于较稳定的相对温暖期[6]，气候的冷暖变化与地质时代具有较明显的对应关系，可作为划分地层时代的依据之一。本次工作对来自琼东南盆地深水区的WN-A井的样品进行了孢粉分析，通过孢粉组合确定了植被类型演替趋势，探讨了古气候变化规律，并参照具有精细时代和年龄标尺的全球性的气候变化事件[6]，对WN-A井进行孢粉地层时代的划分，以期为琼东南盆地地层时代划分和对比工作提供一种新的思路。

1 材料与方法

万宁1-1构造位于琼东南盆地长昌凹陷A洼圈闭带南部，是陵水组一段海底扇受后期断裂改造而形成的“构造加岩性”圈闭，圈闭主要目的层为陵水组一段，储盖组合具备，油气输导体系发育，成藏条件良好。WN-A井部署于该构造M1块较高部位(图1)，自上而下钻遇地层依次为第四系更新统乐东组，新近系上新统莺歌海组，新近系中新统黄流组、梅山组、三亚组，古近系渐新统陵水组(未钻穿)。本次工作总共采集了108份岩屑样品，井深是3 261.25～5 079.00 m，涵盖了中新统三亚组和渐新统陵水组，采样间距多为20.00～30.00 m，三亚组和陵水组界线附近采样密度较大，采样间距多为5.00～10.00 m。三亚组一段以灰色泥岩为主，夹薄层灰色泥质粉砂岩和粉砂质泥岩；二段以灰色泥岩为主，夹少量薄层浅灰色灰质粉砂岩。陵水组一段上部以褐灰色泥岩为主，夹灰色泥质粉砂岩、粉砂岩和粉砂质泥岩；中部为褐灰色泥岩与灰色粉砂岩、泥质粉砂岩不等厚互层；下部以褐灰色泥岩为主，夹薄层灰色泥质粉砂岩。陵水组二段为褐灰色泥岩与灰色泥质粉砂岩、浅灰色粉砂岩、灰色粉砂质泥岩不等厚互层。108份岩屑样品中有68份来自三亚组、40份来自陵水组。

本次孢粉分析鉴定均在中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司湛江实验中心完成。用于孢粉分析的岩屑样品质量为30.00 g左右。将颗粒粗大的岩屑置于研钵中稍加破碎，先用HCl去除碳酸钙质，再用HF去除硅质，经水洗筛选后取得剩余物，其中包含孢粉、浮游藻类等有机壁微体化石。用Leica DM4000B生物显微镜对WN-A井孢子和花粉进行鉴定和统计，每个样品的孢子和花粉统计数下限为100粒，不足100粒的样品不参与讨论。结合王萍莉等[8]及Liu等[9]的研究，将栎粉细分为常绿类Quercoidites(evergreen)(简称Quercoiditest E)和落叶类Quercoidites(deciduous)(简称QuercoiditesD)。

2 结果

经鉴定、统计， WN-A井共有77个样品的孢子花粉颗粒总数超过100粒。镜下化石保存完好，结构完整，轮廓清晰，碳化度低。主要孢粉属种及其亲缘关系见表1，特征性化石见图2和图3。

根据主要孢粉种属花粉颗粒分数的变化，WN-A井3 261.25～5 079.00 m井段可划分出WN-A-1—WN-A-4共4个组合(图4)。由下至上，各组合的特征如下：

1)WN-A-1：4 565.00 ～5 079.00 m，Pinuspollenites-Polypodiaceoisporites-Juglans-pollenites-QuercoiditesE -QuercoiditesD组合。

1. 九段线；2. 构造单元；3. 井位；4. 火山；5. 圈闭；6. 砂岩体；7. 等深线(m)；8. 砂体。

该组合以裸子植物花粉占优势，花粉颗粒分数为30.2%～59.9%，其次为被子植物花粉，花粉颗粒分数为22.1%～58.2%，蕨类植物孢子花粉颗粒分数相对较低，为4.3%～37.3%。

裸子植物花粉中,Pinuspollenites占绝对优势，花粉颗粒分数为19.5%～59.0%，Tsugae-pollenites、Laricoiditesmagnus和Taxodiaceae-polleniteshiatus等少量出现。被子植物花粉以Juglanspollenites为主，花粉颗粒分数为6.5%～16.8%；其次是QuercoiditesD，为0.6%～10.5%，Alnipollenites、Momipitescoryloides和QuercoiditesE花粉颗粒分数相对较突出，三者分别是0.4%～9.6%、0.7%～8.3%和0.7%～15.6%；Tricolporopollenitesspp.、Tricolpopollenitesspp.、Liquidambarpollenites和Dicolpopolliskockelii常见，此外，Ulmipollenites、Cupuliferoi-pollenites、Salixipollenites、Caryapollenites、Corylopsisprinceps、Sapindaceidites、Buxa-pollis、Trilobapollis和Monocolpopollenitesspp.等少量出现。蕨类植物孢子以Polypodiaceoi-sporites为主，花粉颗粒分数为0.9%～23.8%；其次是Polypodiisporites，花粉颗粒分数为0.5%～12.8%；Polypodiisporitesusmensis、Triletesspp.和Pterisisporites较常见；此外，Osmundaciditessp.、Crassoretitriletes和Polypodiaceaesporitesmegahaardti等少量出现。

a,b. Quercoidites microhenrici (Pot.)Potonie,1950 ，3 550.00 m，3 625.00 m;c. Caryapollenites simplex(Pot.) Raatz, 1937 ，4 250.00 m; d. Momipites coryloides Wodehouse,1933，4 820.00 m; e. Juglanspollenites verus Raatz,1939，3 360.00 m; f. Ulmipollenites stillatus Nagy, 1969，4 650.00 m; g. Liquidambarpollenites pauciporus M.R.Sun, 1989,4 340.00 m; h. Alnipollenites verus (Potonie) Potonie,1960 ，4 710.00 m; i. Dicolpopollis kockelii Pflanzi,1956，3 660.00 m; j. Monocolpopollenites tranquillus (Potonie)Pflug et Thomson,1953，3 310.00 m; k. Corylopsis princeps Lubomirova，3 490.00 m；l. Rutaceoipollis Sung et Tsao,1978 ，3 490.00 m; m. Tiliaepollenites indubitabilis (Pot.)Potonie,1960，4 770.00 m;n. Elaeangnacites Ke et Shi,1978,3 625.00 m; o. Randiapollis reticulatus Ke et Shi,1978，3 355.00 m; p. Florsschuetzia semilobata Germeraad,Hopping et Muller,1968，3 625.00 m。 以上化石保存于中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司湛江实验中心。

2)WN-A-2：4 425.00～4 565.00 m，Pinuspollenites-Juglanspollenites-Polypodiaceoi-sporites-Dicolpopolliskockelii组合。

该组合以被子植物花粉为主，花粉颗粒分数为33.8%～64.2%，其次为蕨类植物孢子，花粉颗粒分数为14.2%～50.5%，裸子植物花粉花粉颗粒分数相对较低，为14.2%～46.7%。

该组合被子植物花粉中：Juglanspollenites、Ulmipollenites和Dicolpopolliskockelii花粉颗粒分数较WN-A-1有所上升，三者花粉颗粒分数分别为11.7%～26.7%、0.6%～12.5%和1.8%～4.5%；Alnipollenites、Momipitescoryloides、QuercoiditesE和QuercoiditesD花粉颗粒分数较WN-A-1有所下降；Liquidambarpollenites、Caryapollenites、Corylopsisprinceps、Ilexpollenites和Cupuliferoipollenites等少量出现；此外，Salixipollenites、Carpinipites和Sapindaceidites等也有出现，花粉颗粒分数极低。蕨类植物孢子以Polypodiaceoisporites为主，花粉颗粒分数为2.2%～20.0%，最大值较WN-A-1略有下降，Triletesspp. 、Polypodiisporites和Polypodiisporitesusmensis花粉颗粒分数相对突出，三者花粉颗粒分数分别为0.0%～11.7%、1.5%～9.0%和2.9%～7.5%；此外，Osmundaciditessp.、Leiotriletessp.、Polypodiaceae-sporitesmegahaardti和Pterisisporites等少量出现。裸子植物花粉中，Pinuspollenites花粉颗粒分数为13.5%～38.0%，其较WN-A-1略有下降，Tsugaepollenites和Taxodiaceaepolleniteshiatus较常见，此外，Laricoiditesmagnus少量出现。

3)WN-A-3：3 360.00～4 425.00 m，QuercoiditesE-Polypodiaceoisporites-Pinuspollenites-Polypodiisporites组合。

该组合以被子植物花粉为主，花粉颗粒分数为29.0%～83.2%，其次为蕨类植物孢子，花粉颗粒分数为8.9%～50.9%，裸子植物花粉花粉颗粒分数相对较低，为6.7%～32.0%。

被子植物花粉中：QuercoiditesE花粉颗粒分数较WN-A-2组合明显上升，绝大多数层段的花粉颗粒分数均超过10.0%，最高可达43.7%(3 970.00 m层段)；Cupuliferoipollenites、Liquidambarpollenites和Dicolpopolliskockelii花粉颗粒分数较WN-A-2组合升高，三者花粉颗粒分数分别为0.7%～11.2%、0.7%～7.9%和0.7%～6.3%；Juglanspollenites、QuercoiditesD、Alnipollenites和Momipitescoryloides等花粉颗粒分数较下部组合显著降低，常见Tricolporopollenitesspp.、Tricolpopollenitesspp.、Salixipollenites、Caryapollenites、Ilexpollenites和Corylopsisprinceps；此外，Florschuetzia、Ulmipollenites、Trilobapollis、Rutaceoipollis、Monocolpopollenitesspp.、Randiapollisreticulatus、Carpinipites和Sapindaceidites等少量出现。蕨类植物孢子仍以Polypodiaceoisporites为主，花粉颗粒分数为0.0%～36.8%；其次是Polypodiisporites，花粉颗粒分数为1.0%～19.0%；Triletesspp.和Polypodiisporitesusmensis花粉颗粒分数相对较高，分别为0.0%～8.9%和0.0%～8.8%；Osmundaciditessp.、Leiotriletessp.、Polypodiaceae-sporitesmegahaardti、Lygodiumsporites和Pterisisporites等较常见，此外，Crassoretitriletes、Magnastriatiteshawardtii和Cyclophorusisporites等少量出现。裸子植物花粉中Pinuspollenites花粉颗粒分数较WN-A-2组合明显下降，为4.0%～31.3%；Tsugaepollenites较常见，Taxodiaceaepolleniteshiatus和Laricoiditesmagnus少量出现，Dacrydiumites和Cedripites也有出现，但花粉颗粒分数极低。

4)WN-A-4：3 261.25～3 360.00 m，Pinuspollenites-Polypodiaceoisporites-Randia-pollisreticulatus-QuercoiditesE组合。

该组合以被子植物花粉为主，花粉颗粒分数为29.7%～62.1%，其次为蕨类植物孢子，花粉颗粒分数为15.9%～40.5%，裸子植物花粉花粉颗粒分数相对较低，为11.3%～29.9%。

被子植物花粉中：QuercoiditesE花粉颗粒分数为8.3%～16.3%，较WN-A-3有所下降；Randiapollisreticulatus和Corylopsisprinceps花粉颗粒分数较下伏地层突出，两者分别为1.0%～17.4%和1.0%～4.5%；Cupuliferoipollenites、Liquidambarpollenites和Dicolpopolliskockelii花粉颗粒分数较WN-A-3组合显著下降；Tricolporopollenitesspp.、Tricolpopollenitesspp.、Juglanspollenites、Monocolpopollenitesspp.较常见；此外，Salixipollenites、Caryapollenites、Buxapollis和Rutaceoipollis等也有出现。蕨类植物孢子仍以Polypodiaceoisporites为主，花粉颗粒分数为4.7%～23.0%，其次是Polypodiisporitesusmensis和Triletesspp.；常见Polypodiisporites和Pterisisporites，Osmundaciditessp.、Polypo-diaceaesporitesmegahaardti和Cyclophorusis-porites少量出现。裸子植物花粉中，Pinuspollenites花粉颗粒分数变化不大，花粉颗粒分数为9.0%～26.1%，Laricoiditesmagnus花粉颗粒分数较显著，最高可达13.9%，Taxodiaceaepolleniteshiatus、Tsugaepollenites和Cedripites少量出现。

3 讨论

3.1 地层时代

根据浮游有孔虫和钙质超微年代地层学研究的结果，琼东南盆地陵水组和三亚组的时代归属分别为晚渐新世和早中新世[10-11]。WN-A井的孢粉组合在4 425.00 m深度出现明显变化。4 425.00～5 079.00 m井段孢粉组合的总体特征是来自针叶树Pinus的Pinuspollenites花粉颗粒分数显著，落叶阔叶树花粉花粉颗粒分数突出，以Juglanspollenites为主，Alnipollenites、Momipitescoryloides持续出现，常绿阔叶树花粉分数稍低，指示的是热带、亚热带针叶、常绿、落叶阔叶混交林，气候条件温凉；3 261.25～4 425.00 m井段孢粉组合由Quercoiditesminutus和Quercoiditesmicrohenrici组成的QuercoiditesE花粉颗粒分数较下伏地层显著上升，同时来自Hamamelidaceae的Liquidambarpollenites和Corylopsisprinceps出现了较高的花粉颗粒分数，而下伏地层中花粉颗粒分数显著的Pinuspollenites、Juglanspollenites和Alnipollenites均有所下降，指示热带、亚热带常绿阔叶、落叶阔叶混交林，以针叶树Pinus为主的针叶林分布范围较下伏地层显著收缩，气候条件温暖湿润。与渐新世时期相对较低的气温条件相比较，全球早中新世的气温有明显上升的趋势[6]。WN-A井4 425.00 m深度附近记录了一次明显的气候由温凉向温暖的变化，与全球渐新世—中新世的气候变化特征[6]可进行对比，其发生位置，即4 425.00 m深度可作为该井渐新世和中新世的界线。

3.2 古气候变化

地层中的孢粉化石组合面貌与地质时期沉积区周边植被分布状况密切相关，同时沉积环境对孢粉化石组合的特征也有深远影响[12]。琼东南盆地新生代以来沉积环境复杂多变，盆地不同区域物源差异明显[13]，晚渐新世—中新世海侵影响逐渐加深[14]，盆地内不同钻井之间陵水组和三亚组出现的孢粉组合差异较大(表2)，但是不同钻井同时段地层的孢粉组合所指示的植被类型及气候条件是相似的。如表2所示，WN-A井、Ya诸井(Ya8-2-1、Ya8-1-1、Ya13-4-1)[15]、LS33-1-1井[7]和LS2-1-1[7]陵水组孢粉组分的共同特征是Pinuspollenites花粉颗粒分数占优势，此外花粉颗粒分数显著的组分分别为Juglanspollenites、Momipitescoryloides和QuercoiditesD[7，15]。其中：Juglans属于落叶乔木，Juglansmandshurica是东北山地阔叶红松林的主要伴生树种之一，其分布范围基本上与温带针叶阔叶混交林地带相一致[17]；Carya、Juglans和Pterocarya也是北半球温带地区古、新近纪落叶阔叶林的主要组分[18]；Momipites的亲缘关系隶属Juglandaceae[19-20]，同时Momipites也包含了Betulaceae植物Corylus的花粉，如Momipitescoryloides[21]，热带和亚热带生长的Betulaceae植物均具有温带的性质，常见于海拔500～3 000 m的山地[21]；Quercus是北半球新生代以来热带、亚热带和温带生态系统最常见的植物之一[22]，古近纪QuercoiditesD主要分布在北部温带地区[22]。陵水组形成时期，琼东南盆地的植被类型为热带、亚热带针叶、常绿、落叶阔叶混交林，反映了温凉的气候条件。三亚组形成时期，盆地东部WN-A井，西部Ya诸井(Ya8-2-1、Ya8-1-1、Ya13-4-1)[15]，以及中部LS33井[16]、LS33-1-1井[7]和LS2-1-1井[7]花粉颗粒分数突出的花粉组分分别是QuercoiditesE，Cupuliferoipollenites和Liquidambarpollenites[15]，Cupuliferoipollenites[16]，QuercoiditesE和QuercoiditesD[7]。其中：QuercoiditesE主要分布在北半球南部温暖的气候带[22]和欧洲中纬度地区等始新世气温较高的阶段， Fagaceae和Lauraceae植物是森林植被中的优势组分[23]；Cupuliferoipollenites的亲缘关系隶属Castaneae[24]，Castaneae包括Castanea、Castanopsis和Lithocarpus，其3个属在光学显微镜下难以通过花粉的形态特征加以区别[25]。由于Castanea主要分布在北温带地区，而Castanopsis和Lithocarpus主要分布在亚洲温暖地区[25]，因此琼东南盆地三亚组所出现的Cupuliferoipollenites可能主要是来源于Castanopsis和Lithocarpus。Liquidambar是喜温暖湿润气候的落叶乔木，孢粉组合中Liquidambarpollenites花粉颗粒分数显著常对应于温暖的气候条件[26-27]。三亚组形成时期琼东南盆地内的植被类型为热带、亚热带常绿、落叶阔叶混交林，气候温暖而湿润。

表2 琼东南盆地晚渐新世—早中新世孢粉组合对比

琼东南盆地陵水组至三亚组孢粉组合所指示的渐新世—中新世气候变化趋势与周边地区同时段的海洋、陆地沉积所记录的气候变化特征有较好的可比性。北部湾盆地WZ5-X-Y井所在的区域，渐新世分布有常绿阔叶、落叶阔叶和针叶混交林，气温较低，中新世常绿阔叶林出现扩张，指示温度和湿度有所上升[28]。雷州半岛晚渐新世的植被分布具有明显的垂直分带特征，平原地区发育以Quercus、Castanea、Alnus、Juglans和Ulmus为主的落叶阔叶和常绿阔叶混交林，高山地区发育以Pinus为主的针叶林，气候温凉，早中新世植被演替为以Castanea、Lithocarpus、Juglans、Carya、Platycarya等为主的落叶阔叶、常绿阔叶混交林，气候温暖[29]。LW5井的孢粉研究资料显示[5]，珠江口盆地荔湾构造区块上渐新统珠海组出现数量丰富的Pinuspollenites和Abiespollenites，Quercoidites花粉颗粒分数突出，Alnipollenites和Ulmipollenites断续出现，对应气温较低的亚热带气候；下中新统珠江组Pinuspollenites和Abiespollenites花粉颗粒分数明显下降，Polypodiaceaesporites和Polypodiisporites花粉颗粒分数显著上升，Chenopodipollis和Zonocostatites在部分层段花粉颗粒分数突出，指示气温较高的热带、亚热带气候[5]。大洋钻探184航次1148站的孢粉研究结果[30]表明，南海地区32.0 Ma之后的渐新世孢粉植物群中，Abiespollenites、Piceapollis、Cedripites、Tsugaepollenites等温带高山针叶树花粉和Ulmipollenites、Betulaepollenites等为代表的温带落叶阔叶树花粉花粉颗粒分数的明显上升，指示了南海地区渐新世较为凉干的气候条件；该站450.18～454.77 mcd(meters composite depth，合成深度底栖有孔虫δ18O值明显上升，为0.7‰[31]，也是渐新世—中新世界线处凉干气候条件的记录；早中新世时期1148站沉积物中所记录的较高的化学蚀变指数、Al/Ti、Al/Na比值以及较低的Na/Ti、Ca/Ti比值，指示了物源区较活跃的化学风化作用，气候条件温暖湿润[32]，24.0 Ma以来南海与全球晚新生代的气候变化特征一致，并记录了δ18O多次变化事件[33]。来自太平洋深海钻探(DSDP)77、289和574站位的δ18O变化趋势显示，渐新世的δ18O值均高于早中新世的δ18O值[34]，始新世/渐新世—渐新世/中新世记录了至少7次δ18O极大值事件，其年龄分别与渐新世—早中新世的氧同位素带，即Oi1、Oi1a、Oi1b、Oi2、Oi2a、Oi2c和Mi1的底部的年龄相对应[35]；在赤道太平洋1128站位的渐新世和中新世界线，δ18O由0.7‰上升至0.9‰，随后直到22.0 Ma，δ18O值均未超过0.9‰[36]。琼东南盆地与南海北部大陆架地区、南海地区和全球渐新世—中新世的气候变化特征具有可比性，渐新世—中新世气候条件由温凉向温暖变化的位置是琼东南盆地渐新统和中新统的界线。

4 结论

1)根据主要孢粉种属花粉颗粒分数的变化，WN-A井3 261.25～5 079.00 m井段由下至上共划分出4个孢粉组合Pinuspollenites-Polypodiaceoisporites-Juglanspollenites-QuercoiditesE-QuercoiditesD组合、Pinuspollenites-Juglanspollenites-Polypodiaceoi-sporites-Dicolpopolliskockelii组合、QuercoiditesE-Polypodiaceoisporites-Pinuspollenites-Polypodii-sporites组合和Pinuspollenites-Polypodiaceoisporites-Randiapollisreticulatus-QuercoiditesE组合。琼东南盆地渐新世至中新世的气候变化特征与全球气候变化具有可比性，从陵水组至三亚组，孢粉组合由Pinuspollenites-Juglanspollenites-Polypodiaceoi-sporites-Dicolpopolliskockelii组合转变为QuercoiditesE -Polypodiaceoisporites-Pinuspollenites-Polypodiisporites组合，指示植被类型由热带、亚热带针叶、常绿、落叶阔叶混交林演替为热带、亚热带常绿、落叶阔叶混交林，反映了气候由温凉向温暖的明显变化。

2)气候发生明显变化的位置，即4 425.00 m可以作为WN-A井渐新统和中新统的界线。

3)本次工作也证实了利用植被演替及气候变化特征作为我国南海北部大陆架地区地层时代划分和对比依据和参考标准的可行性。