松辽盆地德惠断陷火石岭组二段孢粉组合及其地质意义

宋立斌 丛 杉 王成龙 赵政懿 万传彪

（1.中国石油吉林油田公司勘探开发研究院，吉林松原 138000；2.中国石油大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆 163001；3.东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318；4.中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712）

0 引言

随着深层天然气勘探的突破，松辽盆地早白垩世断陷期的地层学研究逐渐成为石油地质研究者关注的重点，其中以火石岭组的研究最为薄弱。前人对火石岭组的地层学研究主要集中于岩石地层［1-2］、沉积［3］、年代地层［4-7］，对于生物地层学的研究十分缺乏。究其原因，主要因为火石岭组是1套以中基性火山岩为主的地层，仅夹薄层碎屑岩，化石获取比较困难。

除孢粉以外，目前火石岭组报道的化石仅有植物6属［8-9］、大孢子3属［10］。孢粉化石的成果中，也广泛存在争议。安俊义［11］在火石岭组建立了2个组合，下部组合以新型双囊粉为主，上部组合中新型双囊粉和蕨类孢子含量增加，但其未提供具体的化石名单和采样位置。高瑞祺等［12］基于绥深1井的样品建立了Piceites-Piceaepollenites-Cyathidites组合，以具气囊花粉占优势，早白垩世的特征分子零星出现。孙凯等［1］在火石岭组确定了2个组合，下部组合以高含量的古松柏类花粉为特征，与其他研究者普遍认为的营城组组合一致，上部组合引用了高瑞祺等［12］的结论。德惠断陷万17井的2块样品曾被报道过［13］，鉴定出的孢粉属种单调，且大量花粉仅鉴定到科级，组合特征不明显。

制约火石岭组生物地层研究薄弱的原因为：首先，火石岭组是松辽盆地深层最早形成的1套地层，地表露头难寻，盆地内部钻遇井极少；其次，由于火石岭组埋藏最深，有机质已达到高成熟阶段，孢粉化石普遍炭化，即使发现也很难鉴定。因此，为提高火石岭组的生物地层学研究水平，必须加强在钻遇的火石岭组中进行微体化石取样研究。

本文在松辽盆地南部德惠断陷钻探的DS17-6井中获取了连续的岩屑样品，通过分析鉴定，发现了较丰富的孢粉及菌藻类化石，为揭示火石岭组的地质时代、古气候提供了重要的地质依据。

1 地层概况

火石岭组的正层型建于吉林省长春市九台区的营城煤矿的226、50钻孔剖面［14］，该剖面将火石岭组分为17层，以中性火山岩为主，下伏地层为哲斯组变质砂岩，上覆地层为沙河子组灰白色凝灰质砂岩。正层型上火石岭组可分3个岩性段：一段（1—4层）为中—基性火山岩和火山碎屑岩，厚度为162.80 m；二段（5—12层）以碎屑岩为主，夹凝灰岩和煤线，厚度为109.40 m；三段（13—17层）为中性火山岩和火山碎屑岩，厚度为154.40 m。

DS17-6井位于德惠断陷中部（图1（a）），共钻遇火石岭组厚度为441.00 m，未见底，自下而上可分为2个岩性段（图1（b）），井深4 228.8～4 541.0 m为碎屑岩段，厚度为312.2 m，岩性组合为灰色、深灰色泥岩、泥质粉砂岩夹含砾砂岩，夹1层凝灰岩和1层1.56 m厚的薄煤层，相当于层型上的火石岭组二段；井深4 132.0～4 228.8 m为火山岩段，厚度为96.8 m，下部为凝灰岩、流纹质凝灰岩，上部为灰色玄武质安山岩，相当于层型上的火石岭组三段。

图1 德惠断陷主要钻井位置及DS17-6井火石岭组地层综合柱状图Fig.1 Main well locations and comprehensive stratigraphic column of Huoshiling Formation of Well DS17-6 in Dehui Rift

2 样品及实验结果

在德惠断陷DS17-6井的4 337.0～4 533.0 m井深段（火石岭组二段）共采集了39件样品，每件样品质量都在200 g以上。样品处理过程为：挑样，清洗烘干，碎样至直径为2 mm，用质量分数为36%的盐酸去除钙质，用质量分数为40%的氢氟酸去除硅质，处理后的残渣用重液进行浮选和离心，制固定片待鉴定。使用DM4000B型生物显微镜观察和鉴定化石。化石的鉴定参照前人［15-17］的描述及图版。

本次研究在39件样品中的19件中发现了孢粉化石，共计604粒，其中6件样品化石数量达50粒以上，其余样品化石数量为8～30粒。共发现菌类孢子5属、蕨类植物孢子37属、裸子植物花粉21属、藻类7属，各属种化石的个数比见表1（化石数量超过50粒的样品参与统计），典型化石照片见图2。

图2 德惠断陷DS17-6井火石岭组典型孢粉化石照片Fig.2 Typical palynologic fossils photos of Huoshiling Formation of Well DS17-6 in Dehui Rift

表1 德惠断陷DS17-6井火石岭组二段孢粉—藻类化石个数比Table 1 Sporopollen-algal fossil count percentage of Huoshiling Formation Member-2 of Well DS17-6 in Dehui Rift

3 孢粉组合特征

本文以化石数量超过50粒的样品建立了孢粉组合，命名为Inaperturopllenites-Classopollis-Cicatricosisporites组合，具体特征：

（1）本组合中蕨类植物孢子（个数比为43.4%～47.8%）和裸子植物花粉（个数比为36.8%～45.3%）含量相当，其次为藻类（个数比为0～10.5%）和菌类孢子（个数比为0～5.8%），被子植物花粉未见。

（2）蕨类植物孢子中，三缝类（个数比为34.0%～43.5%）占绝对优势，其次为单缝类（个数比为1.9%～13.2%）。三缝孢种类多样，含量较高的有Baculatisporites（个数比为0～8.7%）、Plicifera（个数比为0～7.8%）和Granulatisporites（个数比为0～7.5%），Cyathidites（个数比为1.4%～5.3%）稳定出现，其次Cicatricosisporites（个数比为0～5.3%）、Apiculatisporites（个数比为0～4.3%）和Biretisporites（个数比为0～3.5%）等有一定含量。单缝孢可见4个属，以Laevigatosporites（个数比为1.9%～11.3%）为主，其次为Punctatosporites（个数比为0～3.4%）。

（3）裸子植物花粉中，无气囊花粉占绝对优势（个数比为36.2%～45.3%），双气囊花粉和单气囊花粉仅在未统计样品中零星可见。无气囊花粉中，无口器类占优势（个数比为29.0%～41.5%），其次为单孔类（个数比为1.9%～5.7%）和有沟类（个数比为0～3.4%）。无口器类花粉中，以Inaperturopllenites（个数比为22.3%～34.0%）最常见，其次为Granasporites（个数比为0～9.4%）和Taxodiaceaepollenites（个数比为1.4%～3.4%），Psophosphaera（个数比为0～1.9%）仅零星可见；单孔类花粉中，Classopollis有一定含量（个数比为1.9%～5.7%），Perinopollenites（个数比为0～1.7%）零星可见；有沟类花粉中，出现单沟亚类的Cycadopites（个 数 比 为0～3.4%）和Ginkgo（个 数 比为0～1.4%），以及原始沟亚类的Chasmatosporites（个数比为0～1.9%）。双气囊花粉中，新型花粉种类较多，包括Abietineaepollenites、Pinuspollenites、Abiespollenites、Erlianpollis、Piceaepollenites、Piceites、Cedripites和Podocarpidites；古松柏类花粉仅见Pa-leoconiferus和Protoconiferus。单气囊类花粉仅见有零星的Cerebropollenites和Jiaohepollis。

（4）藻类化石中，Botryococcus（个数比为0～10.5%）和Concentricystes（个数比为0～4.9%）在个别样品中含量较高，Schizosporis（个数比为0～1.9%）、Scenedesmus（个数比为0～1.9%）、Granodiscus（个数比为0～1.4%）、Leisphaeridia（个数比为0～1.0%）和Taeniatum（个数比为0～1.0%）零星可见。

（5）菌类孢子中，Fractisporonites（个数比为0～3.4%）和Inapertisporites（个数比为0～4.3%）在个别样品中有一定含量，Dicellaesporites（个数比为0～1.4%）零星可见，Diporicellaseporites和Lirasporis在未统计的样品中有个别出现。

4 孢粉组合对比及地质时代意义

前人对已建立的火石岭组孢粉组合还存在很大的争议，与同为断陷期的沙河子组和营城组很难区分。在沙河子煤田层型地区的沙河子组孢粉组合的无气囊花粉与双气囊花粉含量相当，并以单孔类的无气囊花粉Perinopollenites高含量为特征［18］；盆地北部肇深5井沙河子组下部组合中具气囊花粉占多数，无气囊花粉有一定含量，以Classopollis最丰富（最高可达17.6%），上部组合以蕨类孢子占绝对优势，其中早白垩世的特征分子Cicatricosisporites个数比最高为28.4%［10，19］。营城组的孢粉组合在松辽盆地内发现较多，普遍认为以Paleoconiferus和Protoconiferus为代表的古松柏类花粉高含量为特征，如在双辽断陷Paleoconiferus和Protoconiferus的个数比为分别为0～35.4%和0～21.2%［20］；在 保6井 分 别 为0～29.3%和0～10.6%［12，15］；在英台断陷龙深1井Protoconiferus的个数比高达37%［21］；安达地区达深1井Protoconiferus的个数比高达36.0%［22］；林甸地区林深4井古松柏类花粉个数比高达33.3%［23］。本文获得的火石岭组最明显的特征即无气囊花粉的大量出现并占据优势，这与以往发现于沙河子组和营城组的组合特征区别明显。

发现的化石中，绝大多数是中—新生代的常见分子，但也出现了一些具有重要时代意义的分子。蕨类孢子中，孢粉学者通常把Cicatricosisporites的出现作为早白垩世的标志［24］，Appendicisporites、Aequitriradites和Foraminisporis是限于早白垩世Neocomian期 出 现 并 繁 盛 的 分 子［25-27］，Triporoletes是Aptian—Cenomanian期广泛发育的重要分子［28］，在早白垩世早中期零星出现，Impardecispora早白垩世初期出现，一直延续到晚白垩世，Leptolepidites是中国东北及华北地区早白垩世常见分子［29-31］，其他如Hsuisporites和Maculatisporites同样是早白垩世开始出现的类型。裸子植物花粉中，Jiaohepollis和Erlianpollis仅出现在早白垩世的沉积地层中，藻类中的Schizosporis在早白垩世最常见。因此，当前化石组合显示了早白垩世早—中期的特征。以往火石岭组的火山岩锆石U—Pb测年结果为133～125 Ma［4-7］，显示了相似的结论。综合来看，火石岭组的地质时代可进一步确定为早白垩世中期。

5 古植被与古气候意义

孢粉化石在一定程度上反映了地质历史时期的古植被面貌，参考前人对中生代常见孢粉的母体植物亲缘关系的分析［32-36］，对本文研究发现的孢粉属的亲缘关系进行了总结（表2），在此基础上，根据各类现生植物的生存环境，对研究区火石岭组沉积时期的古植被和古气候条件进行了初步探讨。

表2 德惠断陷火石岭组推测的孢粉属植物亲缘关系Table 2 Inferred botanical affinities of spore and pollen genera in Huoshiling Formation in Dehui Rift

从孢子植物来看，古植被以真蕨类为主，伴有少量石松类和苔藓类。真蕨类中，海金沙科在类型上占优势，双扇蕨科和水龙骨科在数量上占优势，紫萁科和桫椤科有一定含量，蚌壳蕨科和莎草蕨科含量较少。从裸子植物来看，以松柏类为主，伴有苏铁类和银杏类。松柏类中，杉科占优势，松科种类较丰富。

现今海金沙科属于多年生攀援植物，分布于热带和亚热带地区，生长于河谷或溪边灌木丛中；紫萁科属于陆生中型植物，在热带、亚热带和温带地区都有分布，生长于沼泽湿地、潮湿山谷或林下、溪边的酸性土壤中；桫椤科为高大的树蕨，生长在热带和亚热带的潮湿地区；双扇蕨科分布于热带和亚热带地区，生长于林下或灌木丛中；蚌壳蕨科主要生长于热带及南半球；莎草蕨科为陆生直立小型植物，主要分布于南半球及赤道带地区，生长于热带酸性土壤上；水龙骨科植物热带分布广泛而温带很少；石松目石松科现今分布于热带、亚热带和温带地区，生长于湿润气候下的酸性土壤之上，常见于针叶林或针叶阔叶混交林下或灌木丛中；卷柏目卷柏科分布于热带、亚热带和温带地区，生长于林下湿地或溪边湿地；松科多为常绿针叶乔木，属于广温类型，主要分布于温带及亚热带的山区，其中雪松属、冷杉属和云杉属还分布于寒带，反映湿润或半湿润的环境特征；杉科大都产于亚热带，为常绿或落叶乔木，常生长于沼泽；掌鳞杉科为季节性旱生植物，生长于高地斜坡，普遍认为与炎热、干旱、盐碱等环境有关；罗汉松科为常绿乔木或灌木，分布于热带、亚热带和南温带；南美杉科为常绿乔木，产于南半球热带和亚热带；苏铁纲植物分布于热带和亚热带；银杏科主要分布于温带，也能在温暖潮湿环境下生存。

综合分析可知，在德惠断陷火石岭组沉积时期的孢粉植物群中，生长于湿润—半湿润气候的植物较多，而喜干旱的掌鳞杉科也有少量；蕨类植物全部为生长于热带—亚热带的真蕨类和石松类，裸子类植物以多产于亚热带地区的杉科为主，同时含有广温的类型。据此推测，松辽盆地德惠断陷在火石岭组沉积时期，属于湿润—半湿润的亚热带气候，并偶有季节性的干旱事件。

6 结论

（1）通过对松辽盆地德惠断陷DS17-6井火石岭组中所产孢粉和藻类化石的研究，建立了Inaperturopllenites-Laevigatosporites-Cicatricosisporites组合，组合特征以高含量的无气囊花粉区别于沙河子组和营城组孢粉组合。

（2）根据获得的孢粉和藻类化石，结合以往的测年结果为133～125 Ma，认为火石岭组的地质时代为早白垩世中期。

（3）根据孢粉资料推测，德惠断陷在火石岭组沉积时期，古植被以真蕨类和松柏类为主，伴有少量石松类和苔藓类。古气候相当于湿润—半湿润的亚热带气候，并偶有季节性的干旱事件。