冀中坳陷饶阳凹陷中北部古近纪沙河街组古生态分析

2011-02-07袭著纲国景星赵晓颖

地球科学与环境学报 2011年4期

袭著纲，国景星，赵晓颖

（1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266555；2.安徽科技学院外国语学院，安徽凤阳233100）

0 引言

饶阳凹陷是渤海湾盆地冀中坳陷的一个次级构造单元，其中北部（38°10′～38°50′N，东经115°25′～116°18′E）面积约4 600km2（图1），属于温带季风气候带。自20世纪末期，李华南等在研究冀中油区和渤海湾盆地油气区第三纪轮藻及微体古生物群时，对饶阳凹陷古近纪做过一些关于古生物群和古环境的分析［1－4］，之后有关该区沙河街组古生态研究成果较少。随着饶阳凹陷古近系隐蔽油藏勘探的深入，早前关于饶阳凹陷中北部古气候和古环境等的研究不能很好地适应当前油区地质分析的要求；因此利用现有微体古生物化石等资料对层序地层划分、地层年代判断和生烃古环境判定等进行研究，显得十分必要。

1 地层概述

图1 研究区位置及孢粉钻孔井位Fig.1 Location of Study Area and Position of Palynological Drilling Well

沙河街组在饶阳凹陷中北部分布广泛，且厚度较大，是该区古近系的主力储层和生油层。按地层年代的早晚，沙河街组自下而上概述如下。

沙四段：地层厚度变化较大，高阳、雁翎、任丘等地区没有沉积，马西洼槽和任西洼槽等低洼区较厚，下部以块状砂砾岩夹紫红、灰色泥岩、火山岩沉积为主，上部为大段灰色泥岩夹褐色泥岩及砂岩沉积，与下伏地层呈不整合接触。

沙三段：总体呈西薄东厚、南薄北厚的特征，底部为较深湖环境，洼槽区为一套深灰、黑色泥岩、页岩层、油页岩及一套灰质白云岩为主的特殊岩性段；中部为浅灰色细砂岩与紫红色泥岩互层沉积；上部发育辫状河三角洲相粗碎屑夹灰、紫红色泥岩沉积，局部见碳酸盐岩和暗色泥岩沉积。

沙二段：厚度相对较薄，区域上为一套棕红、灰绿色泥岩与浅灰色砂岩互层。下部浅灰色砂岩、砂砾岩与泥岩互层为主，上部以厚层状紫红色泥岩夹灰色砂层沉积为主，与下伏地层呈局部不整合接触。

沙一段：研究区分布稳定，地层厚度大，可划分为沙一下亚段和沙一上亚段。沙一下亚段底部发育一套灰色砂岩，俗称“尾砂岩”；上部发育一套深灰、黑色泥岩、褐色油页岩夹灰色薄层砂岩、灰质白云岩和鲕粒灰岩，俗称“特殊岩性段”。沙一上亚段为一套辫状河三角洲相粗碎屑沉积，洼槽区底部可见暗色泥岩，顶部紫红、灰绿色泥岩增厚，局部见碳质泥岩。

2 孢粉类型划分

笔者对研究区古近系沙河街组42口井的孢粉化石进行了详细统计归类，见孢粉化石80余属100余种（图1）。根据沙河街组孢粉属种纵向上丰度和分异度的变化规律，结合所出现主要孢粉类型母体植物的生态资料，对研究区主要孢粉化石进行了气温带类型和干湿度类型划分（表1）［2－13］。

表1 饶阳凹陷中北部沙河街组孢粉生态分类Tab.1 Palaeoecological Classification of Sporopollen of Shahejie Formation in North Central Raoyang Sag

3 孢粉组合特征

统计分析发现，沙河街组沙四段—沙一段被子植物花粉比例占绝对优势，其次为裸子植物花粉，蕨类植物孢子数量相对较少；但沙一段个别井裸子植物孢粉比例高于被子类。根据各层段孢粉分布及其组合特征（表2），整个沙河街组可划分为一个Quercoidites－Ulmipollenites高比例组合；沙四段—沙一段孢粉组合又各具特征，可细分为5个亚组合。

3.1 沙四段

沙四段对应Ephedripites－Ulmoideipites亚组合。由雁55井孢粉样品分析得知，该时期以被子植物花粉为主，占总孢粉数的72.51%；其次为裸子植物花粉，占25.10%；蕨类植物孢子仅占2.39%。被子植物中Ulmipollenites（22.31%）比例高于Quer－coidites（13.55%），其次Ulmoideipites（9.96%），Rhoipites（3.98%），Alnipollenites（3.59%），Juglanspollenites（3.19%），Tricolpopollenites（1.2%）常见。裸子植物花粉中主要为松科Pinaceae（Cedripites比例1.59%，Piceaepollenites比例0.4%，Tsugaepollenites比例0.4%），未进行属种划分的Pinaceae占11.16%；其次Ephedripites（3.59%），Podocarpidites（3.19%）和Taxodiaceaepollenites（1.99%）有不同程度的分布，Classopollis少量出现。蕨类植物孢子中旱生组分Pterisisporites和Schizaeoisporites少量出现。

3.2 沙三段

沙三段对应Pinaceae－Ephedripites－Podocarpidites亚组合。本组合中被子植物花粉仍占优势，比例5 1.0 8%～7 7.7 8%；裸子植物花粉比例为11.11%～45.67%；蕨类植物孢子平均比例3.16%。被子植物花粉中Quercoidites比例为18.40%～48.46%，Ulmipollenites比例为4.74%～16.67%，两者平均占孢粉总个数的46.73%，其次Liquidambarpollenites（0.87%～3.03%），Juglanspollenites（0.95%～3.90%），Momipites（1.03%～3.46%），Rutaceoipollis（0.22%～5.15%）分布较广，此外Labitricolpites，Alnipollenites和Potamogetonacidites，Salixipollenites比例较沙四段增多。裸子植物花粉中Pinaceae比例增高（Cedripites比例1.73%～8.20%，Piceaepollenites比例1.03～5.21%，Pinuspollenites比例1.03%～10.90%，Abietineaepollenites比例2.37%～11.34%）平均32.04%，Ephedripites比例3.28%～12.12%，Podocarpidites比例1.03%～8.2%，此外Taxodiaceaepollenites平均比例1.78%。蕨类植物孢子中Polypodiaceaesporitea，Cyathidites及Deltoidospora分布变得广泛且比例比沙四段明显增多。

表2 饶阳凹陷中北部部分井位沙河街组孢粉重要属种比例分布Tab.2 Distribution of the Proportion of Major Sporopollen of Shahejie Formation from Part Wells in North Central Raoyang Sag

3.3 沙二段

沙二段对应Ephedripites－Pinaceae－Labitricolpites亚组合。该时期孢粉组合中被子植物花粉繁盛，平均比例65.57%；裸子植物花粉比例27.81%；蕨类植物孢子很少，平均比例6.62%左右。被子植物花粉中仍以Quercoidites（18.57%～37.08%）和Ulmipollenites（6.06%～11.43%）为主，其次为Labitricolpites（平均比例4.08%），Liq－uidambarpollenites（平均比例2.61%），Rhoipites（平均比例2.55%），Juglanspollenites（平均比例5.62%）等为常见分子。裸子植物花粉中Pinaceae比例为18.91%左右（Pinuspollenites比例4.39%，Cedripites比例5.05%，Piceaepollenites比例1.60%）较沙三段大幅降低；Ephedripites比例增加，个别井达12.86%；Podocarpidites平均比例2.21%。蕨类植物孢子比例仍较少。

3.4 沙一段早期

沙一段早期对应Pinaceae－Podocarpidites亚组合。该时期孢粉组合被子植物花粉比例33.33%～76.42%，平均59.4%；裸子植物花粉比例13.59～66.67%，平均35.32%；蕨类植物孢子平均比例5.28%。裸子植物花粉比例比沙二段增加。被子植物花粉以Quercoidites（平均比例26.41%）和Ulmipollenites（平均比例11.52%）为主体，其次Rutaceoipollis（3.86%），Labitricolpites（3.45%），Juglanspollenites（2.42%），Sapindaceidites（1.9%）比例较高，相对常见；此外Faguspollenites和Alnipollenites和Potamogetonacidites比例有所增加。裸子植物花粉中Pinaceae比例大幅上升（Cedripites比例10.54%，Pinuspollenites比例7.51%，Abietineaepollenites比例3.56%），未进行属种划分的Pinaceae比例达10.87%；此外Podocarpidites（3.85%），Piceaepollenites（6.59%）和Taxodiaceaepollenites（4.73%）比较繁盛；Ephedripites比例降低至5.25%。蕨类植物孢子种类增多，湿生和水生组分显著增加，如Deltoidospora（2.9%），Sphagnumsporites（2.6%），Polypodiaceae，Osmundacidites和Toroisporis。

3.5 沙一段晚期

沙一段晚期对应Piceaepollenites－Ephedripites－Cedripites亚组合。本组合中被子植物花粉比例54.1%，裸子植物花粉34.69%；蕨类植物孢子比例显著增加，达11.21%。被子植物花粉中Quercoidites平均比例达21.78%，Ulmipollenites比例为8.74%左右，Labitricolpites比例4.87%，此外Rutaceoipollis，Juglanspollenites，Meliaceoipollis，Betulaepollenites，Salixipollenites的数量均增多。裸子植物花粉Pinaceae比例比沙一段早期有所降低，Cedripites比例14.29%，Abietineaepollenites和Pinuspollenites两者平均3.03%左右，未进行属种细分的Pinaceae平均比例达10.13%；此外Piceaepollenites（13.12%），Podocarpidites（4.63%）和Taxodiaceaepollenites（5.5%）分布占优势。蕨类植物孢子Cyathidites（2.15%）和Polypodiaceae（4.3%）此时较为常见；其次，Toroisporis和Deltoidospora等比例也增多。

4 古生态分析

渤海湾盆地各地区古环境和古气候的变化具有相似性，但又存在差别。据蔡治国等研究，研究区沙河街组地质时代大致处于始新世坦奈丁期—渐新世鲁培尔期中晚期［2，4］。该时期，渤海湾盆地受喜马拉雅造山运动幕的影响，经历了多次湖盆扩大和收缩，且每一次都伴随古气候的变迁，经历了干热、温湿交替变化的亚热带气候。据张涛等有关研究，黄骅坳陷滩海沙河街组孢粉组合以Quercoidites高比例组合为主，经历了沙三段以常绿针叶混交林为主的湿润亚热带气候到沙二段以山地针叶植物和阔叶林为主的半干旱亚热带气候，至沙一段以针叶混交林为主的温暖湿润的亚热带气候［6］。而研究区孢粉组合上与黄骅坳陷近似，且同属于渤海湾盆地，沙河街组古生态的变化可做相关对照。

植被地理分布具有显著的规律性是植物生态和地理因素关系的综合体现。因此，在某种程度上，利用孢粉植物群可以反映植物群生存的地理环境，并为古地理再造提供科学依据［8］。根据孢粉母体植被所处的生态环境，结合其不同时期的分异度，可定量对沙河街组各段的气温带和干湿度做有益的分析。

4.1 沙四段

该时期热带、热带—亚热带和亚热带喜热植物孢粉比例为41.04%左右，温带喜温植物孢粉为44.22%左右，其气温带属于亚热带—暖温带。旱生植物孢粉组分为11.16%，湿生植物孢粉组分（湿生、水生和沼生各类植物孢粉）达11.95%，此时气候应为半干旱型。植被类型以常绿或落叶阔叶树（Quercoidites，Ulmipollenites，Alnipollenites，Rhoipites，Juglanspollenites）为主，其次旱生灌木（Ephedripites，Proteacidites）和草本植物（Pterisisporites，Deltoidospora）较多。由于雁55样品取于沙四段末期，推断该时期气候开始从干旱朝湿润转变，为干旱的亚热带气候—半干旱暖温带型气候。

4.2 沙三段

该时期湖域面积扩大，植物孢粉种类增多。喜热组亚热带和热带—亚热带孢粉比较多见，比例61.58%左右；喜温组温带孢粉占21.99%左右，推断此时气温带属于亚热带。旱生组分较少，为8.92%；湿生组分中Polypodiaceaesporitea，Cyathidites，Podocarpidites，Piceaepollenites和Taxodiaceaepollenites等的比例比沙四段增加，平均比例11.12%，推断此时气候转为半湿润型。沙三段沉积时期，山地植被Pinaceae针叶林占优势，而平原地区阔叶林为优势种群，低洼地区湿生草本植物较沙四段增多，属半湿润亚热带气候。

4.3 沙二段

该时期喜温组植被孢粉有所增加，喜热组孢粉比例51.14%，喜温组孢粉占24.91%左右，其气温带总体上应属于亚热带型。旱生植物孢粉组分又有小幅增加，比例10.77%；湿生植物孢粉组分回落至9.28%，气候又变为半干旱型。湿生山地植被孢子比例降低，但Pinaceae仍占优势；丘陵和平原地区仍以Quercoidites，Ulmipollenites阔叶林为主；耐旱灌木Ephedripites和Momipites比例增多。因此该时期应为针叶混交林半干旱亚热带气候。

4.4 沙一段

沙一段早期，喜温组孢粉比例升高至29.13%；喜热组孢粉比例略有降低，为48.1%，此时气候仍为亚热带型。湿生、沼生和水生植被孢粉丰富，比例达到22.16%；旱生组分平均比例6.34%，较沙二段明显降低，此时气候应为湿润型。植被与沙三段相似，但较高山地湿生针叶植被明显增多，滨浅湖和沼泽等地带的水生草本植物更为繁盛。因此，该区沙一段早期为湿润的亚热带气候。

沙一段晚期，喜热组孢粉比例继续降低（40.6%），但仍占优势；喜温组变化不大（28.9%），仍为亚热带气候。湿生植物孢粉组分上升到29.5%左右，旱生植物孢粉组分也略有升高（9.97%），整体上仍以湿润气候为主。与早期相比，针叶林孢粉减少，以阔叶树孢粉为主，灌木型孢粉增多；较高山地以湿生Pinaceae和Taxodiaceae为主，平原和沼泽地带湿生阔叶植物和草本植物数量丰富，表明当时植被仍以针叶混交林为主。所以，沙一段晚期该区仍为湿润的亚热带气候。

5 结语

（1）根据孢粉比例和组分变化，整个沙河街组以Quercoidites－Ulmipollenites高比例组合为主，沙四段、沙三段、沙二段、沙一段早期、沙一段晚期又可建立5个亚组合：Ephedripites－Ulmoideipites亚组合，Pinaceae－Ephedripites－Podocarpidites亚组合，Ephedripites－Pinaceae－Labitricolpites亚组合；Pinaceae－Podocarpidites亚组合；Piceaepollenites－Ephedripites－Cedripites亚组合。

（2）各段孢粉组合中被子植物花粉占明显优势，蕨类植物孢子比例较少；各孢粉组合中生组分稳定平均70%以上，旱生和湿生孢粉组分自下而上有细微变化，能反映出干湿度的变化。

（3）沙河街组古植被类型从常绿—落叶阔叶林逐渐转变为针叶林，针叶混交林；沙三段和沙一段植被类型有相似之处，山地湿生Pinaceae和Taxodiaceae植被及湖沼湿生和水生的草本植物多见；沙四段旱生灌木和草本植物较为繁盛，沙二段灌木Ephedripites较多。

（4）沙河街组古气候经历了半干旱暖温带气候、半湿润亚热带气候、半干旱亚热带气候到湿润的亚热带气候。

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