东濮凹陷沙三段正常三角洲沉积中遗迹化石及意义

常 龙，王长征，胡 斌，2，陈传浩

（1.河南理工大学资源环境学院，河南 焦作 454000；2.河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室，河南 焦作 454000）

东濮凹陷古近系沙河街组三段（Es3）沉积厚度大，油气资源丰富，其形成环境一直是重要的研究问题之一。东濮凹陷北部沙三段时期总体处于水下沉积，水体先加深后变浅［1］，发育正常三角洲沉积［2-4］。万涛等研究认为东濮凹陷北东部发育扇三角洲-湖相泥-滩坝沉积体系［5］。东濮凹陷南区沙三段沉积体系主要是以湖泊为背景的各类三角洲沉积，南部和西部为正常三角洲沉积，东部陡坡带发育扇三角洲沉积［6，7］。但这些文献中均缺乏生物成因构造的描述和研究。生物遗迹化石的形成和保存与沉积物及其后的沉积作用密切相关，也就是通常说的生物成因沉积构造，因此，它能有效、正确地指示沉积物的形成环境［8-13］。本文主要以此为出发点，研究东濮凹陷北区和南区沙三段中遗迹化石指示的环境信息，探讨遗迹化石及其分布特征，研究遗迹化石组合与沉积环境模式，为本区高精度沉积相研究提供可靠的生物学信息标志。

1 地质概况

东濮凹陷地处渤海湾含油气盆地西南端，河南与山东两省交界处，属临清坳陷组成部分［14］，东、西分别为鲁西隆起和内黄隆起，南隔兰考凸起与开封凹陷为邻，北以马陵断层与临清坳陷内的莘县凹陷相接（图1）［7］，南宽北窄，南宽约 62 km，北宽约 16 km，总体呈北北东向，形态近似琵琶状，总面积约为5 300km2（图1）［15］。研究区内古近系沉积厚度大，自下而上分别发育有孔店组（700m），沙河街组（5 000m）和东营组（1 300m）。沙河街组又分4段9个亚段，自上而下分别为沙一上段（Es1-上）、沙一下段（Es1-下）、沙二上段（Es2-上）、沙二下段（Es2-下）、沙三上段（Es3-上）、沙三中段（Es3-中）、沙三下段（Es3-下）、沙四上段（Es4-上）、沙四下段（Es4-下）［16］。

图1 东濮凹陷地质简图及沙三段取心井位置图Fig.1 Location of the sampling wells in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

2 沉积特征与沉积序列

本次研究重点是对东濮凹陷北部濮城、古云集、卫城等地区的13口取心井和南部三春集、马厂地区的4口取心井进行详细观察与描述，对发现的遗迹化石进行描述和鉴定，目标层位是古近系上始新统沙河街组三段。

2.1 濮城地区沉积特征与沉积相

根据濮6-33井、濮45井、濮63井、濮75井、濮76井、濮78井、濮120井等7口取心井的岩心观察与描述发现，沙四段岩性以灰色粉砂岩、粉砂质泥岩和深灰色泥岩为主，局部发育棕褐色炭质泥岩和灰黄色油浸粉砂岩，普遍发育水平层理、块状层理、波状层理、脉状层理、层内变形构造，植物碎屑，部分层位含盐含膏，少量泥砾，多处发育水下收缩裂隙。从单井垂向上观察，以下细上粗的反旋回韵律沉积的垂向层序为主，粒度向上逐渐变粗。发现的遗迹化石属种包含Palaeophycus tubularis（管状古藻迹），Palaeophycusisp.（古藻迹未定种），Skolithosisp.（石针迹未定种）、Skolithos linearis（线形石针迹）、Skolithos vertivalis（垂直石针迹）、Planolites montanus（山地漫游迹）、Planolitesisp.（漫游迹未定种）、Planolites beverlegensis（伯 弗 利 漫游迹）、Taenidiumisp.（带形迹未定种）。除此外还发现有小型鱼化石及部分未命名遗迹化石，有待进一步鉴定研究。通过以上岩性特征、沉积构造特征、遗迹化石种类、产状与组合特征，可识别出正常三角洲前缘和前三角洲沉积亚相。

2.2 古云集地区沉积特征与沉积相

古云集位于濮城地区正北部，此次研究观察了该区云2井、云3井两口取心井岩心，但云3井岩心缺失严重，岩心柱状不连续，多次间断。岩性特征主要是灰色粉砂岩、深灰色泥岩，部分发育灰褐色、棕褐色泥岩和中厚层灰黄色油浸粉砂岩。典型的沉积构造包含水平层理、波状层理、脉状层理、部分平行层理、复合层理、变形构造、植物炭屑、泥岩撕裂屑。单井观察的垂向沉积序列主要为下细上粗的反旋回沉积序列。发育的遗迹化石有：Palaeophycustubularis、Mermoidesisp.、Beaconitesisp.、Planolitesisp.、Skolithos vertivalis、Taenidium isp．、Skolithosisp.、Palaeophycusisp.、Skolithos linearis和生物扰动构造。通过以上发现的特征证据可以判断东濮凹陷北部古云集地区为正常三角洲沉积，包含三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相。

2.3 卫城地区沉积特征与沉积相

卫城地区处于东濮凹陷北部偏西，位于濮城地区西北方向。此次研究观察了该地区卫20井、卫47井、卫79井、卫79-1井共4口取心井的岩心特征。岩性主要为深灰色-棕褐色泥岩、灰色泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，巨厚层灰褐色和灰黄色油浸中-粗砂岩。在卫20井2302.1m处和卫79井3191.9m处均发现有厚约2.5m的巨厚层透明状膏岩层。主要的沉积构造有层内变形构造、水平层理、楔状交错层理、槽状交错层理、波状层理、透镜状层理、生物扰动构造等，发育有泥屑、波痕、槽模、水下收缩裂隙等。垂向上呈现多期次下细上粗的反旋回沉积序列和砂泥互层沉积。发现的遗迹化石包括：Palaeophycusisp.、Mermoidesisp.、Palaeophycus tubularis、Skolithosvertivalis、Taenidiumisp.、Teichichnusisp．（墙形迹未定种）、Helminthoidichnites tenuis（细小次蠕形迹）、Helminthopsisisp.（拟蠕形迹未定种）。通过对该区岩性特征、沉积构造、遗迹化石组成与分布特征，可推断卫城地区为正常三角洲沉积，包含三角洲前缘，前三角洲沉积亚相。

2.4 三春集及马厂地区沉积特征与沉积相

本次研究观察了春5井、春8井、春9-30井，以及马15井共4口取心井岩心特征。岩性主要包括深灰色-灰褐色泥岩和紫红色泥岩、灰绿色泥质粉砂岩和粉砂质泥岩、灰色泥质粉砂岩、浅灰色粉砂岩和灰黄-灰褐色油浸粉砂岩。发育有多种沉积构造，包括变形构造、槽状交错层理、植物炭屑、块状构造、脉状层理、砂纹交错层理、水下收缩裂隙、液化、泄水构造、波状层理、爬升层理等。在垂向层序上主要为下细上粗的反旋回沉积序列。发现的遗迹化石包含以下属种：Palaeophycus tubularis、Skolithos vertivalis、Planolitesmontanus、Planolitesisp.、Palaeophycusisp.、Thalassinoidesisp.（海生迹未定种），还有个别未命名遗迹有待进一步鉴别。通过对该区岩性特征，沉积构造，沉积序列以及遗迹化石组成特征，可判断该区古近系沙三段包含三角洲前缘、前三角洲沉积亚相和滨浅湖亚相。

3 遗迹化石描述

3.1 石针迹属Ichnogenus Skolithos Haldemann，1840

3.1.1 垂直石针迹［17］Skolithos vertivalisHall，1942（图2a）

管状潜穴垂直于层面分布，管径趋于一致，直径1.5mm，长约10mm。潜穴水平横断面为圆形，表面光滑。管内填充物成分与围岩相同，潜穴有薄壁，通常为上层深灰色粉砂质泥岩或浅灰色粉砂岩。研究区岩心中发现多处Skolithos vertivalis，主要分布于粉砂岩或砂泥薄互层中，离散或成群发育。

3.1.2 线形石针迹［18］Skolithos linearisHaldemann，1840 （图2b）

潜穴横断面呈圆形或椭圆形，直径2.5mm，可见延伸长度40mm，管径粗细基本一致，与层面近垂直。潜穴内部不分枝，表面光滑，弯曲或微弯曲，填充物为浅灰色或灰白色粉砂岩，围岩为灰色泥质粉砂岩。

3.1.3 石针迹未定种［19］Skolithosisp. （图2c）

潜穴高角度斜交于层面，横截面呈圆形，管径8mm，可见长度为25mm，向下直径略大于顶部。潜穴发育有泥质衬壁，呈全浮痕保存，潜穴内部不分枝，离散分布。潜穴内填充物与围岩不同，为浅灰色砂质充填，围岩是灰色泥质粉砂岩。

图2 东濮凹陷沙三段（Es3）Skolithos（石针迹属）遗迹化石特征Fig.2 Skolithos ichnofossil in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

3.2 古藻迹属 IchnogenusPalaeophycus Hall，1847

3.2.1 管状古藻迹［20］Palaeophycus tubularisHall，1847 （图3a-c）

呈平直-微弯曲的细管状潜穴，与层面平行或者与层面斜交，水平面上呈灰白色圆形或椭圆形，少量样本在横断面上出现有白色斑点。潜穴粗细均一，管径2～4mm，可见长度为10～12mm，潜穴不分枝，潜穴表面光滑，发育有薄衬壁。丰度较高，穴管之间会有相互交叉的现象。充填物颜色区别于围岩，通常为棕褐色泥岩，发育在灰绿色泥岩或灰色粉砂质泥岩中。

3.2.2 古藻迹未定种Palaeophycusisp.（图3d）

平直或局部微弯曲的细管状潜穴，与层面斜交，角度不大。在层面上表现为灰白色圆点，直径为3mm，可见延伸长度为25mm，粗细变化大，局部膨胀变大。潜穴无分支，发育有薄衬壁，无回填纹构造。充填物为浅灰色或灰白色泥质粉砂岩，围岩多为深灰色泥岩或粉砂质泥岩。

图3 东濮凹陷沙三段（Es3）Palaeophycus（古藻迹属）遗迹化石特征Fig.3 Palaeophycus ichnofossil in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

3.3 漫游迹属 IchnogenusPlanolites Nicholson，1873

3.3.1 山地漫游迹Planolites montanusRichter，1937 （图4a，b）

多平行于层面，形态近似于圆柱形，呈直或微弯曲状，潜穴不分枝，相对短小。潜穴直径1.5mm左右，可视延伸长度15mm左右，少数潜穴发生交叉排列，与层面斜交，角度较小。潜穴表面光滑无纹饰，无衬壁。充填物与围岩基本一致，为浅灰色粉砂岩或深灰色泥岩。

3.3.2 伯弗利漫游迹Planolites beverlegensisBillings，1862 （图4c）

潜穴平直或略微弯曲，直径约2mm，可见延伸长度为25mm左右，粗细变化不大，平行于层面，无分枝，潜穴不发育衬壁，表面光滑无纹饰，围岩是泥质粉砂岩，充填物与围岩相似。

3.3.3 漫游迹未定种Planolitesisp.（图4d）

较为平直的水平潜穴，直径2.5mm，不发育衬壁，平行于层面，保存在灰色泥质粉砂岩中，充填物与围岩相同。

3.4 似默米亚迹属Ichnogenus Mermoides Hu，2006

3.4.1 似默米亚迹未定种［21］Mermoidesisp. （图5）

呈线状排列，形状多变，随机弯曲形，大小较为一致，弯曲程度大但不呈环状排列。痕迹个体较小，直径1.5mm左右，延伸长度5～10mm，平行层面分布，较为密集，丰度较高。潜穴充填物颜色区别于围岩，围岩常是深灰色薄层泥岩，水平层理或发育页理。

图4 东濮凹陷沙三段（Es3）Planolites（漫游迹属）遗迹化石特征Fig.4 Planolites ichnofossil in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

图5 东濮凹陷沙三段（Es3）Mermoides（似默米亚迹属）遗迹化石特征Fig.5 Mermoides ichnofossil in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

3.5 带形迹属 Ichnogenus Taenidium Heer，1877

3.5.1 带形迹未定种［22］Taenidiumisp. （图6a）

呈平直，末端弯曲的柱状潜穴，属造迹生物进食痕迹，直径12mm，可见延伸长度为10cm左右。个体较大，与层面平行，纵切面呈圆形，潜穴不分枝，粗细变化不大，横截面上可观察到明显的新月形回填纹构造，回填纹直径略小于潜穴直径，为9mm左右。潜穴内不发育衬壁，填充物为深灰色有机质或泥岩，围岩是浅灰色粉砂岩。

3.6 墙形迹属　IchnogenusTeichichnus Seilacher，1955

3.6.1 墙形迹未定种［23］Teichichnusisp. （图6b）

具似蹼状构造的一系列直形管潜穴，外形排成墙状的隔板构造，在垂直平面的方向上，可见管状构造呈U形重叠，在层面上见到直形管，不分枝，与层面垂直或高角度斜交，长轴大部分近水平，管径约2.5mm，排列长度为15mm。填充物颜色较浅，为灰白色粉砂岩，发育于砂泥互层中。

3.7 次蠕形迹属 Ichnogenus Helminthoidichnites Fitch，1850

3.7.1 细小次蠕形迹Helminthoidichnites tenuisFitch，1850 （图6c）

呈现微弯曲状小型拖迹，直径1～1.5mm，平均可视延伸长度为25mm左右，水平于层面分布，表面光滑，延层面不规则延伸，无蛇曲形，不分叉，分布较为稀疏，丰度不高。围岩是灰黄色泥质粉砂岩，填充物颜色较围岩更深，呈灰褐色，多保存于薄层粉砂质泥岩或泥质粉砂岩底层。

3.8 拟蠕形迹属　IchnogenusHelminthopsis Heer，1877

3.8.1 拟蠕形迹未定种Helminthopsisisp.（图6d）

呈简单微弯曲状，长约12mm，宽1mm，于层面平行分布，表面光滑，轨迹无分枝，层面上易识别，多呈离散或孤立分布出现。填充物为深灰色泥岩，与围岩岩性近似。

3.9 似塔形迹属 Ichnogenus Beaconites Vialov，1962

3.9.1 似塔形迹未定种［24］Beaconitesisp.（图7a，b）

潜穴斜交于层面，在横断面上呈椭圆形，潜穴不分枝，直径约2～3mm，可见长度为30～40mm。潜穴表面光滑，内部发育有形状不规则的新月形回填纹，可见泥质衬壁。潜穴内充填物岩性与围岩相同，颜色较围岩更深，发育在灰色或黄褐色粉砂岩中，呈内迹保存。

图6 东濮凹陷沙三段（Es3）遗迹化石特征Fig.6 Ichnofossils in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

3.10 海生迹属Ichnogenus Thalassinoides Ehrenberg，1944

3.10.1 海生迹未定种［25］Thalassinoidesisp. （图7c）

在平面上呈平直-微弯曲状的圆柱形潜穴，有些与层面斜交，角度不大，潜穴在纵截面上为圆形或椭圆形，穴管直径为3.5mm，可见延伸长度为10～25mm，粗细不一，具有分枝结构，分枝处比其它部位略粗，分支形态近似于Y字形，向沉积岩层内部呈三维空间分叉。潜穴不发育衬壁，表面光滑。填充物为深灰色泥岩，发育在灰色泥岩中。

4 遗迹化石组合特征及沉积环境

4.1 Palaeophycus-Planolites遗迹组合及其沉积环境

该遗迹组合的主要组成分子有：Palaeophycus tubularis，Palaeophycusisp.，Planolitesmontanus，Planolitesisp.，Skolithos linearis，Skolithos vertivalis，Skolithos.isp.，Mermoidesisp．，以及少量的Beaconitesisp.，Cochlichnusisp.，Palaeophycus heberti，Taenidiumisp.，Teichichnusisp.，Thalassinoidesisp 等。其中以Palaeophycus和Planolites大量出现而作为群落代表，丰度和分异度较高。

图7 东濮凹陷沙三段（Es3）遗迹化石特征Fig.7 Ichnofossils in the third member of the Shahejie Formation in the Dongpu depression

该遗迹组合生态类型主要由Fodinichnia（进食迹）、Domichna（居住迹）、Pascichnia（觅食拖迹）组成，主要产自灰色薄层粉砂质泥岩与薄层细砂岩、粉砂岩互层及深灰色薄层泥岩中。伴生的沉积构造主要为交错层理、透镜状、波状和脉状层理、砂泥交互层理和平行层理，以及少量的变形层理等，解释其形成于正常三角洲前缘环境。对比遗迹化石的形态、大小和产状等特征发现，遗迹化石Skolithos一般发育在水动力条件较高的环境，在三角洲远端沙坝环境形成的遗迹化石直径较小，直径一般1～3mm；分支河道、河口坝等环境中形成的垂直潜穴直径中等（4～9mm）到较大（1～2cm）。同样，在远端出现的Palaeophycus和Planolites等遗迹化石直径也较小。对比不同微相中的遗迹化石发现，在三角洲前缘的分支河道间微相中，水动力条件较低，可以发育Helminthoidichnites tenuis，Helminthopsisisp．，Cochlichnusisp.，Mermoidesisp．等表面拖迹以及Planolites montanus，Planolitesisp.表面水平潜穴。

4.2 Planolites Helminthoidichnites遗迹组合及其沉积环境

该遗迹组合的主要组成分子有：Planolites montanus，Palaeophycus tubularis，Helminthoidichnites tenuis，Helminthopsisisp．和Mermoidesisp．等。其中以Planolitesisp、Helminthoidichnites较为常见而作为群落代表，丰度和分异度较低。

该遗迹组合遗迹化石特征主要表现为与层面平行或微倾斜觅食拖迹以及进食迹和居住迹。遗迹化石主要产自灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩以及深灰色泥岩中，其沉积环境可解释为较深湖或前三角洲，该组合在春8、春9-30、濮75、卫47等岩心井中均有发育。

5 结论

（1）东濮凹陷古近纪沙河街组沙三段发现遗迹化石10属15种，包括居住迹：Skolithos vertivalis，Skolithos linearis，Skolithosisp.，Thalassinoidesisp.，进 食 迹：Beaconitesisp.，Palaeophycus tubularis，Palaeophycusisp.，Planolitesmontanus，Planolites beverlegensis，Planolitesisp.，Taenidiumisp.，Teichichnusisp.，觅食迹：Helminthoidichnites tenuis，Helminthopsisisp.，Mermoidesisp.。居住迹发育在灰白色、浅灰色粉砂岩-细砂岩中，进食迹保存在灰色砂岩和泥岩中，觅食迹通常保存在深灰色泥岩中。

（2）根据岩性特征、沉积构造和遗迹化石的组成、分布特征，文留东-前梨园地区沙三段主要发育三角洲前缘亚相、前三角洲亚相、滨浅湖亚相沉积，并划分了反映不同沉积环境和水体深度的Palaeophycus-Planolites遗迹组合和Planolites-Helminthoidichnites遗迹组合。

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