大庆长垣南端晚白垩世孢粉组合特征及其古气候记录

徐增连，汤超，魏佳林，曾辉，肖鹏，刘华健

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170；2.中国地质调查局铀矿地质重点实验室，天津 300170）

孢粉组合是中新生代古气候和古环境研究中常用的一种恢复古植被类型的方法，其原理就是植被类型随着气候条件和气候带的改变而改变[1]。松辽盆地近50年以来的石油勘探，积累了丰富的孢粉和植物化石资料，诸多学者曾先后对盆地内白垩纪孢粉、植物化石及其组合特征和演化规律进行了研究，并建立了松辽盆地白垩纪孢粉和植物化石组合[2-8]。同时，前人还根据孢粉化石对松辽盆地白垩纪的古气候特征做过总体研究，划分出不同时期的气温带和植被类型，并对古气候变化机制作了探讨[8-10]，还用于地层对比和确定地质年代[8,11]。

随着在大庆长垣南端铀矿勘探工作的不断开展[12-16]，特别是以四方台组为重点层位布置了很多口井，使得在嫩江组-四方台组中连续取样、开展孢粉的深入研究成为可能。本文把孢粉分析作为一种手段，应用于大庆长垣南端的ZKMX15号钻井沉积物的研究，在其中发现了数量丰富、保存良好、形态特征明确的孢粉化石组合，不仅可以为我国北方地区嫩江组-四方台组孢粉组合特征的深入认识提供重要的基础资料，而且可以为松辽盆地内各构造单元间的地层对比以及大庆油田油气与铀矿勘探工作的进一步开展提供可靠的古生物依据。

1 区域地质概况

松辽盆地是我国东北地区最大的中-新生代陆相沉积盆地[17-19]。四面环山，东为张广才岭，西为大兴安岭，南为阴山-燕山造山带，北为小兴安岭。基底表现为明显的双层结构特征，下部由前寒武纪结晶基底组成，上部由古生代浅变质岩系和海西期的花岗岩组成；中、新生代沉积盖层的分布范围较广，沉积厚度总体上可以达到10 000 m以上[20]。根据基底性质和盖层的区域地质特征，松辽盆地进一步可划分为6个一级构造单元，分别为东南、东北、西南三个隆起区、北部倾没区、西部斜坡区及中央坳陷区（图1）。

图1 大庆长垣南端ZKMX15钻孔位置图Fig.1 The location of ZKMX15 core in the southern of Daqing Placanticline

研究区位于中央坳陷区的北部长垣南端。钻孔ZKMX15自下而上揭示的地层有嫩江组、四方台组和明水组（图2），嫩江组以灰色、灰绿色、浅红色粉砂岩夹薄层细砂岩为主，四方台组表现为灰绿色、红棕色细砂岩与粉砂岩、泥岩互层。

2 岩心样品孢粉分析结果

本文在钻孔ZKMX15上共采集了21块样品（图2），样品在实验室采用氢氟酸分析法处理。通过对ZKMX15井119.8～420.4 m井段的21块岩心样品镜下鉴定（表1），在上部（119.8～232.8 m）未见任何化石，中部（242.8～347.0 m）见一定数量的孢粉和绿藻化石，其丰度和分异度不一，保存状况较好，以蕨类孢子和裸子类花粉为主，两者互为优势，蕨类占31.00%～54.06%，裸子类为44.17%～55.56%，被子类花粉个别发现。下部（370.0～420.4 m）化石稀少，个别零星发现三角孢属（Deltoidospora）、海金沙孢属（Lygodiumsporites）、圆形锥刺孢属（Apiculatisporis）和苏铁粉属（Cycadopites）。具体发现孢粉化石情况如下所述：

表1 大庆长垣南端ZKMX15井孢粉统计Table 1 Statistics of sporopollen from core ZKMX15 in Songliao Basin

续表1

图2 大庆长垣南端钻孔柱状图及采样点示意图Fig.2 Sedimentary sequence and sampling location of the ZKMX15 core in the southern of Daqing Placanticline

（1）蕨类植物孢子，总计33.3%。

水藓孢属（Sphagnumsporites）、三角孢属（Deltoidospora）、桫椤孢属（Cyathidites）、小桫椤孢（C.minor）、南方桫椤孢（C.australis）、波缝孢属（Undulatisporites）、凹边孢属（Concavisporites）、金毛狗孢属（Cibotiumspora）、弓脊孢属（Retuso triletes）、圆形光面孢属（Punctatisporites）、三角粒面孢属（Granulatisporites）、圆形粒面孢属（Cyclogranisporites）、紫萁孢属（Osmundacidites）、三角锥刺孢属（Lophotriletes）、三角刺面孢属（Acanthotriletes）、三角块瘤孢属（Converruco sisporites）、圆形块瘤孢属（Verrucosisporites）、莱蕨孢属（Leptolepidites）、克鲁克孢属（Klukisporites）、非均饰孢属（Impardecispora）、大网孢属（Zlivisporis）、石松孢属（Lycopodiumsporites）、拟石松孢属（Lycopodiacidites）、三孔孢属（Triporoletes）、三圈宜昌孢（Yichangsporites tricyclosus）、有孔孢属（Foraminisporis）、凤尾蕨孢属（Pterisisporites）、膜环弱缝孢属（Aequitriradites）、具刺膜环弱缝孢（A.apinulosus）、盘旋加蓬孢（Gabonisporis labyrinthus）、希指蕨孢属（Schizaeoisporites）、小型希指蕨孢（S.minor）、瓜形希指蕨孢（S.certus）、网形希指蕨孢（S.retiformis）、光面单缝孢属（Laevigatosporites）。

（2）裸子植物花粉，总计59.7%。

雏囊粉属（Parcisporites）、小雏囊粉（P.minutus）、环圈雏囊粉（P.annulatus）、原始雏囊粉（P.parvisaccus）、单/双束松粉属（Abietineaepollenites/Pinuspollenites）、云杉粉属（Piceaepollenites）、油杉粉属（Keteleeriaepollenites）、罗汉松粉属（Podocarpidites）、破隙杉粉（Taxodiaceaepollenites hiatus）、广口粉属（Chasmatosporites）、苏铁粉属（Cycadopites）、单远极沟粉属（Monosulcites）、单沟粉属（Monocolpopollenites）、克拉梭粉属（Classopollis）、小克拉梭粉（C.parvus）、环圈克拉梭粉（C.annulatus）、隐孔粉属（Exesipollenties）、顶突粉属（Corniculatisporites）、麻黄粉属（Ephedripites）。

（3）被子植物花粉，总计6.9%。

栎粉属（Quercoidites）、华丽粉属（Callisto pollenites）、桃金娘粉属（Myrtaceidites）、无患子粉属（Sapindaceidites）、三孔粉属（Triporopollenites）、三沟粉属（Tricolpopollenites）、三孔沟粉属（Tricolporopollenites）、网纹三孔沟粉属（Retitricolporites）、网纹三沟粉属（Retitricolpites）、三孔褶皱粉（Plicapollis trinus）、小榆粉（Ulmipollenites minor）、三肋脊榆粉（Ulmoideipites tricostatus）、克氏脊榆粉（U.krempii）、多孔粉属（Polyporites）。

3 孢粉组合特征及时代分析

从ZKMX15号钻孔242.8～347.0 m岩心样品的孢粉分析结果所获得的孢粉化石群可以看出，植物孢粉具有以下组合特征：

（1）以裸子植物花粉为主，含量44.17%～55.56%，平均50.68%；蕨类植物孢子居次要位置，含量31.00%～54.06%，平均40.71%；被子植物花粉较少，含量3.47%～18.11%，平均8.61%。

图3 大庆长垣南端ZKMX15典型蕨类植物孢子Fig.3 Examples of the representative pteridophyte spore taxa recovered from the ZKMX15 core

（2）蕨类植物主要由莎草蕨科和桫椤科孢子组成，前者主要为希指蕨孢属（Schizaeoisporites），占15.89%，后者包括三角孢属（Deltoidospora）与桫椤孢属（Cyathidites），占14.74%；其余分子多为一些具颗粒、锥刺、块瘤等纹饰的类型，如三角粒面孢属（Granulatisporites）、圆形粒面孢属（Cyclogranis porites）、三角锥刺孢属（Lophotriletes）、三角块瘤孢属（Converrucosisporites）、圆形块瘤孢属（Verru cosisporites）等，基本上都为少量或零星出现；非均饰孢属（Impardecispora）、三孔孢属（Triporoletes）、盘旋加蓬孢属（Gabonisporis）等在个别样品中也有一定数量级。

（3）裸子植物花粉中以杉科花粉占优势，平均含量为22.68%；次为掌麟杉科和松科花粉，分别占11.42%与4.34%，以雏囊粉属（Parcisporites）、松粉属（Pinuspollenites）、克拉梭粉属（Classopollis）等最为常见；苏铁科、麻黄科、罗汉松科的一些属种也有少量分布，如罗汉松粉属（Podocarpidites）、苏铁粉属（Cycadopites）、麻黄粉属（Ephedripites）等。

（4）被子植物不发育，主要为三孔粉属（Triporopollenites）、三沟粉属（Tricolporopollenites）、网纹三沟粉属（Retitricolpites）、榆粉属（Ulmipollenites）等三沟、三孔沟类和榆科花粉。

根据上述孢粉化石面貌，可建立Schizaeoisporites-Taxodiaceae pollenites-Tricolporopollenites组合，此孢粉组合中含丰富的晚白垩世常见或标志孢粉化石分子，Schizaeoisporites、Verrucosispor ites、Pterisisporites、Lygodiumspor ites、Foraminisporis、Leptolepi dites、Triporoletes、Aequitriradites、Classopollis等孢粉化石，均是全球白垩纪常见的类型。Schizaeo isporites自早白垩世开始出现，主要繁盛于晚白垩世，该属的大量出现是多数地区晚白垩世孢粉组合的重要特征之一[8,21]，如江苏晚白垩世早期的浦口组，湖北晚白垩世早期的鄂西罗镜滩组等；Cyathidites延续时代较长，为中、新生代常见分子，在松辽盆地主要繁盛于泉头组-嫩江组；Yichang sporites tricyc losus见于湖北宜昌五龙组；Triporo letes是世界各地白垩纪的特征化石，本区主要见于登娄库组三、四段-嫩江组一段；Callistopollenites自姚家组开始

图4 大庆长垣南端ZKMX15典型裸子和被子植物花粉Fig.4 Examples of the representative gymnosperm and angiosperm pollen taxa recovered from the ZKMX15 core

4 古环境探讨

出现，可延至古新统[22]；榆科花粉在土伦期之后才开始逐渐繁盛，其在东北地区晚白垩世晚期已普遍发育[22-26]。

综上所述，可以确定ZKMX15钻井岩心时代为晚白垩世Campanian期。

4.1 孢粉植被类型划分方案

依据各孢粉组合的孢粉谱，结合所出现的孢粉类型母体植物的生态资料[27,28]，将孢粉各属分别归类于：针叶林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、灌木林与草本植物五个大类。

可推测是针叶树的类型有：Classopollis、Podocarpidites、Ket eleeriaepollenites、Taxodiaceae pollenites、Exesipollenites、Abie tineaepollenites、Piceaepollenites、Pinuspollenites、Parcisporites等。

可推测是常绿阔叶树的类型有：Cyathidites、Cibotiumspora、Cycadopites、Quercoidites、Myrta ceidites、Sapindaceidites、Chas matosporites等。

可推测是落叶阔叶树的类型有：Monosulcites、Ulmipollenites、Ulmoideipites等。

可推测是灌木的类型有：Concavisimisporites、Irnpardeci spora、Klukisporites、Lygodium sporites、Ephedrites、Triporo pollenites等。

可推测是草本植物的类型有：Laevigatosporites、Pterisis porites、Leptolepidites、Schizaeoi sporites、Lycopodiumsporites、Deltoidospora、Osmundacidites、Polyporites等。

4.2 孢粉气温带类型划分方案

气温带的划分是将各孢粉谱中孢粉各属分别归类于热带植物、亚热带植物、温带植物、广温性的热带-亚热带植物及热带-温带植物五大类[27，28]。

热带类型孢粉植物主要有：Cyathidites、Cibotiumspora、Concavisporites、Pterisisporites、Klukisporites、Leptolepidites、Lygodiumsporites、Cycadopites、Parcisporites、Podocarpidites、Sapindaceidites等。

热带-亚热带类型孢粉植物主要有：Delt oidospora、Schizaeoisporites、Classopollis、Mono sulcidites、Ulmoideipites等。

亚热带类型孢粉植物主要有：Exesipollenites、Taxodiaceaepollenites、Keteleeriaepollenites、Quer coidites、Tricolporopollenites等。

热带-温带类型孢粉植物主要有：Osmun dacidites、Laevigatosporites、Abietineae pollenites、Pinuspollenites、Polyporites等。

温带类型孢粉植物主要有：Piceaepollenites、Ephedripites、Triporopolleniles、Ulmipollenites等。

4.3 孢粉干湿度类型划分方案

孢粉植物干湿度的带划分是将各孢粉谱中孢粉各属按其母体植物的生态环境分别归类于旱生、中生、湿生、水生、沼生五个大类，可以划分为干旱、半干旱、半干半湿、半湿润、湿润五种孢粉干湿度类型[27，28]。

旱生的主要类型有：Pterisisporites、Leptolepidites、Classopollis、Ephedripites、Schize aoisporites、Callistopollenites、Polyporites、Tricol poropollenires等。

中生的主要类型有：Lycopodiumsporites、Cycadopites、Abietineaepollenites、Pinuspollenites、Keteleeriaepollenites、Monosulcites、Sapindaceidites、Quercoidites、Triporopollenites、Myrtaceidites、Ulmipollenites等。

湿生的主要类型有：Cyathidites、Cibotiumspora、Concavisporites、Deltoidospora、Impardecispora、Klukisporites、Lygodiumsporites、Podocarpidites、Parcisporites、Piceaepollenites、Ulmoideipites等。

沼生的主要类型有：Osmundacidites、Laevigatosporites、Exesipollenites、Taxodiace aepolle nites等。

水生的主要类型有：Sphagnumsporites。

4.4 古植被、古气候分析

应用孢粉植被的概念，依据孢粉谱和孢粉母体植物的生态特征，可以定量地划分松辽盆地白垩纪嫩江组上部沉积时期的植被类型、气温带类型、干湿度带类型等（表2）。

表2 大庆长垣南端晚白垩世孢粉植被、气候带、干湿度划分Table 2 Vegetation,climate and humidity types implied by spores and pollen from the core ZKMX15 in Songliao Basin

嫩江组上部沉积时期针叶树次占优势为50.83%，草本植物含量占24.26%，当时的植被类型应属针叶林、草丛。植被中热带组分占21.52%，热带-亚热带成分占26.01%，亚热带组分占20.64%，而温带成分仅占2.31%，其气温带属于热带-亚热带。植被中旱生的成分28.16%，中生的成分27.43%，湿生和沼生的成分分别为21.99%和15.86%，当时的气候转为半干旱半湿润。因此，该区嫩江组上部沉积时期植被类型是针叶林、草丛，属于半干旱半湿润的热带-亚热带气候。

5 结论

本文通过对采自松辽盆地大庆长垣南端地段的ZKMX15号钻井岩心样品的孢粉分析，结合已有孢粉研究资料成果，得出以下结论：

（1）根据采集的岩心样品中发现的孢粉样品分析结果显示，孢粉组合特征为裸子植物花粉占优势（44.17%～55.56%，平均50.68%），蕨类植物孢子居次要位置（31.00%～54.06%，平均40.71%），还零星出现了极少量被子植物花粉（3.47%～18.11%，平均8.61%）。通过对孢粉组合的综合分析，可以确定ZKMX15钻孔的时代为晚白垩世Campanian期。

（2）嫩江组上部沉积时期为针叶林、草丛环境，处于半干旱、半湿润的亚热带气候环境。