松辽盆地北部黑富地1 井晚二叠世孢粉组合特征及意义

2022-05-12张德军郑月娟张海华陈树旺李雨柯

地质与资源 2022年2期

张德军，郑月娟，张海华，黄欣，张健，陈树旺，李雨柯

1. 中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳 110034；2. 中国地质科学院地质研究所/自然资源部地层与古生物重点实验室，北京 100037；3. 中国地质调查局牡丹江自然资源综合调查中心，黑龙江牡丹江 157000

0 前言

东北地区在大地构造位置上归属于兴蒙造山带（中亚造山带）东段，长期以来被认为是研究古亚洲洋最后消亡的关键地段，因此华北板块与西伯利亚板块的最终缝合位置、拼贴时代一直是东北地区基础地质研究中争论的焦点问题之一. 目前多数学者倾向认为西拉木伦河－长春－延吉断裂带是两大板块的最后缝合带，但对最终拼合的时间仍存在分歧，通过对岩浆活动、古地磁、古生物地理区系等多学科的研究，有些学者倾向于最终拼合的时间为晚二叠世［1-2］，大多数学者则认为最终拼合的时间为二叠纪末—早三叠世［3-7］及早中三叠世［8-10］. 除了上述研究领域外，研究区二叠纪—三叠纪地层的发育特征也是板块碰撞的重要判别标志.

近年来，针对松辽盆地及外围晚古生代地层先后开展了一系列油气地质调查项目，结果表明：松辽盆地外围晚古生代地层大部分仍未变质［11-13］；上二叠统林西组发育有巨厚的暗色泥页岩，具有较好的页岩气资源前景［14-16］；松辽盆地深部石炭系—二叠系中发现了天然气藏显示［17-19］. 对松辽盆地及外围晚二叠世—早三叠世地层发育特征的研究是其晚古生代油气资源调查与勘探的重要基础.

上二叠统是松辽盆地外围最发育的晚古生代地层之一，广泛分布于大兴安岭、小兴安岭北部及哈尔滨东部、吉林中部，分别称林西组、红山组和杨家沟组，分布于松辽盆地内部的称为四站板岩组. 分布于松辽盆地西部大兴安岭地区的林西组因处于特殊的大地构造位置，其形成的构造环境，与华北与西伯利亚两大板块最终对接缝合的位置与时代密切相关，长期以来一直受到地质学家关注. 林西组中赋含双壳、叶肢介、介形虫、植物及孢粉化石，不同研究者分别对林西组化石组合特征及时代、生物古地理特征等进行了研究和探讨［20-27］，认为其时代为晚二叠世，其中植物Comia-Callipteris-Iniopteris 组合也分布于红山组和杨家沟组，因此林西组、红山组、杨家沟组可相互对比［28］.

相比之下，因客观条件的限制，松辽盆地内部晚古生代地层研究程度较低，目前能确认的主要为二叠系，前人将其自下而上划分为：下二叠统杜尔伯特板岩组、中二叠统一心组、上二叠统林甸蚀变火山岩组和四站板岩组，但仅在杜101 井发现可以确定时代的海相动物化石群，并据此建立了中二叠世一心组［29］，其他3个组均非正式的岩石地层单位.万传彪等［30］根据杜101井测井资料将杜尔伯特板岩组和一心组统一称为哲斯组，将哲斯组引入松辽盆地，认为其可与松辽盆地西部的哲斯组及东部的土门岭组对比. 虽然钻遇上二叠统四站板岩组的钻孔很多，但未发现任何化石，只根据岩性组合与盆地周缘林西组及红山组大致对比.

近年来，中国地质调查局沈阳地质调查中心在松辽盆地西缘开展油气基础地质调查工作，以上二叠统林西组为主要目的层实施了多口地质调查井，在位于松辽盆地北部的黑富地1 井上二叠统四站板岩组中发现晚二叠世孢粉化石，这一发现为进一步完善东北地区晚古生代地层划分对比格架，研究东北地区构造演化以及松辽盆地及外围晚古生代油气基础地质调查提供了基础资料.

1 样品采集及分析方法

黑富地1 井位于松辽盆地北部黑龙江省富裕县境内，构造位置位于松辽盆地西斜坡区（图1），设计井深2000 m，完钻深度2089.4 m. 依据古生物化石、岩性、地震解译和电性特征等资料，参考区域地层发育情况，暂将黑富地1 钻遇地层自下而上划分为：上二叠统林西组、下白垩统泉头组、上白垩统第四系. 林西组（2089.4～1386.42 m）上部为灰黑色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹灰色砂岩、粉砂岩、紫灰色泥质粉砂岩、粉砂岩，局部夹凝灰岩、凝灰质砂岩等；下部以红柱石板岩、绢云母板岩为主，夹有灰黑色粉砂岩、泥质粉砂岩、灰色粉砂岩、砂岩及少量硅质岩、灰岩等. 泉头组（1386.42～1181.8 m）为一套杂色、暗红色砂砾岩沉积，底部以灰紫色细砾岩与下伏地层（林西组）呈不整合接触，在1338.9 m、1381.1 m 处采获大量孢粉化石，时代为早白垩世晚期—晚白垩世早期（另文报道）.1181.8～202.4 m 为上白垩统，202.4～0 m 为第四系松散砂砾层.

图1 松辽盆地北部黑富地1 井位置图（修改自文献［31］）Fig. 1 Location map of HFD1 well in northern Songliao Basin（Modified from Reference［31］）1—盆地边界（basin boundary）；2— 一级构造界线（first-order tectonic boundary）；3—钻孔及编号（borehole and number）

笔者在黑富地1 井1386.42～2020.5 m 井段共采集38 件样品，其中25 件样品中发现孢粉化石，1515～2020.5 m 井段共计19 件样品发现了较多的孢粉化石.孢粉化石分析使用盐酸和氢氟酸分别除去钙质和硅质，使用OlympusBX51 生物显微镜观察鉴定化石. 化石分析和鉴定由吉林大学古生物学与地层学研究中心孢粉试验室完成. 采样剖面具体层序如下.

2 孢粉化石组合特征

如上文所述，1515～2020.5 m 井段发现了较多的孢粉化石，共鉴定出蕨类植物孢子3 属3 种，裸子植物花粉26 属38 种（图2）. 蕨类植物孢子有Cyclogranisporitessp.，Calamospora liquida，Dictyotriletessp. 无肋双气囊花粉有：Alisporites communis，Klausipollenites schaubergeri，K. sp.，Platysaccus papilionis，P. sp.，Piceaepollenites opimus，Pi.sp.，Cedripitescf.Pensilis，Abiespollenitessp.，Pityosporitessp.，Vesicaspora acrifera，V. exposita，Falcisporites sublevis，F.nuthallensis，Vestigisporitessp.，Parcisporites scabratus，Voltziaceaesporites xinjiangensis；具肋双气囊花粉有：Protohaploxypinus expletus，P. fertilis，P.bellus，P.sp.，Hamiapollenites indistinctus，H.sp.，Striatoabieites pachydermus，S.sp.，Striatopodocarpitessp.，Vittatinasp.，Lunatisporitessp.；单气囊花粉有Cordaitinasp.，Florinites luberae，Potonieisporites stenolomus，P.sp.，Divarisaccuscinctus，Samoilovitchisaccitessp.，Crucisaccites variosulcatus，另有分类位置不明的花粉Zonalasporites delicatus，Z.rugoverrucatus，Triangulisaccites boleensis. 化石在井中的分布如表1（扫描首页OSID 二维码可见）.

图2 黑富地1 井林西组孢粉化石Fig. 2 Microphotographs of sporopollen fossils from the Upper Permian Linxi Formation in HFD1 well1—Alisporites communis，样品号：HFD1－25；2—Piceaepollenites opimus，样品号：HFD1－67；3—Piceaepollenites sp.，样品号：HFD1－33；4—Platysaccus papilionis，样品号：HFD1－43；5—Vesicaspora acrifera，样品号：HFD1－67；6—Klausipollenites schaubergeri，样品号：HFD1－25；7—Falcisporites sublevis，样品号：HFD1－43；8—Vittatina sp.，样品号：HFD1－49；9—Protohaploxypinus fertilis，样品号：HFD1－25；10—Protohaploxypinus sp.，样品号：HFD1－43；11—Lunatisporites sp.，样品号：HFD1－83；12—Hamiapollenites indistinctus，样品号：HFD1－43；13—Hamiapollenites sp.，样品号：HFD1－47；14—Cordaitina sp.，样品号：HFD1－25；15—Potonieisporites stenolomus，样品号：HFD1－65；16—Potonieisporites sp.，样品号：HFD1－67；17—Divarisaccus cinctus，样品号：HFD1－53；18—Crucisaccites variosulcatus，样品号：HFD1－45；19—Florinites luberae，样品号：HFD1－53（孢粉化石保存在吉林大学地层古生物学与地层学研究中心）

根据出现的重要分子的数量，称为Protohaploxypinus fertilis－Piceaepollenites opimus－Alisporites communis组合，组合特征如下：

1）裸子植物花粉占绝对优势地位（86.96%～100%），蕨类植物孢子较低（0～13.04%），且属种贫乏.

2）裸子植物花粉以无肋双囊粉含量最多（17.39%～66.67%），其次为具肋双囊粉（16.67%～60.87%），单气囊花粉含量较少（8.33%～18.18%）. 含量最高的是Protohaploxypinus fertilis，P.sp.，Piceaepollenites opimus，Pi. sp.，Potonieisporitessp.，Alisporites communis，Abiespollenitessp.，Platysaccussp.，Falcisporites sublevis，其次是Hamiapollenitessp.，Vesicaspora acrifera，Parcisporites scabratus，零星出现的有Pityosporitessp.，Klausipollenites schaubergeri，K.sp.，Platysaccus papilionis，Falcisporites nuthallensis，Vesicaspora exposita，Vestigisporitessp.，Cedripitescf.pensilis，Voltziaceaesporitesxinjiangensis，Protohaploxypinus expletus，P. bellus，Hamiapollenites indistinctus，Striatoabieites pachydermus，S.sp.，Striatopodocarpitessp.，Lunatisporitessp.，Vittatinasp.，Florinites luberae，Cordaitinasp.，Potonieisporites stenolomus，Samoilovitchisaccitessp.，Divarisaccus cinctus，Crucisaccites variosulcatus，Zonalasporites delicatus，Z. rugoverrucatus，Triangulisaccites boleensis等.

3）蕨类植物孢子均为无环三缝孢，以Cyclogranisporitessp. 占绝对优势，Calamosporasp. 和Dictyotriletessp. 零星出现.

3 孢粉组合时代分析

该孢粉组合含有丰富的具肋纹和无肋纹的双囊粉，这是上二叠统常见的特征. 另外，发现了很多二叠纪常见的孢粉化石属种. 含量最高的Protohaploxypinus是晚二叠世的重要分子［32］，在准噶尔盆地二叠系—三叠系、陕甘宁盆地南部下二叠统、山东北部上石盒子组、澳大利亚昆士兰Bowen 盆地二叠系—三叠系中都有不同程度的分布［33］. 含量次之的Piceaepollenites，Potonieisporites在新疆皮山杜瓦普司格组晚二叠世地层中有较高的含量［34］，塔里木西南晚二叠世杜瓦组的孢粉组合甚至被命名为Piceaepollenites－Gardenasporites组合［35］，Piceaepollenitesopimus曾见于新疆空谷阶金沟组及华北东濮长兴阶—印度阶［36-37］，Potonieisporites stenolomus见于新疆平地泉组［37］.Alisporites communis见于新疆［37-38］，内蒙古阿鲁科尔沁旗［25］、巴林右旗［39］、林西［40］，贵州威宁［41］等地乐平统—下三叠统底部.Hamiapollenites，Cordaitina，Florinites luberae，Klausipollenites schaubergeri，Platysaccus papilionis，Vittatina等也为二叠纪常见属种［33，42-47］.Hamiapollenitesindistinctus见于新疆地区上二叠统［37，48］.Divarisaccus属模式种产于印度二叠纪地层中，Divarisaccuscinctus见于新疆、贵州北部的二叠系中［37，49］，在内蒙古阿荣旗见于上二叠统林西组［50］.Crucisaccites variosulcatus见于新疆［37-38］、甘肃永昌和肃南［51］、内蒙古巴林右旗［39］二叠系—三叠系初期.Falcisporites分布在二叠系，新疆北部见于吉木萨尔县三台大龙口泉子街组—锅底坑组，伊宁县潘吉木的铁木里克组，吉木萨尔县沙丘河－帐篷沟井区的平地泉组，韭菜园组底部也有该属化石存在［52］，在田杜瓦地区晚二叠世晚期地层中（梧桐沟组）亦有分布［43］，另外该属也见于大兴安岭地区林西组［25］和幸福之路组［39］.

除了特征分子外，当前孢粉组合还可与新疆准噶尔盆地、塔里木盆地及华北等地晚二叠世孢粉组合对比. 如与准噶尔盆地锅底坑组中下部、梧桐沟组相同的分子有20 个属种：Cyclogranisporites，Calamospora，Dictyotriletes，Alisporites communis，Klausipollenites schaubergeri，Platysaccus papilionis，Piceaepollenites，Vestigisporites，Protohaploxypinus，Hamiapollenites，Striatoabieites，Florinites luberae，Potonieisporites，Cedripitescf.pensilis，Vesicaspora，Falcisporites nuthallensis，Crucisaccites variosulcatus，Cordaitina，Striatopodocarpites，Samoilovitchisaccites［37，44-45］；与新疆和田杜瓦晚二叠世梧桐沟组相同的属种有：Calamospora，Alisporites，Klausipollenites schaubergeri，Platysaccus papilionis，Abiespollenites，Vesicaspora，Falcisporites，Protohaploxypinus，Hamiapollenites，Striatoabieites，Striatopodocarpites，Vittatina，Cordaitina，Florinites，Potonieisporites［43］；新疆皮山杜瓦晚二叠世普司格组最上部主要孢粉化石有16 个属，其中12 个属见于当前孢粉组合中：Cyclogranisporites，Potonieisporites，Protohaploxypinus，Vittatina，Vesicaspora，Cordaitina，Crucisaccites，Piceaepollenites，Alisporites，Striatopodocarpites，Hamiapollenites，Vestigisporites［34］；新疆三塘湖盆地晚二叠世芦草沟组占主导地位的6 个属种全部出现在当前组合中，具体为Cordaitina，Hamipollenites，Protohaploxypinus，Striatopodocarpites，Alisporites，Striatoabieites，其他相同的属种为Calamospora，Cyclogranisporites，Platysaccus papilionis，Crucisaccites，Florinites，Vittatina［33］. 与山西柳林晚二叠世晚期孙家沟组相同的属种为Calamospora，Cyclogranisporites，Cordaitina，Florinites，Potonieisporites，Alisporites，Klausipollenites schaubergeri，Platysaccus papilionis，Falcisporites，Pityosporites，Vestigisporites，Protohaploxypinus，Striatopodocarpites，Striatoabieites，Vittatina［53］.

近年来，松辽盆地外围晚二叠世林西组也发现孢粉化石［25-26］，其中一些常见于晚二叠世的分子，如Calamospora，Cyclogranisporites，Vesicaspora，Klausipollenites schaubergeri，Platysaccus papilionis，Piceaepollenites，Falcisporites sublevis，Vittatina，Protohaploxypinus，Florinites luberae，Cordaitina，Potonieisporites，Vestigisporites，Alisporites communis也见于当前孢粉组合中.当前孢粉组合与突泉盆地突D2 井林西组孢粉化石也具有一定的可比性，相同的属种有：Cyclogranisporites，Alisporites communis，Klausipollenites schaubergeri，Pityosporites，Hamiapollenitesindistinctus，Lunatisporites，Divarisaccuscinctus，Piceaepollenitesopimus，Samoilovitchisaccites［54-55］.

综上所述，当前孢粉组合的时代应为晚二叠世，且与新疆北部晚二叠世孢粉组合关系较为密切.

4 地层区域对比及意义

松辽盆地是中国陆相生油盆地的典型代表，白垩纪地层非常发育，但对白垩系之下地层的研究还较薄弱. 随着松辽盆地深部针对晚古生代地层的石油地质综合研究和勘探力度持续加大［56-57］，数十口井钻遇了晚古生代地层，但地层划分对比一直缺乏有效手段，依靠岩性和地震解译很难建立可靠的晚古生代地层系统，杜101 井二叠纪海相动物化石的发现，为松辽盆地深层中二叠世地层与盆地周缘的对比提供了可信的依据，大兴安岭地区的哲斯组可引入盆地内，将原杜尔伯特板岩组及一心组统称为哲斯组，但晚二叠世地层的对比一直没有确切的时代依据.

松辽盆地西部大兴安岭地区上二叠统林西组非常发育，研究程度也相对较高，含有双壳、叶肢介、介形虫、植物、孢粉等多门类化石，尤其是多地发现具有明确时代意义的饱粉化石［25-26，40，54，58］，在黑富地1 井1515～2020.5 m 井段发现的孢粉化石组合特征与盆地西部林西组孢粉组合有可比性，含孢粉化石井段的岩性主要为灰色、灰黑色粉砂岩和黑色泥岩，局部夹凝灰岩、凝灰质砂岩，与盆地周边晚二叠世地层岩性相符，因此笔者将大兴安岭地区晚二叠世林西组引入盆地内代替原四站板岩组，将赋含化石井段地层划为林西组.

松辽盆地处于西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块挟持的构造复合交切部位，是一个动力学背景十分复杂的盆地，从目前研究情况看，盆地内中晚二叠世地层均可以与盆地周缘对比，说明二叠纪时期包括松辽盆地在内的整个东北地区处于相同的构造背景之下，具有相同的沉积演化历史，推测松辽盆地外围广泛分布的晚二叠世林西组巨厚暗色泥岩，在松辽盆地内部同样分布广泛，有望成为重要的油气勘探层系.