辽西金羊盆地SZK01井北票组孢粉组合及其地质意义

张 艳 裴昌蓉 孙守亮 万传彪 孙跃武

（1.吉林大学地球科学学院，吉林 长春 130061；2.吉林大学古生物学与地层学研究中心，吉林 长春 130026；3.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；4.中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳 110034）

0 引 言

辽西地区的北票组具有良好的生油前景［1-3］。蒲荣干等［4］在研究北票组生烃潜力的同时，发现辽西地区不同盆地的北票组地质时代并不相同，这给辽西地区北票组烃源岩特征对比带来了困难。古生物地层学和同位素地层学是解决这一问题的最好方法，而运用孢粉地层学方法解决盆地内钻井揭露的地层与盆缘露头区地层对比问题，则是古生物地层学方法中最便捷的手段之一。

辽西地区北票组的孢粉组合研究始于20世纪80年代［4-6］。蒲荣干等［4］在研究南票双塔沟H07 孔和H09 孔“北票组”孢粉组合时，认为南票双塔沟“北票组”孢粉组合层位高于北票盆地标准的北票组孢粉组合，其时代为中侏罗世，应属于海房沟组孢粉组合。蒲荣干等［5］通过研究辽西喀左杨树沟北票组建立了Marattisporites-Osmundaciaites-Chordasporites孢粉组合，组合面貌与吴洪章等［6］在北票盆地北票组上含煤段建立的孢粉组合特征基本一致，指示的地质时代为早侏罗世。刘淼等［7］在金羊盆地内的北票组露头剖面自下而上建立了3 个孢粉组合，结合同位素资料确认其地质时代为早侏罗世中晚期，这是金羊盆地内唯一发现的北票组孢粉组合化石点。尽管前人对辽西地区北票组孢粉组合研究较少，但对盆缘露头区的研究程度较高，为盆地内钻井揭露的地层对比提供了标准。

本文依据SZK01 井北票组17.3～223.5 m 井段的16 块孢粉化石数据，首次建立了金羊盆地井下北票组孢粉组合（Paleoconiferae asaccatus-Chasmatosporites hians-Alisporites parvus），作为该盆地井间地层对比以及与邻区相关地区地层对比的孢粉地层学标志，为金羊盆地井下北票组的古气候和古植被的恢复提供了证据。利用该井段孢粉颜色鉴定数据获得了北票组孢粉颜色指数（TAI），为金羊盆地油气勘探提供了有机质成熟度和古地温方面的重要信息。

1 区域地质概况

金羊盆地位于辽宁西部，系辽西4 个北东向展布的中生代陆相盆地之一［8］，盆地西侧受南天门断裂控制，与北票盆地和喀左-建昌盆地接壤，东侧与阜新-义县盆地相邻（图1（a）［9-10］），南北走向近200 km，东西约为39 km，面积为5 530 km2，是中国北方侏罗系发育最完备地区之一，为典型的火山-沉积型盆地［3］。中三叠世末以来，受印支、燕山运动影响，区内褶皱和断裂多以北东向为主，形成了由太古界—古生界构成的基底隆起和中—新生代盆地相间的构造格局［2］。金羊盆地为区内发育的小型盆地之一，盆地基底为古生界及时代更老的地层，盖层自下而上为下侏罗统兴隆沟组、北票组，中侏罗统海防沟组、髫髻山组，上侏罗统土城子组，下白垩统义县组、九佛堂组、沙海组。本文研究的北票组是以金羊盆地在接受兴隆沟组火山岩喷发后发生差异沉降、盆地进一步扩大、接受大规模湖侵形成的黑色砂泥岩为主体的沉积［2］。

金羊盆地内的北票组是辽西地区重要的含煤及生烃潜力层，确定其时代和古气候环境对进一步研究北票组有非常重要的意义。为落实北票组的油气资源潜力，弥补北票组露头少且零星分布的不足，中国地质调查局沈阳地质调查中心在金羊盆地章吉营子凹陷部署实施了4 口地质调查井，SZK01 井是其中之一（图1（a）），位于章吉营子凹陷西侧，朝阳市东北约10 km 处，临近坤头营子村，属于小干沟矿区。 该井进尺299.20 m， 获取岩心281.98 m，其中0～14.00 m 为第四系沉积物，与下伏北票组为角度不整合接触关系，14.00～299.20 m为北票组，以黑色、灰色粉砂岩和泥岩为主，底部见灰白色含角砾粗砂岩（未见底）（图1（b））。该井岩心收获率高，为开展金羊盆地北票组孢粉地层学研究提供了难得的连续取心剖面。

图1 金羊盆地构造分区及SZK01井北票组岩性综合柱状图Fig.1 Structural division of Jinyang Basin and lithological column of Beipiao Formation in Well SZK01

2 孢粉组合特征

SZK01 井北票组14.0～299.2 m 井段所取66 块孢粉样品中有21 块样品发现孢粉化石（图2），其中16 块样品孢粉化石较为丰富（表1），孢粉面貌一致，可命名为Paleoconiferae asaccatus（无囊古松柏粉）-Chasmatosporites hians（敞开广口粉）-Alisporites parvus（微小阿里粉）组合。北票组孢粉组合的建立，对金羊盆地章吉营子凹陷及地表露头剖面北票组地层划分对比提供了重要的古生物标志，也为研究区古气候分析提供了重要依据。

图2 SZK01井北票组主要孢粉化石类型Fig.2 Typical sporopollen fossils types of Beipiao Formation in Well SZK01

2.1 孢粉谱

SZK01 井孢粉化石丰富的16 块样品井深为17.3～223.5 m，涵盖了北票组的绝大部分地层（图1），依据这16 块样品中各类型的孢粉化石数量统计结果（表1），计算出北票组的孢粉谱是分析SZK01 井北票组孢粉组合特征的重要数据。

表1 SZK01井北票组孢粉化石数量Table 1 Sporopollen fossils number of Beipiao Formation in Well SZK01

2.2 组合特征

裸子植物花粉个数比占绝对优势（89.22%～99.02%），蕨类植物孢子个数比极低（0.98%～10.78%），没有见到被子植物花粉（表1）。

裸子植物花粉中，Paleoconifer 花粉的个数比最高（16.26%～56.73%），其次是Alisporites parvus（16.35%～44.95%）。Paleoconifer 见4 个类型，其中Paleoconiferae asaccatus个数比最高 （1.48%～31.73%），其次是Protopinussp.（0～23.38%）。个数比较高的还有松科的Piceaepollenitessp.（0～25.24%），罗汉松科的Podocarpiditessp.（2.70%～20.00%）和有沟类的Chasmatosporites hians（1.89%～20.39%）等，重要类型还有Quadraeculinasp.和Classopollissp.等。

蕨类植物孢子仅见到3 个类型，除了Cyclogranisporitessp.个数比（0.98%～10.78%）稍高外，Cyathiditessp.（0～0.50%）和Biretisporitessp.（0～0.95%）均为零星见到。

3 孢粉组合的地质时代

SZK01 井Paleoconiferae asaccatus - Chasmatosporites hians-Alisporites parvus孢粉组合中，蕨类植物孢子仅见3 个类型，裸子植物花粉有21 个类型，这些类型在中生代都有分布，但大多数类型在侏罗纪地层中出现的频率更高，其中也出现了少量有时代意义的类型（图2）。

3.1 Classopollis（克拉梭粉属）

Classopollis在辽西地区中生代的分布规律是晚三叠世缺乏，早侏罗世稀少，中侏罗世延安组时期上升为重要地位，而晚侏罗世达到最高峰［4］。当前SZK01 井克拉梭粉Classopollis仅零星发现（0～1.83%），应属于早侏罗世的特征。

3.2 Quadraeculina（四字粉属）

Quadraeculina是三叠纪—早白垩世分布的典型分子，主要分布于北半球中生代，在中国陕甘宁、内蒙古及辽西中侏罗世相对发育，特别是中侏罗世晚期最为繁盛［11］。在辽西喀左杨树沟地区的早侏罗世中晚期北票组个数比较低（0～1.2%），朝阳良图沟地区中侏罗世早中期的海防沟组有所增高（0～4.1%）［5］，在北票冠山60-101 孔和三宝矿北票组上含煤段发现的Quadraeculina个数比为1.4%［6］，在位于坤头营子地区的北票组剖面露头上发现的Quadraeculina个数比为0～1.1%［7］。SZK01 井北票组有7 块样品见到Quadraeculina（0.50%～1.94%），其个数比与上述3 个化石点的北票组相近，均属于零星分布，呈现了早侏罗世中晚期的特点。

3.3 Chasmatosporites（广口粉属）

Chasmatosporites是晚三叠世至早侏罗世的常见分子，但在下侏罗统更为普遍［12］，在德国、英国、瑞典、荷兰和苏联早侏罗世地层中均大量分布［12-13］，在中国的湖南观音滩组、新疆八道湾组、甘肃炭洞沟组其含量均很丰富［14］。在位于坤头营子地区的北票组剖面露头上发现的Chasmatosporites也很丰富，如C.sp.为0～10.3%，C.hians为0～18.6%，C.triangularis为0～10.9%［7］。C.hians首见于瑞典的瑞替阶—里阿斯统，但在中侏罗统尚未见有报道［6］。SZK01 井C.hians也十分繁盛（1.89%～20.39%），丰富程度与坤头营子地区的北票组剖面Chasmatosporites大体相当，呈现出早侏罗世中晚期的特征。

3.4 Paleoconifer（古松柏类花粉）

古松柏类花粉在早侏罗世就已经开始出现，在苏联的留依盆地和秋明盆地，早侏罗世气囊分化不好的古松柏类花粉较多，中侏罗世就少见，陕甘宁盆地早侏罗世富县组古松柏类花粉较多，而到了中侏罗世延安组古老类型则很少［15-17］，从这一规律来看，古松柏类花粉十分繁盛的坤头营子地区北票组和金羊盆地章吉营子凹陷的地质时代也应在早侏罗世的范畴。

3.5 孢粉组合对比

从孢粉组合特征来看，SZK01 井北票组孢粉组合与相距不远的坤头营子地区北票组露头剖面及其相似。

前者孢粉组合中没有出现晚三叠世孑遗分子Taeniaesporites，和中三叠世—早侏罗世的重要分子Asseretospora［18］，因而和后者北票组的下部的第一孢粉组合有区别，但与中上部的第二和第三组合可以很好对比。

例如SZK01 井北票组Paleoconiferae asaccatus-Chasmatosporites hians-Alisporites parvus孢粉组合中裸子植物花粉个数比占绝对优势（89.22%～99.02%），蕨类植物孢子个数比低（0.98%～10.78%），没有见到被子植物花粉（表1）。坤头营子地区北票组露头剖面第二孢粉组合（Protopinus-Paleoconiferus-Alisporites）中裸子植物花粉占绝对优势（86.10%～100%），蕨类植物孢子数量和种类均较少（0～13.90%），没有见到被子植物花粉；第三孢粉组合（Monosulcites-Protopinus-Paleoconiferus）中裸子植物花粉占绝对优势（92.10%～100%），蕨类植物孢子个数比极低（0～7.90%），没有见到被子植物花粉。在孢粉组合3 大类的个数比上，SZK01 井与坤头营子露头剖面的北票组是十分接近的。除了前文指出的Chasmatosporites hians和古松柏类花粉繁盛程度基本一致外，两者的Alisporites parvus、Piceaepollenitessp.、罗汉松科的Podocarpiditessp.和Cyclogranisporitessp.等也都是各自组合中的高含量分子，均未出现晚三叠世特征分子Taeniaesporites rhaeticus和Lucckisporites triassicus等，也未见一些中侏罗世的特征分子，如Concavissimisporites、Callialasporites和Cerebropollenites等，据此认为两者孢粉组合完全可以对比，地质时代大致为早侏罗世中晚期。

坤头营子露头剖面的北票组顶部有花岗斑岩侵入，所测LA-ICP-Ms 锆石U-Pb年龄为172.6±1.3 Ma，可确定花岗斑岩侵入时期为中侏罗世早期，北票组下伏地层兴隆沟组安山岩LA-ICP-Ms锆石U-Pb 同位素年龄为189 Ma，故北票组锆石U-Pb年代学研究结论是其地质时代为172.6～189 Ma［7］，与孢粉确定的时代基本一致。

综上所述，SZK01 井北票组Paleoconiferaeasaccatus-Chasmatosporites hians-Alisporites parvus孢粉组合的地质时代为早侏罗世中晚期。

4 古植被及古气候

国内运用孢粉植被的概念，依据孢粉谱和孢粉母体植物的生态特征，对白垩纪和侏罗纪各岩石地层单元的古植被和古气候进行定量研究已经有许多实例［7，15-16，19-24］。前人［7］对金羊盆地内坤头营子地区露头剖面北票组早侏罗世孢粉植被和古气候作了研究，为本文金羊盆地章吉营子凹陷SZK01 井北票组古气候地层学对比提供了重要参数。本文结合孢粉指示的母体植物的生态学特征，定量研究了SZK01 井北票组沉积时期的植被类型（表2）、干湿度类型（表3）和气温带类型（表4），这在金羊盆地钻井剖面的北票组还是首次。

表2 SZK01井北票组植被类型Table 2 Vegetation types of Beipiao Formation in Well SZK01

表3 SZK01井北票组干湿度类型Table 3 Humidity types of Beipiao Formation in Well SZK01

表4 SZK01井北票组气温带类型Table 4 Temperature zone types of Beipiao Formation in Well SZK01

SZK01 井北票组17.3～223.5 m 井段沉积时期母体植物属于针叶树的孢粉类型的个数比占绝对优势，均值为83.15%，最高可达90.83%；常绿阔叶树（1.89%～20.39%）具有一定个数比；而灌木（0.98%～10.78%）和落叶阔叶树（0～5.71%）的个数比较低，草本植物少见（0～0.95%），表明北票组沉积时期的植被景观很稳定，其植被类型一直为针叶林（表2）。

SZK01 井北票组17.3～223.5 m 井段沉积时期指示母体植物为湿生（45.10%～71.15%）的孢粉个数比占优势，其次为中生（28.85%～50.98%）类型，而指示母体植物为旱生（0～1.83%）和沼生（0～0.95%）的孢粉类型较罕见，未见指示水生的孢粉类型。按照高瑞祺等［16］和许坤等［19］的干湿度类型划分标准，SZK01 井北票组17.3～223.5 m 井段沉积时期可划为湿润类型。因此SZK01 井北票组沉积时期的干湿度应为湿润类型（表3）。

SZK01 井北票组17.3～223.5 m 井段沉积时期指示母体植物为温带类型的孢粉个数比占优势（61.47%～84.16%），其次是热带—亚热带类型（2.83%～21.36%）和热带类型（2.70%～20.00%），热带—温带类型（2.83%～11.71%）低，而亚热带类型（0～0.98%）罕见，属于典型的温带类型（表4）。

综上所述，SZK01 井北票组17.3～223.5 m 井段沉积时期为针叶林植被，湿润的温带气候，其古植被景观和古气候特征很稳定，没有大的波动，这与坤头营子露头剖面的北票组中上部孢粉植被类型和古气候特征完全一致［7］，从孢粉古气候地层学的角度也证实二者的地质时代完全相同。

5 孢粉颜色指数与有机质成熟度

孢粉化石是有机质的重要组成部分，是良好的生油母质之一。孢粉化石的热变质作用及其颜色变化可以反映有机质的成熟度，分析有机质的成熟阶段，进而在孢粉学角度为金羊盆地油气勘探提供重要的依据。

本文依据金羊盆地SZK01 井北票组17.3～223.5 m 井段丰富的孢粉化石颜色数据，计算了孢粉颜色指数（表5），推算其有机质成熟度，可作为金羊盆地石油勘探部署的重要参考数据。

表5 SZK01井北票组孢粉化石颜色指数Table 5 Sporopollen fossils color index of Beipiao Formation in Well SZK01

国内外对孢粉化石颜色色级划分方案尚未统一［16，25-27］，本文采用赵传本等［25］七级色级划分方案，即淡黄、黄、棕黄、棕、深棕、棕黑和黑。16 块样品的1 967 粒孢粉化石颜色统计数据表明，SZK01 井北票组的孢粉化石颜色以棕色为主，孢粉颜色指数为3.90～4.01。

按照松辽盆地白垩纪孢粉颜色指数与有机质成熟度对应标准［13］判别，SZK01 井北票组有机质成熟度处于低成熟阶段，对应的古地温为60～110 ℃，是生油和与找油的主要层位。

按照郑国光等［26］孢粉颜色指数与有机质成熟度对应标准判别，SZK01 井北票组有机质成熟度属于高成熟阶段，对应的古地温为60～135 ℃，处于石油生成带上部，判别结论也是生油和与找油的主要层位。

6 结 论

（1）金羊盆地SZK01 井北票组17.3～223.5 m 井段孢粉化石丰富，建立Paleoconiferae asaccatus-Chasmatosporites hians-Alisporites parvus孢粉组合，可作为金羊盆地北票组地层对比的孢粉地层学标准。

（2）SZK01 井北票组孢粉组合中的特征分子确定的地质时代为早侏罗世中晚期，其孢粉组合面貌与同盆地坤头营子露头剖面的北票组中上部孢粉组合特征一致，结合露头剖面北票组锆石U-Pb年代学（172.6～189 Ma）数据，综合确定SZK01 井北票组孢粉组合的地质时代为早侏罗世中晚期。

（3）SZK01 井北票组17.3～223.5 m 井段16 块孢粉岩心样品的古植被、古干湿度和古气温带数据表明，北票组沉积时期为针叶林植被景观，湿润的温带气候，与同盆地坤头营子露头剖面的北票组中上部孢粉植被类型和古气候特征完全一致。

（4）SZK01 井北票组17.3～223.5 m 井段16 块样品的1 967 粒孢粉化石颜色统计数据表明，SZK01 井北票组的孢粉化石颜色以棕色为主，孢粉颜色指数为3.90～4.01，反映出其有机质成熟度处于低成熟—高成熟阶段，对应的古地温为60～135 ℃，是生油和与找油的主要层位。