東辛地區(qū)沙三段遺跡化石特征與沉積環(huán)境分析

陳秀艷，姜在興，師晶，徐杰

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；3.香港天地能源服務(wù)有限公司北京代表處，北京 100015）

東辛地區(qū)沙三段遺跡化石特征與沉積環(huán)境分析

陳秀艷1，姜在興2，師晶3，徐杰2

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；3.香港天地能源服務(wù)有限公司北京代表處，北京 100015）

通過(guò)巖心觀察及沉積分析，東辛地區(qū)沙三段發(fā)育大量的生物潛穴、逃逸構(gòu)造、擾動(dòng)構(gòu)造及生物實(shí)體化石和印模，可進(jìn)一步識(shí)別為居住跡（Domichnia）、進(jìn)食跡（Fodinichnia）、牧食跡（Pascichnia）3大類。根據(jù)組合特征，可劃分為Cochlichnus anguineus，Planolites montanus和Skolithos-Planolites 3種遺跡組合。沙三下亞段發(fā)育Cochlichnus anguineus遺跡組合及完整魚(yú)化石，代表相對(duì)安靜的低能沉積環(huán)境；沙三中亞段發(fā)育Planolites montanus遺跡組合，見(jiàn)逃逸構(gòu)造和擾動(dòng)構(gòu)造，表明水體存在動(dòng)蕩時(shí)期，但大部分時(shí)間處于相對(duì)安靜環(huán)境；沙三上亞段發(fā)育Skolithos-Planolites遺跡組合，見(jiàn)擾動(dòng)構(gòu)造、螺類化石及印模，代表處于高能沉積環(huán)境。整體表明，該區(qū)沙三段沉積時(shí)期，從下至上水體逐漸變淺，水動(dòng)力條件逐漸增強(qiáng)。

遺跡化石；遺跡組合；沉積環(huán)境；東辛地區(qū)

生物遺跡化石多數(shù)都在原地形成，并隨沉積物固結(jié)成巖而保存下來(lái)，通常不會(huì)再被搬運(yùn)轉(zhuǎn)移，所以生物遺跡化石是判別沉積環(huán)境的良好標(biāo)志［1］。遺跡相的概念最早由A.Seilacher提出，指與某種沉積相有關(guān)的特定遺跡化石組合［2］。目前，根據(jù)海水深度由陸至海可劃分出6種或10種遺跡相模式［3］。遺跡化石作為生物行為的結(jié)果，受生物行為及環(huán)境變化影響，具有“一物多跡”和“異物同跡”的現(xiàn)象［4］，因此，遺跡相含有沉積學(xué)研究?jī)?nèi)容，是沉積環(huán)境研究的一個(gè)重要方面。筆者通過(guò)詳細(xì)觀察東辛地區(qū)9口取心井發(fā)現(xiàn)，在沙三段沉積時(shí)期，含有大量的生物潛穴及逃逸構(gòu)造，這對(duì)該區(qū)的沉積環(huán)境分析具有很好的指示意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東辛地區(qū)位于東營(yíng)凹陷中央斷裂背斜帶中東段，三面鄰?fù)荩编徝褙S洼陷，西鄰利津洼陷，南鄰牛莊洼陷（見(jiàn)圖1）。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育，是復(fù)雜斷塊油氣藏的典型代表［5］。

圖1 研究區(qū)位置

研究區(qū)內(nèi)沙三段厚500～1 200 m，分為上、中、下3部分。其中，沙三下亞段為泥巖、油頁(yè)巖及石英砂巖，厚約150～200 m；沙三中亞段主要為深灰色厚層泥巖，夾少量細(xì)砂巖、粉砂巖，厚約600 m，發(fā)育多套三角洲—濁積砂體，也是東營(yíng)凹陷油氣儲(chǔ)集體的重要類型之一［6］；沙三上亞段為塊狀細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖及頁(yè)巖，厚約500 m（見(jiàn)圖2）。

據(jù)山東區(qū)域地質(zhì)志介紹，沙三段產(chǎn)有介形、腹足、輪藻、藻類、魚(yú)類及孢粉植物7個(gè)門類的化石，除植物外，其他門類的屬種和數(shù)量都比較豐富，特征明顯且穩(wěn)定。這些種類生物及遺跡化石的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于地層對(duì)比和時(shí)代確定具有重要意義。

2 遺跡化石種類及特征

通過(guò)詳細(xì)觀察東辛地區(qū)9口取心井，按生態(tài)或造跡生物的行為習(xí)性分類，在沙三段三角洲—滑塌濁積扇—湖泊沉積體系中［7］，發(fā)現(xiàn)大量形態(tài)清晰的動(dòng)物遺跡化石和逃逸構(gòu)造，以各種產(chǎn)狀的潛穴為主，包括居住跡（Domichnia）、進(jìn)食跡（Fodinichnia）、牧食跡（Pascichnia）3大類，可進(jìn)一步識(shí)別出Skolithos，Planolites，Cochlichnus，此外，還發(fā)現(xiàn)魚(yú)化石以及腹足類和介形類的印模（見(jiàn)圖2）。根據(jù)遺跡化石的形態(tài)、大小、賦存的巖性差異以及保存狀態(tài)，分析推測(cè)這些化石的造跡生物多數(shù)為軟體動(dòng)物類，并且生物潛穴主要保存在粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖或砂泥互層的巖層內(nèi)。

2.1 居住跡（Domichnia）

石針跡屬 Ichnogenus Skolithos（Haldemann，1840）

線狀石針跡 Skolithoslinearis（Haldemann，1840）（見(jiàn)圖3a、圖3b-①）；垂直石針跡Skolithos verticalis（Hall，1942）（見(jiàn)圖3b-②、圖3c）

描述 Skolithos linearis主要分布于灰黑色泥質(zhì)粉砂巖或褐灰色粉砂巖中，個(gè)體較大，常單獨(dú)出現(xiàn)，簡(jiǎn)單垂直管狀潛穴，不分枝，與層面垂直或高角度傾斜，直徑約6～10 mm，外壁光滑，無(wú)襯壁，被動(dòng)充填，充填物為淺灰色細(xì)砂巖，內(nèi)跡保存。

Skolithos verticalis主要出現(xiàn)在砂泥薄互層中，常彎曲，個(gè)體較小，成群出現(xiàn)，被動(dòng)充填，泥質(zhì)或細(xì)粉砂質(zhì)充填，較細(xì)小的針狀潛穴，長(zhǎng)約1 cm，直徑約2 mm，橫斷面呈圓形或亞圓形，外壁光滑，無(wú)襯壁，內(nèi)跡保存，與層面垂直或高角度傾斜。

討論 Skolithos linearis與Skolithos verticalis的主要區(qū)別是前者個(gè)體大，孤立狀分布，潛穴為直管狀；后者個(gè)體小，潛穴管略彎曲。

產(chǎn)地層位 東辛地區(qū)古近紀(jì)沙三中和沙三上亞段。

2.2 進(jìn)食跡（Fodinichnia）

漫游跡屬 Ichnogenus Planolites（Nicholson，1873）

山地漫游跡 Planolites montanus（Richter，1937）（見(jiàn)圖3d、圖3e）

描述 潛穴為直—微彎曲形管狀，不分枝，直徑2～4 mm，外壁光滑無(wú)飾，無(wú)襯壁，分布于褐灰色、灰—深灰色粉砂質(zhì)泥巖中，內(nèi)跡保存，與層面平行或略傾斜。潛穴由淺灰色細(xì)砂巖、粉砂巖與褐灰色、灰—深灰色粉砂質(zhì)泥巖交界處向下掘穴，因此，潛穴充填物與上覆地層巖性相同，主要為淺灰色粉砂巖或細(xì)砂巖，無(wú)回填紋構(gòu)造。Planolites montanus是研究區(qū)內(nèi)最發(fā)育的遺跡相。

討論 Planolites montanus在層面上常與Planolites beverleyensis共生。Planolites montanus直徑一般不超過(guò)5 mm，呈彎曲狀—蛇曲狀；而Planolites beverleyensis直徑不小于8 mm，一般為10 mm，潛穴直或微彎［8］。本區(qū)發(fā)現(xiàn)的Planolites遺跡直徑均小于5 mm，因此，應(yīng)歸入Planolites montanus。

產(chǎn)地層位 東辛地區(qū)古近紀(jì)沙三中亞段。

2.3 牧食跡（Pascichnia）

蝸行跡屬 Ichnogenus Cochlichnus（Hitchcock，1858）

蛇形蝸行跡 Cochlichnus anguineus（Hitchcock，1858）（見(jiàn)圖3f）

描述 Cochlichnus anguineus為細(xì)長(zhǎng)規(guī)則波狀彎曲，呈“S”形覓食拖跡，表面光滑［9］，長(zhǎng)度約12 cm，寬約6 mm，單一痕跡寬窄較一致，不發(fā)育橫向紋飾，轉(zhuǎn)折處比較圓滑。表跡保存，沿層面或波痕面分布。

討論 關(guān)于Cochlichnus遺跡屬的生態(tài)分類，存在多種解釋。L.A.Buatois等［10］認(rèn)為可能是運(yùn)動(dòng)跡或運(yùn)動(dòng)與進(jìn)食活動(dòng)的產(chǎn)物，因此應(yīng)為覓食跡。

產(chǎn)地層位 東辛地區(qū)古近紀(jì)沙三下亞段。

2.4 逃逸構(gòu)造

逃逸構(gòu)造是半固著生物或輕微活動(dòng)動(dòng)物在底層內(nèi)快速向上移動(dòng)或向下逃跑掘穴時(shí)遺留下來(lái)的痕跡。它的形成與沉積物的加積和被沖刷侵蝕密切相關(guān)。這樣的潛穴構(gòu)造在風(fēng)暴沉積層和濁流砂層中比較常見(jiàn)。

圖4a中，逃逸構(gòu)造發(fā)育于沙三中亞段薄砂泥互層的砂巖層中，相鄰泥質(zhì)粉砂巖表面發(fā)育Skolithos（該巖心底面即為圖3a）。砂巖層內(nèi)發(fā)育的逃逸跡與下伏泥質(zhì)粉砂巖層中Skolithos直徑相似，表明它們?yōu)橥簧锞幼　⑻右菟隆Ｉ锍霈F(xiàn)逃逸現(xiàn)象，表明生存環(huán)境突然發(fā)生變化，生物為繼續(xù)生存而表現(xiàn)的一種求生行為，因此，逃逸構(gòu)造常常發(fā)育在風(fēng)暴巖、濁積巖或沖刷作用突然加強(qiáng)的巖層內(nèi)。

圖3 生物潛穴與層位

2.5 擾動(dòng)構(gòu)造

擾動(dòng)構(gòu)造也是生物為適應(yīng)環(huán)境變化而產(chǎn)生的行為結(jié)果。研究區(qū)內(nèi)沙三中上亞段擾動(dòng)構(gòu)造發(fā)育，主要發(fā)育在灰色、深灰色泥巖所夾的灰色細(xì)砂巖及粉砂巖中。按照擾動(dòng)特征可識(shí)別為均一型（見(jiàn)圖4b）和增強(qiáng)型（見(jiàn)圖4c）［11］。均一型擾動(dòng)見(jiàn)于淺灰色細(xì)砂巖薄層中，原本細(xì)砂巖薄層中夾有深灰色泥質(zhì)條帶，并發(fā)育波紋層理，但受生物強(qiáng)烈擾動(dòng)，原生沉積構(gòu)造已被嚴(yán)重破壞，表明在一段時(shí)間內(nèi)，水體動(dòng)蕩不穩(wěn)定，生物活動(dòng)強(qiáng)烈。增強(qiáng)型擾動(dòng)構(gòu)造發(fā)育在泥巖所夾的粉細(xì)砂巖薄層內(nèi)，下部可見(jiàn)Planolites montanus遺跡沿層面分布，個(gè)體形態(tài)清晰，向上遺跡個(gè)體逐漸變小，形態(tài)逐漸模糊，擾動(dòng)指數(shù)也由底部向上增強(qiáng)。

2.6 生物化石及印模

研究區(qū)內(nèi)沙三下和沙三上亞段發(fā)現(xiàn)生物化石及印模（見(jiàn)圖4d—4f）。沙三下亞段深灰色泥巖及油頁(yè)巖中見(jiàn)完整魚(yú)化石和大量魚(yú)鱗片；沙三上亞段深灰色粉砂質(zhì)泥巖中見(jiàn)介形類化石及介殼印模，其在東營(yíng)凹陷其他地區(qū)也很常見(jiàn)［12］，而淺灰色細(xì)砂巖中見(jiàn)螺類化石及印模，并且螺類個(gè)體較大，殼體較厚，說(shuō)明沉積環(huán)境水體較淺，水動(dòng)力條件較強(qiáng)。

3 遺跡化石與沉積環(huán)境分析

研究表明，通常在水動(dòng)力條件較強(qiáng)，水體物理、化學(xué)條件變化大的環(huán)境中，絕大多數(shù)底棲生物，以挖掘很深的垂直潛穴或在巖石上鉆孔為主要生活方式；在水動(dòng)力條件相對(duì)較弱、環(huán)境因素變化小的地區(qū)，底棲生物潛穴較淺，多數(shù)傾斜或水平；而在深水區(qū)，由于環(huán)境相對(duì)安定，食泥生物繁育，往往在層面上留下各種彎曲狀、網(wǎng)狀、樹(shù)枝狀或螺旋狀的覓食和嚙食遺跡構(gòu)造。

根據(jù)組成特征，研究區(qū)內(nèi)沙三段可劃分為3個(gè)遺跡組合，即 Planolites montanus，Skolithos-Planolites，Cochlichnus anguineus。

3.1 Cochlichnus anguineus遺跡組合

該遺跡組合見(jiàn)于萊105井沙三下亞段淺灰色粉砂巖波狀層理面上。圍巖中發(fā)育水平層理、波狀層理，見(jiàn)植物莖及葉片化石，生物擾動(dòng)微弱，且主要分布于層面上，表明萊105井當(dāng)時(shí)的環(huán)境水體能量較低，局部地區(qū)出現(xiàn)植物莖及葉片化石，說(shuō)明沉積環(huán)境離濱岸較近，水體經(jīng)常處于還原環(huán)境，因此代表低能的濱湖沼澤環(huán)境。同時(shí)在辛170井沙三下亞段灰黑色泥巖中發(fā)現(xiàn)魚(yú)化石，伴生的沉積構(gòu)造也為水平層理，反映了辛170井在這一時(shí)期處于低能深水環(huán)境。因此，Cochlichnus anguineus層面遺跡代表低能環(huán)境，沉積速率較低，物源供給不充足，近岸位置發(fā)育濱湖沼澤環(huán)境，向湖方向水體逐漸加深至深水環(huán)境。

3.2 Planolites montanus遺跡組合

該遺跡組合在研究區(qū)內(nèi)沙三中亞段最發(fā)育，主要賦存于褐灰色、灰—深灰色粉砂質(zhì)泥巖與淺灰色細(xì)砂巖、粉砂巖交界處，并且粉砂巖薄層中生物擾動(dòng)強(qiáng)烈，可見(jiàn)逃逸構(gòu)造，說(shuō)明該區(qū)這一時(shí)期整體水動(dòng)力條件相對(duì)較弱，生物活動(dòng)頻繁，但偶爾環(huán)境會(huì)發(fā)生變化，使得生物出現(xiàn)逃逸行為。

該遺跡組合主要分布在砂泥巖互層沉積中，厚層泥巖中很少保存，說(shuō)明該類造跡生物喜歡在水動(dòng)力條件中等—弱的水底生存，并且多層褐灰色、褐紅色泥巖的出現(xiàn)，表明該區(qū)時(shí)而處于氧化環(huán)境，氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，生物才可以在此生存。綜合沉積相分析，該區(qū)沙三中亞段以三角洲前緣河口壩、遠(yuǎn)砂壩和重力流事件沉積為主。正常淺水環(huán)境生存的生物在遭遇風(fēng)暴、滑塌及濁流作用的情況下，只能保留一些生命力頑強(qiáng)的機(jī)會(huì)分子。這些機(jī)會(huì)分子具有特定的進(jìn)食策略，在濁流過(guò)后潛入就近的泥巖中，進(jìn)食剛剛補(bǔ)給的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此，該區(qū)在沙三中時(shí)期大部分時(shí)間處于低能環(huán)境，偶爾發(fā)育事件沉積，并時(shí)常出露處于氧化環(huán)境。

3.3 Skolithos-Planolites遺跡組合

該遺跡組合以居住潛穴和進(jìn)食潛穴為主，常見(jiàn)Skolithoslinearis，Skolithosverticalis，Planolitesmontanus，以Skolithos verticalis居多，主要分布于沙三中上亞段砂泥薄互層中，見(jiàn)生物擾動(dòng)，沙三上亞段還發(fā)現(xiàn)螺類化石及印模。

垂直及高角度潛穴的發(fā)育，說(shuō)明水動(dòng)力條件逐漸變強(qiáng)。Skolithos linearis向上在砂層中演變?yōu)樘右輼?gòu)造（見(jiàn)圖4a），也反映了快速掩埋作用，并且沙三上亞段細(xì)砂巖中發(fā)現(xiàn)螺類、介殼類化石及印模。螺類個(gè)體較大，殼體較厚，進(jìn)一步說(shuō)明此時(shí)沉積速率變大，造跡生物為了維持其穴道和底層水的聯(lián)系，不得不向沉積界面靠近，所以該遺跡組合更多地形成于砂泥薄互層沉積界面附近。沉積環(huán)境以三角洲前緣亞相為主，水體較淺，水動(dòng)力條件較強(qiáng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

東辛地區(qū)遺跡化石研究表明，沙三下亞段至沙三上亞段水動(dòng)力條件逐漸增強(qiáng)，相應(yīng)發(fā)育湖泊—重力流—三角洲沉積體系，橫向上靠近物源區(qū)，水動(dòng)力能量較大，石針跡較發(fā)育，而在湖泊水動(dòng)力能量中等—弱時(shí)，山地漫游跡較發(fā)育。低能湖泊相沉積有利于烴源巖生成，向上隨著水體能量增加，沉積大量砂泥互層及厚層砂體，可以形成有效儲(chǔ)集層。因此，東辛地區(qū)沙三段具備形成有利儲(chǔ)蓋組合的條件，尤其沙三中亞段是有利的勘探層位，下一步應(yīng)加強(qiáng)圈閉條件研究，為今后的油氣勘探明確方向。

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（編輯 趙衛(wèi)紅）

Ichnofossil characteristics and depositional environment of Es3reservoir in Dongxin Area

Chen Xiuyan1,Jiang Zaixing2,Shi Jing3,Xu Jie2
(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina,Beijing 100083,China;2.School of Energy Resources, China University of Geosciences,Beijing 100083,China;3.Beijing Representative Office of Tiandi Energy Service Limited Company of Hong Kong,Beijing 100015,China)

According to core observation and sedimentation analysis,Es3reservoir of Dongxin area is enriched with trace fossils, which contains dwelling burrow,escape structure,bioturbation structure,biological entity fossil and impression.The ichnocoenosis can be recognized as Domichnia,Fodinichnia and Pascichnia.Based on the distribution characteristics,ichnocoenoses can be subdivided into Cochlichnus anguineus,Planolites montanus and Skolithos-Planolites.Cochlichnus anguineus and perfect fish fossils are developed in Lower Es3,which represents the depositional environment is quiet.Planolites montanus,escape structure and bioturbation structure are developed in Middle Es3,which indicates the water body is sometimes turbulent，but it is in relatively quiet environment in most of the time.Skolithos-Planolites,bioturbation structure,snail fossil and impression are developed in Upper Es3,which indicates the reservoir is in the depositional environment with high energy.All the study results show that hydrodynamic conditions were enhanced gradually and the water depth was getting shallow upward in the depositional period of Es3member of Dongxin Area.

ichnofossil;ichnocoenosis;depositional environment;Dongxin Area

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“油氣勘探新領(lǐng)域儲(chǔ)層地質(zhì)與油氣評(píng)價(jià)”（2009ZX05009-002）

TE122.3+1

A

10.6056/dkyqt201204014

2011-12-30；改回日期：2012-05-17。

陳秀艷，女，1979年生，博士，主要從事層序地層學(xué)及沉積儲(chǔ)層研究。E-mail：xiuyanchen1004@163.com。

陳秀艷，姜在興，師晶，等.東辛地區(qū)沙三段遺跡化石特征與沉積環(huán)境分析［J］.斷塊油氣田，2012，19（4）：462-466.

Chen Xiuyan,Jiang Zaixing,Shi Jing，et al.Ichnofossil characteristics and depositional environment of Es3reservoir in Dongxin Area［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：462-466.