劉玉瑞
(中國石化 江蘇油田分公司 科技裝備處,江蘇 揚州 225009)
有孔蟲曾被認為是海相或咸化水域的生物種群,不會生活于淡水環境中。1974年,汪品先報道江漢盆地古近系荊河鎮組發現有孔蟲;翌年,報道濟陽坳陷古近系沙四段發現有孔蟲,認為這些化石產層系海陸過渡相,中國東部傳統陸相古近紀有過海侵[1-2]。嗣后,不斷有報道在蘇北、渤海灣、江漢、三水、四川、松遼等盆地,發現有孔蟲、多毛綱蟲管、介形類、鈣質超微、溝鞭藻、魚類等海相化石,白堊紀、古近紀遭受多期次海侵,發育海陸過渡相或淺海相,海侵建設主要烴源巖,可尋找大型礁灰巖油氣藏[3-25]。
古近紀,蘇北—南黃海盆地比渤海灣、江漢盆地更鄰近古海洋。李道琪[26]認為蘇北盆地古近紀不存在真正海侵,可能僅受有限的海水混入。童曉光[27]指出中國東部古近紀沒有海侵,“海相”化石是湖盆水體半咸化的產物。由此,不斷出現質疑海侵的論著[28-36],掀起中國中東部白堊紀—古近紀及內陸第四紀有孔蟲等“海源”化石的非海侵與海侵不同古生態的持久爭論。


圖1 蘇北-南黃海盆地構造綱要及與東海盆地的關系
由此導致認識有誤,文獻被引用不斷放大錯誤。鑒于此,本文對含有孔蟲的地層重新劃分對比,明確化石層位;根據東海盆地鉆探新成果,首次闡明古海洋與本區的時空關系;綜合各門類化石、指相巖礦、體系域相帶等分析,認為蘇北—南黃海盆地白堊紀—古近紀無海侵,K2t2、E1f2、E1f4湖侵水質未咸化,有孔蟲來自淡水古環境。
《華東區域地層表》1978年最早報道本區E1f4發現有孔蟲,其后文獻[4-16]簡要記載E1f4、E1f2、K2t2發現有孔蟲;1987年何炎[11]報道黃3、欽28、新儀1井化石鑒定認識(表1)。這些化石主要由原地礦、煤炭、石油系統早期鉆井發現,因當時資料少、地層劃分未統一,導致有些錯誤分層延用至今。經與區域地層對比,發現表1中前人佐證海侵的K2t2、E1f4不含有孔蟲,E1f2僅3枚化石,其余97枚在4個新層系。
1960年代,原地礦部六普在東臺坳陷海安凹陷曲塘次凹南坡緣鉆探黃3井,完井深度987 m;在取心段896.2~901.5 m棕紅色粉砂質泥巖中,獲得2屬4種10枚有孔蟲(表1)。當時全盆鉆井稀少,區域地層對比難,本段化石不能提供時代,原分層有兩種意見:文獻[11,29-30]將化石產層歸E1f2;文獻[8,26]則置于K2t2。

1978年,原江蘇煤田勘探隊在漣水凹陷鉆探欽28井,對E1f4、E1f3、E1f2、E1f1各段大量取心,在深度793.5~806 m巖心段,發現2層4屬6種80枚有孔蟲,上層褐灰色泥質粉砂巖化石少,下層棕褐色粉砂質泥巖化石多(圖2);所含先希望蟲、諾寧蟲的時代跨古近紀。1984年前,蘇北盆地地層系統尚未統一,古生物不能準確識別E1f各段間的具體分界,原施工單位將有孔蟲置E1f2,各文獻誤用至今。

圖2 蘇北盆地古近系阜寧組二段相剖面對比


圖3 蘇北盆地古近紀有孔蟲產地與沉積體系關系

表1 蘇北盆地有孔蟲實際資料
1975年,原地礦部六普在金湖西斜坡中段外緣鉆探洪2井,從井深232.10~1 200.85 m系統取心,在深度492~498 m灰褐色砂質泥巖、灰綠雜色泥巖中,找到3枚圓盤蟲[6,12]。1980年前,本區E1f4與上覆地層分界遵循E1f4泥巖結束、上覆E2d或E2s砂巖開始為原則。前人將本井E1f4泥巖上覆井深492~493 m一層礫巖當作不整合面底礫巖,確定E1f4頂深在493 m,上覆為E2s1地層(缺失E2d),E1f4/E1f3分界在558 m,將有孔蟲歸置E1f4層系,各文獻誤用至今。

可見,本井有孔蟲層位歸E2d2無疑,屬封閉斷陷層序Ⅲ5高位域辮狀三角洲平原環境。
1960年代,高郵凹陷秦欄次凹鉆探新儀1井,完井深1 020.12 m;在巖心深度525 m棕紅色砂質泥巖中發現4枚有孔蟲(表1)。該井是高郵凹陷最早的“野貓”淺井,因工程事故測井等資料未取到,原始分層存在系統錯誤,將化石誤劃入E1f4層系,各文獻誤用至今。
除有孔蟲外,新儀1井資料早被遺忘不用了。秦欄次凹現有一批探井,大2井與新儀1井在同一斷塊,位于后者東南3.3 km處,大2井鉆遇Ny、E2s2、E2s1、E2d2、E2d1、E1f4等地層,底界深度分別為455,658,736,930,1 184,1 414 m;北部相鄰斷塊的公參1井鉆遇各段埋深與大2井接近,次凹西南部高臺階的天69井E1f4頂深600 m,上覆為E2s1層系。這些井分層與三維地震資料反映的次凹結構層深度一致。根據巖性組合、E2s1底玄武巖層等時對比,新儀1井鉆遇Ny、E2s2、E2s1底深分別為468,711,856 m,完鉆于E2d2頂部,有孔蟲產自E2s2確切無疑,屬封閉斷陷層序Ⅲ6河流沖積體系域河泛平原環境(圖3d)。
按沉積學湖泊鹽度分類:淡水<1‰,微(半)咸水1‰~10‰,咸水10‰~35‰,鹽水>35‰,重新評價蘇北—南黃海盆地海侵和咸化問題。
嚴欽尚等[6]首報E1f2、E1f4海侵,張國棟等[12]出版海侵論著,兩文論述最系統、長期被引用;其他海侵論證據不出其左,如文獻[14]K2t-E1f海侵湖泊論,無一新證據。50年的勘探成果證實,本區不存在海侵沉積的產物和源頭條件。

海侵論者[4-16]將有孔蟲、多毛綱蟲管、藻類、魚類和個別介形類當作海侵的關鍵證據,認為K2t2、E1f2、E1f4如此多門類“海相”化石出現集中、層位穩定、分布有序,就是海侵的結果[14]。這與實際地質不符。
2.2.1 有孔蟲
一是權威認定內陸水域存在無海侵的有孔蟲,可形成“海源陸生化石”。1990年前,汪品先[1-4]認為有孔蟲是海洋生物,生活在海洋或時空上與海洋關聯的河口、潟湖及殘留海、海侵湖泊等環境,不能經風、鳥、昆蟲等媒介空中攜入內陸。其后,郝詒純[38]、汪品先[40]等權威和各高校古生物教程,紛紛修正觀點,認定內陸水域有非海相的有孔蟲,其種群具有屬種單調、分異度小,殼體小薄、殼飾簡單,種內變異大、畸形個體多的共性特征,有別于海陸過渡、正常海洋的化石面貌。譬如,冀晉陜鄂魯等白堊系—新生界,德國、澳洲現代鹽湖和北非撒哈拉全新統,皆發現非海相的有孔蟲群,美澳學者實驗證實有孔蟲、介形類能經空中媒介搬運傳播[40-41];泥河灣、延慶盆地第四紀有孔蟲群為與海無關的類群,鍶同位素反映化石宿主水體與本地河水一致[36,42-43];中國西部高原第四系含原地生活和埋葬的廣鹽性有孔蟲和介形類,就是空中傳播的有力例證[44-45]。
二是皆為廣鹽性屬種,無正常海相屬;化石稀少,孤單點狀分布。有孔蟲計4屬11種,皆為廣鹽性底棲種群,無正常海相屬,與大量的淡水介形類、腹足類等共生,具內陸有孔蟲的典型特征。這些特點與四川、松遼、江漢、渤海灣、河套、泥河灣等盆地非海相有孔蟲群相似,而與渤海沿岸第四紀有孔蟲等海侵生物群不同,后者伴生豐富的窄鹽性海相分子。化石計100枚產自7口井,散布4凹4組5段6個亞段中(表1),K2t2、E1f4無化石,E1f2有3枚化石,僅盱3井1枚化石與蟲管共生,東65井1枚化石與缽球藻共生,其余的都不與“海相”化石伴生。汪品先[3]指出,在大批的陸相介形類化石群中發現1枚有孔蟲,竟然也被稱作“海相”,顯然是不足信的。
三是淡水里生存有孔蟲。據汪品先[2],國外已發現5個超科廣鹽性屬8種以上有孔蟲,包括諾寧蟲、先希望蟲等可生活在鹽度約為0.5‰的淡水中;如法國利翁灣潟湖鹽度小于0.05‰,生活著卷轉蟲、諾寧蟲;委內瑞拉馬拉開波湖表層鹽度約為0,生活1種砂栗蟲;海峽水域鹽度0.9‰~1.17‰,生存砂輪蟲等11種有孔蟲。據郝詒純[38],阿爾及利亞距海岸超400 km的沙漠淡水中,發現沿海常見的2個超科廣鹽性屬的多種有孔蟲。

2.2.2 多毛綱蟲管
作為海侵硬核證據,眾文獻未述細節,稱本區廣布蟲管灰巖、藻灰巖,這是誤導。
一是蟲管屬種少,化石數量多。據俞昌民等[7]鑒定,有龍介蟲、蟄龍介蟲和雙櫛蟲3科6屬7種化石:錐狀中華角管蟲,簇狀簇管蟲,四溝小耶雷蟲,江蘇右旋蟲,螺旋蟲(未定種),金湖蟄龍介蟲,規則篩管蟲,皆為廣鹽性屬種。金湖井下E1f2以中華角管蟲為主,形成薄—中厚層生物灰巖,與大量的藻類共生,含豐富的介形類,見腹足類伴生;儀征露頭E1f2以簇管蟲為主。E1f4有中華角管蟲、簇狀簇管蟲,數量很少,分散于薄層鮞粒、泥灰巖或砂巖中。

三是蟲管相帶不符合海相。文獻[7]據現代龍介類多生活在水深3~65 m潮間—潮下帶淺海,有些半咸水種生活河口灣、潟湖,少數淡水種蘇北未見相似的,螺旋蟲見于石炭系陸相,推測本區蟲管沉積與海侵有關。文獻[6,12]據此認為蟲管是典型的海洋生物,金湖凹陷處于河口灣環境,其他海侵論也秉此觀點。但是,上述龍介蟲古生態分布恰恰反證無海侵:①蘇北—南黃海E1f原型湖盆約10×104km2(圖1b),鉆探證實E1f2、E1f4生物灰巖屬淺湖碳酸鹽灘壩、砂質灘壩、臺地鮞灘相(圖3b),不存在文獻[6-12]河口灣或潮間帶及向海相遞變的模式;渤海灣、三水、洞庭、長河、清江等盆地
蟲管相帶,都不符合海相模式。②時間上,E1f2、E1f4蟲管只出現在三角洲前緣結束后的淺湖階段,初始、最深、最大湖侵節點皆無此物;空間上,只生長在近岸或盆內淺水低隆處。說明只要湖泊具備與淺海潮汐帶相似的水動力環境,多毛綱生物就能生長繁衍,無關水質咸化。③疊層藻、蟲管灰巖含豐富的介形類、藻類、腹足類、輪藻等多門類淡水化石,可形成介殼藻、介殼蟲管灰巖。如金湖蟲管與陸相蝸牛共生,劉1井1 419.98~1 420.49 m蟲管灰巖含大量盤星藻,各共生的化石都指示蟲管為淡水成因。
2.2.3 藻類

一是典型的非海相浮游藻類面貌。藻類化石計有溝鞭藻8屬10種,疑源類6屬10種,綠藻類3屬4種(表2),屬種比海相的少得多,也比渤海灣、松遼、二連盆地少,個體數量遠不如后者繁盛,且殼壁薄、侏儒化,有非海相浮游藻類的典型特征[28,38]。其中,藻類屬種以E1f3淡水環境更多,個體數量也頗豐。

表2 蘇北盆地微體浮游藻類屬種統計

此外,E1f2疊層石的藍綠藻可生活于淡水、海水中,無法區分海、陸環境。K2t-E1f發現的一些鈣質超微化石,屬原生或屬再沉積的尚有爭議[47]??梢?,本區藻類無海相屬種,化石組合帶無法證明K2t2、E1f2、E1f4海侵和水體咸化;相反,佐證淡水相的依據很充分。
2.2.4 魚類

2.2.5 新單角介

二是據楊恒仁面告(2019年),曾對膨脹新單角介與東部沿?,F生和第四紀的新單角介做過深入比較,認為兩者存在明顯差異,膨脹新單角介不具有海相屬新單角介的特征,應為陸相屬種,不能作為海侵證據。此觀點與侯祐堂[17]等總結的中國東部地區古近紀陸相介形類動物群特征相一致。況且,膨脹新單角介與大量的介形類、腹足類、盤星藻等淡水生物共生。

由此印證,洪澤坳陷無窄鹽性海相和高鹽廣鹽性介形類,新單角介等個別屬種在微半咸水域勉強生存,主盆區的大量介形類種群無法在微半咸水環境存活,全區無海侵,主盆區也不存在水質咸化,共生的有孔蟲、蟲管、缽球藻、鯡類和鱖類等系淡水環境化石。
持中國東部盆地古近紀海侵來自古東海洋觀點的文獻[1-21],存在如下問題:盆地間地層對比穿時突出,東海盆地鉆井稀少,古東海洋靠推測、無細節,無限放大海侵能力?,F以文獻[30]原CNPC中國油氣區古近系地層時代為準,分析如下。
2.3.1 時空上無古東海洋可入侵
一是東海盆地夾在閩浙隆起區和釣魚島隆褶帶間(圖1),構造呈東西分帶、南北分塊格局[48]。鉆探證實,東海盆地白堊系為陸相紅層和火山巖,古近紀海侵不從古太平洋來,而從古臺灣海由南向北入侵,西南部臺北坳陷沉積海相,東部浙東坳陷陸相比海相更發育,距蘇北—南黃海盆地最近的西北部長江坳陷無海侵,純陸相[49]。二是臺北坳陷下古新統月桂峰組為陸相,晚古新世早期發育的靈峰組下部為陸相夾海相、上部以海相為主,晚古新世晚期形成的明月峰組為海陸過渡煤系地層;此期,該區呈東斷西翹箕狀斷陷,古長江未生成[50],閩浙隆起區物源注入,沿西部斜坡帶各組發育一系列河流—三角洲沉積。始新世,與全球海平面上升一致,臺北、浙東坳陷發生大規模海侵,廣泛建造海相。據區域地層對比[30],月桂峰組時代與蘇北E1f1相當,靈峰組下部與E1f2、上部與E1f3時代相當,明月峰組時代與E1f4相當,說明東海盆地海侵期與蘇北—南黃海盆地湖侵期不同時。事實上,蘇北—南黃海盆地3次區域湖侵期與全球海平面上升期都不一致。此期,尚無古東海洋,臺北坳陷是半封閉海灣,海侵都未波及毗鄰的長江坳陷,浙東坳陷只有海陸過渡相,海水又如何改變運動方向,朝西橫跨寬度超350 km的閩浙隆起區(圖1b,c),入侵蘇北—南黃海盆地?
古新世末,吳堡事件使蘇北—南黃海盆地全面抬升剝蝕,原先統一拗陷湖盆解體為彼此分隔獨立演化的箕狀斷陷小盆地群[37,39],如圖3c-d沉積體系,E2d2、E2s2有孔蟲絕不可能由海侵帶來。可見,白堊紀—古近紀時空,東海盆地不具有向蘇北—南黃海盆地海侵的源頭條件。
2.3.2 將今論古,不存在海侵
一是海侵只會波及沿海平原。從渤海沿岸華北平原第四紀歷次海侵的海岸線疊合外界看[3,40,42],海侵僅局限沿海平原低洼處,中國東部第四紀海侵皆如此;印尼、日本現代海嘯都無法跨越高處入侵內地。內蒙古河套、青海柴達木、甘肅玉門等晚新生代有孔蟲、鈣質超微化石,印證遠離海洋的山間盆地“海相”分子不是海侵來的[44-45]。二是海潮沿河逆溯遠,鹽侵水質咸化段很短。東海最大漲潮流逆溯長江最遠達距入???24 km的鎮江市太平洲島[51],這里底層水質鹽度小于0.015‰,長江一級河口距入???4 km,其表層、底層始終為水質鹽度小于0.15‰淡水,一級河口到南支流二級河口62 km河段,始終維持水質鹽度小于1‰淡水,再到入??趦H31 km,??谒|平均鹽度11‰。錢塘江是強潮河,自杭州灣口鹽度10‰上溯到斷面鹽度0.5‰的河長約90 km,其中大于1‰的河段不足70 km。美國詹姆斯河入海口鹽度為18‰,鹽侵大于1‰的河段約30 km[2]。馬拉開波湖面積16 300 km2、水深30 m,以長約28 km海峽與委內瑞拉海灣相通,湖面一般高出海平面18 m,枯水期海水侵入、湖水微弱咸化,卡塔通博河注入、湖水淡化,湖區表層為淡水,中上層鹽度1.2‰,底層水鹽度3.0‰[18]。
可見,海侵只能波及沿海平原低地,無法跨越巨大的褶皺隆起帶;鹽侵致河流達微咸水的最長距離不到70 km,對臨海湖泊水質都影響微弱,絕不會影響到內陸湖泊水質。故此,無論閩浙隆起區是否存在海侵論推測的古河道、古斷谷通道,蘇北—南黃海盆地都不可能有海侵。
2.4.1 膏鹽沉積物分布特點

可見,除洪澤順河次凹外,指示“海侵”化石都不與膏鹽類礦物共生,說明水體未咸化。
2.4.2 其他指相礦物分布特點
一是海綠石曾作為海相礦物,被文獻[6,12,14]等列為海侵標志。現已知,陸相有海綠石,云南撫仙現代淡水湖泊也沉積海綠石。本區K2t到E1f各段都含海綠石,分布不穩定,據此佐證海侵是誤導。二是局部E1f確有方沸石化凝灰巖夾層,其形成和分布與火山活動有關,呈窩狀分布,與海侵無關。文獻[6,12]所指含穩定的沸石化凝灰巖夾層,單層自東向西漸少、厚度變薄的情況不存在。
2.5.1 微量元素法
嚴欽尚等[6]用此法證明E1f海侵,1982年他主編的高等院校教材《海洋地質學》,指出該法劃分相帶有可能,區分海洋與淡水湖泊值得懷疑。汪品先[3]指出該法不靈敏。迄今,國內外用此法識別海、陸相無成功的。失例1:按鍶(Sr)鋇(Ba)比值法,w(Sr)/w(Ba)>1為海相,w(Sr)/w(Ba)<1為陸相,東海盆地古近系海相將呈“淡水相”(表3),松遼白堊紀湖水比東海海水咸,蘇北陸相水質最咸,屬“純海相”,而松遼比蘇北更富含廣鹽性生物。硼(B)鎵(Ga)比值法也是這樣。失例2:據文獻[14],E1f1→E1f4含硼量由高→低,得出E1f1→E1f4古水質鹽度逐漸降低,微量元素比值卻得出海侵期K2t2、E1f2、E1f4鹽度顯著增高。失例3:常見本區泥巖w(Sr)/w(Ba)、w(B)/w(Ga)比值不同步升降,而是反向變化。失例4:文獻[13]用該法計算古鹽度E1f1小于20‰淡水,E1f2-4在20‰~30‰半咸水,證明有海侵。文獻[10]計算古鹽度E1f2達31‰、E1f4達35‰,有海侵。這顯然錯誤,如此高的鹽度水域大量的陸相生物早滅絕了;青海湖是干旱高原半咸水湖,1962年湖水鹽度僅12.49‰,其生物為典型的咸水湖種群[45]。

表3 不同盆地泥巖微量元素對比
可見,微量元素不能區分海、陸相環境,也無法衡量古鹽度。事實上,微量元素受物源、相帶控制遠超過沉積水介質的影響。
2.5.2 碳氧穩定同位素法


依托前述新發現,綜合古氣候、古水文、古生物時空關系特征,認為蘇北—南黃海盆地區域湖侵古環境的水質無咸化現象。
3.1.1 古氣候特點

3.1.2 古水文特點

總之,K2t2、E1f2、E1f4湖侵期氣候濕潤,古環境水深,無干旱、湖水過量蒸發和咸水的條件;相反,河流持續超補,淡水湖泊遼闊。
蘇北—南黃海主盆區K2t2、E1f2、E1f4湖侵逐次增強、湖泊更大、水體更深,沉積的各套地層皆不含膏鹽,都富含多門類的淡水古生物。



上述不同門類的廣鹽性古生物之間很少共生一起,但與同層段多門類大量的淡水化石共生,反映出這些廣鹽性古生物能適應淡水環境。
根據有孔蟲層位新變化,深入分析蘇北—南黃海盆地古生物的古生態及沉積環境具有重要的理論和油氣勘探現實意義。
(1)豐富古生物的古生態內涵。業已證實,微咸—咸水湖泊存在有孔蟲[27-36,40-45];未曾報道,國內淡水湖泊、不通海的河流見有孔蟲,本區相帶分布有孔蟲推進了古生態認知。同時,各門類廣鹽性古生物與豐富的淡水古生物共存環境在時空上的協調和連續性,與指相礦物、相帶及古氣候、古構造條件的匹配和一致性,反映有孔蟲、蟲管、新單角介、鯡類、鱖類、缽球藻、弗羅姆藻等廣鹽性分子的淡水古生態新內涵。
(2)還原蘇北—南黃海成盆成烴本真。長期以來,認為K2t2、E1f2、E1f4遭受海侵或有限的海水混入[1-16,26,46],致湖泊水體咸化,或無海侵湖水曾數度咸化[27,29-30],由此建設3套優質烴源巖,具有早期未熟—低熟油、成熟油雙峰生烴,咸化是影響油氣資源的重要因素[53]。50年來的勘探證實,不存在未熟—低熟油;各套烴源巖淡水成因,成熟度是控制油氣資源的關鍵,烴源巖Ro<0.6%不生烴,Ro>0.7%烴灶才能形成商業油氣藏[54]??梢?,利用廣鹽性和淡水古生物總貌,結合古氣候、古構造、指相巖礦和沉積相等資料,還原盆地古環境,否定海侵和湖侵咸化建造烴源巖,對重塑生烴模式和預測油氣富集領域尤為重要。
(3)推進中國陸相盆地古生態及生烴富油理論發展。中國中東部中—新生代陸相盆地是油氣勘探和生產的主要領域,湖侵期淡水與廣鹽性生物勃發建造最好烴源巖是一大特征;蘇北—南黃海盆地臨海,海侵論者視其為內陸海侵中途站,常引蘇北含有孔蟲及海侵為憑,佐證內陸盆地海侵。隨著本區有孔蟲層位更正,廣鹽性生物及湖侵淡水環境的新認識,必然顛覆前人的論據和觀點。據此對比,中國中東部白堊紀—古近紀陸相盆地湖侵期為淡水深湖環境,廣泛沉積大規模的優質烴源巖,如松遼盆地青山口組、嫩江組;有些盆地低位期有咸化湖泊沉積優質烴源巖,如渤海灣盆地沙四段??碧阶C實,鄂爾多斯盆地三疊系延長組、四川盆地侏羅系大安寨段淡水優質烴源巖,形成大規模的常規和非常規油氣田[55-56]。可見,淡水烴源巖具有極好的油氣資源生成能力,中國中生代—古近紀陸相盆地油氣勘探,無需專門尋找所謂的咸化環境烴源巖。

(2)蘇北—南黃海盆地3期湖侵水體無咸化現象,良好烴源巖為淡水深湖沉積;同樣地,中國中—新生代眾多陸相盆地淡水湖泊可以廣泛建造大規模的優質烴源巖,提供主要的油氣資源,形成大型—特大型油氣田。