西南石油大学学报(自然科学版)  2018, Vol. 40 Issue (1): 11-21
引用本文
袁静, 肖运凤, 董道涛, 等. 高邮凹陷深凹带戴南组古生物特征及环境意义[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(1): 11-21.
YUAN Jing, XIAO Yunfeng, DONG Daotao, et al. Paleontological Features and Sedimentary Environment of Dainan Formation in Deep Sag of Gaoyou Sag[J]. Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Edition), 2018, 40(1): 11-21.
高邮凹陷深凹带戴南组古生物特征及环境意义    [PDF全文]
袁静1,2 , 肖运凤1,2, 董道涛1,2, 熊光勤3, 仇永峰3    
1. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东 青岛 266580;
2. 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室, 山东 青岛 266071;
3. 中国石化江苏油田分公司, 江苏 扬州 225012
收稿日期: 2016-06-29; 网络出版时间: 2017-03-14
基金项目: 中国石化科技攻关项目（P13125）。
作者简介: 袁静, 1972年生, 女, 汉族, 山东肥城人, 教授, 博士, 主要从事储层沉积学和储层地质学领域的科研和教学工作。E-mail:drjyuan@163.com;
肖运凤, 1991年生, 女, 汉族, 山东肥城人, 硕士研究生, 主要从事沉积学和储层地质学方面的研究工作。E-mail:782865125@qq.com;
董道涛, 1989年生, 男, 土家族, 湖南张家界人, 博士研究生, 主要从事沉积学和储层地质学方面的研究工作。E-mail:daotao1989@foxmail.com;
熊光勤, 1967生, 女, 汉族, 安徽六安人, 教授级高级工程师, 硕士, 主要从事油田地质研究及科研管理工作。E-mail:xionggq.jsyt@sinopec.com;
仇永峰, 1982年生, 男, 汉族, 甘肃平凉人, 副主任师, 主要从事油气勘探方面的研究工作。E-mail:qiuyf.jsyt@sinopec.com。
通信作者: 袁静, E-mail:drjyuan@163.com
摘要: 充分利用岩芯和古生物分析资料，结合沉积相研究成果，对高邮凹陷深凹带戴南组一段-二段5亚段的介形虫和轮藻化石及其沉积环境的关系进行系统研究。识别出介形虫70个属种，统计显示以金星介科分子为主，其次是玻璃介科分子，还有少量胡花介科分子，其化石组合的垂向变化反映了戴南期湖泊水体从半咸水→淡水-微咸水→半咸水→淡水的旋回性变化。发现轮藻化石76个属种，主要有常州厚球轮藻、强壮冠轮藻、长柱形钝头轮藻、小球状轮藻等，其中以戴一段一亚段最为繁盛，表明当时较为稳定的半咸水-淡水沉积环境。介形虫化石组合和轮藻化石的垂向分布和演化与沉积环境、沉积相变迁和分布具有密切关系。介形虫组合以淡水-微咸水环境中的属种占优势，且轮藻勃发时，反映陆源碎屑物质供给充足，沉积相以加积型或进积型三角洲和扇三角洲为主；当介形虫组合以半咸水环境中的属种占优势时，表明陆源碎屑物质供给较弱，沉积相以退积型三角洲和扇三角洲为主。
关键词: 高邮凹陷     戴南组     古生物特征     古水体     沉积环境    
Paleontological Features and Sedimentary Environment of Dainan Formation in Deep Sag of Gaoyou Sag
YUAN Jing1,2 , XIAO Yunfeng1,2, DONG Daotao1,2, XIONG Guangqin3, QIU Yongfeng3    
1. School of Geosciences, China University of Petroleum(East China), Qingdao, Shandong 266580, China;
2. Laboratory for Marine Mineral Resources, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao, Shandong 266071, China;
3. Geological Scientific Research Institute of Jiangsu Oilfield, SINOPEC, Yangzhou, Jiangsu 225012, China
Abstract: Based on rock core and paleontology analyses data, combined with the sedimentary facies, the relationship between fossils, such as ostracods and charophytes, and the sedimentary environment of the first and second members of the fifth sub-member of the Dainan Formation in the Deep Sag of Gaoyou Sag were systematically analyzed. Seventy species of ostracods were identified, with the Cyprididae Baird section molecules being dominant, followed by Candonidae Kaufmann, and a small number of Limnocytheridae. The vertical variation in the fossil assemblage reflects the cyclic changes in the lake water during the Dainan Period, namely, brackish water→fresh water→brackish water→brackish water→fresh water. In addition, 76 species of charophytes were identified, including Grovesichara changzhouensis, S tephanochara fortis, Obtusochara longscoluminania, and Sphaerochara parvula. The first sub-member of the first member of the Dainan Formation is most prosperous, which manifests a quiet and brackish-fresh water environment during those periods. The vertical distribution and evolution of the ostracods and charophytes fossil combination has a close relationship with the changes in and distribution of the sedimentary environment and facies. When the ostracods fossil assemblage in fresh to brackish water is in a dominant position and the chara is flourishing, it indicates that terrigenous clastic sediment is abundant. Additionally, the sedimentary facies are dominated by aggradation or a progradation delta and fan delta. When the ostracods fossil assemblage in brackish water is in a dominant position, it indicates that the terrestrial sources are short of clastic substance supply, and the retrogradation delta and fan delta are the main sedimentary facies.
Key words: Gaoyou sag     Dainan Formation     paleontological feature     paleo-water body     sedimentary environment    
引言

化石属种特征和分布可以反映古盐度、古水深和古气候等古环境变化，对于沉积相和沉积环境的研究具有重要意义[1-11]。高邮凹陷深凹带戴南组含有丰富的实体化石，但是该地区关于古生物特征方面的研究较少，且主要是单纯的对古生物特征进行分析研究，未对古生物的分布和组合与沉积相的关系进行研究，本文通过对27口取芯井共计767 m岩芯进行观察、取样、分析，研究介形虫和轮藻化石的属种分布及演化特征，结合沉积相研究成果，讨论其环境意义，为进一步讨论高邮凹陷深凹带戴南期古环境的演变提供了重要依据。

1 地质背景

高邮凹陷为苏北盆地东台拗陷中部的一个次级凹陷，东西长约100 km，南北宽25$\sim$35 km，面积约2 670 km2[12-16]，是一个南断北超、南陡北缓的箕状凹陷[17]，由南往北分为南部断阶带、深凹带、北部斜坡带3个构造带(图 1)[15]。凹陷南部边界受控于真武断层(包括真①和真②断层)和吴堡断层(研究区为吴①断层)，形成坡形较陡的断阶带。真②断层是长期活动的同生断层，在盆地浅部表现为真②-1、真②-2和真②-3断层，均在阜四期开始发育，戴南期为活动高峰。汉留断层为真武断层的次一级反向补偿断层，是深凹带与北部斜坡带的分界断层。

图1 高邮凹陷深凹带戴南组构造单元划分 Fig. 1 Tectonic unit division of the Dainan Formation in deep sag of Gaoyou Sag

高邮凹陷自下而上依次发育上白垩统泰州组(K2$t$)、古近系古新统阜宁组(E1$f$)、始新统戴南组(E2$d$)、三垛组(E2$s$)以及新近系盐城组(Ny)。戴南组可进一步划分为戴一、戴二两个段。本次研究目的层为戴一段(根据油田命名惯例，由下而上可进一步分为E$_2d_1^3$、E$_2d_1^2$和E$_2d_1^1$)和戴二段5亚段(E$_2d_2^5$) (表 1)。

表1 高邮凹陷深凹带戴南组地层划分 Table 1 Stratigraphic division of the Dainan Formation in deep sag of Gaoyou Sag

研究区戴南组含丰富的介形虫、腹足类、轮藻、鱼骨、瓣鳃类、螺、虫管、植物种子和根茎等化石，介形虫、轮藻、腹足类和鱼骨等水生生物化石多分布在次凹带边缘地带，反映相对较浅的水体环境更适合生物生存。

2 介形虫组合特征及其环境意义

介形虫(Ostracoda)是微体古生物中重要的一类，一般认为，属节肢动物门甲壳纲速足亚目。其个体微小，壳长一般在0.3$\sim$3.0 mm，分布范围很广，可生活在咸水、淡水等多种生活环境中，以底栖生活类群最为多见。前人研究表明，湖水盐度是影响介形虫能否生存的主要条件，现代湖相介形虫对湖水盐度的耐受下限是180 mg/L[18]，但在极低盐度下也有少量介形虫生存[19]。

对研究区94口井样品进行了分析，选取化石较丰富的19口井进行详细统计(图 2)发现，研究区主要介形虫为金星介(Cypris sp.)、丽星介(Cypria)、柔星介(Cyprois sp.)、玻璃玻璃介(Candona [candona] sp.)、真星介(Eucypris sp.)、土星介(Ilyocypris)、美星介(Cyprinotussp.)和胡花介(Limnocythere sp.)等属种。

2.1 介形虫化石组合特征 2.1.1 E2d1期

该时期介形虫化石以中华金星介(Sinocypris sp.)、美丽中华金星介(Sinocypris pulchra)、金星介(Cypris sp)、网纹中华金星介(Sinocypris reticulata)、阜宁中华金星介(Sinocypris funingensis)、德卡里金星介(Cypris decaryi)、真星介(Eucypris sp.)、玻璃玻璃介(Candona[candona] sp.)和小玻璃玻璃介(Candona[candoniella] sp.)为主，其次为土星介(Ilyocypris)、胡花介(Limnocythere sp.)、丽星介(cypria)等，其中阜宁中华金星介(Sinocypris funingensis)、细网纹中华金星介(Sinocypris multipuncta)等是渐新统上部阜宁组常见的分子，且由E$_2d_1^3$到E$_2d_1^1$数量呈明显减少趋势。

2.1.2 E$_2d_2^5$期

该时期介形虫以德卡里金星介(Cypris decaryi)数量最多，其次是金星介(Cypris sp.)、柔星介(Cyprois sp.)、真星介(Eucypris sp.)、三角形中华金星介(Sinocypris triangulate)，而玻璃玻璃介(Candona[candona] sp.)、阜宁中华金星介(Sinocypris funingensis)、胡花介(Limnocythere sp.)、土星介(Ilyocypris)、线星玻璃介(Candona(lineocypris) sp.)和小玻璃玻璃介(Candona[candoniella] sp.)的含量很少。

2.2 介形虫化石组合特征的环境意义

金星介(Cypris sp.)属于淡水—微咸水环境中的生物，土星介(Ilyocypris)、真星介(Eucypris sp.)、玻璃介(Candona)等属于半咸水环境中的生物，湖花介(Limnocythere sp.)则属于咸水环境中的生物。介形虫化石属种组合关系和数量变化与古水体环境、气候、物源供给情况关系密切。

2.2.1 E2d1期

E$_2d_1^3$期，介形虫属种复杂多样，以阜宁中华金星介(Sinocypris funingensis)、玻璃玻璃介(Candona[candona] sp.)、真星介(Eucypris sp.)、德卡里金星介(Cypris decaryi)、中华金星介(Sinocypris sp.)为主，适应半咸水环境的介形虫数量占介形虫总量的54.55% (图 2a)，其余为适应半咸水—淡水的属种，反映该期随着气候开始向潮湿特征转化，古水体从半咸水向半咸水—淡水过渡。其中，阜宁中华金星介(Sinocypris funingensis)作为阜宁组常见的介形虫属种在E$_2d_1^3$出现，化石通常相对比较破碎，既是吴堡运动后盆地边缘被抬升后阜宁组遭受剥蚀后再沉积的产物，也是阜宁组作为戴南早期物源的有力证据。

图2 高邮凹陷深凹带戴南组介形虫统计 Fig. 2 Ostracodes statistics of Dainan Formation in deep sag of Gaoyou Sag

E$_2d_1^2$期，以美丽中华金星介(Sinocypris pulchra)、柔星介(Cyprois sp.)和肥似土星介(Parailyocypris obesa)为主，适应淡水—微咸水水体环境的介形虫占全部介形虫数量的63.81%，较E$_2d_1^3$期显著增多，表明该时期湖泊水体转为以淡水—微咸水为主，与气候由偏干旱向半湿润条件转化有关，湖泊水体由于降水增加和砂体进积而较E$_2d_1^3$期淡化。

E$_2d_1^1$期，以小玻璃玻璃介(Candona[candoniella] sp.)、真星介(Eucypris sp.)、玻璃玻璃介(Candona[candona] sp.)和德卡里金星介(Cypris decaryi)为主，适应半咸水水体环境的介形虫占全部介形虫数量的54.83%，半咸水—淡水属种占42.9%，与E$_2d_1^3$期相当，反映该时期随气候又从半湿润转为半干旱，降水减少，蒸发增强，物源供给减弱，砂体退积，古湖泊水体重新转变为半咸水—淡水环境。

2.2.2 E$_2d_2^5$期

E$_2d_2^5$期，介形虫化石属种数量明显减少，以德卡里金星介(Cypris decaryi)和金星介(Cypris sp.)为主，适应淡水水体环境的介形虫所占比重为90.42%，占绝对优势，呈现湖盆发育晚期水退型生物群特点。该期高邮凹陷处于湿润的气候条件，降水丰沛，随大量淡水注入，物源供给充足，砂体大规模进积，北部的三角洲和南部的近岸水下扇、扇三角洲等中粗碎屑沉积在深凹带内叠合连片。

总体来看，由E$_2d_1^3$到E$_2d_2^5$高邮凹陷水体表现为半咸水$\longrightarrow$淡水—微咸水$\longrightarrow$半咸水$\longrightarrow$淡水的旋回性变化，是研究区经吴堡运动由海陆交互环境变为湖泊环境后，气候干湿交替和物源旋回性供给的产物。

2.3 介形虫化石组合的沉积相分布特征

高邮凹陷深凹带各沉积相介形虫分析如图 3所示，可以看出，研究区介形虫化石主要分布于三角洲前缘和扇三角洲前缘中，其次在滨浅湖(泥)和湖底扇沉积环境中，在近岸水下扇和滩坝砂体中很少出现。

图3 高邮凹陷深凹带各沉积相介形虫分析 Fig. 3 Ostracodes analysis of sediments in deep sag of Gaoyou Sag

在三角洲前缘和扇三角洲前缘中，介形虫化石以淡水—微咸水中生活的属种占优势(图 3a，图 3b)，在滨浅湖(泥)环境中，半咸水属种数量增多(图 3c)，反映陆源淡水对局部湖泊水体盐度的影响，当陆源淡水供应增加时，局部湖泊水体表现为水体盐度降低，介形虫以淡水—微咸水环境中生活的属种数量增加；在这些环境中，介形虫化石保存较为完整，反映水动力条件相对稳定的浅水环境更适合其生长、繁殖和化石的保存。研究区湖底扇相为滨浅水沉积物受外力触发再次搬运最终沉积在深水区的沉积体，其中的介形虫化石以半咸水属种占优势(图 3d)，与湖水盐度的垂向分层有关。近岸水下扇是直接物源来自母岩区的深水事件性重力流沉积，不利于生物生存，因而其中的介形虫化石也较少。在缺少陆源碎屑直接供源的滩坝砂体中介形虫化石的丰度和分异度均较少，主要是由于这类环境水体动荡且缺少营养物质，不利于包括介形虫在内的生物生存。

3 轮藻化石组合及环境意义

轮藻是一种生活于陆相淡水—半咸水中的绿色藻类植物，其适应水深一般为0.5$\sim$5.0 m，在水深不超过15.0 m的湖泊中也能大量繁殖，在研究区常和介形类、腹足类、双壳类及鱼类化石伴生。轮藻个体小而轻，很容易随水流被搬运到相对较安静的水体环境中沉积埋藏。水体较浅、水底基质细软且含氧，无强烈径流的浅湖相带环境适宜轮藻大量生长，且藏卵器不会被搬运和破坏，易于保存为化石[20-21]。

3.1 轮藻化石组合特征

研究区内马4、周22、周26、周38、联6、联15、黄18等井轮藻化石较丰富，E$_2d_1$—E$_2d_2^5$取芯总长度为532.39 m，其中E$_2d_1^3$为36.61 m，E$_2d_1^2$为131.31 m，E$_2d_1^1$为167.35 m，E$_2d_2^5$为197.12 m。

7口井岩芯所含轮藻化石属种和数量统计显示，研究区主要轮藻属种为常州厚球轮藻(Grovesichara changzhouensis)、强壮冠轮藻(Stephanochara fortis)、长柱形钝头轮藻(Obtusochara longscoluminania)、小球状轮藻(Sphaerochara parvula)、华南新轮藻(Neochara huananensis)、华丽戈壁轮藻(Gobichara lauta sp)和亚球形培克轮藻(Peckichara subspharrica)等(表 2)。

表2 高邮凹陷深凹带各期轮藻属种和数量关系 Table 2 The relationship between charophytes species and quantity of sedimentary period in deep sag of Gaoyou Sag
3.2 轮藻化石组合特征的环境意义

研究表明，轮藻植物可以降低水体浊度，增加水体透明度，改善水体的营养循环，在湖泊水体修复中具有重要的作用，其数量与水体透明度呈正相关，大部分轮藻的生长不需要高营养，多喜贫—中营养水体[22]。

研究区内的轮藻化石主要是壳体较厚的属种类型，轮藻植物的钙化是保存为化石的重要条件。水体中重碳酸钙含量控制着这些轮藻化石的形成和保存。pH值约为8.3的碱性水体中含有较多的重碳酸钙，其中的二氧化碳为植物体利用，剩余的碳酸钙则沉淀在植物体表面，有利于轮藻化石形成和保存；重碳酸钙含量低时不利于轮藻化石的形成和保存。

E$_2d_1^3$期，轮藻化石稀少，只有黄32、黄20、周15、永18等井偶见轮藻化石。从E$_2d_1^2$到E$_2d_1^1$期轮藻化石种类和数量急剧增多，从1.62个/m剧增到8.47个/m，E$_2d_2^5$期轮藻化石骤减到0.72个/m。轮藻属种和数量的这种变化是因为E$_2d_1^3$期受吴堡运动的影响，海水退去后古水体盐度和矿物质成分仍偏海相，且湍动性较强，不利于轮藻的生长；E$_2d_1^2$期，水体相对安静且明显淡化，水体pH值降低有利于轮藻的生长，但不利于轮藻化石的保存；E$_2d_1^1$期，气候转为半干旱，水体蒸发，盐度和pH升高，水体中重碳酸钙含量高，更有利于轮藻的生长和轮藻化石的保存，因而属种和数量激增。E$_2d_2^5$期，降水量大，加上陆源淡水携带碎屑物质大量注入，古水体较E$_2d_1^1$期和E$_2d_1^2$期盐度降低、动荡且混浊度增大，不适合轮藻生长和化石保存，导致数量和种类大为减少。

3.3 轮藻化石组合的沉积相分布特征

轮藻化石在研究区主要出现于滨浅湖、三角洲前缘等沉积环境中。这些沉积环境中水体较浅、光照充足，适合轮藻的生长和繁殖。由于轮藻个体较小，易随水流的流动而被搬运，其在不同的沉积环境中的指示意义相对较弱，因此未对其在不同沉积相中的分布情况做详细分析。

4 化石组合特征与沉积环境演化

分析表明，研究区介形虫化石组合和轮藻化石的垂向分布及演化与沉积环境变迁具有密切关系。

E$_2d_1^3$期，吴堡运动使海水从东台拗陷退出，高邮凹陷成为与海隔绝的湖泊，水体盐度为接近海水的半咸水，适应半咸水的介形虫属种相对占据优势，适应湖泊水体的藻类尚未勃发。此时深凹带还原色(包括黑色、深灰色、灰色)泥岩和氧化色(包括棕色、紫色、红色)泥岩厚度比值平均为0.53，反映水体为较为富氧的浅水环境。此时由于基底沉降，湖平面迅速扩张，陆源碎屑物质注入发育小型退积式三角洲和扇三角洲，仅在邵伯次凹深水环境发育小型湖底扇(图 4a)。

图4 高邮凹陷深凹带戴南组沉积相平面分布特征 Fig. 4 Sedimentary facies planar distribution of Dainan Formation in deep sag of Gaoyou Sag

E$_2d_1^2$期，气候温暖潮湿，雨量充沛，大量淡水不断注入，水体由半咸水变为淡水，深凹带还原色泥岩和氧化色泥岩厚度比值平均为0.39，总体为更加富氧的浅水环境，轮藻开始繁盛，美丽中华金星介(Sinocypris pulchra)、柔星介(Cyprois sp.)和肥似土星介(Parailyocypris obesa)等适应淡水—微咸水的介形虫成为组合中的主体。沉积范围继续扩大，陆源碎屑物质持续注入，形成加积型三角洲、扇三角洲和滩坝砂体，仅在樊川次凹和刘五舍次凹发育(半)深湖和近岸水下扇(图 4b)。

E$_2d_1^1$期，湖盆面积进一步扩大，陆源碎屑供应相对减少，三角洲和扇三角洲砂体退积(图 4c)。深凹带还原色泥岩和氧化色泥岩厚度比值平均为1.59，还原特征较为明显，表明水体活跃性较弱，造成深层水体盐度较大，适应半咸水的介形虫属种较为发育，且利于轮藻发育和化石的保存，从而使该时期表现为轮藻勃发的面貌。

E$_2d_2^5$期，由于早期充填和盆地抬升使水体变浅，地形变缓，陆源淡水供给范围增大，整个凹陷进入全面充填阶段(图 4d)。深凹带水体盐度较E$_2d_1^1$期降低，适应淡水—微咸水的介形类在化石组合占绝对优势，轮藻化石保存程度弱于E$_2d_1^1$期。

5 结论

(1) 在高邮凹陷戴南组E$_2d_1$—E$_2d_2^5$识别出介形虫70个属种，以金星介科分子为主，其次是玻璃介科分子和少量胡花介科分子。介形虫化石组合的垂向变化反映由E$_2d_1$到E$_2d_2^5$古水体盐度表现为半咸水$\longrightarrow$淡水—微咸水$\longrightarrow$半咸水$\longrightarrow$淡水的旋回性变化。介形虫化石主要分布于三角洲前缘和扇三角洲前缘亚相，其次分布在滨浅湖(泥)和湖底扇沉积环境中，在近岸水下扇和滩坝砂体中很少出现。

(2) 发现轮藻76个属种，轮藻以常州厚球轮藻、强壮冠轮藻、长柱形钝头轮藻、华南新轮藻和亚球形培克轮藻为主，以E$_2d_1^1$属种和数量最为丰富，反映该期水体盐度、湍动性和浑浊度有利于轮藻生长和化石保存。

(3) 介形虫化石组合和轮藻化石的垂向分布和演化与沉积环境、沉积相变迁和分布具有密切关系。对研究区戴南组而言，介形虫组合以淡水—微咸水环境中的属种占优势，且轮藻勃发，与陆源碎屑物质供给充足相适应，沉积相以加积型或进积型三角洲和扇三角洲为主；当介形虫组合以半咸水环境中的属种占优势时，反映陆源碎屑物质供给相对较弱，沉积相以退积型三角洲和扇三角洲为主。

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