东辛地区沙三段遗迹化石特征与沉积环境分析

陈秀艳，姜在兴，师晶，徐杰

（1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083；3.香港天地能源服务有限公司北京代表处，北京 100015）

东辛地区沙三段遗迹化石特征与沉积环境分析

陈秀艳1，姜在兴2，师晶3，徐杰2

（1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083；3.香港天地能源服务有限公司北京代表处，北京 100015）

通过岩心观察及沉积分析，东辛地区沙三段发育大量的生物潜穴、逃逸构造、扰动构造及生物实体化石和印模，可进一步识别为居住迹（Domichnia）、进食迹（Fodinichnia）、牧食迹（Pascichnia）3大类。根据组合特征，可划分为Cochlichnus anguineus，Planolites montanus和Skolithos-Planolites 3种遗迹组合。沙三下亚段发育Cochlichnus anguineus遗迹组合及完整鱼化石，代表相对安静的低能沉积环境；沙三中亚段发育Planolites montanus遗迹组合，见逃逸构造和扰动构造，表明水体存在动荡时期，但大部分时间处于相对安静环境；沙三上亚段发育Skolithos-Planolites遗迹组合，见扰动构造、螺类化石及印模，代表处于高能沉积环境。整体表明，该区沙三段沉积时期，从下至上水体逐渐变浅，水动力条件逐渐增强。

遗迹化石；遗迹组合；沉积环境；东辛地区

生物遗迹化石多数都在原地形成，并随沉积物固结成岩而保存下来，通常不会再被搬运转移，所以生物遗迹化石是判别沉积环境的良好标志［1］。遗迹相的概念最早由A.Seilacher提出，指与某种沉积相有关的特定遗迹化石组合［2］。目前，根据海水深度由陆至海可划分出6种或10种遗迹相模式［3］。遗迹化石作为生物行为的结果，受生物行为及环境变化影响，具有“一物多迹”和“异物同迹”的现象［4］，因此，遗迹相含有沉积学研究内容，是沉积环境研究的一个重要方面。笔者通过详细观察东辛地区9口取心井发现，在沙三段沉积时期，含有大量的生物潜穴及逃逸构造，这对该区的沉积环境分析具有很好的指示意义。

1 区域地质概况

东辛地区位于东营凹陷中央断裂背斜带中东段，三面邻洼，北邻民丰洼陷，西邻利津洼陷，南邻牛庄洼陷（见图1）。区内构造复杂，断层发育，是复杂断块油气藏的典型代表［5］。

图1 研究区位置

研究区内沙三段厚500～1 200 m，分为上、中、下3部分。其中，沙三下亚段为泥岩、油页岩及石英砂岩，厚约150～200 m；沙三中亚段主要为深灰色厚层泥岩，夹少量细砂岩、粉砂岩，厚约600 m，发育多套三角洲—浊积砂体，也是东营凹陷油气储集体的重要类型之一［6］；沙三上亚段为块状细砂岩、粉砂岩、泥岩及页岩，厚约500 m（见图2）。

据山东区域地质志介绍，沙三段产有介形、腹足、轮藻、藻类、鱼类及孢粉植物7个门类的化石，除植物外，其他门类的属种和数量都比较丰富，特征明显且稳定。这些种类生物及遗迹化石的发现，对于地层对比和时代确定具有重要意义。

2 遗迹化石种类及特征

通过详细观察东辛地区9口取心井，按生态或造迹生物的行为习性分类，在沙三段三角洲—滑塌浊积扇—湖泊沉积体系中［7］，发现大量形态清晰的动物遗迹化石和逃逸构造，以各种产状的潜穴为主，包括居住迹（Domichnia）、进食迹（Fodinichnia）、牧食迹（Pascichnia）3大类，可进一步识别出Skolithos，Planolites，Cochlichnus，此外，还发现鱼化石以及腹足类和介形类的印模（见图2）。根据遗迹化石的形态、大小、赋存的岩性差异以及保存状态，分析推测这些化石的造迹生物多数为软体动物类，并且生物潜穴主要保存在粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩或砂泥互层的岩层内。

2.1 居住迹（Domichnia）

石针迹属 Ichnogenus Skolithos（Haldemann，1840）

线状石针迹 Skolithoslinearis（Haldemann，1840）（见图3a、图3b-①）；垂直石针迹Skolithos verticalis（Hall，1942）（见图3b-②、图3c）

描述 Skolithos linearis主要分布于灰黑色泥质粉砂岩或褐灰色粉砂岩中，个体较大，常单独出现，简单垂直管状潜穴，不分枝，与层面垂直或高角度倾斜，直径约6～10 mm，外壁光滑，无衬壁，被动充填，充填物为浅灰色细砂岩，内迹保存。

Skolithos verticalis主要出现在砂泥薄互层中，常弯曲，个体较小，成群出现，被动充填，泥质或细粉砂质充填，较细小的针状潜穴，长约1 cm，直径约2 mm，横断面呈圆形或亚圆形，外壁光滑，无衬壁，内迹保存，与层面垂直或高角度倾斜。

讨论 Skolithos linearis与Skolithos verticalis的主要区别是前者个体大，孤立状分布，潜穴为直管状；后者个体小，潜穴管略弯曲。

产地层位 东辛地区古近纪沙三中和沙三上亚段。

2.2 进食迹（Fodinichnia）

漫游迹属 Ichnogenus Planolites（Nicholson，1873）

山地漫游迹 Planolites montanus（Richter，1937）（见图3d、图3e）

描述 潜穴为直—微弯曲形管状，不分枝，直径2～4 mm，外壁光滑无饰，无衬壁，分布于褐灰色、灰—深灰色粉砂质泥岩中，内迹保存，与层面平行或略倾斜。潜穴由浅灰色细砂岩、粉砂岩与褐灰色、灰—深灰色粉砂质泥岩交界处向下掘穴，因此，潜穴充填物与上覆地层岩性相同，主要为浅灰色粉砂岩或细砂岩，无回填纹构造。Planolites montanus是研究区内最发育的遗迹相。

讨论 Planolites montanus在层面上常与Planolites beverleyensis共生。Planolites montanus直径一般不超过5 mm，呈弯曲状—蛇曲状；而Planolites beverleyensis直径不小于8 mm，一般为10 mm，潜穴直或微弯［8］。本区发现的Planolites遗迹直径均小于5 mm，因此，应归入Planolites montanus。

产地层位 东辛地区古近纪沙三中亚段。

2.3 牧食迹（Pascichnia）

蜗行迹属 Ichnogenus Cochlichnus（Hitchcock，1858）

蛇形蜗行迹 Cochlichnus anguineus（Hitchcock，1858）（见图3f）

描述 Cochlichnus anguineus为细长规则波状弯曲，呈“S”形觅食拖迹，表面光滑［9］，长度约12 cm，宽约6 mm，单一痕迹宽窄较一致，不发育横向纹饰，转折处比较圆滑。表迹保存，沿层面或波痕面分布。

讨论 关于Cochlichnus遗迹属的生态分类，存在多种解释。L.A.Buatois等［10］认为可能是运动迹或运动与进食活动的产物，因此应为觅食迹。

产地层位 东辛地区古近纪沙三下亚段。

2.4 逃逸构造

逃逸构造是半固着生物或轻微活动动物在底层内快速向上移动或向下逃跑掘穴时遗留下来的痕迹。它的形成与沉积物的加积和被冲刷侵蚀密切相关。这样的潜穴构造在风暴沉积层和浊流砂层中比较常见。

图4a中，逃逸构造发育于沙三中亚段薄砂泥互层的砂岩层中，相邻泥质粉砂岩表面发育Skolithos（该岩心底面即为图3a）。砂岩层内发育的逃逸迹与下伏泥质粉砂岩层中Skolithos直径相似，表明它们为同一生物居住、逃逸所致。生物出现逃逸现象，表明生存环境突然发生变化，生物为继续生存而表现的一种求生行为，因此，逃逸构造常常发育在风暴岩、浊积岩或冲刷作用突然加强的岩层内。

图3 生物潜穴与层位

2.5 扰动构造

扰动构造也是生物为适应环境变化而产生的行为结果。研究区内沙三中上亚段扰动构造发育，主要发育在灰色、深灰色泥岩所夹的灰色细砂岩及粉砂岩中。按照扰动特征可识别为均一型（见图4b）和增强型（见图4c）［11］。均一型扰动见于浅灰色细砂岩薄层中，原本细砂岩薄层中夹有深灰色泥质条带，并发育波纹层理，但受生物强烈扰动，原生沉积构造已被严重破坏，表明在一段时间内，水体动荡不稳定，生物活动强烈。增强型扰动构造发育在泥岩所夹的粉细砂岩薄层内，下部可见Planolites montanus遗迹沿层面分布，个体形态清晰，向上遗迹个体逐渐变小，形态逐渐模糊，扰动指数也由底部向上增强。

2.6 生物化石及印模

研究区内沙三下和沙三上亚段发现生物化石及印模（见图4d—4f）。沙三下亚段深灰色泥岩及油页岩中见完整鱼化石和大量鱼鳞片；沙三上亚段深灰色粉砂质泥岩中见介形类化石及介壳印模，其在东营凹陷其他地区也很常见［12］，而浅灰色细砂岩中见螺类化石及印模，并且螺类个体较大，壳体较厚，说明沉积环境水体较浅，水动力条件较强。

3 遗迹化石与沉积环境分析

研究表明，通常在水动力条件较强，水体物理、化学条件变化大的环境中，绝大多数底栖生物，以挖掘很深的垂直潜穴或在岩石上钻孔为主要生活方式；在水动力条件相对较弱、环境因素变化小的地区，底栖生物潜穴较浅，多数倾斜或水平；而在深水区，由于环境相对安定，食泥生物繁育，往往在层面上留下各种弯曲状、网状、树枝状或螺旋状的觅食和啮食遗迹构造。

根据组成特征，研究区内沙三段可划分为3个遗迹组合，即 Planolites montanus，Skolithos-Planolites，Cochlichnus anguineus。

3.1 Cochlichnus anguineus遗迹组合

该遗迹组合见于莱105井沙三下亚段浅灰色粉砂岩波状层理面上。围岩中发育水平层理、波状层理，见植物茎及叶片化石，生物扰动微弱，且主要分布于层面上，表明莱105井当时的环境水体能量较低，局部地区出现植物茎及叶片化石，说明沉积环境离滨岸较近，水体经常处于还原环境，因此代表低能的滨湖沼泽环境。同时在辛170井沙三下亚段灰黑色泥岩中发现鱼化石，伴生的沉积构造也为水平层理，反映了辛170井在这一时期处于低能深水环境。因此，Cochlichnus anguineus层面遗迹代表低能环境，沉积速率较低，物源供给不充足，近岸位置发育滨湖沼泽环境，向湖方向水体逐渐加深至深水环境。

3.2 Planolites montanus遗迹组合

该遗迹组合在研究区内沙三中亚段最发育，主要赋存于褐灰色、灰—深灰色粉砂质泥岩与浅灰色细砂岩、粉砂岩交界处，并且粉砂岩薄层中生物扰动强烈，可见逃逸构造，说明该区这一时期整体水动力条件相对较弱，生物活动频繁，但偶尔环境会发生变化，使得生物出现逃逸行为。

该遗迹组合主要分布在砂泥岩互层沉积中，厚层泥岩中很少保存，说明该类造迹生物喜欢在水动力条件中等—弱的水底生存，并且多层褐灰色、褐红色泥岩的出现，表明该区时而处于氧化环境，氧气和营养物质丰富，生物才可以在此生存。综合沉积相分析，该区沙三中亚段以三角洲前缘河口坝、远砂坝和重力流事件沉积为主。正常浅水环境生存的生物在遭遇风暴、滑塌及浊流作用的情况下，只能保留一些生命力顽强的机会分子。这些机会分子具有特定的进食策略，在浊流过后潜入就近的泥岩中，进食刚刚补给的营养物质。因此，该区在沙三中时期大部分时间处于低能环境，偶尔发育事件沉积，并时常出露处于氧化环境。

3.3 Skolithos-Planolites遗迹组合

该遗迹组合以居住潜穴和进食潜穴为主，常见Skolithoslinearis，Skolithosverticalis，Planolitesmontanus，以Skolithos verticalis居多，主要分布于沙三中上亚段砂泥薄互层中，见生物扰动，沙三上亚段还发现螺类化石及印模。

垂直及高角度潜穴的发育，说明水动力条件逐渐变强。Skolithos linearis向上在砂层中演变为逃逸构造（见图4a），也反映了快速掩埋作用，并且沙三上亚段细砂岩中发现螺类、介壳类化石及印模。螺类个体较大，壳体较厚，进一步说明此时沉积速率变大，造迹生物为了维持其穴道和底层水的联系，不得不向沉积界面靠近，所以该遗迹组合更多地形成于砂泥薄互层沉积界面附近。沉积环境以三角洲前缘亚相为主，水体较浅，水动力条件较强。

4 结束语

东辛地区遗迹化石研究表明，沙三下亚段至沙三上亚段水动力条件逐渐增强，相应发育湖泊—重力流—三角洲沉积体系，横向上靠近物源区，水动力能量较大，石针迹较发育，而在湖泊水动力能量中等—弱时，山地漫游迹较发育。低能湖泊相沉积有利于烃源岩生成，向上随着水体能量增加，沉积大量砂泥互层及厚层砂体，可以形成有效储集层。因此，东辛地区沙三段具备形成有利储盖组合的条件，尤其沙三中亚段是有利的勘探层位，下一步应加强圈闭条件研究，为今后的油气勘探明确方向。

［1］ 曾允孚，夏文杰.沉积岩石学［M］.北京：地质出版社，1986：82.

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（编辑 赵卫红）

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

国家科技重大专项“油气勘探新领域储层地质与油气评价”（2009ZX05009-002）

TE122.3+1

A

10.6056/dkyqt201204014

2011-12-30；改回日期：2012-05-17。

陈秀艳，女，1979年生，博士，主要从事层序地层学及沉积储层研究。E-mail：xiuyanchen1004@163.com。

陈秀艳，姜在兴，师晶，等.东辛地区沙三段遗迹化石特征与沉积环境分析［J］.断块油气田，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.