大杨树盆地嫩江组孢粉化石及其地质意义

孙 雷， 王成龙， 卞雄飞， 张 健， 陈树旺， 苏 飞， 汪 博， 张海华

(1. 中国地质调查局 沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳 110034； 2. 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 3. 陕西地矿第二综合物探大队有限公司，陕西 西安 710000 )

0 引言

近年来，松辽盆地外围大杨树盆地、拉布达林盆地、突泉盆地、高力板盆地等中小型盆地，以及深层古生界的基础地质调查取得进展和发现[1-5]，成为中国东北地区油气勘探重要的接替领域。大杨树盆地为松辽盆地外围重要的残留中新生代断陷盆地，位于内蒙古自治区东部鄂伦春自治旗、阿荣旗及黑龙江省甘南县，面积约为1.56×104km2。该盆地的油气勘探始于20世纪80年代末，在大杨树盆地南部钻探杨D1、杨D2、杨D3、杨D4和杨参1等井，并在杨D1和杨参1井获得油气，揭示盆地具有一定的油气勘探前景[6-10]。

根据地震剖面解释和野外地质调查，刘志宏等[11]确定大杨树盆地为白垩纪开始的陆相伸展断陷作用和挤压拗陷作用形成的复合盆地，经历多期变形作用，具有以伸展构造为主、并被挤压构造和反转构造叠加的构造特征。佟卉等[12-13]研究中生代大杨树裂陷盆地，由早期到晚期经历断陷初期火山强喷发伴随粗碎屑快速堆积阶段、断陷中期火山弱喷发较稳定沉积阶段、断陷晚期火山强喷发阶段和断陷后整体抬升剥蚀阶段，发育大量造山带火山岩，火山岩类型多样，主要为安山岩、玄武岩、粗面安山岩和英安岩。崔秀琦等[14]分析大杨树盆地中部九峰山组上段沉积环境及聚煤模式，认为煤层主要分布于扇三角洲平原和滨浅湖沉积环境，并围绕半深湖—深湖沉积区呈带状分布，发育进积型、退积型聚煤模式。大杨树盆地中部甘河地区嫩江组烃源岩具有一定的生烃潜力，有机质丰度较高，属于中等—好烃源岩，有机质类型主要为Ⅱ型干酪根，处于成熟阶段，是一套好的烃源岩，形成于还原性的淡—微咸水水体沉积环境，有机质为以陆生高等植物为主的混合来源[1]。

人们对大杨树盆地的构造演化、岩浆活动和油气地质条件等研究较多，但古生物学相关研究程度较低。笔者对大杨树盆地中部上白垩统嫩江组暗色泥岩进行采样，分析孢粉特征，获得丰富的孢粉化石，为大杨树盆地地层划分与对比，以及嫩江组沉积时期古植被、古气候的恢复提供新的证据，为中国晚白垩世孢粉植物群研究提供新的化石产地。

1 区域地质概况

大杨树盆地构造位于松辽盆地西缘地区，沿嫩江—八里罕断裂带的西侧呈NNE向长条状展布。盆地基底最大埋深达4 km，划分为南部坳陷、中部隆起、北部坳陷和北部隆起4个一级构造单元[11]。盆地地层主要为下白垩统龙江组、光华组、九峰山组、甘河组、孤山镇组，上白垩统嫩江组，以及新近系、第四系等，主要由火山岩、火山碎屑岩和沉积碎屑岩组成[11]。其中，嫩江组集中分布于内蒙古自治区莫力达瓦达斡尔族自治旗的萨马街、达拉滨、诺敏河小二沟以北及西南一带。嫩江组沉积时期，盆地水体与松辽盆地连为一体，整体为湖相沉积，发育一套滨浅湖相的浅灰、灰黑色泥岩、粉砂岩，底部偶见砂砾岩，厚度为50～100 m[6]。

研究区位于大杨树盆地南部坳陷北部的甘河地区(见图1(a))，地层自下而上主要发育上侏罗统玛尼吐组(J3mn)、上侏罗统白音高老组(J3b)、下白垩统甘河组(K1g)、上白垩统嫩江组(K2n)及第四系全新统(Qh)等(见图1(b))。

图1 大杨树盆地构造单元及采样位置Fig.1 Tectonic units and sample locations of Dayangshu Basin

2 样品特征与分析测试

样品来自于大杨树盆地甘河地区嫩江组露头，主要分布于地势低洼冲沟处，可见厚度为2～5 m，出露范围较广，岩性主要为灰色、灰黑色泥岩(见图2)，选取其中4件嫩江组暗色泥岩露头样品进行孢粉测试分析，采样位置见图1(b)。

孢粉化石鉴定在吉林大学古生物学与地层学研究中心孢粉实验室完成。孢粉分析实验在室温下进行，实验流程：每个样品取过50目筛子的干样品50 g，通过盐酸、氢氟酸、氢氧化钾、盐酸依次处理，采用筛选法将样品中的孢粉化石集中在试管中，每个样品制2个固定片子，使用OlympusBX51生物显微镜观察，根据SY/T 5915—1994《化石孢粉鉴定方法》鉴定。化石鉴定主要参考文献[15-16]描述和图版。

图2 大杨树盆地甘河地区嫩江组暗色泥岩Fig.2 Dark mudstone from Nenjiang Formation in Ganhe Region of Dayangshu Basin

3 孢粉组合特征与对比

3.1 孢粉组合特征

4件样品获得数量丰富的孢粉化石，包括裸子植物花粉1 189粒、蕨类植物孢子55粒、被子植物花粉16粒，单样品化石数量在275～394粒之间。共鉴定孢子和花粉化石49属，包括22种及39未定种(见表1、图3)。根据出现的重要分子的数量，称为雪松粉Cedripites—罗汉松粉Podocarpidites—雏囊粉Parcisporites组合。

表1 大杨树盆地嫩江组孢粉属种及其质量分数

续表1

孢粉组合中裸子植物花粉(质量分数为89.5%～98.5%)占绝对优势，其次为蕨类植物孢子(质量分数为1.5%～8.0%)，被子植物花粉稀少(质量分数为0～2.6%)。

3.1.1 裸子植物

裸子植物花粉17属，包括11种和14未定种。双气囊类花粉(质量分数为82.6%～94.4%)占绝对优势，其中Cedripitesmedius质量分数最高，为32.0%～40.6%，其次为Podocarpiditesnageiaformis(质量分数为6.0%～29.7%)、Parcisporitesparvisaccus(质量分数为9.8%～15.6%)、Pinuspolleniteslabdacus(质量分数为5.2%～11.7%)、Abietineaepollenitesminimus(质量分数为0～7.0%)、Piceaepo-

llenitessp.(质量分数为1.1%～6.7%)、Abietineaepollenitessp.(质量分数为0～5.1%)、Keteleeriaepollenitessp.(质量分数为0～4.1%)和Abiespollenitessp.(质量分数为0～3.5%)；Abietineaepollenitesmicrosibiricus、Cedripitessp.、Cedripites.densireticulatus、Cedripitesleptodermus、Cedripitesmicrosaccoides、Pinuspollenitesminutes、Parcisporitesminutus、Rugubivesiculitessp.、Protopinussp.、Protoconiferussp.、Pseudowalchiasp.、Pristinuspollenitessp.等质量分数较少(见表1)。除双气囊类花粉外，无口器类也存在(质量分数为4.1%～12.6%)，包括Psophosphaerasp.(质量分数为3.8%～12.6%)和Araucariacutessp.(质量分数为0～0.3%)。此外，裸子植物花粉中可见单沟类的Cycadopitessp.(质量分数为0～0.7%)和单孔类的Perinopollenitessp.(质量分数为0～0.4%)。

3.1.2 蕨类植物

蕨类植物孢子25属，包括5种和22未定种，种类丰富，但各化石种质量分数小于2.0%。根据化石形态看，三缝类孢子占绝对优势，其中无环三缝孢(质量分数为1.0%～5.8%)最丰富，包括Lycopodiumsporitessp.、Leiotriletessp.、Calamosporasp.、Cyathiditesminor、Foveosporitessp.、Biretisporitessp.、Hymenophyllumsporitessp.、Hymenophyllumsporitesosmundaformis、Verrucosisporitessp.、Lophotriletessp.、Klukisporitessp.、Baculatisporitessp.、Lygodioisporitessp.、Lygodiumsporitessp.、Cyclogranisporitessp.、Granulatisporitessp.、Ceratosporitesequalis、Radiorugoisporitessp.、Cicatricosisporitessp.、Toroisporissp.和Appendicisporitessp.；其次为带环三缝孢(质量分数为0～0.7%)，包括Polycingulatisporitessp.、Aequitriraditesspinulosus、Densoisporitessp.和Camarozonotriletessp.。此外，可见少量单缝类的孢子Schizaeoisporitessp.和Schizaeoisporitesretiformis(见表1)。

3.1.3 被子植物

被子植物花粉7属，包括6种和3未定种。三孔沟类(质量分数为0～2.2%)在数量和种类上占绝对优势，其中扁球形系最为丰富(质量分数为0～2.2%)，包括Callistopollenitestumidoporus(质量分数为0.7%～1.1%)、Consoliduspollenitessongliaoensis(质量分数为0～0.4%)、Borealipollissp.(质量分数为0～0.4%)、Borealipollisyaojianica(质量分数为0～0.4%)、Borealipollissongliaoensis(质量分数为0.3%～0.4%)和Lythraitesgiganteus(质量分数为0～0.3%)，其次为圆球形系的Pentapollenitesasymmetricus(质量分数为0～0.7%)。此外，可见少量多孔类的Liquidambarpollenitessp.(质量分数为0.3%～0.4%)和三沟类的Retitricolpitessp.(质量分数为0～0.4%)。

3.2 孢粉组合对比

根据孢粉化石类别质量分数，该孢粉组合与松辽盆地嫩江组获得的孢粉组合有较大差异，主要表现为Schizaeoisporites属、Cyathidites属、Classopollis属和被子植物花粉等类型的质量分数不同。

根据Schizaeoisporites属的质量分数，松辽盆地同28井嫩江组质量分数为2.9%～7.6%，依1井嫩江组质量分数为2.7%～6.3%[17]；乾3和吉15井嫩江组质量分数为3.0%～55.0%[18]；松科1井南孔嫩江组一、二段质量分数分别为17.4%、34.3%[19]；新站地区嫩江组三段质量分数最高为4.5%[20]；农安地区沈家屯剖面嫩江组三、四段质量分数为26.8%～35.9%[21]；开鲁地区嫩江组下部地层Schizaeoisporites属常见十余种，质量分数最高为50.0%[22]；松辽盆地嫩江组一段质量分数为1.5%～7.6%，嫩江组二至五段质量分数为6.5%～45.2%[23]，松辽盆地嫩江组平均质量分数为28.5%，最高为51.5%[24]；研究区嫩江组样品中Schizaeoisporites属质量分数为0～1.5%。

根据Cyathidites属的质量分数，松辽盆地同28井嫩江组质量分数为6.3%～7.6%，依1井嫩江组质量分数为1.6%～7.3%[17]；松科1井南孔嫩江组一段质量分数为39.7%[19]；新站地区嫩江组三段质量分数最高为18.2%[20]；农安地区沈家屯剖面嫩江组三、四段质量分数为2.2%～12.5%[21]；松辽盆地嫩江组一段质量分数为1.6%～23.9%，嫩江组二至五段质量分数为0.8%～16.9%[23]；研究区嫩江组样品中Cyathidites属质量分数为0～0.5%。

根据Classopollis属的质量分数，松辽盆地同28井嫩江组质量分数为0～16.3%[17]；乾3和吉15井嫩江组质量分数最高为13.0%[18]；新站地区嫩江组三段质量分数为3.1%～5.6%[20]；农安地区沈家屯剖面嫩江组三、四段质量分数为9.7%～27.0%[21]；开鲁地区嫩江组下部地层质量分数最高为45.0%[22]；松辽盆地嫩江组一段质量分数为0～16.3%，嫩江组二至五段质量分数为2.6%～24.4%[23]；研究区嫩江组样品中未发现。

根据被子植物花粉的质量分数，松辽盆地同28井嫩江组质量分数为21.0%～31.0%，依1井嫩江组质量分数为20.2%～23.0%[17]；乾3井嫩江组质量分数为22.1%，吉15井嫩江组质量分数为17.8%，白6井嫩江组质量分数为12.1%[18]；新站地区嫩江组三段质量分数为2.7%～11.3%[20]；农安地区沈家屯剖面嫩江组三、四段质量分数为12.6%～18.1%[21]；开鲁地区嫩江组下部地层被子植物花粉质量分数为7.7%～41.0%，平均为25.3%[22]；青山口地区后金沟剖面嫩江组下部地层质量分数为34.4%[25]；松辽盆地嫩江组一段质量分数为10.5%～40.0%，嫩江组二至五段质量分数为7.9%～34.2%[23]，松辽盆地嫩江组平均质量分数为21.75%，最高为38.5%[24]；研究区嫩江组样品中被子植物花粉的质量分数为0～2.6%。

研究区大杨树盆地中部嫩江组的Schizaeoisporites属、Cyathidites属、Classopollis属和被子植物花粉在质量分数上与松辽盆地嫩江组获得的孢粉化石差别较大，反映当时两个地区发育的古植被面貌不同，导致孢粉化石组合有差异。

4 讨论

4.1 地质时代

研究区孢粉化石多数为延续时间较长的属、种，对生物组合及地层的时代划分具有一定意义，尤其孢粉出现的部分被子植物花粉对地质时代的精确限定具有更重要的意义。

Lophotriletes属分布于古生代至新生代；Leiotriletes属、Calamospora属、Verrucosisporites属、Cyclogranisporites属和Granulatisporites属为古生代至中生代常见分子；Lycopodiumsporites属、Foveosporites属、Baculatisporites属、Cycadopites属、Abietineaepollenites属、Abiespollenites属、Keteleeriaepollenites属、Piceaepollenites属和Psophosphaera属为中新生代常见分子；Polycingulatisporites属、Klukisporites属、Lygodioisporites属、Densoisporites属、Protopinus属、Protoconiferus属、Pseudowalchia属、Pristinuspollenites属、Perinopollenites属、Araucariacutes属和Cyathiditesminor属为中生代常见分子。Schizaeoisporites属、Hymenophyllumsporites属、Biretisporites属、Lygodiumsporites属、Radiorugoisporites属、Toroisporis属、Aequitriraditesspinulosus、Appendicisporites属、Cicatricosisporites属、Podocarpidites属和Rugubivesiculites属为白垩纪出现的分子；Camarozonotriletes属、Retitricolpites属及Cedripitesmicrosaccoides、Pinuspollenitesminutes、Pinuspolleniteslabdacus、Parcisporitesparvisaccus等属种为晚白垩世出现的分子[26-30]。Schizaeoisporitesretiformis主要分布于松辽盆地的四方台组、江西波阳等地的南雄组和广东的三水组；Hymenophyllumsporitesosmundaformis主要分布于苏北盆地的泰州组；Ceratosporitesequalis主要分布于松辽盆地的嫩江组和苏北盆地的泰州组；Cedripitesdensireticulatus主要分布于松辽盆地的嫩江组至四方台组、苏北盆地的阜宁群、江西池江盆地的池江组和四川理塘的上新统；Cedripitesleptodermus主要分布于苏北盆地的泰州组至阜宁群、江西池江盆地的池江组、塔里木盆地的塔拉克组、巴什布拉克组和东海陆架盆地的灵峰组上段；Cedripitesmedius主要分布于松辽盆地的嫩江组至明水组、苏北盆地的泰州组至阜宁群、抚顺盆地的栗子沟组、柴达木盆地的下干柴沟组至上油砂山组、东海陆架盆地的灵峰组和四川理塘的上新统；Parcisporitesminutus主要分布于苏北盆地的泰州组和松辽盆地的明水组。这些属种的出现表明该孢粉组合时代更接近晚白垩世晚期。

根据孢粉属种及其分布时代对比，文中出现的部分被子植物花粉中，Callistopollenitestumidoporus主要分布于苏北盆地的泰州组和松辽盆地的嫩江组一段；Consoliduspollenitessongliaoensis主要分布于黑龙江嘉荫地区的富饶组和松辽盆地的嫩江组；Lythraitesgiganteus主要分布于松辽盆地的嫩江组二至五段和湖北枣阳的上白垩统；Pentapollenitesasymmetricus主要分布于松辽盆地的嫩江组、江西池江盆地的池江组、坪湖组及南海北部大陆架盆地的长流组、湖北荆门的龚家冲组；Borealipollissongliaoensis分布于松辽盆地的嫩江组至明水组一段；Borealipollisyaojianica主要分布于松辽盆地的姚家组；Liquidambarpollenitessp. 主要分布于松辽盆地的四方台组。

张一勇[31]将中国晚白垩世孢粉植物群分为4个主要的发展时期，即前短轴类被子花粉发育期(Cenomanian期)、短轴类被子花粉发育期(Turonian-Santonian期)、进化被子花粉发育期(Campanian期)和脊榆属花粉发育期(Maastrichtian期)。其中，进化被子花粉发育期的特征为除前一时期发育起来的短极轴三沟、三孔沟类花粉继续存在并有发展外, 一些特征清楚的短极轴花粉和长极轴的三突起类(Triprojectacites)花粉有明显发展，正型粉类花粉没有大的发展，等轴及长极轴网状纹饰的三沟、三孔沟类花粉类型多样、数量丰富，并伴生Rugubivesiculites。研究区孢粉化石符合这一特征，其中出现的Callistopollenites和Consoliduspollenites是发育期的特征分子，而伴生的双气囊类花粉Rugubivesiculites有出现。

张一勇[32]将中国白垩纪被子植物花粉的宏演化序列划分为7个形态演化期、10个发育阶段，研究区的被子植物花粉与命名的三突起类和小型短轴类演化期、进化被子植物花粉发育阶段相似。后者以发育三突起类及小型短极轴三孔沟类、圆形三孔沟类花粉的复杂化为特征，特征化石Lytharites、Pentapollenites、Callistopollenites、Consoliduspollenites、Retitricolpites和Borealipollis在研究区样品中发现，时代相当于晚白垩世Campanian期。

根据Lytharites、Pentapollenites、Callistopollenites、Consoliduspollenites、Retitricolpites和Borealipollis等具有时代意义的被子花粉化石的出现，研究区获得的孢粉化石组合显示晚白垩世Campanian期的特征。

4.2 古植被与古气候

孢子和花粉化石是古植物的生殖细胞，利用与其具有亲缘关系的古植物可以反推地质历史时期的古植被和古气候面貌。中生代常见孢粉化石的母体植物[33-36]，分析大杨树盆地嫩江组沉积时期的古植被和古环境面貌。大杨树盆地嫩江组沉积时期的古植被种类丰富，以松柏类、真蕨类和石松类为主。

根据蕨类植物孢子，以真蕨纲和石松纲植物相关孢子为主，楔叶类少见。真蕨纲类型丰富，以海金沙科最为丰富，相关孢子包括Klukisporites属、Lygodioisporites属、Lygodiumsporites属、Toroisporis属、Appendicisporites属、Cicatricosisporites属，以及双扇蕨科的Baculatisporites属、Granulatisporites属；莎草蕨科相关的Schizaeoisporites属、桫椤科相关的Cyathidites属、紫萁科相关的Biretisporites属和膜蕨科相关的Hymenophyllumsporites属。石松纲可见石松目相关的孢子Lycopodiumsporites属、Foveosporites属、Camarozonotriletes属，以及卷柏目相关的孢子Verrucosisporites属、Densoisporites属、Aequitriradites属。楔叶纲可以确定的孢子仅有Calamospora属。

根据裸子植物花粉，松柏纲松杉目植物的花粉在类型和数量上占优势，以松科和罗汉松科最为丰富。松科相关的花粉有Cedripites属、Abietineaepollenites属、Abiespollenites属、Keteleeriaepollenites属、Pinuspollenites属和Piceaepollenites属；罗汉松科相关的花粉有Podocarpidites属和Parcisporites属；杉科相关的Perinopollenites属、南美杉科相关的Araucariacutes属，以及松杉目其他分类位置不明的Protopinus属、Protoconiferus属、Pseudowalchia属。苏铁纲相关的花粉仅有Cycadopites属。

被子植物花粉中可确定亲缘关系的有大戟科相关的Euphorbiacites属、金缕梅科相关的Liquidambarpollenites属和千屈菜科相关的Lythraitesgiganteus等，但质量分数极少。

现今海金沙科分布于热带和亚热带地区，生长于河谷或溪边灌木丛；双扇蕨科分布于热带和亚热带地区，生长于林下或灌木丛；莎草蕨科为陆生直立小型植物，主要分布于南半球及赤道带地区，生长于热带酸性土壤；桫椤科生长在热带和亚热带的潮湿地区；紫萁科在热带、亚热带和温带地区有分布，生长于沼泽湿地、潮湿山谷或林下、溪边的酸性土壤；膜蕨科目前的分布中心为潮湿的热带地区，在中国分布于南部、西南部及东部；石松科现今分布于热带、亚热带和温带地区，生长于湿润气候下的酸性土壤；卷柏科分布于热带、亚热带和温带地区，生长于林下湿地或溪边湿地。松科多为常绿针叶乔木，属于广温类型，主要分布于温带及亚热带的山区，反映湿润或半湿润的环境特征；罗汉松科分布于热带、亚热带和南温带；杉科大多分布于亚热带，常生长于沼泽；南美杉科为常绿乔木，分布于南半球热带和亚热带；苏铁纲植物分布于热带和亚热带。大戟科为草本或常绿、落叶乔、灌木，主要生长在热带、亚热带地区；金缕梅科为落叶乔木，主要生长在热带、亚热带地区；千屈菜科主要分布于热带和亚热带，热带美洲分布最广，少数延伸至温带。

对比现今孢粉化石的古植被和古气候面貌特征，在大杨树盆地嫩江组的孢粉植物群中，生长于湿润—半湿润气候的植物占绝大多数，未见喜干旱类型；蕨类为生长于热带—亚热带的真蕨类和石松类，裸子类以广温型为主，发育热带—亚热带类型的罗汉松科、南美杉科、杉科和苏铁类。因此，大杨树盆地嫩江组沉积时期，相当于现今湿润的亚热带气候环境。

5 结论

(1)大杨树盆地嫩江组孢粉化石为雪松粉Cedripites—罗汉松粉Podocarpidites—雏囊粉Parcisporites组合，以三缝类孢子和双气囊类花粉为主，组合特征与以往在松辽盆地嫩江组建立的孢粉组合明显不同。

(2)大杨树盆地出现嫩江组Lytharites、Pentapollenites、Callistopollenites、Consoliduspollenites、Retitricolpites和Borealipollis等具有时代意义的被子花粉化石，表明研究区沉积时代为晚白垩世Campanian期。嫩江组沉积时期，古植被以松柏类、真蕨类和石松类为主，古气候环境属于湿润的亚热带。

(3)大杨树盆地嫩江组孢粉化石丰富，特征明显，为嫩江组沉积时期古植被、古气候的恢复提供新的证据，为中国晚白垩世孢粉植物群研究提供一个新的化石产地。