东濮凹陷图案型痕迹化石的发现及意义

东濮凹陷图案型痕迹化石的发现及意义
张国成;王磊;吴贤涛
【摘要】在东濮凹陷古近系沙河街组沙三段中的细粒浊流沉积物中发现了图案型痕迹化石,确认属于耕作迹中Paleodictyon古网迹属痕迹化石中的
P.(Glenodictyon)(窝网迹)和P.(Squamodictyon)(鳞网迹)2个亚属.通过与国内外相关资料的对比,认为研究区发现的样本为海相痕迹化石,这就证明研究区在古近纪时期存在海洋环境.这是佐证东濮凹陷乃至渤海湾盆地在古近纪存在海侵的重要证据,对这一盆地的古环境分析及未来的油气勘探具有一定的指导意义.
【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(032)006
【总页数】6页(P691-696)
【关键词】古近纪;沙河街组;图案型遗迹化石;Paleodictyon;东濮凹陷
【作者】张国成;王磊;吴贤涛
【作者单位】河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室,河南焦作454000
【正文语种】中文
【中图分类】P52
0 引言
图案型痕迹化石指的是常见于复理石相浊积岩的远洋和半远洋细粒沉积物中的有规则复杂的几何形态的水平潜穴［1］，包括蛇曲形(Cosmorhaphe)、双螺旋形(Spirorhaphe)、网状(Paleodictyon)等［2］.此次在东濮凹陷古近系沙河街组三段岩芯内发现了Paleodictyon古网迹属的P.(G)窝网迹亚属和P.(S)鳞网迹亚属.Paleodictyon古网迹在生态分类上属于耕作迹，在形态分类上属于网格状痕迹化石.Bromley和 Ekdale［3］认为造迹生物.在这类潜穴中营永久性居住和进食活动，采用耕作式或圈闭式活动来采食潜穴内微生物或有机物.这类痕迹化石最早发现在寒武纪的浅海环境里，之后从奥陶纪至今的深海环境里屡有发现.因为其颇有规律的网格状形态，成为复理石中最常见的代表性痕迹化石［4］.
东濮凹陷乃至整个渤海湾盆地的古近系地层是海相还是陆相的争论一直困扰着学术界，本文对研究区发现的Paleodictyon痕迹化石的研究可以提供痕迹学方面的证据，有利于该区域的古地理、古环境的再认识.
1 图案型痕迹化石发现层位
东濮凹陷位于华北陆块渤海湾裂谷系含油气盆地南缘临清坳陷的东南部.东侧以兰聊断裂为界与鲁西隆起上的荷泽凸起相邻，西侧以长垣基底断裂为界与内黄隆起相接，南隔兰考凸起与开封坳陷为邻，北以马陵断层与临清坳陷内的莘县凹陷相望.东濮凹陷由5个次级构造单元组成，即东南侧东明集断阶带，东部洼陷带，中央隆起带、西部洼陷带和西侧斜坡带［5］.区域构造呈北东向展布，凹陷北窄南宽，长约160 km，宽约70 km，总面积约5300 km2.东濮凹陷在构造演化及沉积相带上具有明显的南北分区、东西分带的特征，其中区内兰聊大断裂为东濮凹陷的控盆断层，对东濮凹陷的发展、演化起着主要的控制作用［6］.
沙河街组是一套暗色沉积物组合，岩性以灰黑色泥岩为主，夹有砂岩、粉砂岩层以及盐岩、膏盐层，厚度普遍大于2000 m，是研究区主要生油岩系.划分为四段，沙三段时期受兰聊断层活动控制水面高度经历了从低到高再到低的剧烈变化，存在
一套厚层的半深水、深水暗色沉积物［7］.图案型痕迹化石就发现于西部洼陷带的胡七井沙河街组三段的深灰色泥岩夹薄层粉砂岩的远端细粒浊积岩层中(图1).
2 图案型痕迹化石Paleodictyon的功能解释
Paleodictyon痕迹化石的最早记录见于中寒武世的浅水环境，但随着浅水区的生存竞争加剧，造迹生物被迫迁往深水环境.所以这之后所发现的化石主要在深水浊流沉积的鲍马序列顶部的E段细粒沉积物中.其展布一般与浊流方向垂直，与等深流方向平行［2］.
造迹生物掘穴进入沉积物内部浅层，在水平方向上扩展空间，建造复杂而规则的水平巷道式潜穴.这些潜穴系统由许多小的网格组成，网格的直径从几毫米到几厘米不等，有的整个系统甚至可以有1 m2大.关于这些网格的建造顺序，Seilacher认为是由中心向外螺旋发展的［8］，见图2.
组成网格的巷道的横截面为圆形或者椭圆形，造迹生物分泌的黏液给巷道形成了一层较坚固的衬壁，使巷道不致坍塌.在巷道的某些特定位置有垂直向上直通沉积物表面的管道(图3)，这些垂直通道非常重要，是通风换气和有机物碎屑以及细菌和微生物进入系统的通道.下一次浊流到来时，潜穴被浊流携带砂纸沉积物充填，经过石化成岩作用，形成痕迹化石.
Seilacher认为在这种潜穴内，可能是某些蠕虫类的造迹生物在巷道中进出，捕获随水流进入其中的细菌和微生物作为食物［9］.1985年P.A.Rona和A.Seilacher 在大西洋底发现了现代P.(R)nodosum痕迹，可惜没有在这些活化石中捕获造迹生物［10］.但这些现代痕迹还是为解释古代Paleodictyon痕迹化石的形成提供了重要的线索.例如，发现现代沉积层为浅色或淡红色，这和很多此类痕迹化石通
常的颜色相吻合.深海海底缺氧，大体上是还原环境，只有浊流带来了含氧水流形成局部的氧化环境使得表层颜色变浅，说明了造迹生物生活层面在浊流沉积鲍马序列最上部E段，古今一致.还有，造迹生物把挖掘的沉积物抛出层面，逐渐堆积形成中间高四边低的盾形小丘.事实上这是一种非常精明的设计，海底的水流流过小丘时会形成类似气流流过飞机机翼弧形上表面的效果，即水流在坡面抬升受到挤压则流速加快，流速加快则压强减小，于是造成低处压强大，高处压强小，结果水流自然从低处垂直通道吸入，通过水平巷道，从高处垂直通道流出，如图4所示.整个系统只需自然水流就可以完成通风换气，而有机物和作为食物的细菌、微生物也随水流进入，造迹生物可以坐享其成.另外，当冲掉布满小孔的上覆沉积物后，水平的网状通道就显露出来，和以往发现的古网迹一样，这说明了水平通道和垂直通道是一个整体，实证了古网迹的构造、演化发展和化石复原的真实性.
3 图案型痕迹化石Paleodictyon的分类定名和研究现状
根据潜穴网孔的特征，Paleodictyon被分为3个亚属［4］:鳞网迹
P.(Squamodictyon)，水平巷道成鱼鳞状或花瓣状由中心螺旋形向外发散;窝网迹P.(Glenodictyon)，水平巷道排列如同整齐规则的蜂巢，目前发现的化石没有垂直出口管;枝网迹P.(Ramodictyon)，垂直出口管形成的规则的六边形图案. Uchman等在土耳其Pontides地区白垩纪到始新世的复理石沉积中发现多种古网迹化石［11］.这里发现与图5外形和尺寸都相似的古网迹.在奥地利和德国的白垩纪到始新世的复理石沉积中也发现P.(G)strozzii Meneghini 1850斯特罗奇窝网迹［12］.综合其他资料可见 P.(G)strozzii古网迹在古近纪时期全球范围内有比较广泛的分布.
Tunis和Uchman等在克罗地亚和斯洛文尼亚的伊斯特里亚半岛始新世复理石沉
积中发现大量古网迹化石［13］.Uchman提出来了 P.(G)的分类方案［14］，即根据化石通道直径和网孔直径对这类化石进行了分类.经过长期研究Uchman总结出Paleodictyon总体演化规律:古生代，网格直径大，通道直径小;中生代，网格直径中等或偏小，通道直径大;新生代，古近纪网格直径变化大，通道直径也随之变化，而新近纪之后网格直径变小，通道直径变大［15］.
Rona和Seilacher在现代大西洋中脊的海底发现了堪称活化石的 P.(R)nodosum ［10］.按照将今论古的原则，这些活化石可以很好地解释paleodictyon的埋藏环境，造迹生物的建造方式，系统的功能作用等等.对其开展的研究工作一直持续至今，潜水设备深入大西洋底采集了许多标本，但从未抓到过造迹生物，这让人有理由相信造迹生物可能并不住在潜穴内，而仅仅是隔段时间进入潜穴“收割”食物.潜穴起到的是类似于种植蘑菇的菌房的作用.
4 图案型痕迹化石描述及对比
4.1 描述
古网迹属 Ichnogen.Paleodictyon Meneghini，1850(图6(a)).
遗迹种 P.(G)strozzii Meneghini，1850
描述:图6(a)所示的Paleodictyon痕迹化石发现于钻孔岩芯中，显示为依稀可见的网状潜穴系统或由水平细小通道连接起来的密密麻麻的疹瘤状凸起.这样的化石以前也有发现，如在奥地利维也纳地区的始新世复理石中就有类似的发现［8］(图5).化石样本中间部分依然是清晰的网格，而到了边缘，特别是右下角处则变成一片疹瘤状凸起.从过渡情况看，应该是同一套系统，右下角网格遭到侵蚀而成.图
6(a)所示化石也是这种情况，网状图案遭到破坏已经难以辨认，只残存一些片段，清晰保存下来的是疹瘤状凸起.这些凸起是垂直通道和水平通道的交汇处，因为这里是潜穴通道最膨大的地方，也最易保存.这些凸点的排列(如图6(b)，在凸点处打上黑点就清晰可见)和图5右下角部分颇为相似，也是成线状，但仔细观察又略有
不同.Seilacher在《痕迹化石分析》一书中有描述［8］，垂直通道与水平通道的
连接有两种:一种是有3个连接点在六边形每个不相邻的角上，这些点组成的点列
每一列密度都一致(图6(a));另一种是六个连接点，六边形每个边上一个，这些点组成的点列，一列密一列疏(图 6(b))，图5就是这种情况.图3(b)所示的疹瘤状凸起
排列类似于图3(a)，所以图3(a)所示化石应该属于每个六边形上有3个连接点的
古网迹类型.
通过复原和对残存网格的观测，可知原来的潜穴是由大小相等的规则六边形组成类似蜂巢的形态，凸迹保存.潜穴通道粗细均匀略高于层面，表面光滑，有近圆形的
疹瘤状凸起.化石产出在夹在灰色泥岩中的灰黄色薄层粉砂岩中，平行于层面.潜穴
通道直径约0.5～1 mm，网孔的直径在4～6 mm之间(如图7所示因为网格基本为正六边形所以只需测量两点间距离a即可算出网孔直径r).Uchman根据网格的
孔径和通道的直径将P.(Glenodictyon)细分为 13 类［14］.通过对比图 8，图3(a)中的痕迹化石应属于P.(G)strozzii Meneghini，1850.
产地层位:位东濮凹陷胡七井古近纪沙三段1783 m处，存于河南理工大学地球科
学馆.
古网迹属 Ichnogen.Paleodictyon Meneghini，1850(图9(a)).
未定遗迹种 P.Squamodictyon Ichnosp.
描述:潜穴系统由不规则的鱼鳞状网格组成，大小不等，凸迹保存(图9(b)上描出的是化石上残存的潜穴痕迹).潜穴通道粗细均匀略高于层面，表面光滑.潜穴通道直
径约0.5～1 mm，网孔直径5～30 mm不等.化石层是夹在灰色的泥岩中的薄层，灰黄色粉砂岩，平行于层面.
产地层位:位于东濮凹陷的古近纪沙三段1789.70 m处.存于河南理工大学地球科学馆.
4.2 对比
国内对古网迹的研究在20世纪80年代就开始了，先后在青藏地区和渤海湾盆地均有报道.杨式溥在我国青海果洛一玉树地区发现有古网迹Paleodictyon strozii Meneghini 1850［16］.遗迹化石产于二叠纪和三叠纪古代槽区半深海大陆斜坡至深海底部所形成的浊流沉积中.保存在泥质板岩中，凸迹，可以见到水平通道交界处或其它部位上有圆形或椭圆形凸起，是水平通道与垂直通道的连通处.这就很好地解释了图6(a)上看到的圆点状凸起，说明样本1为古网迹无疑.
袁文芳等在牛庄洼陷沙河街组四段上亚段的浊流沉积中发现有网状痕迹化石，定名为古网迹Paleodictyon majus Meneghini，1879［17］.根据描述牛庄的这些化石在规则六边形结构上和图3(a)一样，但通道直径小的为1～2 mm，大的为
2.5～
3.5 mm，网格小的为3 mm×4 mm，大的为20 mm×23 mm，都远远大于此次发现的化石.文章认为，济阳凹陷古近纪时期确实存在海侵.东濮凹陷和济阳凹陷同属于渤海湾盆地，而且在古近系沙河街组都发现有古网迹化石，或许说明渤海湾盆地在古近纪可能存在海泛.
齐永安等在河南泌阳古近纪核桃园组核三段深灰色薄层粉砂质泥岩底面发现一种未定种古网迹［18］，这种古网迹虽然和本文古网迹同属古近纪，外部形态上也和图6(a)一样是规则六边形，但大小变化较大，小的为3 mm×4 mm，大的为8 mm×10 mm，未予以准确定名.研究发现，泌阳凹陷古近纪存在深水环境.泌阳凹陷属于南襄盆地，北接渤海湾盆地南连江汉盆地，在这里发现海相痕迹化石，说明这一连串盆地在古近纪海平面升高时很有可能联通，成为海水进出的通道［19-20］.
5 结论
东濮凹陷及整个渤海湾盆地古近纪沉积，长期以来被认为陆相成因，其储层沉积环境，被认为只与河流相、湖泊相等陆相沉积有关.在这层位的油气勘探也是以陆相
为大前提开展的，但是越来越多的海相证据被提出，引起地质学界对于是否有陆表海存在的争论.
Paleodictyon作为典型的证明深水环境的痕迹化石证据已经得到广泛认同.虽然Paleodictyon痕迹化石经历了从寒武纪一直到今天的漫长历史，其间结构经历了
一系列进化而形态各异，目前发现的化石保存方式也各有不同，但不变的是自奥陶开始就只见于半深海-深海地层中.所以，此次在东濮凹陷古近纪沙河街组沙三段发现的Paleodictyon化石是证明当时东濮凹陷乃至整个渤海湾盆地存在海相的有力证据.
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