萬傳彪，孫躍武，薛云飛，金玉東，張昕，李倜

1. 大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712;2. 東北亞生物演化與環(huán)境教育部重點實驗室(吉林大學(xué))，長春130026;3. 中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室大慶油田研究分室，黑龍江大慶163712

0 引言

中國東北地區(qū)地處中亞造山帶東段[1-3]，晚古生代屬于佳—蒙地塊[4-5]，以蒙古—鄂霍茨克洋縫合線與北部的西伯利亞板塊分界,以西拉木倫河—延吉縫合線與南部的華北板塊分界[6-10]。佳—蒙地塊上，晚古生代時期，圍繞克魯倫古陸發(fā)育大陸邊緣沉積，包括發(fā)育于南部的內(nèi)蒙古草原—松花江地層區(qū)、北部的興安地層區(qū)和東部的佳木斯—寶清地層區(qū)3套大陸邊緣沉積[11-13]。

松遼盆地是在晚古生代佳—蒙地塊與華北板塊拼合的基礎(chǔ)上，在西伯利亞板塊順時針旋轉(zhuǎn)、蒙古—鄂霍茨克洋關(guān)閉和太平洋板塊的北西向俯沖過程中形成的大陸邊緣裂谷盆地[14-15]。其南部基底為華北板塊，發(fā)育太古代和古元古代結(jié)晶基底[16-17]；北部基底屬于佳蒙地塊，發(fā)育寒武紀(jì)結(jié)晶基底，缺乏10億年以上的元古代及太古代古老基底[18]。晚古生代地層在松遼盆地周緣較為發(fā)育，但其性質(zhì)和展布一直存在爭論，部分學(xué)者認(rèn)為其可對比性較差，屬于裂陷槽沉積，因此在地層區(qū)劃上將松遼盆地東西兩側(cè)歸屬于不同的地層大區(qū)或區(qū)[19-22]。

松遼盆地西部杜101井晚古生代地層的劃分與對比，對查明晚古生代海相地層的分布，建立松遼盆地東西兩側(cè)晚古生代地層的聯(lián)系，探討東北地區(qū)晚古生代地層區(qū)劃和中亞造山帶的演化，尋找松遼盆地晚古生代油氣資源具有重要的理論和應(yīng)用價值。

1 地質(zhì)概況

中國東北存在著一系列較為古老的微陸塊(地塊)，自西向東包括額爾古納—興安、松嫩—張廣才嶺和佳木斯—興凱地塊[23-24]。其中，額爾古納地塊被認(rèn)為是中蒙古微板塊的東延部分，過去認(rèn)為該地塊包含有元古代至古生代的沉積地層[20]，但是沒有可信的測年數(shù)據(jù)支持。近來的研究顯示，該地塊中花崗巖Nd同位素的模式年齡表明其地殼形成于1 680～1 060 Ma[25]。松嫩—張廣才嶺地塊、佳木斯—興凱地塊，經(jīng)歷了晚泛非期構(gòu)造事件[26]。

早古生代末期，廣泛分布于松遼盆地東、西兩側(cè)的晚志留世臥都河組石英砂巖，標(biāo)志著東北地區(qū)形成統(tǒng)一的地塊，這一穩(wěn)定區(qū)塊，南以西拉木倫河—長春—延吉縫合帶與華北板塊為界，西北以蒙古—鄂霍茨克縫合帶與西伯利亞板塊相鄰，東以錫霍特—阿林俯沖帶為界，被稱為佳—蒙地塊。二疊紀(jì)末期隨著古亞洲洋的閉合，佳—蒙地塊沿西拉木倫河縫合帶與華北板塊碰撞拼合[27-28]，侏羅—白堊紀(jì)西伯利亞板塊沿蒙古—鄂霍茨克縫合帶與佳—蒙地塊拼合，形成歐亞大陸[29]。近年來，圍繞賀根山—黑河構(gòu)造帶性質(zhì)展開了大量討論，涉及到對佳—蒙地塊形成時限的認(rèn)識。

松遼盆地白堊紀(jì)地層非常發(fā)育，是中國陸相生油盆地的典型代表[30-31]。隨著松遼盆地深部針對晚古生代地層的石油地質(zhì)綜合研究和勘探力度持續(xù)加大，數(shù)十口井鉆遇古生代地層(圖1)，并在石炭、二疊系中發(fā)現(xiàn)了天然氣藏[32-38]。然而，有關(guān)松遼盆地晚古生代地層劃分與對比一直缺乏有效的手段，依靠巖性和地震很難建立可靠的晚古生代地層系統(tǒng)。目前，杜101井二疊紀(jì)海相化石的發(fā)現(xiàn)，為建立相關(guān)地層格架奠定了基礎(chǔ)。

圖1 松遼盆地上古生界鉆井分布圖Fig.1 Distribution of Upper Paleozoic boreholes in Songliao Basin

2 杜101井地層層序和特征

2.1 杜101井地層層序

杜101井位于松遼盆地西部杜爾伯特蒙古族自治縣(泰康縣)一心鄉(xiāng)西北1 km處，由大慶石油油田鉆井一公司施工，完鉆井深2 200.0 m。鉆遇地層自上而下曾被劃分為第四系，第三系泰康組和大安組，白堊系明水組、四方臺組、嫩江組、姚家組、青山口組和泉頭組，侏羅系和基底。

白堊系泉頭組不整合面(T5)之下，杜101井鉆遇地層層序為(圖2)：

哲斯組(1 662.2～2 200.0 m井段)上段(1 662.2～1 807.4 m)總厚537.8 m20.灰黑色泥灰?guī)r15.2 m19.灰黑色泥灰?guī)r與綠灰色鈣質(zhì)粉砂巖互層8.0 m18.灰黑色泥灰?guī)r夾薄層綠灰色鈣質(zhì)粗粉砂巖34.4 m17. 灰黑色泥灰?guī)r與綠灰色鈣質(zhì)粗粉砂巖互層19.5 m16.灰黑色泥灰?guī)r16.1 m15.綠灰色薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖與灰黑色厚層泥灰?guī)r互層11.2 m14.灰黑色泥灰?guī)r。產(chǎn)腕足類、雙殼類化石19.4 m13.綠灰色薄層狀鈣質(zhì)粗粉砂巖與灰黑色泥灰?guī)r互層9.8 m12.灰白色鈣質(zhì)細(xì)砂巖夾灰黑色薄層泥灰?guī)r11.6 m中段(1 807.4～1 946.0 m)11.灰白色砂礫巖56.6 m10.綠灰色砂礫巖9.0 m9.黑灰色泥灰?guī)r夾灰白色砂礫巖28.0 m8.綠灰、黑灰、灰黑色細(xì)礫巖夾灰黑色泥灰?guī)r45.0 m下段(1 946.0～2 200.0 m)7.灰黑色粉砂質(zhì)泥巖,含黃鐵礦細(xì)條帶,夾灰白色礫巖21.4 m6.灰白色礫巖 12.8 m5.灰黑色泥質(zhì)粉砂巖夾灰白色細(xì)砂巖16.8 m4.灰白色礫巖、砂巖,中部夾灰黑色粉砂質(zhì)泥巖,含黃鐵礦35.4 m3.厚層灰白色砂巖與薄層灰黑色粉砂質(zhì)泥巖互層48.2 m2.灰白色礫巖,中部、底部為灰黑色泥質(zhì)粉砂巖59.4 m1.灰白色礫巖60.0 m

圖2 松遼盆地杜101井哲斯組地層柱狀圖和過井地震剖面Fig.2 Stratigraphic column of Zhesi Formation in Well Du 101 and seismic profile across the well

2.2 杜101井地層特征

2.2.1 杜101井化石特征

杜101井1 766.6～1 786.0 m處，萬傳彪發(fā)現(xiàn)的動物化石，經(jīng)南京地質(zhì)古生物研究所鑒定，有腕足、雙殼、腹足和角石等化石[32]。雙殼和腕足動物化石保存完整，屬于原地或近原地埋葬。從化石類別來看，腕足化石屬于海生動物化石，雙殼類化石為半咸水，腹足和角石化石保存較差。整體上反映濱淺海環(huán)境。這與其圍巖為灰黑色泥灰?guī)r,且水動力條件較弱相吻合。因此，屬于原地埋葬的淺海泥質(zhì)基底上的底棲表生動物化石。

2.2.2 杜101井巖性特征

杜101井1 662.2～2 200.0 m井段所揭露的地層主要由灰黑色泥灰?guī)r(產(chǎn)海相化石)、綠灰色鈣質(zhì)粉砂巖、灰白(綠灰)色細(xì)礫巖、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖及灰白色細(xì)砂巖和礫巖組成。其中，有5段取芯，井深分別為1 692.00～1 711.41 m、1 781.24～1 785.49 m、1 893.30～1 895.42 m、2 009.09～2 010.87 m、2 085.64～2 087.20 m，取芯9次，總長28.65 m。見有灰黑色鈣質(zhì)粗粉砂巖、淺灰色含生物碎屑粉砂質(zhì)泥巖、灰黑色含礫鈣質(zhì)粉砂巖、灰白色細(xì)砂巖和礫巖。

泥灰?guī)r中含有較多的陸源粉砂級碎屑，與灰黑色鈣質(zhì)粗粉砂巖薄互層。鈣質(zhì)粗粉砂巖可見明顯的泥質(zhì)粉砂狀結(jié)構(gòu)，粉砂主要為石英(18%)和火成巖屑(41%)，其次為長石；鈣質(zhì)膠結(jié)，方解石含量可達13%以上。方解石細(xì)脈發(fā)育，充填于裂縫中。

巖性組合方面，上部主要為灰黑色泥灰?guī)r和鈣質(zhì)粉砂巖薄互層，含海生底棲動物化石；中部主要以灰白色砂礫巖為主，夾有少量泥灰?guī)r和鈣質(zhì)粉砂巖；下部為厚層砂礫巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖。

2.2.3 杜101井地層接觸關(guān)系

杜101井1 946.0 m處，前人曾認(rèn)為有角度不整合存在，將上、下兩套地層分開，上部命名為下二疊統(tǒng)或一心組，下部命名為基底、石炭—二疊系或杜爾伯特組。但從自然電位(SP)、自然伽馬(GR)、深感應(yīng)電阻率(RILD)和中感應(yīng)電阻率(RILM)曲線來看，兩者之間沒有明顯的突變。地震剖面上也沒有見到頂削、上超等不整合現(xiàn)象(圖2)。巖石組合上，也沒有明顯的間斷和不協(xié)調(diào)。因此，筆者認(rèn)為他們之間為整合接觸，屬于同一套地層。

3 杜101井地層劃分及其時代

3.1 杜101井地層劃分

杜101井在泉頭組之下的這段地層，曾被劃分為“侏羅系”(1 662.2～1 946.0 m)和“基底”(1 946.0～2 200.0 m)(1)狄建中.松遼盆地泰康隆起杜101井完井地質(zhì)總結(jié)報告. 大慶：大慶石油管理局鉆井一公司, 1984: 1-36.。萬傳彪等在“侏羅系”中發(fā)現(xiàn)了二疊紀(jì)的海相腕足動物等化石，將其命名為“一心組”，將“基底”改稱“石炭—二疊系”(2)萬傳彪，任延廣，趙傳本，等.松遼盆地深部地層研究.大慶：大慶石油管理局勘探開發(fā)研究院，1999：1-234.。廖卓庭和萬傳彪對這些腕足化石進行了報道，并將“一心組”改稱“下二疊統(tǒng)”[32]。萬傳彪等在將“下二疊統(tǒng)”改稱“一心組”的同時，將原來所稱的“石炭—二疊系”建立“杜爾伯特組”(3)萬傳彪，楊建國，喬秀云，等.松遼盆地北部深層及深部石炭—二疊紀(jì)地層研究.大慶：大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，2003：1-193.，并在油田系統(tǒng)使用(表1)。

筆者認(rèn)為前人劃分的中二疊統(tǒng)“杜爾伯特組”和“一心組”可與松遼盆地西緣的哲斯組對比，也可以與盆地東緣的土門嶺組(玉泉灰?guī)r)大致對比，據(jù)此，將松遼盆地西緣的哲斯組引入盆地內(nèi)，代替前人的“杜爾伯特組”和“一心組”。

3.2 杜101井地層時代

杜101井1 766.6～1 786.0 m井段，灰黑色泥灰?guī)r所產(chǎn)的腕足類化石組合中(圖3)，Spiriferella時代確定意義最強。Spiriferella分布時限為晚石炭末期至中二疊世末期，空谷期(Kungurian)和沃德期(Wordian)最為繁盛。該屬在中國東北地區(qū)二疊紀(jì)的大石寨組、哲斯組、土門嶺組(玉泉灰?guī)r)、范家屯組和廟嶺組均有出現(xiàn)[19-22,39-43]。廖卓庭等認(rèn)為，在天山—興安沉積區(qū)分布的Spiriferella，貝體大或巨大、殼褶疏少粗強、殼線分枝較多的種類主要產(chǎn)自早二疊統(tǒng)，共生的其他腕足動物群也是以殼體巨大、殼壁巨厚的類型為主；而貝體較小、殼褶細(xì)弱、殼線分枝少的種類一般多見于中二疊統(tǒng)，共生的腕足動物群亦為貝體較小、殼壁薄弱的類型[32]。杜101井所見到的SpiriferellapersaranaenaLee, Gu et Li(=SpiriferellasaranaeVerneuil)、Spiriferellasp.都是貝體較小的類型。SpiriferellapersaranaenaLee, Gu et Li曾見于西烏珠穆沁旗躍進煤礦，與Waagenoconchaneimogolica、Yakovleviaborealis等共生，構(gòu)成Waagenoconcha(Yazengoconcha)neimongolica-Spiriferellasalteri組合帶和Yakovleviaborealis-Pseudomarginiferaussuricus組合帶。時代為Wordian期[39,42-43]。Lamnimargusperegrine(Fredericks)(=ParamarginiferaperegrinaFredericks)是俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)二疊紀(jì)常見的動物化石，常與蜓類化石Parafusulinastricta共生，時代為Kazanian中期。該化石亦見于內(nèi)蒙古哲斯敖包的哲斯組[40,42]、西烏珠穆沁哲斯組[39,42]。Athyissp.亦見于哲斯敖包的哲斯組[40,42]。Stenoscisma是一個世界性廣布屬，Stenoscismacf.zhesiensisDuan et Li見于內(nèi)蒙古哲斯敖包的哲斯組(義和烏蘇組)。

表1 松遼盆地杜101井晚古生代地層劃分沿革表

Table 1 Historical division of Late Paleozoic strata of Well Du 101 borehole in Songliao Basin

王成源等在內(nèi)蒙古哲斯敖包的哲斯組剖面發(fā)現(xiàn)了Mesogondolellaaserrata牙形刺動物群，主要分子為Mesogondolellaaserrata、M.neoprolon、M.mandulaensis、M.neoprolongata、Wardlawellajisuensis和Hindeodusexcavatus等，其地質(zhì)時代為中二疊世Wordian期至Capitanian期早期[44]。

據(jù)此，杜101井所產(chǎn)的腕足動物群均見于內(nèi)蒙古哲斯、西烏珠穆沁旗等地的哲斯組及其相當(dāng)層位，指示的地質(zhì)時代屬于中二疊世[42,45]。

4 杜101井地層對比

4.1 與松遼盆地周邊中二疊世地層的對比

松遼盆地盆緣露頭區(qū)的中二疊世地層，主要見于烏蘭浩特—孫吳地區(qū)、伊春—尚志地區(qū)。

烏蘭浩特—孫吳地區(qū)的中二疊世地層稱為哲斯組(P2z)，命名于內(nèi)蒙古達爾罕茂明安聯(lián)合旗滿都拉蘇木東35 km的哲斯一帶，為一套以灰黃色含礫長石石英砂巖、中粗粒長石石英砂巖、灰黃色鈣質(zhì)細(xì)砂巖、雜色粉砂質(zhì)頁巖、黑色頁巖和深灰色泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r為特征的淺海相碎屑巖-碳酸鹽巖組合，含有大量腕足動物化石及牙形刺，在哲斯敖包出露地層厚達2 807.5 m以上，在義和烏蘇厚達1 038.7 m。東到西烏珠穆沁旗躍進煤礦，哲斯組以淺灰色礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖、砂巖、粉砂巖、泥巖和生物碎屑灰?guī)r、含砂質(zhì)海綿骨針硅質(zhì)灰?guī)r為主，含大量腕足動物化石，厚647.1 m。再向東到科爾沁右翼前旗索倫鎮(zhèn)德伯斯地區(qū)，哲斯組以灰黃色砂巖、粉砂巖、黑色粉砂質(zhì)頁巖和頁巖為主，夾少量砂質(zhì)灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r，厚1 516.7 m，含大量腕足動物化石。至松遼盆地西緣，黑龍江省龍江縣中和屯一帶的哲斯組為一套淺海相砂巖、粉砂巖和生物碎屑灰?guī)r組合，含大量珊瑚、腕足和蜓化石，厚度>371.7 m。松遼盆地北緣的塔溪地區(qū)，哲斯組主要為細(xì)碎屑巖夾灰?guī)r透鏡體，厚1 870.0 m，產(chǎn)豐富的腕足類化石。

伊春—尚志地區(qū)的中二疊世地層稱為土門嶺組(P2t)，命名于黑龍江省五常市土門嶺，以深灰色砂巖、粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，夾有灰?guī)r透鏡體及酸性凝灰?guī)r，厚1 044 m，產(chǎn)豐富的腕足、雙殼、珊瑚、苔蘚蟲及海百合莖化石。

1, 4, 6. Spiriferella persaranaena Lee, Gu et Li；2, 3. Spiriferella sp. A；5. Parallelodon cf. tenuistriatus (Meek & Worthen)；7. Spiriferella sp. B.圖3 松遼盆地杜101井上古生界典型海相化石Fig.3 Typical marine fossils from the Upper Paleozoic of Well Du 101 borehole in Songliao Basin

松遼盆地杜101井1 662.2～2 200.0 m井段的灰黑色泥灰?guī)r中產(chǎn)雙殼類化石：Casmogoriophorasp.、Parallelodoncf.tenuistriatus和Parallelodonsp.，腕足類化石：Spiriferellapersaranaena、Spiriferellasp.、Lamnimargusperegrina、Stenoscismacf.zhesiensisDuan et Li和Athyissp.等[32,42](圖3)。這一腕足化石組合與烏蘭浩特—孫吳地區(qū)哲斯組所產(chǎn)的以Spiriferella、Yakovlevia為代表的腕足類化石組合相類似，與其下的大石寨組所產(chǎn)的以Derbyiasp.、Streptorhynchussp.和Waagenoconchasp. 為代表的腕足類化石組合區(qū)別較大。

巖性組合上，杜101井1 662.2～2 200.0 m的泥灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，則在烏蘭浩特—孫吳地區(qū)哲斯組最為常見；杜101井的礫巖、砂礫巖在西烏珠穆沁旗地區(qū)也較為發(fā)育，在德都縣寶神山地區(qū)亦十分發(fā)育。

4.2 與松遼盆地覆蓋區(qū)井下對比

杜101井可以作為松遼盆地覆蓋區(qū)井下哲斯組的次層型剖面，與其他鉆遇的上古生界探井進行對比(圖4)。

4.2.1 灰?guī)r段對比

松遼盆地西南部茂林地區(qū)的保6井，泉頭組之下至井底的556.5～572.85 m井段為結(jié)晶灰?guī)r,大慶油田勘探開發(fā)研究院的趙傳本教授曾在該段結(jié)晶灰?guī)r中見蜓科化石，梁爽等將該井產(chǎn)蜓科化石的層位命名為?？到M[46]。以往認(rèn)為保6井蜓科化石屬于石炭紀(jì)的可能性較大，但二疊紀(jì)哲斯組及相當(dāng)層位亦產(chǎn)有蜓類化石，因此，筆者認(rèn)為保6井結(jié)晶灰?guī)r層位屬于哲斯組的可能性更大。

松遼盆地西部斜坡區(qū)的富50井泉頭組底至井底678.0～698.92 m井段見20.92 m厚的灰?guī)r；林甸地區(qū)魚2井，沙河子組底至井底2 625.0～2 637.7 m井段見12.7 m厚的灰色灰?guī)r。盆地南部乾安地區(qū)長深14井，營城組底至井底3 737.15～3 939.00 m井段見有201.85 m厚的碎屑灰?guī)r；盆地東南緣的昌27井，雙陽組底至井底4 011.0～4 080.68 m井段見69.68 m厚的灰?guī)r。

它們均可與杜101井哲斯組中段和上段進行大致對比，也可與盆地西緣哲斯組和盆地東緣土門嶺組(玉泉灰?guī)r)的灰?guī)r進行對比。

4.2.2 碎屑巖段對比

松遼盆地林甸地區(qū)的林深2井，營城組底至井底3 279.0～3 440.0 m井段見161.0 m厚的千枚巖；盆地東南隆起的梨樹地區(qū)梨南1井，火石嶺組底至井底2 637.0～2 735.0 m井段也見98.0 m厚的千枚巖。它們雖然不能和杜101井直接對比，但可與盆地西緣龍江縣中和屯哲斯組剖面底部的砂巖、板巖和千枚巖組合大致對比，均屬于哲斯組范疇。

松遼盆地林甸地區(qū)的雙深4井，沙河子組底至井底3 243.2～3 451.0 m井段見207.8 m厚板巖和千枚巖組合，巖石組合介于林深2井(包括梨南1井)哲斯組與杜101井哲斯組下段(包括盆地西緣龍江縣中和屯哲斯組剖面底部)之間，也可以劃歸到哲斯組。

松遼盆地安達地區(qū)的 401井，沙河子組底至井底3 502.5～3 661.0 m井段以板巖為主，還見有變質(zhì)絹云母砂礫巖、變質(zhì)絹云母泥灰?guī)r和變質(zhì)絹云母石英砂巖；松遼盆地西部斜坡區(qū)的富62井，泉頭組底至井底557.5～591.74 m井段見34.24 m厚的板巖；杜103井，泉頭組底至井底1 848.5～1 909.57 m井段見61.07 m厚的板巖；這里都可以與杜101井哲斯組下段(砂礫巖段)大致對比，也相當(dāng)于盆地西緣龍江縣中和屯哲斯組剖面底部的砂巖、板巖和千枚巖組合，與盆地東緣五常市背蔭河鎮(zhèn)土門嶺剖面的砂泥巖、砂礫巖、板巖及灰?guī)r組合大致相當(dāng)。

位于松遼盆地南部顧家店地區(qū)的伏17井，火石嶺組底至井底1 615.0～2 474.0 m井段見厚達859.0 m的變余砂礫巖和變余粉砂巖，這套見到良好油氣顯示的巖石組合可以與杜101井哲斯組下段大致對比，均可劃歸哲斯組。

圖4 松遼盆地中二疊世哲斯組地層對比圖Fig.4 Stratigraphic correlation of Middle Permian Zhesi Formation in Songliao Basin

5 結(jié)論

(1)前人將杜101井晚古生代地層自下而上劃分為“杜爾伯特組”和“一心組”，但這兩組之間的自然電位(SP)、自然伽馬(GR)、深感應(yīng)電阻率(RILD)和中感應(yīng)電阻率(RILM)曲線沒有出現(xiàn)明顯的突變，應(yīng)合并為一組，并依據(jù)巖性自下而上可劃分為3段：下段(砂礫巖段)、中段(砂礫巖-泥灰?guī)r段)和上段(泥灰?guī)r-粉砂巖段)。

(2)杜101井晚古生代地層的巖性和古生物特征，可與松遼盆地西緣烏蘭浩特—孫吳地區(qū)的哲斯組、盆地東緣伊春—尚志地區(qū)的土門嶺組(玉泉灰?guī)r)對比。因此將松遼盆地西緣的哲斯組引入盆地內(nèi)，代替前人的“杜爾伯特組”和“一心組”，作為松遼盆地覆蓋區(qū)井下哲斯組的次層型剖面，即井下哲斯組的對比標(biāo)準(zhǔn)剖面。

(3)依據(jù)古生物和地層對比，將杜101井哲斯組的地質(zhì)時代確定為中二疊世。