2019, Vol. 28
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渤海湾盆地东部地区馆陶组是渤海新近系勘探的热点层位，但由于沉积特征不同于其他地区，在勘探上仍面临巨大挑战[1].主要表现在馆陶组砂地比值较低，特别是渤东中部地区，单个砂体厚度较小，呈现出砂泥岩的薄互层特征[2]，这种特征的出现与古气候变化存在密不可分的关系.近年来，渤海随着勘探工作的不断展开，取得了较多的孢粉和藻类的资料，使得我们能够对渤东地区古植物群落面貌的恢复、地层中孢粉的组合特征进行更为深入的研究，从而认识渤东地区新近系馆陶组的生态状况、气候类型及演化.
相较于前人研究，处于新近纪的渤海东部盆地馆陶组在孢粉和藻类所做的工作并不多.本研究从实际资料出发，运用大量孢粉资料，主要包含被子植物、裸子植物、蕨类植物和藻类孢粉化石，通过绘制孢粉图谱了解各属在地层中的分布状况，划分孢粉组合带[3].刘耕武曾对我国华北地区这一时期的孢粉序列进行过研究，将孢粉序列划分了5个组合带，其中中新世的孢粉组合特征是含大量的葇荑花序类（如桦科、山毛榉科、胡桃科）、榆科、松科花粉及伏平粉属，有时有很多菱科、藜科花粉或水蕨属孢子，早中新世组合带内含有很高的松科花粉[4].而本次所研究的渤东地区同样呈现出这些特征，因而可以借鉴前人划分孢粉组合带的方法来建立研究区的孢粉序列.此外，本次研究通过查阅孢粉资料[5-8]，理清了各属孢粉的生态属性以及常见藻类所适宜生存的生态环境，并通过样品数据的统计分析和参数计算得到研究区古环境特征及其变化.利用孢粉恢复古气候的方法有很多，比如共存分析法、聚类分析法[9-12]等，但主要用于第四纪研究.赵秀兰利用孢粉资料定量解释了我国第三纪古气候并建立了孢粉植被类型、孢粉气温带、孢粉干湿度3个模式[13].本次研究将参照这3个模式，通过掌握孢粉在地层中的分布状况和分析渤东地区古环境，丰富对该区沉积背景的认识，为进一步的勘探工作提供基础.
1 区域地质概况渤东地区是渤海海域油气勘探的重要组成部分，位于渤中凹陷的东部，其北部与辽东湾凹陷相接，东侧为胶辽隆起，面积达6250 km2，包括渤东凹陷、渤东低凸起、庙西凹陷、庙西凸起等构造单元（图 1）.渤东地区油气富集，已经发现PL19-3、PL9-1等多个亿吨级油田.渤东地区馆陶组地层发育情况良好，一般分为管上段、管中段、管下段.管下段砂岩含量高，底部存在厚层砂岩；管中段储盖条件好，砂岩含量适中；管上段则介于两者之间，厚层砂岩较发育，总体呈现粗-细-粗的特点.
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图 1 渤海湾盆地东部构造单元及孢粉资料井位图 Fig.1 Tectonic units in the eastern Bohai Bay Basin with well positions of sporopollen data 1-油气田（oil-gas field）；2-含油气构造（oil-gas bearing structure）；3-构造圈闭（structural trap）；4-断层（fault）；5-典型井（typical well）；6-样品井位（sample well position） |
通过全区分布的13口井（共计268件样品）的孢粉资料分类统计，了解不同孢粉在地层中的分布状况（取样井位如图 1所示）. PL7-6-1、PL14-3-1井分别位于渤东低凸起和庙西凹陷两个构造单元上，馆陶组取样较多，通过绘制孢粉图谱掌握孢粉在地层中的分布状况，对比分析不同构造单元上沉积环境的差异. PL7-6-1井馆陶组（井深2250~3230 m）厚975 m，均匀取样30件，取样间隔32 m/件；PL14-3-1井馆陶组（井深1740~2470 m）厚745 m，均匀取样26件，取样间隔28 m/件.在掌握孢粉的生态属性以及藻类所适应生态环境的基础上分析馆陶组的气候类型及演化特点（表 1、图 2）.同时，挑选热带、亚热带乔木分子及麻黄粉、水生植物孢粉计算得到S/A、E-T两个参数，刻画各个样品点间的气候特征及变化.
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表 1 孢粉生态属性 Table 1 Ecological attributes of sporopollen |
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图 2 藻类生态环境适应图 Fig.2 Eco-environment adaptation chart of algae |
地层中所保存下来的植物微体古生物化石及其分布特征，很大程度上能够还原地质时期的植被类型、发育情况和分布特点[14]，以此可以了解当时的气候特征和沉积背景.不同构造单元上的孢粉藻类化石的分布存在差异，除了单井上的分析之外，还需要对不同构造单元上的古植物群的特征进行分析和对比.
3.1 渤东低凸起PL7-6-1井从孢粉图谱（图 3）上看，PL7-6-1井各种植物孢粉和藻类总体分布属于均一型，并未出现大的跳跃或间断，反映出整体上环境演化平稳.
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图 3 孕蕴苑原远原员井孢粉图谱 Fig.3 Sporopollen spectrum of PL7-6-1 well |
该井馆陶组共发现40属不同植物孢粉，其中，被子植物15属，裸子植物9属，蕨类植物8属，藻类植物8属.被子植被类型较为丰富.被子占52.87%、裸子占29.12%、蕨类占10.41%、藻类占7.59%，其最为明显的特征是含有大量的荑葇花序类（如胡桃科、桦科）、榆科、松科，其中胡桃科数量在被子植物中占绝对优势，共发现6属，真胡桃粉属（21.67%）和光山核桃粉属（12.52%）在被子植物中为优势属.其次草本植物花粉在该井也有较多的发现，主要是小菱粉属（11.19%）、蓼粉属（9.62%）和禾本粉属（4.44%），少量榆科（如榆粉属、朴粉属、脊榆粉属）和金缕梅科（如枫香粉属）.裸子植物孢粉以松科为主（共发现8属），杉科次之.松科主要是单束松粉属（21.23%）和双束松粉属（18.49%），不仅在整个馆陶组连续分布且占绝对优势；其次是油衫粉属（12.85%）和铁杉粉属（8.48%）.杉科主要是破隙杉粉属（7.50%）和云杉（3.78%）.同时，裸子植物中还包含少量的罗汉松科的罗汉松粉属，麻黄科的麻黄粉属，数量较少，断续分布.蕨类孢粉中主要是水蕨，新近纪的水蕨化石孢子常定名为粗肋孢属[15-16].研究区内出现的水蕨类型较多，如哈式粗肋孢属、粗肋孢属、小粗肋孢属、粒肋粗肋，占蕨类植物的82.75%.其中哈式粗肋孢平均占比24.69%，有几处样品更是超过50%，最高达87.5%，是蕨类植物里面绝对的优势种.蕨类植物中水龙骨单缝孢属有相当发现，平均占比达9.52%，有少数几处样品成为了优势种，剩余则有少数的三角孢属、石松孢属、紫萁孢属发现.藻类在馆陶组一直数量较少且垂向上波动幅度不大，主要是存在于一些浅水的淡水藻类，最为常见的是褶皱藻属（22.04%）、盘星藻属（16.54%）、毛球藻属（14.01%）、光对裂藻属（10.56%），其数量占比更是超过10%.环纹藻属、克式藻属也在馆陶组有所发现，但数量较少.
孢粉及藻类在馆陶组垂向上分布存在明显变化，最能反映其生态环境明显变化的是属类数量总数的变化[17-18]. PL7-6-1井馆陶组总共样品点30个，属类数量最大32属，最小14属，平均值达到23.3属，相比其他井来说生物更具多样性.多样性的古植被一定程度上能够反映地貌单元的多样性.结合各类孢粉、藻类在垂向上的数量变化和组合关系，同时参考属类数量的变化，将PL7-6-1井馆陶组（975 m）划分了4个孢粉组合带.
孢粉组合带Ⅰ（井深2250~2480 m）：单/双束松粉属-哈式粗肋孢-真胡桃粉属-油杉粉属-光山核桃粉属-榆粉属-蓼粉属带.按数量差别，挑选了占绝对优势的几属孢粉为优势分子，从而代表这个区间的植被类型.该组合带松科和粗肋孢丰富，胡桃科的真胡桃粉属、光山核桃粉属较多，榆科的榆粉属、小榆粉属、克式脊榆粉属及草本植物蓼粉属、小菱粉属、禾本科常见.
孢粉组合带Ⅱ（井深2500~2695 m）：蓼粉属-哈式粗肋孢属-真胡桃粉属-单/双束松粉属带.该组合带上述的4种优势分子与其他属在数量上差别明显，但对比于孢粉组合带Ⅰ，多数孢粉数量都有所增加，植物更为繁茂，最为突出的特点是草本的蓼粉属大发育，成为绝对的优势种，而象征湿热湖沼及河流相沉积环境的粗肋孢、小菱粉等也有较好发育.相比之下，单个乔木属在数量上不占优势.
孢粉组合带Ⅲ（井深2730~2880 m）：单/双束松粉属-真胡桃粉属-光山核桃粉属-蓼粉属带.该组合带高大乔木的胡桃科和松科类植物生长茂盛，最为突出的是胡桃科的真核桃粉属及光山核桃粉，为优势分子.裸子植物中主要是单/双束松粉属占绝对优势，其他裸子植物变化不大.以蓼粉属为代表的草本植物开始减少，而与草本生长呈正相关的蕨类植物大量减少，表明湖泊的数量和范围都有一定程度的减少，孢粉组合带Ⅲ表现出变干旱的趋势.
孢粉组合带Ⅳ（井深2910~3230 m）：单/双束松粉属-真胡桃粉属-小菱粉属-光山核桃粉属带.该孢粉组合带高大乔木是四个组合带中最为繁盛的，无论是胡桃科还是松科，其数量出现了快速增长，特别是单/双束松粉属其数量在孢粉组合带Ⅳ占其总数的60%，而真胡桃粉属也占50%.草本植物的代表蓼粉属减少，但水生的小菱粉大量出现，加上藻类的大量繁殖，特别是常见于三角洲平原沼泽地带的褶皱藻属[19]，可见湖沼发育，丘陵高山上乔木繁茂.
PL7-6-1井所代表的区域在植被类型较为丰富，既有来自高山区的针叶（云杉、冷杉，但数量较少），也有较其他松科垂直分布较低的生于丘陵、低山或中山下部的油杉（优势分子），与胡桃科、榆科及其他松科植物构成了该区森林的主要组成部分.林下植被中灌木丛极为少见，常见的是草本植物花粉如蓼粉属（优势分子）、小菱粉属及一些禾本科类.蕨类植物的粗肋孢发育是该区的突出特征，以哈式粗肋孢最为发育（优势分子），其他蕨类如水龙骨单缝孢属则有较少分布.粗肋孢属的大量繁殖代表着湿热湖沼及河流相的沉积环境[15]，草本植物也在该区有较好的发育，特别是喜静水湖泊环境的小菱粉常见，而这些低矮的植物一般搬运距离不远，可以较好指示该孢粉组合带所代表区域的沉积背景.由此可见，该段时间PL7-6-1井区域河流湖沼较为发育，水体较静，处于泛滥平原之上，周围多丘陵，离高山较远.
3.2 庙西凹陷PL14-3-1井从孢粉图谱（图 4）上看，PL14-3-1井各种植物孢粉和藻类总体属于差异分布型，其分布常出现间断，且主要集中在孢粉组合带Ⅰ和孢粉组合带Ⅱ，而下伏的两个孢粉组合带则分布零星散乱，整体环境存在较大的变动.
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图 4 PL14-3-1井孢粉图谱 Fig.4 Sporopollen spectrum of PL14-3-1 well 1-样品点无该属植物(without the genus); 2-属类含量，含量≥50%为绝对优势属(genus content, content ≥50% belonging to absolute dominant genus) |
同PL7-6-1井相比，该井在植被类型上比较相似，优势分子仍然保持繁茂，但也存在差异.首先，整体孢粉属类数量有所降低，均值20，最大值29，最小值4.被子占41.31%，裸子占25.87%，蕨类占21.22%，藻类占11.6%.被子、裸子较PL7-6-1井比重有所降低，蕨类、藻类则有所升高，整体上植被的繁茂程度也不如PL7-6-1井.大量的荑葇花序类（如胡桃科、桦科）同样发育，这也符合华北地区中新世的植被特征，特别是胡桃科的大量存在，成为森林中的重要组成部分，尤以山核桃粉属（9.4%）、真胡桃粉属（9.2%）最为突出，对比PL7-6-1井下降了不少，但仍占据优势.至于其他科，例如榆科的榆粉属、桦木科的桦粉属、金缕梅科的枫香粉属，其分布状态与PL7-6-1井大致相同，壳斗科的栎粉属则有少量出现.另外，伏平粉属在PL7-6-1井中有出现，但含量极低，而PL14-3-1井则含量有所上升，在孢粉组合Ⅰ中连续分布.伏平粉属为一新属，亲缘关系不明，繁盛于新近纪，以中新世为最，但在上新世，随着环境的开始恶化，其分布开始迅速缩减，直至第四纪全球性冰期导致灭绝[20].伏平粉属喜湿热，常分布于亚热带地区，有研究表明，年平均降水量大于1000 mm，年平均气温大于10 ℃是伏平粉属所必须的生长环境[20].与其伴生的孢粉组合常为喜湿热植物，旱生少见.草本植物与蕨类相比于高大乔木更具优势，如草本的蓼粉属含量占被子植物的16%，而蕨类的粗肋孢属占所有蕨类植物的34%，且草本植物与蕨类植物在垂向分布上具有相似性，都较集中于孢粉组合带Ⅰ和孢粉组合带Ⅱ，而高大乔木则分布相对均一，可见环境的变化更容易影响到草本和蕨类植物的发育状况.
孢粉组合带Ⅰ（井深1740~1920 m）：蓼粉属-粗肋孢属-水龙骨单缝孢属-山核桃粉属-铁杉粉属-榆粉属带.草本与蕨类的大发育是该孢粉组合带的最大特点，不仅体现在个别优势分子，在总体上蕨类植物总体占比多于裸子植物，蕨类中又以粗肋孢属为优势分子.该组合带在属类数量上较高，并呈现逐渐上升的趋势，可见整体生态环境不差并向好的方向发展.高大乔木的孢粉数量不占优，证明该井所代表的区域少高山丘陵，而光面球藻和毛球藻的发育，则说明了浅湖相明显.
孢粉组合带Ⅱ（井深1920~2150 m）：蓼粉属-粗肋孢属-哈式粗肋孢属-水龙骨单缝孢属-铁杉粉属-山核桃粉属带.该组合带上述的4种优势分子与其他属在数量上差别明显，但对比于孢粉组合带Ⅰ，多数孢粉数量都有所增加，植物更为繁茂，最为突出的特点是草本的蓼粉属大发育，成为绝对的优势种，而象征湿热湖沼及河流相沉积环境的粗肋孢、小菱粉等也有较好发育.
孢粉组合带Ⅲ（井深2150~2300 m）：单/双束松粉属-铁杉粉属-哈式粗肋孢属-水龙骨单缝孢属-光山核桃粉属-榆粉属带.相比于前两个孢粉组合的草本繁茂，该组合呈现出草本并不发育的特征，而高大乔木则主要是以松科为主.该区发育良好的胡桃科在该组合中只有光山核桃粉属发育较好，乔木中榆科的榆粉属也有较好发育.蕨类植物中的水生蕨类延续着上伏孢粉组合的特点，保持着良好发育.
孢粉组合带Ⅳ（井深2300~2470 m）：单/双束松粉属-桫椤孢属-藜粉属-光山核桃粉属带.就单个样品的孢粉数量来看，该组合带孢粉并不发育，最为突出的特点是水生蕨类植物明显衰退，而生长于林下阴暗潮湿环境的桫椤孢属发育，草本中主要发育喜干旱环境的藜粉属，呈现出一种湖泊范围变小，气候变干旱的特点.高大乔木的组成仍以松科和胡桃科为代表，但数量都比较少.
总体上看，各个孢粉组合带的成分有继承性也存在差异性（如表 2所示）.裸子植物中的单/双束松粉属，被子植物中的真胡桃粉属、光山核桃粉属，及草本蓼粉属、小菱粉属，蕨类植物中的粗肋孢，都是最为常见的优势分子，这体现了区域的一致性，但各孢粉组合带中优势分子在数量上存在差异.凸起构造区的乔木发育情况好于凹陷区，而凹陷区的草本发育则好于凸起区. 4个孢粉组合带也有明显的阶段性，大体上可以划分为两个阶段：馆陶组早期（孢粉组合带Ⅲ、Ⅳ）--针叶树为主的混交林；馆陶组晚期（孢粉组合带Ⅰ、Ⅱ）--落叶林含有许多亚热带成分.馆陶组早期植被最主要的特点是高大乔木繁盛，以针叶林为主，混有些许落叶阔叶林.馆陶组晚期植被最主要的特点是乔木以落叶阔叶林为主，其中混有很多亚热带乔木树如枫香粉属、山核桃粉属等，草本和蕨类也非常发育.
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表 2 孢粉组合带对比 Table 2 Comparison of sporopollen assemblage zones |
不同的植物对温度和湿度的敏感性是不同的，植被类型的不同，包括其繁茂程度，能够反映出研究区的气候特征[21-23].因此，以孢粉的气候属性特征为基础，通过分类统计遍布全区13口井孢粉资料来分析研究区的古气候（图 5）.
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图 5 孢粉组合带气候特征 Fig.5 Climatic characteristics of sporopollen assemblage zone a-湿度适应性（humidity adaptability）；b-温度适应性（thermal adaptability）；c-湿度变化曲线（humidity variation curve）；d-温度变化曲线（temperature variation curve）；1-潮湿（humid）；2-干旱（arid）；3-喜热（philotherm）；4-喜温（thermophile） |
同样，按照4个孢粉组合带，统计各个组合带中喜干旱、喜潮湿和喜温、喜热以及较广泛适应于温度和湿度的孢粉的绝对数量.从图 5可以看出，喜湿孢粉数量明显多于喜干旱的孢粉，说明环境整体相对潮湿.孢粉组合带Ⅲ、Ⅳ湿度相近，变化不大，到孢粉组合带Ⅱ时湿度达到最大，孢粉组合带Ⅰ的湿度有些微降低但仍处于较高水平.温度的变化与湿度的变化趋于一致，整体是处于一个相对炎热的环境，且温度有升高趋势，在孢粉组合带Ⅱ时，温度达到最高.由此可以看出，渤东地区在环境上整体比较湿热，符合亚热带季风气候的特点，且随着时间的推移这种特点越发显著，这与前人的认识是一致的.
对于温度和湿度类型的划分，赵秀兰等[13]做过细致研究，本文应用这种模式来划分研究区的温度、湿度类型. 4个孢粉组合带喜热孢粉的数量集中在40%~50%之间，其温度带可以划分到北亚热带中.孢粉组合带Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ中喜湿孢粉的数量在30%~40%之间，为半湿润环境，而孢粉组合带Ⅱ超过50%，为湿润环境.
以绝对数量做孢粉生态上的统计分析只能反映整体气候特征和变化趋势，忽略了单个样品点对气候的反映及样品点间的变化.因此，我们通过两个特征参数的计算对整个馆陶组的气候变化做更为细致的分析[20].
参数S/A为亚热带、热带乔木与被子数量之比，反映环境温度；E-T代表麻黄粉与杉粉及水生植物花粉数量之差，反映环境的湿度.同时，依据计算值的大小将孢粉对温度的适应性划分为3个等级，即温暖、暖、热；将湿度的适应性划分为4个等级，即湿润、半湿润、半干旱、干旱.将温度-湿度等级组合起来做为一种气候类型，通过计算识别出来11个气候波动界面，可见气候的波动在整个馆陶组是非常频繁的（图 6）.
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图 6 气候变化曲线 Fig.6 Climate change curve |
孢粉组合Ⅰ中S/A值低于中值线，亚热带乔木分子数量少，可见气候温度不高. E-T值为负数，为半湿润的环境，气候主体为温暖-半湿润.孢粉组合带Ⅱ中S/A值高于中值线，反映了热带乔木发育，植被茂盛.整个孢粉组合带Ⅱ温度较高且一直持续，E-T值反映水生植物数量明显多于旱生的麻黄粉属，且在两个时期出现了高峰值，与其他孢粉组合带相比为整个馆陶组最湿润的时期，为典型的亚热带季风气候，这些也与前面分析得到的结论一致.孢粉组合Ⅲ，其温度不高，而湿度多半处于半湿润状态，总体为暖-半湿润状态.孢粉组合Ⅳ的S/A出现峰值，说明气候温度较高，湿度逐渐增加，总体为湿热气候类型.馆陶组整体气候温度较高，湿度较大，具有典型的亚热带季风气候特征.
5 结论1）馆陶组的植被类型较为丰富，13口井共发现过50属孢粉，被子植物中壳斗科、桦木科、金缕梅科、榆科、胡桃科都有发现，特别是胡桃科的山核桃粉属、胡桃粉属发育最好；裸子植物中主要发育松科，松属、油杉属、冷杉属、铁杉属最为常见；蕨类主要发育水生蕨类如粗肋孢属、水龙骨单缝孢属，其中粗肋孢属的孢粉数量很大；藻类全为淡水藻类且多适应于浅水环境，常见的有盘星藻属、褶皱藻属、毛球藻属.
2）垂向上乔木层的演化分为两个阶段，馆陶组早期（孢粉组合带Ⅲ、Ⅳ）为针叶树为主的混交林，馆陶组晚期（孢粉组合带Ⅰ、Ⅱ）为落叶林含有许多亚热带成分.横向上凹陷区的草本及水生蕨类的发育强于凸起区.
3）整体上馆陶组具有典型的亚热带季风气候特征，且从孢粉组合带Ⅳ到Ⅰ这种气候特征有显著趋势. S/A、E-T气候变化曲线显示，馆陶组气候变换频繁，以湿热气候为主，孢粉组合Ⅱ气候特征明显，呈现出最湿最热的特点.
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