文章编号:1001-6112(2008)04-0321-07
新疆两大盆地石炭—二叠系火山岩特征与油气
康玉柱
(中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京　100083)
摘要：新疆准噶尔盆地与塔里木盆地石炭—二叠系火山岩十分发育，分布广，厚度大。准噶尔盆地石炭系火山岩广泛分布于盆地的西部隆起、陆梁隆起、中央隆起及东部隆起等广大地区，可分为上、下石炭统共5个组；二叠系火山岩较少，只在某些层位见到凝灰岩、凝灰质砂岩。塔里木盆地石炭系火山岩主要见于盆地周缘地区，二叠系火山岩在全盆分布广泛，不仅厚度大，而且岩石类型多；主要岩石类型为基性和超基性岩，其次为中酸性岩；其分布具有平面分带性和垂向旋回性。火山作用促使不成熟的生油岩提前进入生油门限，也可使成熟的生油岩过早转化为高成熟。中酸性火山溶岩是石炭系的主要储层，岩浆活动为油气运移提供了通道。火山岩储层可形成亿吨级的大油田，因此在新疆的油气勘探中，应关注石炭-二叠系火山岩的成藏和分布，并把他作为石油勘探的重要领域之一。
关键词：火山岩；石炭系；二叠系；油气藏；准噶尔盆地；塔里木盆地中图分类号:TE122.22          文献标识码:A
CHARACTERISTICS OF THE C ARBONIFEROUS -PERMIAN
VOLCANIC ROCKS AND HYDROCARBON ACCUMULATIONS
IN TWO GREAT BASINS ,XINJIANG AREA
Kang Yuzhu
(Research I nstitute o f Petroleum E x ploration and Prod uction ,S I NOPEC ,Bei jing 100083,China )
A bstract :The Carboniferous -Permian volcanic rocks we re very well developed with w ide distributio n
and big thickness in the Jungg ar and Tarim basins ,Xinjiang area .T he Carboniferous v olcanic rocks are widely distributed in the West Uplift ,Luliang Uplift ,Central Uplift and East Uplift of the Jungg ar Ba -sin ,w hich can be divided into upper and low er Carboniferous (to tal 5formations ).The quantity o f the Permian vo lcanic ro cks is small .The tuffs and tuffaceo us sandstones are show n in only certain lay ers .The Carbo niferous v olcanic rocks of the Tarim Basin a re mainly distributed at the margin of basin but the Permian v olcanic rocks are com mon in the w hole basin with large thickness and v ariety of rock types .The m ain types are basic and ultrabasic rocks and then are intermediate -acid roc
ks .Their distribution is characterized by lateral zonation and ver tical cyclicity .The vo lcanism accelerated im mature source ro cks to enter oil generation thresho ld in adv ance ,at the same time it also caused mature source rocks became over matured .Intermediate -acid volcanic lav a is the main reservoirs of the Carbo nifero us .M ag matism activities pro vide the pathw ay for hy dro carbon migration .The volcanic rocks can form big oilfields of 100million tons so w e should focus o n study of reservoir -fo rming and distributio ns o f the Carboniferous -Permian v olcanic ro cks in oil -g as ex ploratio n of Xinjiang area and regard these reservoirs as one o f impor -tant targets in petroleum exploration .Key words :volcanic rocks ;Carboniferous ;Permian ;oil -gas reservoir ;the Junggar Basin ;the Tarim Basin  　近年来，在新疆准噶尔和塔里木2大盆地的石炭—二叠系火山岩中发现了多个油气田(藏)，如石西油气田、滴西气田、五彩湾油气田及夏子街地区的油田等，另在塔里木盆地，多井在下二叠统火山
岩中发现油气显示及油流，表明2大盆地火山岩已经和必将成为新疆地区重要勘探领域之一。因此，研究火山岩分布、岩石组合特征，以及与油气成藏
的关系，对油气勘探部署，发现新的油气田，具有重
收稿日期:2008-04-21；修订日期:2008-07-22。
作者简介：康玉柱(1936—)，男(满族)，中国工程院院士，教授级高级工程师，主要从事石油地质勘探与研究。E -mail :k angyz h @cae 。
第30卷第4期2008年8月          石　油　实　验　地　质PETR OLEUM GEOLOGY &EXPERIMENT                  Vo l .30,N o .4A ug .,2008
要的指导意义。
1　石炭—二叠系火山岩分布
1.1　石炭系火山岩分布
新疆2大盆地石炭系火山岩分布广泛，特别是准噶尔盆地分布更广泛，厚度大。
1.1.1　准噶尔盆地
石炭系火山岩广泛分布于盆地的西部隆起、陆梁隆起、中央隆起及东部隆起的广大地区。
准噶尔盆地石炭系可分为上、下石炭统5个组，其主要岩性特征见表l。地震资料区域对比解释表明，莫索湾凸起、石西凸起石炭系顶界面为区域性削蚀不整合面，石炭系顶部遭受了大规模剥蚀，石浅滩组被剥蚀而缺失，上石炭统仅保留巴塔玛依内山组(表1)。
上石炭统巴塔玛依内山组简称巴山组，该组又可分为上、下巴山组。下巴山组以玄武岩为主，夹安山岩、凝灰岩、火山角砾岩及少量泥质岩类和砂砾岩类。位于陆梁隆起上的陆3井钻遇下巴山组厚度达922.0m。上巴山组上段为中酸性英安质火山角砾岩、火山碎屑岩；中段为中性火山岩段，上部为安山岩，下部为安山质火山角砾岩；下段为基性—中基性岩段，为玄武岩和玄武安山岩。盆地东部五彩湾地区彩30井钻遇上巴山组厚度达1126.0m。石西凸起钻遇上巴山组，其厚度最大达393.5m (石西4井)，井下钻遇地层以中酸性火山溶岩类最为发育，其中以英安质安山岩为主，玄武岩、流纹岩、英安岩次之。井下岩心观察：气孔状安山岩发育，斑状结晶较粗，呈角砾状及气孔状英安岩、流纹岩、角砾状火山碎屑岩、安山质玄武岩等。这类岩性组合特征表明，石西凸起距离火山口较近，既有喷发相沉积，又有溢相沉积，属喷发—溢流亚相环境。
1.1.2　塔里木盆地
石炭系火山岩主要见于塔里木盆地周缘地区，如南天山东阿赖山—迈丹塔格—霍拉山一带、北山地区、西昆仑山北坡一带以及东昆仑叶桑岗等地区。火山活动主要是海相中心式或裂隙—中心式喷发，主要为玄武—安山—流纹岩组合，主要属钙碱性系列。
盆内也有零星的火山岩分布，如阿尔塔什地区厚2.4m的玄武岩和灰质凝灰岩夹于晚石炭世滑石板期的开阔台地相灰岩之中。
1.2　二叠系火山岩分布
二叠系火山岩主要分布在塔里木盆地，准噶尔盆地只在二叠系某些层位见到凝灰岩、凝灰质砂岩。本文重点叙述塔里木盆地火山岩分布特征。
二叠系火山岩在塔里木盆地分布广泛，不仅厚度大，而且岩石类型多。二叠系火山岩主要产于下二叠统库普库兹满组和下二叠统上部的开派兹雷克组，前者称下火山岩段，后者称上火山岩段(图1)。
1.2.1　下火山岩段
下二叠统库普库兹满组下火山段主要分布在盆地北部，可分为呈东西向展布的北、南两带[1,2] (图1)。
北带主要分布于库车河地区，西起小铁列克河，东经木扎尔特河、卡普沙良河、切勒克河、卡拉苏河、阿勒哈库什苏河、库车河、河瓦布其一带，东西延伸近200km。岩性为大套中酸性火山岩、火山碎屑岩夹碎屑岩。西部火山碎屑岩和碎屑岩比较发育，而东部则主要为火山碎屑岩。北带下火山岩段厚度大，在卡拉苏河剖面，火山岩累计厚度可达
表1　准噶尔盆地石炭系地层层序
Table1　The stratigraphic sequence of the Carbonifero us in the Junggar Basin
统组厚度/m主要岩性代表剖面
上统石浅潍组693.0
　灰、深灰砂岩、砂砾岩、小砾岩及泥岩、云质泥岩、砂质泥
岩，中上部夹多层碳质泥岩，为海相沉积岩
准东大5井
上巴山组100～400
　上段：中酸性英安质火山角砾岩、火山碎屑岩；中段：中性岩
段，上部为安山岩，下部为安山质火山角砾岩；下段：基性—中
基性岩段，为玄武岩和玄武安山岩
石西凸起
下巴山组100～500
　以玄武岩为主，夹安山岩、凝灰岩、角砾岩及少量泥质岩、砂
砾岩等
夏盐地区—玛东1井
下统滴水泉组200～350
　纵向上是以火山碎屑岩与正常碎屑岩呈不等厚互层。主要
岩性为灰、深灰泥岩及灰黑、黑碳质泥岩，局部地区夹泥
质白云岩、白云质泥岩；从盆缘到盆内火山岩逐渐减少
　滴西地区及陆南
地区陆南1井
塔里岗组150～400
　推测靠近腹部地区可能为海陆交互相沉积，以碎屑岩夹火山
沉积岩、泥岩、砂质泥岩、含碳质泥岩(或煤层)及凝灰岩为主,
次为安山岩、玄武岩及火山岩的过渡岩类
　陆梁凸起东侧泉3
井—三参1井区及
滴西地区
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·      石　油　实　验　地　质            　第30卷
图1　塔里木盆地下二叠统火山岩分布
据朱毅秀等修改。
Fig.1　Distribution of the L ow er Pe rmian vo lcanic ro cks in the T arim Basin
1100m以上。
南带主要分布在柯坪隆起、阿瓦提断陷以及哈拉哈塘凹陷一带，东西向延伸可达700km。岩性主要为玄武岩、英安岩、安山岩及中酸性成分的凝灰岩、火山角砾岩。南带下火山岩段的厚度明显小于北带，火山岩最厚区位于柯坪因干—沙井子附近，开派兹雷克剖面火山岩厚达138.5m，以玄武岩为主；哈1井虽然火山岩厚逾278m，但主要以英安质晶屑凝灰岩和安山质晶屑凝灰岩为主，厚达270m，仅发育7m厚的玄武岩及角砾状玄武岩。另一个火山中心在沙参1井附近，由于钻井尚未钻穿该套火山岩系，厚度不详。在盆内其它地区仅有零星的、厚度较薄的火山岩分布，如巴楚地区、塔西南杜瓦、棋盘以及塔中18井等地分布有小范围、厚度小于10m的玄武岩及凝灰岩。
1.2.2　上火山岩段
下二叠统开派兹雷克组上火山岩段主要分布在玛扎塔格、和田河、塔中、满加尔、阿瓦提以及柯坪沙井子等广大地区(图1)，分布面积达20×104 km2，大大超过早二叠世晚期火山岩的分布面积。同时，分布范围也已向南扩展，最南已达玛参l井以南地区。早二叠世是塔里木盆地内部火山活动最强烈的时期，不仅表现为分布范围广，而且火山岩累计厚度大，存在多个火山喷发中心。在北部发育3个喷发中心，分别位于柯坪因干地区、沙参1井井区、跃南1井井区，基本上继承了下火山岩段南带的分布格局，大致呈
东西向排列。火山岩累计厚达500～600m，岩性为玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩及凝灰岩、火山角砾岩。南部火山喷发中心在玛扎塔格—和田河附近，和l、和2、和3、和4等井火山岩累计厚300～400m，以玄武岩和辉绿岩为主，夹少量凝灰岩和火山角砾岩。山1、山2井火山岩累厚虽可达400m以上，但岩性以凝灰岩为主，约占70%以上，玄武岩仅占30%左右，可见2井并不在火山喷发中心位置。在盆内其它地区，如卡拉苏河、棋盘等地也有零星的火山岩分布，但厚度一般小于50m，岩性主要为玄武岩、辉绿岩夹凝灰岩。
2　岩石类型及平面分带性和垂向旋回性
2.1　岩石类型
塔里木盆地火山岩的主要岩石类型是基性和超基性岩，其次为中酸性岩。基性岩和超基性岩包括玄武岩及相应成分的凝灰岩、火山角砾岩。根据矿物成分和结构构造特征，玄武岩可进一步分为斜斑玄武岩、无斑(隐晶)玄武岩、杏仁状玄琥岩、单辉玄武岩和橄榄玄武岩等5种不同的岩石类型(刘金坤等,1991)。在柯坪地区，茅口期和栖霞期玄武岩
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　第4期          　康玉柱.新疆两大盆地石炭—二叠系火山岩特征与油气   
的地球化学特征存在差异，据刘金坤等(1991)研究，栖霞期玄武岩相对富SiO 2,A l 2O 3,CaO ，主要为拉斑玄武岩；茅口期玄武岩为碱性玄武岩，两者均具有大陆裂谷喷溢的特征。中酸性岩包括安山岩、英安岩、流纹岩、粗面岩、花岗斑岩及中酸性成分的凝灰岩、火山角砾岩。
塔里木盆地下二叠统火山岩岩石具以下特征
[1]
。
玄武岩：晚海西期喷发相火山岩，属于成岩期岩浆岩，分布广泛；暗矿物铁质化和蚀变强烈，蚀变物为绿泥石、方解石；颗粒矿物结晶程度高，斑状结构不明显；具粗玄结构、次辉绿结构、间隐结构和隐晶结构；块状构造、气孔—杏仁构造；杏仁成分有绿泥石、方解石、石英等。
玄武安山岩与安山岩：岩石呈灰绿、灰的块状构造。具交织结构、隐晶交结构造和斑状结构，也具隐晶结构与次间隐结构。主次矿物与基质绿泥石化和被碳酸盐交代强烈，另有少量黄铁矿呈星点状分布。为喷出岩和次火山岩的主要类型，主要见蚀变安山岩。
辉绿岩：产自奥陶系至下二叠统中，为次火山岩和伴生的中浅成侵入岩；主次矿物均具有溶蚀特征，多绿泥石、方解石化、铁矿化；蚀变产出的绿泥石含量部分高达30%；可见典型的辉绿结构、次辉绿结构
、辉长辉绿结构，也可见隐晶结构、斑状结构、全晶粒结构等。
凝灰岩：玻屑凝灰岩和多屑凝灰岩，具凝灰结构、雏晶结构；溶岩成分多为流纹质，去玻化强烈；呈巨厚层状、中厚层状、薄层状，多和凝灰质泥岩、砂岩伴生，也和玄武岩呈互层状。2.2　平面分带性
塔里木盆地二叠系火山岩的岩性特征在平面上有一定的变化规律，大致以乌什—阿瓦提—满参1井一线为界，北部为中酸性火山岩分布区，南部为基性火山岩发育区。
北部中酸性火山岩区包括库车坳陷、塔北隆起、满加尔东北部以及孔雀河斜坡。火山岩以中酸性的喷发岩为主，伴有侵入岩和火山碎屑岩；岩性包括流纹岩、安山岩、英安岩、粗面岩、粗安岩以及英安质、流纹质凝灰岩、火山角砾岩，主要发育在孔雀河斜坡。
南部基性火山岩区包括柯坪隆起、巴楚隆起、满加尔坳陷南部、塔中隆起、和田河地区以及塔西南等广大地区。该区以玄武岩和辉绿岩为主，夹少量中酸性侵入岩。基性岩按产状可分为2种类型:
第1种为以大面积分布的火山岩，沿着岩浆上涌的
通道上升至地表喷发，呈水平层状分布，气孔、杏仁
构造很发育；第2种类型为岩脉和岩墙，以线性分布，如巴楚的岩墙。
2.3　垂向旋回性
火山岩的岩性特征在垂向上也表现出韵律性分层的特点，每个韵律层即相当于一个火山喷发旋
回。林建英(1987)通过对四川峨眉山玄武岩的研究，认为一个完整的玄武岩喷发旋回由5种岩石类型组成，自下而上依次为火山角砾岩、斑状玄武岩、致密状玄武岩、杏仁状玄武岩和凝灰岩。
塔里木盆地石炭—二叠系火山岩中也发育类似的火山喷发旋回，但组成相对简单，往往只识别出l 至3种岩石类型。下二叠统下火山岩段在南带一般发育2～5个火山喷发旋回。在开派兹雷克剖面上，下火山岩段厚168m ，其发育5个火山喷发旋回(图2)，第1旋回由2～3m 厚的火山角砾和厚65m 的大套玄武岩组成；第2、3旋回均由数米厚的火山角砾岩构成，上被碎屑砂、泥质岩覆盖；第4旋回仅由5～6m 厚的玄武岩组成；第5旋回发育较完整，由火山角砾岩(3m )、玄武岩(36m )和凝灰岩(5m )组成。
在库车坳陷，下火山岩段则至少发育10～14个火山喷发旋回，如在卡拉苏河剖面栖霞期火山岩中识别出了l 4个火山喷发旋回。
图2　塔里木盆地开派兹雷克剖面
下火山岩段旋回结构示意
圆圈内数字为火山喷发旋回编号
Fig .2　Ske tch section showing sedime nta ry cycles of the K upkuzman Fo rmatio n v olcanic r ocks in the K aipaizleik o f the T arim Basin
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  上火山岩段一般发育3～15个旋回，如塘北2井发育3个旋回，巴东2井发育5个旋回，山1、山2井发育10个旋回，和3井发育6个旋回，沙参1井发育12个旋回。
3　火山岩形成时代探讨
对塔里木盆地二叠系火山岩年代学的研究，最早始于盆地边缘露头区，而且大多是古生物学方面的研究。新疆地质矿产局地层组(1987)在沙井子开派兹雷克组下亚组中到了可以与华北下二叠统下石盒子组和华南栖霞组相对比的植物化石，从而确定了开派兹雷克组属于早二叠世中—晚期。孙柏年等(1991)在沙井子四石厂剖面的库普库兹满组玄武岩间的泥岩和开派兹雷克剖面的开派兹雷克组玄武岩之间的泥岩中到了大量属于早二叠世的植物化石。
20世纪90年代以来，许多研究者先后对全盆二叠系火山岩进行了同位素测年分析(表2)，所测得的年代数据主要在259～287Ma之间，基本上在早二叠世的时限范畴之内。
4　火山活动与油气
火山喷发的形式和强度以及火山喷发产物的特征在盆地演化的不同阶段是不相同的。对火山岩的岩性特征及其变化规律进行分析，能为盆地构造演化和油气富集规律的研究提供大量信息和证据。
表2　塔里木盆地下二叠统火山岩同位素年龄数据Table2　Isotopic ages of the Lower Permian
volcanic rocks in the Tarim Basin
采样点岩性年龄/M a测试方法数据来源
四石广玄武岩292.4±0.5K—A r刘金坤等,1991
开派兹雷克玄武岩259.8±0.9K—A r刘金坤等,1991四石厂玄武岩278.0K—A r贾承造,1992
巴楚辉绿岩259±57Sm—Nd贾承造,1992
胜利1井
(5003m)
安山岩259.63K—A r姚慧君等,1993
胜利1井
(5667m)
安山岩259.64K—A r姚慧君等,1993库车河流纹岩285.7±17Rb—S r卢华复等,1994
库车河流纹岩278.0±2.3K—A r杨树锋等,1996
开派兹雷克玄武岩278.5±2.4K—A r杨树锋等,1996英买9井
(5421m)
正长岩287.6±2.8K—A r杨树锋等,1996玛扎塔格正长岩277.7±2.3K—A r杨树锋等,1996
南喀1井(5213m)英安岩292.4±0.5K—A r塔指
  石炭纪，塔里木盆地内部火山活动较弱，而盆
缘火山活动相对较强，说明塔里木古陆块此时的地
质构造环境相当稳定，仅在盆地周缘构造活动较强
烈；早二叠世栖霞期，盆地火山活动较强烈，火山喷
发次数多，但主要集中在盆地北部地区，表明盆地
北部的构造活动强烈，南部广大地区则处于相对稳
定的构造环境；至茅口期，盆内火山活动增强，火山
喷发次数明显增多，空间分布最广，火山喷发中心
向南迁移。它充分表明塔里木陆块在早二叠世晚
期受到十分强烈的构造运动的作用，波及的范围
广，影响深度大。这期构造运动就是海西晚期运动
在盆内的反映，早二叠世的多旋回火山喷发作用是
海西晚期运动的前奏，是量的积累。
4.1　火山活动与烃源岩
火山活动中高温的岩浆、热液和烃源岩长期直
接接触，一方面给烃源岩带来能量，使其在短期内
经历异常高温而成熟或过成熟。如在塔中3井、塔
中4井等井，岩浆岩周围的石炭系烃源岩接近高成
熟阶段,R o值高；而邻近井对应不发育岩浆岩的石
炭系烃源岩处于成熟阶段,R o值相对较低。塔中
45井二叠系下部暗泥岩在高温岩浆作用下，达
到成熟，并向邻近粉砂岩渗透与运移(在录井中见
荧光现象)。另一方面，基性岩浆在喷发与侵入时
携带大量含氢气体，岩浆作用会脱出氢气；同时内
含橄榄石等铁镁矿物易在后期成岩变化中蚀变产
生氢气，这些氢气会加入有机质的成烃作用，使烃
源岩生烃量增大[1,3]。
岩浆岩的存在说明本区地球深部物质供给充
足，在深部物质产生的深部流体中含有大量的金属
和非金属元素，这些元素在原始生油母质生烃过程
中起重要的催化作用。
对柯坪地区四石厂剖面和开派兹雷克剖面玄
武岩之间的泥岩进行镜质体反射率(R o)测试，结
果泥岩的R o达2.0%左右。周中毅(1992)和彭燕
等(1992)对盆地部分钻井的石炭系生油岩镜质体
反射率进行测试，所选的钻井按是否发育二叠系火
山岩而分为2类。结果发现，发育有火山岩的钻井
的石炭系生油岩R o达到2.0%左右，而不发育火
山岩的钻井,R o在0.7%～0.8%之间，前者明显
高于后者。火山活动使石炭系生油岩接近于高成
熟度阶段，而不受火山活动影响的钻井，其石炭系
生油岩现正处于成熟阶段。因此，早二叠世发生的
大规模火山活动不仅改变了当时的古地温场，而且
加速了生油岩的演化进程。火山作用不仅可以使
不成熟的生油岩提前进入生油门限，而且也可以使
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石康军　第4期          　康玉柱.新疆两大盆地石炭—二叠系火山岩特征与油气