王韜，徐倩，李永軍，孔玉梅，鄭孟林，郭文建

（1.中國(guó)石油 新疆油田分公司a.勘探開(kāi)發(fā)研究院；b.博士后工作站，新疆 克拉瑪依 834000；2.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054；3.河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000）

車(chē)排子油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起南端，是盆地西北緣重要的油氣富集帶之一[1-2]。近年來(lái)以火山巖為主的石炭系顯示出巨大的油氣勘探潛力，油氣勘探已由頂面風(fēng)化殼向火山巖內(nèi)幕延伸[3-5]。明確石炭系層位劃分及地質(zhì)時(shí)代，成為推進(jìn)油氣勘探深入的重要環(huán)節(jié)。車(chē)排子地區(qū)石炭系發(fā)育大套火山巖，巖性和巖相復(fù)雜[6-10]，前人通過(guò)與露頭區(qū)地層對(duì)比，依據(jù)巖石組合的差異，將研究區(qū)石炭系劃分為3個(gè)巖組[11]，但缺少精確的年代學(xué)研究。此外，石炭系在山前露頭區(qū)分布廣泛，地層劃分方案眾多，導(dǎo)致石炭系劃分在露頭區(qū)和覆蓋區(qū)不一致，對(duì)其時(shí)代歸屬的認(rèn)識(shí)差異大，對(duì)比方案不清晰。因此，只有通過(guò)盆山地層合理對(duì)比，建立盆內(nèi)鉆井地層序列與格架，才能解決鉆井地層對(duì)比方案混亂等問(wèn)題。近年來(lái)，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣山前石炭系劃分與區(qū)域?qū)Ρ热〉昧酥卮筮M(jìn)展[12-16]，為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣石炭系的橫向?qū)Ρ忍峁┝酥巍?/p>

制約井下火山巖地層精準(zhǔn)劃分與對(duì)比的主要因素，一是地層時(shí)代缺乏可靠依據(jù)，二是對(duì)火山巖的成分、成因等研究程度低。本文依托車(chē)排子南部地區(qū)新近獲得的同位素年齡和巖石地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)，討論該區(qū)井下火山巖地層的地質(zhì)時(shí)代，分析火山巖的巖石成因，為該區(qū)火山巖油藏的勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 巖石組合特征

車(chē)排子油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起之上，其西面和北面鄰近扎伊爾山，地處于盆山結(jié)合部位[17]。研究區(qū)主體為紅車(chē)斷裂帶中段（圖1），從石炭系到古近系均有發(fā)育，其中，石炭系厚度較大，分布廣泛，但因其缺乏與盆地西北緣山前石炭系建組剖面的有效對(duì)比，目前的地層命名較為混亂，還曾不當(dāng)使用莫老壩組、庫(kù)吉爾臺(tái)組等巖組名稱，后根據(jù)巖石組合切分為太勒古拉組（以火山巖和火山碎屑巖為主）、包古圖組（以火山巖和沉積巖互層為主）和希貝庫(kù)拉斯組（以沉積巖為主）（表1）。

表1 車(chē)排子地區(qū)石炭系劃分方案一覽表Table 1.Stratigraphic division schemes of Carboniferous in Chepaizi area

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣山區(qū)隸屬包古圖地層小區(qū)[20]，石炭系露頭資料豐富。近年來(lái)，新一輪大比例尺地質(zhì)填圖工作、專(zhuān)項(xiàng)建組剖面及區(qū)域地層對(duì)比研究取得了重要成果[15-16，20-21]。根據(jù)建組剖面最新地質(zhì)調(diào)查成果，石炭系各巖組巖石組合特征及劃分對(duì)比標(biāo)志歸納如下：包古圖組以細(xì)碎屑巖為主，火山熔巖、硅質(zhì)巖和灰?guī)r均呈夾層狀產(chǎn)出；希貝庫(kù)拉斯組以粗碎屑巖為主，偶見(jiàn)礫巖夾層或透鏡體；成吉思汗山組地面露頭以紅褐色為主，細(xì)碎屑巖和粗碎屑巖均有發(fā)現(xiàn)，灰?guī)r層相對(duì)較厚，火山巖相對(duì)較發(fā)育，以玄武巖為主，具弧后盆地玄武巖地球化學(xué)特征；哈拉阿拉特組下部以火山熔巖為主，上部以火山碎屑巖為主，火山噴發(fā)旋回極為發(fā)育；阿臘德依克賽組下段以正常沉積巖為主，上段以火山巖為主。

通過(guò)與露頭剖面對(duì)比，采用最新的石炭系劃分與對(duì)比方案，對(duì)車(chē)排子地區(qū)鉆揭的石炭系進(jìn)行了重新劃分與對(duì)比（表2），主要井間的石炭系火山巖柱狀對(duì)比如圖2所示。

表2 研究區(qū)鉆遇石炭系巖石組合及劃分方案Table 2.Rock associations and stratigraphic division schemes of Carboniferous in the study area

研究區(qū)大致以C498 井—C71 井以西的區(qū)域性大斷層為界，在深度為3 000 m 處的斷層兩盤(pán)，地層層序及巖石組合差異顯著，同一層位巖性界面高差大于100 m，推測(cè)系斷層所致。斷層西北盤(pán)有CF13 井和C26 井，CF13 井1 645.01 m 玄武安山質(zhì)含角礫熔巖的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡為459.9±9.5 Ma，為中奧陶世，推測(cè)1 625.00—1 653.00 m井段是一斷層帶中的斷塊，而1 536.00—1 625.00 m和1 653.00—2 012.00 m井段巖石組合與扎伊爾山區(qū)上石炭統(tǒng)阿臘德依克賽組上段（玄武質(zhì)、安山質(zhì)角礫熔巖夾角礫凝灰?guī)r）可對(duì)比。C26 井1 726.00—2 631.00 m 井段鉆遇巖性以碎屑巖為主，整體可與準(zhǔn)噶爾盆地西北緣山區(qū)阿臘德依克賽組下段對(duì)比。

斷層?xùn)|南盤(pán)主要有C47井、C471 井、C472 井、C477 井、C48 井、C68 井等井，巖石組合為一套中—基性火山熔巖和火山碎屑巖組合，夾層可見(jiàn)碎屑巖沉積間斷。其中，火山熔巖以氣孔狀玄武巖為主，火山碎屑巖可見(jiàn)玄武質(zhì)、安山質(zhì)火山集塊巖、火山角礫巖、角礫凝灰?guī)r等，與哈拉阿拉特組總體可比。C47 井3 370.00—3 490.00 m 的灰—灰黑色含碳砂巖、含礫巖屑砂巖，與哈拉阿拉特組第6 段頂部巖性（建組剖面巖性為灰色中薄層狀中—細(xì)礫巖、含礫砂巖、長(zhǎng)石巖屑雜砂巖）極好對(duì)比，于3 456.00—3 456.50 m 處獲得晚石炭世孢粉化石。2 551.00—3 370.00 m 巖性為玄武質(zhì)角礫熔巖、玄武質(zhì)集塊巖、安山質(zhì)集塊巖及少量玄武安山質(zhì)角礫凝灰?guī)r，當(dāng)屬哈拉阿拉特組第7 巖性段。

2 地質(zhì)時(shí)代

2.1 孢粉化石

在C47 井3 456.00—3 456.50 m 井段灰—灰黑色含碳砂巖中獲得豐富孢粉化石，含化石樣品號(hào)為C47-15-9BF 和C47-15-13BF2。經(jīng)南京古生物研究所鑒定，主要代表性屬種有Protohaploxypinu clarus、P.verrucosus、P.junggarensis、P.irregularis，P.perfectus、P.jimsarensis、P.dvinensis、P.definitus等，地質(zhì)時(shí)代為晚石炭世。

2.2 同位素年齡

于C68 井3 808.02m 井深采集流紋質(zhì)含角礫玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r樣品，用于進(jìn)行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年，樣品編號(hào)為C68-8-5TW。

樣品中鋯石多為無(wú)色透明—淺黃色，晶形發(fā)育較好。鋯石晶體長(zhǎng)為50～110 μm，寬為30～60 μm。鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，發(fā)育典型的巖漿振蕩環(huán)帶和明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)，屬于巖漿結(jié)晶產(chǎn)物[22]。LA-ICP-MS鋯石U-Pb 測(cè)試分析結(jié)果見(jiàn)表3。樣品的25個(gè)有效測(cè)點(diǎn)的Th含量為123.49×10-6～529.03×10-6，U含量為310.50×10-6～699.60×10-6。通常認(rèn)為巖漿成因的鋯石其Th/U多數(shù)為0.2～1.0，而變質(zhì)成因的鋯石Th/U 多低于0.1。樣品的Th/U 為0.40～0.77，并呈現(xiàn)出較好的正相關(guān)，進(jìn)一步指示其為典型巖漿成因鋯石[23]。樣品的206Pb/238U表面年齡為312.8～317.2 Ma。數(shù)據(jù)點(diǎn)集中分布在諧和曲線附近，206Pb/238U 諧和年齡為314.6±2.1 Ma，時(shí)代為晚石炭世。

表3 C68井流紋質(zhì)含角礫玻屑熔結(jié)凝灰?guī)rLA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)試分析結(jié)果Table 3.LA-ICP-MS zircon U-Pb analysis results of rhyolitic breccia-bearing vitric tuff from Well C68

3 巖石地球化學(xué)特征及成因

3.1 地球化學(xué)組分特征

樣品取自C472井（3塊）、C471井（2塊）、C47井（1塊）和C29井（2塊）哈拉阿拉特組，巖性有氣孔杏仁狀橄欖玄武巖、玄武巖、含角礫杏仁狀玄武巖、玄武質(zhì)角礫熔巖等。

火山巖樣品的SiO2含量為46.25%～50.74%，平均為48.84%；TiO2含量為0.82%～1.26%，平均為1.11%，明顯低于大洋中脊玄武巖（1.50%），接近于島弧拉斑玄武巖（0.80%）和大陸溢流玄武巖（1.00%）。樣品具有較多的Al2O3（15.78%～18.56%）和P2O5（0.14%～0.28%），其中Al2O3含量高于板內(nèi)大陸玄武巖（14.30%），接近島弧拉斑玄武巖（16.00%）和大陸溢流玄武巖（17.08%）。MgO含量為4.61%～6.01%，平均為5.31%，Mg#為47.75～56.37，低于原生巖漿（68.00～75.00[24]）。CaO 含量為7.97%～12.33%。樣品的全堿含量（Na2O+K2O）為3.37%～5.19%，K2O含量為0.21%～1.03%，Na2O含量為2.99%～4.19%，Na2O/K2O 為3.89～15.29，具明顯的富Na 貧K 的特征。里特曼指數(shù)為1.29～3.33，屬鈣堿性系列。

在TAS（K2O+Na2O-SiO2）圖上，樣品落入玄武巖區(qū)、玄武質(zhì)粗面安山巖區(qū)和玄武安山巖區(qū)（圖3a）。在K2O-SiO2圖解中，樣品基本落入鈣堿性和低鉀（拉斑）系列（圖3b）。

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖上，火山巖樣品顯示輕稀土元素富集而重稀土元素相對(duì)虧損的右傾型特征（圖4a）。稀土元素總量為55.72×10-6～77.30×10-6，平均為68.68×10-6。輕、重稀土元素含量比值為3.31～5.58，（La/Yb）N為2.16～5.16，平均為2.69，均大于1.00，表明輕、重稀土元素具一定程度的分異。（La/Sm）N為1.15～1.98，平均為1.32，反映輕稀土元素之間分餾程度較好。（Gd/Yb）N為1.34～1.82，表明巖石未發(fā)生明顯的重稀土元素分餾。樣品顯示弱的Eu 正異常（δEu為1.02～1.09）。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中（圖4b），樣品強(qiáng)虧損Nb（0.88×10-6～1.54×10-6）、Ta（0.06×10-6～0.11×10-6）、Hf（1.24×10-6～2.17×10-6）等高場(chǎng)強(qiáng)元素，相對(duì)富集Ba（237.55×10-6～489.74×10-6）、Rb（1.30×10-6～12.88×10-6）等大離子親石元素，整體具明顯的Ta、Nb和Ti負(fù)異常，表現(xiàn)出與俯沖帶相關(guān)的弧巖漿相似的地球化學(xué)特征。樣品Nb/Ta 均集中在13.5～15.3，Zr/Hf為34.1～35.9，接近原始地幔比值的17.0 和36.0[27]，而高于大陸地殼的13.0和11.0[28]。

3.2 火山巖成因及巖漿源區(qū)

火山巖樣品富集大離子親石元素Ba、K 和Sr，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta 和Ti，符合消減帶火山巖的標(biāo)志性特征。然而，地殼混染作用也可能導(dǎo)致上述特征，輕稀土元素和大離子親石元素富集，Nb和Ta為負(fù)異常，Zr和Hf為正異常[29-30]。在標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中，研究區(qū)上石炭統(tǒng)火山巖樣品不僅表現(xiàn)出Nb、Ta和Ti負(fù)異常，而且也具Zr和Hf的負(fù)異常（圖4b）。此外，樣品的Th/Ce（0.03～0.08）和Th/La（0.09～0.18）低于平均陸殼（0.15 和0.30），La/Sm 為1.79～3.06，均小于4.50，（Th/Nb）N為4.58～16.35，Nb/La 為0.09～0.17，表明巖漿在形成過(guò)程當(dāng)中可能經(jīng)歷了少量的地殼混染作用。

研究區(qū)火山巖樣品中，Cr含量為49.85×10-6～135.53×10-6，Ni 含量為30.77×10-6～62.16×10-6，低于原生巖漿的Cr（300.00×10-6～500.00×10-6）和Ni（300.00×10-6～400.00×10-6）的含量；同時(shí)，Mg#（47.75～56.37）也低于原生巖漿，表明它們不代表原生巖漿，并經(jīng)歷了一定程度的分離結(jié)晶作用。Sr 和Eu 正異常（1.02～1.09），表明源區(qū)很少或不存在斜長(zhǎng)石。另外，在研究區(qū)上石炭統(tǒng)火山巖中，Zr/Sm 與Zr 之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖5a），表明部分熔融可能在巖漿形成過(guò)程中起主導(dǎo)作用，而非分離結(jié)晶作用。

研究區(qū)火山巖樣品中，Zr/Nb 為49.60～69.22，平均為56.69；Hf/Ta 為19.84～28.41，平均為23.23，均遠(yuǎn)高于洋島玄武巖（5.80 和2.90），略高于正常的大洋中脊玄武巖（30.00 和15.50），表明源區(qū)有類(lèi)似大洋中脊玄武巖虧損地幔的加入，這與根據(jù)Nb-Zr 含量得到的結(jié)果（圖5b）吻合。所有樣品具有近平坦的右傾稀土配分模式，以及相對(duì)較低的Nb/La（0.09～0.17）和Hf/Th（0.73～2.86）與較高的Hf/Ta（19.84～28.41）、La/Ta（86.87～154.73）和Th/Nb（0.55～1.95），與島弧玄武巖相似[32-33]。

洋殼及其沉積物在俯沖過(guò)程中形成流體或熔體，其交代上覆地幔楔發(fā)生部分熔融可形成島弧巖漿[34]。研究區(qū)上石炭統(tǒng)火山巖樣品中，Th 含量為0.70×10-6～1.71×10-6，Pb 含量為3.64×10-6～5.16×10-6，含量均較低；Ce/Th 為12.88～30.76，Ce/Pb 為4.14～5.79，Ba/Rb 為26.74～214.93，Ba/Th 為139.23～626.39，而消減沉積物的熔體中的Ce/Th約為8.00，Ce/Pb約為3.00，Ba/Rb約為4.00，Ba/Th 約為111.00，研究區(qū)樣品明顯高于消減沉積物熔體，且Ce 具弱的正異常（δCe 為0.99～1.05），這也有別于消減沉積物熔體使得消減帶的巖漿發(fā)育Ce 負(fù)異常的特征，表明研究區(qū)上石炭統(tǒng)火山巖的巖漿源區(qū)基本無(wú)消減沉積物熔體的加入。因俯沖帶流體的微量元素特征與島弧玄武巖和大陸地殼類(lèi)似，可用作流體活動(dòng)的示蹤劑。研究區(qū)上石炭統(tǒng)火山巖樣品中，Nb 含量為0.88×10-6～1.54×10-6，Nb/Zr 為0.04～0.06，Th/Yb 為0.67～3.83，Ba/La 為6.79～67.53，含量均較低，Sr/Nd 為27.96～40.22，相對(duì)較高，進(jìn)一步證實(shí)添加組分來(lái)自板片流體，而不是俯沖沉積物衍生熔體。虧損地幔源巖漿中Nb/U 為47.00±10.00，Ce/Pb 為25.00±5.00[28]，明顯偏低，可能是受流體加入的影響。研究區(qū)上石炭統(tǒng)火山巖的Nb/U為2.12～9.09，Ce/Pb為4.14～5.79，低于虧損地幔相應(yīng)值，指示在成巖過(guò)程中俯沖帶流體具有重要貢獻(xiàn)，這與Ba/La-Th/Yb 圖解中明顯的流體加入趨勢(shì)吻合（圖6a）。

石榴子石中的不相容元素La、Sm和相容元素Yb及其比值，可以有效判別地幔巖漿起源的相對(duì)深度和熔融程度[38]。樣品中較低的Sm/Yb（1.67～2.35）表明，巖漿源區(qū)深度較小。樣品的Ce/Y 較低，為1.11～2.26，Ce/Yb 為8.06～16.29，平均為9.55，也表明源區(qū)可能位于較淺的尖晶石—石榴子石穩(wěn)定區(qū)（小于70 km）[39]。在尖晶石相橄欖巖部分熔融作用中，La/Yb變化較小，Sm/Yb 基本不變，因此Sm/Yb-La/Yb 圖常用于區(qū)分來(lái)自石榴子石相橄欖巖和尖晶石相橄欖巖的玄武巖[40]。在Sm/Yb-La/Yb圖解中（圖6b），樣品靠近尖晶石二輝橄欖巖熔融曲線，表明晚石炭世玄武巖可能由尖晶石二輝橄欖巖較少的部分熔融作用形成。

總之，地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析表明，拉斑—鈣堿性系列火山巖可能來(lái)自受板片流體交代的尖晶石二輝橄欖巖虧損地幔較低程度的部分熔融，并伴有輕微的地殼混染。

3.3 構(gòu)造環(huán)境

研究區(qū)火山巖樣品均顯示出相似的規(guī)律，Nb、Ta和Ti 呈現(xiàn)出較明顯的虧損，Al2O3的含量較高，這多與巖漿源區(qū)受到了古俯沖帶流體的交代有關(guān)，暗示了其可能形成于島弧環(huán)境，并可能有古大洋板片俯沖作用的存在。

Zr、Nb、Y、Ta、Hf等都屬于抗蝕變?cè)?，在蝕變和變質(zhì)作用過(guò)程中均有良好穩(wěn)定性，能很好地指示巖石的源區(qū)性質(zhì)。研究區(qū)火山巖樣品具有較低的Ta/Yb（0.03～0.05）和Th/Yb（0.26～1.27），Th/Ta（8.28～27.22）和Ba/Nb（182.60～511.13）則相對(duì)較高，均表明火山巖具島弧型特征。進(jìn)一步采用抗蝕變?cè)剡M(jìn)行構(gòu)造環(huán)境判別，在Hf/3-Th-Ta 判別圖（圖6c）中，所有樣品投點(diǎn)均落入島弧玄武巖區(qū)域，綜合分析其形成于島弧俯沖背景。

4 結(jié)論

（1）車(chē)排子油田南部3 000 m 深的石炭系以火山巖為主，C498井—C71井?dāng)鄬游鞅北P(pán)與山區(qū)阿臘德依克賽組可對(duì)比，東南盤(pán)C477 井—C498 井南、C68 井北石炭系以玄武巖為主，少量安山巖、流紋巖及火山碎屑巖，總體與西北緣山前的哈拉阿拉特組可對(duì)比。

（2）C47 井3 456.00—3 456.50 m 灰—灰黑色含碳砂巖中獲得豐富的晚石炭世孢粉化石；C68 井流紋質(zhì)含角礫玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r獲得LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡為314.6±2.1 Ma，時(shí)代為晚石炭世。

（3）C498井—C71井?dāng)鄬訓(xùn)|南盤(pán)鉆遇玄武質(zhì)巖石樣品具有較高的Al2O3含量（15.78%～18.56%），K2O 含量為0.21%～1.03%；Na2O 含量為2.99%～4.19%；多數(shù)樣品為鈣堿—拉斑系列；輕稀土元素富集而重稀土元素相對(duì)虧損，強(qiáng)烈虧損Nb、Ta、Hf 等高場(chǎng)強(qiáng)元素和相對(duì)富集Ba、Rb、Sr、K 等大離子親石元素，可能來(lái)自受板片流體交代的尖晶石二輝橄欖巖虧損地幔較低程度的部分熔融，并伴有少量地殼混染，與西北緣山前哈拉阿拉特山一帶哈拉阿拉特組火山巖具有相似的地球化學(xué)特征，總體顯示典型島弧構(gòu)造環(huán)境屬性。

（4）研究區(qū)C477 井—C498 井之南，C68 井之北石炭系與西北緣山前上石炭統(tǒng)哈拉阿拉特組具有較好的對(duì)比性，其中玄武巖厚度大且分布穩(wěn)定，為該區(qū)石炭系油氣勘探的有利區(qū)域。