为什么“石炭纪”时期又造成了 许多煤矿

石炭纪为何是重要的成煤期？这些煤矿都是怎么产生的？

煤炭是怎么形成的大家都可能一口同声的说，原始森林被地壳运动置入地下经过漫长的演化而来。这在教科书里都是有定论的，还用怀疑吗？传统理论认为：煤是远古时代的繁盛的植物及其堆积物在地壳变迁中被埋在地下，经过长期高温、高压的复杂碳化过程而形成的；石油和石油气是古代湖泊及海洋中的动物、微生物及其沉积物被地壳变迁埋于地下，经过长期的高温、高压地质作用而形成的。该理论的证据是：在煤炭中发现了植物的枝、杆、叶等碳化标本。

在煤田的煤层厚度最大可达百米以上，一个矿区煤储量达数百万亿立方米，储量之丰富令人叹为观止。那么，就有一个疑问，在历史上存在有如此丰富的原始森林吗？有如此大量的森林在某一时刻迅速沉入地下聚集吗？为什么在煤层中没有见到大量植物状态的煤炭，而是大量结晶块状的或粉状的煤呢？大家知道山西的煤质好，煤炭结晶发亮，非常光泽亮丽。

球体生命运动的核裂变反应系统的核裂变反应会生成各类生成物，其生成物中就有一种叫石油的生成物，该生成物在长期蜕化过程后就变成煤炭。石油成分就是碳氢化合烃物，石油蜕化就是烃类衍生物的离析挥发，天然气、煤层瓦斯就是石油中的烃类衍生物离析出来的，天然气和瓦斯也是这样形成的。最后残留下来的就是煤炭了。石油蜕化为煤炭的实验,实际我们已经作了，只是没有人去意会到它。石油蜕化为煤炭的实验就是石油的炼化过程，炼油厂就是实验室。石油炼化就是人工促使石油中的烃类衍生物离析和溢出，获得各类烃类衍生物产品（煤油、汽油、柴油、润滑油），残留下来的就是沥青。这个沥青就是煤炭成形的初始态，只要沥青中烃类衍生物进一步离析和溢出就是我们所见到的煤炭了。

沥青演变为煤炭应该是很常见的事。比如：沥青的老化过程，沥青老化可以由结晶的块状转变为粉末松散状碳质物。还有沥青可以炼焦，在建筑工地利用沥青进行防水处理时，要熬制沥青，一旦火候（即温度）没有控制好时沥青就变成了轻质的焦炭了。

地球的地壳内，电磁场量级高，并含有丰富的碳、氢、（氧）元素及其同位素。在一些电场增能的等离子活动层次中，丰富的碳、氢离子在高温、高压的条件下频繁进行着电化反应，不断生成气体烃（石油气），大量的石油气的堆积就形成油气藏。在以后的电磁场变换中，因为电场减能，磁场增能，温度下降，石油气被冷却、压缩，失氢，逐渐向液态烃转化；经过漫长的失去氢气和液化过程，逐渐演变成黏稠的原油。黏稠的原油在漫长的地质作用中进一步降温和失氢，逐渐转化成固态的煤炭。在石油气、原油的生成过程中，少量的氮、氧、硫参杂反应中，使石油气、石油、煤炭中含有少量的氮、氧、硫等元素。

地球早期的电磁场量级较高，地壳内的碳、氢元素及其同位素特别丰富，在电场增能的等离子活动中，化合生成石油气的条件好、机会多，地球上的多数煤田，都是那时候的油气田转化来的；较晚时期形成的油气藏都转化成了原油藏，年代越久，失氢越多，原油越黏稠。

在石油气、石油、煤炭的形成过程中，经历了不止一次的地壳变迁过程（如地震及火山爆发），如果动、植物被埋在油气层、原油层及煤层中，便产生碳化现象，这便是煤层中存在动、植物标本的原因。有的油气层、油层、煤层在地壳变迁中被分割、移位、严重变形。

该理论的证据有三：其一，宏观电场效应，电场增能的等离子活动层次在地面促发草原和森林天然大火，印度洋水面大火燃烧。其二，在几十年前钻探无结果的地方，近几年却探出了丰富的石油气，说明石油气是近几十年内生成的。其三，普通汽油加氢，可使气油优化；煤粉在高温高压的特殊条件下加氢，可以产生类似原油的油状物及石油气，从而提炼汽油。

认识到石油气、石油、煤炭的形成过程，使人们对能源危机的时间估计有了一定的乐观感。但，也不能太乐观了。油气藏的形成过程不过几年，几十年，几百年，所以新生油气藏将成为重要能源。海城大地震及唐山大地震的孕育阶段，渤海湾地区地壳内的电场活动是形成该地区油气藏的重要时期。

原油藏的形成需要一个较长的过程（几千年，几万年以上），因为人类对石油的用量和开采逐日增多，所以，石油危机将在今后五十~六十年内发生。煤的形成需要更长的时间过程（百万年以上），大量的煤田已被人们开采枯竭，所以煤炭危机将发生最早。油、气、煤一般是联系在一起的，油田区一定有天然气，油田的边缘一般有富有煤田。煤中有油的痕迹也是屡见不鲜，例如：焦油煤、煤焦油、瓦斯等等。这都是一个不争的事实。而且，有沙漠的地方一定有富集石油，沙漠的边缘地带一定有富集的煤田。大家可以去查一查全球的沙漠区吧。

煤，石油，天然气，是地球内部高温高压环境下发生核反应后的产物，然后因地球的板块运动聚集在一起，由地壳薄弱的地方输送到了地表层，感觉煤炭等就是地球内部将太阳能转换为其他能源而已，毕竟地球接受的太阳辐射不可能被地表耗尽，能量是守恒的，那多余的能量去哪了，不排除有一部分辐射回宇宙，但个人觉得辐射出去的占比极少，地表消耗后剩余的太阳能就被吸收到了地球内部，日积月累就造就了活跃的地核，才有地球内部的各种运动和反应，才有核反应的环境和条件，既然核反应造煤和石油等，所以地球内部的物质都是成煤和石油等的原料，因此就可以解释为什么地球的煤和石油总是用不尽了，简而言之地表时刻被太阳辐射，地核时刻发生核反应。

石炭纪（Carboniferous period）是古生代的第5个纪，始于距今约3.55亿年至2.95亿年，延续了6000万年。石炭纪时陆地面积不断增加，陆生生物空前发展。当时气候温暖、湿润，沼泽遍布，大陆上出现了大规模的森林，给煤的形成创造了有利条件。由于这一时期形成的地层中含有丰富的煤炭，储量约占全世界总储量的50%以上，因而得名“石炭纪”。石炭纪又是地壳运动非常活跃的时期，因而古地理的面貌有着极大的变化。这个时期气候分异现象十分明显，北方古大陆为温暖潮湿的聚煤区，冈瓦纳大陆却为寒冷的大陆冰川沉积环境。气候分带导致了动、植物地理分区的形成。石炭纪陆生生物飞跃发展，海生无脊椎动物也有所更新。与泥盆纪相比，类是石炭纪海生无脊椎动物中新兴的最重要的类群，而腕足动物、珊瑚依旧占相当重要地位，头足类则以菊石迅速发展为主。在石炭纪晚期，脊椎动物演化史出现一次飞跃，两栖动物、爬行动物的发展表明脊椎动物从此摆脱了对水的依赖，以适应更加广阔的生态领域。生活在陆上的昆虫，如蟑螂类和蜻蜓类，是石炭纪突然崛起的一类陆生动物。石炭纪是植物世界大繁盛的代表时期。早石炭世的植物面貌与晚泥盆世相似，古蕨类植物延续生长，但只能适应于滨海低地的环境；晚石炭世植物进一步发展，除了节蕨类和石松类外，真蕨类和种子蕨类也开始迅速发展。

石炭纪地层是新疆古生界出露最为广泛的沉积单元，对新疆地质的研究意义最为重大。这一时期早期，整个新疆以海洋环境为主，北疆地区火山活动仍非常强烈，局部时期个别地方为陆相沉积。晚期，新疆北部陆地面积迅速增大。晚石炭早期，海水退出阿尔泰山地区，石炭纪末期整个准噶尔和天山绝大部分地区隆起为陆地，南天山和塔里木、昆仑为海洋环境。

1.乌鲁木齐祁家沟的晚石炭纪动物群

石炭纪中期，博格达山包括乌鲁木齐南部山地为一巨大的海洋。在乌鲁木齐东南的祁家沟一带石灰岩中保存有大量多门类海相无脊椎古生物化石。主要有腕足类、双壳、腹足类、菊石、海百合茎、珊瑚等。此外还有类、苔藓虫、喙壳类、有孔虫等微体或不甚重要的化石。这些化石经过近30余年的收集研究，大部分经新疆地矿局第一区调大队古生物科研人员整理研究，于1981年发表于《西部地区古生物图册新疆维吾尔自治区分册》一书中，部分成果也由相关科研人员包括中国地质科学院、南京地质古生物研究所科研人员以论文的形式发表于古生物学报等专业杂志中，建立和命名了大批新属种，因此祁家沟作为海相古生物化石产地，与准噶尔盆地石钱滩等处在国内地质古生物界具有一定知名度。

祁家沟一带最为常见的数量最多的化石为腕足类，其常成层富集保存，种类多，数量大。除石燕类外，最为常见的有长身贝类。主要属种有分喙石燕、新石燕、网格长身贝、线纹长身贝、戟贝、围脊贝、舒克贝、纹窗贝、轮刺贝、波斯通贝、扇房贝、拟穆武得贝等。祁家沟所产双壳类为海洋类型，其多生活在滨浅海地带，主要属种有威氏蛤、血石蛤、美铰蛤、裂齿蛤、卵石蛤等。祁家沟腹足类化石也较多，主要有全脐螺、圆脐螺、似玉螺、神螺、丰硕螺等，大多形态优美，但个体较小。菊石化石相对较少，祁家沟历年来仅发现十余枚，成果已由中国地质科学院发表，属种为新诺利菊石、索莫霍菊石、始亚洲菊石等几个属种。

此外，祁家沟所发现的单体四射珊瑚有提曼珊瑚、杯珊瑚、顶柱珊瑚等，床板珊瑚主要有笛管珊瑚、多壁管珊瑚等，呈复体礁状。

祁家沟地区石炭纪与二叠纪地层为连续沉积且石炭纪化石丰富，对研究新疆石炭系和二叠系的年代界线及天山地质演化史具有一定意义。因为新疆北部地区这种连续沉积剖面较为少见，因此常有国内地质专家、学者来此考察。祁家沟剖面具备地层露头好、化石丰富、沉积连续、交通方便等特点和优势。事实上，在地质业内，这一点早已得到肯定。从1977年在新疆召开的北方槽区会议开始的多次重要地质会议，祁家沟剖面一直作为一条参观剖面。国内也有多位地质学院士和大批地层古生物专家在此进行工作和考查。新疆地矿系统及大专院校地学部也将本区作为剖面教学、野外业务培训及比武的基地。

从地质科研、地质教学方面讲，祁家沟剖面及古生物化石应该说具有较重要价值，虽然基础科研采集和研究已在20世纪80年代间基本完成，但还需给予适当保护以备后人进一步研究之需。

2.奇台石钱滩的晚石炭世动物群

石钱滩位于奇台县北将军戈壁双井子东南一带低山区，是3亿年前晚石炭世一处具有重要地质意义的史前海相古生物化石保存地。最早研究该地化石的是著名地质学家袁复礼教授，他将保存这些化石的地层命名为“石钱滩建造”和“双井子建造”。这里保存的化石有棘皮动物海百合和珊瑚、腕足类、腹足类、头足类、双壳类、苔藓虫类等多门类海相化石，且大多比较完整，其中相当一部分经研究为《新疆古生物图册》中的经典分子和新属种。石钱滩目前也成为奇台县的旅游景点之一。

所谓“石钱”，是棘皮动物海百合茎体化石风化破碎的产物，其呈圆的石片状外轮，中间有个圆孔、五角形孔，外形像古钱币而得名。海百合茎化石在古生代演化不明显，在地层古生物研究中，并不是主要化石门类，鉴定地层时代的意义不大。但茎、碗、冠保存完整的海百合化石形如树状植物，具有一定观赏性而受到人们喜爱。

石钱滩最有地层研究意义的化石是腕足、珊瑚、头足类（鹦鹉螺和菊石）、双壳类，其属北方型动物区系，冷温水交界地带的产物，生物区系独特。腕足化石以分喙石燕、扇房贝、直形贝为主，属种丰富；鹦鹉螺以卷曲状鹦鹉螺为主，菊石为缝合线精美的腹菊石类；双壳类以海扇、蛤类为代表。这些介壳和海百合化石经漫长的风化，自然剥离而出，保存极为完好，易于鉴定和研究，加之生物类型独特，因而受到古生物界的关注。对该动物群的研究工作迄今仍在进行之中。

3.乌什燕子山

乌什是阿克苏西部一座偏远的小城，燕子山又叫乌赤山，位于县城西，是一座200多米高的小山。山体为石炭纪灰岩，因产石燕类腕足化石，故有燕子山之称。目前地方政府已在附近修建燕泉公园，燕子山也成为阿克苏地区的旅游景点之一。燕子山产腕足等多门类化石，其中以石燕类的分喙石燕、新石燕为多。石燕化石前面我们已经提到，这里再作一些介绍。

作为中药用的化石中，除龙骨（脊椎动物化石）外，石燕恐怕也是最常见的了。据李时珍《本草纲目》记载，石燕有清凉解毒、镇静安宁的作用。但从其化学成分来说，基本上是碳酸钙，与一般的石灰岩并无差别。只是埋藏在地层内的时间很久，一般都有几亿年的历史，与普通碳酸钙有所不同是碳酸盐交代化石体形成的，是否就因为这一原因才能作医药之用？目前科学上还无法解释。

古生物学的研究早已证实石燕是一种古代海洋中营固着生活的腕足动物的化石，而不是燕类或蝙蝠化石。那为什么会把它当作飞燕的化石呢？说来话长，早在晋代时，著名画家顾恺之（约公元345～406年）在其所著《启记》中曾提到：“零陵郡有石燕，得风雨则飞如真燕。”可算是有关石燕化石的最早记录。但从此以后，就认为石燕是飞燕的化石，遇风雨，还能“起死回生，”鼓翅飞翔呢！这位大画家的一句话，竟谬种流传，贻误非浅。

此后，北魏时代的著名地理学家、文学家郦道元（公元466～527年）在其名著《水经注》中就有类似的沿用记述：“石燕山（在今湖南祁阳）有石绀而状燕，其石或大或小，若母子焉。及雷雨相薄，则石燕群飞，颉颃如真燕矣！”这段文字，颇有绘声绘色之妙。说的是祁阳石燕山，出产变成石头的蚶子，形态像燕，有大有小，若母子之分。每当雷雨之际，石燕会像燕子似的飞翔起来。据目前掌握的地质资料核查，祁阳广布晚泥盆世的海相地层，特别在石灰质岩层内，盛产石燕化石，由于《水经注》是一部地理学的古典名著，石燕会飞的论述令人相信，以致广为流传了。

到了唐代，开始注意到石燕有治病的功能，于是入药。同时，也对传说中的石燕是否会飞的问题给予明确的回答。如李（公元584～669年）主持编纂的《新修本草》中提到“永州祁阳西北一十里，有土冈上，掘深丈余取之，形如蚶而小，坚如重石也。俗云，因雷雨则自石穴中出，随雨飞坠者，妄也。”这段见解独到的文字，指出石燕的形态与蚶子相似，又坚如石，沉重。但不会飞，将其视作飞燕，是风马牛不相关的。

新疆泥盆纪－石炭纪石燕化石相当丰富，燕子山仅因距县城较近的优势成为一处此类化石产地的代表，塔里木西南缘、南天山尚有许多保存完整尚未开发的石燕化石产地。石燕类是腕足化石中最为重要的一个大类群，其从志留纪到二叠纪地层均有产出，由于形状多样，纹饰发育，是腕足类中划分地层最为重要的化石，二叠纪末期，全部灭绝。

4.管孔石燕、大长身贝和细线贝

新疆早石炭世早期的代表腕足化石为管孔石燕，这类腕足仅见于北天山和其以北的准噶尔地区，为北型生物区系的腕足化石，国内见于内蒙古、黑龙江等地。

早石炭世晚期为世界性的大海侵时期，整个天山和塔里木地区皆为海洋环境，沿海岸浅水地带普遍生活有两种大型腕足类——大长身贝和细线贝，这两种腕足类为中国南方早石炭世的典型化石，在大海侵时期分布跨越天山，但未出现于准噶尔地区。北天山是早石炭世两大腕足类群的分界线，但在有限的区域内两大腕足类群叠覆共存。今天，这两种化石是早石炭世的标准化石，由于其易于发现和鉴定，对新疆石炭纪地层研究很有意义。在伊犁等地的该期地层中，这种化石常呈介壳层产出，为昔日海滩的最好见证。1957年，北京地质学院杨式缚曾对博罗科努山北坡共存的两种腕足动物化石群进行过系统采集研究，于1964年出版了相关专著。

5.新疆的蜓与菊石

除腕足、珊瑚等化石外，新疆石炭纪蜓和菊石化石也非常丰富，并对石炭纪地层的划分具有重要的价值。蜓是全球石炭纪灰岩中多见的一种特殊的有孔虫化石，大米粒般大小，原名纺锤虫，著名地质学家李四光早年在中国首次研究这种化石将其译为蝌化石，目前简称为。从早石炭世晚期出现，二叠纪末灭绝，因演化迅速，为石炭纪—二叠纪的标准化石，对全球石炭纪－二叠纪的地层划分和对比相当重要。新疆石炭纪化石丰富，天山、昆仑山普遍可见。含密集的石灰岩经磨制抛光，可供观赏和作为高档建材。

菊石从泥盆纪开始出现，到石炭纪成为一种重要化石。菊石体内用于支撑壳体的隔壁因加固需要，从简单到复杂弯曲演化迅速。隔壁与外壳体衔接处形成的复杂线体叫缝合线，各时代各属种的菊石缝合线千姿百态，其如同一种古老文字，使菊石成为化石界最为理想的、可以准确确定地层时代的标准化石，同时也使菊石的美观度大大增加，菊石也因此而得名。新疆石炭纪菊石是我国保存最好、分布层位最多的地区，以准噶尔、天山和喀喇昆仑为主要产地。依据菊石属种建立的化石带相当于时间带，可以把石炭纪分的很详细。

新疆石炭纪的古植物化石也较为丰富和独特，从早石炭晚期起，新疆局部地区有陆地存在，大体以天山为界，北属安加拉植物群，南为华夏植物群，是研究石炭纪植物区系的理想之地，所产的准安加拉羊齿、脉羊齿化石是两大古植物区系的代表性属种。但总体而言，石炭纪的新疆陆地面积小，大型乔木类植物少，除昆仑山前局部地区外，没有形成可供开采的煤矿。新疆大量的煤均形成于侏罗纪。

(1)区域地质概况

准噶尔盆地是一个被古生代缝合线包围的从石炭纪到第四纪发展起来的大陆板内盆地(陈哲夫等，1985)，盆地具有双重结构基底：前寒武结晶基底和古生代浅变质基底。

长期以来，认为石炭系是准噶尔盆地的“基底”之一。虽也在石炭系发现了30余个油气藏(例如准噶尔盆地西北缘石炭系油藏)，并且火山岩油气藏成为准噶尔盆地重要的油藏类型，但都认为是“新生古储”的“潜山油气藏”(何登发，2010)。

自从2008年在石炭系发现克拉美丽大型气田，肯定了石炭系是由火山岩与含煤岩系组成的地层，明确了石炭系不是盆地的“基底”，石炭纪含煤岩系是克拉美丽大型气田的主要气源岩，极大地开拓了准噶尔盆地天然气前景，也改变了对准噶尔盆地发展演化历史的认识。

(2)形成克拉美丽气田的地质基础

1)克拉美丽气田位于准噶尔盆地北部滴南凸起上(图13-20)，北侧为滴水泉凹陷，南侧为东道海子凹陷及五彩湾凹陷，西邻陆梁隆起，东邻克拉美丽山。在滴南凸起上有一条大型逆断裂——滴水泉西断裂，断至石炭系，气田主要位于该断裂北部(图13-21)。

2)据气田天然气碳同位素资料(表13-4)：δ13C1(甲烷碳同位素)值为-29.37‰～-30.68‰，平均值为-29.87‰；δ13C2(乙烷碳同位素)值为-23.72‰～-27.73‰，均值为-26.40‰，属典型煤成气，并具有较高的成熟度。

图13-20 克拉美丽气田及相邻构造单元图

(据达江等，2011)

图13-21 克拉美丽气田石炭系气藏分布图

(据匡立春等，2010)

表13-4 克拉美丽气田天然气特征及碳同位素统计表

(据陆林超等，2011资料简化)

3)克拉美丽地区从下石炭统至侏罗系发育有多套烃源岩，因为气田产自上石炭统，只能认为上石炭统巴塔玛依内山组(C2b)及下石炭统滴水泉组(C1d)是克拉美丽气田最主要的烃源岩(表13-5)，上石炭统是克拉美丽气田重要的生储层系。

表13-5 克拉美丽气田及其周缘地区5套烃源岩有机质丰度指标

(据陆林超等，2011)

4)上石炭统(图13-22)由下至上为巴塔玛依内山组(C2b)、石钱滩组(C2sh)、六棵树组(C2l)。巴塔玛依内山组(简称巴山组)(C2b)，上、下为火山岩，中部为一套含煤岩系，其中的暗色泥质岩、煤层及沉凝灰岩为较好的烃源岩，火山岩则是较好的储集体；石钱滩组为稳定的碎屑岩、局部台地相灰岩，构成良好的生油层和盖层；六棵树组主要为一套粗碎屑岩。

图13-22 准噶尔盆地石炭系成藏组合划分图

(据何登发等，2010)

(3)克拉美丽气田成藏条件分析

1)克拉美丽气田位于的滴南凸起是一个长期发育的古隆起，由于在滴南凸起南侧的滴水泉西断裂的控制作用，气田的天然气主要来自北侧的滴水泉凹陷，滴水泉凹陷缺失二叠系，主要发育已进入成熟阶段石炭系烃源岩，气源主要为上石炭统巴山组含煤岩系，混有少量来自下石炭统滴水泉组Ⅱ型烃源岩的油气。

2)石炭纪含煤岩系有机质热成熟时期总体偏晚，早白垩世为主要生烃、成藏阶段，并具多期成藏特点。

区内石炭系烃源岩具有3个生烃高峰期和3次成藏过程(宋岩等、2000)：二叠纪、中侏罗世末、早白垩世末。不同构造单元因演化历史不同而有差异，但以早白垩世末为主。在滴南凸起西段，石炭系烃源岩，在印支晚期进入成熟阶段；滴南凸起东段，石炭系烃源岩在燕山中期进入成熟阶段；滴北地区，石炭系烃源岩在燕山中期进入低成熟—成熟阶段(达江等，2010)(表13-6)。

表13-6 陆东-五彩湾地区石炭系源岩演化、成藏时序表

据滴西17、滴西18气藏的成藏史研究(图13-23)，由于多期抬升作用的影响及抬升强度不均衡，以第三期(早白垩世末期)为主要成藏期，因此，燕山期中、晚期是决定石炭纪烃源岩最终成熟程度的关键时期。

图13-23 滴西17井区埋藏史及古地温史

(据达江，2010)

3)石炭系火山岩储层中发现的两期烃类包裹体辅助说明了多期成藏特征：早期包裹体均一温度主要分布在100℃左右，反映了印支期源自石炭系油气充注；晚期烃类包裹体以气态烃类包裹体为主，均一温度主要分布在140～150℃之间，代表了燕山期中、晚期天然气为主的烃类充注。

4)克拉美丽气田具有源控特征。烃源岩发育中心控制了现今气田及相邻地区(陆东-五彩湾地区)的油气分布。石炭系火山岩体展布控制了储层特征。储层岩性有玄武岩、安山岩和流纹岩(包括角砾岩)，气层的非均质性主要受火山岩岩性控制。

5)二叠系乌尔禾组区域盖层对油气的分布也有明显的控制作用，纵向上存在两大成藏体系(达江等、2010)。乌尔禾组泥岩下部为异常高压原生成藏体系，地层压力系数为1.15～1.50，主要是石炭系烃源岩生成的煤成气(油)在石炭系火山岩储层中的聚集；上部为常压次生成藏体系，主要发育在缺失二叠系乌尔禾组区域性泥岩盖层，并且发育有沟通深部断裂的地区，石炭系煤成气(油)沿断裂向上发生调整和扩散后，运移至侏罗系和白垩系储层中聚集。

(4)克拉美丽气田成藏主控因素总结

①气田位于长期发育的滴南凸起，邻近主力气源岩-石炭系含煤岩系，为形成近源油气成藏提供了有利的物质基础；②烃源岩、火山岩体展布和二叠系乌尔禾组区域盖层的有机配置，是克拉美丽大气田成藏三个重要因素；③由于油气成藏经历了海西晚期、印支晚期和燕山中晚期的多期油气充注，以及喜马拉雅期的改造作用，克拉美丽特大型气田具有“早期聚集、晚期保存、改造、定型”的成藏特点。

(5)准噶尔盆地石炭系煤成气勘探前景

1)准噶尔盆地石炭系地质特征

A.石炭纪是准噶尔盆地地质发展历史中的一个重要地质时期，是准噶尔盆地从活动的盆-山体系向较稳定的盆地体系发展过渡的关键时期，逐步结束海相沉积，转入陆内坳陷型盆地的发展演化历程。

B.区内石炭纪地层分布远超出现今盆地范围，在准噶尔盆地，石炭系主要是一套海陆过渡相含煤岩系与火山岩间互，以东部克拉美丽山区发育最齐全，自下而上划分为5 组：塔木岗组、滴水泉组、巴塔玛依内山组、石钱滩组和六棵树组(图13-22)。

C.据油气资源战略研究中心邱海峻、中国地质大学何登发等(2009)的研究，石炭纪是构造活动剧烈时期，火山活动频繁，岩性、岩相变化很大(图13-24，图13-25)。

2)石炭系煤成气源概述

A.石炭纪发育有多个沉积中心，厚度最大达5000m。在陆东-五彩湾地区就有滴水泉、东道海子、五彩湾、索索泉4个凹陷，以滴水泉凹陷沉积厚度最大、面积也最大(表13-7)，厚度大于3000m的面积达3500km2，烃源岩主要围绕陆东-五彩湾地区开展。

B.区内石炭系以滴水泉组、巴塔玛依内山组、石钱滩组三套煤系源岩为主，由海相沉积及海陆交互相含煤岩系沉积与多期火山岩间互构成多个生储组合。

下石炭统滴水泉组为海陆过渡相含煤岩系沉积，主体厚度为100～400m，主要岩性为灰、深灰色泥岩、凝灰质泥岩，夹凝灰岩及薄层煤。烃源岩主要为泥岩和凝灰岩，夹少量煤层，主要发育在准噶尔盆地南、北被动大陆边缘及滴水泉、东道海子-五彩湾等断陷，干酪根碳同位素值为-21.98‰～27.21‰，表现出Ⅱ型腐泥型和Ⅲ型腐殖型有机质混源特征。

上石炭统巴塔玛依内山组为陆相含煤岩系，在盆内发育较广，主要为一套火山碎屑岩、火山熔岩和沉凝灰岩，夹煤层及煤线。烃源岩主体厚度50～200m，有机质丰度高，平均有机碳2.74%，氯仿沥青“A”0.2177%，S1+S25.54mg/g，Ro1.13%，以弱氧化-弱还原环境主，局部地区或层段也发育还原环境的泥质岩；干酪根碳同位素值为-21.00‰～-25.96‰，有机质类型以Ⅲ型腐殖型为主，比滴水泉组烃源岩更加偏向于Ⅲ型腐殖型。

石钱滩组主要为海相地层，下部以砾岩为主，夹砂泥岩和煤线，上部为砂泥岩、灰岩、生物碎屑灰岩，主要发育在准东大井坳陷，生烃潜力较小。

图13-24 北疆地区早石炭世沉积相略图

(据油气资源战略研究中心，2009)

图13-25 北疆地区晚石炭世沉积相略图

(据油气资源战略研究中心，2009)

表13-7 陆东-五彩湾地区石炭系残余厚度及分布面积

(油气资源战略研究中心，2009)

三套含煤岩系烃源岩成熟度Ro值为0.66～1.80，属于成熟—高成熟阶段(陆超林等，2011)，可以为石炭系的火山岩、碎屑岩储层提供油气源。

C.上石炭统巴塔玛依内山组的各项指标都达到优质煤成烃源岩，是最好的烃源岩，其次为下石炭统滴水泉组。

据油气资源战略研究中心邱海峻、乔德武等负责组织实施的“新疆北部地区上古生界油气资源战略调查与选区”项目(2009)研究，盆地内滴水泉组钻厚49～221m，烃源岩厚49～189m，占钻厚的85.5%～100%，主要为暗色泥岩，也有少量的炭质泥岩和煤，如彩参1井和滴西2井。但彩26井主要为暗色沉凝灰岩，该井烃源岩有68m，却有50m的沉凝灰岩。

滴水泉组(C1d)有机碳含量(平均值)：炭质泥岩为19.65%～11.51%，暗色泥岩1.24%～0.53%，沉凝灰岩0.65%；氯仿沥青含量：炭质泥岩0.5209%～0.2201%，暗色泥岩0.0492%～0.0100%，沉凝灰岩较低，为0.0090%；生烃潜力S1+S2分别为21.41mg/g～5.21mg/g、084mg/g～0.22mg/g和0.66mg/g(表13-8)。北疆下石炭统干酪根类型统计直方图(图13-26)表明，由于下石炭统沉积环境复杂多变，下石炭统烃源类型比较复杂，在五彩湾地区以Ⅲ型干酪根为主，陆梁-滴水泉以Ⅱ型为主，准西北为Ⅰ型与Ⅱ1型为主。

表13-8 准噶尔盆地下石炭统滴水泉组含煤岩系有机质丰度

巴塔玛依内山组(C2b)烃源岩钻厚2～191.5m，占钻厚的0.5%～66.3%；烃源岩以暗色泥岩为主，其次为炭质泥岩和煤层，在盆地东部发育较广，地层厚度大，但火山活动强烈，为一套火山碎屑岩、火山熔岩、沉凝灰岩和少量沉积岩夹煤层。本区有3种不同类型的烃源岩：煤层和炭质泥岩、泥岩和沉凝灰岩。据三类烃源岩的分析资料，属好烃源岩的样品有80个，占样品总数的79.21%；有机碳平均含量为7.67%(101个样品统计)，

图13-26 北疆下石炭统干酪根类型统计图

(据油气资源战略研究中心，2009)

其中，煤和炭质泥岩有机碳平均值为21.42%(30个样品)，具有很大的生烃潜力；其余样品平均为1.86%(71个样品)，属好的烃源岩的丰度值(表13-9)，该套烃源岩的有机质丰度总体上较高，但分布并不均一，以五彩湾凹陷最好，其他地区则稍差。图13-27显示有机质类型以腐殖型为主，在准东-三台地区以Ⅲ型为主，部分为Ⅱ2型，只在西北缘为Ⅰ型和Ⅱ1型，所占的比例也很小。

表13-9 准噶尔盆地上石炭统巴塔玛依内山组含煤岩系有机质丰度

图13-27 北疆晚石炭世干酪根类型统计

(据油气资源战略研究中心，2009)

3)石炭系储层特征

A.目前发现的石炭系油气田主要以巴塔玛依内山组火山岩为储集岩。研究表明，沿断裂的多次喷发，形成多期次火山岩序列。有利储层几乎全部位于近火山口相。有效储集空间为原生孔隙型、次生溶蚀孔隙(洞)型和孔隙-裂缝复合型。火山岩储集性能受岩相、岩性及成岩后期改造作用影响明显：中酸性火山岩原生孔隙易于保存，后期易于产生裂缝；中基性火山岩原生孔隙易于被充填，后期易于发生次生变化及溶蚀作用；风化壳附近的块状熔岩及火山碎屑岩，经风化淋滤作用，易形成较好的储集体。

统计数据表明，上石炭统火山岩储层非均质性强，孔隙度与渗透率相关性差。在滴南凸起，石炭系孔隙度为0.1%～27.9%，平均值为9.60%；渗透率为＜0.01～844.00×10-3μm2，平均值为0.161×10-3μm2，中值渗透率为0.044×10-3μm2，为中孔特低渗储层(何登发等、2010)。

B.虽然目前发现的石炭系油气田主要以巴塔玛依内山组火山岩为最主要的储集岩，但不可忽视石炭系含煤岩系中普遍夹有各类砂砾岩层段也可以成为储层，可以形成多种类型的储盖组合，可形成多种类型的油气藏。

4)以石炭系为气源的含煤成气系统前景较广

A.位于滴水泉凹陷西侧的石东凸起上石东地区的油气也显示为煤成气，与克拉美丽气田极为相似；天然气组分干燥系数较高(0.91)，天然气乙烷碳同位素δ13C2值为-26.32‰～-26.6‰，甲烷碳同位素δ13C1值为-31.98‰～-35.71‰，属于典型的腐殖型有机质来源产物(李林等，2011)，表明石炭系煤成气勘探前景不仅限于滴南凸起区。

B.最近在克拉美丽气田下部发现新的含气成藏组合。滴西33井、滴西176井在石炭系沉积层之下的火山岩中试获工业气流，是由石炭系沉积层为源岩和盖层，下部火山岩(角砾凝灰岩)为储层，上生下储式的煤成气藏。据地震资料，在克拉美丽地区，石炭系沉积岩之下类似的火山岩目标众多(图13-28)，具有广阔的勘探前景，有可能发现新的煤成气田。

图13-28 克拉美丽气田上覆封盖和内部封盖两种成藏模式示意图

(据新疆油田分公司，2011)

C.下二叠统佳木河组部分是含煤岩系，是值得重视的煤成气源岩

据况军(1999)统计的天然气碳同位素资料资料，西北缘的气层气、气顶气都为高成熟腐殖型气，来自下二叠统佳木河组(表13-10)。环盆1井西凹陷各个凸起带的非溶解气也都为高成熟腐殖型气。

表13-10 准噶尔盆地天然气组分及碳同位素、成因类型统计表

(据况军等，1999)

潘建国等(2007)、陈磊等(2007)报道的天然气碳同位素资料，准噶尔盆地西北缘天然气的成因类型可分成3类：油型气、煤型气和混合气。煤型气主要分布于五区南克75井区上、下二叠统，特征为富集重碳同位素，δ13C1值＞-34‰，δ13C2值＞-27‰，天然气源自下二叠统佳木河组含煤岩系。二叠系佳木河组在全区分布较广，佳木河组上、中亚组基本不具生气条件，烃源岩主要分布在下亚组，其厚度向盆地边缘方向加厚，最大厚度可达250m以上。有机质类型以Ⅲ型为主，个别为Ⅱ2型和Ⅱ1型，实测Ro值在1.38%～1.9%之间，具有煤成气与油型气共源形成大气田的地质条件。

5)石炭系、二叠系煤成气可能的成藏模式

准噶尔盆地由侏罗纪含煤岩系、石炭纪-早二叠世含煤岩系为气源形成的两套含煤成气系统，分布在不同构造单元，前者主要分布在盆地中部、南部，后者主要分布在盆地北部、西北部及东北部。经过多年勘探，以侏罗纪含煤岩系为主要气源的含气系统虽在盆地中部和南部发现了一批煤成气田，但以中小型为主，没有发现大型煤成气田。以石炭纪-早二叠世含煤岩系为主要气源的含气系统虽勘探时间不长，但已发现大型煤成气田。因此，石炭纪-早二叠世含煤岩系为主要气源的含气系统在准噶尔盆地勘探前景不可忽视。

何登发等(2010)总结了区内以石炭纪含煤岩系为主力气源岩、上石炭统巴山组火山岩为主要储层的三种成藏模式：下石炭统滴水岩组生-上石炭统巴山组储的垂向运聚模式；上石炭统生-上石炭统巴山组储的短距离垂向运聚模式；石炭系、下二叠统生-上石炭统巴山组储的源边侧向运聚模式。克拉美丽气田属于第二种成藏模式，即上石炭统生-上石炭统巴山组储的天然气短距离垂向运聚模式(图13-29)。

图13-29 上石炭统巴山组储的天然气短距离垂向运聚模式图

(据何登发等，2010)

图13-30 克拉美丽气田滴五区气藏剖面示意图

(据匡立春等，2010)

这些成藏模式对于区内二叠系佳木河组煤成气的评价也同样实用，因为佳木河组也部分是含煤岩系与火山岩层间互，在中拐地区所发现的佳木河组煤成气也是以火山岩为主要储层。但是，在石炭系及下二叠统含煤岩系中还夹有多层砂质岩，可以成为有效的储层，因此，可能还会有更多类型的成藏模式。

6)值得重视的勘探地区

克拉美丽大型气田形成条件及主控因素研究表明，对准噶尔盆地石炭系油气前景评价主要以有效烃源岩分布、有效储盖组合、断裂及横向输导体系、有效保存条件等因素为主。因此，紧邻石炭纪含煤岩系的主要发育区——富煤成气凹陷周缘的适时继承性发展的古隆起及古斜坡区应是首选目标(图13-30)。

因为适时继承性的古隆起不仅是煤成气的主要运移指向，也有利于火山岩的风化淋滤、溶蚀，裂缝也比较发育，有利于煤成气的输导。在石炭系内部与上覆地层中，由火山岩及碎屑岩储层组成的岩性与断裂封堵等多种圈闭类型，都有可能成为石炭系煤成气藏。因此，在准噶尔盆地北缘的冲断带、中拐凸起-莫索湾凸起-白家海凸起带、陆梁-克拉美丽山前坳陷带以及乌伦古坳陷、北三台凸起-木垒凹陷带等围绕石炭系和下二叠统富煤成气凹陷周缘的地区，都是找寻石炭系、下二叠统含煤岩系为主要气源的有利区带。

区内石炭纪—二叠纪含煤岩系沉积后的地史经历复杂，石炭纪—中三叠世时期以持续沉降为主，含煤岩系处于稳定沉降埋藏阶段，经历了第一次生烃过程；中三叠世印支构造运动以后，地质演化历史复杂多变，印支期—燕山期，因持续抬升与降温，生烃过程中断；至古近纪，区内进入新的裂陷期，整体沉降，含煤岩系再度深埋，进入二次生烃阶段(图5-6)。

图5-6 周口坳陷埋藏史图

(据何明喜等，2004)

由于印支期后复杂的地史经历，各凹陷初始成熟度和门限深度有较大差别(表5-2)，二次生烃综合状况不同(表5-3)。

表5-2 周口坳陷二次生烃初始成熟度及生烃门限深度简表

(据焦大庆等，2009)

表5-3 周口坳陷石炭系—二叠系烃源岩二次生烃综合评价简表

(据吴崇龙等引用河南油田资料修改，2002)

为此，焦大庆、张洪年、谢晓安、吴冲龙等(2009)在华北南部地区建立了“一次”与“二次”生烃模式，这些模式可归结为早期生烃型、多期生烃型、持续生烃型、晚期生烃为主型(图5-7)，显示了南华北地区复杂地质条件对区内石炭纪—二叠纪含煤岩系煤成气前景的影响十分深刻。

4种生烃类型中只有持续生烃型为“一次生烃”，其他3种类型都以“二次生烃”为主。其中，早期或多期生烃史类型主要发育期为中生代；持续生烃型在区内分布的范围很窄，只存在于济源凹陷及洛伊坳陷；晚期生烃为主型主要发育在C-P含煤岩系早—中期(中生代前)演化程度低(Ro＜0.8%～1.0%)、新生代沉积厚度＞4000m的地区。

4种类型生烃史，因为主生烃期不同，盆地(坳陷、凹陷)地质构造演化历史及各时期沉积构造层叠加特点的不同，存在3个成藏的关键时刻(印支期、燕山期、喜马拉雅期)(图5-8)，持续生烃型和早期生烃型主要关键时刻为印支期及燕山期，多期生烃型主要关键时刻为燕山期及喜马拉雅期，晚期生烃为主型主要关键时刻为喜马拉雅期。

勘探实践表明，在华北地区东部因多期次剧烈抬升，中生代以前生成的煤成烃都难以保存，只有以喜马拉雅期为“二次生烃”主要关键时刻的断陷才有找寻以C-P含煤岩系为源岩煤成气田的可能。

图5-7 华北东部、南部地区的4种生烃类型示意图

图5-8 华北东部、南部地区多期成藏的关键时刻示意图

在华北地区东部，据地化资料，东濮凹陷文23气藏、文古2气藏和白庙气藏，黄骅坳陷乌马营气藏，冀中坳陷苏桥气田，济阳坳陷孤北气田以及临清坳陷高古4井太原组的低产油气流等，都是以石炭纪—二叠纪含煤岩系“二次生烃”为主形成的油气藏。其中，文23气藏是“古生新储二次生烃”气藏；文古2气藏和白庙气藏是以二叠系石千峰组砂岩为储层的“上古生上古储二次生烃”气藏；苏桥气田、乌马营气藏是“上古生下古奥陶系储的二次生烃”气藏。

华北地区东部石炭纪—二叠纪含煤岩系“二次生烃”为主形成的油气藏虽分布较广，但最主要分布区是东濮凹陷，并且主要分布在东濮凹陷中央隆起带上及其两侧，与新生代油源共同构成了多种类型的油气田(藏)。

东濮凹陷中央隆起带上文留构造文23气藏、文古2井油气藏之所以形成工业性气田有多种优越地质条件，但其中最关键的因素是紧邻的“二次生烃”凹陷生烃潜力大，以及古近纪沙河街组三段巨厚的膏盐层构成的优质生储盖组合。

1)文23井区两侧的前犁园和柳屯洼陷内，石炭纪—二叠纪含煤岩系被深埋地腹，埋深超过5000～10000m。该区上古生界煤层厚13～25m，有机碳含量为50%～90%；暗色泥岩厚141～168m，有机碳含量平均为2.49%。对石炭纪—二叠纪含煤岩系生烃史(图5-9)的研究表明，新生代沉积前，石炭纪—二叠纪含煤岩系一次生烃量很低，喜马拉雅期的二次生烃是主要的生烃期。石炭纪—二叠纪含煤岩系现今尚处于大量生气阶段，其生气强度为(40～55.16)×108m3/km2，气藏位于总生气强度＞40×108m3/km2的区内，其中喜马拉雅期二次生气强度为(25～35)×108m3/km2，具有形成大中型气藏的气源条件。

2)构造位于东西两个生油洼陷的上倾部位，是油气运移的有利指向(图5-10)。

图5-9 前梨园洼陷古生界生烃史图

(据吴崇龙，2007)

图5-10 文留构造气藏剖面图

(据焦大庆等，2009)

3)具有优越的储盖组合及侧向封堵条件，以及构造形成于古近纪早期(E3s2亚段沉积期)、早于二次生气高峰期，有利于二次生烃形成的油气及时地运聚成藏。