北京大學地質毛翔
① 准噶爾盆地晚古生代火山機構分布及其發育環境研究
毛 翔 李江海 王 洛
（北京大學石油與天然氣研究中心，北京大學地球與空間科學學院，北京 100871）
作者簡介：毛翔，男，研究生，E-mail：maoxiang.pku＠163.com。
摘 要：本文收集了北疆地區已報道的136處晚古生代火山機構，其中准噶爾盆地周緣23處，主要集中 於博羅科努山、博格達山以及克拉美麗山，涵蓋破火山口、火山穹窿、層狀火山、錐狀火山等多種火山機構 類型；准噶爾盆地內共發現、識別出火山機構85處，主要分布在西北緣克百斷裂帶、三處凹陷（三南凹陷、 滴水泉凹陷和五彩灣凹陷）及六處凸起（夏鹽凸起、三個泉凸起、滴北凸起、滴南凸起、滴水泉凸起和北三 台凸起）。盆內火山機構分布主要受海西期斷裂系控制，大致沿著NE、NWW兩個方向的斷裂展布，並在斷 裂交匯部位最為發育。由於後期改造，晚古生代火山岩普遍遭受剝蝕，且發生強烈變形和風化剝蝕、淋濾改 造，在目前深層地震資料條件下，難以識別出完整的火山機構。不同區域的火山機構破壞、改造方式不同： 在車排字凸起玄武岩區、石西凸起安山岩區以構造破壞為主，在北三台凸起以風化剝蝕、淋濾為主（與其在 石炭紀長期處於陸上環境相關），在五彩灣以埋藏為主。准噶爾盆地晚古生代火山機構分布集中的位置在泥盆 紀—早石炭世以海相環境為主，而晚石炭世—二疊紀以陸相環境為主，盆地和周邊火山岩反映了自水下向水 上、陸緣向陸內轉換的噴發環境變化趨勢。
關鍵詞：准噶爾盆地；火山機構；沉積環境
Study on the Distribution and Developmental Environment of the Late Paleozoic Volcanoes in Junggar Basin
Mao Xiang，Li Jianghai，Wang Luo
（Institute of Oil and Gas，Peking University；School of Earth and Space Science，Peking University，Beijing 100871，China）
Abstract：This paper collects and analyses the 136 Paleozoic volcanoes in north Xinjiang，including 23 volcanoes on the edge of Junggar Basin，which are clustered mainly in Boluokenu Mountain，Bogeda Mountain and Kerameili Mountain.They can be divided into 4 classes，such as calderas，volcanic domes，layered volcanoes and volcanic cones.There are also 85 volcanoes in Junggar Basin，which are primarily in the Ke-Bai fractured zone of the northwestern margin of Junggar Basin，3 depressions（Sannan Depression，Dishuiquan Depression and Wucaiwan Depression）and 6 uplifts（Xiayan Uplift，Sangequan Uplift，Dibei Uplift，Dinan Uplift，Dishuiquan Uplift and Beisantai Uplift）.The volcanoes inside the basin are principally controlled by Hercynian Fault Systems，along NE and NWW trending faults and most developed in the interjunctions of the faults.The long modification by late-stage weathering and leaching made the volcanoes difficult to identify from the seismic data under current level.The regional diversity of the volcanoes' damage modes and alteration styles is rather large：in the basalt area of Chepaizi Uplift and the andesite area of Shixi Uplift，tectonic is the primary damage mode；in Beisantai Uplift，weathering and leaching are the main factors（this might be e to the fact that this area was in a continental environment for a long time in Carboniferous）；and in Wucaiwan Depression，Burial is the governing factor.Most of the areas where the Paleozoic volcanoes are mainly distributed belonged to marine environment from Devonian to early Carboniferous and continental environment from late Carboniferous to Permian.The volcanic rocks both on the edge and in Junggar Basin show a variation trend of the eruption environment from undersea to continental and from continental margin to intracontinental.
Key words：Junggar Basin；Volcanoes；Sedimentary Environment
引言
准噶爾盆地位於我國新疆境內，北以中蒙邊界的阿爾泰山為界，南到博格達山、依連哈比爾尕山一 線，盆地呈三角形，東西長1120km，南北最寬處約800km，面積380000km2，為中國第二大盆地。盆 地海拔介於500m至1000m，大致上呈東高西低。
准噶爾盆地所屬的古亞洲洋構造域在晚古生代處在古亞洲洋洋盆向北漂移，洋殼逐漸消減、陸殼尚 未完全形成的轉換時期，地殼活動性強、火山活動頻繁，火山岩地層的分布約占整個盆地面積的三分之 二。近年來，在准噶爾盆地西北緣斷裂帶、東准噶爾陸東—五彩灣克拉美麗等地區晚古生界火山岩地層 中的油氣勘探中取得的大量突破表明，石炭紀—二疊紀火山岩已成為准噶爾盆地油氣勘探的重要目標 層。火山機構是岩漿到達地表的通道，其規模、分布特徵對於研究火山岩和火山岩儲層具有重要的指導 作用：因此，釐清准噶爾盆地的火山機構分布及其發育環境具有十分重要的意義。
針對晚古生代火山活動時期准噶爾盆地的構造背景與沉積環境，前人已做了大量的研究，如：靳軍 等［1］、吳曉智等［2］對整個准噶爾盆地甚至整個北疆地區石炭系的沉積環境進行了分析，趙霞等［3］、吳 小奇等［4］、王方正等［5］從地球化學角度對准噶爾盆地的五彩灣、陸梁等地區的構造背景進行了研究等。但是，現有的針對火山機構分布的研究多局限於准格爾盆地內的局部區域（如，文獻 ［6～8］），全盆 范圍的研究則多針對於火山岩的分布［2，9］，尚沒有針對整個准噶爾盆地范圍內火山機構特徵、分布及 其發育環境的研究。本文從收集前人在准噶爾盆地范圍內報道的火山機構入手，系統地總結了全盆 范圍內火山機構的分布特徵，並結合前人相關火山活動期間的沉積環境研究，對火山爆發環境進行 了分析。
1 地質背景
准噶爾盆地屬哈薩克板塊及其邊緣活動帶東延部分，位於中亞構造域（古生代）與特提斯構 造域（中新生代）之間，是塔里木板塊、哈薩克板塊、蒙古板塊、阿爾泰造山帶的交匯部位。盆 地西北緣為中生代逆沖構造帶、南緣為新近紀逆沖構造帶，東北緣古生代造山帶是推斷盆地腹地構造單 元性質的重要線索和依據。
從大地構造上看，准噶爾盆地處於中亞晚古生代兩大巨型馬蹄形島弧火山岩帶之間的增生楔雜岩之 間，為洋盆最晚閉合部位，相對於增生楔沉積，島弧雜岩帶具有剛性特徵。准噶爾盆地是典型的疊合盆 地，主要經歷了古生代末期島弧增生、陸塊拼合、中生代初熱點型伸展，以及新生代南緣前陸盆地發育 三大構造演化階段。
2 准噶爾盆地及其鄰近地區火山機構分布
北疆地區共發現、識別出晚古生代火山機構136處，位於周緣23處，位於准噶爾及三塘湖盆內 113處（圖1）。
2.1 准噶爾盆地周緣火山機構分布及其特徵
在准噶爾盆地周緣共報道火山機構23處，主要集中於博羅科努山、博格達山以及克拉美麗山，此 外吐哈盆地南部還有一些火山機構呈Ⅴ形分布。准噶爾周緣發現的火山機構涵蓋破火山口、火山穹窿、 層狀火山、錐狀火山等多種（殘余）火山機構類型。
圖1 北疆火山、石炭系-下二疊統火山岩分布圖（火山岩分布據文獻［10］；火山分布據文獻［6～8，14～17］）
破火山口包括爆發破火山口和塌陷破火山口兩類，分布數量較多，常具有以下特徵：(1)破火山口 形態多為圓形或橢圓形中心下凹的盆地；(2)面積1 ～5km2；(3)破火山口內出露的火山岩及火山碎屑岩 呈環形分布；(4)內部岩層產狀平緩，並向中心傾斜，外圍產狀變陡；(5)常有1個或數個火山通道，但 多被充填，火山頸具有環帶狀構造；(6)破火山口在平面上呈圓形、橢圓形或環形磁異常；(7)破火山口 內的火山碎屑岩常發育強烈的圍岩蝕變，並且分帶；(8)塌陷破火山口內分布有塌陷角礫岩。
准噶爾周緣火山穹窿以黑尖山特徵最為突出：(1)岩層呈環狀分布，向外傾斜；(2)頂部傾角平緩，一般為10°～20°，向邊部逐漸變陡；(3)在穹窿頂部中央一般存在1個到幾個火山通道，但多被充填，通道直徑約1km；(4)在通道周圍存在斷續環狀分布的火山角礫岩。此外，阿奇山地區的紅山爆發岩鍾 也是一種火山穹窿構造。
准噶爾周緣古火山機構大多經歷嚴重的風化剝蝕，很多都只保留了火山通道與火山頸，因此火山通 道與火山頸是本區內最為常見的古火山機構，其特徵如下：(1)多位於破火山口中心或火山穹窿頂部； (2)形態上多為圓形、橢圓形或近圓形；(3)直徑一般200～500m，但直徑幾十米與近千米的也有發現； (4)通道周圍環形、放射狀裂隙分布；(5)通道四周常有蝕變帶；(6)岩體柱狀節理發育，某些可見斑狀構 造和流動構造；(7)岩體與圍岩接觸帶陡立。
2.2 准噶爾盆地內部火山機構分布及其特徵
通過野外調查、文獻調研和地震解譯，在准噶爾盆地盆內發現共識別出火山機構85處，主要分布 在西北緣克百斷裂帶、三處凹陷（三南凹陷、滴水泉凹陷和五彩灣凹陷）及六處凸起（夏鹽凸起、三 個泉凸起、滴北凸起、滴南凸起、滴水泉凸起和北三台凸起）。
由於後期改造，石炭系火山岩普遍遭受剝蝕，且發生強烈變形和剝蝕風化淋濾的改造，在目前深層 地震資料條件下，難以識別出完整的火山機構，不同火山機構之間明常有斷層發育。不同區域的火山機 構破壞、改造方式不同：在車排字凸起玄武岩區、石西凸起安山岩區以構造破壞為主，在北三台凸起以 風化剝蝕、淋濾為主（與其在石炭紀長期處於陸上環境相關），在五彩灣以埋藏為主。
(1)准西北緣爆發相、火山通道相主要分布在主斷裂一帶，大體反映了火山機構的位置，火山岩性 以安山岩-凝灰岩、玄武岩為主，亦沿主斷裂分布，遠離主斷裂方向火山岩逐漸被沉積岩代替［6］。(2)北三台凸起火山機構由地震相反映出的具有長期繼承活動特點的火山通道相所揭示，石炭系井下鑽 遇岩性主要為火山岩和碎屑岩，火山岩岩性主要為綠色安山岩、安山質火山角礫岩，灰色凝灰岩、沉凝 灰岩，蛋青色玄武岩、玄武質火山角礫岩，紫色英安岩，肉紅色流紋岩、流紋質火山角礫岩，碎屑岩主 要為黃色凝灰質砂礫岩、砂岩、粉砂岩、泥岩不等厚互層［7］。(3)陸西地區實測得到7處火山機構［8］，火山岩在石炭系-下二疊統大面積出現，整體上以鹼性岩為主，由西北部的基性逐漸向南東過渡為中酸 性，火山岩岩相呈北東—南西向的條帶狀分布，西北部以噴溢相的基性火山岩為主，向東南依次過渡為 爆發相火山岩、噴溢相中性火山岩，向北西方向再次出現了爆發相火山岩，該地區東南角是噴溢相的中 酸性火山岩［18］。(4)陸東—五彩灣地區由於後期改造，石炭系火山岩普遍遭受剝蝕，且發生強烈的變 形、變位，在目前深層地震資料條件下，難以識別出完整的火山機構，石炭系被沉積碎屑岩分隔為劃 上、下2套火山岩層序，上部火山岩層序自下而上發育基性、中性和酸性火山岩，下部火山岩層序目前 還缺乏研究；其中滴南凸起上一系列縱、橫向疊置的火山岩體，主要沿滴水泉北斷裂和滴水泉斷裂呈串 珠狀分布，火山口常位於EW向與NE向基底斷裂交匯處，由此推測火山機構多表現為沿斷裂的裂隙式 噴發，常經歷多次噴發，形成多期次火山岩序列［17］。
2.3 構造地貌對火山分布的影響
准噶爾盆內古生代火山分布主要受海西期斷裂系控制，中生代斷裂對火山機構的抬升有重要影響。火山機構大致沿著兩個方向的斷裂展布：西北緣為北東向，盆地中北部為北西西向，盆地東部為北東向 展布，斷裂交匯部位，火山機構最為發育（圖2）。
圖2 准噶爾盆地內部火山機構-斷裂分布圖
構造、地貌對火山機構的分布具有重要影響，一般而言，斷裂帶控制火山機構的分布，如車排子凸 起紅車斷裂帶、陸東隆起、夏鹽凸起的東西兩側以及瑪湖凹陷、馬朗凹陷、五彩灣凹陷和滴南凸起；地 貌影響熔岩的流動，如准西北緣。
3 准噶爾盆地火山發育環境
以現有文獻資料為基礎，對盆內火山岩的年齡進行了調研，發現盆內火山岩以石炭紀為主，其中又 以早石炭世為主（圖3），同時也發育一些泥盆紀及二疊紀火山岩。從測年數據上看準噶爾盆地及周邊 部分地區的古生代—早中生代火山岩年齡分布比較廣泛，但以325～350Ma最多，其中335～340Ma為 其峰值（圖3，表1）。
圖3 准噶爾盆地火山岩測年年齡分布圖
表1 准噶爾火山岩年齡列表
續表
准噶爾盆地泥盆系—下石炭統以海相噴發火山岩為主（晚古生代火山機構分布集中區域在此時— 般為淺海到海陸交互環境，圖4上），而上石炭統—二疊系以陸相噴發火山岩為主（晚古生代火山機構 分布集中區域在此時一般為海陸交互—陸上環境，圖4下）。盆地和周邊火山岩反映了自水下向水上、 陸緣向陸內轉換的噴發環境變化趨勢。
圖4 北疆早石炭世（上）、晚石炭世（下）沉積環境—火山分布圖
晚古生代，隨著海西地槽封閉，本區海水逐漸向東南方向退去，至早二疊世，盆地東北緣以沖積 扇—河流環境為主，西北緣為殘留海環境，南緣以局限海環繞為主；中二疊世中期受北方槽區海水入侵 影響，在盆地東部形成了廣闊陸緣近海湖泊環境，至中二疊世晚期，北方海開始東退，湖泊范圍縮小，局部隆起遭受剝蝕；晚二疊世初期以河流—洪積扇環境為主，晚期地殼沉降，整個盆地東部皆顯示為— 個水進沉積序列，盆地腹部、西北緣等其它地區以洪積扇—河流沉積環境為主。
早石炭世西伯利亞與哈薩克板塊碰撞後，東、西准噶爾開始發生較大規模海侵［19］。這一時期的火 山活動主要集中於准噶爾盆地北部阿爾曼太—克拉美麗縫合帶後緣的濱淺海—次深海環境和烏倫古裂陷 區的海陸過渡環境。早石炭世晚期，海侵范圍擴大（圖4上）。該時期晚古生代火山機構分布集中的幾 個區域，盆地西北緣處於達拉布特—克拉美麗殘留洋邊緣，北三台凸起、三南凹陷處於陸上，滴水泉凹 陷、夏鹽凸起、三個泉凸起、滴北凸起和滴水泉凸起處於陸表海—濱淺海環境，五彩灣凹陷處於河湖環 境，而滴南凸起則處於陸表海與河湖環境的過渡位置。由此推測，早石炭世火山活動可能主要集中於陸 表海—濱淺海環境，其次為陸上—河湖環境。
晚石炭世早期，准噶爾盆地西北部、東部有限洋盆閉合，盆地西側、南側被潟湖—陸表海環繞，博 格達三叉裂谷、北天山洋地區為北疆僅有的深海及洋盆環境。西准噶爾達爾布特、東准噶爾克拉美麗山 前與中央隆起帶表現為陸內伸展構造環境，山前中—酸性火山岩沿斷裂帶廣泛發育，中央隆起帶沿繼承 性深大斷裂發育中—基性火山岩，形成海陸過渡相與濱海火山岩沉積組合［2］。晚古生代火山機構分布 集中的區域在該時期除盆地西北緣處於海陸過渡環境外，大部分處於陸上環境。由此推測，晚石炭世准 噶爾地區的火山活動大部分處於陸上，而前期早石炭世形成的火山機構在此時大部分已開始遭受風化剝 蝕。晚石炭世晚期，准噶爾區整體抬升，除西准噶爾托里以南、南准噶爾依連哈比爾尕—博格達山、克 拉美麗山前南坡等地區外，海水大面積退去［2］。
二疊紀時期，准噶爾地區處於西伯利亞和塔里木兩個火山岩省之間。早二疊紀，准噶爾盆地周緣海 槽已基本閉合，盆地內形成多個巨大的坳陷和多個隆起區；進入中晚二疊紀，沉積范圍擴大；二疊紀末 期盆地處於較為平坦狀態，二疊系頂部以較為穩定厚度在盆地中廣泛展布［2］。
4 火山岩油氣儲層實例分析
滴西地區是准噶爾盆地火山岩油氣儲層發育的重要區域之一，對滴西地區14口取心井共計約482m 岩心進行研究，發現該區發育有玄武岩、玄武安山岩、正長斑岩、二長斑岩、粗面岩、流紋岩、熔結凝 灰岩、凝灰岩、沉凝灰岩、熔結火山角礫岩、火山角礫岩、火山沉積岩等岩性。對巴山組火山岩進行全 鹼-二氧化硅圖（TAS圖版，圖5）分析，發現該火山岩主要由基性和酸性岩構成雙峰結構，中性岩不 太發育，該結構顯示其具有典型的裂谷火山岩特徵。
根據岩心觀察和薄片分析的岩性定名，對研究區單井進行測井岩性解釋，確定出井控區域岩相類 型，以岩性識別為基礎，以井震結合為方法，建立了不同岩相地震相模式和測井相模式，然後，通過對 均方根振幅、波形分類等多種屬性的綜合分析，圈定出了特徵不同的相帶，最後綜合考慮鑽井單井相劃 分以及地震剖面相劃分的結果和時間切片上識別出的火山口位置，做出了滴西地區火山岩相平面分布圖（圖6）。
研究區熔岩流呈扇形分布，頂端銜接噴發中心、向下游分叉，向低窪區流動，與沉積漸變；早期流 紋岩靠近火山中心分布，流動不遠、中期安山岩受北緣斷裂疊加、晚期玄武岩聚集受西緣低窪部位控 制。空落亞相環繞火山殘留的中心分布，火山噴發中心依次由東南向西北逐漸遷移。總體而言，研究區 岩相整體呈現西北部以中-基性溢流相為主，中部以爆發相和火山沉積相為主、東南部以中-酸性溢流 相為主的分布特點，不同井區主要岩相類型不同、特徵明顯。
圖5 滴西地區石炭系火山岩TAS圖解（據新疆油田資料）
圖6 滴西地區石炭系火山岩優勢岩性-岩相分布預測圖
5 結論
（1）北疆地區共發現、識別出晚古生代火山機構136處。
（2）准噶爾盆地周緣共報道火山機構23處，主要集中於博羅科努山、博格達山以及克拉美麗山，涵蓋破火山口、火山穹窿、層狀火山、錐狀火山等多種火山機構類型。
（3）在准噶爾盆地盆內發現共識別出火山機構85處，主要分布在西北緣克百斷裂帶、三處凹陷（三南凹陷、滴水泉凹陷和五彩灣凹陷）及六處凸起（夏鹽凸起、三個泉凸起、滴北凸起、滴南凸起、 滴水泉凸起和北三台凸起）；這些火山機構分布主要受海西期斷裂系控制，大致沿著兩個方向的斷裂展 布，西北緣為北東向，盆地中北部為北西西向，盆地東部為北東向展布，斷裂交匯部位，火山機構最為 發育。
（4）准噶爾盆地晚古生代火山機構分布集中的位置在泥盆紀—早石炭世以海相環境為主，而晚石 炭世—二疊紀以陸相環境為主：盆地和周邊火山岩反映了自水下向水上、陸緣向陸內轉換的噴發環境變 化趨勢。
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