王瑞的研究论文

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毛 翔 李江海 王 洛

（北京大学石油与天然气研究中心，北京大学地球与空间科学学院，北京 100871）

作者简介：毛翔，男，研究生，E-mail：＠。

摘 要：本文收集了北疆地区已报道的136处晚古生代火山机构，其中准噶尔盆地周缘23处，主要集中 于博罗科努山、博格达山以及克拉美丽山，涵盖破火山口、火山穹窿、层状火山、锥状火山等多种火山机构 类型；准噶尔盆地内共发现、识别出火山机构85处，主要分布在西北缘克百断裂带、三处凹陷（三南凹陷、 滴水泉凹陷和五彩湾凹陷）及六处凸起（夏盐凸起、三个泉凸起、滴北凸起、滴南凸起、滴水泉凸起和北三 台凸起）。盆内火山机构分布主要受海西期断裂系控制，大致沿着NE、NWW两个方向的断裂展布，并在断 裂交汇部位最为发育。由于后期改造，晚古生代火山岩普遍遭受剥蚀，且发生强烈变形和风化剥蚀、淋滤改 造，在目前深层地震资料条件下，难以识别出完整的火山机构。不同区域的火山机构破坏、改造方式不同： 在车排字凸起玄武岩区、石西凸起安山岩区以构造破坏为主，在北三台凸起以风化剥蚀、淋滤为主（与其在 石炭纪长期处于陆上环境相关），在五彩湾以埋藏为主。准噶尔盆地晚古生代火山机构分布集中的位置在泥盆 纪—早石炭世以海相环境为主，而晚石炭世—二叠纪以陆相环境为主，盆地和周边火山岩反映了自水下向水 上、陆缘向陆内转换的喷发环境变化趋势。

关键词：准噶尔盆地；火山机构；沉积环境

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 can be divided into 4 classes，such as calderas，volcanic domes，layered volcanoes and volcanic 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 long modification by late-stage weathering and leaching made the volcanoes difficult to identify from the seismic data under current 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 due 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 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 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

准噶尔盆地位于我国新疆境内，北以中蒙边界的阿尔泰山为界，南到博格达山、依连哈比尔尕山一 线，盆地呈三角形，东西长1120km，南北最宽处约800km，面积380000km2，为中国第二大盆地。盆 地海拔介于500m至1000m，大致上呈东高西低。

准噶尔盆地所属的古亚洲洋构造域在晚古生代处在古亚洲洋洋盆向北漂移，洋壳逐渐消减、陆壳尚 未完全形成的转换时期，地壳活动性强、火山活动频繁，火山岩地层的分布约占整个盆地面积的三分之 二。近年来，在准噶尔盆地西北缘断裂带、东准噶尔陆东—五彩湾克拉美丽等地区晚古生界火山岩地层 中的油气勘探中取得的大量突破表明，石炭纪—二叠纪火山岩已成为准噶尔盆地油气勘探的重要目标 层。火山机构是岩浆到达地表的通道，其规模、分布特征对于研究火山岩和火山岩储层具有重要的指导 作用：因此，厘清准噶尔盆地的火山机构分布及其发育环境具有十分重要的意义。

针对晚古生代火山活动时期准噶尔盆地的构造背景与沉积环境，前人已做了大量的研究，如：靳军 等［1］、吴晓智等［2］对整个准噶尔盆地甚至整个北疆地区石炭系的沉积环境进行了分析，赵霞等［3］、吴 小奇等［4］、王方正等［5］从地球化学角度对准噶尔盆地的五彩湾、陆梁等地区的构造背景进行了研究等。但是，现有的针对火山机构分布的研究多局限于准格尔盆地内的局部区域（如，文献 ［6～8］），全盆 范围的研究则多针对于火山岩的分布［2，9］，尚没有针对整个准噶尔盆地范围内火山机构特征、分布及 其发育环境的研究。本文从收集前人在准噶尔盆地范围内报道的火山机构入手，系统地总结了全盆 范围内火山机构的分布特征，并结合前人相关火山活动期间的沉积环境研究，对火山爆发环境进行 了分析。

1 地质背景

准噶尔盆地属哈萨克斯坦板块及其边缘活动带东延部分，位于中亚构造域（古生代）与特提斯构 造域（中新生代）之间，是塔里木板块、哈萨克斯坦板块、蒙古板块、阿尔泰造山带的交汇部位。盆 地西北缘为中生代逆冲构造带、南缘为新近纪逆冲构造带，东北缘古生代造山带是推断盆地腹地构造单 元性质的重要线索和依据。

从大地构造上看，准噶尔盆地处于中亚晚古生代两大巨型马蹄形岛弧火山岩带之间的增生楔杂岩之 间，为洋盆最晚闭合部位，相对于增生楔沉积，岛弧杂岩带具有刚性特征。准噶尔盆地是典型的叠合盆 地，主要经历了古生代末期岛弧增生、陆块拼合、中生代初热点型伸展，以及新生代南缘前陆盆地发育 三大构造演化阶段。

2 准噶尔盆地及其邻近地区火山机构分布

北疆地区共发现、识别出晚古生代火山机构136处，位于周缘23处，位于准噶尔及三塘湖盆内 113处（图1）。

准噶尔盆地周缘火山机构分布及其特征

在准噶尔盆地周缘共报道火山机构23处，主要集中于博罗科努山、博格达山以及克拉美丽山，此 外吐哈盆地南部还有一些火山机构呈Ⅴ形分布。准噶尔周缘发现的火山机构涵盖破火山口、火山穹窿、 层状火山、锥状火山等多种（残余）火山机构类型。

图1 北疆火山、石炭系-下二叠统火山岩分布图（火山岩分布据文献［10］；火山分布据文献［6～8，14～17］）

破火山口包括爆发破火山口和塌陷破火山口两类，分布数量较多，常具有以下特征：(1)破火山口 形态多为圆形或椭圆形中心下凹的盆地；(2)面积1 ～5km2；(3)破火山口内出露的火山岩及火山碎屑岩 呈环形分布；(4)内部岩层产状平缓，并向中心倾斜，外围产状变陡；(5)常有1个或数个火山通道，但 多被充填，火山颈具有环带状构造；(6)破火山口在平面上呈圆形、椭圆形或环形磁异常；(7)破火山口 内的火山碎屑岩常发育强烈的围岩蚀变，并且分带；(8)塌陷破火山口内分布有塌陷角砾岩。

准噶尔周缘火山穹窿以黑尖山特征最为突出：(1)岩层呈环状分布，向外倾斜；(2)顶部倾角平缓，一般为10°～20°，向边部逐渐变陡；(3)在穹窿顶部中央一般存在1个到几个火山通道，但多被充填，通道直径约1km；(4)在通道周围存在断续环状分布的火山角砾岩。此外，阿奇山地区的红山爆发岩钟 也是一种火山穹窿构造。

准噶尔周缘古火山机构大多经历严重的风化剥蚀，很多都只保留了火山通道与火山颈，因此火山通 道与火山颈是本区内最为常见的古火山机构，其特征如下：(1)多位于破火山口中心或火山穹窿顶部； (2)形态上多为圆形、椭圆形或近圆形；(3)直径一般200～500m，但直径几十米与近千米的也有发现； (4)通道周围环形、放射状裂隙分布；(5)通道四周常有蚀变带；(6)岩体柱状节理发育，某些可见斑状构 造和流动构造；(7)岩体与围岩接触带陡立。

准噶尔盆地内部火山机构分布及其特征

通过野外调查、文献调研和地震解译，在准噶尔盆地盆内发现共识别出火山机构85处，主要分布 在西北缘克百断裂带、三处凹陷（三南凹陷、滴水泉凹陷和五彩湾凹陷）及六处凸起（夏盐凸起、三 个泉凸起、滴北凸起、滴南凸起、滴水泉凸起和北三台凸起）。

由于后期改造，石炭系火山岩普遍遭受剥蚀，且发生强烈变形和剥蚀风化淋滤的改造，在目前深层 地震资料条件下，难以识别出完整的火山机构，不同火山机构之间明常有断层发育。不同区域的火山机 构破坏、改造方式不同：在车排字凸起玄武岩区、石西凸起安山岩区以构造破坏为主，在北三台凸起以 风化剥蚀、淋滤为主（与其在石炭纪长期处于陆上环境相关），在五彩湾以埋藏为主。

(1)准西北缘爆发相、火山通道相主要分布在主断裂一带，大体反映了火山机构的位置，火山岩性 以安山岩-凝灰岩、玄武岩为主，亦沿主断裂分布，远离主断裂方向火山岩逐渐被沉积岩代替［6］。(2)北三台凸起火山机构由地震相反映出的具有长期继承活动特点的火山通道相所揭示，石炭系井下钻 遇岩性主要为火山岩和碎屑岩，火山岩岩性主要为绿色安山岩、安山质火山角砾岩，灰色凝灰岩、沉凝 灰岩，蛋青色玄武岩、玄武质火山角砾岩，紫色英安岩，肉红色流纹岩、流纹质火山角砾岩，碎屑岩主 要为黄色凝灰质砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩不等厚互层［7］。(3)陆西地区实测得到7处火山机构［8］，火山岩在石炭系-下二叠统大面积出现，整体上以碱性岩为主，由西北部的基性逐渐向南东过渡为中酸 性，火山岩岩相呈北东—南西向的条带状分布，西北部以喷溢相的基性火山岩为主，向东南依次过渡为 爆发相火山岩、喷溢相中性火山岩，向北西方向再次出现了爆发相火山岩，该地区东南角是喷溢相的中 酸性火山岩［18］。(4)陆东—五彩湾地区由于后期改造，石炭系火山岩普遍遭受剥蚀，且发生强烈的变 形、变位，在目前深层地震资料条件下，难以识别出完整的火山机构，石炭系被沉积碎屑岩分隔为划 上、下2套火山岩层序，上部火山岩层序自下而上发育基性、中性和酸性火山岩，下部火山岩层序目前 还缺乏研究；其中滴南凸起上一系列纵、横向叠置的火山岩体，主要沿滴水泉北断裂和滴水泉断裂呈串 珠状分布，火山口常位于EW向与NE向基底断裂交汇处，由此推测火山机构多表现为沿断裂的裂隙式 喷发，常经历多次喷发，形成多期次火山岩序列［17］。

构造地貌对火山分布的影响

准噶尔盆内古生代火山分布主要受海西期断裂系控制，中生代断裂对火山机构的抬升有重要影响。火山机构大致沿着两个方向的断裂展布：西北缘为北东向，盆地中北部为北西西向，盆地东部为北东向 展布，断裂交汇部位，火山机构最为发育（图2）。

图2 准噶尔盆地内部火山机构-断裂分布图

构造、地貌对火山机构的分布具有重要影响，一般而言，断裂带控制火山机构的分布，如车排子凸 起红车断裂带、陆东隆起、夏盐凸起的东西两侧以及玛湖凹陷、马朗凹陷、五彩湾凹陷和滴南凸起；地 貌影响熔岩的流动，如准西北缘。

3 准噶尔盆地火山发育环境

以现有文献资料为基础，对盆内火山岩的年龄进行了调研，发现盆内火山岩以石炭纪为主，其中又 以早石炭世为主（图3），同时也发育一些泥盆纪及二叠纪火山岩。从测年数据上看准噶尔盆地及周边 部分地区的古生代—早中生代火山岩年龄分布比较广泛，但以325～350Ma最多，其中335～340Ma为 其峰值（图3，表1）。

图3 准噶尔盆地火山岩测年年龄分布图

表1 准噶尔火山岩年龄列表

续表

准噶尔盆地泥盆系—下石炭统以海相喷发火山岩为主（晚古生代火山机构分布集中区域在此时— 般为浅海到海陆交互环境，图4上），而上石炭统—二叠系以陆相喷发火山岩为主（晚古生代火山机构 分布集中区域在此时一般为海陆交互—陆上环境，图4下）。盆地和周边火山岩反映了自水下向水上、 陆缘向陆内转换的喷发环境变化趋势。

图4 北疆早石炭世（上）、晚石炭世（下）沉积环境—火山分布图

晚古生代，随着海西地槽封闭，本区海水逐渐向东南方向退去，至早二叠世，盆地东北缘以冲积 扇—河流环境为主，西北缘为残留海环境，南缘以局限海环绕为主；中二叠世中期受北方槽区海水入侵 影响，在盆地东部形成了广阔陆缘近海湖泊环境，至中二叠世晚期，北方海开始东退，湖泊范围缩小，局部隆起遭受剥蚀；晚二叠世初期以河流—洪积扇环境为主，晚期地壳沉降，整个盆地东部皆显示为— 个水进沉积序列，盆地腹部、西北缘等其它地区以洪积扇—河流沉积环境为主。

早石炭世西伯利亚与哈萨克板块碰撞后，东、西准噶尔开始发生较大规模海侵［19］。这一时期的火 山活动主要集中于准噶尔盆地北部阿尔曼太—克拉美丽缝合带后缘的滨浅海—次深海环境和乌伦古裂陷 区的海陆过渡环境。早石炭世晚期，海侵范围扩大（图4上）。该时期晚古生代火山机构分布集中的几 个区域，盆地西北缘处于达拉布特—克拉美丽残留洋边缘，北三台凸起、三南凹陷处于陆上，滴水泉凹 陷、夏盐凸起、三个泉凸起、滴北凸起和滴水泉凸起处于陆表海—滨浅海环境，五彩湾凹陷处于河湖环 境，而滴南凸起则处于陆表海与河湖环境的过渡位置。由此推测，早石炭世火山活动可能主要集中于陆 表海—滨浅海环境，其次为陆上—河湖环境。

晚石炭世早期，准噶尔盆地西北部、东部有限洋盆闭合，盆地西侧、南侧被潟湖—陆表海环绕，博 格达三叉裂谷、北天山洋地区为北疆仅有的深海及洋盆环境。西准噶尔达尔布特、东准噶尔克拉美丽山 前与中央隆起带表现为陆内伸展构造环境，山前中—酸性火山岩沿断裂带广泛发育，中央隆起带沿继承 性深大断裂发育中—基性火山岩，形成海陆过渡相与滨海火山岩沉积组合［2］。晚古生代火山机构分布 集中的区域在该时期除盆地西北缘处于海陆过渡环境外，大部分处于陆上环境。由此推测，晚石炭世准 噶尔地区的火山活动大部分处于陆上，而前期早石炭世形成的火山机构在此时大部分已开始遭受风化剥 蚀。晚石炭世晚期，准噶尔区整体抬升，除西准噶尔托里以南、南准噶尔依连哈比尔尕—博格达山、克 拉美丽山前南坡等地区外，海水大面积退去［2］。

二叠纪时期，准噶尔地区处于西伯利亚和塔里木两个火山岩省之间。早二叠纪，准噶尔盆地周缘海 槽已基本闭合，盆地内形成多个巨大的坳陷和多个隆起区；进入中晚二叠纪，沉积范围扩大；二叠纪末 期盆地处于较为平坦状态，二叠系顶部以较为稳定厚度在盆地中广泛展布［2］。

4 火山岩油气储层实例分析

滴西地区是准噶尔盆地火山岩油气储层发育的重要区域之一，对滴西地区14口取心井共计约482m 岩心进行研究，发现该区发育有玄武岩、玄武安山岩、正长斑岩、二长斑岩、粗面岩、流纹岩、熔结凝 灰岩、凝灰岩、沉凝灰岩、熔结火山角砾岩、火山角砾岩、火山沉积岩等岩性。对巴山组火山岩进行全 碱-二氧化硅图（TAS图版，图5）分析，发现该火山岩主要由基性和酸性岩构成双峰结构，中性岩不 太发育，该结构显示其具有典型的裂谷火山岩特征。

根据岩心观察和薄片分析的岩性定名，对研究区单井进行测井岩性解释，确定出井控区域岩相类 型，以岩性识别为基础，以井震结合为方法，建立了不同岩相地震相模式和测井相模式，然后，通过对 均方根振幅、波形分类等多种属性的综合分析，圈定出了特征不同的相带，最后综合考虑钻井单井相划 分以及地震剖面相划分的结果和时间切片上识别出的火山口位置，做出了滴西地区火山岩相平面分布图（图6）。

研究区熔岩流呈扇形分布，顶端衔接喷发中心、向下游分叉，向低洼区流动，与沉积渐变；早期流 纹岩靠近火山中心分布，流动不远、中期安山岩受北缘断裂叠加、晚期玄武岩聚集受西缘低洼部位控 制。空落亚相环绕火山残留的中心分布，火山喷发中心依次由东南向西北逐渐迁移。总体而言，研究区 岩相整体呈现西北部以中-基性溢流相为主，中部以爆发相和火山沉积相为主、东南部以中-酸性溢流 相为主的分布特点，不同井区主要岩相类型不同、特征明显。

图5 滴西地区石炭系火山岩TAS图解（据新疆油田资料）

图6 滴西地区石炭系火山岩优势岩性-岩相分布预测图

5 结论

（1）北疆地区共发现、识别出晚古生代火山机构136处。

（2）准噶尔盆地周缘共报道火山机构23处，主要集中于博罗科努山、博格达山以及克拉美丽山，涵盖破火山口、火山穹窿、层状火山、锥状火山等多种火山机构类型。

（3）在准噶尔盆地盆内发现共识别出火山机构85处，主要分布在西北缘克百断裂带、三处凹陷（三南凹陷、滴水泉凹陷和五彩湾凹陷）及六处凸起（夏盐凸起、三个泉凸起、滴北凸起、滴南凸起、 滴水泉凸起和北三台凸起）；这些火山机构分布主要受海西期断裂系控制，大致沿着两个方向的断裂展 布，西北缘为北东向，盆地中北部为北西西向，盆地东部为北东向展布，断裂交汇部位，火山机构最为 发育。

（4）准噶尔盆地晚古生代火山机构分布集中的位置在泥盆纪—早石炭世以海相环境为主，而晚石 炭世—二叠纪以陆相环境为主：盆地和周边火山岩反映了自水下向水上、陆缘向陆内转换的喷发环境变 化趋势。

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