准噶尔盆地晚古生代火山机构分布及发育环境研究
(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研究所，北京100871)
作者简介:毛翔，男，研究生，邮箱:maoxiang.pku @ 163.com。
摘要:本文收集了新疆北部已报道的晚古生代火山机构136个，其中准噶尔盆地周边23个，主要集中在博罗科努山、博格达山和克拉梅里山，涵盖了破火山口、火山穹窿、层状火山和锥形火山等多种类型的火山机构。准噶尔盆地发现和识别出85个火山构造，主要分布在西北缘的白克断裂带、三南凹陷、滴水泉凹陷和五彩湾凹陷三个凹陷和六个凸起(夏衍凸起、三个泉凸起、贝蒂凸起、迪南凸起、滴水泉凸起和北三台凸起)。盆地内火山机构的分布主要受海西期断裂系统控制，大致沿断裂北东向和NWW向分布，在断裂交汇处最为发育。由于后期改造，晚古生代火山岩普遍遭受剥蚀，发生强烈变形、风化剥蚀、淋滤改造。在目前的深地震资料下，很难识别完整的火山机构。不同地区火山机构的破坏和转化方式不同:车排子隆起玄武岩区和西施隆起安山岩区以构造破坏为主，北三台隆起以风化、剥蚀和淋滤为主(与其石炭纪长期的陆上环境有关)，五彩湾以埋藏为主。准噶尔盆地晚古生代火山机构主要分布在泥盆纪至早石炭世的海洋环境中，而晚石炭世至二叠纪主要分布在陆相环境中。盆地及周围火山岩反映了喷发环境从水下到水上、从大陆边缘到内陆的变化趋势。
关键词:准噶尔盆地；火山机构；沉积环境
准噶尔盆地晚古生代火山分布及发育环境研究
毛翔、李、
(北京大学石油与天然气研究所；北京大学地球与空间科学学院，北京100871
文摘:收集和分析了新疆北部136座古生代火山，其中包括准噶尔盆地边缘的23座火山，它们主要集中在波罗克努山、博格达山和喀拉梅里山。它们可分为4类，如破火山口、火山穹丘、层状火山和火山锥。准噶尔盆地还有85座火山，主要分布在准噶尔盆地西北缘的克-白断裂带，3个凹陷(三南凹陷、滴水泉凹陷和五彩湾凹陷)和6个隆起(夏衍隆起、三个泉隆起、贝蒂隆起、迪南隆起、滴水泉隆起和北三台隆起)。盆地内的火山主要受海西期断裂系统控制，沿北东向和NWW向断裂分布，在断裂交汇处最为发育。后期风化淋滤作用的长期改造，使火山在现有水平下难以从地震资料中识别。火山破坏模式和蚀变类型的区域差异较大:在车排子隆起玄武岩区和西施隆起安山岩区，构造作用是主要的破坏模式；在北三台凸起，风化和淋滤是主要因素(这可能是由于该地区在石炭纪曾长期处于大陆环境)；而在五彩湾凹陷，埋藏是主导因素。古生代火山主要分布的大部分地区从泥盆纪到早石炭世属于海洋环境，从晚石炭世到二叠纪属于大陆环境。准噶尔盆地边缘和盆地内的火山岩表现出从海底到大陆、从大陆边缘到陆内的喷发环境变化趋势。
关键词:准噶尔盆地；火山；沉积环境
介绍
准噶尔盆地位于中国新疆。北以中蒙边境的阿尔泰山为界，南以博格达山和哈比尔的加山为界。盆地呈三角形，东西长1120km，南北宽约800km，面积380000km2。它是中国第二大盆地。盆地海拔在500米至1000米之间，总体上东高西低。
晚古生代，准噶尔盆地所属的古亚洲洋构造域处于古亚洲洋盆向北漂移、洋壳逐渐减薄、陆壳未完全形成的过渡时期。地壳活动强烈，火山活动频繁，火山岩地层的分布约占全盆地面积的三分之二。近年来，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代火山岩地层油气勘探取得大量突破，表明石炭-二叠系火山岩已成为准噶尔盆地油气勘探的重要目的层。火山机构是岩浆到达地表的通道，其规模和分布特征对研究火山岩和火山岩储层具有重要的指导作用。因此，弄清准噶尔盆地火山机构的分布和发育环境具有重要意义。
根据晚古生代火山活动时期准噶尔盆地的构造背景和沉积环境，前人做了大量的研究，如:金军等[1]，吴晓志等[2]从地球化学角度分析了准噶尔盆地乃至北疆石炭系的沉积环境，[3]，吴等[4]，王方正等[5]从地球化学角度研究了准噶尔盆地蔡五湾。然而，现有的对火山机构分布的研究多局限于准噶尔盆地局部地区(如文献[6]~[8])，而全盆地的研究多针对火山岩分布[2，9]，没有对整个准噶尔盆地火山机构的特征、分布及发育环境进行研究。本文收集了前人报道的准噶尔盆地火山机构，系统总结了火山机构在全盆地的分布特征，并结合前人相关火山活动期间的沉积环境研究，分析了火山喷发环境。
1的地质背景
准噶尔盆地属于哈萨克斯坦板块及其边缘活动带的东延部分，位于中亚构造域(古生代)和特提斯构造域(中新生代)之间，是塔里木板块、哈萨克斯坦板块、蒙古板块和阿尔泰造山带的交汇处。盆地西北缘为中生代冲断带，南缘为新近纪冲断带。东北缘古生代造山带是推断盆地腹地构造整体性的重要线索和依据。
地质上，准噶尔盆地位于晚古生代中亚两个巨型马蹄形岛弧火山岩带之间的增生楔杂岩之间，是大洋盆地最新闭合的部分。与增生楔矿床相比，岛弧杂岩带具有刚性特征。准噶尔盆地是一个典型的叠合盆地，主要经历了古生代末岛弧增生、陆块组合、中生代初热点伸展和新生代南缘前陆盆地发育三个阶段。
2准噶尔盆地及邻区火山机构的分布
新疆北部发现并识别出晚古生代火山机构136，位于准噶尔和唐三湖盆的23个外围地区和113(图1)。
2.1准噶尔盆地周边火山机构分布及特征
准噶尔盆地外围已报道23个火山机构，主要集中在博罗科努山、博格达山和克拉梅里山。此外，吐哈盆地南部的一些火山机构呈V字形分布。准噶尔周围发现的火山机构涵盖了火山口、火山穹丘、层状火山、锥形火山等多种类型的火山机构。
图1新疆北部及石炭系-下二叠统火山岩分布图(火山岩分布根据文献[10]；根据文献[6 ~ 8，14 ~ 17]的火山分布
环形山包括爆炸环形山和塌陷环形山，分布数量较多，往往具有以下特点:(1)环形山多为圆形或椭圆形盆地，中心凹陷；(2)面积为1 ~ 5 km2；；(3)出露在破火山口的火山岩和火山碎屑岩呈环状分布；(4)内侧岩层产状平缓，向中心倾斜，外侧岩层产状变陡；(5)常有1或数条火山通道，但大部分被充填，火山颈具环状结构；(6)火山口在平面上呈圆形、椭圆形或环形；(7)破火山口的火山碎屑岩常发育强烈的围岩蚀变，并呈分带性；(8)塌陷角砾岩分布在塌陷火山口内。
准噶尔周边火山穹窿特征最突出:(1)地层呈环状分布，向外倾斜；(2)顶部倾角平缓，一般为10 ~ 20°，向侧面逐渐变陡；(3)穹窿中央一般有1至数条火山通道，但大部分被充填，通道直径约为1km；(4)火山角砾岩在通道周围呈断续环状分布。另外，阿齐山地区的红山爆岩钟也是火山穹窿构造。
准噶尔周围的古火山机构大多经历了严重的风化和侵蚀，许多只保留了火山通道和火山颈。因此，火山通道和火山颈是本区最常见的古火山机构，其特征如下:(1)多数位于火山口中心或火山穹窿顶部；(2)形状多为圆形、椭圆形或近圆形；(3)直径一般为200 ~ 500 m，但数十米、近千米的直径也有发现；(4)环向和径向裂纹分布在通道周围；(5)河道周围常有蚀变带；(6)岩体柱状节理发育，可见点状构造和流动构造；(7)岩体与围岩的接触带较陡。
2.2准噶尔盆地火山构造分布及特征
通过野外调查、文献研究和地震解释，准噶尔盆地发现并识别出85个火山构造，主要分布在白克断裂带、西北缘的三个凹陷(三南凹陷、滴水泉凹陷和五彩湾凹陷)和六个凸起(夏衍凸起、三泉凸起、贝蒂凸起、迪南凸起、滴水泉凸起和北三台凸起)。
由于后期改造，石炭纪火山岩普遍遭受剥蚀，发生强烈的变形、剥蚀、风化和淋滤作用。在目前的深地震资料条件下，很难识别完整的火山机构，不同的火山机构之间往往会发育断层。不同地区火山机构的破坏和转化方式不同:车排子隆起玄武岩区和西施隆起安山岩区以构造破坏为主，北三台隆起以风化、剥蚀和淋滤为主(与其石炭纪长期的陆地环境有关)，五彩湾以埋藏为主。
(1)准西北缘的爆发相和火山通道相主要沿主断层分布，大体反映了火山机构的位置。火山岩主要为安山岩-凝灰岩和玄武岩，也沿主断层分布。远离主断层的火山岩逐渐被沉积岩取代[6]。(2)地震相反映的长期继承性活动的火山通道相揭示了北三台隆起的火山机制。石炭系地下钻孔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、安山岩火山角砾岩、灰色凝灰岩、凝灰岩、蛋蓝色玄武岩、玄武质火山角砾岩、紫色英安岩、肉红色流纹岩和流纹质火山角砾岩，碎屑岩主要为黄色凝灰岩砾石。(3)鲁西地区观察到7个火山构造[8]，石炭系-下二叠统大面积出现火山岩。总体上以碱性岩为主，从西北部的基性逐渐向东南部的中酸性转变。火山岩相在东北-西南方向呈条带状分布，西北部的基性火山岩以喷发为主，然后在东南部相继变为爆发型火山岩和喷发型中性火山岩，在西北方向再次出现爆发相。(4)鲁东-五彩湾地区石炭纪火山岩由于后期改造，普遍遭受剥蚀，强烈变形移位。在目前的深地震资料下，很难识别完整的火山机构。石炭系被沉积碎屑岩划分为两套火山岩层序，上部火山岩层序自下而上发育基性、中性、酸性火山岩，下部火山岩层序尚缺乏研究。其中，滴南隆起上一系列纵横叠加的火山岩主要沿滴水泉北断裂和滴水泉断裂呈珠状分布，火山口往往位于东西向和北东向基底断裂的交汇处，因此推断火山机制多为沿断裂的裂隙喷发，常经历多次喷发，形成多期火山岩序列[17]。
2.3构造地貌对火山分布的影响
准噶尔盆地古生代火山的分布主要受海西期断裂系统控制，中生代断裂对火山机构的隆升有重要影响。火山机构沿断层呈两个方向分布:西北边缘为东北，盆地中北部为西北，盆地东部为东北。火山机构在断层交汇处最为发育(图2)。
图2准噶尔盆地火山机构断层分布图
构造和地形对火山机构的分布有重要影响。一般来说，断裂带控制着火山机构的分布，如红车断裂带突出的车排子、鲁东隆起、夏衍隆起东西两侧、马湖凹陷、马朗凹陷、五彩湾凹陷和地南隆起。地貌影响熔岩流，比如准西北缘。
3准噶尔盆地火山发育环境
根据现有文献，对盆地内火山岩的时代进行了调查，发现盆地内火山岩主要为石炭纪，特别是早石炭世(图3)，也发育一些泥盆纪和二叠纪火山岩。根据测年资料，准噶尔盆地及周边地区古生代-早中生代火山岩的年龄分布较为广泛，但以325 ~ 350 Ma为最多，峰值为335 ~ 340 Ma(图3，表1)。
图3准噶尔盆地火山岩年龄分布图
表1准噶尔火山岩年龄表
继续的
准噶尔盆地泥盆系-下石炭统以海相喷发火山岩为主(晚古生代火山机构此时集中在浅海至海陆交互环境，如图4)，而上石炭统-二叠纪以陆相喷发火山岩为主(晚古生代火山机构集中在海陆交互环境，如图4)。盆地及周边地区的火山岩反映了喷发环境由水下向水中、由陆缘向内陆的变化趋势。
图4新疆北部早石炭世(上)和晚石炭世(下)沉积环境-火山分布图。
晚古生代，随着海西地槽的闭合，该区海水逐渐向东南退去。到早二叠世，盆地东北缘以冲积扇-河流环境为主，西北缘以残余海环境为主，南缘以局限海为主。中二叠世中期，受北部海槽海水入侵的影响，盆地东部形成了广阔的滨海湖泊环境。中二叠世晚期，北海开始东退，湖泊面积减少，局部隆起被侵蚀。晚二叠世早期，环境以冲洪积扇为主，后期地壳沉降。整个盆地东部为海侵沉积序列，盆地腹部和西北缘为冲积扇-河流沉积环境。
早石炭世西伯利亚与哈萨克斯坦板块碰撞后，东、西准噶尔开始大规模海侵[19]。这一时期的火山活动主要集中在准噶尔盆地北部阿尔曼台克-克拉美丽缝合带后缘的滨海-亚深海环境和乌伦古裂谷区的海陆过渡环境。早石炭世晚期，海侵范围扩大(图4)。在此期间，晚古生代火山机构集中在几个地区，盆地西北缘位于美丽的达拉布特-克拉残余洋的边缘，北三台凸起和三南凹陷位于陆地，滴水泉凹陷、夏衍凸起、三泉凸起、二北泉凸起和滴水泉凸起位于近海环境，五彩湾凹陷位于河湖环境，迪南凸起位于近海环境与河湖环境的过渡位置。因此，推测早石炭世的火山活动可能主要集中在近海环境，其次是陆上-河湖环境。
晚石炭世早期，准噶尔盆地西北和东部的有限洋盆闭合，盆地西、南两侧为泻湖-陆缘海。博格达三叉裂谷和北天山洋是北疆仅有的深海和洋盆环境。西准噶尔达尔布特山前隆起带和中央隆起带以及东准噶尔克拉美丽隆起带具有陆内伸展构造环境。山前中酸性火山岩沿断裂带广泛发育，中基性火山岩沿中央隆起带继承性深大断裂发育，形成海陆过渡相和滨海火山岩沉积组合[2]。晚古生代，火山机构集中的地区除盆地西北缘外，大部分处于陆地环境。因此可以推断，晚石炭世准噶尔地区的火山活动大多在陆地上，而早石炭世形成的火山机构大多在此时开始遭受风化和侵蚀。晚石炭世晚期，除西准噶尔托里以南、与哈比尔嘎-博格达山接壤的南准噶尔、克拉美丽山前南坡海水大面积后退外，准噶尔地区整体隆升[2]。
二叠纪时期，准噶尔地区位于西伯利亚和塔里木火山区之间。早二叠世，准噶尔盆地外围海槽基本闭合，盆地内形成许多巨大的坳陷和隆起。中、晚二叠世，沉积范围扩大；二叠纪末，盆地处于相对平坦状态，盆地内二叠系顶部广泛分布，厚度相对稳定[2]。
火山岩油气藏实例分析
西地地区是准噶尔盆地火山岩油气藏发育的重要地区之一。根据西地地区14取心井482m岩心的研究，发现该区发育玄武岩、玄武安山岩、正长斑岩、二长花岗岩、粗面岩、流纹岩、熔融凝灰岩、凝灰岩、熔融火山角砾岩和火山角砾岩。通过对巴山组火山岩的全碱硅图(TAS图，图5)分析发现，该套火山岩主要由基性和酸性岩石组成，中间岩不太发育，表明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命名，对研究区单井进行了测井岩性解释，确定了井控区的岩相类型。在岩性识别的基础上，井震结合，建立了不同岩相的地震相模型和测井相模型。然后，通过均方根振幅、波形分类等属性的综合分析，圈定不同特征的相带。最后综合考虑单井钻井相划分和地震剖面相划分的结果以及时间切片上识别的火山口。
研究区熔岩流呈扇形，顶部与喷发中心相连，向下游分叉，流向低洼地区，随沉积作用逐渐变化。早期流纹岩分布在火山中心附近，流动不远。中期安山岩被北缘断裂叠加，晚期玄武岩堆积受西缘低洼部位控制。空亚相围绕火山遗迹中心分布，火山喷发中心由东南向西北逐渐移动。总的来说，研究区的岩相以西北部的中基性溢流相为主，中部为爆炸相和火山沉积相，东南部为中酸性溢流相。不同井区主要岩相类型不同，特征明显。
图5西地地区石炭系火山岩TAS图(根据新疆油田资料)
图6西地地区石炭系火山岩优势岩性岩相分布预测图。
5结论
(1) 136新疆北部发现并鉴定了晚古生代火山机构。
(2)准噶尔盆地周边共报道了23个火山机构，主要集中在博罗科努山、博格达山和克拉梅里山，涵盖了破火山口、火山穹窿、层状火山和锥形火山等多种类型的火山机构。
(3)准噶尔盆地共发现* *识别的火山构造85个，主要分布在西北缘的白克断裂带、三南凹陷、滴水泉凹陷和五彩湾凹陷三个凹陷和六个凸起(夏衍凸起、三个泉凸起、贝蒂凸起、迪南凸起、滴水泉凸起和北三台凸起)；这些火山机构的分布主要受海西期断裂系统控制，它们一般沿两个方向分布，西北边缘为东北，盆地中北部为西北，盆地东部为东北。火山机构在断层交汇处最为发育。
(4)晚古生代火山机构在泥盆纪-早石炭世主要分布于海相环境，而晚石炭世-二叠纪主要分布在陆相环境。盆地及周边地区的火山岩反映了喷发环境从水下到水中、从陆缘到内陆的变化趋势。
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