1、准东地区石炭系火成岩成因及勘探意义探析摘要： 准东地区已有的勘探发现证实石炭系为一套现实的勘探目的层系，勘探潜力巨大，但石炭系火山-沉积建造复杂，对火成岩成因的认识制约了我们对大地构造背景、原型盆地、沉积与沉降及烃源岩分布的研究。本文试从露头和钻井资料相结合角度，根据石炭系火成岩岩石组合和地球化学特征分析得出：下统火成岩为岛弧环境成因，上统为板内裂谷环境成因。在此基础上恢复了石炭系大地构造格局，确定了下统原型盆地为岛弧相关盆地，上统原型盆地为裂谷盆地。这有利于指导对低勘探程度区烃源岩发育背景的分析及其分布范围的预测。同时，我们总结了石炭系岩石组合特征，指明了上、下统可能存在的火山机构勘探类型。
2、这对下一步制定合理的勘探思路具有重要的指导意义。 关键词： 火成岩分布； 石炭系； 构造环境； 原型盆地； 火山机构 中图分类号： P618.13 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2013）02-0020-03 1 前言 准噶尔盆地石炭系火成岩油气勘探始于二十世纪五十年代，早期只是把其作为盆地基底对待，并未引起足够的重视。随油气勘探不断深入，准东地区先后发现克拉美丽千亿方大气田、牛东 5000 万吨级油田，证明准东地区石炭系火成岩已经成为一套现实的勘探目的层系，勘探潜力大17。但由于石炭系东准噶尔盆地处于板块闭合、海陆变迁时期，构造活动强烈，火山-沉积建造异常复杂，并且盆地遭
3、受后期改造，无疑增加了石油地质研究的难度。同时受地球物理技术的限制，致使东准噶尔盆地石炭系研究与勘探程度较低。因此迫切需要开展多学科、多层次的综合地质研究。火成岩是板块运动过程与大地构造事件的记录，起源于火山弧、大洋底、板块内部的火成岩都有自己的指纹5，16。通过火成岩的研究，可以恢复古板块构造格局，追溯大地构造演化历史。对搞清石炭系大地构造格局，进而确定原型盆地、沉降与沉积、火成岩与烃源岩发育及分布、生烃中心展布认识上具有重要指导意义。以往的研究多集中于露头区或者盆地内井资料，将盆内和露头区结合起来研究较少，本文试从这个角度分析下石炭系火成岩成因及勘探意义。 2 区域地质背景 准噶尔盆地所在
4、的北疆地区作为亚洲大陆的一部分，其形成演化与亚洲大陆的形成演化密切相关18。北疆地区古生代板块运动和造山作用上具有软碰撞特征1-2，以东北缘为例特征有：1）缝多。仅东北缘就发育有额尔齐斯、阿尔曼太和克拉麦里等多条深大断裂带及沿断裂发育的蛇绿岩；2）块小。前人对盆地航磁特征、深源地震和大地重磁研究表明准噶尔块体相对较小；3）火山-沉积建造复杂，石炭系地层包含了许多岛弧、弧前和弧后盆地、蛇绿混杂岩等复杂火山沉积建造；4）整个古生代发育了多次俯冲、碰撞和裂离过程。5）缺乏大量典型的磨拉石沉积和逆冲断层、推覆构造。正是由于准噶尔地区古生代发生“软碰撞”作用，才使准东地区石炭系处于海陆转换复杂的构造背景
5、，平面不同构造单元分割性强，存在多个地层小区（见图 1） 。每个小区地层存在多个命名系统，我们对不同小区地层按阶进行了归位（见图 2） 。 3 火成岩分布及地化特征 3.1 火成岩分布特征 通过对准东五个地层小区 15 个露头点（图 1）和多口钻井资料分析总结得出，火成岩在准东各小区上、下统均有不同程度的发育。其中下统纵向上发育于早、晚杜内阶和早维宪阶三个阶段，各阶段岩石组合以玄武岩-安山玄武岩-安山岩组合为特点。平面上火成岩呈“点状”发育，如早杜内阶火成岩仅分布于阿拉土别库都克和六棵树地区，其它露头点均为碎屑岩沉积；另外从早期到晚期发育位置具有一定的“迁移性” ，火山活动区域上自北向南有逐渐
6、增强的特点。上统火成岩主要发育于巴什基尔阶时期，纵向上表现为三段式，下段为中酸性火成岩（安山岩-英安岩-流纹岩组合） ，中段为火山碎屑岩及火山碎屑沉积岩，上段为中基性火成岩（玄武岩-安山岩组合） 。区域上分布广泛，岩石组合相似，具有一定的区域对比性。野外地质调查和盆内钻井表明上下统发育不同的火山机构，下统以多锥、叠锥层火山机构为主，上统主要以盾状、层状火山机构为主。 3.2 主量元素特征 东准噶尔盆地石炭系火成岩主要为钙碱性系列，其次为碱性系列，其中下统主要发育钙碱性系列岩石组合，上统发育钙碱性系列和碱性系列岩石组合（图 3） 。下统 Al2O3 含量较高，Mg#分布于 43.158.75；上
7、统 Mg#=21.149.6，平均值为 40。基性火成岩里特曼指数 值3上统比下统高，下统分布在 1.042.59；上统分布在 1.45.19；Na2O/K2O下统分布 1.4913，上统为 1.34.5，表明上统 K 含量较高。 3.3 微量元素特征 下石炭统稀土元素配分型式图主体呈右倾式，表现为轻微的铕负异常（图 4a） 。稀土元素总量较低为 45152， （La/Yb）N 介于1.125.22；Eu 值介于 0.70.97 之间，Ce 具有一定的亏损，值介于 0.961.03 之间。微量元素蜘蛛图整体呈右倾波浪式，整体富集LILE（K、Rb、Sr、Ba 等） ，亏损 HFSE（Nb、Ta
8、、Ti） （图 4b） 。 上石炭统稀土元素配分型式图主体呈右倾式，铕负异常较明显，尤其是酸性岩（见图 5a） 。REE 较高介于 103.1294.6 之间， （La/Yb）N 值较高介于 3.624.5 之间，Ce 介于 0.951.26；微量元素蜘蛛图除 Sr、P 外整体呈大隆起样式（图 5b） 。 4 构造环境分析 下石炭统主量元素看 Al2O3 含量较高，Mg#值较高，岩性组合为钙碱性系列和拉斑系列，火山碎屑比重较大，符合岛弧环境的特征6。同时微量元素稀土元素总量较低，轻重稀土分异较明显；Eu 轻微负异常，表明深源岩浆发生分离结晶作用斜长石晶出；Ce 负异常明显，表明处于海相环境。微
9、量元素蜘蛛图整体呈右倾波浪式，整体富集LILE（K、Rb、Sr、Ba 等） ，同时具“TNT”异常（岛弧构造环境的重要标志之一7） 。结合构造环境判别图（图 6a） ，综合判定下石炭统火成岩为岛弧环境的产物。 上石炭统岩石组合以钙碱性系列和碱性系列为主，Mg#分布范围较大为 21.149.6，里特曼指数 值较大。同时上石炭统稀土元素配分型式图主体呈右倾式，铕负异常较明显，尤其是酸性岩。REE 较高， 轻重稀土元素分异程度较高；此外 Zr/Hf38，Th/Ta1.6，Ta/Hf0.1，显示出板内环境特点8；微量元素蜘蛛图除 Sr、P、Ti 外整体呈大隆起样式。表明上统火成岩可能受岛弧混染的原因；
10、结合构造环境判别图（图 6b） ，综合判断为岛弧印记的板内裂谷环境成因。 此外，韩宝福、洪大卫等人根据同位素测试结果总结北疆大范围的火成岩都具有正 Nd（t） 、较低 87Sr/86Sr 值，推断石炭系火成岩岩浆岩的起源于亏损的上地幔，并不同程度受到地壳混染9-13。 这和区域构造演化也是相一致的，晚古生代以来，中国及邻区诸陆块在总体上都是自南向北运移的。各陆块在向北运移过程中的时间差和速度差造成冈瓦纳与西伯利亚两个大陆主体复杂的大陆边缘微陆块之间发生“软碰撞” ，使诸陆块间长期处于“联而不合”的状态。软碰撞作用主要使准噶尔地块发生地壳增生，同时也是其晚古生代末期伸展裂谷盆地形成的构造前提。
11、该区地壳形成与演化，分别受控于水平方向上板块之间的相互作用和垂直方向上软流圈地幔与上覆岩石圈或地壳的相互作用18。其结果不仅使该区大陆地壳的增生有水平的和垂直的两种方式，而且使该区地壳演化表现为挤压和伸展两种运动学方式并存。在挤压应力作用下早石炭统主要发生洋壳俯冲，形成岛弧；在晚石炭伸展作用下，地壳减薄，地幔物质上涌烘烤下地壳生成大量岩浆，这些岩浆沿拉张应力作用下形成的断裂带喷发形成上统火成岩。正是在上、下统构造背景的不同，火成岩岩石组合和地化特征表现为较大的差异性，进而指导我们厘定露头区及钻井火成岩的层位归属。 5 结论及勘探意义 通过对准东火成岩分布、岩石组合及地化特征的总结分析，我们得出
12、以下认识： （1）东准尔盆地火成岩主要发育于杜内阶、维宪阶、巴什基尔阶时期。其中巴什基尔阶为火成岩主要发育期。下统火成岩发育特征为：纵向上间歇性发育，平面上呈“点状”分布，演化过程中发育位置具有一定的“迁移性” ，火山活动区域上自北向南逐渐增强。上统火成岩发育特征为区域上分布广泛，岩石组合相似，具有一定的区域对比性。 （2）根据火成岩环境反映出的构造背景，确定准东地区下统为挤压应力作用下形成的岛弧背景，盆地原型为岛弧相关的盆地；上统为局部伸展应力状态下形成的裂谷背景，盆地原型为裂谷盆地。 （3）准东地区石炭系上、下统不同构造背景下火成岩岩性系列和岩石组合有较大差异，对应发育火山机构各有特点。一
13、方面可以指导我们对复杂火山-沉积建造背景下不同构造单元露头区和盆地内钻遇的火成岩地层进行正确归位。另一方面，根据上、下统岩石组合的差异，可以初步判断上、下统可能存在的火山机构勘探类型，下统以多锥、叠锥层火山机构为主，上统主要以盾状、层状火山机构为主。 （4）在对大地构造背景分析基础上可以帮助恢复复杂火山-沉积建造下岩相古地理格局，有助于我们在勘探程度较低、研究资料较少的情况下推测沉降与沉积中心，明确烃源岩发育的背景，预测烃源岩的分布范围。 参考文献： 1 任纪舜，牛宝贵，刘志刚.软碰撞、叠覆造山和多旋回缝合作J.地学前缘， 1999，6（3）：8593. 2 蔡忠贤，陈发景，贾振远.准噶尔盆地
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