東天山博格達(dá)地區(qū)石炭系構(gòu)造-地層劃分及成盆背景分析

樊 丹,李 滌,何登發(fā),侯爍欽,孫天鴿,楊 浩,甄 宇

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083;2.海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

0 引 言

中亞造山帶(CAOB)是全球規(guī)模最大的顯生宙增生造山帶，是在古亞洲洋俯沖、消減、閉合過(guò)程中由大量增生雜巖、巖漿弧、弧相關(guān)盆地、蛇綠巖、海山以及大陸碎片等構(gòu)成的復(fù)雜拼貼體[1]。天山造山帶位于中亞造山帶南部，記錄了古亞洲洋演化與最終消亡歷史，被認(rèn)為是認(rèn)識(shí)中亞造山帶結(jié)構(gòu)演化、理解增生造山作用方式和過(guò)程的最佳選區(qū)[2-5]。石炭紀(jì)是天山地區(qū)構(gòu)造古地理格局演變的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折期，該時(shí)期古亞洲洋及分支洋盆相繼閉合，以島弧-盆地系統(tǒng)的發(fā)育拼合以及廣泛沉積地層與巖漿活動(dòng)為特征[6-9]。盡管目前在天山地區(qū)石炭紀(jì)構(gòu)造演化特征及構(gòu)造古地理格局研究方面取得了顯著進(jìn)展，但有關(guān)東天山石炭紀(jì)弧-盆系統(tǒng)演化尚未達(dá)成共識(shí)，尤其對(duì)于博格達(dá)山石炭紀(jì)構(gòu)造屬性及其演化階段始終存在爭(zhēng)議[10-11]。一些學(xué)者基于鈣堿性中-基性巖漿巖的存在提出博格達(dá)山為石炭紀(jì)島弧，是卡拉麥里洋或北天山洋向吐哈地體之下俯沖的結(jié)果[9, 12-15]；另一些學(xué)者則強(qiáng)調(diào)博格達(dá)山發(fā)育石炭紀(jì)雙峰式火山巖，從而認(rèn)為其為板片俯沖或地幔柱相關(guān)裂谷盆地[16-17]。此外，目前有關(guān)博格達(dá)石炭紀(jì)裂谷盆地演化歷程尚不明確，形成了持續(xù)[18]、幕式[19]活動(dòng)或多階段[20-22]演化等差異認(rèn)識(shí)。上述分歧導(dǎo)致了對(duì)天山地區(qū)石炭紀(jì)構(gòu)造古地理格局和增生造山過(guò)程的不同理解，同時(shí)也影響了博格達(dá)山相鄰盆地深層油氣地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)。

博格達(dá)山石炭系受到后期構(gòu)造活動(dòng)的多次改造，其原始地層及相關(guān)構(gòu)造遭受了不同程度的破壞或肢解，形成了現(xiàn)今復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，僅立足于露頭區(qū)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造研究較為困難；相比之下，博格達(dá)山相鄰兩側(cè)的準(zhǔn)噶爾盆地和吐哈盆地石炭系地質(zhì)記錄則保存相對(duì)完好。以往對(duì)于博格達(dá)山石炭紀(jì)構(gòu)造研究主要借助于露頭區(qū)巖漿巖分析，始終缺乏相鄰盆地地質(zhì)約束以及盆-山相結(jié)合的整體性認(rèn)識(shí)。近年來(lái)，隨著野外地質(zhì)調(diào)查和深層油氣勘探工作的深入開(kāi)展，相繼在博格達(dá)地區(qū)建立了石炭系露頭和鉆井地層序列[23-25]，并在準(zhǔn)噶爾盆地和吐哈盆地完成了多條高精度地震剖面的采集，為整體認(rèn)識(shí)博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)構(gòu)造-沉積格局的演替提供了重要基礎(chǔ)。本文綜合利用露頭和最新鉆井、地震資料及相關(guān)年代學(xué)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在建立博格達(dá)山及兩側(cè)盆地年代地層序列的基礎(chǔ)上，通過(guò)開(kāi)展盆地地質(zhì)結(jié)構(gòu)刻畫(huà)、盆-山尺度地層格架對(duì)比來(lái)厘定石炭系主要不整合面，并結(jié)合巖漿時(shí)空分布特征，劃分構(gòu)造-地層層序，從而揭示博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)盆地演化階段；結(jié)合不同時(shí)期構(gòu)造沉降特征和巖漿巖成因來(lái)探討博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)成盆背景，為進(jìn)一步明確博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)構(gòu)造屬性及演化階段提供新的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

天山造山帶位于中亞造山帶南緣，夾持于塔里木克拉通和準(zhǔn)噶爾地體之間。沿烏魯木齊—庫(kù)爾勒公路(烏庫(kù)公路)可將其劃分為西天山和東天山兩個(gè)部分。東天山主體由吐哈地體構(gòu)成，其南、北分別以北天山和卡拉麥里縫合帶為界與中天山地體和野馬泉地體相接。吐哈地體通常被認(rèn)為是具有前寒武紀(jì)古老基底的陸塊[26]，可能與準(zhǔn)噶爾地體共同作為哈薩克斯坦板塊的一部分，但也有學(xué)者認(rèn)為吐哈地體主要由新生地殼構(gòu)成[9]。該地體之上大部分地區(qū)被吐哈盆地所覆蓋，其盆地周緣廣泛分布石炭紀(jì)地層及巖漿巖。沿北天山和卡拉麥里縫合帶均有石炭紀(jì)蛇綠混雜巖發(fā)育，其形成時(shí)代分別為344～325 Ma[27-28]和351～330 Ma[29-30]，表明吐哈地體南北兩側(cè)洋盆至少在早石炭世仍然存在。最新研究結(jié)果表明卡拉麥里洋和北天山洋可能分別閉合于石炭紀(jì)中期(330～320 Ma)[31]和晚石炭世晚期(310～302 Ma)[31]。

圖1 中亞造山帶構(gòu)造綱要圖[8,23](a)和東天山地區(qū)主要構(gòu)造單元[8](b)(巖漿巖年齡數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)[8]及其統(tǒng)計(jì)結(jié)果)Fig.1 Tectonic outline of the Central Asian Orogenic Belt[8,23] (a) and major tectonic units in the East Tianshan area[8](b)(age data of the magmatic rocks from ref.[8])

博格達(dá)山位于東天山北部，夾持于準(zhǔn)噶爾盆地和吐哈盆地之間，大致以恰勒坎地區(qū)為界分為東、西兩段。博格達(dá)山南北兩側(cè)的盆-山過(guò)渡位置均表現(xiàn)為向盆地方向的逆沖推覆構(gòu)造[32-33]，該山脈主體出露石炭系海相火山-沉積巖系，自下而上包括下石炭統(tǒng)七角井組(C1q)、上石炭統(tǒng)柳樹(shù)溝組(C2l)、祁家溝組(C2qj)和奧爾吐組(C2ao)。下石炭統(tǒng)七角井組為一套淺海-濱海相火山-碎屑巖建造，上石炭統(tǒng)柳樹(shù)溝組是由玄武巖、流紋巖、凝灰質(zhì)砂巖夾灰?guī)r組成的一套淺海-濱海相火山-碎屑巖建造[34-35]。博格達(dá)山石炭系經(jīng)歷強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，總體表現(xiàn)為沖斷褶皺特征，其上被二疊系地層不整合覆蓋[8,15]。此外，博格達(dá)山石炭紀(jì)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，除地層中大量火山巖外[6,33,36]，還發(fā)育一些中基性巖脈和花崗巖侵入體[21,24]。這些巖漿巖主要以鈣堿性為主，目前已在博格達(dá)山東段七角井和大石頭地區(qū)識(shí)別出342～340 Ma[21]、319 Ma[37]、306 Ma[36]等多期石炭紀(jì)雙峰式火山巖。

2 博格達(dá)山及兩側(cè)盆地石炭系地層特征

2.1 博格達(dá)山石炭系地層序列

圖2 博格達(dá)山石炭系年代-地層層序Fig.2 Carboniferous geochrono-stratigraphic sequence of the Bogda Mountain

目前針對(duì)博格達(dá)山石炭系七角井組、柳樹(shù)溝組、祁家溝組和奧爾吐組露頭地層開(kāi)展了大量野外地質(zhì)調(diào)查、剖面實(shí)測(cè)與定年工作[24-34]，為建立博格達(dá)山石炭系地層序列提供了重要基礎(chǔ)。下石炭統(tǒng)七角井組主要分布在博格達(dá)山東段七角井地區(qū)，該組總體分為上、下兩段。下段為玄武巖、流紋巖夾少量砂巖、凝灰質(zhì)砂巖的火山巖建造，上段則為厚層砂巖、砂泥巖互層產(chǎn)出的碎屑巖建造。七角井組為一套淺海-濱海相火山-碎屑巖沉積，具典型“下粗上細(xì)”巖石序列結(jié)構(gòu)特征(圖2)。根據(jù)該組底部玄武巖和頂部安山巖鋯石U-Pb年齡結(jié)果，可將七角井組形成時(shí)代約束為347～326 Ma[6,38]。上石炭統(tǒng)柳樹(shù)溝組與七角井組呈不整合接觸[34]，它在整個(gè)博格達(dá)山分布廣泛，其下段為一套淺海相中-酸性火山巖、火山碎屑巖，上段主要為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等碎屑巖沉積，該組形成時(shí)代大致可限定在319～310 Ma[23,37]。此外，柳樹(shù)溝組碎屑巖與火山巖的發(fā)育程度在博格達(dá)山東、西兩段有所差異，東段以碎屑巖為主，而西段火山熔巖及火山角礫巖則更為發(fā)育。上覆祁家溝組整合或不整合覆蓋在柳樹(shù)溝組之上(圖2(a))，并與其上的奧爾吐組整合接觸(圖2(b))。祁家溝組和奧爾吐組在博格達(dá)山分布較為廣泛，主要沿山脈南北兩側(cè)展布。祁家溝組底部發(fā)育淺海相碳酸鹽巖，向上為濱淺海相砂礫巖、泥質(zhì)粉砂巖夾少量玄武巖和流紋巖，頂部為大套碳酸鹽巖。王銀喜等獲得流紋巖Rb-Sr同位素年齡為(306.7±2.3) Ma[36]。奧爾吐組主要為一套細(xì)粒沉積巖夾薄層灰?guī)r及少量中酸性火山巖，局部地區(qū)發(fā)育巨厚層粉砂質(zhì)泥巖，所測(cè)得的英安巖和流紋巖形成時(shí)代介于305～301 Ma[23,39]。

2.2 準(zhǔn)噶爾盆地和吐哈盆地石炭系地層序列

博格達(dá)山兩側(cè)分別與準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起和吐哈盆地吐魯番坳陷相鄰。準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起石炭系地層與其北部卡拉麥里山相一致。前人已在卡拉麥里山建立下石炭統(tǒng)滴水泉組(360～351 Ma)、松喀爾蘇組(350～330 Ma)、雙井子組(330～320 Ma)和上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組(320～300 Ma)年代地層序列[40]。然而，目前盆地鉆井僅鉆遇下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組、雙井子組和上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組和石錢灘組(圖3)。下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組在準(zhǔn)噶爾盆地家5、阜26、桐3等多口鉆井均有鉆遇，揭示該組巖性主要為安山巖、玄武巖、火山角礫巖夾凝灰?guī)r，最新測(cè)得桐3井安山巖U-Pb年齡為(331.0±4.0) Ma[40]和家5井2 616.3 m安山巖U-Pb年齡為(337.8±3.8) Ma[50]。家1井揭示雙井子組具有凝灰質(zhì)砂巖與凝灰質(zhì)泥巖互層的特征，而阜24、阜26和城1鉆遇的雙井子組主要為粉砂巖、泥巖及少量安山巖。何登發(fā)等測(cè)得城1井雙井子組底部安山巖鋯石U-Pb年齡為(325.9±4.6) Ma(另文發(fā)表)。上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組在東部隆起古城1、城1、吉3301等大量石炭系鉆井普遍鉆遇，主要為一套安山巖、玄武巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖夾少量泥巖和煤層，其中測(cè)得的凝灰?guī)r年齡介于316.9～307.7 Ma之間(另文發(fā)表)。城1井和古參1井揭示上石炭統(tǒng)石錢灘組為一套砂巖與泥巖互層夾少量流紋巖的火山-沉積序列，其中流紋巖年齡為(300.7±3.0) Ma(另文發(fā)表)。綜合來(lái)看，準(zhǔn)噶爾盆地下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組(338～331 Ma)、雙井子組(330～323 Ma)、上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組(317～307 Ma)、石錢灘組(306～300 Ma)等各組的形成時(shí)代與卡拉麥里地區(qū)相一致[8]。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地石炭系年代-地層層序(圖中火山巖年齡另文發(fā)表)Fig.3 Carboniferous stratigraphic sequence for the Junggar Basin

圖4 吐哈盆地石炭系年代-地層層序(圖中火山巖年齡另文發(fā)表)Fig.4 Carboniferous stratigraphic sequence for the Tuha Basin

前人已在吐哈盆地南緣覺(jué)羅塔格山建立了下石炭統(tǒng)小熱泉子組(348～331 Ma)、雅滿蘇組(330～323 Ma)和上石炭統(tǒng)白魚(yú)山組(323～320 Ma)、底坎爾組(319～306 Ma)、蘇穆克組(305～300 Ma)年代地層序列[35,41]。相比之下，吐哈盆地目前鉆遇的石炭系地層主要為下石炭統(tǒng)雅滿蘇組和上石炭統(tǒng)底坎兒組、蘇穆克組(圖4)。下石炭統(tǒng)雅滿蘇組僅在科1井鉆遇，巖性以凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r為主，測(cè)得其2 314 m凝灰?guī)rU-Pb年齡為(325.8±2.8) Ma(另文發(fā)表)。艾1井底坎爾組下段為凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫巖夾泥巖，上段巖性主要為灰?guī)r與炭質(zhì)泥巖互層。魯南1井揭示底坎爾組下段為凝灰質(zhì)砂巖夾玄武巖，中段為厚層碳酸鹽巖，上段為凝灰質(zhì)砂巖與凝灰質(zhì)泥巖互層。孫天鴿測(cè)得艾參1井4 154.18 m凝灰質(zhì)泥巖U-Pb年齡為(316.5±3.0) Ma[51]。艾1井蘇穆克組下段為厚層凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖，上段巖性以凝灰質(zhì)泥巖、凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)砂巖為主。魯南1井揭示蘇穆克組為一套凝灰質(zhì)砂巖與凝灰質(zhì)泥巖互層。測(cè)得艾1井和魯南1井凝灰?guī)rU-Pb年齡分別為(309.2±2.7) Ma(另文發(fā)表)和(303.9±3.8) Ma[51]。這些新的年代學(xué)結(jié)果顯示吐哈盆地石炭系與其南緣覺(jué)羅塔格山具有較好的對(duì)比關(guān)系。

3 博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)巖漿巖時(shí)-空分布特征

博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)巖漿巖遍布博格達(dá)山及其兩側(cè)的準(zhǔn)噶爾盆地和吐哈盆地，主要以火山噴出巖的形式產(chǎn)出，并伴隨發(fā)育基性巖脈和少量花崗巖類侵入體(圖1(b))。博格達(dá)山火山巖包括玄武巖、流紋巖和安山巖，主要分布在博格達(dá)山東部大石頭、七角井等地區(qū)的石炭系七角井組和柳樹(shù)溝組，巖漿活動(dòng)的年齡統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示其大致可分為347～326 Ma[6,36,42-43]和319～306 Ma[13,23,37,44-45]兩個(gè)時(shí)期。相比之下，侵入巖大多分布在博格達(dá)山西部三個(gè)山地區(qū)及中部大河沿地區(qū)。從目前定年結(jié)果來(lái)看，輝綠巖和輝長(zhǎng)巖巖脈主要形成于333～322 Ma和314～305 Ma[7,46-47]。博格達(dá)山兩側(cè)的準(zhǔn)噶爾盆地和吐哈盆地的石炭系火山巖主要包括安山巖、玄武巖及少量流紋巖(圖5和圖6)。準(zhǔn)噶爾盆地火山巖發(fā)育在松喀爾蘇組和巴塔瑪依內(nèi)山組，以古城1、城1、阜26和阜24最具代表，它們的形成時(shí)代主要為338～331 Ma和317～307 Ma。吐哈盆地火山巖目前主要在艾1、魯南1和魯南2井的底坎爾組有所鉆遇，時(shí)代為319～304 Ma。

總體來(lái)看，博格達(dá)山及兩側(cè)盆地巖漿活動(dòng)期次具有相似的特征，整體劃分為早、晚石炭世兩期(圖7)。早石炭世巖漿活動(dòng)在博格達(dá)山東段及相鄰盆地有相似的形成時(shí)代，分別介于347～326 Ma和338～331 Ma之間。晚石炭世巖漿活動(dòng)在整個(gè)博格達(dá)地區(qū)具有廣泛分布、持續(xù)發(fā)育的特點(diǎn)，博格達(dá)山主要集中在319～305 Ma，而準(zhǔn)噶爾盆地和吐哈盆地晚石炭世巖漿活動(dòng)峰期分別為315～310 Ma和310～308 Ma。

4 博格達(dá)地區(qū)石炭系不整合發(fā)育特征

野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示博格達(dá)山石炭系發(fā)育柳樹(shù)溝組與七角井組(C2l/C1q)、祁家溝組與柳樹(shù)溝組(C2qj/C2l)、二疊系與奧爾吐組(P/C2ao)等多個(gè)不整合。柳樹(shù)溝組與七角井組之間和二疊系與奧爾吐組之間不整合均為角度不整合，而祁家溝組與柳樹(shù)溝組之間不整合在博格達(dá)山東段主要表現(xiàn)為平行不整合特征，向西逐漸過(guò)渡為整合接觸。

為了明確博格達(dá)地區(qū)石炭系不整合的發(fā)育與分布特征，本文進(jìn)一步利用盆地鉆井和地震資料開(kāi)展了博格達(dá)山兩側(cè)盆地石炭系地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析。通過(guò)以城1井和科1井地震合成記錄和井震層位標(biāo)定為基礎(chǔ)的地震剖面解釋，識(shí)別刻畫(huà)了準(zhǔn)噶爾盆地和吐哈盆地石炭系相關(guān)不整合面及斷裂構(gòu)造樣式。準(zhǔn)噶爾盆地過(guò)城1井地震剖面(A-A′)顯示：下石炭統(tǒng)底部與下伏地層之間存在明顯的不整合界面(圖5(b))，其上、下地層產(chǎn)狀不一致，下伏地層頂部呈削截反射特征，并被松喀爾蘇組以角度不整合覆蓋。類似的角度不整合在下石炭統(tǒng)雙井子組與上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組之間以及石炭系頂部均可識(shí)別。值得注意的是，松喀爾蘇組地層明顯被斷層所切割，斷面附近有地層加厚的特征，反映該組沉積期伸展斷陷特征。同時(shí)，斷陷內(nèi)地層具有沿?cái)嗝嫦菩钡奶攸c(diǎn)(圖5(b))，表明在晚石炭世沉積前經(jīng)歷了構(gòu)造反轉(zhuǎn)。相似的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征在吐哈盆地中也有所體現(xiàn)。過(guò)科1井地震剖面(B-B′)顯示：下石炭統(tǒng)雅滿蘇組與下伏地層、上石炭統(tǒng)與下石炭統(tǒng)雅滿蘇組均呈明顯的削截不整合接觸關(guān)系(圖6(b))。另外，在盆地內(nèi)部下石炭統(tǒng)雅滿蘇組和盆地邊緣上石炭統(tǒng)內(nèi)同樣可識(shí)別出早、晚石炭世斷陷及其后期掀斜特征。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地城1井石炭系地層序列(a)及過(guò)城1井地震-地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面特征(b) Fig.5 Carboniferous stratigraphic sequence of the Well Cheng1 in the Junggar Basin(a) and Well Cheng1-related seismic geological structure profile(b)AnC.前石炭系；C1sj.下石炭統(tǒng)雙井子組；C2b.上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組；C2sh.上石炭統(tǒng)石錢灘組；P.二疊系；J.侏羅系； N.第三系

5 討 論

5.1 博格達(dá)地區(qū)石炭系構(gòu)造-地層及成盆演化階段

如前文所述，博格達(dá)山露頭石炭系以下石炭統(tǒng)七角井組火山巖序列、上石炭統(tǒng)柳樹(shù)溝組火山巖序列、祁家溝組和奧爾吐組沉積巖序列為特征。其中，下石炭統(tǒng)七角井組火山巖序列與準(zhǔn)噶爾盆地下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組和雙井子組在巖石組成和時(shí)代上均具有較好的一致性。對(duì)于上石炭統(tǒng)來(lái)說(shuō)，博格達(dá)山與相鄰兩側(cè)盆地也大致吻合，包括下部火山巖為主序列(即柳樹(shù)溝組與巴塔瑪依內(nèi)山組/底坎兒組)和上部的沉積巖為主序列(即祁家溝組和奧爾吐組與石錢灘組和蘇穆克組)。博格達(dá)山七角井組和柳樹(shù)溝組時(shí)限分別為347～326 Ma和319～310 Ma，二者存在明顯的時(shí)間間隔(約7 Ma)，這與博格達(dá)山露頭區(qū)所觀察到的七角井組和柳樹(shù)溝組之間存在角度不整合相一致。本次研究進(jìn)一步揭示該不整合在博格達(dá)山兩側(cè)盆地均有記錄，具體體現(xiàn)在準(zhǔn)噶爾盆地上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組和下石炭統(tǒng)雙井子組以及吐哈盆地上石炭統(tǒng)與下石炭統(tǒng)雅滿蘇組之間的削截不整合。盡管博格達(dá)山局部地區(qū)上石炭統(tǒng)柳樹(shù)溝組和祁家溝組存在平行不整合關(guān)系，但年代地層格架顯示這兩個(gè)組的形成時(shí)代接近，分別為319～310 Ma和310～306 Ma，幾乎不存在時(shí)間跨度。同時(shí)，兩側(cè)盆地中二者相當(dāng)?shù)貙又g(如準(zhǔn)噶爾盆地石錢灘組與巴塔瑪依內(nèi)山組、吐哈盆地蘇慕克組與底坎兒組)未見(jiàn)明顯的構(gòu)造不整合關(guān)系。此外，博格達(dá)山及兩側(cè)盆地普遍發(fā)育二疊系與上石炭統(tǒng)角度不整合[24,48](圖5、圖6)，更重要的是兩側(cè)盆地內(nèi)部石炭系底部均存在發(fā)育角度不整合界面(圖5、圖6)。綜上所述，從博格達(dá)山及兩側(cè)盆地石炭系相關(guān)不整合的區(qū)域?qū)Ρ冉Y(jié)果來(lái)看，博格達(dá)地區(qū)發(fā)育下石炭統(tǒng)底部(C1/AnC)、上石炭統(tǒng)與下石炭統(tǒng)之間(C2/C1)、上石炭統(tǒng)底部(P/C2)3個(gè)主要不整合面，由此可將博格達(dá)地區(qū)石炭系劃分為上、下石炭統(tǒng)兩個(gè)構(gòu)造層。這一劃分結(jié)果也得到了巖漿活動(dòng)和構(gòu)造沉降曲線特征的支持。博格達(dá)地區(qū)巖漿活動(dòng)包括早、晚石炭世兩個(gè)峰期(圖7)，構(gòu)造沉降曲線顯示出早石炭世(347～330 Ma)和晚石炭世(319～306 Ma)兩次快速沉降(圖8)。因此，博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)盆地經(jīng)歷了早、晚石炭世兩個(gè)成盆階段。

圖6 吐哈盆地科1井石炭系地層序列(a)及過(guò)科1井地震-地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面特征(b)Fig. 6 Carboniferous stratigraphic sequence of the Well Ke1 in the Tuha Basin(a) and Well Ke1-related seismic geological structure profile(b)AnC.前石炭系；C1y.下石炭統(tǒng)雅滿蘇組；C2.上石炭統(tǒng)；T2-3.中-上三疊統(tǒng)；J1.下侏羅統(tǒng)；J1b.下侏羅統(tǒng)八道灣組；J1x.下侏羅統(tǒng)西山窯組

圖7 博格達(dá)地區(qū)盆-山石炭系年代-地層格架Fig.7 Basin-orogen-scaled Carboniferous geochronolo-stratigraphic framework in the Bogda area

圖8 不同成因類型盆地構(gòu)造沉降曲線特征[49](a)和博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)盆地構(gòu)造沉降曲線特征(b) Fig.8 Characteristics of tectonic subsidence in the different mechanisms basins[49] (a) and characteristics of Carboniferoustectonic subsidence in the Bogda area(b)

5.2 博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)成盆背景

圖9 博格達(dá)山石炭紀(jì)巖漿巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.9 Tectonic discrimination diagrams for the Carboniferous magmatic rocks(a)Zr/Y-Zr圖解；(b)Th/Yb-Nb/Yb圖解；石炭紀(jì)巖漿巖年齡數(shù)據(jù)及微量元素來(lái)自文獻(xiàn)[8]及其統(tǒng)計(jì)結(jié)果；MORB.洋中脊玄武巖；N-MORB.正常型洋中脊玄武巖；E-MORB.富集型洋中脊玄武巖

盡管前人針對(duì)博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)構(gòu)造演化開(kāi)展了大量火山巖成因研究，但對(duì)于博格達(dá)山石炭紀(jì)構(gòu)造屬性始終存在島弧[9,12-15]和裂谷[16-17]的爭(zhēng)論。如前文所述，博格達(dá)地區(qū)石炭系以火山-沉積序列為特征，總體可劃分為上、下石炭統(tǒng)兩個(gè)構(gòu)造-地層單元。每個(gè)單元均具有“下部火山巖層、上部沉積巖層”的層序特征，從物質(zhì)組成上與以火山建造為主的島弧有所差異，更反映為盆地建造特征。博格達(dá)山兩側(cè)盆地地震-地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面顯示博格達(dá)地區(qū)發(fā)育早、晚石炭世斷陷構(gòu)造(圖5、圖6)，指示該時(shí)期構(gòu)造體制以伸展作用為主。此外，上、下石炭統(tǒng)構(gòu)造層均表現(xiàn)為下部火山-碎屑沉積建造和上部碎屑巖-碳酸鹽巖沉積建造特征，并且每個(gè)構(gòu)造層充填序列泥質(zhì)巖石比例向上增大，反映水體逐漸加深的沉積環(huán)境演變特點(diǎn)，與伸展斷陷盆地充填演化特征一致。另外，博格達(dá)地區(qū)早、晚石炭世構(gòu)造沉降曲線均呈上凹型(圖8)，并且具有從火山巖層到沉積巖層構(gòu)造沉降速率增大的特征，表明每個(gè)構(gòu)造層可能經(jīng)歷了從斷陷到坳陷的演化。這樣的構(gòu)造沉降特征與典型裂谷盆地相似，支持石炭紀(jì)博格達(dá)為裂谷的觀點(diǎn)。另外，從目前博格達(dá)山已報(bào)道的石炭紀(jì)中-基性巖漿巖主微量元素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來(lái)看：早、晚石炭世樣品均具有相對(duì)高的Zr含量(45.37×10-6～446×10-6)和Zr/Y比值(1.63～9.25)，在Zr/Y-Zr圖解中大多落入板內(nèi)玄武巖區(qū)域，少量落入島弧和MORB區(qū)域(圖9(a))；同時(shí)這些中-基性巖樣品具有相對(duì)高的Th/Yb(0.09～1.96)和Nb/Yb(0.45～6.10)比值，在Th/Yb-Nb/Yb圖解上全部落入島弧區(qū)域，并總體展現(xiàn)向板內(nèi)富集的趨勢(shì)(圖9(b))。這些結(jié)果顯示博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)中-基性巖兼具裂谷和島弧巖漿巖的特征，表明博格達(dá)石炭紀(jì)裂谷可能形成于俯沖構(gòu)造背景。進(jìn)一步結(jié)合其鈣堿性系列特征以及雙峰式火山巖組合的存在，綜合認(rèn)為石炭紀(jì)博格達(dá)為弧后裂陷盆地，并經(jīng)歷了早、晚石炭世兩階段裂陷作用。

目前大多認(rèn)為博格達(dá)石炭紀(jì)裂陷作用可能與卡拉麥里洋或北天山洋俯沖相關(guān)。然而，深反射剖面顯示卡拉麥里洋石炭紀(jì)消減表現(xiàn)為北傾的單向俯沖模式，不具備形成博格達(dá)裂陷的條件。相反，北天山洋在該時(shí)期處于向吐哈地體之下俯沖的狀態(tài)，并且吐哈地體南緣島弧巖漿巖的時(shí)-空遷移特征指示北天山洋俯沖板片在早、晚石炭世(～350 Ma和～320 Ma)發(fā)生了兩次板片回撤[8]，這在時(shí)間上與博格達(dá)兩階段裂陷相吻合，表明北天山洋板片回撤控制了博格達(dá)地區(qū)伸展構(gòu)造作用以及弧后裂陷盆地的形成。另外，考慮到最新研究結(jié)果將卡拉麥里洋和北天山洋的閉合時(shí)限分別限定于早石炭世末[31]和晚石炭世晚期[8]，筆者認(rèn)為吐哈地體與野馬泉地體和中天山地體的相繼碰撞所導(dǎo)致的區(qū)域擠壓可能是博格達(dá)石炭系兩階段裂陷晚期反轉(zhuǎn)的主控因素。綜上所述，博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)經(jīng)歷了兩個(gè)伸展-聚斂旋回演化階段，北天山洋板片俯沖后撤引起了博格達(dá)早、晚石炭世弧后裂陷盆地的發(fā)育，吐哈地體周緣洋盆閉合與地體碰撞事件造成了兩階段裂陷盆地的擠壓反轉(zhuǎn)。

6 結(jié) 論

(1)博格達(dá)地區(qū)石炭系存在下石炭統(tǒng)與下伏地層(C1/AnC)、上石炭統(tǒng)和下石炭統(tǒng)之間(C2/C1)和二疊系和上石炭統(tǒng)之間(P/C2)3個(gè)區(qū)域不整合界面，可劃分為下石炭統(tǒng)和上石炭統(tǒng)兩個(gè)構(gòu)造層。

(2)博格達(dá)地區(qū)石炭系為火山-沉積序列、構(gòu)造沉降曲線與典型裂谷盆地類似并經(jīng)歷早、晚石炭世兩次快速沉降和地震-地質(zhì)結(jié)構(gòu)識(shí)別出的早、晚石炭世斷陷構(gòu)造及其后期掀斜特征，指示博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)為裂谷，經(jīng)歷早石炭世和晚石炭世兩階段伸展裂陷作用，并在周緣塊體拼貼碰撞作用下均遭受了晚期擠壓反轉(zhuǎn)。

(3)博格達(dá)早、晚石炭世中-基性巖漿巖具有高Zr含量，高Zr/Y、Th/Yb和Nb/Yb比值特征，反映巖漿巖與俯沖伸展作用相關(guān)，表明博格達(dá)石炭紀(jì)裂谷是弧后伸展作用的結(jié)果，與北天山洋俯沖板片后撤相關(guān)。

致謝：中國(guó)石油新疆油田分公司和吐哈油田分公司為本文提供了寶貴的鉆井和地震資料，在成文過(guò)程中得到了兩位匿名審稿專家以及李傳新副教授、黃涵宇副教授、李一凡副教授的建設(shè)性指導(dǎo)意見(jiàn)，在此一并表示感謝。