東疆地區(qū)石炭紀—二疊紀構造古地理與原型盆地演化*

甄 宇 陳 旋 焦立新 李新寧 周志超 劉文輝殷樹錚 李 滌 茍紅光 李成明 何登發(fā)

1 中國地質大學 （北京）能源學院，北京 100083

2 中國石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆哈密 839009

東疆地區(qū)位于中亞增生造山帶南部，地處西伯利亞增生體系和哈薩克斯坦微陸塊拼合部位，見證了哈薩克斯坦－準噶爾地塊與北部的西伯利亞增生體系和南部的塔里木板塊邊緣的碰撞拼合歷史（W indleyetal.，2007；Xiaoetal.，2009；Lietal.，2016）。石炭紀—二疊紀是東疆地區(qū)洋－陸轉換的關鍵構造轉折期，期間發(fā)生過多次洋殼閉合和陸陸碰撞活動，形成大量巖漿巖和碎屑沉積物 （田健等，2015；李瑋等，2016）。東疆地區(qū)北部扎河壩－阿爾曼太蛇綠巖帶、中部克拉美麗山－莫欽烏拉山蛇綠巖帶、南部東天山覺羅塔格構造帶以及橫亙于吐哈地塊和準噶爾地塊之間博格達－哈爾里克構造帶（圖1－a），為研究古亞洲洋石炭紀—二疊紀的演化過程提供了重要窗口。盡管許多研究通過巖石地球化學分析試圖揭示東疆地區(qū)洋盆 （克拉美麗洋和北天山洋）閉合的俯沖碰撞過程 （Xiaoetal.， 2004； Zhangetal.， 2013； Wangetal.，2022a），但相關碰撞時間、俯沖方式以及從碰撞期到碰撞后階段的轉換過程仍然存在爭議。而正是由于東疆地區(qū)洋盆性質、溝－?。韪_事件和陸陸碰撞的多期性和復雜性 （吳曉智等，2008；Xiaoetal.，2009；王國燦等，2019），造成了對東疆地區(qū)原型盆地各構造單元構造格架和沉積充填特征的認識存在較多的分歧。相比之下，沉積盆地分析已被證明是約束大陸碰撞時間和確定地球動力學轉變的更有效方法 （Kempetal.，2009；胡修棉等，2021）。隨著東疆地區(qū)重點盆地 （準噶爾盆地、吐哈盆地、三塘湖盆地）石炭系—二疊系油氣藏逐漸被發(fā)現(xiàn)，盆地內高精度地震資料和鉆井資料為解析東疆地區(qū)盆山構造格局演化、巖相古地理及原型盆地提供了可靠依據(jù) （Lietal.，2020）。同時，原型盆地解析可為探究東疆地區(qū)主要沉積盆地石炭系—二疊系成藏條件、源－儲組合分布奠定基礎，對助力東疆地區(qū)石炭系—二疊系勘探選區(qū)、部署以及油氣資源取得突破具有重要意義。

圖1 東疆地區(qū)大地構造位置及區(qū)域地質簡圖Fig.1 Sketch map showing tectonic location and regional geology of eastern Xinjiang

1 地質背景

東疆地區(qū)整體位于中亞造山帶中南部，夾持于西伯利亞克拉通和華北、塔里木克拉通之間（圖1－a），其構造－沉積格局演變受到中亞造山帶演化約束，形成了現(xiàn)今復雜的陸內盆山地貌 （李錦軼，2004）。根據(jù)北西、北西西走向的克拉美麗洋和北天山洋，將東疆地區(qū)古生代構造格局劃分為杜拉特地塊、野馬泉地塊、準噶爾－吐哈地塊以及中天山地塊（圖1－b），其中準噶爾－吐哈地塊內部發(fā)育博格達－哈爾里克裂谷帶 （高俊等，2022）?，F(xiàn)今東疆地區(qū)主要沉積盆地包括準東盆地、吐魯番—哈密盆地和三塘湖盆地等，夾持于克拉美麗山—莫欽烏拉山、博格達山—哈爾里克山以及覺羅塔格山之間（圖1－c）。

東疆地區(qū)古生代以來的構造演化記錄了古亞洲洋長期復雜的俯沖－增生歷史 （Xuetal.，2021），以及中、新生代多期次碰撞造山歷史。寒武紀—早奧陶世，準噶爾－吐哈地塊夾持于阿爾曼太洋和北天山洋之間，由于阿爾曼太洋盆在中、晚奧陶世的俯沖閉合，準噶爾－吐哈地塊與阿爾泰地塊發(fā)生碰撞拼合 （馬星華等，2015；李江濤等，2017）。志留紀，北天山洋的南向俯沖導致中天山地塊與塔里木板塊分離，形成南天山洋，北部的準噶爾－吐哈地塊與阿爾泰地塊碰撞拼合形成野馬泉地塊 （趙浩等，2018）。泥盆紀，該區(qū)域遭受到板塊拉張作用，克拉美麗有限洋盆形成。晚泥盆世，克拉美麗洋持續(xù)向北俯沖，野馬泉島弧與準噶爾地塊發(fā)生碰撞，海水逐漸向東退去，在碰撞帶前形成陸表海沉積，同一時期克拉美麗洋形成（Zhangetal.，2009，2021）。

晚泥盆世—早石炭世之交，克拉美麗洋俯沖消減逐漸閉合，準噶爾－吐哈地塊東北緣也因此自西向東分別于早石炭世—晚石炭世中期進入后碰撞伸展階段 （Yuanetal.，2010；Wangetal.，2015）。受強烈的后造山和弧后的雙重伸展作用影響，區(qū)域上形成一系列石炭紀的裂陷構造帶，博格達裂谷也隨之形成 （顧連興等，2001；Zhangetal.，2017）。

早二疊世初期，準噶爾－吐哈地塊南側的南天山洋和康古爾有限洋盆關閉，區(qū)域上廣泛發(fā)育純剪擠壓型韌性變形，這一事件標志著東天山的古洋盆關閉，開始進入陸內演化階段 （孫桂華等，2006；查雁鴻等，2020；Nietal.，2021）。早二疊世晚期，整個區(qū)域上廣泛發(fā)生后碰撞伸展的雙峰式巖漿活動（陳希節(jié)和舒良樹，2010）；中晚二疊世—早中三疊世，東疆地區(qū)以陸內擠壓縮短變形為主 （Zhangetal.，2019）。整體而言，二疊紀東疆地區(qū)盆地進入具相對統(tǒng)一早期前陸盆地的發(fā)育期，并于晚二疊世早期進入演化的高峰期。

自三疊紀開始，東疆地區(qū)進入擠壓后的松弛環(huán)境，各個盆地進入具有相對獨立的坳陷沉積盆地發(fā)育時期。侏羅系是在晚三疊世區(qū)域削高填低、剝蝕夷平準平原化的氣候濕潤背景下發(fā)育的一套泛湖盆環(huán)境下的含煤沉積 （Jietal.，2019）。自中、晚侏羅世開始，東疆地區(qū)盆緣褶皺山系普遍趨于活躍，如博格達山、克拉美麗山等都開始造山活動 （Heetal.，2022）。燕山運動晚期，區(qū)域擠壓造山作用和周緣山系褶皺與逆沖活動逐漸趨強 （Chenetal.，2020）。喜馬拉雅運動期東疆地區(qū)周緣造山帶呈間歇性增強的特征，造山帶前緣發(fā)育強烈的逆沖造山活動，形成了現(xiàn)今的盆山地貌格局 （Gillespieetal.，2017）。

2 研究方法：活動論構造古地理

造山帶的原型盆地恢復是大陸動力學研究的重要研究方向 （孫樞，2005；吳曉智等，2008；王成善等，2010；何登發(fā)等，2015；Jiangetal.，2015；竇立榮和溫志新，2021）。活動論構造古地理思想是在地球系統(tǒng)科學的活動論、演化論、階段論與轉換論下觀念的自然延伸，以整體、動態(tài)、綜合分析的方法厘定古地理單元的邊界、屬性、組成、結構和演化 （何登發(fā)等，2015，2020）。以活動論構造古地理思想為指導動態(tài)地開展原型盆地分析，在板塊尺度的古地理重建工作中，特別是針對大陸造山帶的原型盆地復原研究方面具有重要意義。何登發(fā)等 （2020）基于長期的研究實踐，總結了盆地和造山帶活動論構造古地理研究的5個基本步驟，為盆地和造山帶構造古地理的研究指明了方向。5個基本步驟為：（1）定界、定塊——確定構造古地理單元的邊界；（2）定時、定性——確定構造古地理單元的屬性；（3）定貌、定相——確定構造古地理單元的組成；（4）定位、定向——確定構造古地理單元的結構；（5）定帶、定型——確定構造古地理單元的演變。總體而言，借助活動論構造古地理思想開展原型盆地分析，就是以鉆井、地震、地質露頭資料為基礎，應用沉積充填、構造演化等方法恢復盆地及造山帶原始沉積面貌，探究盆山形成機制及后期構造改造過程。

文中的研究是基于鉆井約束下的高精度地震反射剖面解析現(xiàn)今東疆地區(qū)主要造山帶及盆地結構（覺羅塔格山—吐魯番盆地—博格達山—準東盆地—克拉美麗山、覺羅塔格山—哈密盆地—哈爾里克山—巴里坤盆地—莫欽烏拉山—三塘湖盆地），對石炭系—第四系構造層逐個進行平衡剖面復原，從而揭示每個演化時期的盆地及造山帶構造－沉積面貌。同時，在盆地鉆井火山巖和沉積巖的地球化學和同位素分析的基礎上，厘定各構造地層單元的構造－沉積環(huán)境，從而了解盆地各時期的構造－沉積演變特點。最終，從沉積充填、構造演化復原、周緣構造環(huán)境等多個角度綜合地、動態(tài)地開展原型盆地恢復。

3 東疆地區(qū)石炭紀—二疊紀地層系統(tǒng)

石炭紀—二疊紀是東疆地區(qū)洋－陸轉換的關鍵構造轉折期，由于構造－沉積環(huán)境的橫向變化，石炭系—二疊系的巖石特征分區(qū)性明顯，因此同一時代不同地層如何對比，成為東疆石炭系和二疊系研究的主要難點之一 （吳曉智等，2008）。文中以露頭和鉆井資料為基礎，應用巖石地層學、生物地層學、地震地層學和同位素年代學方法，通過盆－山地層對比，建立可對比的東疆地區(qū)石炭紀—二疊紀地層系統(tǒng)（表1）。

表1 東疆地區(qū)石炭系—二疊系地層劃分對比 （據(jù)樊丹等，2022；有修改）Table 1 Stratigraphic correlation of the Carboniferous-Perm ian in eastern Xinjiang（modified from Fan et al.，2022）

3.1 石炭紀地層系統(tǒng)

前人將東疆地區(qū)石炭系地層區(qū)劃分為覺羅塔格區(qū) （吐哈盆地南部區(qū)）、博格達－哈爾里克區(qū) （吐哈盆地北部小區(qū)和巴里坤盆地地層小區(qū)）、三塘湖－莫欽烏拉區(qū)和克拉美麗－準東區(qū)共4個分區(qū)。本次地層對比調研了前人大量的同位素測年數(shù)據(jù)和野外露頭資料，結合盆地內鉆井巖心和古生物資料以及地震地層解譯結果，進行盆內與盆緣的地層對比，建立了東疆地區(qū)石炭紀地層系統(tǒng)（表1）。

3.1.1 下石炭統(tǒng)

東疆地區(qū)南部的覺羅塔格地區(qū)下石炭統(tǒng)主要由海相火山巖及火山碎屑巖組成，夾碎屑巖沉積。小熱泉子組 （C1x）巖性主要為淺海相的安山巖、玄武巖及火山碎屑巖，夾少量巖屑砂巖、凝灰質砂巖；之上的雅滿蘇組 （C1y）巖性為淺海相的中酸性、基性熔巖及火山碎屑巖、陸源碎屑和碳酸鹽巖（趙宏剛等，2018）。吐哈盆地內部臺南凹陷鉆遇的雅滿蘇組 （C1y）主要為一套碎屑巖－碳酸鹽巖沉積（圖2）。

圖2 吐哈盆地—博格達山—準東盆地—克拉美麗山南北向A-A'剖面年代地層格架（測線位置見圖1-c）Fig.2 Chronologic stratigraphic framework on the NS-trending cross-section A-A'of the Turpan-Hami Basin，Bogda Mountain，Eastern Junggar Basin and Kelameili Mountain（profile location shown in Fig.1-c）

博格達山—哈爾里克山地區(qū)下石炭統(tǒng)七角井組（C1q）巖石組合為一套碎屑沉積巖、火山碎屑巖和火山巖，下段以發(fā)育枕狀玄武巖、雙峰式火山巖為特征，根據(jù)同位素測年結果限定其年齡為347～326Ma（Chenetal.，2013；汪曉偉等，2015；張妍等，2015），上段則為淺海相的厚層砂巖、砂泥巖互層產出的碎屑巖。

相比之下，克拉美麗山—準東盆地北部下石炭統(tǒng)滴水泉組 （C1d）巖性以黃綠色細砂巖、粉砂巖夾中粗粒砂巖夾層及砂質透鏡體，其上的松喀爾蘇組 （C1s）以細粒火山碎屑巖為主，同位素測年結果約束其年齡為347～331Ma（張磊，2020）。下石炭統(tǒng)上部發(fā)育雙井子組，巖性為一套碎屑沉積巖，主要由黃褐綠色、紅褐色礫巖夾鈣質砂巖、泥巖、碳質頁巖及生物灰?guī)r組成（圖2）。

在東疆地區(qū)東北部的三塘湖盆地—莫欽烏拉山地區(qū)，下石炭統(tǒng)下部發(fā)育東古魯巴斯套組 （C1d），其中底部為富含腕足類、珊瑚、腹足類、頭足類及少量三葉蟲化石和植物碎片的灰綠色、深灰色粉砂質泥巖。之上的姜巴斯套組 （C1j）主要為一套海相碎屑巖，其介殼灰?guī)r中含有大長身貝動物群化石（圖3）。

圖3 吐哈盆地—哈爾里克山—巴里坤盆地—莫欽烏拉山—三塘湖盆地南北向B-B'剖面年代地層格架（測線位置見圖1-c）Fig.3 Chronologic stratigraphic framework on NS-trending cross-section B-B'of the Turpan-Hami Basin，Harlik Mountain，Barkol，Basin Moqinwula Mountain and Santnghu Basin（profile location shown in Fig.1-c）

3.1.2 上石炭統(tǒng)

覺羅塔格地區(qū)上石炭統(tǒng)土古土布拉克組（C2tgt）主要為一套淺海相火山沉積巖序列?？倒艩査駱嬙鞄鲜拷y(tǒng)下部發(fā)育白魚山組 （C2b），總體為一套海水逐漸變淺的海退期潮間帶—潮上帶沉積，巖性自下而上由凝灰質砂巖、泥灰?guī)r過渡為以砂巖、砂礫巖為主的碎屑巖。之上的底坎爾組（C2d）主要為半深海相—淺海相的火山巖與火山碎屑巖組合，下段為凝灰?guī)r夾黑色泥巖或生物碎屑灰?guī)r，上部發(fā)育厚層凝灰質砂巖與泥灰?guī)r互層。吐哈盆地南緣蘇穆克組 （C2s）巖性總體為淺海相的砂質泥巖夾凝灰質砂巖及凝灰?guī)r（圖2；圖3）。

在博格達—哈爾里克地區(qū)，上石炭統(tǒng)巖性主要為海相火山碎屑巖、火山巖及陸緣碎屑巖。其中博格達構造帶上石炭統(tǒng)自下而上發(fā)育柳樹溝組（C2l）、祁家溝組 （C2q）和奧爾吐組 （C2ao）。柳樹溝組 （C2l）與下伏七角井組呈不整合接觸，其下段發(fā)育淺海相中酸性火山巖和火山碎屑巖，上段主要為淺海相泥巖、砂巖等碎屑巖。祁家溝組（C2q）底部發(fā)育淺海相碳酸鹽巖，向上為濱淺海相砂礫巖，頂部為碳酸鹽巖 （靳軍等，2023）。奧爾吐組 （C2ao）在博格達山分布較廣，巖性為淺海相細粒沉積巖夾薄層灰?guī)r。王銀喜等 （2007）測得祁家溝組流紋巖年齡為306.7Ma，其他學者也約束了奧爾吐組的年齡為305～301Ma（Zhangetal.，2017；Wangetal.，2020a）。

在克拉美麗山—準東盆地，巴塔瑪依內山組（C2b）主要為一套火山巖和火山碎屑巖夾多層碎屑沉積巖，克拉美麗山西部的白堿溝出露的火山巖年齡為317～306Ma（Xiaoetal.，2004；李瑋等，2016），結合盆地鉆井資料將其年齡限定在299.8～317Ma（Suetal.，2012）。頂部石錢灘組 （C2sh）為一套海相的細粒沉積巖夾碳酸鹽巖。

在三塘湖盆地—莫欽烏拉山地區(qū)，上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內山組 （C2b）下部主要發(fā)育凝灰?guī)r，夾少量安山巖、玄武巖和砂巖，上部主要為爆發(fā)相—溢流相的火山角礫巖和安山巖組合。之上的哈爾加烏組 （C2h）主要為火山碎屑巖，目前的同位素測年資料限定下部年齡為319.6Ma（陳石等，2009）。頂部的卡拉崗組 （C2k）主要為酸性火山巖、凝灰?guī)r、凝灰熔巖，陸源碎屑沉積占比較小，具有陸相河流—火山噴發(fā)相沉積特征。

綜合以上東疆地區(qū)石炭系的巖性發(fā)育特征及同位素測年結果，厘定東疆地區(qū)下石炭統(tǒng)主要發(fā)育海相火山巖及火山碎屑巖，間或有正常碎屑巖沉積（以砂、礫巖等粗粒沉積為主）。上石炭統(tǒng)除了準東盆地巴山組 （C2b）僅發(fā)育陸相火山巖之外，其他區(qū)域主體以海相或陸相火山巖、火山碎屑巖及海相碎屑巖沉積為主要特征。需要強調的是，東疆地區(qū)各個盆地內的地層與周緣地層不但命名上存在差異，使用同一名稱的地層其內涵也不盡相同。東疆地區(qū)石炭紀不同地層分區(qū)的對比結果及地層接觸關系如表1所示。

3.2 二疊紀地層系統(tǒng)

東疆地區(qū)的二疊系在全國地層分區(qū)中隸屬于北疆－興安地層大區(qū)，包含了多個地層小區(qū)。文中主要基于4個地層小區(qū)討論二疊系地層對比問題：（1）東準噶爾地層小區(qū) （包含準東和準南）；（2）博格達－吐哈北部地層小區(qū)；（3）覺羅塔格地層小區(qū)；（4）三塘湖地層小區(qū)。

3.2.1 下二疊統(tǒng)

準東盆地北部下二疊統(tǒng)金溝組在石錢灘凹陷和石樹溝凹陷發(fā)育，在石錢灘凹陷以灰褐色、褐色泥巖與砂巖互層為主，向梧桐窩子凹陷碎屑巖粒度有變粗的趨勢，整體上以陸相的河湖相沉積為主。在準東南地區(qū)，下二疊統(tǒng)發(fā)育下芨芨槽群，包含石人子溝組 （P1s）和塔什庫拉組 （P1t），為海陸過渡相碎屑沉積。吐哈盆地南部下二疊統(tǒng)艾丁湖組（P1ai）主要為海陸交互相的碎屑巖、火山碎屑巖沉積；吐哈盆地北部依爾希土組 （P1y）主要以陸相火山巖、火山碎屑巖和碎屑巖沉積為主（圖2）。從北向南，準噶爾—吐哈盆地沉積環(huán)境依次為陸相→海陸過渡相→陸相。

3.2.2 中二疊統(tǒng)

中二疊世，吐哈盆地和準噶爾南緣均沉積了一套正常碎屑巖，兩者沉積旋回特征相似，其中吐哈盆地發(fā)育了大河沿組 （砂礫巖）、塔爾朗組 （泥巖）正旋回，準噶爾南緣發(fā)育了上芨芨槽群一個完整旋回（圖2）。三塘湖盆地的中二疊統(tǒng)條湖組和部分蘆草溝組發(fā)育火山巖，與準東盆地和吐哈盆地有差異。中二疊世，這3個盆地均發(fā)育吐魯番鱈魚化石，但吐哈盆地塔爾朗組沉積時期盆地結構具有強烈的分區(qū)性。從探井資料看，三塘湖盆地內地層厚度較露頭區(qū)小，也具分區(qū)性，其中蘆草溝組巖性包括深褐色泥頁巖和白色灰?guī)r，夾少量的砂巖和砂礫巖，總體屬于湖泊沉積（Jiaoetal.，2020）；條湖組巖性主要為厚層中基性火山巖，夾泥巖和砂泥巖等，屬河流相—湖泊相沉積（汪雙雙等，2015）。

3.2.3 上二疊統(tǒng)

下倉房溝群在吐哈盆地與準噶爾南緣一致，可對比性強，而三塘湖盆地大部分地區(qū)缺失。吐哈盆地、博格達地區(qū)及準南地區(qū)上二疊統(tǒng)均為河湖相沉積 （Jiangetal.，2015），縱向上顯示出下粗上細的沉積特征。吐哈盆地上二疊統(tǒng)上部均發(fā)育強氧化環(huán)境下的泥質沉積，泥巖以紫紅色及褐色沉積為主。準東地區(qū)梧桐溝組上部則主要表現(xiàn)為弱氧化到還原環(huán)境下的泥質沉積。

4 東疆地區(qū)構造演化

石炭紀是東疆地區(qū)洋盆俯沖閉合的關鍵轉折時期，該時期東疆地區(qū)的構造演化主要受控于哈薩克斯坦－準噶爾地塊南、北兩側洋盆 （克拉美麗洋和北天山洋）的俯沖增生造山作用，形成2個邊界構造帶 （克拉美麗縫合帶和北天山縫合帶）和1個內部裂谷構造帶 （博格達構造帶）（樊丹等，2022）。早石炭世早、中期東疆地區(qū)處于伸展環(huán)境，該時期吐哈盆地、準東盆地、巴里坤盆地、三塘湖盆地普遍發(fā)育伸展斷陷構造 （圖4），形成一系列多米諾式地塹－地壘結構。晚石炭世，準噶爾地塊和野馬泉地塊發(fā)生碰撞拼合，克拉美麗南側部分正斷層性質發(fā)生反轉，形成相對較高的地貌接受剝蝕。而此時北天山洋仍在向北俯沖，由于發(fā)生板片后撤而引起博格達—吐哈地區(qū)持續(xù)伸展，因此在準噶爾－吐哈地塊呈現(xiàn)出 “南拉張、北擠壓”的構造格局。

圖4 覺羅塔格山—吐魯番盆地—博格達山—準東盆地—克拉美麗山石炭紀以來構造演化 （A－A'剖面位置見圖1－c）Fig.4 Tectonic evolution of Juelotage Mountain－Turpan Basin－Bogda Mountain－Zhundong Basin－Kelameili Mountain since the Carboniferous（cross-section A－A’location shown in Fig.1－c）

二疊紀，東疆地區(qū)的構造作用以陸內裂陷及坳陷為主，形成準東、吐哈與三塘湖三大沉積中心，并呈現(xiàn)出由裂陷向坳陷轉換的特點。早二疊世東疆地區(qū)進入后碰撞伸展環(huán)境，吐哈盆地、準噶爾盆地東部以及三塘湖盆地在石炭紀先存斷陷的基礎上廣泛發(fā)育繼承性斷層（圖4；圖5）。早二疊世末期—中二疊世，東疆地區(qū)普遍發(fā)育1期構造擠壓事件，導致在博格達山 （Lietal.，2022）、克拉美麗山—莫欽烏拉山地區(qū)構造隆升 （Huetal.，2020），現(xiàn)今準東盆地、三塘湖盆地下二疊統(tǒng)地層大部分受構造擠壓而被剝蝕，而吐哈盆地、巴里坤盆地南側構造反轉程度較弱，保存了相對完整的斷陷結構（圖5）。中二疊世伊始，東疆地區(qū)普遍進入陸內坳陷階段，發(fā)育深湖—濱淺湖相碎屑巖建造，指示區(qū)域構造環(huán)境相對穩(wěn)定（圖4），然而該時期在三塘湖盆地卻展現(xiàn)為伸展背景的拉張盆地（圖5）。中二疊世末期—晚二疊世，東疆地區(qū)造山帶初始隆升，同時盆內先存斷裂再次活化，導致中、上二疊統(tǒng)地層遭受不同程度的剝蝕，如吐哈盆地中、上二疊統(tǒng)均發(fā)育一定規(guī)模的削截不整合（圖2；圖3）。博格達山北側的準東盆地中、上二疊統(tǒng)保存相對完整，但亦可在局部凸起單元識別出同沉積不整合現(xiàn)象（圖4）。三塘湖盆地南、北兩側沖斷帶斷層劇烈活動導致盆地內呈現(xiàn)為隆起地貌，因此目前該盆地內部和盆緣區(qū)域普遍缺失上二疊統(tǒng)。

圖5 哈密盆地—哈爾里克山—巴里坤盆地—莫欽烏拉山—三塘湖盆地石炭紀以來構造演化 （B－B’剖面位置見圖1－c）Fig.5 Tectonic evolution of Hami Basin－Harlik mountain－Barkol Basin－Moqinwula Mountain－Santanghu Basin since the Carboniferous（cross-section B－B’location shown in Fig.1－c）

三疊紀早期，東疆地區(qū)進入準平原化階段，下三疊統(tǒng)沉積普遍較穩(wěn)定。中、晚三疊世，東疆地區(qū)造山帶發(fā)生不同程度的隆升。吐哈盆地南緣造山帶基底斷層活化，盆緣區(qū)域隆升作用強烈（圖4）。博格達山地區(qū)遭受擠壓開始隆升造山 （Zhaoetal.，2020），博格達山北緣滑脫沖斷構造在先存斷裂的激活下形成，改造了準東盆地南緣邊界，準東—吐哈盆地真正意義上“分開”。而該時期克拉美麗山、哈爾里克山、莫欽烏拉山構造隆升幅度較弱，對沉積盆地的構造改造作用不明顯（圖5）。

早、中侏羅世東疆地區(qū)構造處于弱拉張或者穩(wěn)定沉降期，廣泛發(fā)育泛湖盆環(huán)境下的含煤沉積（Yangetal.，2015）。自中—晚侏羅世開始，東疆地區(qū)盆緣造山帶開始造山活動，其中克拉美麗山和博格達山—哈爾里克山構造響應最為強烈，基底卷入和分層滑脫等構造初具規(guī)模。而覺羅塔格山、莫欽烏拉山構造隆升程度較弱，盆地構造縮短量較小，盆地結構變化不明顯。燕山運動晚期，白堊紀—古近紀延續(xù)了中、晚侏羅世的區(qū)域擠壓造山作用，該時期構造隆升最強烈的應屬博格達山和莫欽烏拉山，而覺羅塔格山和哈爾里克山構造變形規(guī)模相對有限。喜馬拉雅運動期，東疆地區(qū)周緣造山帶構造活動規(guī)模交替變化，盆地結構普遍表現(xiàn)為楔形的非對稱前陸盆地特征。

綜上所述，東疆地區(qū)的構造演化經歷了石炭紀—二疊紀多個伸展－聚斂旋回構造及中、新生代以來的多期擠壓、沖斷疊加過程。石炭紀—二疊紀構造演化主要經歷了早石炭世伸展、早石炭世末期—晚石炭世早期弱伸展、晚石炭世末期擠壓、早二疊世早期伸展、早二疊世末期擠壓5期伸展－聚斂旋回，中新生代構造改造過程經歷了晚二疊世、晚三疊世、晚侏羅世、晚白堊世—古近紀、晚新生代5期擠壓旋回。構造演化復原結果顯示：吐哈盆地—博格達山—準東盆地—克拉美麗山構造縮短量為97.95 km，總縮短率21.5%，其中吐魯番盆地南側邊界遷移了 69.91 km，準東盆地北部縮短量28.04 km，縮短量比值接近3∶1。哈密盆地—哈爾里克山—巴里坤盆地—莫欽烏拉山—三塘湖盆地石炭紀以來構造縮短量為101.23 km，總縮短率21.42%，其中哈密盆地南側盆地邊界遷移了46.45 km，三塘湖盆地北部縮短量54.78 km，縮短量比值接近1∶1。

5 討論：東疆地區(qū)石炭紀—二疊紀構造古地理與原型盆地演化

東疆地區(qū)石炭系—二疊系不同構造單元的對比結果顯示其在巖性組合、分布和厚度等方面具有很大差異，客觀上為東疆地區(qū)石炭系—二疊系的地層統(tǒng)層工作帶來了較大困難。文中基于地震剖面的平衡復原，揭示了石炭紀和二疊紀東疆地區(qū)分別經歷2幕伸展—坳陷—聚斂旋回（圖4；圖5），差異性的動力學背景導致該地區(qū)隆—凹格局差異較大，進而影響了區(qū)域沉積充填組合（圖2；圖3）。前人對東疆地區(qū)石炭紀—二疊紀動力學背景的研究，主要分歧在于克拉美麗洋和北天山洋俯沖作用的方向是單向或是雙向以及洋盆關閉的時限 （李錦軼，2004；Lietal.，2020）方面。此外，博格達—哈爾里克構造帶的石炭紀性質長期以來就存在島弧或裂谷之爭 （顧連興等，2001；Laurent-Charvetetal.，2003），其從開啟到關閉的演化與北天山洋俯沖－增生過程之間的聯(lián)系也存在不同觀點 （Lietal.，2021）。

5.1 石炭紀

5.1.1 早石炭世早—中期

由于區(qū)域上受到北天山洋和克拉美麗洋巖石圈回撤作用，早石炭世早、中期東疆地區(qū)整體處于伸展斷陷環(huán)境 （王國燦等，2022）。吐哈地區(qū)南部主要以海相沉積為主，火山巖較為發(fā)育，巖性、巖相變化劇烈。大南湖島弧北部的吐哈盆地該時期屬于弧后裂陷盆地，受拉張伸展作用控制，水體相對較深（圖6）。該時期海水逐漸由覺羅塔格地區(qū)向北東方向的博格達山東段及哈爾里克山退去，橫向上西段海水較東段淺。該時期，準東地塊成為博格達裂谷主要物源區(qū)，向博格達裂谷提供物源。博格達裂谷的七角井組巖性主要為玄武巖與流紋巖互層，夾砂巖、凝灰質砂巖、粉砂巖和灰?guī)r，總體為淺海環(huán)境。準東盆地—克拉美麗地區(qū)由于早石炭世北側克拉美麗洋向北俯沖 （Lietal.，2020；張磊，2020），北側伸展較南邊更強，沉積中心主要位于大井坳陷附近（圖6）。準東盆地局部地區(qū)處于濱淺海環(huán)境，靠近克拉美麗洋盆水體逐漸變深，以淺海相為主，局部半深海相，構成裂谷型邊緣盆地 （王啟宇等，2014）。野馬泉島弧南部延伸至三塘湖盆地西南緣，因此三塘湖地區(qū)在早石炭世早、中期屬于弧后伸展環(huán)境。

5.1.2 早石炭世晚期

由于北天山洋和克拉美麗洋巖石圈板片回撤作用減弱 （王國燦等，2019），早石炭世晚期整個東疆地區(qū)由伸展進入弱擠壓構造環(huán)境。東疆地區(qū)海侵作用持續(xù)，導致水體不斷加深，自南向北發(fā)育吐哈拗陷盆地、大井拗陷盆地和三塘湖拗陷盆地（圖7）。

圖7 東疆地區(qū)早石炭世晚期構造古地理 （據(jù)李滌，2016；有修改）Fig.7 Tectonopalaeogeography of the late Early Carboniferous（Serpukhovian）in eastern Xinjiang（modified from Li，2016）

早石炭世晚期，吐哈坳陷盆地分布在康古爾塔格斷裂帶大南湖島弧帶北側，呈東西向展布。準東地區(qū)該時期形成大井坳陷盆地，主要分布在克拉美麗山前地區(qū)及準東盆地大井坳陷地區(qū)。博格達地區(qū)由伸展進入弱擠壓的構造轉換，博格達裂谷進一步向南西方向擴張，海水自東向西退去。在克拉美麗雙井子露頭區(qū)下部以黃褐色、紅褐色礫巖夾鈣質砂巖、泥巖、碳質頁巖薄層，上部為砂泥巖與生物碎屑灰?guī)r交互出現(xiàn)，沉積物顆粒變細，底棲生物增加，反映在濱淺海環(huán)境下水體不斷加深。該時期克拉美麗洋東段向東關閉，整體海水逐漸向南褪去，三塘湖拗陷盆地南部以克拉美麗—莫欽烏拉斷裂為界，北部以濱淺?！獪\海相沉積為主，南部水體相對較深，以淺?！肷詈Ｏ酁橹鳎▓D7）。

5.1.3 晚石炭世早—中期

早石炭世末期，克拉美麗洋關閉，準噶爾北部的阿爾泰地區(qū)與克拉美麗斷裂以北的部分地塊拼合在一起，多以陸相沉積為主。進入晚石炭世早、中期，北天山洋俯沖板片回撤 （Wangetal.，2022b），致使該時期區(qū)域上再一次沉積火山－碎屑巖序列，屬于多島海的構造沉積環(huán)境。同時期由于克拉美麗洋盆的閉合，在克拉美麗山前形成大井拗陷盆地（張磊，2020），三塘湖地區(qū)形成三塘湖斷陷盆地。而北天山洋板片回撤，形成博格達裂陷盆地和吐哈弧后盆地（圖8）。

圖8 東疆地區(qū)晚石炭世早—中期構造古地理 （據(jù)李滌，2016；有修改）Fig.8 Tectonopalaeogeography of the early－middle Late Carboniferous（Bashkirian-Moscovian）in eastern Xinjiang（modified from Li，2016）

晚石炭世早期吐哈盆地是呈東西向展布的一個碟狀弧后盆地，底坎爾組發(fā)育海相火山碎屑巖及泥質含量較多的碎屑巖，反映其當時處于半深海沉積環(huán)境。博格達裂陷盆地分布于準東盆地和吐哈盆地之間，以東博格達山—七角井地區(qū)為主，為東西方向的一個裂陷型盆地（圖8）。該時期博格達山水體向東向北逐漸褪去，整體以淺海相的碎屑巖沉積為主，局部分布火山巖及火山碎屑巖組合。

準東地區(qū)大井坳陷盆地位于克拉美麗山前地區(qū)，是一個呈近東西向的橄欖狀殘余拗陷盆地（圖8）。由于東疆北部地區(qū)處于地塊拼貼的碰撞拉張環(huán)境，已形成的初始斷陷沉降作用加強，早石炭末期形成的拗陷盆地繼續(xù)沉降，形成后碰撞拉張環(huán)境下的大井拗陷盆地。該時期發(fā)育上石炭統(tǒng)巴山組陸相火山巖，中段局部出現(xiàn)泥巖夾層，指示該時期準東地區(qū)尚殘余有海水，并未完全轉換為陸相，因此整體為淺海相—濱淺海相。三塘湖斷陷盆地上石炭統(tǒng)巴山組及哈爾加烏組發(fā)育一套火山巖沉積序列，整體為濱淺海相—海陸過渡相。

5.1.4 晚石炭世晚期

晚石炭世晚期，準噶爾盆地及鄰區(qū)洋盆基本消亡閉合，僅北天山洋南段持續(xù)俯沖消減 （王國燦等，2022），整體處于坳陷盆地發(fā)育階段。東疆北部地區(qū)已完成全部拼合，海水完全退去，進入陸內拗陷階段，以發(fā)育陸相沉積為主。北天山洋西段閉合，海水由東博格達進入，造成東疆南部地區(qū)和準東盆地南部的海水加深，濱海相環(huán)境向北可能一直延伸至白堿溝地區(qū)。這一時期博格達地區(qū)祁家溝組沉積一套厚層碳酸鹽巖，而恰勒坎地區(qū)奧爾吐組沉積了厚層粉砂質泥巖 （Wangetal.，2020b），表明該地區(qū)水體相對較深，為當時的沉積中心（圖9）。東疆地區(qū)南緣吐哈坳陷盆地蘇穆克組沉積一套細粒碎屑巖，在阿齊山一帶上石炭統(tǒng)頂部土古土布拉克組發(fā)育淺海—半深海相火山碎屑巖建造，在土屋—沙壟一帶主要為碳酸鹽巖和碎屑巖沉積，并含有腕足類、?等海相化石，表明該時期吐哈坳陷盆地整體處于淺海相沉積環(huán)境。三塘湖裂陷盆地發(fā)育的上石炭統(tǒng)卡拉崗組整體為一套火山巖沉積序列。三塘湖地區(qū)北部為古陸，南側的斷陷盆地南部發(fā)育厚層陸相火山巖，在紙房北、伊吾等地區(qū)底部為陸相火山巖，上部發(fā)育陸緣碎屑巖，指示該地當時為濱淺湖相沉積環(huán)境（圖9）。

圖9 東疆地區(qū)晚石炭世晚期巖相古地理 （據(jù)李滌，2016；有修改）Fig.9 Lithofacies palaeogeography of the late Late Carboniferous（Kasimovian-Gzhelian）in eastern Xinjiang（modified from Li，2016）

綜合以上4個時期 （早石炭世早—中期、早石炭世晚期、晚石炭世早中期、晚石炭世晚期）的原型盆地特征，東疆地區(qū)在石炭紀逐漸由多島海的構造格局轉變?yōu)橐匝笈鲎财促N的海陸交互相構造格局。由于早石炭世末期克拉美麗洋盆地自東向西剪刀式的洋盆閉合 （Lietal.，2020），導致東疆北部多島碰撞拼貼逐漸形成陸相沉積環(huán)境。東疆地區(qū)南部北天山洋持續(xù)俯沖，東疆地區(qū)南緣仍然處于多島海的構造沉積環(huán)境中，并在博格達山恰勒大石頭等地區(qū)形成多個沉積中心。晚石炭世晚期，北天山造山帶西段洋盆逐漸關閉，海水從博格達西南口灌入，發(fā)生海侵，海侵范圍延伸至準東盆地大井坳陷地區(qū)，此時，準東盆地及博格達地區(qū)為海相沉積環(huán)境，三塘湖地區(qū)已經進入陸內斷陷期，總體形成北陸南海的構造－沉積格局。因此，石炭紀原型盆地經歷了早石炭世早中期伸展裂陷、早石炭世晚期盆地持續(xù)沉降裂－坳反轉、晚石炭世早中期再一次伸展裂陷及晚石炭世晚期持續(xù)沉降，處于裂－坳－弱擠壓的轉換環(huán)境。

5.2 二疊紀

5.2.1 早二疊世

晚石炭世末期—早二疊世，北天山洋向北俯沖結束，海水退至博格達山以南，形成殘余海盆，并且廣泛發(fā)育濱淺海相沉積，而博格達山以北地區(qū)則為陸相沉積，由此形成了東疆地區(qū)南海北陸的古地理格局。伴隨著俯沖板片后撤，東疆地區(qū)進入后碰撞伸展環(huán)境（Qinetal.，2022），形成一系列新的斷裂，發(fā)育吐哈、準東2個斷陷盆地（圖10），并在博格達以南地區(qū)廣泛發(fā)育裂谷巖漿巖（Lietal.，2021）。

圖10 早二疊世 （約280Ma）東疆及鄰區(qū)古地理圖 （準噶爾盆地西部原型盆地據(jù)Tang et al.，2021；張元元等，2021；何海清等，2022；有修改）Fig.10 Palaeogeographic map of eastern Xinjiang and ad jacent areas during the Early Perm ian（about 280Ma）（prototype basin of western Junggar Basin modified from Tang et al.，2021；Zhang et al.，2021；He et al.，2022）

吐哈盆地巖相演化表現(xiàn)為濱海相的淺色巖漿巖與部分砂泥巖互層，向斷裂處逐漸演變?yōu)闇\海相的深色巖漿巖夾少許深色泥巖，平面上由濱海相沉積轉變?yōu)闇\海相沉積，反映了水體的深淺受斷裂作用的控制。準東盆地巖相演化表現(xiàn)為自斷裂處淺湖相沉積向斷裂邊緣逐漸變?yōu)楹恿鳌侵尴喑练e，揭示出斷裂活動控制了水體深度與巖相在平面上的變化。在博格達—哈爾里克區(qū)一帶，海相沉積僅發(fā)育于早二疊世早期，博格達西段的半深海海域是雅滿蘇—大南湖海槽的延展。早二疊世，三塘湖盆地北部至二臺地區(qū)為陸相的斷陷盆地，發(fā)育中酸性火山巖、凝灰?guī)r等火山巖相，區(qū)域內也發(fā)育河流—湖泊相的陸源碎屑沉積。

5.2.2 中二疊世

中二疊世東疆地區(qū)以發(fā)育弱伸展機制下的坳陷盆地為特征，形成了吐哈坳陷盆地、準東坳陷盆地和三塘湖斷陷盆地。中二疊世早期海水全部消退，伴隨著區(qū)域性的持續(xù)沉降，早二疊世形成的點狀孤立斷陷盆地逐步相連，規(guī)模進一步擴大并向坳陷盆地轉換，形成了多個統(tǒng)一的湖盆系統(tǒng)。博格達—哈爾里克地區(qū)被3個主要的坳陷盆地環(huán)繞，其內部也呈現(xiàn)為東西分割的湖盆。博格達西段半深湖相分布在烏魯木齊的南側柴窩堡一帶以及西北側的大黃山—大龍口一帶 （楊有星等，2022）。博格達東段在中二疊世早期為規(guī)模有限的弱裂陷－坳陷盆地，總體以半深湖相—淺湖相沉積為主。到了中二疊世晚期，隨著持續(xù)的拉張，盆地進一步沉降，但仍然在區(qū)域上廣泛發(fā)育坳陷盆地，準東盆地北部富蘊地區(qū)發(fā)育一個小型湖盆，準東盆地西部新源地區(qū)的湖盆向西擴張到昭蘇地區(qū)，準東地區(qū)中部、吐哈地區(qū)東側與西側統(tǒng)一的湖盆系統(tǒng)進一步擴張，形成了準噶爾盆地古城坳陷和吐哈盆地臺南坳陷。而三塘湖地區(qū)受其南部近東西向斷層活動的影響，發(fā)育構造－巖漿事件，并形成三塘湖斷陷盆地（圖11）。

圖11 中二疊世（約260Ma）東疆及鄰區(qū)古地理圖（準噶爾盆地西部原型盆地據(jù)Tang et al.，2021；任海姣等，2023；有修改）Fig.11 Palaeogeographic map of eastern Xinjiang and adjacent areas during the M iddle Permian（about 260 Ma）（prototype basin of western Junggar Basin modified from Tang et al.，2021；Ren et al.，2023）

相較于早二疊世形成的原型盆地，中二疊世早期的原型盆地形狀開始由帶狀逐漸轉變?yōu)榈鸂?，準東與吐哈的盆地范圍持續(xù)擴大，水體加深；三塘湖盆地的規(guī)模也進一步增大，湖盆與準東盆地相連；受控于局部的伸展作用，三塘湖盆地的腹部形成了北西向的斷陷盆地。

5.2.3 晚二疊世

晚二疊世，東疆地區(qū)的構造格局再次發(fā)生較大變化，中二疊世形成的一系列湖盆面積明顯縮小，水深變淺，廣泛發(fā)育帶狀陸相沉積。準東地區(qū)南北兩側褶皺帶 （博格達和克拉美麗）持續(xù)逆沖，向盆地供給物源，并在山前形成了一定規(guī)模的河流—三角洲沉積，中部則為坳陷湖盆。吐哈地區(qū)兩側出現(xiàn)與準東盆地非常類似的褶皺沖斷與山前的河流—三角洲沉積，中部為坳陷湖盆。三塘湖地區(qū)的湖盆則產生明顯消退，北側形成了較大規(guī)模的沖斷帶（圖12）。

圖12 晚二疊世 （約255Ma）東疆及鄰區(qū)古地理圖 （準噶爾盆地西部原型盆地據(jù)唐勇等，2022；有修改）Fig.12 Palaeogeographic map of eastern Xinjiang and adjacent areas during the Late Permian（about 255Ma）（prototype basin of western Junggar Basin modified from Tang et al.，2022）

在吐哈坳陷盆地，縱向上逐漸由底部的濱淺湖相砂巖、粉砂巖與泥巖交互的碎屑巖沉積逐漸演化為以深湖相泥巖為主、含少量砂巖夾層的碎屑巖沉積 （Liuetal.，2018）。以魯東地區(qū)與哈北地區(qū)為沉積中心，地層厚度明顯較大，而周圍的地層厚度相對較小，反映了吐哈地區(qū)的中西部與東部水體總體較深，周緣水體較淺。準東坳陷盆地縱向上逐漸由底部的淺湖相砂巖沉積逐漸演化為以深湖相泥巖為主的深湖相沉積，準東盆地東側與北側出現(xiàn)很多點狀的、水體較深的湖盆，南西側總體上水體變淺，因此該時期準東盆地總體為深湖—淺湖的沉積環(huán)境。

綜上所述，二疊紀東疆地區(qū)原型盆地演化可以概括為先伸展、后擠壓的構造－沉積環(huán)境。早二疊世以伸展斷陷為主要特征，形成了眾多陸內斷陷盆地。中二疊世伸展作用逐步減弱，盆地持續(xù)沉降并整合為統(tǒng)一的湖盆系統(tǒng)。晚二疊世構造體制轉換為擠壓作用，盆地邊緣形成大量沖斷系統(tǒng)，湖盆規(guī)模減小，河流相沉積較為發(fā)育。

6 結論

1）東疆地區(qū)石炭紀—二疊紀受北天山洋和克拉美麗洋巖石圈俯沖、拼合、碰撞過程影響，經歷了早石炭世伸展、早石炭世末期—晚石炭世早期弱伸展、晚石炭世末期擠壓、早二疊世早期伸展、早二疊世末期擠壓5期伸展聚斂旋回。

2）構造演化復原揭示了東疆地區(qū)晚二疊世、晚三疊世、晚侏羅世、晚白堊世—古近紀、晚新生代5期構造改造過程。復原結果顯示石炭紀吐哈盆地南部邊界距現(xiàn)今盆山邊界向南46～70 km，石炭紀準東盆地北部克拉美麗山距現(xiàn)今向北約30 km，三塘湖盆地北部造山帶石炭紀邊界距今約55 km。構造復原結果為恢復原型盆地邊界提供了定量化約束和參考。

3）東疆地區(qū)沉積環(huán)境經歷了從石炭紀海相到早二疊世海陸過渡相再到中晚二疊世陸相的發(fā)育歷程。石炭紀東疆地區(qū)發(fā)育海相的弧相關斷陷盆地、裂谷邊緣盆地、斷陷盆地，早二疊世發(fā)育北陸（相）南 （海）相斷陷相關的盆地，中二疊世以發(fā)育陸相坳陷盆地為主，晚二疊世普遍形成擠壓型坳陷盆地。

致謝本文在撰寫過程中，得到中國石油吐哈油田勘探開發(fā)研究院武超、徐雄飛、許忠林等專家的指導與啟示。衷心感謝兩位匿名審稿人提出的寶貴修改意見。研究過程中與樊丹、孫天鴿等的交流受益匪淺，在此謹致謝忱！