新疆独山子泥火山的构造特征分析

思积勇

(青海省第五地质勘查院，青海 西宁 810099)

0 前 言

泥火山是地下水及气体混合将泥浆喷出地面后堆积而成，喷出地表的形态多为锥状或盆状，泥火山口通常是凹陷的且有通向深部的管孔。泥火山与岩浆活动形成的火山不同，泥火山无岩浆通道并且在物质来源、矿物成分、温度、压力、喷发机制、喷出规模等方面与其存在本质区别。

新疆的泥火山主要分布在北天山中段的独山子、沙湾县南霍尔果斯和乌苏白杨沟、艾其沟等处。新疆泥火山集中分布在准噶尔南缘大断裂，是北天山与山前凹陷带之间的分界断裂，山前凹陷内又发育三排逆断裂—背斜带，发育许多不同类型的褶皱构造和沉积体系。前人对北天山地区泥火山的科学研究主要集中在地震前兆监测、微生物群落、油气、泥火山元素组成及含量等方面;例如，实时查看泥火山活动情况的监控画面，并依据泥火山群地震观测网，捕捉泥火山群地震前兆异常[1]。分析了我国新疆独山子泥火山群和乌苏泥火山群的古菌和细菌群落组成[2]。通过对准噶尔盆地西南缘山前带泥火山的系统观察与分析，并采集部分油气苗样品开展实验分析，进一步探讨区内油气成藏条件[3]。对乌苏泥火山8个喷口泥浆进行岩石地球化学分析[4]。将火山泥的元素含量与新疆地区不同土质的土壤元素含量进行比较，与干旱区不同省份的土壤元素含量进行比较，分析了火山泥元素组成及含量的成因[5]。

前人对新疆泥火山的研究区域仅限于乌苏白杨沟及艾其沟，独山子地区泥火山只研究泥火山与油气、微生物和地震的关系，没有对独山子泥火山活动现状进行详细调查，对泥火山相关密切的独山子背斜、断裂的关系认识不清。通过对独山子泥火山野外实地综合调查，研究泥火山的平剖面分布特征，用确切的理论证据说明泥火山与独山子背斜的特定关系，并结合独山子地区的区域地质环境，探究泥火山的活动机理。

1 区域地质环境概况

泥火山位于独山子区境内约1 km，海拔高程在950 m，喷出物覆盖面积约0.8 km2，最大厚度近百米，若以平均厚度20 m计，喷出物总体积达1 600×104m3。泥火山活动与独山子地区特殊背斜构造和断裂带存在密切联系。

独山子背斜位于天山北麓准噶尔盆地南缘西部山前三排背斜带的第3排，是一个复合型背斜，背斜浅层挤压强烈为高陡断背斜，深层则为一个宽缓断背斜。背斜轴向近东西，背斜长约16 km，宽约6 km，背斜南翼地层平缓(15(°)～25(°))，出露地层为下更系统西域组(Q1x)、上新统独山子组(N2d)和中新统塔西河组(N1t)；背斜核部出露中新统塔西河组(N1t)，岩性为紫红色砂泥岩，背斜形态宽缓、开阔；背斜北翼受下伏断层影响，地层较陡。背斜翼部中更新统(Q2)与下伏地层呈不整合接触[6]。北翼被近东西方向延伸的独山子逆断裂所切割，断裂南倾，倾角60(°)～70(°)。

独山子断裂为南倾逆断裂，从石炭纪基岩断至地表，纵切背斜北翼，西起四棵树凹陷，向东延伸至安集海背斜东部，全长约90 km。从早白垩世活动，喜马拉雅期最强烈。侏罗纪期间，该断裂为南倾生长正断裂，断裂南侧的沉积厚度显著较大。第四纪早更新世末期，由南向北的强烈挤压作用使该断裂复活而致侏罗系以上地层被冲断褶皱，从而形成独山子断裂和独山子背斜。

2 野外调查和研究方法

2.1 泥火山现状

通过野外实地调查，运用地质罗盘、测绳、GPS等工具，对其进行了地理位置定位、喷出物描述、规模大小、泥浆温度测量、直径及孔径测量等工作。编制独山子泥火山情况调查表(见表1)，准确地反映了当前独山子泥火山的喷发现状及活动特征。通过调查发现17个泥火山喷发口，火山口为圆形或椭圆形，只发现6个泥火山活动。依据情况调查表，选取最典型的4个泥火山的喷发点进行详细的描述与探究(见图1)。

图1 X2d-1和X2d-13号泥火山喷出口示意

表1 独山子泥火山情况调查

X2d-1泥火山喷发口位于13号喷口东南80 m处，直径4.1 m，青灰色稀泥浆停留在孔口附近，间歇溢出喷口，顺地表斜坡溢流，延伸达5～6 m，风干呈灰白色条带。水量补给低、流量小，泥浆温度为22℃；只有一个孔在冒气泡，周期为2 s，主要以冒气泡为主，水和泥较少，表层有油脂，有汽油味；泥质是粉砂质，已固结的为土黄色，泥裂凸出。高度3.4 m，方位140(°)；高度1.4 m，方位255(°)。喷出物未在地表形成锥体, 也未见岩石碎块。稀泥浆表面漂浮着少量油花，在阳光下形成彩色光环。该孔水气样品分析表明，水的矿化度为14.79/L，为Cl-Na 型；气体成分为CH47.5%，N211.9%，CO24.7%。

X2d-8泥火山已干涸，泥质青灰色，位于坡顶。形状为圆形，直径为10 m，孔径为5 m。方位185(°)，高度1.95 m。泥火山喷出物在火山口堆积，对周围地表沉积物有明显改造作用，泥火山口有植被生长，泥火山喷出物已干裂形成碎块。

X2d-13泥火山喷发口直径为3 m，孔径为0.2 m，高为2 m的圆形泥火山锥。泥浆青灰色，间歇式活动，发出剧烈响声，温度15℃，方位：110(°)(东南)，高度2.3 m，方位：290(°)(西北)，高度1.7 m，早期喷出物失水已固结成块状,胶结90%以上为土黄色粘土, 其中夹有灰绿色、棕红色等岩石碎块, 粒径一般为1～10 mm，最大可达40 mm。从锥体表面喷出物的颜色、固结程度以及成分可以明显看出，该喷口至少有过3 次以上的间歇喷发，由老到新喷发量不断减小，喷出物颜色逐渐变浅，砾石含量逐渐减少而且粒径也明显变小。泥火山间歇地向外喷出泥泡，汇集的泥浆沿西南侧的开口外溢。涌出的泥流在地表形成锥型丘，表面是干裂的泥浆块。

X2d-15泥火山的喷出泥浆为青灰色，以气体为主，周期较短，气体持续冒出，油气多，有刺鼻的石油味。存在明显的油气浸染现象，该喷口正前方为泥浆池，推断也为泥火山喷发口，泥火山口直径为50 cm，喷出物已堆积凸出地表，小泥火山喷出泥浆向泥火山盆方向泄流。

2.2 泥浆来源及粒度分析

泥浆是由松散的泥岩粘土物质及无胶结成岩的颗粒和地下水混合后形成的。泥岩层具有胶结疏松且易被地下水携带的特点，其为供应泥火山喷发泥浆的来源。从泥火山喷出物可推断含泥质粘土质的软泥来源深度，青灰色的软泥含塔西河组的物质较多，因此泥浆来源较深；土黄色的软泥含独山子组物质较多，因此泥浆来源较浅。推断深部泥浆来源于安集海河组(褐黄色泥浆)，浅部的泥浆来源于中新统塔西河组(灰色泥浆)、上新统独山子组(土黄色泥浆)。

独山子泥火山喷出物具有双层结构，上部为疏松的杂色粘土物质夹杂一些次生石膏碎片和坚硬的砾岩角砾；下部主要为泥火山角砾岩。泥火山角砾岩的直径大小不一，岩性为泥岩、泥灰岩、粉砂岩、砂岩、细砂岩、石膏岩和灰岩等。颜色多样，有灰色、灰绿色、褐黄色等。据岩性判断，泥火山角砾岩多来自新近系。在泥火山北坡坡脚，见中更新统乌苏群砾石层和上更新统风成黄土层覆盖在泥火山角砾岩之上，而黄土层之上未发现泥火山角砾岩。由此推断泥火山角砾岩喷出时间为中更新世晚期，泥火山表层的杂色粘土物质则为晚更新世以来所喷出。

采集X2d-1和X2d-13号泥火山喷出口处泥浆样品，由于泥浆样品粒度小，对于细小颗粒形成的悬浮液应用激光粒度分析仪进行粒度分析(见图2)。

图2 泥火山样品粒度分布

通过两个活动泥火山的样品对比发现，其中X2d-1号泥火山喷出物的固相粒度在0.2～200 μm之间，X2d-13号泥火山喷出物的固相粒度在0.3～900 μm之间。泥火山喷出物粒度级别都是细砂，所含矿物分选很差。得到结果见表2。

表2 粒度级别

注：其中中值(Mdφ) 是累计碎屑含量50%处对应的粒径；均值(Mz) 表示粒度分布的集中趋势；标准偏差(σφ) 用来判断粒度分布的对称程度；稍度(SK1)和峰度(KG) 用来衡量粒度频率曲线尖锐程度，也就是度量粒度分布的中部与两尾端的展形之比。

3 结 论

独山子泥火山形成基本条件是中新生代泥砂质地层、封闭的背斜构造中异常高的层间压力、构造顶端发育的张性断裂和背斜顶部的构造薄弱带。

正在活动的泥火山喷出的泥浆中，泥浆表层存在厚厚的深褐色原油，泥浆表层油花浮现，存在明显油气浸染现象，说明断层切割地层较深，褐黄色泥浆来源于中新统塔西河组。独山子只有一处正在活动且惟一形成锥状火山口，其他泥火山口多呈凹陷的泥火山盾或泥火山锥。泥火山堆积物与中更新统砾石层相互交替堆积，泥火山喷发时期应在早更新世末至中更新世初期。独山子泥火山沿着独山子背斜的近东西向长轴方向展布，发现的17个泥火山出露点集中分布于独山子背斜核部。

泥火山的形成机理是天然气在地下形成压力，为泥火山喷发提供的喷发动力。背斜顶部受张力作用，岩性脆弱，易受断层影响，易于形成裂缝，为泥火山喷出运移提供了通道。发现独山子地区有大量已干涸呈线状排列的死泥火山口，是受断裂影响所致。对于泥火山的外形，认为喷出泥浆粘稠度大，在泥火山间歇期可干裂成泥火山角砾，随着喷发过程，不受外界人为干扰，含砾碎屑流不坍塌可形成泥火山锥(X2d-13)。受人为因素影响或泥浆粘稠度小，可形成泥火山盆或泥火山盾(X2d-1、X2d-8)。

独山子泥火山顶的地形较为平缓，约略呈现出四周高中间低的态势，可能为强烈喷发期形成的主泥火山口的反映。晚更新世以来，独山子泥火山处于相对平静期内，泥火山的活动以若干喷口不断喷出天然气、地下水和软泥为特征，未发生强烈喷发，因此不发育泥火山角砾。

下一步研究工作须运用地震仪器实测独山子背斜的地震剖面，此外，发现6处泥火山喷出口，泥浆颜色不一，有灰绿色、深褐色、灰色等，活动强烈差别大，泥浆温度、气泡喷出周期等存在明显差异，泥火山的出露是否具有同源性有待研究。