思積勇

(青海省第五地質勘查院，青海 西寧 810099)

0 前 言

泥火山是地下水及氣體混合將泥漿噴出地面后堆積而成，噴出地表的形態(tài)多為錐狀或盆狀，泥火山口通常是凹陷的且有通向深部的管孔。泥火山與巖漿活動形成的火山不同，泥火山無巖漿通道并且在物質來源、礦物成分、溫度、壓力、噴發(fā)機制、噴出規(guī)模等方面與其存在本質區(qū)別。

新疆的泥火山主要分布在北天山中段的獨山子、沙灣縣南霍爾果斯和烏蘇白楊溝、艾其溝等處。新疆泥火山集中分布在準噶爾南緣大斷裂，是北天山與山前凹陷帶之間的分界斷裂，山前凹陷內又發(fā)育三排逆斷裂—背斜帶，發(fā)育許多不同類型的褶皺構造和沉積體系。前人對北天山地區(qū)泥火山的科學研究主要集中在地震前兆監(jiān)測、微生物群落、油氣、泥火山元素組成及含量等方面;例如，實時查看泥火山活動情況的監(jiān)控畫面，并依據(jù)泥火山群地震觀測網(wǎng)，捕捉泥火山群地震前兆異常[1]。分析了我國新疆獨山子泥火山群和烏蘇泥火山群的古菌和細菌群落組成[2]。通過對準噶爾盆地西南緣山前帶泥火山的系統(tǒng)觀察與分析，并采集部分油氣苗樣品開展實驗分析，進一步探討區(qū)內油氣成藏條件[3]。對烏蘇泥火山8個噴口泥漿進行巖石地球化學分析[4]。將火山泥的元素含量與新疆地區(qū)不同土質的土壤元素含量進行比較，與干旱區(qū)不同省份的土壤元素含量進行比較，分析了火山泥元素組成及含量的成因[5]。

前人對新疆泥火山的研究區(qū)域僅限于烏蘇白楊溝及艾其溝，獨山子地區(qū)泥火山只研究泥火山與油氣、微生物和地震的關系，沒有對獨山子泥火山活動現(xiàn)狀進行詳細調查，對泥火山相關密切的獨山子背斜、斷裂的關系認識不清。通過對獨山子泥火山野外實地綜合調查，研究泥火山的平剖面分布特征，用確切的理論證據(jù)說明泥火山與獨山子背斜的特定關系，并結合獨山子地區(qū)的區(qū)域地質環(huán)境，探究泥火山的活動機理。

1 區(qū)域地質環(huán)境概況

泥火山位于獨山子區(qū)境內約1 km，海拔高程在950 m，噴出物覆蓋面積約0.8 km2，最大厚度近百米，若以平均厚度20 m計，噴出物總體積達1 600×104m3。泥火山活動與獨山子地區(qū)特殊背斜構造和斷裂帶存在密切聯(lián)系。

獨山子背斜位于天山北麓準噶爾盆地南緣西部山前三排背斜帶的第3排，是一個復合型背斜，背斜淺層擠壓強烈為高陡斷背斜，深層則為一個寬緩斷背斜。背斜軸向近東西，背斜長約16 km，寬約6 km，背斜南翼地層平緩(15(°)～25(°))，出露地層為下更系統(tǒng)西域組(Q1x)、上新統(tǒng)獨山子組(N2d)和中新統(tǒng)塔西河組(N1t)；背斜核部出露中新統(tǒng)塔西河組(N1t)，巖性為紫紅色砂泥巖，背斜形態(tài)寬緩、開闊；背斜北翼受下伏斷層影響，地層較陡。背斜翼部中更新統(tǒng)(Q2)與下伏地層呈不整合接觸[6]。北翼被近東西方向延伸的獨山子逆斷裂所切割，斷裂南傾，傾角60(°)～70(°)。

獨山子斷裂為南傾逆斷裂，從石炭紀基巖斷至地表，縱切背斜北翼，西起四棵樹凹陷，向東延伸至安集海背斜東部，全長約90 km。從早白堊世活動，喜馬拉雅期最強烈。侏羅紀期間，該斷裂為南傾生長正斷裂，斷裂南側的沉積厚度顯著較大。第四紀早更新世末期，由南向北的強烈擠壓作用使該斷裂復活而致侏羅系以上地層被沖斷褶皺，從而形成獨山子斷裂和獨山子背斜。

2 野外調查和研究方法

2.1 泥火山現(xiàn)狀

通過野外實地調查，運用地質羅盤、測繩、GPS等工具，對其進行了地理位置定位、噴出物描述、規(guī)模大小、泥漿溫度測量、直徑及孔徑測量等工作。編制獨山子泥火山情況調查表(見表1)，準確地反映了當前獨山子泥火山的噴發(fā)現(xiàn)狀及活動特征。通過調查發(fā)現(xiàn)17個泥火山噴發(fā)口，火山口為圓形或橢圓形，只發(fā)現(xiàn)6個泥火山活動。依據(jù)情況調查表，選取最典型的4個泥火山的噴發(fā)點進行詳細的描述與探究(見圖1)。

圖1 X2d-1和X2d-13號泥火山噴出口示意

表1 獨山子泥火山情況調查

X2d-1泥火山噴發(fā)口位于13號噴口東南80 m處，直徑4.1 m，青灰色稀泥漿停留在孔口附近，間歇溢出噴口，順地表斜坡溢流，延伸達5～6 m，風干呈灰白色條帶。水量補給低、流量小，泥漿溫度為22℃；只有一個孔在冒氣泡，周期為2 s，主要以冒氣泡為主，水和泥較少，表層有油脂，有汽油味；泥質是粉砂質，已固結的為土黃色，泥裂凸出。高度3.4 m，方位140(°)；高度1.4 m，方位255(°)。噴出物未在地表形成錐體, 也未見巖石碎塊。稀泥漿表面漂浮著少量油花，在陽光下形成彩色光環(huán)。該孔水氣樣品分析表明，水的礦化度為14.79/L，為Cl-Na 型；氣體成分為CH47.5%，N211.9%，CO24.7%。

X2d-8泥火山已干涸，泥質青灰色，位于坡頂。形狀為圓形，直徑為10 m，孔徑為5 m。方位185(°)，高度1.95 m。泥火山噴出物在火山口堆積，對周圍地表沉積物有明顯改造作用，泥火山口有植被生長，泥火山噴出物已干裂形成碎塊。

X2d-13泥火山噴發(fā)口直徑為3 m，孔徑為0.2 m，高為2 m的圓形泥火山錐。泥漿青灰色，間歇式活動，發(fā)出劇烈響聲，溫度15℃，方位：110(°)(東南)，高度2.3 m，方位：290(°)(西北)，高度1.7 m，早期噴出物失水已固結成塊狀,膠結90%以上為土黃色粘土, 其中夾有灰綠色、棕紅色等巖石碎塊, 粒徑一般為1～10 mm，最大可達40 mm。從錐體表面噴出物的顏色、固結程度以及成分可以明顯看出，該噴口至少有過3 次以上的間歇噴發(fā)，由老到新噴發(fā)量不斷減小，噴出物顏色逐漸變淺，礫石含量逐漸減少而且粒徑也明顯變小。泥火山間歇地向外噴出泥泡，匯集的泥漿沿西南側的開口外溢。涌出的泥流在地表形成錐型丘，表面是干裂的泥漿塊。

X2d-15泥火山的噴出泥漿為青灰色，以氣體為主，周期較短，氣體持續(xù)冒出，油氣多，有刺鼻的石油味。存在明顯的油氣浸染現(xiàn)象，該噴口正前方為泥漿池，推斷也為泥火山噴發(fā)口，泥火山口直徑為50 cm，噴出物已堆積凸出地表，小泥火山噴出泥漿向泥火山盆方向泄流。

2.2 泥漿來源及粒度分析

泥漿是由松散的泥巖粘土物質及無膠結成巖的顆粒和地下水混合后形成的。泥巖層具有膠結疏松且易被地下水攜帶的特點，其為供應泥火山噴發(fā)泥漿的來源。從泥火山噴出物可推斷含泥質粘土質的軟泥來源深度，青灰色的軟泥含塔西河組的物質較多，因此泥漿來源較深；土黃色的軟泥含獨山子組物質較多，因此泥漿來源較淺。推斷深部泥漿來源于安集海河組(褐黃色泥漿)，淺部的泥漿來源于中新統(tǒng)塔西河組(灰色泥漿)、上新統(tǒng)獨山子組(土黃色泥漿)。

獨山子泥火山噴出物具有雙層結構，上部為疏松的雜色粘土物質夾雜一些次生石膏碎片和堅硬的礫巖角礫；下部主要為泥火山角礫巖。泥火山角礫巖的直徑大小不一，巖性為泥巖、泥灰?guī)r、粉砂巖、砂巖、細砂巖、石膏巖和灰?guī)r等。顏色多樣，有灰色、灰綠色、褐黃色等。據(jù)巖性判斷，泥火山角礫巖多來自新近系。在泥火山北坡坡腳，見中更新統(tǒng)烏蘇群礫石層和上更新統(tǒng)風成黃土層覆蓋在泥火山角礫巖之上，而黃土層之上未發(fā)現(xiàn)泥火山角礫巖。由此推斷泥火山角礫巖噴出時間為中更新世晚期，泥火山表層的雜色粘土物質則為晚更新世以來所噴出。

采集X2d-1和X2d-13號泥火山噴出口處泥漿樣品，由于泥漿樣品粒度小，對于細小顆粒形成的懸浮液應用激光粒度分析儀進行粒度分析(見圖2)。

圖2 泥火山樣品粒度分布

通過兩個活動泥火山的樣品對比發(fā)現(xiàn)，其中X2d-1號泥火山噴出物的固相粒度在0.2～200 μm之間，X2d-13號泥火山噴出物的固相粒度在0.3～900 μm之間。泥火山噴出物粒度級別都是細砂，所含礦物分選很差。得到結果見表2。

表2 粒度級別

注：其中中值(Mdφ) 是累計碎屑含量50%處對應的粒徑；均值(Mz) 表示粒度分布的集中趨勢；標準偏差(σφ) 用來判斷粒度分布的對稱程度；稍度(SK1)和峰度(KG) 用來衡量粒度頻率曲線尖銳程度，也就是度量粒度分布的中部與兩尾端的展形之比。

3 結 論

獨山子泥火山形成基本條件是中新生代泥砂質地層、封閉的背斜構造中異常高的層間壓力、構造頂端發(fā)育的張性斷裂和背斜頂部的構造薄弱帶。

正在活動的泥火山噴出的泥漿中，泥漿表層存在厚厚的深褐色原油，泥漿表層油花浮現(xiàn)，存在明顯油氣浸染現(xiàn)象，說明斷層切割地層較深，褐黃色泥漿來源于中新統(tǒng)塔西河組。獨山子只有一處正在活動且惟一形成錐狀火山口，其他泥火山口多呈凹陷的泥火山盾或泥火山錐。泥火山堆積物與中更新統(tǒng)礫石層相互交替堆積，泥火山噴發(fā)時期應在早更新世末至中更新世初期。獨山子泥火山沿著獨山子背斜的近東西向長軸方向展布，發(fā)現(xiàn)的17個泥火山出露點集中分布于獨山子背斜核部。

泥火山的形成機理是天然氣在地下形成壓力，為泥火山噴發(fā)提供的噴發(fā)動力。背斜頂部受張力作用，巖性脆弱，易受斷層影響，易于形成裂縫，為泥火山噴出運移提供了通道。發(fā)現(xiàn)獨山子地區(qū)有大量已干涸呈線狀排列的死泥火山口，是受斷裂影響所致。對于泥火山的外形，認為噴出泥漿粘稠度大，在泥火山間歇期可干裂成泥火山角礫，隨著噴發(fā)過程，不受外界人為干擾，含礫碎屑流不坍塌可形成泥火山錐(X2d-13)。受人為因素影響或泥漿粘稠度小，可形成泥火山盆或泥火山盾(X2d-1、X2d-8)。

獨山子泥火山頂?shù)牡匦屋^為平緩，約略呈現(xiàn)出四周高中間低的態(tài)勢，可能為強烈噴發(fā)期形成的主泥火山口的反映。晚更新世以來，獨山子泥火山處于相對平靜期內，泥火山的活動以若干噴口不斷噴出天然氣、地下水和軟泥為特征，未發(fā)生強烈噴發(fā)，因此不發(fā)育泥火山角礫。

下一步研究工作須運用地震儀器實測獨山子背斜的地震剖面，此外，發(fā)現(xiàn)6處泥火山噴出口，泥漿顏色不一，有灰綠色、深褐色、灰色等，活動強烈差別大，泥漿溫度、氣泡噴出周期等存在明顯差異，泥火山的出露是否具有同源性有待研究。