准噶尔盆地西北缘高酸值原油地球化学特征

一、原油的物性

本研究采集准噶尔盆地西北缘侏罗系和三叠系原油样品共计25件(表5－1)。从密度数据可以看出，4区块、6区块和克浅109区块原油属正常原油(密度ρ＜0934g/cm3)，其余区块原油主要为稠油;从含硫量分析，均属于低硫原油(S＜05%);酸值分析表明，6区块为含酸原油(05mgKOH/g＜TAN≤10mgKOH/g)，其他区块均为高酸值原油。

表5－1 准噶尔盆地西北缘原油物性数据

从密度与含硫量的关系看，准噶尔盆地西北缘原油密度和含硫量无线性关系(图5－4)。而原油总酸值和密度具有某种程度的正相关性(图5－5)，随着密度增大，原油总酸值起初增幅较大，当密度增大到一定程度，原油总酸值增幅变小。但准噶尔盆地西北缘原油硫的含量与总酸值之间的关系不明显(图5－6)，与Meredith等(2000)报道的一致，即硫的含量与总酸值之间的关系不明显。

图5－4 准噶尔盆地西北缘原油密度与含硫量相关图

图5－5 准噶尔盆地西北缘原油总酸值与密度相关图

二、原油族组成

原油的族组成含量一般受源岩的沉积环境、母质组成及类型、原油的演化程度、原油遭受后期改造作用等因素的影响。由图5－7与表5－2可知，准噶尔盆地西北缘不同酸值原油族组成分布特征相似，具饱和烃含量较高、饱/芳比高的特点，非烃/沥青质也高。区块上九区原油非烃+沥青质含量略高。层位上，各层的族组成特征如下:下侏罗统八道湾组(J1b)原油饱和烃含量5196%～6279%，平均5792%;非烃和沥青质含量较低1716%～3446%，饱/芳比368～434，平均405;非烃/沥青质偏高(213～502)，平均367。中侏罗统齐古组(J2q)原油饱和烃含量5133%～6199%，平均6089%;非烃和沥青质1553%～2306%，饱/芳比258～479，平均409。中三叠统克拉玛依组(T2k)原油饱和烃5685%～625%，平均5939%;非烃+沥青质1964%～2298%，饱/芳比354～458，平均401;非烃/沥青质322～882，平均646。

图5－6 准噶尔盆地西北缘原油总酸值与含硫量相关图

图5－7 准噶尔盆地西北缘原油族组成三角图

表5－2 准噶尔盆地西北缘原油族组成数据

由图5－8看出，准噶尔盆地西北缘原油总酸值与原油族组成参数无相关性，但齐古组原油总酸值愈高其饱和烃含量降低、非烃含量增加。

三、原油生物标志物组成

(一)正构烷烃

从准噶尔盆地西北缘高酸值原油饱和烃色谱特征可以看出(图5－9)，色谱图上正构烷烃已损耗殆尽、基线上翘及UCM的出现均反映了原油遭受了生物降解。正构烷烃及类异戊二烯烃优先被生物降解，导致三环萜烷、五环三萜烷及甾烷等复杂结构分子相对富集(图5－9)，但不同酸值原油样品的色谱图并未出现明显差异。

图5－8 准噶尔盆地西北缘高酸值原油总酸值与族组成参数相关图

图5－9 准噶尔盆地西北缘原油饱和烃色谱图(一)

图5－9 准噶尔盆地西北缘原油饱和烃色谱图(二)

β－胡萝卜烷指示还原性水体环境与有机质快速堆积。在百口泉、红山嘴区块原油样品未检测到丰度高的β－胡萝卜烷，而在4区块、克浅10区块原油样品中均出现了丰度高的β－胡萝卜烷，9区块原油样品则较为复杂，有的样品含丰度高的β－胡萝卜烷，有的样品则未检测到，并且在原油酸值相对低的21783井原油(TAN=13mgKOH/g)和原油酸值高的961206井原油(TAN=889mgKOH/g)都出现了β－胡萝卜烷。由此可以看出，β－胡萝卜烷丰度与原油总酸值没有相关性(图5－9)。

(二)二环倍半萜

图5－10展示了准噶尔盆地西北缘高酸值原油中双环萜烷的分布，其中地质意义明确的化合物有:8β(H)－补身烷(7号峰)，两重排化合物为4，4，8，8，9－五甲基氢化萘(4号峰)和4，4，8，9，9－五甲基氢化萘(6号峰)，8β(H)－升补身烷(12号峰)。

如图5－10所示，准噶尔盆地西北缘高酸值原油基本上以8β(H)－补身烷为主峰，重排补身烷不发育，重排补升烷/8β(H)－补身烷比值在011～078之间，除DH5030井J1b原油该比值为078外，其他样品都低于050。8β(H)－补身烷/8β(H)－升补身烷下侏罗统八道湾组(J1b)为14～255，中侏罗统齐古组(J2q)为139～25，中三叠统克拉玛依组(T2k)为142～213，三层系差别不大，可能与来源相同有关。由图5－11看出，准噶尔盆地西北缘原油总酸值随8β(H)－补身烷/8β(H)－升补身烷比值升高而增大，表明两者有一定的相关性。

图5－10 准噶尔盆地西北缘原油倍半萜图

(三)三环萜烷系列

图5－12展示了准噶尔盆地西北缘高酸值原油三环萜烷的分布。从图5－12可看出，准噶尔盆地西北缘高酸值原油三环萜烷的丰度较高，即便是在遭受严重降解的情况下藿烷类丰度下降、分布不全，但三环萜类仍呈现丰度高、分布完整，说明三环萜烷是一类抗降解能力很强的化合物，其抗降解能力强于藿烷。

图5－11 准噶尔盆地西北缘高酸值原油总酸值与倍半萜参数相关图

三环萜烷分布的广泛性以及三环六异戊二烯醇的分子特征表明，它们来源于原生动物的细胞膜(Ourisson等，1982);但在塔斯马尼亚页岩抽提物中，三环萜烷高度富集，表明三环萜烷也可能来源于这些藻(Volkman等，1989)。准噶尔盆地西北缘原油三环萜碳数分布范围为C19—C30，缺失C27，三环萜的分布模式略有差异。除红山嘴区块外，高酸值原油具有以C21－三环萜为主峰的分布模式，但酸值的大小与C21－/C23－三环萜比值无关(图5－13)。

(四)四环萜烷系列

C24四环萜烷具体的生源意义不详，普遍认为它是藿烷或藿烷的前驱物———藿烯中的五员环E环受热力作用或者生物降解作用断裂形成的。准噶尔盆地西北缘高酸值原油C24四环萜烷的丰度普遍较低、组成相似(图5－12)，C24四环萜烷/C26三环萜烷的比值在03～055之间，该比值在百口泉和九区高酸值原油中相对高，与生物降解有关，但C24四环萜烷/C26三环萜烷的比值与原油的总酸值没有相关性(图5－13)。

(五)藿烷系列

准噶尔盆地西北缘高酸值原油藿烷分布型式差异大，与生物降解改造有关。4区、克浅10区、红山嘴地区和百口泉地区高酸值原油藿烷分布完整，9区原油降解程度高，藿烷不同程度损耗，尤其是990723井、990724井原油C30藿烷基本被降解殆尽，而以25－降藿烷为主峰(图5－12)。如图5－14所示，990723井、990724井原油25－降藿烷/C30藿烷比值高达30以上，游离在其他样品之外。准噶尔盆地西北缘高酸值原油Ts丰度低，原油Ts/(Ts+Tm)值为005～035;高酸值原油C35H/C34H比值在020～090之间，表明原油母质来源为碎屑岩沉积环境(图5－14)。

伽马蜡烷是一个异常盐度或稳定水体分层的标志。如图5－12、图5－14所示，准噶尔盆地西北缘原油伽马蜡烷含量较高，G/C30H比值在02～09之间，反映该区沉积环境盐度较高，还原性较强，与前面报道的β－胡萝卜烷检出的指示意义一致。

(六)C27－C29规则甾烷

准噶尔盆地西北缘高酸值原油甾烷也因生物降解改造，其分布型式也表现出差异(图5－15)。4区、克浅10区原油甾烷分布呈现正常面貌，表现为短链的孕甾烷、升孕甾烷丰度低，C27—C29甾烷呈现C27丰度低、C28和C29丰度高，母质类型以陆源有机质输入为主，ββ型化合物丰度高，说明原油成熟度不高。百口泉地区原油孕甾烷、升孕甾烷的丰度明显增加，但C27—C29甾烷的降解不明显，其分布仍显正常，而在红山嘴地区和9区原油规则甾烷降解明显，其丰度大为降低，而表现为孕甾烷、升孕甾烷丰度高。

图5－12 准噶尔地西北缘原油m/z191质量色谱图

图5－13 准噶尔盆地高酸值原油总酸值与C24Te/C26TT、C21TT/C23TT相关图

图5－14 准噶尔盆地西北缘高酸值原油总酸值与藿烷类参数相关图

四、高酸值原油的碳氢同位素特征

(一)原油的碳同位素

原油基本上继承了其生烃母质的稳定碳同位素组成特征，但是在烃源岩成熟生烃和油气运移过程中，还会发生碳同位素组成的分馏效应。通常，成熟度对有机质碳同位素组成分馏效应的影响有限，所引起的δ13C值变化范围不超过2‰～3‰(Peters等，1993)。因此，一般碳同位素δ13C值相差达到2‰～3‰以上的原油都是出自不同生源构成，或不同沉积环境烃源岩的油源贡献，因此不会是同源的原油。

对准噶尔盆地西北缘20件高酸值原油的全油碳同位素统计，其δ13C值分布范围为－3112‰～－2952‰，碳同位素比较偏轻，具典型湖相原油特征，并且其最大相差为16‰，不超过2‰(图5－16)，说明不同酸值的原油可能为同一来源。进一步分析发现，红山嘴DH4018(TAN=432mgKOH/g)、DH4037(TAN=918mgKOH/g)井原油的25－降藿烷/C30藿烷的比值明显高于DH5028(TAN=841mgKOH/g)、DH5030(TAN=746mgKOH/g)原油，但前者原油的碳同位素明显轻于后者，说明不是生物降解程度差异所致，而可能与来源的细微差异有关。

图5－15 准噶尔盆地西北缘原油m/z217质量色谱图

(二)原油的氢同位素

氢同位素组成的变化主要反映与沉积环境及水介质盐度的相关性(沈平，1993)。不同水体、不同生物来源形成的石油氢同位素分布有明显差异，海相石油为－85‰～－181‰，非海相石油为－130‰～－163‰，即非海相石油比海相石油贫氘。对准噶尔盆地西北缘20件高酸值原油的全油氢同位素统计，其δD值分布范围为－13487‰～－16568‰，明显贫氘，反映陆相生源(图5－17)。

图5－16 准噶尔盆地西北缘原油全油δ13C分布图

图5－17 准噶尔盆地西北缘原油全油δD分布图

(三)不同酸值原油的碳氢同位素变化特征

如图5－18所示，准噶尔盆地西北缘高酸值原油的碳氢同位素数据点聚成两类，一类是碳氢同位素均偏重，这类油是主体，百口泉、9区和4区、红山嘴区块的DH5028(TAN=841mgKOH/g)、DH5030(TAN=746mgKOH/g)原油显现此特征;另一类是碳氢同位素均偏轻，如红山嘴区块DH4018(TAN=432mgKOH/g)、DH4037(TAN=918mgKOH/g)及克浅10区21912井原油(TAN=143mgKOH/g)。碳氢同位素数差异可能与来源的细微差异有关。从原油的碳氢同位素与酸值关系分析，原油的碳氢同位素愈重，其总酸值愈高，表明原油的总酸值与源或沉积环境有关。

图5－18 准噶尔盆地西北缘原油全油碳氢同位素与酸值相关图

五、高酸值原油石油酸组成特征

(一)原油酸性组分与原油总酸值的相关性

图5－19展示了准噶尔盆地西北缘高酸值原油样品酸性组分含量(AF)与原油总酸值(TAN)的关系，两者相关性好;从原油中分离出来的酸甲酯组分含量(FAMES)与原油TAN也表现出好的相关性(图5－20)，揭示酸性组分、酸甲酯组分对原油酸值有贡献。

图5－19 准噶尔盆地西北缘高酸值原油酸性组分含量(AF)与原油总酸值(TAN)的对比关系

图5－20 准噶尔盆地西北缘高酸值原油酸甲酯组分含量(FAMES)与原油总酸值(TAN)的对比关系

(二)石油酸的官能团组成与傅里叶红外光谱特征

为了了解石油酸的官能团组成特征，对准噶尔盆地西北缘7件高酸值原油样品、分离出的酸性组分及其甲酯组分，分别进行了傅里叶红外光谱分析。图5－21显示了上述7件原油全油、酸性组分及酸甲酯组分的傅里叶红外光谱图。在谱图数据标准化和基线校正的基础上，计算了下列官能团和结构参数:

(1)芳香度(A1600/∑A);

(2)环芳香化指数［(A864+A800+A743)/∑A］;

(3)脂肪度［(A1460+A1376)/∑A］;

(4)脂肪族分支指数［A1376/(A1376+A1460)］;

(5)链长指数［A722/(A1376+A1460)］;

(6)芳环取代指数1［A864/(A864+A800+A743)］;

(7)芳环取代指数2［A800/(A864+A800+A743)］;

(8)氧化度(A1700/∑A);

(9)硫氧化物基团(A1030/∑A)。

这里，∑A=A2953+A2923+A2862+A1700+A1600+A1460+A1376+A1030+A864+A800+A743+A722。

如图5－21所示，原油样品均显示出相似的傅里叶红外光谱特征，具体表现在:①极强的脂肪族吸收峰，分别对应于脂肪族基团的伸展(3100～2800cm－1)，弯曲(1460和1377cm－1)，和旋转振动(720cm－1);②存在芳香烃吸收峰(～1600cm－1和900～700cm－1);③部分样品在1800～1600cm－1波段出现吸收峰，显示存在含氧化合物。

如图5－21所示，原油样品酸性组分与原始原油样品相比，对应于脂肪族基团的伸展(3100～2800cm－1)、弯曲(1460和1377cm－1)和旋转振动(720cm－1)吸收峰明显减弱，而含氧官能团(1800～1600cm－1波段吸收峰)和芳香基吸收峰(～1600cm－1和900～700cm－1波段)显著增强，显示酸性组分存在大量的含氧和芳香族化合物。

如图5－21所示，经过酯化，原油样品酸甲酯组分与原油酸性组分相比，芳香族成分大为降低;对应于脂肪族基团的伸展(3100～2800cm－1)、弯曲(1460和1377cm－1)和旋转振动(720cm－1)吸收峰仍然明显;但各类含氧官能团(1800～1600cm－1波段吸收峰)显著增强，羰基、多环醌类和苯酚等含氧基团在准噶尔盆地西北缘高酸值原油酸甲酯组分中大量富集。

图5－21 准噶尔盆地西北缘高酸值原油全油、酸性组分及酸甲酯组分的傅里叶红外光谱图(一)

图5－21 准噶尔盆地西北缘高酸值原油全油、酸性组分及酸甲酯组分的傅里叶红外光谱图(二)

如图5－22所示，原油样品结构参数脂肪度高、氧化度低，酸性组分样品结构参数芳香度、氧化度大，酸甲酯组分样品含氧化合物基团明显增强，前面已叙酸性组分、酸甲酯组分对原油总酸值有贡献，进一步揭示含氧化合物基团对原油总酸值起主要贡献。

前面已提到原油总酸值与酸甲酯组分含量正相关。通过对准噶尔盆地西北缘原油酸甲酯组分红外光谱参数与原油总酸值的关系分析，发现氧化指数、硫氧化合物与原油总酸值呈现正相关(图5－23)，但酸甲酯组分中硫氧化合物吸收峰强度低，与原油中硫含量低的特征吻合，说明含氧化合物基团对原油总酸值起决定性贡献。

图5－22 准噶尔盆地西北缘高酸值原油全油、酸性组分及酸甲酯组分的红外结构参数图

图5－23 准噶尔盆地西北缘原油总酸值与酸甲酯组分红外参数相关图

(三)石油酸的高分辨质谱特征

为了剖析准噶尔盆地西北缘高酸值原油中石油酸的组成特征，对部分原油进行高分辨率质谱和石油酸甲酯的气相色谱－质谱分析。

通过高分辨率质谱(FTMS)在石油酸性组分分子中可以鉴定出7种杂原子组成类型，分别为N、NO、NO2、O、O2、O3和O4。如图5－24所示，准噶尔盆地西北缘高酸值原油杂原子类型以O2类化合物(羧酸)为主，含少量的N1类化合物(主要为吡咯类非碱性氮化物)。

原油总酸值与O2类化合物相对丰度的变化趋势如图5－25所示，随O2类化合物相对丰度增加，原油总酸值呈现明显的上升趋势。而随氮类化合物的丰度增加而降低(图5－26)，进一步揭示含氧化合物控制了原油总酸值。

图5－24 准噶尔盆地西北缘高酸值原油杂原子类型分布图

图5－25 准噶尔盆地西北缘原油总酸值与羧酸类丰度相关图

图5－26 准噶尔盆地西北缘原油总酸值与氮类化合物丰度相关图

O2类化合物缩合度分布和某一缩合度化合物碳数分布如图5－27所示，以二环(Z=－4)、三环(Z=－6)的环烷酸占优势，主碳峰出现在C25附近，脂肪酸含量很低;揭示二环环烷酸、三环环烷酸是石油酸的主要成分，并且原油的总酸值与二环环烷酸、三环环烷酸的浓度有一定的相关性(图5－28)，说明环烷酸是影响酸值的最重要因素。

图5－27 准噶尔盆地西北缘高酸值原油O2类化合物类型分布图

此外，生物降解对O2类化合物的组成特征有影响，如图5－29、图5－30所示，除9区的990724井原油外，环烷酸(二环+三环)浓度、环烷酸/脂肪酸比值随25－降藿烷丰度增加而增加。

图5－28 准噶尔盆地西北缘高酸值原油环烷酸丰度和总酸值相关图

图5－29 准噶尔盆地西北缘高酸值原油环烷酸丰度和25－降藿烷相关图

图5－30 准噶尔盆地西北缘高酸值原油环烷酸/脂肪酸和25－降藿烷相关图

N1类化合物碳数分布如图5－31所示，以苯并咔唑和二苯并咔唑类化合物占优势，咔唑类化合物丰度相对低。

化学组成决定宏观性质，原油总酸值大小取决于石油酸的类型与含量，对石油酸的早期研究源于石油酸的腐蚀(Derungs，1956)，已经鉴定出的结构类型包括链状脂肪酸、类异戊二烯酸、环烷酸、芳香羧酸及无机酸。烷基苯酚类化合物也是石油酸的组成部分。由于研究对象和研究方法不同，关于石油酸组成的研究结果差异很大，人们希望在石油酸组成和酸值之间建立一种定量关系(Mechenzie et al，1983;Behar ＆ Albrecht，1984;Jaffe ＆ Gallardo，1993;Olsen，1998)。在大部分被研究的原油中正构脂肪酸对原油总酸值的贡献并不大，Meredith(2000)研究了不同来源的33个原油，发现烷基苯酚、正构脂肪酸含量与酸值之间没有任何相关性。

值得指出的是，石油酸中杂原子化合物组成类型复杂，不同类型化合物的酸性强弱不同，因此，通过某一类化合物组成或浓度数据预测原油的总酸值，理论上是行不通的。但是可以通过酸性化合物的组成特征可以定性描述总酸值的高低，如羧酸类化合物是石油酸的重要组成部分且具有相对较强酸性，羧酸含量高的原油肯定具有较高的酸值。以脂肪酸或环烷酸为主要酸性组分的原油均能表现较高酸值。

准噶尔盆地西北缘原油的酸值虽差异大，但基本上都属高酸值油，高酸值原油杂原子类型以O2类化合物(羧酸)为主，含少量的N1类化合物，并且随O2类化合物相对丰度增加，原油总酸值呈现明显的上升趋势(图5－25)，而随氮类化合物的丰度增加而降低(图5－26)，说明O2类化合物是决定总酸值的主要因素，而N类化合物的总酸值贡献较小。进一步研究发现，O2类化合物以2环(Z=－4)、3环(Z=－6)的环烷酸占优势(图5－27)，脂肪酸含量很低，说明二环环烷酸、三环环烷酸是准噶尔盆地西北缘高酸值原油的石油酸主要成分，也是影响酸值的最重要因素。

六、含氧化合物色谱－质谱特征

(一)酸性化合物组成特征

前已叙及，准噶尔盆地西北缘高酸值原油含氧类化合物以二环环烷酸、三环环烷酸占优势，表现在总离子流图上呈现鼓峰，脂肪酸丰度低，藿烷酸丰度更低(图5－32)。脂肪酸以C16脂肪酸为主峰，总脂肪酸浓度为440～1207μg/g，藿烷酸浓度比总脂肪酸浓度低一个数量级，其变化范围为038～269μg/g(图5－33)。

图5－31 准噶尔盆地西北缘高酸值原油N1类化合物类型分布图

图5－32 高酸值原油含氧化合物总离子流、脂肪酸和藿烷酸图

图5－33 高酸值原油脂肪酸浓度与藿烷酸浓度相关图

(二)酸性化合物绝对浓度与酸值的关系

准噶尔盆地西北缘原油羧酸类化合物以二环和三环羧酸类为主，但对这类化合物目前色质难以定性定量分析。从检测到的正构脂肪酸和藿烷酸浓度分析，正构脂肪酸浓度比藿烷酸浓度高一个数量级，且前者与原油总酸值的线性相关性要大于后者(图5－34)，说明正构脂肪酸对原油总酸值的贡献要大于藿烷酸。

图5－34 原油总酸值与含氧化合物浓度相关图

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准噶尔地块基底的性质一直是中亚地区构造演化与成矿的核心问题之一。关于准噶尔盆地的基底组成，有存在前寒武纪刚性结晶基底（杨宗仁，1987；吴庆福等，1987；黄汲清等，1990；袁学诚等，1994；袁学诚，1995；李锦轶等，2000；李锦轶，2004a）、盆地下伏地壳为古生代洋壳物质（即不存在刚性古陆块）（江远达，1982；李继亮，1989；Coleman，1989；Carroll等，1990；秦克章，2000；Qin等，2002；Xiao等，2004，2008）、含有陆壳碎块的洋壳（肖序常等，1992）、底垫或底侵的二叠纪岩浆岩（韩宝福等，1998）等不同解释。产生不同认识的根本原因是准噶尔地区还没有确切的、被认可的前寒武地壳存在的岩石证据。

已有一些资料显示准噶尔盆地可能具有前寒武纪陆壳基底。例如新疆第一区域地质调查大队在东准噶尔红柳峡一带发现了一套变质程度达角闪岩相的深变质岩；在东、西准噶尔发现了前寒武纪的碎屑锆石，如卡拉麦里组砂岩中含大量年龄大于550Ma的碎屑锆石、且部分碎屑锆石年龄大于2500Ma（李亚萍等，2007），哈尔里克山地区石炭纪砂岩中有年龄为949Ma的碎屑锆石（孙桂华等，2007），克拉玛依西山枕状玄武岩中发现了大量古元古代—太古宙（1883～2536Ma）岩浆锆石（朱永峰等，2007）。但由于纸房幅（1∶25万）提供的红柳峡变质岩的年龄数据可信度低（胡霭琴等，2003），该成果没有被认可；由于不能确定砂岩与玄武岩中锆石的来源，砂岩中老锆石不能直接说明准噶尔地区存在前寒武纪基底。

此次工作中在对东准噶尔塔黑尔巴斯套铜矿点考察与对该地区变质火山碎屑岩的深入研究过程中，在一闪长岩脉中发现了斜长角闪岩包体，进一步的研究与测年结果显示，该斜长角闪岩锆石U-Pb年龄为188Ga，而斜长角闪岩为252Ga岩石变质的产物。这是新疆乃至中亚地区区域构造研究的重大进展。

3111 塔黑尔巴斯套地区地质构造概况

塔黑尔巴斯套地区位于巴里坤县纸房北约10km，卡拉麦里蛇绿岩带的北侧，大地构造上属于野马泉-老爷庙-琼河坝古生代岛弧带（图31a）。

研究区以发育一套奥陶系变火山岩为特征（图31b）。火山岩的岩石类型包括熔结集块岩、角砾岩、凝灰岩、角砾凝灰岩与晶屑凝灰岩，角砾成分有辉石响岩、粗面岩、英安岩与流纹岩。角砾以流纹英安岩为多，凝灰质成分主要为安山质、粗面质与流纹质。集块与角砾以流纹岩与英安岩为主，强烈压扁（图32）。这套火山岩中侵入有花岗斑岩、二长岩与石英二长岩、闪长岩和流纹斑岩（图31c）。花岗斑岩强烈片理化。地层中片理近水平状产出。

图31 塔黑尔巴斯套地区地质图

图32 塔黑尔巴斯套地区奥陶系火山集块-角砾岩照片

奥陶纪地层被泥盆纪火山-沉积岩和石炭纪碎屑岩所不整合或断层接触。其中泥盆纪火山-沉积岩底部为含Thamnopora sp（灌木孔珊瑚）、Syringaxon sp（管轴珊瑚）、Syringaxon cfbakterion（棍棒状管轴珊瑚）与Isorthis sp（正形贝）等化石碎屑泥灰岩的火山-沉积岩，中部为一套安山岩与安山玢岩，上部为火山凝灰岩。石炭系为一套河床相与湖相的砾岩、砂砾岩与砂岩。石炭系与泥盆系间为断层接触。石炭系与泥盆系内部岩石变形以发育小断层与节理为特征，地层产状平缓。

在研究区外围，与泥盆纪和石炭纪地层断层接触的是一套志留系硅质岩，硅质岩褶皱构造与塑性流动构造发育。硅质岩逆冲推覆于泥盆系和石炭系之上（图31b）。

3112 奥陶系火山岩与闪长岩年代学研究

为了确定塔黑尔巴斯套地区奥陶系火山岩的时代，对集块岩中流纹岩集块开展了锆石SIMS U-Pb定年研究。分析所用的流纹岩集块取自图33a所示的集块岩中，岩石的锆石具典型花岗岩锆石的特征，具围绕中心的振荡环带构造（图33b）。测年结果显示15粒锆石的谐和年龄为（4554±34）Ma（图33c），权平均年龄为（4557±34）Ma，年龄直方图具很好的正态分布，峰值年龄位于450～460Ma之间（图33d）。因此，火山集块与该套火山岩形成年龄为455Ma，为中奥陶世地层。图34a显示闪长岩的显微照片，图34b为锆石U-Pb谐和年龄及锆石的CL图。由此可见，闪长岩的年龄为406Ma，为早泥盆世侵入体。

图33 流纹岩集块的产出（a）及其中锆石的CL图像（b）与U-Pb年龄图谱（c与d）

图34 闪长岩的显微照片（a）与锆石U-Pb谐和年龄及锆石的CL图（b）

3113 闪长岩中斜长角闪岩包体的特征

研究区的闪长岩不同程度地都发育含量不等的包体。图35a显示的是包体较集中发育的闪长岩，其出露面积约10m2。包体形态不规则，总体呈薄饼状（图35b）。其与闪长岩界线呈不规则港湾状（图35c）。包体岩性为斜长角闪岩，发育片麻状构造（图35d）。

图35 发育包体的闪长岩（a）与包体的产状（b与c）和标本照片（d）

镜下角闪石定向排列构成片理构造（图36 a）。角闪石多集中分布，形成角闪石条带或层（图36b）。一些颗粒较大的角闪石变斑晶中常包含石英、磁铁矿和磷灰石等矿物（图36 c）。

图36 斜长角闪岩的薄片扫描（a）与BSE（b与c）

电子探针分析结果显示，斜长角闪岩中的斜长石为中长石，其分子组成为Ab63～59An37～41。变斑晶角闪石的化学组成为：SiO2 4953%，TiO2 049%，Al2O3 335%，MgO 1225%，FeO 631%，MnO 037%，Na2O 056%，K2O 030%。角闪石的化学组成为：SiO2 4588%，TiO2 091%，Al2O3 772%，MgO 1024%，FeO 1775%，MnO 039%，Na2O 096%，K2O 063%。从变斑晶角闪石到角闪石，流体从富硅与镁变为富铝、铁、钛、钾与钠。角闪岩相变质过程有壳源组分加入。

斜长角闪岩中有一些包含有石英、磁铁矿、普通辉石与石榴子石残留体的棕**绿泥石集合体（图37）。绿泥石中含石榴子石残余，并具石榴子石假象。可见石英与磁铁矿和普通辉石间具镶嵌变晶结构。磁铁矿中有钛铁矿出溶，它们一起被榍石交代。

电子探针分析结果显示，绿泥石（Chl）的化学组成为：SiO2 2903%，TiO2 279%，Al2O3 150%，MgO 1253%，FeO 236%，MnO 028%，CaO 143%，Na2O 004%，K2O 069%。石榴子石的化学组成为：SiO2 3750%，Al2O3 808%，FeO 1864%，CaO 3389%，相当于40%钙铝榴石+60%钙铁榴石，分子组成为Ca3Fe12Al08Si3O12。普通辉石［Ca1（MgAl）1Si2O6］含4927%SiO2、2216%Al2O3、1253%MgO与2586%CaO。

从变质残留矿物与角闪石变斑晶中包裹体组成特征看，岩石的主体为斜长角闪岩，其后经历了强烈的蚀变与交代，形成绿泥石及其中的石榴子石与普通辉石。从角闪石变斑晶到基质矿物Al含量明显增加的特征推断岩石经历了增压的变质过程。

图37 斜长角闪岩中绿泥石集合体及其中包含与残留的矿物

3114 斜长角闪岩包裹体的年代学特征

开展了斜长角闪岩包裹体的锆石SIMS U-Pb定年研究。图38a为斜长角闪岩的锆石的CL图像，锆石绝大多数呈灰黑色，多呈不规则浑圆状，环带构造不发育，具变质锆石的特征。

锆石SIMS U-Pb测年结果显示：29粒锆石U-Pb年龄除3粒锆石大于30Ga外，年龄介于18Ga与26Ga之间，并出现两组谐和年龄，分别为（1880±11）Ma（7粒锆石）与（2523±16）Ma（3粒锆石），其余锆石介于两者之间（图38）。所有锆石的误差椭圆都具与谐和线斜交的特征，两组年龄谐和锆石其误差椭圆趋势线的交点与闪长岩的年龄一致；其余锆石的投点位于两组年龄谐和锆石误差椭圆趋势线和谐和线所限定的三角区内，并显示Pb丢失的特征与趋势（图38b）。

结合上述斜长角闪岩的岩石学特征认为，188Ga为斜长角闪岩的形成年龄，而252Ga则为原岩的年龄。退变质过程造成部分锆石的Pb丢失，使锆石误差椭球投点向188Ga方向漂移。谐和年龄为188Ga的锆石应为变质重结晶锆石。闪长岩的包裹造成石榴子石的绿泥石化与部分锆石的Pb丢失。

图38 包裹体斜长角闪岩锆石的CL图（a）及其年龄谱图（b、c与d）

3115 塔黑尔巴斯套地区岩体Nd-Hf同位素特征

综合已完成与获得的塔黑尔巴斯套地区岩体全岩Nd同位素与锆石Hf同位素结果（图39），发现研究区岩体的εNd（t）值介于+35～+8之间，锆石Hf同位素εHf（t）具较宽的变化范围，为-18～+15，对应Hf同位素所显示的从地幔析出的模式年龄从25Ga到480～390Ma。这意味着研究区岩体（特别是花岗岩）的源区组成含有大量大陆地壳组分，且最老的组分年龄为25Ga。这说明25Ga的地壳一直在为研究区火山岩与侵入岩提供物质组分。

3116 结论及其大地构造意义

1）侵位于奥陶系火山碎屑岩（年龄为455Ma）的闪长岩（年龄为406Ma）中的包体为斜长角闪岩。

2）包体斜长角闪岩中绿泥石及其中的石榴子石与普通辉石为后期蚀变与水化的结果，其形成可能与斜长角闪岩熔融与被交代有关。

3）包体锆石测年结果显示岩石经历了年龄分别为188Ga与252Ga的热事件，结合岩石学特征，可以推断斜长角闪岩年龄为188Ga，252Ga为原岩的年龄。

4）准噶尔地区存在25Ga古陆，且其在188Ga时发生变质形成斜长角闪岩。

图39 塔黑尔巴斯套地区岩体全岩Nd同位素与锆石Hf同位素图解

5）252Ga的老地壳是研究区火山岩与侵入岩重要的物质供应者。

6）塔黑尔巴斯套地区闪长岩中新发现的斜长角闪岩中锆石所记录的两期热事件，是大陆地壳演化过程中非常重要而普遍的构造事件。这两次变质记录也是华北地台与印度地台普遍与重要的构造事件（彭澎等，2002；Zhao等，2002；沈其韩等，2005；刘富等，2009；翟明国，2010），并对应于克拉通化与克拉通拼合形成大克拉通的过程（Rosen等，2002；Zhao等，2003；Poller等，2005）。许多地质学家（如Rogers等，1996；Kusky等，2007）认为18～20Ga的变质带Columbia超级大陆形成与拼合过程形成了碰撞带，该次构造作用形成了Columbia超级大陆。因此，东准噶尔地区不仅有252Ga形成的古陆，而且发育有记录18～20Ga碰撞-变质事件的碰撞带，即存在可能与华北和印度具关系密切的Columbia超级大陆的碎块。

7）鉴于东天山也具18Ga变质基底的特征（Hu等，1998，2000；胡霭琴等，2001；胡霭琴等，2006；李秋根等，2009），推断东准噶尔可能与东天山具相同、年龄为18Ga的变质基底，即准噶尔地区具有大于18Ga的前寒武地壳。