北天山地区泥火山的地球化学成因

高小其 梁 卉 王海涛 郑黎明李 杰 赵纯青 向 阳 张 涛

1)中国地震局地壳应力研究所， 地壳动力学重点实验室， 北京 100085 2)新疆维吾尔自治区地震局， 乌鲁木齐 830011

北天山地区泥火山的地球化学成因

高小其1)梁 卉2)*王海涛2)郑黎明2)李 杰2)赵纯青2)向 阳2)张 涛2)

1)中国地震局地壳应力研究所， 地壳动力学重点实验室， 北京 100085 2)新疆维吾尔自治区地震局， 乌鲁木齐 830011

泥火山是特定地质构造及水文地质环境下的一种构造流体地质现象， 泥火山喷发时可以将大量有价值的信息带到地表， 因此， 不少科学家将泥火山称为深度可达12km的 “天赐钻井”。在对新疆北天山地区分布的众多泥火山进行地形地貌、 地质-水文地质条件、 泥火山堆积物特征调查研究的基础上， 系统分析了温泉、 乌苏、 艾其沟、 独山子、 沙湾-霍尔果斯各泥火山喷出物的流体地球化学组成(固体、 气体、 离子、 同位素等)， 初步得到了基于地球化学成分特点的泥火山成因； 区域地壳构造应力的不断增强既可以导致地震的孕育和发生， 也可以使泥火山打破原有周期而出现显著活动， 可见二者具有一定的同源关系。

泥火山 地球化学 喷发 成因 北天山地区

0 引言

泥火山是特定地质构造及水文地质环境下的一种构造流体地质现象。泥火山口喷涌泥浆的稠度与地下水的分布有关。由于喷发的泥浆稠度不同， 塑造的泥火山外形也不同， 大致可分为5类(栗周熊， 2003； 胡野圃， 2006)： 1)喷泥锥。 这种泥火山形成的泥浆浓稠度最高， 喷泥口直径约数十cm至数m， 形成的地形边坡陡峭， 倾斜角在20°以上。2)喷泥盾。 泥浆没有喷泥锥浓稠度高， 喷泥口直径约数十cm， 形成的地形边坡较缓， 倾斜角在5°～20°以上。3)喷泥盆。 泥浆浓稠度较稀， 喷泥口直径约数十cm至1～2m， 边坡非常缓， 倾斜角在5°以下。4)喷泥池。 泥浆浓稠度极稀， 喷泥口直径可达数m以上。5)喷泥洞。 喷泥量极低， 地表上只可见直径数cm的喷泥口。

目前有部分学者对泥火山已开展了一定程度的研究。例如， 戴金星等(2012)分析了准噶尔盆地南缘泥火山天然气的地球化学特征， 范卫平等(2007)研究了泥火山的形成及其与油气的关系， 何家雄等(2012)深入分析了台湾南部泥火山与伴生气的地质与地球化学特征， 并阐述了其所具有的重要油气地质意义， 李锰等(1996)、 孙谦等(2006)探究了不同区域泥火山的喷发特征。还有一些学者曾通过分析泥火山在地震前后的不同活动状态来进一步探究二者之间可能存在的内在联系(王道， 2000； 高小其等， 2008； 杜建国等， 2013； 王海涛等， 2014)。陈志等(2014)研究了2012年6月30日新源MS6.6地震前后北天山泥火山及温泉的水化学变化特征。然而， 对于新疆北天山泥火山来说， 还没有较为系统全面的研究。

本文将在新疆北天山地区泥火山的野外考察及实验分析的基础上， 从离子成分、 气体组分和同位素等方面来系统地进行初步分析。

1 新疆地区泥火山地震地质概况

新疆地区的泥火山主要分布在北天山中西段地区。北天山地区是指东至乌鲁木齐市， 西至温泉县， 包括了石河子市、 克拉玛依市的新疆准噶尔盆地南缘及附近地区， 构造位置是在塔里木古板块与哈萨克斯坦-准噶尔古板块之间， 受到了中新生代强烈的陆内造山作用影响。天山中段中部是纳伦-那拉提缝合带， 发育了NWW和近EW的活动断裂和活动褶皱， 北天山的断层向S倾， 南天山的断层向N倾。在近SN向强烈挤压作用下， 天山北麓发育了具有典型断裂扩展褶皱特征的依连哈比尔尕山前推覆构造。

新疆泥火山地处准格尔-北天山盆山过渡带。该过渡带NWW走向， EW延伸长度350～500km， SN影响宽度约100km。自西向东依次分布着如下泥火山： 温泉县泥火山群、 乌苏市白杨沟泥火山群、 乌苏市艾其沟泥火山、 独山子泥火山、 沙湾-霍尔果斯泥火山。这些泥火山出露地层多为泥砂质岩石， 岩石中富含多层地下水， 且地下水具有层压高、 矿化度高、 天然气或石油含量高的特点(李锰等， 1996； 王道， 2000)。

(1)温泉县泥火山群位于天泉风景区， 海拔3397m， 距县城70km， 在50×50m的范围内有近10个泥浆喷发口不停地冒泡喷泥浆， 喷泥口最大直径约1m(44°47′32″N， 80°51′18″E)， 最小的有几cm。

(2)乌苏市白杨沟泥火山群位于乌苏市西南43km处。根据县志记载， 乌苏市白杨沟泥火山群泥火山口最多时有100多个； 但是， 根据本课题组2010年、 2011年、 2012年连续3a的统计， 目前尚有21～40个左右正在喷发， 是目前中国发现的最大规模的泥火山群。这些泥火山口集中在白杨沟镇附近不到0.5km2的范围内， 最大的直径达1.6m(44.183°N， 84.389°E)， 小的有如蚕豆。泥火山的喷发口呈圆形和椭圆形等不同形状， 测深有的可达3m以上， 地下喷出的天然气和泥浆在喷发口不停地翻腾， 喷发剧烈的泥火山泉口每分钟喷发超过60次， 喷发物有青灰色与褐红色2种， 有的喷发物上面还漂浮着黑色的石油(图1)。

(3)乌苏市艾其沟双泥火山锥。新疆乌苏艾其沟泥火山为3个24h连续观测点之一。该泥火山是高约8m、 相距10m的双泥火山锥， 其构造上位于清水河子断裂与亚玛特断裂的交会部位。2座泥火山锥中， 南侧的喷口直径在1m左右， 北边的喷口直径近2m； 观测点为北边喷口较大的1个(44.2°N， 84.5°E)。最大的泥火山锥高15m(图2)。

图1 乌苏白杨沟泥火山群(摄于2006年8月)Fig. 1 Mud volcanoes of Polar valley in Wusu(Photographed in August， 2006).

图2 乌苏艾其沟双泥火山堆(摄于2012年8月)Fig. 2 Mud volcanoes of Aiqi valley in Wusu(Photographed in August， 2012).

(4)独山子泥火山位于新疆石油管理局独山子矿区西南1km的黄土山(44°18.3′N， 84°50.8′E)， 海拔高度950m左右， 是1个过去曾经活动过的老泥火山。独山子泥火山的喷发口主要有5处， 集中分布在黄土山山顶平台500m2的范围内。主喷发口直径为50～80cm， 孔内不时溢出稀泥浆水， 喷口内是黏稠的泥浆， 泥浆呈灰绿色， 略带油气味， 不停地向外翻泥泡， 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， 底部直径在10m以上， 表面是干裂的泥浆块(图3)。

图3 独山子泥火山(摄于2010年6月)Fig. 3 Mud volcanoes in Dushanzi(Photographed in June， 2010).

(5)沙湾-霍尔果斯泥火山。霍尔果斯泥火山位于新疆沙湾县南霍尔果斯金钩河水管处(44°11′N， 85°27′E)， 海拔高度875m， 在地质构造上处于北天山山前坳陷带霍尔果斯背斜轴部。该点有2口泥火山泉眼。

2 泥火山的活动

2.1 喷发方式

泥火山出现的地方常有某些相同的特征： 1)有泥岩层的分布， 供应泥火山喷发泥浆的来源； 2)有天然气外涌； 3)有断层等通路， 允许气体与泥浆的喷出。泥火山喷发是对内部大量气体聚集引起的异常高压的释放， 其喷发的剧烈程度取决于内部气体的多少或压力的高低。一般在喷发初期， 由于内部压力较高， 在区域应力增强或地震时， 会发生喷涌加剧现象。台湾地区的泥火山主要分布在台南、 高雄、 花莲和台东等地， 这些泥火山在喷发时会出现短暂的爆裂， 发出巨大的爆炸声， 泥浆喷出高度可达1～2m， 并伴随有大量气体喷出， 点火后的火焰最高可超过10m(阿塞拜疆的巴库泥火山点燃后火焰也曾超过10m)。由于泥浆的外涌， 迅速形成锥形泥丘， 喷发后期， 随着气体的减少使得喷发能量减弱， 逐渐转为比较宁静的泥池， 有泥浆向外溢流， 或只有气泡和泥泡翻涌， 如乌苏白杨沟泥火山群等(楊燦堯， 2003; Yusifovetal.， 2004)。

2.2 喷发时间及地震前后的动态反应

泥浆和气体聚合到足够的压力才冲出地面， 使得绝大多数泥火山为间歇式喷发， 在没有地震等事件影响时， 泥火山有较为稳定的喷发周期， 当受到地震等事件影响时喷发周期为不定期。台湾屏东泥火山平均每年爆发1次， 但有地震发生时， 出现了爆发的频率增加、 地点移动、 面积扩大等现象， 一年喷发可达4次。这些泥火山活动所伴生的天然气组成大多数以甲烷为主， 乙烷及其重烃含量甚低(何家雄等， 2012)。

1948年10月5日土库曼斯坦共和国首都阿什哈巴德市发生7.3级地震时， 在极震区引起泥火山重新活动。乌克兰共和国伊万诺. 弗兰科夫斯克州的泥火山首次喷发是在1977年3月4日罗马尼亚7.2级地震之后， 从那时起， 据有关专家观察， 它的每次发喷发都与半径300km以内的地震有关。

1990年6月14日哈萨克斯坦共和国斋桑7.3级地震前后， 观测到沙湾-霍尔果斯泥火山喷出大量的泥浆水。伴随这次地震北天山多个石油井喷出黑油和地下深层水， 一些地下流体观测井同时出现异常变化。

1990年10月25日乌苏西南发生了2次5.2级地震， 地震前后距震中40km的托斯台泥火山发现有大量的泥沙喷出， 水流量也比平常增大。

1995年5月， 克拉玛依市独山子矿区泥火山重新活动， 5处泥火山口喷出大量稠泥浆和水、 天然气， 喷发时泥浆柱高20～50cm， 由泥浆形成的泥火山锥的直径达5～6m， 高度>2m， 泥浆中混有岩石碎块， 经沉淀后水样分析， 其地下水为高矿化(14.7g/l)的氯-钠质水。气体成分主要为甲烷、 氮和二氧化碳等， 有的出口还可见少量油花。此泥火山自20世纪70年代以来就很少这样活动过， 这次喷发一直持续到10月底。进入到1996年1月9日， 首先发生了沙湾5.2级地震， 而后便开始了长达3a的11次6级、 2次7级地震(含玛尼地震)的活跃期(李锰等， 1996； 王道， 2000)。

2004年10月15日， 中国台湾宜兰发生了6.2级地震， 全台湾岛都有震感。震前， 台湾省高雄县的泥火山多次喷发， 而且出现了喷发的频率明显加快、 强度增加、 面积扩大等现象。该地震后不久， 台湾有关部门便对靠近旗山断层附近的泥火山泉口布设了气体流量仪、 甲烷测量仪、 氡测量仪、 水温仪、 酸碱PH自记仪、 雨量计、 气温计与地温仪等， 这些仪器从2004年11 月开始进入日常观测， 目前， 该监测点已积累了部分有益的数据。

2010年2月4日美国加利福尼亚发生6级地震， 震前19d， 加利福尼亚安德烈斯断层上的泥火山持续强烈喷出泥浆和气体。

自2011年8月起， 新疆维吾尔自治区地震局开始对新疆乌苏艾其沟泥火山实施24h连续观测， 在此期间， 距泥火山200km范围内， 截止到2013年12月相继发生了2次6级地震。2次6级地震前， 艾其沟泥火山液面出现了类似的 “背景值—上升—转折—下降—背景值”的异常变化现象， 而地震都发生在泥火山液面下降的过程中， 通过分析地震前后样品中的气体组分变化， 发现泥火山气体排放量增加， 且出现了不同程度的微量气体浓度异常(杜建国等， 2013； 王海涛等， 2014)。

有一点可以初步肯定， 泥火山喷发、 地震等都和区域地壳构造应力增强有关(车用太等， 1997； 刘耀炜等， 2000； 郭正府等， 2003； 洪汉净等， 2003； 范卫平等， 2007； 高小其等， 2008)。

3 地球化学特征初步分析

2010年6月、 2011年6月、 2012年6月， 课题组沿温泉、 乌苏、 独山子、 沙湾一线分别取样， 而后委托中国科学院新疆理化技术研究所、 新疆维吾尔自治区地质矿产局分析测试中心和新疆维吾尔自治区地震局地下流体研究中心等单位， 分别进行了分析和测试。

3.1 液体成分

北天山地区多个泥火山3次水质分析测试平均结果见表1。

表1 北天山地区泥火山水分析结果

Table1 Measurements of water in the mud volcanoes in northern Tianshan

样品编号Cl-/mg·L-1CO32-/mg·L-1HCO-3/mg·L-1SO42-/mg·L-1F-/mg·L-1Ca2+/mg·L-1Mg2+/mg·L-1K++Na+/mg·L-1硫化物/mg·L-1电导率/mS·cm-1干渣/g·L-1溶解汞含量/ng·L-1乌苏白杨沟13379.78216.61386.30118.2413.69.1310.1572875.025.4910.28.8615乌苏白杨沟23311.6123.771461.5829.181.859.1336.942728.425.499.98.60814乌苏白杨沟33457.6123.771449.033.652.114.5712.042858.895.49108.98610乌苏艾其沟1217.501267.117.30.9748.6960.021102.831.15.64.6888独山子-1泥火山6866.70602.193.651.177.6106.194391.943.2914.712.318沙湾-霍尔果斯5210.937.13583.385.4723.9562.39112.663349.381.8311.869.60620

注 水分析结果在新疆维吾尔自治区地震局地下流体研究中心测定， 氟离子(F-)用PXS-215型离子活度计测定， 电导率用DDS-11A型电导率仪测定， 汞用XG-4型测汞仪测定， 其他离子均用滴定法测定。表中硫化物指H2S、 HS-及S2-等的总含量。

(1)矿化度基本分布在8～13g/L， 处在咸水和盐水之间；

(2)阴离子基本上以CL-为主；

(3)汞含量在8～20ng/L；

(4)测点中都含有硫化氢气体或者硫化物。

3.2 气体成分

在泥火山活跃期， 气体成分含量由多到少依次为甲烷、 氮气、 二氧化碳(独山子泥火山； 王道， 1997)； 氦气含量也会明显增多(霍尔果斯泥火山)*高小其， 2006， 新疆地震地下流体2007年度震情趋势会商报告。。但是， 泥火山在平静期的气体含量和活跃期明显不同， 如表2 所示：

表2 北天山地区泥火山气体分析结果

Table2 Measurements of gas from the mud volcanoes in northern Tianshan

样品编号气体总量/mlHe/%H2/%Ar/%O2/%乌苏白杨沟120.10.03600.740乌苏白杨沟228.6000.414.2乌苏白杨沟326000.483.9乌苏艾其沟42000.3718独山子-1泥火山26000.480沙湾-霍尔果斯66000.390

注 气体成分用Trace GC型气相色谱仪测定。

(1)气体含量最多的2个成分为氮气和甲烷， 氮气含量在36%～49%， 甲烷含量在23%～36%；

(2)各测点不含氧气或者氧气含量很低；

(3)测点的二氧化碳含量基本稳定， 大都在12%～25%；

(4)在平静期， 气体中氢气、 氦气含量为零或者很低。

上述分析结果表明， 泥火山剧烈喷涌时， 甲烷、 二氧化碳、 氦气含量都会大幅度上升。

3.3 固体成分

(1)泥火山喷发的泥浆中， 在已检测的非金属元素中， 硅、 硫、 氟元素百分含量相对较高；

(2)泥火山喷发的泥浆中， 在已检测的金属元素中， 铁、 钙元素百分含量相对较高；

(3)喷发泥浆中， 汞含量都相对较高。

表3 北天山地区泥火山固体分析结果

Table3 Measurements of solid material from the mud volcanoes in northern Tianshan %

样品编号NaKCaMgLiSPFeCISIN(总N)F水分总有机碳有机氢Hg/μg·kg-1温泉点2.662.036.621.660.0911.230.343.140.02726.80.0532.8614.80.740.5978.42乌苏白杨沟14.462.416.452.070.09211.680.365.240.1126.850.087.1122.41.170.8852.44乌苏白杨沟22.622.155.942.070.11712.550.414.560.1525.520.126.0914.340.680.9247.38乌苏艾其沟4.681.681.860.520.09511.040.427.730.2924.820.13.1714.541.690.8498.65独山子17.213.163.480.490.1112.010.434.461.1726.850.0712.8812.010.290.9361.57独山子25.962.133.840.560.099.980.364.650.8626.270.054.7522.650.350.7354.33沙湾-霍尔果斯10.413.025.962.640.1112.690.44.480.2617.950.111.9830.0116.42.3152.22

注 数据为不同测点各元素的百分含量， 用顺序式波长色散型X射线荧光光谱仪检测。

3.4 泥火山气体稳定同位素组成

(1)根据δ13CCH4和δ13CCO2测值显示， 除了温泉县泥火山点外， 其余各点测值基本接近， 说明这些泥火山可能具有同源或者同成因性。

(2)氦在自然界有2个同位素(3He、4He)。3He是与地幔有关的原始成因氦；4He与地壳中放射性物质铀、 钍α衰变有关。不同来源的氦3He /4He值有显著的差异， 在地球不同圈层中，3He /4He比值差异明显。壳源氦的3He /4He值随岩石类型不同有很大变化， 其范围值为10-7～10-9。这一测试结果和杜建国等(2013)的测试结果基本一致。

戴金星等(2012)根据鄂尔多斯盆地46个气样， 测得3He /4He值为3.18×10-8～1.2×10-7， 平均值为4.36×10-8， R/Ra为0.022～0.085， 认为均是壳源氦。从表4测试结果可知， 北天山地区的泥火山R/Ra值均显示为壳源气体。而独山子和沙湾-霍尔果斯泥火山R/Ra值显示， 其气体来源相对更深层。

表4 北天山地区泥火山同位素分析结果

Table4 Isotopic compositions of gases from the mud volcanoes in northern Tianshan

样品编号δ13CCH4/‰δ13CCO2/‰3He/4He(×10-8)R/Ra温泉点-18.62-16.523.32±0.240.023乌苏视1-45.8216.152.40±0.070.017乌苏视2-45.7115.922.90±0.110.021艾其沟视3-41.1220.163.11±0.160.022独山子1-42.5116.124.61±0.200.033独山子2-42.4915.784.92±0.200.035沙湾-霍尔果斯-37.1519.427.80±0.330.056

注 碳同位素组成用MAT253型气相色谱-质谱联用仪测定； 氦同位素分析用MM5400质谱仪测定。R/Ra表示测量的3He /4He值与大气3He /4He(1.4×10-6)值的比值。

4 结论与讨论

4.1 地球化学成因

(1)气体。 1)在泥火山活跃期， 气体成分含量由多到少依次为氮气、 甲烷、 二氧化碳； 氦气含量也会明显增多； 但是， 泥火山在平静期气体含量和活跃期明显不同； 2)各测点不含氧气或者氧气含量很低； 3)在平静期， 气体中氢气、 氦气含量为零或者很低； 4)测点中都含有硫化氢气体或者硫化物。

气体测试结果表明， 泥火山剧烈喷涌时， 深层成分会大幅度增加， 从而导致深层气体甲烷、 二氧化碳、 氦气含量大幅度上升。

(2)水质。 1)各泥火山液体(离心水)矿化度基本处在咸水和盐水之间， 阴离子基本上以CL—为主； 2)溶解汞浓度在8～20ng/L之间， 尚不造成污染。上述离子分析结果表明， 泥火山液来自地层深处。

(3)固体。喷发出的泥浆中， 硅、 硫、 氟等非金属元素和铁、 钙等金属元素的百分含量相对较高。

(4)同位素。 1)根据δ13CCH4和δ13CCO2测值显示， 除温泉县泥火山点外， 其余各点可能具有同源或者同成因性； 2)3He/4He值测试结果显示， 北天山地区的泥火山R/Ra值均显示为壳源气体。而独山子和沙湾-霍尔果斯泥火山R/Ra值显示其气体来源相对更深层。

综合上述各方面的分析结果可知， 当泥火山剧烈活动时， 一些金属元素和非金属元素随泥浆喷出， 深层的气体、 离子等亦会有不同程度的增加。另外，δ13CCH4与台湾高雄县的滚水坪泥火山、 乌山顶泥火山、 关子岭温泉气和新养女湖泥火山的测值接近， 4座泥火山伴生气中δ13CCH4依次分别为-35.9‰、 -31.7‰、-32.9‰、 -31.76‰；δ13CCO2与乌山顶泥火山伴生气和关子岭温泉气中测值相近， 二者的δ13CCO2分别为-11.5‰、 -10.0‰～15.2‰(另外2座泥火山伴生气中CO2含量较低)， 由此可推断δ13CCO2源于泥火山系统内的某种作用， Etiope等(2009)认为， 在泥火山气来源储层或扩散通道中， 厌氧微生物降解原油或重烃类生成CO2， CO2在微生物作用下发生还原反应生成CH4， 导致反应剩余的CO2富含重同位素(δ13C)。这表明北天山泥火山的气体属于有机成因来源的热解烃类气。又因为除温泉点样品外， 其余样品中δ13CCO2>+5‰， 说明气体在溢出之前受到厌氧微生物的降解作用， 而同时含温泉点在内的所有样品中δ13CCH4没有明显的降低， 都>-55‰， 说明厌氧微生物降解作用对烷烃类同位素组成影响不大。有研究资料表明， 这类沉积成因的泥火山发生所谓的喷泥、 喷气等现象， 是在快速沉降沉积及埋藏的区域地质背景下， 由于沉积充填的富含有机质巨厚岩层在压实与流体排出不均衡的条件中， 孕育了巨大的异常高温超压潜能， 进而导致大量有机质向烃类转化并形成其他流体， 同时由于巨大高温超压潜能的强烈作用， 促使烃类流体和其他流体通过地壳薄弱带和断裂及裂隙发育带， 不断向上部地层侵入和冲注， 发生强烈的底辟刺穿和上拱挤入作用， 最终形成泥火山， 并携带大量泥质物、 泥浆水和烃类及非烃类气体产出(何家雄等， 2012)。

4.2 泥火山喷发与地震

结合地下流体、 GPS、 跨断层水准和其他资料， 笔者对泥火山喷发活动规律进行了初步研究。在通常情况下， 泥火山喷发具有一定的准周期性， 当区域地壳构造应力不断增强时， 封闭构造中岩石的孔隙压力逐渐增大， 当压力达到泥火山喷发条件时， 泥火山就打破原有周期而重新活动。同样， 这种区域地壳构造应力的不断增强也能导致地震的孕育和发生， 因此可以说二者具有一定的同源关系。地震活动可以伴随泥火山的活动， 大规模的泥火山活动同样也可以引发小地震。但由于泥火山活动和地震的关系可能相当复杂， 目前， 很难用某一种简单的模式对其加以总结或科学解释。

致谢 在项目的推进或本文撰写过程中， 中国地震局地质研究所车用太研究员、 许建东研究员， 中国地震局地壳应力研究所刘耀炜研究员， 中国地震局地震预测研究所杜建国研究员等给予了帮助或指导， 在此一并致谢!

车用太， 鱼金子. 1997. 地下流体的源兆、 场兆、 远兆及其在地震预报中的意义 [J]. 地震， 17(3): 283—288.

CHE Yong-tai， YU Jin-zi. 1997. The focal precursors， field precursors and remote precursors of ground fluid before strong earthquakes and their significance in the earthquake prediction [J]. Earthquake， 17(3): 283—288(in Chinese).

陈志， 杜建国， 周晓成， 等. 2014. 2012年6月30日新源MS6.6地震前后北天山泥火山及温泉的水化学变化 [J]. 地震， 34(3)： 97—107.

CHEN Zhi， DU Jian-guo， ZHOU Xiao-cheng，etal. 2014. Hydrogeochemical changes of mud volcanoes and springs in North Tianshan related to the June 30， 2012 XinyuanMS6.6 earthquake [J]. Earthquake， 34(3)： 97—107(in Chinese).

戴金星， 吴小奇， 倪云燕， 等， 2012. 准噶尔盆地南缘泥火山天然气的地球化学特征 [J]. 中国科学(D辑)， 42(2)： 178—190.

DAI Jin-xing， WU Xiao-qi， NI Yun-yan，etal. 2012. Geochemical characteristics of natural gas from mud volcanoes in the southern Junggar Basin [J]. Science in China (Ser D)， 42(2)： 178—190(in Chinese).

杜建国， 周晓成， 陈志， 等. 2013. 北天山泥火山对2012年6月30日新源-和静MS6.6地震的响应 [J]. 地震学报， 35(6)： 876—887.

DU Jian-guo， ZHOU Xiao-cheng， CHEN Zhi，etal. 2013. Responses of mud volcanoes in the North Tianshan to the 30 June， 2012 Xinyuan-HejingMS6.6 earthquake [J]. Acta Seismologica Sinica， 35(6)： 876—887(in Chinese).

范卫平， 郑雷清， 龚建华， 等. 2007. 泥火山的形成及其与油气的关系 [J]. 吐哈油气， 12(1)： 43— 47.

FAN Wei-ping， ZHENG Lei-qing， GONG Jian-hua，etal. 2007. Forming of mud volcano and relation with hydrocarbon [J]. Tuha Oil & Gas， 12(1)： 43— 47(in Chinese).

高小其， 王海涛， 高国英， 等. 2008. 霍尔果斯泥火山活动与新疆地区中强以上地震活动关系的初步研究 [J]. 地震地质， 30(2)： 464— 474.

GAO Xiao-qi， WANG Hai-tao， GAO Guo-ying，etal. 2008. Study on relationship between seismic activity and Horgos mud volcano in Xinjiang [J]. Seismology and Geology， 30(2)： 464— 474(in Chinese).

郭正府， 刘嘉麒， 贺怀宇， 等， 2003. 火山喷出气体的环境、 灾害效应以及对火山未来喷发的指示意义 [J]. 地震地质， 25(增刊)： 88—98.

GUO Zheng-fu， LIU Jia-qi， HE Huai-yu，etal. 2003. Environmental and climatic effects of volcanic volatiles and the use of volatiles as potential indicator of future eruptions [J]. Seismology and Geology， 25(suppl)： 88—98(in Chinese).

何家雄， 崔洁， 翁荣南， 等. 2012. 台湾南部泥火山与伴生气地质地球化学特征及其油气地质意义 [J]. 天然气地球科学， 23(2)： 319—326.

HE Jia-xiong， CUI Jie， WENG Rong-nan，etal. 2012. Geology of mud volcanoes and geochemistry of southern Taiwan and its significance to petroleum geology [J]. Natural Gas Geoscience， 23(2)： 319—326(in Chinese).

洪汉净， 于泳， 郑秀珍， 等. 2003. 全球火山活动分布特征 [J]. 地学前缘， 10(特刊): 11—16.

HONG Han-jing， YU Yong， ZHENG Xiu-zhen，etal. 2003. Global volcano distribution: Pattern and variation [J]. Earth Science Frontiers， 10(suppl): 11—16(in Chinese).

胡野圃. 2006. 话说泥火山 [J]. 地球， 6： 7—10.

HU Yie-pu. 2006. Introduction of mud volcano [J]. Earth， 6: 7—10(in Chinese).

李锰， 王道， 李茂伟， 等. 1996. 新疆独山子泥火山喷发特征的研究 [J]. 内陆地震， 10(4): 359—362.

LI Meng， WANG Dao， LI Mao-wei，etal. 1996. Study on eruption features of Dushanzi mud volcano [J]. Inland Earthquake， 10(4): 359—362(in Chinese).

刘耀炜， 施锦. 2000. 强震地下流体前兆信息特征 [J]. 地震学报， 22(1): 59— 64.

LIU Yao-wei， SHI Jin. 2000. Information characteristics of ground fluid precursor on continental strong earthquakes [J]. Acta Seismologica Sinica， 22(1): 59— 64(in Chinese).

栗周熊. 2003. 致命杀手泥火山 [J]. 图形科普， 6： 52—55.

SU Zhou-xiong. 2003. Mud volcano， the deadly killer [J]. Graphics Popular Science， 6: 52—55(in Chinese).

孙谦， 樊祺诚， 龙安明， 等. 2006. 广西涠洲岛南湾火山喷发特征 [J]. 地球科学-中国地质大学学报， 31(1): 66—70.

SUN Qian， FAN Qi-cheng， LONG An-ming，etal. 2006. Nanwan volcano eruption features on Weizhou Island， Guangxi [J]. Earth Science-Journal of China University of Geosciences， 31(1): 66—70(in Chinese).

王道. 2000. 新疆北天山地区泥火山与地震 [J]. 内陆地震， 14(4): 350—353.

WANG Dao. 2000. Mud volcanoes and earthquakes in North Tianshan， Xinjiang [J]. Inland Earthquake， 14(4): 350—353(in Chinese).

王道， 李茂玮， 李锰， 等. 1997. 新疆独山子泥火山喷发的初步研究， [J]. 地震地质， 19(1)： 14—16.

WANG Dao， LI Mao-wei， LI Men，etal. 1997. A preliminary study on eruption of the mudvolcano in Dushanzi， Xinjiang [J]. Seismology and Geology， 19(1)： 14—16(in Chinese).

王海涛， 高小其， 李志海， 等. 2014. 新疆6.0、 6.6级地震前近场泥火山宏观异常现象 [J]. 地震学报， 36(1): 139—145.

WANG Hai-tao， GAO Xiao-qi， LI Zhi-hai，etal. 2014. Abnormal phenomenon of a mud volcano in Wusu County beforeMS6.0 andMS6.6 earthquakes in Xinjiang [J]. Acta Seismologica Sinica， 36(1): 139—145(in Chinese).

楊燦堯. 2003. 台湾的泥火山 [J]. 台大校友， 29(3): 8—13.

YANG Can-rao. 2003. Mud volcano in Taiwan [J]. NTU Alumni， 29(3): 8—13(in Chinese).

Etiope G， Feyzullayev A， Milkov A V，etal. 2009. Evidence of subsurface anaerobic biodegradation of hydrocarbons and potential secondary methanogenesis in terrestrial mud volcanoes [J]. Marine and Petroleum Geology， 26(9)： 1692—1703.

Yusifov M， Rabinowitz P D. 2004. Classification of mud volcanoes in the South Caspian Basin， offshore Azerbaijan [J]. Marine and Petroleum Geology， 21: 965—975.

ORIGIN OF THE MUD VOLCANO IN NORTHERN TIANSHAN CONSTRAINED BY GEOCHEMICAL INVESTIGATION

GAO Xiao-qi1)LIANG Hui2)WANG Hai-tao2)ZHENG Li-ming2)LI Jie2)ZHAO Chun-qing2)XIANG Yang2)ZHANG Tao2)

1)KeyLaboratoryofCrustalDynamics,InstituteofCrustalDynamics,ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100085,China2)EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion，Urumqi830011，China

Mud volcano is a kind of structural geological phenomena under certain hydrogeological environment and can bring plenty of valuable information to the ground when it erupts， therefore， many researchers call it as “Heaven granted well” whose depth can be up to 12km. Mud volcanoes in Xinjiang are distributed in the central-west region of North Tianshan， and five of them are representative， namely， Horgus， Dushanzi， Wenquan， Poplar valley， and Sailetike. We tested the gas， fluid and solid components of these mud volcanoes through investigations and studies of topography and geomorphology， geological and hydrogeological conditions， and mud debris characteristics， and preliminary obtained the origin of these mud volcanoes based on geochemical features. Finally， the paper describes briefly that the continuous enchancement of regional crustal tectonic stress can not only give rise to the seismogenesis and earthquake occurrence， but also break the original cycle of mud volcano to bring about significant activity， therefore， the two have a certain homology relationship.

mud volcano; geochemistry; eruption; causes; Northern Tianshan

10.3969/j.issn.0253- 4967.2015.04.021

2014-09-28收稿， 2015-10-15改回。

财政部行业专项(201408008)、 中央级公益性科研院所基本科研业务专项(IGCEA1221)、 国家自然科学基金(40962006)和新疆地震科学基金(20130202)共同资助。 *通讯作者： 梁卉， 电话： 0991-3853354， E-mail: huifreedom@sina.cn。

P315.72+4

A

0253-4967(2015)04-1215-10

高小其， 男， 1966年生， 1991年于新疆大学获化学专业学士学位， 研究员， 主要从事地震地下流体监测、 预报和泥火山的研究， E-mail: gaoxq06@tom.com。