东疆地区石炭纪—二叠纪构造古地理与原型盆地演化*

甄 宇 陈 旋 焦立新 李新宁 周志超 刘文辉殷树铮 李 涤 苟红光 李成明 何登发

1 中国地质大学 （北京）能源学院，北京 100083

2 中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院，新疆哈密 839009

东疆地区位于中亚增生造山带南部，地处西伯利亚增生体系和哈萨克斯坦微陆块拼合部位，见证了哈萨克斯坦－准噶尔地块与北部的西伯利亚增生体系和南部的塔里木板块边缘的碰撞拼合历史（W indleyetal.，2007；Xiaoetal.，2009；Lietal.，2016）。石炭纪—二叠纪是东疆地区洋－陆转换的关键构造转折期，期间发生过多次洋壳闭合和陆陆碰撞活动，形成大量岩浆岩和碎屑沉积物 （田健等，2015；李玮等，2016）。东疆地区北部扎河坝－阿尔曼太蛇绿岩带、中部克拉美丽山－莫钦乌拉山蛇绿岩带、南部东天山觉罗塔格构造带以及横亘于吐哈地块和准噶尔地块之间博格达－哈尔里克构造带（图1－a），为研究古亚洲洋石炭纪—二叠纪的演化过程提供了重要窗口。尽管许多研究通过岩石地球化学分析试图揭示东疆地区洋盆 （克拉美丽洋和北天山洋）闭合的俯冲碰撞过程 （Xiaoetal.， 2004； Zhangetal.， 2013； Wangetal.，2022a），但相关碰撞时间、俯冲方式以及从碰撞期到碰撞后阶段的转换过程仍然存在争议。而正是由于东疆地区洋盆性质、沟－弧－盆俯冲事件和陆陆碰撞的多期性和复杂性 （吴晓智等，2008；Xiaoetal.，2009；王国灿等，2019），造成了对东疆地区原型盆地各构造单元构造格架和沉积充填特征的认识存在较多的分歧。相比之下，沉积盆地分析已被证明是约束大陆碰撞时间和确定地球动力学转变的更有效方法 （Kempetal.，2009；胡修棉等，2021）。随着东疆地区重点盆地 （准噶尔盆地、吐哈盆地、三塘湖盆地）石炭系—二叠系油气藏逐渐被发现，盆地内高精度地震资料和钻井资料为解析东疆地区盆山构造格局演化、岩相古地理及原型盆地提供了可靠依据 （Lietal.，2020）。同时，原型盆地解析可为探究东疆地区主要沉积盆地石炭系—二叠系成藏条件、源－储组合分布奠定基础，对助力东疆地区石炭系—二叠系勘探选区、部署以及油气资源取得突破具有重要意义。

图1 东疆地区大地构造位置及区域地质简图Fig.1 Sketch map showing tectonic location and regional geology of eastern Xinjiang

1 地质背景

东疆地区整体位于中亚造山带中南部，夹持于西伯利亚克拉通和华北、塔里木克拉通之间（图1－a），其构造－沉积格局演变受到中亚造山带演化约束，形成了现今复杂的陆内盆山地貌 （李锦轶，2004）。根据北西、北西西走向的克拉美丽洋和北天山洋，将东疆地区古生代构造格局划分为杜拉特地块、野马泉地块、准噶尔－吐哈地块以及中天山地块（图1－b），其中准噶尔－吐哈地块内部发育博格达－哈尔里克裂谷带 （高俊等，2022）。现今东疆地区主要沉积盆地包括准东盆地、吐鲁番—哈密盆地和三塘湖盆地等，夹持于克拉美丽山—莫钦乌拉山、博格达山—哈尔里克山以及觉罗塔格山之间（图1－c）。

东疆地区古生代以来的构造演化记录了古亚洲洋长期复杂的俯冲－增生历史 （Xuetal.，2021），以及中、新生代多期次碰撞造山历史。寒武纪—早奥陶世，准噶尔－吐哈地块夹持于阿尔曼太洋和北天山洋之间，由于阿尔曼太洋盆在中、晚奥陶世的俯冲闭合，准噶尔－吐哈地块与阿尔泰地块发生碰撞拼合 （马星华等，2015；李江涛等，2017）。志留纪，北天山洋的南向俯冲导致中天山地块与塔里木板块分离，形成南天山洋，北部的准噶尔－吐哈地块与阿尔泰地块碰撞拼合形成野马泉地块 （赵浩等，2018）。泥盆纪，该区域遭受到板块拉张作用，克拉美丽有限洋盆形成。晚泥盆世，克拉美丽洋持续向北俯冲，野马泉岛弧与准噶尔地块发生碰撞，海水逐渐向东退去，在碰撞带前形成陆表海沉积，同一时期克拉美丽洋形成（Zhangetal.，2009，2021）。

晚泥盆世—早石炭世之交，克拉美丽洋俯冲消减逐渐闭合，准噶尔－吐哈地块东北缘也因此自西向东分别于早石炭世—晚石炭世中期进入后碰撞伸展阶段 （Yuanetal.，2010；Wangetal.，2015）。受强烈的后造山和弧后的双重伸展作用影响，区域上形成一系列石炭纪的裂陷构造带，博格达裂谷也随之形成 （顾连兴等，2001；Zhangetal.，2017）。

早二叠世初期，准噶尔－吐哈地块南侧的南天山洋和康古尔有限洋盆关闭，区域上广泛发育纯剪挤压型韧性变形，这一事件标志着东天山的古洋盆关闭，开始进入陆内演化阶段 （孙桂华等，2006；查雁鸿等，2020；Nietal.，2021）。早二叠世晚期，整个区域上广泛发生后碰撞伸展的双峰式岩浆活动（陈希节和舒良树，2010）；中晚二叠世—早中三叠世，东疆地区以陆内挤压缩短变形为主 （Zhangetal.，2019）。整体而言，二叠纪东疆地区盆地进入具相对统一早期前陆盆地的发育期，并于晚二叠世早期进入演化的高峰期。

自三叠纪开始，东疆地区进入挤压后的松弛环境，各个盆地进入具有相对独立的坳陷沉积盆地发育时期。侏罗系是在晚三叠世区域削高填低、剥蚀夷平准平原化的气候湿润背景下发育的一套泛湖盆环境下的含煤沉积 （Jietal.，2019）。自中、晚侏罗世开始，东疆地区盆缘褶皱山系普遍趋于活跃，如博格达山、克拉美丽山等都开始造山活动 （Heetal.，2022）。燕山运动晚期，区域挤压造山作用和周缘山系褶皱与逆冲活动逐渐趋强 （Chenetal.，2020）。喜马拉雅运动期东疆地区周缘造山带呈间歇性增强的特征，造山带前缘发育强烈的逆冲造山活动，形成了现今的盆山地貌格局 （Gillespieetal.，2017）。

2 研究方法：活动论构造古地理

造山带的原型盆地恢复是大陆动力学研究的重要研究方向 （孙枢，2005；吴晓智等，2008；王成善等，2010；何登发等，2015；Jiangetal.，2015；窦立荣和温志新，2021）。活动论构造古地理思想是在地球系统科学的活动论、演化论、阶段论与转换论下观念的自然延伸，以整体、动态、综合分析的方法厘定古地理单元的边界、属性、组成、结构和演化 （何登发等，2015，2020）。以活动论构造古地理思想为指导动态地开展原型盆地分析，在板块尺度的古地理重建工作中，特别是针对大陆造山带的原型盆地复原研究方面具有重要意义。何登发等 （2020）基于长期的研究实践，总结了盆地和造山带活动论构造古地理研究的5个基本步骤，为盆地和造山带构造古地理的研究指明了方向。5个基本步骤为：（1）定界、定块——确定构造古地理单元的边界；（2）定时、定性——确定构造古地理单元的属性；（3）定貌、定相——确定构造古地理单元的组成；（4）定位、定向——确定构造古地理单元的结构；（5）定带、定型——确定构造古地理单元的演变。总体而言，借助活动论构造古地理思想开展原型盆地分析，就是以钻井、地震、地质露头资料为基础，应用沉积充填、构造演化等方法恢复盆地及造山带原始沉积面貌，探究盆山形成机制及后期构造改造过程。

文中的研究是基于钻井约束下的高精度地震反射剖面解析现今东疆地区主要造山带及盆地结构（觉罗塔格山—吐鲁番盆地—博格达山—准东盆地—克拉美丽山、觉罗塔格山—哈密盆地—哈尔里克山—巴里坤盆地—莫钦乌拉山—三塘湖盆地），对石炭系—第四系构造层逐个进行平衡剖面复原，从而揭示每个演化时期的盆地及造山带构造－沉积面貌。同时，在盆地钻井火山岩和沉积岩的地球化学和同位素分析的基础上，厘定各构造地层单元的构造－沉积环境，从而了解盆地各时期的构造－沉积演变特点。最终，从沉积充填、构造演化复原、周缘构造环境等多个角度综合地、动态地开展原型盆地恢复。

3 东疆地区石炭纪—二叠纪地层系统

石炭纪—二叠纪是东疆地区洋－陆转换的关键构造转折期，由于构造－沉积环境的横向变化，石炭系—二叠系的岩石特征分区性明显，因此同一时代不同地层如何对比，成为东疆石炭系和二叠系研究的主要难点之一 （吴晓智等，2008）。文中以露头和钻井资料为基础，应用岩石地层学、生物地层学、地震地层学和同位素年代学方法，通过盆－山地层对比，建立可对比的东疆地区石炭纪—二叠纪地层系统（表1）。

表1 东疆地区石炭系—二叠系地层划分对比 （据樊丹等，2022；有修改）Table 1 Stratigraphic correlation of the Carboniferous-Perm ian in eastern Xinjiang（modified from Fan et al.，2022）

3.1 石炭纪地层系统

前人将东疆地区石炭系地层区划分为觉罗塔格区 （吐哈盆地南部区）、博格达－哈尔里克区 （吐哈盆地北部小区和巴里坤盆地地层小区）、三塘湖－莫钦乌拉区和克拉美丽－准东区共4个分区。本次地层对比调研了前人大量的同位素测年数据和野外露头资料，结合盆地内钻井岩心和古生物资料以及地震地层解译结果，进行盆内与盆缘的地层对比，建立了东疆地区石炭纪地层系统（表1）。

3.1.1 下石炭统

东疆地区南部的觉罗塔格地区下石炭统主要由海相火山岩及火山碎屑岩组成，夹碎屑岩沉积。小热泉子组 （C1x）岩性主要为浅海相的安山岩、玄武岩及火山碎屑岩，夹少量岩屑砂岩、凝灰质砂岩；之上的雅满苏组 （C1y）岩性为浅海相的中酸性、基性熔岩及火山碎屑岩、陆源碎屑和碳酸盐岩（赵宏刚等，2018）。吐哈盆地内部台南凹陷钻遇的雅满苏组 （C1y）主要为一套碎屑岩－碳酸盐岩沉积（图2）。

图2 吐哈盆地—博格达山—准东盆地—克拉美丽山南北向A-A'剖面年代地层格架（测线位置见图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）

博格达山—哈尔里克山地区下石炭统七角井组（C1q）岩石组合为一套碎屑沉积岩、火山碎屑岩和火山岩，下段以发育枕状玄武岩、双峰式火山岩为特征，根据同位素测年结果限定其年龄为347～326Ma（Chenetal.，2013；汪晓伟等，2015；张妍等，2015），上段则为浅海相的厚层砂岩、砂泥岩互层产出的碎屑岩。

相比之下，克拉美丽山—准东盆地北部下石炭统滴水泉组 （C1d）岩性以黄绿色细砂岩、粉砂岩夹中粗粒砂岩夹层及砂质透镜体，其上的松喀尔苏组 （C1s）以细粒火山碎屑岩为主，同位素测年结果约束其年龄为347～331Ma（张磊，2020）。下石炭统上部发育双井子组，岩性为一套碎屑沉积岩，主要由黄褐绿色、红褐色砾岩夹钙质砂岩、泥岩、碳质页岩及生物灰岩组成（图2）。

在东疆地区东北部的三塘湖盆地—莫钦乌拉山地区，下石炭统下部发育东古鲁巴斯套组 （C1d），其中底部为富含腕足类、珊瑚、腹足类、头足类及少量三叶虫化石和植物碎片的灰绿色、深灰色粉砂质泥岩。之上的姜巴斯套组 （C1j）主要为一套海相碎屑岩，其介壳灰岩中含有大长身贝动物群化石（图3）。

图3 吐哈盆地—哈尔里克山—巴里坤盆地—莫钦乌拉山—三塘湖盆地南北向B-B'剖面年代地层格架（测线位置见图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 上石炭统

觉罗塔格地区上石炭统土古土布拉克组（C2tgt）主要为一套浅海相火山沉积岩序列。康古尔塔格构造带上石炭统下部发育白鱼山组 （C2b），总体为一套海水逐渐变浅的海退期潮间带—潮上带沉积，岩性自下而上由凝灰质砂岩、泥灰岩过渡为以砂岩、砂砾岩为主的碎屑岩。之上的底坎尔组（C2d）主要为半深海相—浅海相的火山岩与火山碎屑岩组合，下段为凝灰岩夹黑色泥岩或生物碎屑灰岩，上部发育厚层凝灰质砂岩与泥灰岩互层。吐哈盆地南缘苏穆克组 （C2s）岩性总体为浅海相的砂质泥岩夹凝灰质砂岩及凝灰岩（图2；图3）。

在博格达—哈尔里克地区，上石炭统岩性主要为海相火山碎屑岩、火山岩及陆缘碎屑岩。其中博格达构造带上石炭统自下而上发育柳树沟组（C2l）、祁家沟组 （C2q）和奥尔吐组 （C2ao）。柳树沟组 （C2l）与下伏七角井组呈不整合接触，其下段发育浅海相中酸性火山岩和火山碎屑岩，上段主要为浅海相泥岩、砂岩等碎屑岩。祁家沟组（C2q）底部发育浅海相碳酸盐岩，向上为滨浅海相砂砾岩，顶部为碳酸盐岩 （靳军等，2023）。奥尔吐组 （C2ao）在博格达山分布较广，岩性为浅海相细粒沉积岩夹薄层灰岩。王银喜等 （2007）测得祁家沟组流纹岩年龄为306.7Ma，其他学者也约束了奥尔吐组的年龄为305～301Ma（Zhangetal.，2017；Wangetal.，2020a）。

在克拉美丽山—准东盆地，巴塔玛依内山组（C2b）主要为一套火山岩和火山碎屑岩夹多层碎屑沉积岩，克拉美丽山西部的白碱沟出露的火山岩年龄为317～306Ma（Xiaoetal.，2004；李玮等，2016），结合盆地钻井资料将其年龄限定在299.8～317Ma（Suetal.，2012）。顶部石钱滩组 （C2sh）为一套海相的细粒沉积岩夹碳酸盐岩。

在三塘湖盆地—莫钦乌拉山地区，上石炭统巴塔玛依内山组 （C2b）下部主要发育凝灰岩，夹少量安山岩、玄武岩和砂岩，上部主要为爆发相—溢流相的火山角砾岩和安山岩组合。之上的哈尔加乌组 （C2h）主要为火山碎屑岩，目前的同位素测年资料限定下部年龄为319.6Ma（陈石等，2009）。顶部的卡拉岗组 （C2k）主要为酸性火山岩、凝灰岩、凝灰熔岩，陆源碎屑沉积占比较小，具有陆相河流—火山喷发相沉积特征。

综合以上东疆地区石炭系的岩性发育特征及同位素测年结果，厘定东疆地区下石炭统主要发育海相火山岩及火山碎屑岩，间或有正常碎屑岩沉积（以砂、砾岩等粗粒沉积为主）。上石炭统除了准东盆地巴山组 （C2b）仅发育陆相火山岩之外，其他区域主体以海相或陆相火山岩、火山碎屑岩及海相碎屑岩沉积为主要特征。需要强调的是，东疆地区各个盆地内的地层与周缘地层不但命名上存在差异，使用同一名称的地层其内涵也不尽相同。东疆地区石炭纪不同地层分区的对比结果及地层接触关系如表1所示。

3.2 二叠纪地层系统

东疆地区的二叠系在全国地层分区中隶属于北疆－兴安地层大区，包含了多个地层小区。文中主要基于4个地层小区讨论二叠系地层对比问题：（1）东准噶尔地层小区 （包含准东和准南）；（2）博格达－吐哈北部地层小区；（3）觉罗塔格地层小区；（4）三塘湖地层小区。

3.2.1 下二叠统

准东盆地北部下二叠统金沟组在石钱滩凹陷和石树沟凹陷发育，在石钱滩凹陷以灰褐色、褐色泥岩与砂岩互层为主，向梧桐窝子凹陷碎屑岩粒度有变粗的趋势，整体上以陆相的河湖相沉积为主。在准东南地区，下二叠统发育下芨芨槽群，包含石人子沟组 （P1s）和塔什库拉组 （P1t），为海陆过渡相碎屑沉积。吐哈盆地南部下二叠统艾丁湖组（P1ai）主要为海陆交互相的碎屑岩、火山碎屑岩沉积；吐哈盆地北部依尔希土组 （P1y）主要以陆相火山岩、火山碎屑岩和碎屑岩沉积为主（图2）。从北向南，准噶尔—吐哈盆地沉积环境依次为陆相→海陆过渡相→陆相。

3.2.2 中二叠统

中二叠世，吐哈盆地和准噶尔南缘均沉积了一套正常碎屑岩，两者沉积旋回特征相似，其中吐哈盆地发育了大河沿组 （砂砾岩）、塔尔朗组 （泥岩）正旋回，准噶尔南缘发育了上芨芨槽群一个完整旋回（图2）。三塘湖盆地的中二叠统条湖组和部分芦草沟组发育火山岩，与准东盆地和吐哈盆地有差异。中二叠世，这3个盆地均发育吐鲁番鳕鱼化石，但吐哈盆地塔尔朗组沉积时期盆地结构具有强烈的分区性。从探井资料看，三塘湖盆地内地层厚度较露头区小，也具分区性，其中芦草沟组岩性包括深褐色泥页岩和白色灰岩，夹少量的砂岩和砂砾岩，总体属于湖泊沉积（Jiaoetal.，2020）；条湖组岩性主要为厚层中基性火山岩，夹泥岩和砂泥岩等，属河流相—湖泊相沉积（汪双双等，2015）。

3.2.3 上二叠统

下仓房沟群在吐哈盆地与准噶尔南缘一致，可对比性强，而三塘湖盆地大部分地区缺失。吐哈盆地、博格达地区及准南地区上二叠统均为河湖相沉积 （Jiangetal.，2015），纵向上显示出下粗上细的沉积特征。吐哈盆地上二叠统上部均发育强氧化环境下的泥质沉积，泥岩以紫红色及褐色沉积为主。准东地区梧桐沟组上部则主要表现为弱氧化到还原环境下的泥质沉积。

4 东疆地区构造演化

石炭纪是东疆地区洋盆俯冲闭合的关键转折时期，该时期东疆地区的构造演化主要受控于哈萨克斯坦－准噶尔地块南、北两侧洋盆 （克拉美丽洋和北天山洋）的俯冲增生造山作用，形成2个边界构造带 （克拉美丽缝合带和北天山缝合带）和1个内部裂谷构造带 （博格达构造带）（樊丹等，2022）。早石炭世早、中期东疆地区处于伸展环境，该时期吐哈盆地、准东盆地、巴里坤盆地、三塘湖盆地普遍发育伸展断陷构造 （图4），形成一系列多米诺式地堑－地垒结构。晚石炭世，准噶尔地块和野马泉地块发生碰撞拼合，克拉美丽南侧部分正断层性质发生反转，形成相对较高的地貌接受剥蚀。而此时北天山洋仍在向北俯冲，由于发生板片后撤而引起博格达—吐哈地区持续伸展，因此在准噶尔－吐哈地块呈现出 “南拉张、北挤压”的构造格局。

图4 觉罗塔格山—吐鲁番盆地—博格达山—准东盆地—克拉美丽山石炭纪以来构造演化 （A－A'剖面位置见图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）

二叠纪，东疆地区的构造作用以陆内裂陷及坳陷为主，形成准东、吐哈与三塘湖三大沉积中心，并呈现出由裂陷向坳陷转换的特点。早二叠世东疆地区进入后碰撞伸展环境，吐哈盆地、准噶尔盆地东部以及三塘湖盆地在石炭纪先存断陷的基础上广泛发育继承性断层（图4；图5）。早二叠世末期—中二叠世，东疆地区普遍发育1期构造挤压事件，导致在博格达山 （Lietal.，2022）、克拉美丽山—莫钦乌拉山地区构造隆升 （Huetal.，2020），现今准东盆地、三塘湖盆地下二叠统地层大部分受构造挤压而被剥蚀，而吐哈盆地、巴里坤盆地南侧构造反转程度较弱，保存了相对完整的断陷结构（图5）。中二叠世伊始，东疆地区普遍进入陆内坳陷阶段，发育深湖—滨浅湖相碎屑岩建造，指示区域构造环境相对稳定（图4），然而该时期在三塘湖盆地却展现为伸展背景的拉张盆地（图5）。中二叠世末期—晚二叠世，东疆地区造山带初始隆升，同时盆内先存断裂再次活化，导致中、上二叠统地层遭受不同程度的剥蚀，如吐哈盆地中、上二叠统均发育一定规模的削截不整合（图2；图3）。博格达山北侧的准东盆地中、上二叠统保存相对完整，但亦可在局部凸起单元识别出同沉积不整合现象（图4）。三塘湖盆地南、北两侧冲断带断层剧烈活动导致盆地内呈现为隆起地貌，因此目前该盆地内部和盆缘区域普遍缺失上二叠统。

图5 哈密盆地—哈尔里克山—巴里坤盆地—莫钦乌拉山—三塘湖盆地石炭纪以来构造演化 （B－B’剖面位置见图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）

三叠纪早期，东疆地区进入准平原化阶段，下三叠统沉积普遍较稳定。中、晚三叠世，东疆地区造山带发生不同程度的隆升。吐哈盆地南缘造山带基底断层活化，盆缘区域隆升作用强烈（图4）。博格达山地区遭受挤压开始隆升造山 （Zhaoetal.，2020），博格达山北缘滑脱冲断构造在先存断裂的激活下形成，改造了准东盆地南缘边界，准东—吐哈盆地真正意义上“分开”。而该时期克拉美丽山、哈尔里克山、莫钦乌拉山构造隆升幅度较弱，对沉积盆地的构造改造作用不明显（图5）。

早、中侏罗世东疆地区构造处于弱拉张或者稳定沉降期，广泛发育泛湖盆环境下的含煤沉积（Yangetal.，2015）。自中—晚侏罗世开始，东疆地区盆缘造山带开始造山活动，其中克拉美丽山和博格达山—哈尔里克山构造响应最为强烈，基底卷入和分层滑脱等构造初具规模。而觉罗塔格山、莫钦乌拉山构造隆升程度较弱，盆地构造缩短量较小，盆地结构变化不明显。燕山运动晚期，白垩纪—古近纪延续了中、晚侏罗世的区域挤压造山作用，该时期构造隆升最强烈的应属博格达山和莫钦乌拉山，而觉罗塔格山和哈尔里克山构造变形规模相对有限。喜马拉雅运动期，东疆地区周缘造山带构造活动规模交替变化，盆地结构普遍表现为楔形的非对称前陆盆地特征。

综上所述，东疆地区的构造演化经历了石炭纪—二叠纪多个伸展－聚敛旋回构造及中、新生代以来的多期挤压、冲断叠加过程。石炭纪—二叠纪构造演化主要经历了早石炭世伸展、早石炭世末期—晚石炭世早期弱伸展、晚石炭世末期挤压、早二叠世早期伸展、早二叠世末期挤压5期伸展－聚敛旋回，中新生代构造改造过程经历了晚二叠世、晚三叠世、晚侏罗世、晚白垩世—古近纪、晚新生代5期挤压旋回。构造演化复原结果显示：吐哈盆地—博格达山—准东盆地—克拉美丽山构造缩短量为97.95 km，总缩短率21.5%，其中吐鲁番盆地南侧边界迁移了 69.91 km，准东盆地北部缩短量28.04 km，缩短量比值接近3∶1。哈密盆地—哈尔里克山—巴里坤盆地—莫钦乌拉山—三塘湖盆地石炭纪以来构造缩短量为101.23 km，总缩短率21.42%，其中哈密盆地南侧盆地边界迁移了46.45 km，三塘湖盆地北部缩短量54.78 km，缩短量比值接近1∶1。

5 讨论：东疆地区石炭纪—二叠纪构造古地理与原型盆地演化

东疆地区石炭系—二叠系不同构造单元的对比结果显示其在岩性组合、分布和厚度等方面具有很大差异，客观上为东疆地区石炭系—二叠系的地层统层工作带来了较大困难。文中基于地震剖面的平衡复原，揭示了石炭纪和二叠纪东疆地区分别经历2幕伸展—坳陷—聚敛旋回（图4；图5），差异性的动力学背景导致该地区隆—凹格局差异较大，进而影响了区域沉积充填组合（图2；图3）。前人对东疆地区石炭纪—二叠纪动力学背景的研究，主要分歧在于克拉美丽洋和北天山洋俯冲作用的方向是单向或是双向以及洋盆关闭的时限 （李锦轶，2004；Lietal.，2020）方面。此外，博格达—哈尔里克构造带的石炭纪性质长期以来就存在岛弧或裂谷之争 （顾连兴等，2001；Laurent-Charvetetal.，2003），其从开启到关闭的演化与北天山洋俯冲－增生过程之间的联系也存在不同观点 （Lietal.，2021）。

5.1 石炭纪

5.1.1 早石炭世早—中期

由于区域上受到北天山洋和克拉美丽洋岩石圈回撤作用，早石炭世早、中期东疆地区整体处于伸展断陷环境 （王国灿等，2022）。吐哈地区南部主要以海相沉积为主，火山岩较为发育，岩性、岩相变化剧烈。大南湖岛弧北部的吐哈盆地该时期属于弧后裂陷盆地，受拉张伸展作用控制，水体相对较深（图6）。该时期海水逐渐由觉罗塔格地区向北东方向的博格达山东段及哈尔里克山退去，横向上西段海水较东段浅。该时期，准东地块成为博格达裂谷主要物源区，向博格达裂谷提供物源。博格达裂谷的七角井组岩性主要为玄武岩与流纹岩互层，夹砂岩、凝灰质砂岩、粉砂岩和灰岩，总体为浅海环境。准东盆地—克拉美丽地区由于早石炭世北侧克拉美丽洋向北俯冲 （Lietal.，2020；张磊，2020），北侧伸展较南边更强，沉积中心主要位于大井坳陷附近（图6）。准东盆地局部地区处于滨浅海环境，靠近克拉美丽洋盆水体逐渐变深，以浅海相为主，局部半深海相，构成裂谷型边缘盆地 （王启宇等，2014）。野马泉岛弧南部延伸至三塘湖盆地西南缘，因此三塘湖地区在早石炭世早、中期属于弧后伸展环境。

5.1.2 早石炭世晚期

由于北天山洋和克拉美丽洋岩石圈板片回撤作用减弱 （王国灿等，2019），早石炭世晚期整个东疆地区由伸展进入弱挤压构造环境。东疆地区海侵作用持续，导致水体不断加深，自南向北发育吐哈拗陷盆地、大井拗陷盆地和三塘湖拗陷盆地（图7）。

图7 东疆地区早石炭世晚期构造古地理 （据李涤，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尔塔格断裂带大南湖岛弧带北侧，呈东西向展布。准东地区该时期形成大井坳陷盆地，主要分布在克拉美丽山前地区及准东盆地大井坳陷地区。博格达地区由伸展进入弱挤压的构造转换，博格达裂谷进一步向南西方向扩张，海水自东向西退去。在克拉美丽双井子露头区下部以黄褐色、红褐色砾岩夹钙质砂岩、泥岩、碳质页岩薄层，上部为砂泥岩与生物碎屑灰岩交互出现，沉积物颗粒变细，底栖生物增加，反映在滨浅海环境下水体不断加深。该时期克拉美丽洋东段向东关闭，整体海水逐渐向南褪去，三塘湖拗陷盆地南部以克拉美丽—莫钦乌拉断裂为界，北部以滨浅海—浅海相沉积为主，南部水体相对较深，以浅海—半深海相为主（图7）。

5.1.3 晚石炭世早—中期

早石炭世末期，克拉美丽洋关闭，准噶尔北部的阿尔泰地区与克拉美丽断裂以北的部分地块拼合在一起，多以陆相沉积为主。进入晚石炭世早、中期，北天山洋俯冲板片回撤 （Wangetal.，2022b），致使该时期区域上再一次沉积火山－碎屑岩序列，属于多岛海的构造沉积环境。同时期由于克拉美丽洋盆的闭合，在克拉美丽山前形成大井拗陷盆地（张磊，2020），三塘湖地区形成三塘湖断陷盆地。而北天山洋板片回撤，形成博格达裂陷盆地和吐哈弧后盆地（图8）。

图8 东疆地区晚石炭世早—中期构造古地理 （据李涤，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东西向展布的一个碟状弧后盆地，底坎尔组发育海相火山碎屑岩及泥质含量较多的碎屑岩，反映其当时处于半深海沉积环境。博格达裂陷盆地分布于准东盆地和吐哈盆地之间，以东博格达山—七角井地区为主，为东西方向的一个裂陷型盆地（图8）。该时期博格达山水体向东向北逐渐褪去，整体以浅海相的碎屑岩沉积为主，局部分布火山岩及火山碎屑岩组合。

准东地区大井坳陷盆地位于克拉美丽山前地区，是一个呈近东西向的橄榄状残余拗陷盆地（图8）。由于东疆北部地区处于地块拼贴的碰撞拉张环境，已形成的初始断陷沉降作用加强，早石炭末期形成的拗陷盆地继续沉降，形成后碰撞拉张环境下的大井拗陷盆地。该时期发育上石炭统巴山组陆相火山岩，中段局部出现泥岩夹层，指示该时期准东地区尚残余有海水，并未完全转换为陆相，因此整体为浅海相—滨浅海相。三塘湖断陷盆地上石炭统巴山组及哈尔加乌组发育一套火山岩沉积序列，整体为滨浅海相—海陆过渡相。

5.1.4 晚石炭世晚期

晚石炭世晚期，准噶尔盆地及邻区洋盆基本消亡闭合，仅北天山洋南段持续俯冲消减 （王国灿等，2022），整体处于坳陷盆地发育阶段。东疆北部地区已完成全部拼合，海水完全退去，进入陆内拗陷阶段，以发育陆相沉积为主。北天山洋西段闭合，海水由东博格达进入，造成东疆南部地区和准东盆地南部的海水加深，滨海相环境向北可能一直延伸至白碱沟地区。这一时期博格达地区祁家沟组沉积一套厚层碳酸盐岩，而恰勒坎地区奥尔吐组沉积了厚层粉砂质泥岩 （Wangetal.，2020b），表明该地区水体相对较深，为当时的沉积中心（图9）。东疆地区南缘吐哈坳陷盆地苏穆克组沉积一套细粒碎屑岩，在阿齐山一带上石炭统顶部土古土布拉克组发育浅海—半深海相火山碎屑岩建造，在土屋—沙垄一带主要为碳酸盐岩和碎屑岩沉积，并含有腕足类、䗴等海相化石，表明该时期吐哈坳陷盆地整体处于浅海相沉积环境。三塘湖裂陷盆地发育的上石炭统卡拉岗组整体为一套火山岩沉积序列。三塘湖地区北部为古陆，南侧的断陷盆地南部发育厚层陆相火山岩，在纸房北、伊吾等地区底部为陆相火山岩，上部发育陆缘碎屑岩，指示该地当时为滨浅湖相沉积环境（图9）。

图9 东疆地区晚石炭世晚期岩相古地理 （据李涤，2016；有修改）Fig.9 Lithofacies palaeogeography of the late Late Carboniferous（Kasimovian-Gzhelian）in eastern Xinjiang（modified from Li，2016）

综合以上4个时期 （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，东疆地区在石炭纪逐渐由多岛海的构造格局转变为以洋碰撞拼贴的海陆交互相构造格局。由于早石炭世末期克拉美丽洋盆地自东向西剪刀式的洋盆闭合 （Lietal.，2020），导致东疆北部多岛碰撞拼贴逐渐形成陆相沉积环境。东疆地区南部北天山洋持续俯冲，东疆地区南缘仍然处于多岛海的构造沉积环境中，并在博格达山恰勒大石头等地区形成多个沉积中心。晚石炭世晚期，北天山造山带西段洋盆逐渐关闭，海水从博格达西南口灌入，发生海侵，海侵范围延伸至准东盆地大井坳陷地区，此时，准东盆地及博格达地区为海相沉积环境，三塘湖地区已经进入陆内断陷期，总体形成北陆南海的构造－沉积格局。因此，石炭纪原型盆地经历了早石炭世早中期伸展裂陷、早石炭世晚期盆地持续沉降裂－坳反转、晚石炭世早中期再一次伸展裂陷及晚石炭世晚期持续沉降，处于裂－坳－弱挤压的转换环境。

5.2 二叠纪

5.2.1 早二叠世

晚石炭世末期—早二叠世，北天山洋向北俯冲结束，海水退至博格达山以南，形成残余海盆，并且广泛发育滨浅海相沉积，而博格达山以北地区则为陆相沉积，由此形成了东疆地区南海北陆的古地理格局。伴随着俯冲板片后撤，东疆地区进入后碰撞伸展环境（Qinetal.，2022），形成一系列新的断裂，发育吐哈、准东2个断陷盆地（图10），并在博格达以南地区广泛发育裂谷岩浆岩（Lietal.，2021）。

图10 早二叠世 （约280Ma）东疆及邻区古地理图 （准噶尔盆地西部原型盆地据Tang et al.，2021；张元元等，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）

吐哈盆地岩相演化表现为滨海相的浅色岩浆岩与部分砂泥岩互层，向断裂处逐渐演变为浅海相的深色岩浆岩夹少许深色泥岩，平面上由滨海相沉积转变为浅海相沉积，反映了水体的深浅受断裂作用的控制。准东盆地岩相演化表现为自断裂处浅湖相沉积向断裂边缘逐渐变为河流—三角洲相沉积，揭示出断裂活动控制了水体深度与岩相在平面上的变化。在博格达—哈尔里克区一带，海相沉积仅发育于早二叠世早期，博格达西段的半深海海域是雅满苏—大南湖海槽的延展。早二叠世，三塘湖盆地北部至二台地区为陆相的断陷盆地，发育中酸性火山岩、凝灰岩等火山岩相，区域内也发育河流—湖泊相的陆源碎屑沉积。

5.2.2 中二叠世

中二叠世东疆地区以发育弱伸展机制下的坳陷盆地为特征，形成了吐哈坳陷盆地、准东坳陷盆地和三塘湖断陷盆地。中二叠世早期海水全部消退，伴随着区域性的持续沉降，早二叠世形成的点状孤立断陷盆地逐步相连，规模进一步扩大并向坳陷盆地转换，形成了多个统一的湖盆系统。博格达—哈尔里克地区被3个主要的坳陷盆地环绕，其内部也呈现为东西分割的湖盆。博格达西段半深湖相分布在乌鲁木齐的南侧柴窝堡一带以及西北侧的大黄山—大龙口一带 （杨有星等，2022）。博格达东段在中二叠世早期为规模有限的弱裂陷－坳陷盆地，总体以半深湖相—浅湖相沉积为主。到了中二叠世晚期，随着持续的拉张，盆地进一步沉降，但仍然在区域上广泛发育坳陷盆地，准东盆地北部富蕴地区发育一个小型湖盆，准东盆地西部新源地区的湖盆向西扩张到昭苏地区，准东地区中部、吐哈地区东侧与西侧统一的湖盆系统进一步扩张，形成了准噶尔盆地古城坳陷和吐哈盆地台南坳陷。而三塘湖地区受其南部近东西向断层活动的影响，发育构造－岩浆事件，并形成三塘湖断陷盆地（图11）。

图11 中二叠世（约260Ma）东疆及邻区古地理图（准噶尔盆地西部原型盆地据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）

相较于早二叠世形成的原型盆地，中二叠世早期的原型盆地形状开始由带状逐渐转变为碟状，准东与吐哈的盆地范围持续扩大，水体加深；三塘湖盆地的规模也进一步增大，湖盆与准东盆地相连；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断陷盆地。

5.2.3 晚二叠世

晚二叠世，东疆地区的构造格局再次发生较大变化，中二叠世形成的一系列湖盆面积明显缩小，水深变浅，广泛发育带状陆相沉积。准东地区南北两侧褶皱带 （博格达和克拉美丽）持续逆冲，向盆地供给物源，并在山前形成了一定规模的河流—三角洲沉积，中部则为坳陷湖盆。吐哈地区两侧出现与准东盆地非常类似的褶皱冲断与山前的河流—三角洲沉积，中部为坳陷湖盆。三塘湖地区的湖盆则产生明显消退，北侧形成了较大规模的冲断带（图12）。

图12 晚二叠世 （约255Ma）东疆及邻区古地理图 （准噶尔盆地西部原型盆地据唐勇等，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，纵向上逐渐由底部的滨浅湖相砂岩、粉砂岩与泥岩交互的碎屑岩沉积逐渐演化为以深湖相泥岩为主、含少量砂岩夹层的碎屑岩沉积 （Liuetal.，2018）。以鲁东地区与哈北地区为沉积中心，地层厚度明显较大，而周围的地层厚度相对较小，反映了吐哈地区的中西部与东部水体总体较深，周缘水体较浅。准东坳陷盆地纵向上逐渐由底部的浅湖相砂岩沉积逐渐演化为以深湖相泥岩为主的深湖相沉积，准东盆地东侧与北侧出现很多点状的、水体较深的湖盆，南西侧总体上水体变浅，因此该时期准东盆地总体为深湖—浅湖的沉积环境。

综上所述，二叠纪东疆地区原型盆地演化可以概括为先伸展、后挤压的构造－沉积环境。早二叠世以伸展断陷为主要特征，形成了众多陆内断陷盆地。中二叠世伸展作用逐步减弱，盆地持续沉降并整合为统一的湖盆系统。晚二叠世构造体制转换为挤压作用，盆地边缘形成大量冲断系统，湖盆规模减小，河流相沉积较为发育。

6 结论

1）东疆地区石炭纪—二叠纪受北天山洋和克拉美丽洋岩石圈俯冲、拼合、碰撞过程影响，经历了早石炭世伸展、早石炭世末期—晚石炭世早期弱伸展、晚石炭世末期挤压、早二叠世早期伸展、早二叠世末期挤压5期伸展聚敛旋回。

2）构造演化复原揭示了东疆地区晚二叠世、晚三叠世、晚侏罗世、晚白垩世—古近纪、晚新生代5期构造改造过程。复原结果显示石炭纪吐哈盆地南部边界距现今盆山边界向南46～70 km，石炭纪准东盆地北部克拉美丽山距现今向北约30 km，三塘湖盆地北部造山带石炭纪边界距今约55 km。构造复原结果为恢复原型盆地边界提供了定量化约束和参考。

3）东疆地区沉积环境经历了从石炭纪海相到早二叠世海陆过渡相再到中晚二叠世陆相的发育历程。石炭纪东疆地区发育海相的弧相关断陷盆地、裂谷边缘盆地、断陷盆地，早二叠世发育北陆（相）南 （海）相断陷相关的盆地，中二叠世以发育陆相坳陷盆地为主，晚二叠世普遍形成挤压型坳陷盆地。

致谢本文在撰写过程中，得到中国石油吐哈油田勘探开发研究院武超、徐雄飞、许忠林等专家的指导与启示。衷心感谢两位匿名审稿人提出的宝贵修改意见。研究过程中与樊丹、孙天鸽等的交流受益匪浅，在此谨致谢忱！