第一章東疆地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景
　　一、東疆地區(qū)地理位置與地形
　　東疆主要含煤盆地包括吐哈盆地、三塘湖盆地和巴里坤盆地，隸屬于吐魯番和哈密兩個行政區(qū)，地理坐標(biāo)為:東經(jīng) 87°00′00″~96°00′00″，北緯42°00′00″~45°00′00″，東西長約725 km，南北寬約325 km。拐點(diǎn)地理坐標(biāo)分別為:91°31′E，45°00′N；93°00′E，45°00′N；96°00′E，43°00′N；96°00′E，42°00′N；87°00′E，42°00′N；87°00′E，43°30′N；91°31′E，43°30′N�？偯娣e約18×104 km2(圖1.1)。
　　圖1.1東疆主要含煤盆地位置
　　吐哈盆地地理坐標(biāo)為東經(jīng)87°37′~94°30′、北緯42°12′~43°27′，盆地東西長約660 km，南北寬介于60~130 km，面積近52800 km2。吐哈盆地是位于東天山造山帶內(nèi)的一個山間含煤盆地，為群山環(huán)繞，北連博格達(dá)山、巴里坤山和哈爾里克山，南鄰覺羅塔格山，西起喀拉烏成山，東抵梧桐窩子泉附近。吐哈盆地地勢總體呈南北高中間低、東西高中間低，呈長條狀近東西向展布。博格達(dá)峰高達(dá)5445 m，而盆地中心的艾丁湖低于海平面154 m，從天山腳下到艾丁湖畔，水平距離僅60 km，高差竟有1400多米；盆地海拔-150~1600 m，其中地勢最低地區(qū)位于火焰山南側(cè)的艾丁湖，海拔為-154.43 m(黃海海平面)，是我國最低的洼地。
　　三塘湖盆地位于新疆的東北部，北與蒙古接壤，南隔巴里坤盆地與吐哈盆地相望(圖3.1)，盆地呈北西-南東向條帶狀展布于莫?dú)J烏拉山與大哈甫提克山-蘇海圖山-額仁山-克孜勒塔格山之間，東西長約500 km，南北寬40~70 km，面積約23104 km2。
　　二、東疆地區(qū)大地構(gòu)造特征
　　新疆地區(qū)歸屬于哈薩克斯坦板塊、西伯利亞板塊和塔里木板塊三大板塊(圖1.2)；《新疆通志 地質(zhì)礦產(chǎn)志》(《新疆通志 地質(zhì)礦產(chǎn)志》編纂委員會，2002)將新疆地區(qū)劃分為塔爾巴哈臺-阿爾曼泰島弧、巴塔瑪依山火山沉積島弧、準(zhǔn)噶爾中央地塊、博格達(dá)裂陷槽、依連哈比爾尕殘余洋盆、吐哈地塊、哈爾里克巖漿弧、婆羅科努島弧、木扎爾特-紅柳河板塊縫合帶、覺羅塔格裂陷槽10個構(gòu)造單元。本研究根據(jù)新疆地區(qū)重磁場特征、區(qū)域構(gòu)造背景、斷裂構(gòu)造體系、局部構(gòu)造及基底界面特征等資料，將新疆地區(qū)劃分為以下6個構(gòu)造單元:三塘湖拗陷、準(zhǔn)噶爾盆地、北天山褶皺帶、吐哈盆地、覺羅塔格復(fù)背斜、塔里木北緣活動帶(圖1.3)。
　　圖1.2東疆盆地大地構(gòu)造位置圖
　　吐哈盆地與準(zhǔn)噶爾盆地屬于哈薩克斯坦板塊的一部分，處于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊與塔里木板塊之間(圖1.2)。在這三大板塊之間于志留紀(jì)拉張逐漸形成古亞洲洋以及準(zhǔn)噶爾微陸塊與吐哈微陸塊。準(zhǔn)噶爾微大陸、吐哈微大陸和伊犁微大陸就是塔里木板塊與西伯利亞板塊之間的北天山洋中的島嶼。早古生代俯沖沿著中天山北緣的阿齊克庫都克進(jìn)行，隨著洋殼消減，吐哈地塊與中天山碰撞，使俯沖帶躍遷到克拉美麗-莫?dú)J烏拉一線(朱文斌等，2002)，形成晚古生代俯沖碰撞帶，這也是塔里木板塊與西伯利亞板塊的縫合線所在。吐哈盆地屬于海西期的優(yōu)地槽區(qū)，是在天山海槽閉合后從晚二疊世開始發(fā)育的一個以中、新生界沉積建造為主體的陸相盆地(陶明信，2010)，或?qū)⑵錃w為前陸盆地(吳濤等，1996a，1996b；張明山等，2002)。
　　三塘湖盆地在大地構(gòu)造上屬于西伯利亞板塊的一部分，處于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦板塊碰撞接合部位(圖1.2)。盆地位于西伯利亞板塊南緣、準(zhǔn)噶爾晚古生代早期活動大陸邊緣東南部；北鄰西伯利亞板塊的阿爾泰陸殼，南鄰哈薩克斯坦板塊的北天山古生代活動大陸邊緣。南側(cè)以克拉美麗-莫?dú)J烏拉縫合帶為界，北側(cè)則以阿爾曼泰蛇綠巖帶為界，屬疊置在古生代造山帶之上以發(fā)育古生代二疊紀(jì)—中新生代陸相沉積為特點(diǎn)的復(fù)合疊置盆地。三塘湖盆地在晚古生代早期以發(fā)育鈣堿性火山巖和少量堿性深成巖的島弧系列(弧間盆地)為特征。北緣的小哈甫提克山、蘇海圖山至額仁山一帶是晚古生代早期西伯利亞板塊活動大陸邊緣的弧后洋盆殘片(或陸緣碎塊)，西延可接阿爾曼泰，東入蒙古；盆地西南克拉美麗、巴里坤塔格至喀爾里克山一帶是殘留的北準(zhǔn)噶爾洋片，主縫合帶是克拉美麗至莫?dú)J烏拉四道白楊溝，而三塘湖盆地當(dāng)時為島弧系列。晚古生代晚期受南部北天山初始洋盆的拉開與消亡影響，三塘湖北部的晚古生代早期弧后體系與南緣的殘留洋片形成了向三塘湖島弧的對沖局面并共同造就了三塘湖多期復(fù)合盆地的原始基底。同時結(jié)束了三塘湖主體殘留海盆階段，海水由南及東南方向經(jīng)吐哈盆地退出，進(jìn)入陸內(nèi)演化階段。
　　巴里坤盆地位于新疆巴里坤縣境內(nèi)，是夾持于哈爾里克山和莫?dú)J烏拉山之間的小型弧間盆地；該盆地也屬于北天山東段巴里坤山與莫?dú)J烏拉山間的地塹式斷陷封閉型高位盆地。盆地東西長為120 km，南北寬為20~30 km，面積為3440 km2，周緣發(fā)育石炭系(厚2500~7000 m)，其上覆古近系和新近系。巴里坤中新生代山間拗陷盆地基底屬準(zhǔn)噶爾弧盆系(Ⅱ級)唐古巴勒-克拉美麗古生代復(fù)合溝弧帶(Ⅲ級)謝米斯臺-庫蘭卡茲干古生代復(fù)合島弧帶(Ⅳ級)。該盆地屬于北天山地槽褶皺帶之東準(zhǔn)噶爾構(gòu)造帶內(nèi)的北塔山構(gòu)造帶，該褶皺帶由一系列復(fù)式褶皺組成。褶皺帶的主體為晚古生代厚度巨大的地槽型沉積，褶皺形態(tài)以線狀為特征，構(gòu)造線主要為東西向。
　　第二節(jié)東疆地區(qū)地球物理場特征
　　一、重力場特征
　　東疆地區(qū)的重力場有三方面特征。①等值線走向宏觀呈近東西向及北西向展布:大體在研究區(qū)中北部喀依納木山-大南溝-巴里坤湖-夏爾烏拉山一線以南，布格重力異常等值線的走向?yàn)楸蔽魑?南東東(近東西)向，而在該線北側(cè)則為北西-南東向。②布格異常值由南向北呈東西成排、南北成塊高低分帶相間分布:南部克孜勒塔格-一泵站一線為一近東西向的重力高值帶，最大值位于東經(jīng)91°~92°，北緯42°12′~42°30′。該高值帶基本和覺羅塔格復(fù)背斜對應(yīng)，其北側(cè)吐魯番-哈密地區(qū)為一近東西向重力低值帶，大體對應(yīng)吐哈盆地的范圍。繼續(xù)向北喀依納木山-大南溝-巴里坤湖-夏爾烏拉山一線亦為一近東西向的重力高值帶，該高值帶為北天山褶皺帶的反映。該高值帶之北巴里坤煤礦-伊吾縣一線為一北西向的重力低值帶，可能對應(yīng)巴里坤凹陷的范圍。再向北西，依次為巴潤塔拉-綿脊梁-馬王廟一線的北西向重力高值帶及三塘湖-坎兒井一線的北西向重力低值帶，該高值帶可能是克拉美麗對接帶的反映，而該低值帶則可能是三塘湖盆地的反映。另外，東疆地區(qū)西北部木壘縣-奇臺縣-沙丘河地區(qū)為一宏觀呈南傾的重力高異常區(qū)，其中該區(qū)域亦為高磁異常。張朝文(1994)研究表明，此區(qū)域?yàn)橐粋�“高重、高磁、高阻、高速”綜合異常，表明深部有較大的地幔巖或古洋殼殘塊。③重力高-重力低之間密集梯級帶發(fā)育:東疆地區(qū)由南向北重力高與重力低過渡帶之間發(fā)育密集重力梯級帶。大的梯級帶主要有研究區(qū)南部重力高與北部吐魯番-哈密重力低之間的近東西向重力梯級帶；吐魯番-哈密重力低與其北部喀依納木山-大南溝-巴里坤湖-夏爾烏拉山重力高之間的近東西向重力梯級帶；巴里坤煤礦-伊吾縣重力低與其西部重力高之間的北西向重力梯級帶；三塘湖-坎兒井重力低與其西部巴潤塔拉-綿脊梁-馬王廟重力高之間的北西向重力梯級帶。
　　一般而言，布格重力異常場值的走向反映區(qū)域地質(zhì)體的宏觀展布方向，東疆地區(qū)內(nèi)中北部喀依納木山-大南溝-巴里坤湖-夏爾烏拉山一線以南發(fā)育地層的走向?yàn)楸蔽魑?南東東(近東西)向，而在該線之北則為北西-南東向。布格重力異常場值的大小反映了基底的起伏特征，大重力場值反映高密度的基底埋深相對較淺；小重力場值反映基底埋深相對較深，上覆蓋層較厚。布格重力異常等值線密集的重力梯級帶反映斷裂構(gòu)造。根據(jù)重力場值由南向北呈高、低分帶的特征分析認(rèn)為研究區(qū)基底亦由南向北呈隆、凹相間分布；由重力高與重力低之間發(fā)育密集梯級帶推斷研究區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，大斷裂控制研究區(qū)地層發(fā)育、基底隆凹格局。
　　東疆地區(qū)的剩余重力異常顯示由南向北重力異常也呈東西成排、南北成塊相間分布。阜康-木壘-巴里坤一線及其之南局部重力異常宏觀展布方向?yàn)榻鼥|西向；阜康-木壘-巴里坤一線為一局部重力低值帶，其南部博格達(dá)峰-七角井-口門子一線為一局部重力高值帶；吐魯番-哈密一線為一局部重力低值帶，艾丁湖-南湖一線為一局部重力高值帶；靠近研究區(qū)南部邊界為一局部重力低值帶。阜康-木壘-巴里坤一線以北東，局部重力異常宏觀呈北西向展布；喀拉卡特-多峰山-紅井子一線為局部重力高值帶；巴里坤煤礦-馬王廟一線為局部重力低值帶；巴潤塔拉-綿脊梁一線為局部重力高值帶，其北東三塘湖-坎兒井一線為局部重力低值帶。
　　東疆地區(qū)這些局部重力高、重力低值帶呈串珠狀、團(tuán)塊狀，由多個重力高、重力低圈閉組成。局部重力異常等值線圈閉的重力高、重力低反映局部凸(隆)起與凹陷構(gòu)造。由東疆地區(qū)局部重力異常發(fā)育的眾多重力高、重力低帶推測。
　　二、磁力場特征
　　東疆地區(qū)磁力ΔT化極異常等值線走向和布格重力異常類似，宏觀也呈近東西向及北西向展布，其中在東疆地區(qū)中北部喀依納木山-大南溝-巴里坤湖-夏爾烏拉山一線以南，異常等值線的走向?yàn)楸蔽魑?南東東(近東西)向，而在該線以北則為北西-南東向。東疆地區(qū)磁力ΔT化極異常值由南向北宏觀呈現(xiàn)2個高值帶，3個低值帶。沿達(dá)坂城-吐魯番-駱駝圈子地區(qū)總體為一近東西—北西西向的磁異常高值帶，該高值帶南北向范圍較寬，其間發(fā)育眾多磁力高、磁力低異常。另一高值帶位于東疆地區(qū)西北部希里喀克-旱溝-木壘一帶，該高值帶呈北西西向，也發(fā)育眾多磁力高、磁力低異常。3個低值帶分別為靠近東疆地區(qū)南部邊界克孜勒塔格-恰特尕力塔格-苦水一線的磁力低異常帶、大南溝-七角井-口門子一線的磁力低異常帶以及喀拉卡特-巴里坤煤礦-伊吾縣一線的磁力低異常帶。東疆地區(qū)磁力梯級帶同樣發(fā)育，2個磁力異常高值帶與3個低值帶之間均發(fā)育磁力梯級帶。
　　東疆地區(qū)剩余磁力異常具有如下特征:①剩余磁力異常在宏觀走向上基本和重力異常一致，即在喀依納木山-大南溝-巴里坤湖-夏爾烏拉山一線以南走向?yàn)楸蔽魑?南東東(近東西)向，在該線之北為北西-南東向。但單個局部磁力異常的走向一致性較差，以北西向、近東西向居多，亦有近南北向、北東向局部磁力高、磁力低發(fā)育。可見，磁性體賦存狀態(tài)復(fù)雜。②剩余磁力異常在東疆地區(qū)內(nèi)東西成排、南北分帶性不明顯。東疆地區(qū)內(nèi)局部磁力高、磁力低發(fā)育，但異常的范圍、幅度差異大，平面分布比較零亂。推測東疆地區(qū)磁性體發(fā)育，巖性復(fù)雜，分布廣泛。③在吐哈盆地和三塘湖盆地內(nèi)，局部磁力高、磁力低和局部重力高、重力低對應(yīng)性較差，吐哈盆地和三塘湖盆地重力場反映為條帶狀重力低，重力低的范圍基本圈定出盆地的范圍。由于東疆地區(qū)東北部磁力數(shù)據(jù)的限制，三塘湖盆地磁力場特征反映不明顯，但吐哈盆地內(nèi)磁力異常基本上為高磁異常特征。鄧振球(2002)對這種現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，他認(rèn)為出現(xiàn)多個強(qiáng)度較大、條帶狀延伸及等軸狀局部異常，剖面上形成多個峰值較強(qiáng)的正磁異常區(qū)和局部異常是由以下部分引起的:一是中泥盆統(tǒng)頭蘇泉組地層，二是下石炭統(tǒng)梧桐窩子地層，三是在上述兩種地層中的輝長輝綠巖、閃長巖和部分玄武巖、安山巖等。張德潤和鄭廣如(1987)認(rèn)為吐哈盆地深部存在前寒武紀(jì)的強(qiáng)磁性結(jié)晶基底，其確切時代可能為古元古代或更早，而不可能是新元古代，因?yàn)橐巴鈳r石物性測定結(jié)果表明，新元古界是無磁性或弱磁性巖石。王宜昌(1997)則認(rèn)為石炭系中發(fā)育的火山巖層是形成準(zhǔn)噶爾、吐哈、伊犁三大盆地內(nèi)強(qiáng)磁異常的根源。而汪振文(1986)則對本區(qū)重力、磁力異常成因持有另外的觀點(diǎn)。本研究認(rèn)為，吐哈盆地的強(qiáng)磁異�？赡苁怯捎谂璧貎�(nèi)發(fā)育具有較強(qiáng)磁性的結(jié)晶基底古元古界及更老地層，它們引起吐哈盆地的強(qiáng)磁區(qū)域背景異常，并且在該強(qiáng)磁區(qū)域背景上，疊加了中泥盆統(tǒng)及下石炭統(tǒng)強(qiáng)磁性巖體引起的局部磁力高。
　　三、重磁異常相關(guān)分析
　　為了更好地解釋重力、磁力異常，分別對布格重力異常與磁力ΔT化極異常等值線、區(qū)域(濾波30、50、70、90、110、130 km)重力異常與磁力異常等值線、剩余(濾波30、50、70、90、110、130 km)重力異常與剩余磁力異常等值線進(jìn)行了相關(guān)