通过三维地震图像揭示的塔里木大火成岩省的岩浆通道系统

《Tectonophysics》：Magmatic plumbing systems of the Tarim Large Igneous Province as revealed by 3D seismic images

火山岩与岩墙的空间关联及岩浆运输机制研究，利用三维地震数据和钻孔资料揭示塔里木大火成岩省浅层岩浆系统，发现沿奥陶纪不整合面分布的岩墙网络促进岩浆横向运输，形成火山喷发通道。

　　

张胜汉|朱文斌|朱博华|倪佳提·艾比布拉|杨琳宁|吴楠|杨江峰

南京大学地球科学与工程学院，中国南京210023

摘要

火成岩岩基在沉积盆地中广泛存在，在火山喷发期间对岩浆的储存和运输起着关键作用。来自大型火成岩省（LIPs）的越来越多的证据突显了岩基复合体在塑造喷发动力学中的重要性。然而，现有的关于LIPs内部浅层岩浆通道系统的模型主要基于野外数据集，这些数据集往往缺乏空间连续性和地下分辨率。我们结合高分辨率3D地震数据和钻孔观测结果，绘制了塔里木盆地中心的地下火成岩分布图，塔里木盆地是LIPs的关键区域。为了更清晰地了解塔里木LIPs中残余洪流玄武岩和下方岩基复合体的空间结构，我们应用了受限稀疏尖峰反演（CSSI）技术。通过地震和井数据的综合分析，识别出了16个火成岩岩基，并绘制了洪流玄武岩序列的分布图。一致性属性分析揭示了一个将深层岩基侵入体与上覆火山岩层相连的岩浆通道网络。这些岩基沿着塔里木盆地的中-上奥陶纪不整合面（M不整合面）分布，促进了岩浆的侧向运输。由岩基复合体形成的岩脉群可以作为岩浆上升和随后地表喷发的通道。由于研究区域涵盖了塔里木LIPs的中心和边缘地带，我们的结果提供了浅层岩浆通道系统从岩基到通道的3D重建，以及其在大规模玄武岩喷发中的作用。

引言

大型火成岩省（LIPs）被认为会向大气中释放大量温室气体和有毒物质，可能加剧全球变暖并引发大规模灭绝事件（Ernst和Youbi，2017）。值得注意的是，洪流玄武岩的侵入及其在沉积序列中的分布对区域和全球气候条件有着重要影响。据推测，侵入岩浆通过两种主要机制将溶解的CO₂释放到大气中：一种是没有地表火山表现的隐秘脱气过程（Black等人，2024），另一种是延伸到古地表的热液喷口复合体（Westerman等人，2018）。

与其他与大规模灭绝事件有强烈关联的LIPs相比，塔里木LIP的环境影响似乎相对较小（Zhu等人，2025）。了解LIPs的岩浆通道系统对于重建其形成历史和评估其地质动力学及环境影响至关重要（Zhu等人，2025）。这些系统在将大量岩浆从下地壳或地幔储库输送到地表的过程中起着基础性作用，并与大陆裂谷和全球性大规模灭绝事件有关（Buchan和Ernst，2021）。已经提出了多种模型来描述LIPs的岩浆通道系统内部结构，包括巨大的基性岩脉群（Buchan和Ernst，2018，Buchan和Ernst，2021；Chen等人，2014；Ernst等人，2019；Magee和Jackson，2020）、广泛的岩基复合体（Magee等人，2019；Magee等人，2016；Muirhead等人，2014）以及岩浆俯冲结构（Larsen等人，2018）。然而，这些模型仍然不完善，主要是由于地下岩浆特征的获取有限以及LIPs随后受到构造事件的影响而导致的结构破碎。明确岩基、岩脉和熔岩之间的几何和成因关系对于全面理解火山和火山下过程至关重要（Muirhead等人，2014）。

在本研究中，我们关注中国西北部的二叠纪塔里木LIP，这是中国最大的大陆洪流玄武岩省之一。先前的研究已经概述了二叠纪玄武岩的广泛分布，并在塔里木盆地内识别出几个厚度最大值（Xu等人，2014；Yang等人，2013；Yu等人，2011）。Yao等人（2018）利用2D地震数据和钻孔数据揭示了受中-上奥陶纪不整合面（M不整合面）控制的碟形岩基几何形态。此外，在塔中地区还识别出多个喷发破火山口，可能是塔里木LIP内的潜在喷发中心（Yang等人，2015）。在这里，我们利用塔里木盆地中心的高分辨率3D地震反射数据和钻孔记录来研究二叠纪洪流玄武岩下的浅层岩浆通道系统。我们的目标是：(a) 映射地下洪流玄武岩序列及其相关岩基复合体的空间分布；(b) 评估侵入岩和喷出岩之间的结构和成因关系；(c) 研究研究区域及其周边地区的喷发模式。然后我们构建了一个概念模型，其中沿M不整合面分布的横向扩展岩基作为中间岩浆储库，岩浆通过相关的岩脉诱导的高角度断层向上运移。这些结果为塔里木LIP的形成机制提供了新的视角，并有助于更深入地理解LIP的动力学。

章节摘录

地质背景

塔里木克拉通（TC）位于中国西北部，毗邻天山、昆仑和阿尔金造山带，面积超过60万平方公里（Zhang等人，2013）（图1）。天山造山带构成了中亚造山带（CAOB）的西南部分，该造山带是在晚古生代 Junggar 海洋盆地和南天山海洋盆地汇聚闭合过程中形成的（Han和Zhao，2018；Xiao等人，2013）。南部则是西昆仑造山带

数据与方法

本研究使用了覆盖塔里木盆地中部约1930平方公里区域的3D地震反射数据（图1c）。地震数据通过反时移（RTM）方法进行处理，以提高结构复杂区域（以陡峭倾角和断层系统为特征）的成像分辨率（Jang等人，2022；Zhou等人，2018）。随后，将处理后的数据转换到时间域，以获得深度域RTM的更高成像质量

3D地震图像揭示的喷发模式

研究区域内火成岩最显著的特征是在下-中二叠统地层中广泛分布的火山岩（Ji等人，2020；Wei等人，2020）。然而，即使使用CSSI技术，3D地震数据的解释在准确确定火山岩的累积厚度方面仍然受到地震分辨率的限制。因此，钻孔数据在细化火山岩特征方面发挥着重要作用

结论

本研究基于高分辨率3D地震成像和钻孔数据，提出了塔里木LIP浅层岩浆通道系统的新型模型，特别关注玄武岩的两个核心厚度区域。研究采用了CSSI技术来提高火成岩特征的准确性和可靠性。根据塔里木盆地中心的数据集，得出以下关键结论：

1.

高分辨率3D地震数据与井测井信息相结合，

作者贡献声明

张胜汉：概念构思、方法论、正式分析、数据管理、初稿撰写。朱文斌：概念构思、监督、审稿与编辑、数据管理。朱博华：方法论、监督、数据管理。倪佳提·艾比布拉：数据管理、野外调查。杨琳宁：正式分析、初稿撰写。吴楠：监督、审稿与编辑。杨江峰：资金筹集、监督、数据管理、野外调查。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国石油天然气集团有限公司科技部的财政支持（项目编号P17021）。作者同时衷心感谢中国石油天然气集团有限公司西北油田公司的协助。