中國東北及內(nèi)蒙古東部地區(qū)早古生代以來大地構(gòu)造性質(zhì)及其演化

中國東北及內(nèi)蒙古東部地區(qū)早古生代以來大地構(gòu)造性質(zhì)及其演化

0多學(xué)科方法進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用,提高了地質(zhì)工作的實(shí)際資料。在所有在大地構(gòu)造方面，東北位于中亞構(gòu)造帶的東部。該地區(qū)的主要地質(zhì)和地形單位通常呈n-ne分布，這與西太平洋大陸邊緣的拱壩系統(tǒng)的分布方向基本相同。因此,從基礎(chǔ)地質(zhì)理論研究角度,該區(qū)一直被視為是研究古亞洲構(gòu)造域與西太平洋構(gòu)造域疊加轉(zhuǎn)換動(dòng)力學(xué)機(jī)制的最為理想地區(qū)。近年來,隨著一系列專項(xiàng)研究和區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的開展,特別是多數(shù)研究與調(diào)查工作都普遍采取了地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)等多學(xué)科方法,使東北這一山地面積和平原面積各占一半的嚴(yán)重覆蓋區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)研究程度有了極大提高,積累了大量的實(shí)際資料。同時(shí),東北地區(qū)以大興安嶺和遼東—吉南2條重要的多金屬成礦帶及以松遼、海拉爾、三江和延吉盆地為代表的4大中、新生代盆地群的資源勘查工作也對(duì)基礎(chǔ)地質(zhì)理論研究提出了更高的要求。筆者根據(jù)近年來國家油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)項(xiàng)目的研究成果,并結(jié)合相關(guān)的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及專題研究成果,對(duì)東北地區(qū)顯生宙以來的構(gòu)造性質(zhì)、重大地質(zhì)事件和重要斷裂帶的特征進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比分析,并對(duì)發(fā)現(xiàn)的一些主要問題提出了探索性的認(rèn)識(shí)。其目的是,通過對(duì)這些重要基礎(chǔ)地質(zhì)問題的探索和討論,能為深化對(duì)東北地區(qū)大地構(gòu)造性質(zhì)及其演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)輔以佐證,為拓展礦產(chǎn)資源勘查領(lǐng)域和思路提供基礎(chǔ)地質(zhì)理論依據(jù)。1完達(dá)山或那丹哈達(dá)地體東北地區(qū)主體由3個(gè)具有變質(zhì)基底的地質(zhì)構(gòu)造單元所構(gòu)成,東緣為中生代增生雜巖。習(xí)慣上,將3個(gè)具有變質(zhì)基底的構(gòu)造單元分別稱之為額爾古納—興安地塊、松嫩地塊和佳木斯地塊,而將中生代雜巖作為地體,謂之完達(dá)山或那丹哈達(dá)地體。前3個(gè)地塊向北與俄羅斯境內(nèi)的相關(guān)地塊相連,而后者是東部規(guī)模巨大的錫霍特—阿林中生代地體的一部分。由此可見,我國東北,乃至整個(gè)東北亞地區(qū)顯生宙以來的地質(zhì)構(gòu)成實(shí)際上是以具有變質(zhì)基底且相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造單元為主體,而不是以多島洋構(gòu)造背景演化而成的變質(zhì)褶皺帶或碰撞造山帶為主體。1.1地方塊內(nèi)變質(zhì)基底的性質(zhì)東北地區(qū)區(qū)域變質(zhì)巖系主要出露在東部的佳木斯—牡丹江和西北部的額爾古納等地區(qū)。早期由于出露條件和測(cè)試方法技術(shù)的限制,加之東北地區(qū)總體處于晚古生代地槽褶皺系或碰撞造山帶之內(nèi)觀念的影響,多將這些出露有限的變質(zhì)單元作為卷入褶皺帶或造山帶的穩(wěn)定塊體,并普遍認(rèn)為這些變質(zhì)巖的形成時(shí)代為早前寒武紀(jì)。黃汲清等曾提出以佳木斯地塊為代表的諸變質(zhì)單元是中寒武世“興凱運(yùn)動(dòng)”最終固結(jié)的前寒武紀(jì)地塊,B.E.哈因也認(rèn)為興安—布列亞中間地塊是加里東期或更早時(shí)固結(jié)的。21世紀(jì)初,S.A.Wilde等應(yīng)用SHRIMP鋯石測(cè)年方法,在佳木斯地塊中的矽線石榴片麻巖、石榴石花崗巖和石榴石麻粒巖中分別獲得了496~500Ma、502~507Ma和500~502Ma的變質(zhì)成因鋯石年齡,從而提出佳木斯地塊中的高級(jí)變質(zhì)作用發(fā)生在早古生代、而非古元古代或太古宙的新認(rèn)識(shí)。此外,他們還在上述巖石中同時(shí)獲得了部分900~1200Ma、甚至?xí)r代更老的鋯石年齡。雖然當(dāng)時(shí)對(duì)這些前寒武紀(jì)年齡所代表的地質(zhì)意義還未能給出一個(gè)明確的認(rèn)識(shí),但496~507Ma的高級(jí)變質(zhì)事件和花崗質(zhì)巖漿事件的確定徹底改變了人們依據(jù)變質(zhì)建造考慮變質(zhì)作用時(shí)代的傳統(tǒng)理念。近年來,眾多研究者應(yīng)用鋯石測(cè)年方法對(duì)東北地區(qū)各變質(zhì)基底中的變質(zhì)巖和花崗質(zhì)巖石的年齡進(jìn)行了測(cè)試,獲得了大量的年代學(xué)數(shù)據(jù)。本文對(duì)已發(fā)表的鋯石年齡做了不完全的統(tǒng)計(jì),結(jié)果顯示,佳木斯地塊內(nèi)的年代學(xué)特征在東北其他地塊中也都有明顯的記錄(表1)。周建波等近年來對(duì)東北地區(qū)佳木斯地塊、松嫩地塊和額爾古納—興安地塊內(nèi)的變質(zhì)表殼巖系(富鋁、富碳片巖及片麻巖)做了系統(tǒng)的變質(zhì)建造對(duì)比和鋯石測(cè)年研究,獲得的一項(xiàng)重要認(rèn)識(shí)是,東北各地塊內(nèi)均發(fā)育以含石墨大理巖、矽線石榴片麻巖、斜長角閃巖等為代表的變質(zhì)表殼巖系,并依據(jù)鋯石Th/U值和形態(tài)特點(diǎn),提出區(qū)域變質(zhì)作用發(fā)生在500Ma左右的早古生代,而變質(zhì)表殼巖系的原巖年齡以新元古代(650~850Ma)為主。這一認(rèn)識(shí)與俄羅斯一側(cè)的情況基本類似。E.E.米蘭諾夫斯基曾提出布列亞地塊內(nèi)的區(qū)域變質(zhì)和混合巖化作用發(fā)生在早古生代,而變質(zhì)沉積物的時(shí)代為里菲—早寒武世。鋯石年齡統(tǒng)計(jì)結(jié)果還顯示,東北各地塊內(nèi)不但普遍存在500Ma左右的區(qū)域變質(zhì)巖和部分重熔成因的花崗質(zhì)巖石,而且均發(fā)現(xiàn)有大量的前寒武紀(jì)—早前寒武紀(jì)、甚至是太古宙的鋯石年齡記錄(表1)。近年來吉林油田和東北石油分公司在松遼盆地南部基底的石榴云母石英片巖和花崗片麻巖中獲得了大量1680~1886Ma的鋯石年齡,表明至少在松遼盆地南部存在早前寒武系。因此,根據(jù)表殼巖的普遍存在和盆地內(nèi)外大量的鋯石年齡證據(jù),完全有理由認(rèn)為:占據(jù)東北地區(qū)主體的佳木斯、松嫩和額爾古納—興安三大地塊均具有前寒武紀(jì)—早前寒武紀(jì)、甚至是太古宙的古老基底,它們?cè)谠绻派缙谕瑫r(shí)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的區(qū)域變質(zhì)作用和花崗質(zhì)巖漿侵入作用。雖然目前還不能確定這次事件是否與岡瓦納大陸的聚合事件有什么關(guān)系,盡管二者在時(shí)間和變質(zhì)建造等方面表現(xiàn)出一致性,但筆者可以確定這次事件是東北乃至東北亞地區(qū)在早古生代早期發(fā)生的一次重要的造山(造陸)事件,其大地構(gòu)造屬性與華北板塊明顯不同。為全面了解東北及鄰區(qū)變質(zhì)基底的性質(zhì),重點(diǎn)查閱了俄羅斯一側(cè)的相關(guān)資料。1987年,俄羅斯著名地質(zhì)學(xué)家E.E.米蘭諾夫斯基就認(rèn)為布列亞和中國東北地區(qū)是由幾個(gè)剛性地塊拼合而成的準(zhǔn)地臺(tái),與“阿穆爾地塊”(L.I.Klaznei)和“興安—布列亞中間地塊”(B.E.哈因)等稱謂基本對(duì)應(yīng)。部分俄羅斯學(xué)者還認(rèn)為西側(cè)具前寒武系基底的額爾古納地塊也屬這一準(zhǔn)地臺(tái)。A.I.Khanchuk又進(jìn)一步提出:西伯利亞克拉通、興凱和布列亞地塊自中古生代以來一直是作為大陸或大陸的一部分演化的,其特點(diǎn)明顯不同于大洋邊緣的造山帶。他認(rèn)為俄羅斯境內(nèi)的興凱地塊和布列亞地塊以及中國境內(nèi)的佳木斯等地塊曾是一個(gè)由古老結(jié)晶巖系構(gòu)成的拼合構(gòu)造單元,與西側(cè)的額爾古納前寒武紀(jì)結(jié)晶地塊在晚古生代沿著諾拉—索霍提(Nora-Soukhotin)增生雜巖帶碰撞拼合。該拼合帶向南與我國境內(nèi)的黑河—嫩江—開魯斷裂帶相連。李錦軼曾多次強(qiáng)調(diào):布列亞—佳木斯聚合古板塊在早石炭世與西伯利亞板塊南緣沿黑河—賀根山一線碰撞拼合,并形成南蒙—大興安嶺造山帶。大地電磁測(cè)深和地震測(cè)深結(jié)果顯示,大興安嶺東緣之下存在向西傾伏的低阻、低速異常帶,進(jìn)一步支持了至少在開魯—嫩江沿線存在古碰撞帶的認(rèn)識(shí)。A.I.Khanchuk根據(jù)對(duì)俄羅斯一側(cè)的研究,明確提出該區(qū)的構(gòu)造演化不同于Seng9r等提出的布列亞和興凱地塊是中朝克拉通及其周邊早古生代造山帶組成部分的模式。由此可見,我國東北和相鄰俄羅斯境內(nèi)的各地塊均具有早古生代固結(jié)的變質(zhì)基底。雖然目前還不能確定這些地塊在早古生代期間是否曾統(tǒng)一過,爾后又發(fā)生過裂解,但根據(jù)各地塊都普遍發(fā)育組合類似的表殼巖系,同時(shí)都具有前寒武紀(jì)—早前寒武紀(jì)古老陸殼基底,而且在早古生代早期同時(shí)遭受了強(qiáng)烈的區(qū)域變質(zhì)和巖漿作用分析,不能排除這些變質(zhì)單元曾經(jīng)是一個(gè)統(tǒng)一大陸板塊的可能。結(jié)合500Ma左右的變質(zhì)建造及花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)在西伯利亞板塊南緣分布普遍,而華北板塊及其周邊缺失此次事件的特點(diǎn)分析,這一大陸板塊或各變質(zhì)地塊當(dāng)時(shí)的大地構(gòu)造背景可能與西伯利亞板塊的關(guān)系更為密切。雖然有上述可能,但根據(jù)目前的資料更合理的解釋是,早古生代期間東北亞地區(qū)至少存在額爾古納—興安和松嫩—布列亞—佳木斯—興凱2個(gè)獨(dú)立演化的固結(jié)地塊,二者在早石炭世沿諾拉—索霍提—黑河—嫩江開魯一線碰撞拼合,形成了統(tǒng)一的東北亞晚古生代大陸板塊。這一板塊的規(guī)模與現(xiàn)今的華北板塊相當(dāng)。1.2晚石炭世—晚古生代構(gòu)造與沉積作用筆者在以前的文章中強(qiáng)調(diào)了黑河—嫩江—白城(開魯)碰撞拼合帶的重要性,并列舉了相關(guān)的深部地球物理、花崗巖巖石地球化學(xué)與同位素年代學(xué)及地層學(xué)方面的證據(jù),提出早石炭世發(fā)生的碰撞拼合事件是導(dǎo)致整個(gè)東北乃至東北亞地區(qū)構(gòu)造-沉積格局發(fā)生重大轉(zhuǎn)變的重要地質(zhì)事件,即晚古生代東北亞大陸的形成事件。該大陸形成后從晚石炭世開始整體處于伸展構(gòu)造背景,至少在我國東北地區(qū)伸展背景一直持續(xù)到中二疊世末期,而且早期以伸展斷陷為特征,形成被晚石炭世—早二疊世火山巖(284~307Ma)和正常的碎屑沉積巖充填的斷陷盆地;中二疊世,早期斷陷盆地進(jìn)一步演化形成范圍更廣的海相沉積盆地,并始終表現(xiàn)出具有北陸南海的構(gòu)造-沉積古地理格局。由于晚石炭世及其之后的沉積在黑河—嫩江—開魯拼合帶兩側(cè)均有分布,說明該拼合帶的形成時(shí)代在晚石炭世之前,它對(duì)沉積作用的控制上限也應(yīng)在晚石炭世之前。實(shí)際上,黑龍江、吉林和內(nèi)蒙古自治區(qū)的區(qū)域地質(zhì)總結(jié)早已明確指出:東北北部地區(qū)在中石炭世主體處于隆升剝蝕環(huán)境,造成中石炭統(tǒng)的普遍缺失,晚石炭世發(fā)育陸相火山巖-正常碎屑沉積巖;而南部發(fā)育同時(shí)代的海相火山巖和正常碎屑沉積巖。由于當(dāng)時(shí)國際上對(duì)石炭紀(jì)采取三分方案,因此,當(dāng)時(shí)所說的中石炭統(tǒng)缺失應(yīng)發(fā)生在二分的下石炭統(tǒng)和上石炭統(tǒng)之間。吉林大學(xué)和華北油田等單位在開展國家油氣戰(zhàn)略選區(qū)項(xiàng)目研究中,對(duì)石炭系火山巖和沉積巖做了大量的年代學(xué)測(cè)試和微體化石分析,結(jié)果顯示,石炭紀(jì)火山巖的時(shí)代主要為晚石炭世晚期,與沉積地層中牙形石化石的時(shí)限一致。如原定晚石炭世本巴圖組中的牙形石化石時(shí)代均為晚石炭世晚期的達(dá)拉階和末期的逍遙階,說明石炭紀(jì)沉積間斷主要發(fā)生在早石炭世晚期—晚石炭世早期。目前,對(duì)東北南部地區(qū)海相沉積構(gòu)造背景的認(rèn)識(shí)尚存在較大的爭(zhēng)議。總體上有如下3種主要認(rèn)識(shí):1)認(rèn)為中二疊世海盆是晚古生代地槽的一部分;2)認(rèn)為海相沉積是在分隔西伯利亞和中朝古板塊之間的殘余洋盆中形成的,洋盆最終閉合時(shí)代在二疊紀(jì)末;3)認(rèn)為該區(qū)在晚石炭世—早二疊世發(fā)育新生的裂谷盆地。國家油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)項(xiàng)目的大量證據(jù)證明,東北南部地區(qū)的石炭系—二疊系沉積不可能是洋殼組合,這套沉積也不是僅呈東西向展布的海盆,而是一個(gè)整體向南敞開、向北逐漸變窄、規(guī)模巨大的海相沉積盆地。針對(duì)這一巨大海相沉積盆地的南部界線位置及其性質(zhì)問題,筆者以油氣選區(qū)項(xiàng)目地層學(xué)方面的研究成果為基礎(chǔ),并系統(tǒng)查閱了以往1∶20萬的相關(guān)區(qū)調(diào)資料,對(duì)如下基本地質(zhì)事實(shí)做進(jìn)一步的強(qiáng)調(diào)和分析,使其在今后的研究中能夠進(jìn)一步得以深化。1)生物地層學(xué)研究發(fā)現(xiàn):內(nèi)蒙古中部地區(qū)缺失下石炭統(tǒng),原定的上石炭統(tǒng)本巴圖組是晚石炭世—早二疊世連續(xù)的海相沉積層序;而在吉林中部地區(qū)原定為下石炭統(tǒng)鹿圈屯組的上部發(fā)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的晚石炭世牙形石化石,說明吉林中部的下石炭統(tǒng)和上石炭統(tǒng)為連續(xù)的海相沉積。這些證據(jù)說明東北南部地區(qū)的石炭紀(jì)海相沉積環(huán)境東、西兩側(cè)有所不同,似乎表現(xiàn)出東西向的沉積海盆在西部曾閉合過,以下石炭統(tǒng)的缺失為標(biāo)志。松遼盆地及其周邊的小興安嶺和張廣才嶺等地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了確切的中二疊世海相化石,說明這一海相沉積盆地至少在中二疊世已擴(kuò)展到北部地區(qū)。2)張長捷等在內(nèi)蒙古賀根山附近的烏斯尼黑—梅勞特烏拉地區(qū)發(fā)現(xiàn)比較齊全的蛇綠巖巖石組合,由二輝橄欖巖+斜輝輝橄巖、超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)堆積雜巖+塊狀輝長巖和變質(zhì)基性火山巖+硅質(zhì)巖組成,它們被晚石炭世格根敖包組陸源碎屑巖系不整合覆蓋,蛇綠混雜巖頂部發(fā)育碳酸鹽化和硅化強(qiáng)烈的古風(fēng)化殼(圖1)。這一證據(jù)與前人發(fā)現(xiàn)的蛇綠巖被早二疊世地層不整合覆蓋的證據(jù)并不矛盾,其意義是不但充分說明該區(qū)蛇綠混雜巖的構(gòu)造侵位時(shí)代應(yīng)在晚石炭世之前,而且進(jìn)一步印證了前人依據(jù)化石證據(jù)得出的該區(qū)蛇綠巖的形成時(shí)代為泥盆紀(jì)的重要認(rèn)識(shí)。依據(jù)上述證據(jù)可以對(duì)該區(qū)缺失下石炭統(tǒng)的原因給予一個(gè)可能的解釋,即泥盆紀(jì)形成的局部洋殼組合在早石炭世洋盆閉合過程中發(fā)生構(gòu)造侵位,仰沖到東北大陸南緣之上,并導(dǎo)致該區(qū)下石炭統(tǒng)的缺失。鑒于東部地區(qū)在早石炭世仍發(fā)育穩(wěn)定的海相沉積,而且到目前為止在東部地區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)蛇綠巖存在的確切證據(jù),因此,當(dāng)西部洋盆在早石炭世發(fā)生閉合和洋殼仰沖時(shí),東部地區(qū)仍存在一個(gè)殘余的海盆地接受連續(xù)的沉積。3)根據(jù)華北油田對(duì)前人區(qū)調(diào)資料的總結(jié)和研究,在內(nèi)蒙古西拉沐倫河以南的四子王旗—鑲黃旗—奈曼旗等地發(fā)育一套淺海相碎屑巖及生物礁灰?guī)r組合,豐富的珊瑚、腕足類及層孔蟲等化石表明這套地層為上志留統(tǒng)西別河組(S3x)和下泥盆統(tǒng)阿魯共組(D1a),二者連續(xù)沉積。這套地層不整合在下、中奧陶統(tǒng)包爾漢圖群(O1-2)加里東期石英閃長巖之上(圖2),之上又被上石炭統(tǒng)阿木山組(C2—P1)不整合覆蓋(圖3)。4)吉林省區(qū)域地質(zhì)志明確指出,在吉林伊通縣景家臺(tái)鄉(xiāng)、遼源市桃山和琿春縣五道溝等地存在化石依據(jù)充分的上志留統(tǒng)。下部以豐富的筆石化石為主,巖性組合為火山-沉積巖系(稱桃山組);中、上部為正常沉積的碎屑巖,以豐富的腕足類、珊瑚及三葉蟲化石為特征(稱張家屯組和二道溝組)。雖然該區(qū)沒有直接見到志留系與附近區(qū)域變質(zhì)巖石的接觸關(guān)系,但根據(jù)巖石組合及變質(zhì)作用特征可以確定它們與區(qū)域變質(zhì)巖呈不整合或構(gòu)造接觸關(guān)系。化石證據(jù)表明該區(qū)志留系與泥盆系也為連續(xù)沉積。永吉縣黃榆鄉(xiāng)王家街實(shí)測(cè)剖面資料揭示,下石炭統(tǒng)鹿圈屯組褐色含鐵質(zhì)底礫巖角度不整合在泥盆系之上(圖4);永吉縣大綏河鄉(xiāng)實(shí)測(cè)剖面資料揭示,下石炭統(tǒng)不整合在志留系之上(圖5)?？傮w上吉林中部地區(qū)的泥盆系—志留系化石組合及其與上下地層的接觸關(guān)系等特點(diǎn)與西部內(nèi)蒙古地區(qū)基本一致。根據(jù)目前對(duì)東北地區(qū)晚古生代整體構(gòu)造格局及其演化的認(rèn)識(shí),上述實(shí)測(cè)剖面所揭示的2個(gè)基本事實(shí)值得高度重視,并加以分析:一是無論在西部的內(nèi)蒙古地區(qū),還是東部的吉林中部地區(qū),都存在一套未遭受區(qū)域變質(zhì)且連續(xù)沉積的上志留統(tǒng)—下泥盆統(tǒng)海相地層,它們不整合在加里東期花崗巖或變質(zhì)巖系之上;二是上志留統(tǒng)—下泥盆統(tǒng)在西部被上石炭統(tǒng)海相沉積角度不整合覆蓋,而在東部的上志留統(tǒng)—下泥盆統(tǒng)被下石炭統(tǒng)海相沉積角度不整合覆蓋。如果將上志留統(tǒng)—泥盆系作為華北板塊北緣增生變質(zhì)雜巖之上沉積蓋層的話,那么可以推測(cè),西部內(nèi)蒙古中部地區(qū)的洋殼至遲在晚石炭世之前已經(jīng)消失,而東部吉林中東部地區(qū)洋殼的消失時(shí)間更早,至遲在早石炭世之前。因此,目前保存的海相沉積是在洋殼消失后的殘余海盆地中形成的,而且一直持續(xù)到晚二疊世早期。2花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)事件為揭示東北地區(qū)基本的構(gòu)造-熱事件演化規(guī)律,對(duì)近年來圍繞該區(qū)花崗質(zhì)巖石發(fā)表的鋯石測(cè)年數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集和統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示,東北地區(qū)存在5期重要的花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)事件,峰期年齡分別為475~505Ma、310~340Ma、240~270Ma、170~200Ma和115~145Ma(圖6)。這一統(tǒng)計(jì)結(jié)果來自不同研究者對(duì)800多件鋯石樣品的分析測(cè)試,其精度是可靠的。特別是這些年齡所對(duì)應(yīng)的花崗巖在成因類型及分布上與該區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化背景有著密切的關(guān)系。因此,有理由把這些峰期年齡作為討論東北地區(qū)地質(zhì)演化的基本構(gòu)造-熱事件時(shí)空格架。2.1域變質(zhì)巖石這一峰期年齡對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)代為中寒武世—早奧陶世。該期花崗巖在各地塊內(nèi)均有分布,與基本同時(shí)代形成的角閃巖相-麻粒巖相區(qū)域變質(zhì)巖石緊密伴生,具有地殼部分重熔的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征。這是該區(qū)早古生代發(fā)生的一次重要的陸殼固結(jié)事件。圖6中顯示的另一重要信息是,整個(gè)東北地區(qū)基本缺失350~450Ma的花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)的鋯石年齡紀(jì)錄,顯示從晚奧陶世—早石炭世初該區(qū)基本沒有花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)的記錄,說明各地塊在經(jīng)歷了早古生代早期的區(qū)域變質(zhì)和巖漿活動(dòng)后進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造演化階段。2.2地殼形成帶和碰撞后成因模式這一峰期年齡對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)代為早石炭世—晚石炭世。該期花崗巖主要分布在大興安嶺地區(qū),總體呈北北東向展布。同位素年代學(xué)和巖石地球化學(xué)分析表明,這套花崗巖分早、晚2期:早期為鈣堿性閃長巖-花崗閃長巖-二長花崗巖組合,屬于I型花崗巖,鋯石年齡為350~330Ma,對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)代為早石炭世,具有活動(dòng)陸緣鈣堿性巖漿弧的典型地球化學(xué)特征;晚期為高鉀鈣堿性二長花崗巖-鉀長花崗巖,也屬I型花崗巖,鋯石年齡為310~300Ma,對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)代為晚石炭世,具有碰撞后成因的巖石地球化學(xué)特征?？臻g上這2套花崗巖組合沿大興安嶺北北東向帶狀展布,時(shí)間上連續(xù)演化,空間上依次疊置,規(guī)模上逐漸減小,特別是成因類型依次從俯沖到碰撞后的連續(xù)演化特點(diǎn),進(jìn)一步支持了大興安嶺東緣存在一條重要的碰撞拼合帶的認(rèn)識(shí),即佳木斯—松嫩地塊與額爾古納—興安地塊的碰撞拼合事件。這次事件使東北地區(qū)整體處于地殼增厚和隆升背景,以普遍缺失石炭紀(jì)中期的沉積為標(biāo)志。晚石炭世晚期開始整體轉(zhuǎn)為伸展構(gòu)造背景,形成時(shí)代為284~307Ma的晚石炭世晚期—早二疊世火山巖及斷陷盆地,為中二疊世大規(guī)模海相沉積盆地的形成奠定了基礎(chǔ)。2.3巖石圈和地殼厚度的沉積這一峰期年齡對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)代為中二疊世—早三疊世。該期花崗巖主要發(fā)育在張廣才嶺和吉林東部地區(qū)。雖然該期花崗巖在形成時(shí)代上與所說的華北板塊和東北板塊發(fā)生陸-陸碰撞的時(shí)代有一致性,但近年來的深部地球物理和地球化學(xué)研究結(jié)果顯示,可能與碰撞有關(guān)的巖石圈和地殼增厚現(xiàn)象只出現(xiàn)在佳木斯—伊通斷裂帶以西地區(qū),而以東地區(qū)并沒有顯示。唐克東等認(rèn)為:吉林東部延邊地區(qū)可能是中生代環(huán)太平洋增生帶的一部分,與結(jié)束古亞洲洋演化的內(nèi)蒙古—吉中縫合帶沒有關(guān)系。因此,該期花崗巖確切的地質(zhì)構(gòu)造意義尚待進(jìn)一步研究。2.4晚—侏羅紀(jì)巖漿事件(170~200Ma)這一峰期年齡對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)代為早—中侏羅世。該期花崗巖出露廣泛,在額爾古納地塊、松嫩地塊的小興安嶺—張廣才嶺和吉林東部地區(qū)均有分布。這些花崗巖以堿性花崗巖為主,普遍具有深來源、淺就位的巖石學(xué)和巖石地球化學(xué)特征。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景分析,東北西部地區(qū)發(fā)育一系列近東西向展布的早—中侏羅世山間陸相沉積盆地,而晚侏羅世發(fā)育大面積北北東向展布的火山巖。這一特點(diǎn)說明,該區(qū)在早—中侏羅世處于南北向擠壓的地殼增厚構(gòu)造背景,而晚侏羅世轉(zhuǎn)為伸展背景。這樣一種轉(zhuǎn)化過程可能與蒙古—鄂霍茨克帶的閉合以及東側(cè)大陸邊緣的北東向轉(zhuǎn)換構(gòu)造有著密切的關(guān)系。完達(dá)山地體就是在這一期間通過轉(zhuǎn)換斷層就位在佳木斯地塊東緣的。因此,這次事件是現(xiàn)今東北亞大陸形成的重要時(shí)期,也是濱太平洋構(gòu)造域北東向構(gòu)造體系形成的主要時(shí)期。2.5區(qū)域構(gòu)造背景及火山巖形成時(shí)代該期花崗巖主要分布在大興安嶺和松遼盆地地區(qū),呈北東向展布。這是東北地區(qū)最為壯觀的重大地質(zhì)事件發(fā)生期,伴隨花崗質(zhì)巖漿的侵入和大規(guī)模的火山噴發(fā),大興安嶺以東地區(qū)的巖石圈急劇減薄,地表形成大規(guī)模的含油氣盆地。關(guān)于白堊紀(jì)沉積盆地和巨量巖漿巖的起源及其構(gòu)造背景與機(jī)制觀點(diǎn)眾多,分歧較大,本文不作評(píng)述,但對(duì)該區(qū)的2個(gè)基本事實(shí)做如下分析:一是吉黑東部巖石圈減薄的西界和松遼盆地的西界均止于大興安嶺東緣之下,這里也是一個(gè)深達(dá)巖石圈地幔尺度的速度不連續(xù)界面。這一事實(shí)說明,大興安嶺與松遼盆地之間存在一個(gè)深度巨大的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶,這一轉(zhuǎn)換帶不但對(duì)深部軟流圈物質(zhì)的向西侵蝕起到屏障作用,使巖石圈減薄沒有向西擴(kuò)展到大興安嶺之下,而且它作為一個(gè)構(gòu)造薄弱帶為大興安嶺的隆升和松遼盆地的沉降提供了應(yīng)力調(diào)整空間。這從另一個(gè)角度證明了黑河—嫩江—開魯沿線存在一個(gè)重要的構(gòu)造界面。二是東北地區(qū)晚侏羅世—早白堊世火山巖的時(shí)空演化具有明顯的規(guī)律性。晚侏羅世火山巖主要發(fā)育在大興安嶺及其以西地區(qū),而松遼盆地及其以東地區(qū)主要發(fā)育早白堊世火山巖,顯示出火山活動(dòng)具有由西向東遷移、強(qiáng)度逐漸減弱的演化特點(diǎn)。從火山巖的厚度、時(shí)代及分布特點(diǎn)上看,大興安嶺及以西地區(qū)的火山巖厚度巨大,通常為3000~4000m,時(shí)代以晚侏羅世為主,北北東向展布,與西側(cè)的蒙古—鄂霍茨克帶大致平行;而大興安嶺以東和松遼盆地地區(qū)的火山巖厚度較小,一般為1000~2000m,時(shí)代為早白堊世,北東向展布,與東側(cè)大陸邊緣溝-弧-盆體系展布方向基本一致。因此,不能排除晚侏羅世火山巖的形成與蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造域的演化有關(guān),而早白堊世火山巖與西太平洋構(gòu)造域的演化有關(guān),大興安嶺及以西地區(qū)巨厚的火山巖可能是2種構(gòu)造體制下形成的火山巖疊加的結(jié)果。3上延15km后各深度數(shù)據(jù)處理為揭示東北地區(qū)主要斷裂構(gòu)造的分布及其深部特點(diǎn),以1∶20萬重力資料為基礎(chǔ),對(duì)全區(qū)重力資料進(jìn)行了不同深度的水平總梯度矢量模處理。處理對(duì)比結(jié)果顯示,隨著延拓高度的增加,淺部規(guī)模較小的斷裂特征逐漸消失,而深部規(guī)模較大的斷裂特征逐漸明顯;上延15km后各深度處理結(jié)果所顯示的深部斷裂異常變化特征基本相同。因此,可以認(rèn)為上延10km后的重力場(chǎng)基本上能夠反映該區(qū)深大斷裂構(gòu)造的總體分布格架(圖7,圖中紅色和黃色區(qū)域中心線位置為總梯度矢量模最大值,該值所顯示的線狀位置為斷裂構(gòu)造所顯示的地球物理特征線)。根據(jù)上延不同高度后重力異常水平方向總梯度矢量模原理(即上延的高度以及異常規(guī)模和幅值越大,斷裂的切割深度越大),將東北地區(qū)具有一定深度規(guī)模的斷裂按異常幅度分為NNE、近EW、NE和近NS向4組深斷裂(圖7)。3.1構(gòu)造作用的地質(zhì)特征NNE向斷裂發(fā)育在大興安嶺兩側(cè)。東側(cè)的一條規(guī)模及幅度較小,大致沿中蒙邊界額爾古納河—海拉爾盆地西緣—內(nèi)蒙古查干敖包—阿登高勒一線斷續(xù)展布,目前地質(zhì)上對(duì)其沒有明確的稱謂;另一條即為著名的大興安嶺重力梯度帶,它是該區(qū)異常幅度和規(guī)模最大的一條斷裂帶,地質(zhì)上通常稱之為黑河—嫩江—開魯斷裂。雖然該斷裂整體上呈NNE向展布,但圖7中清楚地顯示其南段明顯被NE向構(gòu)造所改造,異常呈NE向斜列式展布,而且越向南部NE向斷裂越為密集,表現(xiàn)出NE向斷裂對(duì)NNE向斷裂的改造主要發(fā)生在大興安嶺南段。前已討論,該斷裂不但是大興安嶺和松遼盆地之間重要的盆-嶺分界線,而且是整個(gè)東北地區(qū)東西兩側(cè)巖石圈和地殼厚度的突變帶。NE向斷裂對(duì)其南段的改造作用說明,該斷裂在整體上不但是深部軟流圈物質(zhì)由東向西侵蝕的屏障,而且在淺部成為西太平洋NE向構(gòu)造域影響的西緣轉(zhuǎn)換帶。該重力異常梯度帶位于地質(zhì)上確定的黑河—嫩江—開魯斷裂以西,因此,依據(jù)上延原理分析,黑河—嫩江—開魯斷裂是一條向西傾伏的重要斷裂構(gòu)造。3.2斷裂北緣地緣斷裂帶2條近EW向展布的斷裂一南、一北平行展布在東北地區(qū)南緣。南部的一條地質(zhì)上稱為楚魯圖—赤峰—開源斷裂,并被作為華北板塊的北緣斷裂;北部的一條為著名的西拉沐倫河斷裂。重力異常特征(圖7)顯示,這2條斷裂帶的西端均被NNE向的額爾古納河—查干敖包—阿登高勒斷裂所截,但其東端二者的異常特征明顯不同。其主要表現(xiàn)是:西拉沐倫河斷裂似乎只延續(xù)到開魯一帶,并與NNE向的嫩江—開魯斷裂相連,并未延伸到松遼盆地之內(nèi);而楚魯圖—赤峰—開源斷裂向東延伸到遼西地區(qū),被NE向的郯廬斷裂系(依蘭—伊通斷裂和敦化—密山斷裂)所改造,但在NE向斷裂帶以東地區(qū)沒有異常顯示。這些證據(jù)似乎說明,西拉沐倫河斷裂作為一個(gè)深度較大的斷裂可能與嫩江—開魯斷裂帶有著更為密切的聯(lián)系,而楚魯圖—赤峰—開源斷裂作為華北板塊北緣的深斷裂向東止于NE向斷裂。根據(jù)目前對(duì)西拉沐倫河斷裂地質(zhì)構(gòu)造意義的普遍性認(rèn)識(shí),結(jié)合其異常特點(diǎn)分析,不能排除西拉沐倫河斷裂作為一條碰撞拼合帶可能只發(fā)生在嫩江—開魯斷裂帶以西,而楚魯圖—赤峰—開源斷裂作為華北板塊的北界止于NE向斷裂,NE向斷裂以東地區(qū)的構(gòu)造演化與西部應(yīng)有所不同。雖然提出了上述認(rèn)識(shí),但仍需進(jìn)一步研究和論證。3.3晚古生代雜巖帶的斷裂構(gòu)造問題這2組斷裂主要發(fā)育在吉黑東部地區(qū)。雖然二者的異常幅度和規(guī)模小于前2組斷裂,但彼此間的構(gòu)造時(shí)序關(guān)系卻十分清楚。NE向斷裂明顯有3條,其中南部2條,分別為依蘭—伊通斷裂和敦化—密山斷裂,北部的一條沿嘉蔭—哈爾濱一線展布,該斷裂因其南部被松遼盆地所掩蓋,在該區(qū)的意義尚未受到足夠的重視,但它作為東北東部NE向斷裂體系的一部分應(yīng)是肯定的。這3條平行展布的NE向斷裂強(qiáng)烈改造了近NS向斷裂,使其失去了整體的連續(xù)性,僅在北部的嘉蔭—鶴崗和南部的雞西—琿春一線有較明顯的顯示,而且在敦化—密山斷裂以南,NS向斷裂發(fā)生了明顯的左行位移。這一NS向斷裂習(xí)慣上稱為嘉蔭—牡丹江斷裂。由于該斷裂東側(cè)發(fā)育含藍(lán)片巖的構(gòu)造混雜巖帶,其構(gòu)造位置又處于佳木斯地塊與松嫩地塊之間,因此,該斷裂和混雜巖的構(gòu)造意義常被作為一個(gè)整體來研究。目前,對(duì)這套混雜巖是佳木斯地塊與松嫩地塊碰撞拼合過程中形成的俯沖增生雜巖的認(rèn)識(shí)已基本取得一致[53,54,55,56,57,58,59,60,61,62],但在兩地塊的碰撞拼合時(shí)代問題上分歧較大。早期的研究者普遍認(rèn)為,兩地塊的碰撞拼合時(shí)代為早古生代[53,54,55,56,57,58,59,60]。近年來由于在這套混雜巖中獲得了大量的同位素測(cè)年數(shù)據(jù),由此出現(xiàn)了2種主要意見:一種意見與早期的認(rèn)識(shí)一致,主要是根據(jù)混雜巖帶兩側(cè)的下泥盆統(tǒng)碎屑巖中普遍具有來自松嫩地塊和佳木斯地塊的碎屑鋯石,認(rèn)為二者應(yīng)在早泥盆世之前已拼貼完畢;另一種意見則主要依據(jù)混雜巖中存在大量160~180Ma的白云母及青鋁閃石Ar-Ar年齡,認(rèn)為兩地塊的碰撞時(shí)代為侏羅紀(jì)。趙亮亮等認(rèn)為,雖然混雜巖帶總體呈NS向展布,并僅出露在NS向的嘉蔭—牡丹江斷裂以東,但其內(nèi)部的變質(zhì)變形組構(gòu)均為NE走向,與佳—伊斷裂和敦化—密山斷裂平行。根據(jù)藍(lán)閃石片巖巖塊明顯被NE向變形組構(gòu)所改造,而記錄160~180Ma的白云母及青鋁閃石都產(chǎn)生在北東走向的糜棱巖中,因此,他們認(rèn)為嘉蔭—牡丹江斷裂是俯沖增生雜巖的西界斷裂,即佳木斯地塊與松嫩地塊碰撞形成的混雜巖帶是NS向展布的,而NE向構(gòu)造是后期構(gòu)造折返事件的結(jié)果,也是導(dǎo)致混雜巖帶高壓藍(lán)閃石片巖巖塊剝露的直接原因。這一認(rèn)識(shí)雖然沒能解決兩地塊的碰撞時(shí)代問題,但對(duì)這套混雜巖目前所表現(xiàn)的NE向變質(zhì)變形組構(gòu)的形成時(shí)代和意義作出了明確的解釋,即東北東部地區(qū)NE向構(gòu)造形成的起始時(shí)間發(fā)生在160~180Ma的早—中侏羅世。上述重力異常特征清楚地顯示了該區(qū)主要深斷裂的幅度、規(guī)模及彼此的時(shí)空關(guān)系。這樣一種時(shí)空關(guān)系與該區(qū)主要構(gòu)造單元及其邊界構(gòu)造帶的展布格局基本是一致的,這也說明這樣一種處理解釋結(jié)果是可信的。但正因如此,筆者在圖7中同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了另外幾個(gè)值得特別關(guān)注的重要構(gòu)造問題。眾所周知,東北地區(qū)存在3條十分著名的斷裂帶,即得爾布干斷裂、賀根山斷裂和躍進(jìn)山或那丹哈達(dá)嶺斷裂。長期以來,它們一直被作為東北地區(qū)最為重要的斷裂構(gòu)造予以廣泛的研究和討論。從板塊構(gòu)造演化角度,曾分別被作為早古生代、晚古生代和中生代的板塊俯沖帶。但這幾條重要的斷裂帶在圖7中并沒有明顯的反映,甚至可以說根本就沒有反映。根據(jù)其他主要斷裂構(gòu)造均有清楚的顯示,這似乎不是資料處理過程中的問題。近年來,吉林大學(xué)在開展國家油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)項(xiàng)目研究過程中,有多條重、磁、電剖面穿越了這3條斷裂,結(jié)果也都顯示其深部沒有明顯的物性異常間斷,因此,可以肯定它們?cè)谏疃群鸵?guī)模上不能與東北地區(qū)的其他斷裂相比。最可能的解釋是,它們可能是薄皮逆沖構(gòu)造在淺部產(chǎn)生的一種斷裂-巖性組合帶。這樣一種認(rèn)識(shí)提出的理論依據(jù)是,賀根山斷裂帶和那丹哈達(dá)嶺斷裂帶都緊密與一套具有層序性的蛇綠巖伴生,即賀根山蛇綠巖帶和那丹哈達(dá)嶺蛇綠巖帶。根據(jù)Condie對(duì)蛇綠巖侵位機(jī)制的總結(jié),除刮入俯沖增生楔的非層序性蛇綠巖碎塊外,凡具有一定層序性的蛇綠巖都是仰沖到大陸邊緣之上的洋殼組合。這意味著仰沖侵位到大陸邊緣之上的蛇綠巖所處的位置一定不是碰撞帶的位置,而只是仰沖構(gòu)造的前端;因此,將具有一定層序性特點(diǎn)的賀根山蛇綠巖和那丹哈達(dá)嶺蛇綠巖現(xiàn)今分布的位置作為碰撞帶的位置是不合適的。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造背景和重力異常證據(jù)分析,導(dǎo)致二者仰沖的碰撞帶的位置可能分別位于其南側(cè)的西拉沐倫河碰撞帶和其東側(cè)的中央錫霍特—阿林碰撞帶,而所謂的得爾布干斷裂更可能是中生代火山巖對(duì)額爾古納—興安地塊橫向覆蓋區(qū)的西界,并不是一個(gè)垂向的深斷裂構(gòu)造。4晚古生代大陸板塊1)我國東北及內(nèi)蒙古東部,乃至整個(gè)東北亞地區(qū)的主體由早古生代早期固結(jié)的大陸地塊所組成,各大陸地塊均具有前寒武紀(jì)—早前寒武紀(jì),甚至是太古宙的古老陸殼基底。它們?cè)?90~510Ma的早古生代早期同時(shí)遭受了區(qū)域變質(zhì)作用和花崗質(zhì)巖漿侵入,標(biāo)志著固結(jié)大陸塊體的形成。350~450Ma,早古生代早期固結(jié)的大陸地塊處于相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造背景,以普遍缺失這一時(shí)期的花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)記錄為標(biāo)志。從整個(gè)東北亞地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)成考慮,早古生代晚期至少存在2個(gè)相對(duì)獨(dú)立演化的微板塊,即額爾古納—興安微板塊和松嫩—布列亞—佳木斯—興凱微板塊。早石炭世,這2個(gè)微板塊沿北北東向展布的開魯—嫩江—黑河—諾拉—索霍提一線碰撞拼合,形成東北亞晚古生代大陸板塊。作為此次俯沖碰撞作用的直接結(jié)果,是在我國境內(nèi)形成了與俯沖碰撞相關(guān)的大興安嶺晚古生代巖漿巖帶,為多金屬成礦提供了有利的構(gòu)造-熱演化背景和物質(zhì)條件。由于這一巖漿巖帶和多金屬成礦帶的南界均受到西拉沐倫河斷裂的制約,因此,西拉沐倫河斷裂和嫩江—開魯斷裂可能是早石炭世東北亞晚古生代大陸板塊最終形成的碰撞拼合帶。就其規(guī)模而言,這一晚古生代大陸板塊與現(xiàn)今的華北板塊相當(dāng)。2)晚石炭世—中二疊世,東北亞晚古生代大陸板塊整體處于伸展構(gòu)造背景,在其南部即我國的東北及內(nèi)蒙古東部地區(qū)形成了以晚石炭世—早二疊世火山巖為主的斷陷盆地,到中二疊世發(fā)展演化成為一個(gè)規(guī)模巨大的海相沉積盆地。海相沉積盆地內(nèi)以暗色泥巖和碳酸鹽巖為代表的潛在烴源巖發(fā)育,它們沒有遭受區(qū)域變質(zhì)作用,多數(shù)處于成巖演化階段。由此可見:在盆地成因演化方面,東北地區(qū)晚古生代盆地與中生代盆地具有類似的斷-坳2個(gè)階