黑龍江東部盆地群的形成時(shí)代及盆地演化

黑龍江東部盆地群的形成時(shí)代及盆地演化

0區(qū)域地質(zhì)背景黑龍江省東部盆地群系是指牡丹斷裂帶以東的一系列中生代和新生代盆地，分布在吉-伊斷裂和敦米斷裂之間（圖1）。該地區(qū)是中國(guó)東北的主要產(chǎn)煤區(qū)之一，也是松遼盆地周邊的主要勘探區(qū)之一。盡管針對(duì)該區(qū)中、新生代沉積盆地的構(gòu)造、沉積相、巖漿作用、區(qū)域構(gòu)造等領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展了大量的研究工作,但是多數(shù)研究主要集中于某一單個(gè)盆地、局部地區(qū)、某一層系或某一科學(xué)問(wèn)題等,系統(tǒng)的研究該區(qū)中、新生代構(gòu)造演化及其區(qū)域動(dòng)力學(xué)背景尚屬薄弱環(huán)節(jié)。因此,本文通過(guò)最新的區(qū)域地質(zhì)資料、巖石地層、礫石統(tǒng)計(jì)、同位素年齡、野外構(gòu)造觀察以及巖相古地理等方面對(duì)該區(qū)中、新生代構(gòu)造演化及其區(qū)域動(dòng)力學(xué)背景進(jìn)行詳細(xì)的研究。1民國(guó)時(shí)期推行的盆地群黑龍江東部盆地群現(xiàn)今被樺南隆起和密山隆起所分割(圖1)。樺南隆起位于黑龍江東部,主要包含佳木斯、樺南、寶清和雙鴨山地區(qū),大地構(gòu)造位置上,位于佳木斯地塊中部,是黑龍江東部最主要的隆起,四周分布有三江盆地和勃利盆地,其上主要分布有雙鴨山盆地和雙樺盆地;密山隆起位于雞西盆地以北,分隔勃利盆地和雞西盆地。樺南隆起和密山隆起的結(jié)晶基底主要由麻山群、興東群褶皺變質(zhì)巖及古、中、新元古代的花崗片麻巖組成。對(duì)于黑龍江東部盆地群的構(gòu)造演化史,目前有兩種不同的觀點(diǎn):一種觀點(diǎn)1認(rèn)為這些盆地是被樺南隆起和密山隆起分割的、孤立的斷陷盆地,各單元是獨(dú)立的含油氣系統(tǒng);另一種觀點(diǎn)認(rèn)為這些現(xiàn)今孤立的盆地在白堊世不是偶然的空間并存,而是互有密切關(guān)聯(lián)的一個(gè)系統(tǒng),很可能為統(tǒng)一的原型盆地。目前比較傾向認(rèn)為黑龍江東部盆地群在早白堊世為統(tǒng)一的原型盆地。1.1東方海相夾層黑龍江東部盆地群滴道組(裴德組)地層分布局限,但是在各個(gè)盆地內(nèi)均充填了城子河組(云山組)和穆棱組(珠山組)地層(表1)2,其最典型的特征為具有海相夾層。大量的古生物化石已經(jīng)證明:黑龍江東部龍爪溝群(裴德組、七虎林組、云山組、珠山組)和雞西群(滴道組、城子河組、穆棱組、東山組)的時(shí)代均為早白堊世,兩群時(shí)代大體相近,基本上可以對(duì)比。龍爪溝群的裴德組可能大體相當(dāng)于雞西群滴道組,龍爪溝群的七虎林組及云山組大體相當(dāng)于雞西群的城子河組,珠山組與雞西群的穆棱組相當(dāng);而且城子河組和穆棱組中的海相夾層在各個(gè)盆地間可以連通對(duì)比,從而證明城子河組(云山組)和(珠山組)沉積時(shí)期為統(tǒng)一的原型盆地。1.2巖相古地理的恢復(fù)黑龍江東部中生代盆地群目前表現(xiàn)為改造型盆地(殘余盆地),盆地的邊界多由逆斷層限定,在逆沖斷裂的下降盤(pán)上保存下來(lái),并呈現(xiàn)今的殘留盆地,難以找到邊緣相。巖相古地理恢復(fù)結(jié)果(3)也顯示,黑龍江東部各盆地在城子河組(云山組)穆棱組(珠山組)沉積時(shí)期并沒(méi)有各自的匯水中心而顯示出泛盆的特征。這都說(shuō)明城子河組(云山組)和(珠山組)沉積時(shí)期黑龍江東部盆地群為統(tǒng)一的原型盆地。2黑龍江省東盆地群破壞時(shí)間2.1變質(zhì)巖礫石的來(lái)源對(duì)圍繞著樺南隆起和密山隆起分布的礫巖層中的礫巖進(jìn)行了野外成分統(tǒng)計(jì)(圖1)。表2和圖2顯示礫石成分主要為石英脈巖、花崗片麻巖、含石墨片麻巖、云母片巖、安山玢巖、流紋巖、凝灰?guī)r以及少量的煤矸石、砂巖和泥巖等,其中花崗片麻巖、含石墨片麻巖、云母片巖和大理巖等變質(zhì)巖的礫石,主要來(lái)源于古老的麻山群結(jié)晶基底;安山玢巖、流紋巖和凝灰?guī)r等火山巖類(lèi),這些礫石可能來(lái)自滴道組(裴德組)和東山組的沉積;煤矸石、砂巖和泥巖等沉積巖礫石,主要來(lái)自城子河組和穆棱組含煤地層?；◢徠閹r、含石墨片麻巖、云母片巖和大理巖礫石的出現(xiàn)說(shuō)明樺南隆起和密山隆起快速隆升,上覆地層被剝蝕殆盡,部分地區(qū)剝蝕到了基底;煤矸石的出現(xiàn)也進(jìn)一步反映樺南隆起和密山隆起快速隆升,近距離搬運(yùn)沉積。樺南隆起和密山隆起的快速隆升導(dǎo)致其周?chē)练e了厚層礫巖和砂礫巖,沉積相以河流-沖積扇為主,代表了地貌反差大,快速陸相充填沉積環(huán)境。2.2逆沖斷層特征黑龍江東部盆地中,大多數(shù)盆地南緣發(fā)育有一些逆沖斷裂,從地震剖面解釋看1,這些邊界斷層在城子河組和穆棱組沉積時(shí)期,對(duì)盆地沉積并沒(méi)有明顯的控制作用。現(xiàn)今黑龍江東部孤立盆地的邊界斷裂為破壞性斷裂,由一系列走向近東西的逆沖斷裂組成,逆沖斷層切割了滴道組、城子河組(云山組)-穆棱組(珠山組)地層。例如,雙鴨山盆地南部邊界大型逆沖斷裂(圖3)位于寒蔥溝水庫(kù)大壩西,斷層上盤(pán)的麻山群花崗質(zhì)片麻巖逆沖到城子河組之上。勃利盆地的南界同樣為規(guī)模較大的逆沖斷裂(圖4),該斷裂位于興農(nóng)鎮(zhèn)北4km處,麻山群逆沖到滴道組之上。分析表明,現(xiàn)今盆地的邊界斷裂均為對(duì)盆地有破壞作用的逆斷層,根據(jù)它們所切割的地層,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化,這些逆斷層可能形成于晚白堊世—古近紀(jì)之間。反映晚白堊開(kāi)始發(fā)生區(qū)域擠壓,這與樺南隆起以及密山隆起的隆起時(shí)間一致,應(yīng)為統(tǒng)一構(gòu)造事件的產(chǎn)物。2.3區(qū)域構(gòu)造背景利用磷灰石裂變徑跡測(cè)年得出樺南隆起有兩次快速的隆升,時(shí)間為115.8Ma和76.9Ma1。115.8Ma說(shuō)明在東山組之后區(qū)域發(fā)生了大的構(gòu)造擠壓事件,樺南隆起快速隆升,沉積了猴石溝組的礫巖。76.9Ma說(shuō)明海浪組之后樺南隆起又一次的逆沖事件,在晚白堊世—古近紀(jì),樺南隆起至少有兩次脈動(dòng)式的隆升,進(jìn)一步說(shuō)4明在猴石溝組和海浪組沉積時(shí)期,黑龍江東部盆地群隨著樺南隆起和密山隆起的快速隆升而被破壞,轉(zhuǎn)向各個(gè)盆地的獨(dú)立演化。3區(qū)域構(gòu)造背景及構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征根據(jù)中、新生代板塊構(gòu)造環(huán)境、區(qū)域構(gòu)造演化背景以及研究區(qū)各盆地的構(gòu)造演化特征、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征,將黑龍江東部盆地群中、新生代構(gòu)造演化分為6個(gè)階段(圖5)。3.1重新活動(dòng)的巖相古地理晚侏羅世,蒙古—鄂霍茨克洋西部封閉,佳蒙地塊與東西伯利亞大陸南緣碰撞,區(qū)域上處于擠壓環(huán)境,形成近東西—北東東向的蒙古—鄂霍茨克褶皺系。與此同時(shí),在與主應(yīng)力方向平行的近南北向的牡丹江斷裂重新活動(dòng),主要構(gòu)造行跡走向?yàn)槟媳毕?形成南北向的斷陷槽,古鄂霍次克海沿狹窄的通道南侵,形成綏濱組和東榮組的海相沉積。主要依據(jù)是綏濱組為一套巖性較粗的海相沉積,是海進(jìn)期產(chǎn)物,不整合于前中生界基底之上,東榮組為一套巖性相對(duì)較細(xì)的濱海-淺海相沉積。雙樺盆地東榮組中含有海相瓣鰓類(lèi)化石,三江盆地,雙鴨山盆地和雙樺盆地中又同時(shí)分布有綏濱組—東榮組的巖石地層(表1),因此可以推斷此時(shí)海水漫過(guò)樺南地區(qū)到達(dá)雙樺盆地的南部邊界,樺南隆起在晚侏羅世并不存在(圖5a)。晚侏羅世末發(fā)生一次以斷塊抬升為主的構(gòu)造活動(dòng),導(dǎo)致綏濱組和東榮組與上覆的滴道組、城子河組存在明顯的角度不整合。3.2改性前的區(qū)帶早白堊世中國(guó)東部已經(jīng)進(jìn)入濱太平洋構(gòu)造體系發(fā)展階段,太平洋板塊在145～135Ma期間以5.3cm/a的速度向東亞大陸邊緣正向俯沖,構(gòu)造活動(dòng)從晚侏羅世晚期強(qiáng)烈的陸內(nèi)擠壓造山和地殼增厚作用演化為早白堊世以來(lái)強(qiáng)烈的陸內(nèi)引張裂陷和巖石圈減薄作用,伴隨著火山巖噴發(fā)和巖漿侵入活動(dòng),黑龍江東部形成一系列孤立的斷陷盆地(圖5b)。黑龍江東部乃至東北北部地區(qū)的大量資料表明,多數(shù)火山巖在盆地充填剖面中出現(xiàn)的層位通常是盆地形成的開(kāi)始階段,即成盆期的開(kāi)始。滴道組(裴德組)中含有大量的火山碎屑及火山巖說(shuō)明此時(shí)黑龍江東部開(kāi)始形成許多斷陷盆地。綏濱坳陷古水流的研究結(jié)果表明1,在滴道組沉積時(shí)期,三江盆地西部主要存在自東北向西南的古水流,盆地東部為近似自西向東的古水流,西部和東部古水流方向基本相反,盆地?zé)o統(tǒng)一的匯水中心。這也說(shuō)明了在滴道組沉積時(shí)期,現(xiàn)今的綏濱地區(qū)、雞西地區(qū)和勃利地區(qū)很可能為孤立的分割盆地,此時(shí)樺南隆起、密山隆起以及周邊地區(qū)形成一系列小型的斷陷盆地,黑龍江東部盆地群表現(xiàn)為孤立的小型斷陷盆地。3.3沉積期子河組—城子河組(云山組)—穆棱組(珠山組)沉積時(shí)期(K21)該時(shí)期泛太平洋板塊與歐亞大陸板塊之間的相互運(yùn)動(dòng)和拆沉作用造成的伸展體制對(duì)我國(guó)東部區(qū)域構(gòu)造和盆地形成演化產(chǎn)生了重大的影響,我國(guó)東部巖石圈的拆沉作用開(kāi)始時(shí)間大約在160Ma,在130～120Ma達(dá)到高潮,因此,城子河組(云山組)—穆棱組(珠山組)沉積時(shí)期,全區(qū)基本進(jìn)入下沉坳陷階段,南北隆坳格局消失,整體構(gòu)成一個(gè)坳陷帶,按照沉積相帶的分布,城子河組和穆棱組幾乎遍布全區(qū)(圖5c),該時(shí)期黑龍江東部盆地群形成統(tǒng)一的原型盆地。3.4主造地核心標(biāo)志—東山組沉積時(shí)期(K31)東山組沉積時(shí)期,由于完達(dá)山褶皺帶將海水完全割斷,演化為一大型陸相盆地,伴隨著燕山運(yùn)動(dòng)的發(fā)生,此時(shí)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為NW-SE向拉伸,三江盆地、雞西盆地、勃利盆地及雙鴨山盆地出現(xiàn)了以火山碎屑巖為主夾有正常碎屑巖的建造,火山巖噴發(fā)時(shí)代為118～98Ma,它的出現(xiàn)是黑龍江東部地區(qū)進(jìn)入引張裂陷的標(biāo)志。此時(shí)黑龍江東部盆地群形成一系列的裂陷,在形成裂陷的地方接受火山碎屑巖的沉積,此時(shí)樺南隆起和密山隆起及周邊地區(qū)表現(xiàn)為局部斷陷的特征(圖5d)。3.5中帶級(jí)逆沖斷層猴石溝組沉積時(shí)期,依澤奈崎板塊以北北西向、高速率(23.5cm/a)向歐亞板塊俯沖,區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生明顯的改變。NS向的持續(xù)擠壓作用,形成一系列近EW向的逆沖斷層。由于斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈,沉積了以河流-沖積扇為主的快速陸相充填型沉積地層。樺南隆起和密山隆起快速隆升,使統(tǒng)一的黑龍江東部盆地群遭到破壞,轉(zhuǎn)向各個(gè)盆地的獨(dú)立演化(圖5e)。在區(qū)域南北左旋壓扭構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下的這種全區(qū)性的構(gòu)造反轉(zhuǎn)事件,持續(xù)到古新統(tǒng),經(jīng)歷從112.2Ma到55Ma,持續(xù)時(shí)間為57.2Ma。3.6構(gòu)造盆地條件進(jìn)入新生代以后,太平洋板塊在40Ma向亞洲大陸下由北北西向俯沖轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽魑飨蚋_,導(dǎo)致地殼應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生重大改變,雙鴨山盆地、勃利盆地、雞西盆地和虎林盆地等一些殼斷裂控制的或原有坳陷繼承性發(fā)育的盆地,發(fā)生差異性沉降,構(gòu)成現(xiàn)今構(gòu)造面貌(圖5f)。中新世后期,由于太平洋板塊轉(zhuǎn)為向西俯沖,日本海強(qiáng)烈擴(kuò)張并形成了新的洋殼,導(dǎo)致了樺南隆起及黑龍江東部各盆地因受到強(qiáng)烈擠壓作用而全面抬升,使原來(lái)的斷陷-坳陷盆地進(jìn)一步剝蝕,致使現(xiàn)今構(gòu)造格局最后定位。4區(qū)域地質(zhì)演化(1)黑龍江東部盆地群的地層特征,巖相古地理以及沉積盆地的邊界特征表明黑龍江東部盆地群早白堊世為統(tǒng)一的原型盆地,隨著猴石溝組沉積時(shí)期樺南隆起和密山隆起的隆升而被破壞。(2)黑龍江東部盆地群中、新生代的構(gòu)造演化分成6個(gè)階段:①綏濱組—東榮組沉積時(shí)期,黑龍江東部盆地群的北部三江、樺南、雙鴨山等地區(qū)整體處于坳陷階段,海水漫過(guò)樺南地區(qū)到達(dá)雙樺盆地的南部邊界,樺南隆起在晚侏羅世并不存在;②滴道組(裴德組)沉積時(shí)期,黑龍江東部盆