吉林東部中新生代盆地群受斷裂帶的控制作用及其形成與演化

高寧寧，單玄龍

1.甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100；2.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130000

0 引言

吉林東部中新生代陸相盆地分布廣泛、數(shù)量眾多，這類盆地以中、小型盆地為主[1]，其在地層分布特征、構(gòu)造演化和盆地形成上有很大的相似性，隨著新一輪地質(zhì)填圖和礦產(chǎn)資源普查的開展，對(duì)吉林省東部中新生代盆地開展了大規(guī)模的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查和石油地質(zhì)勘探，但由于這些中、新生界地層分布連續(xù)性差，且受火山作用影響，給地層橫向?qū)Ρ群团璧匦纬珊蜆?gòu)造演化研究造成了較大困難，目前缺少對(duì)中新生代盆地群成盆與演化模式的系統(tǒng)性研究。因此，對(duì)吉林東部斷裂系統(tǒng)對(duì)盆地地層分布特征、盆地形成和演化的控制和改造作用的系統(tǒng)研究，不僅能針對(duì)性的系統(tǒng)分析區(qū)內(nèi)盆地群的成盆和構(gòu)造演化過程，建立吉林東部盆地群的演化模式，還對(duì)指導(dǎo)油氣勘探開發(fā)具有重要意義。

1 盆地分布與地層發(fā)育特征

1.1 盆地分布規(guī)律

吉林東部中、新生代盆地眾多，新生代盆地包括輝樺盆地和琿春盆地，其余為中生代盆地，面積為1.493萬平方千米，其中，集安盆地、馬鞍山盆地、長白盆地、撫松盆地、松江盆地、延吉盆地、地蔭溝盆地、羅子溝盆地沿鴨綠江斷裂帶呈串珠狀斷續(xù)分布；通化盆地、柳河盆地、輝樺盆地、永吉盆地、蛟河盆地、敦化盆地、春陽盆地沿敦—密斷裂帶呈北東東向展布；平崗—遼源盆地、葉赫盆地、伊通盆地、雙陽盆地、上河灣盆地沿佳—伊斷裂斷裂帶呈串珠狀斷續(xù)分布，從這些盆地的分布特征來看，其受吉林東部巖石圈深大斷裂帶控制明顯(圖1)。其中面積大于1 000平方千米有6個(gè)，為撫松盆地、輝樺盆地、平崗—遼源盆地、通化盆地、柳河盆地、集安盆地；大于200平方千米的16個(gè)。

圖1 吉林東部盆地構(gòu)造劃分及盆地分布圖

1.2 地層分布特征及其受斷裂帶的控制作用

根據(jù)吉林東部中、新生代盆地地層的填充序列、盆地構(gòu)造和區(qū)域動(dòng)力學(xué)背景等資料，對(duì)區(qū)域地層分布特征進(jìn)行分析和對(duì)比，并結(jié)合前人的認(rèn)識(shí)，將吉林東部地區(qū)劃化為3個(gè)小區(qū)：吉中、吉南、延邊小區(qū)，分別以敦密斷裂和赤峰—開源斷裂為界(圖1)，區(qū)內(nèi)的盆地由于所處的大地構(gòu)造位置不同，形成和演化的時(shí)期不同，因而具有不同的沉積特征。

全區(qū)范圍內(nèi)三疊系地層分布較少，吉南地區(qū)和延邊地區(qū)只發(fā)育上三疊統(tǒng)，下侏羅統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)幾乎被剝蝕殆盡，中侏羅統(tǒng)僅在部分盆地有分布；下白堊統(tǒng)地層在全區(qū)內(nèi)均有分布，上白堊統(tǒng)在延邊小區(qū)廣泛分布，在其他小區(qū)剝蝕嚴(yán)重；古近系在區(qū)內(nèi)普遍缺失，新近系在吉南地區(qū)和延邊地區(qū)廣泛分布，吉中地區(qū)僅在永吉盆地有出露(圖2)。

圖2 吉林東部盆地中新生代地層對(duì)比圖[2]

整個(gè)吉林東部地區(qū)在佳—伊斷裂附近盆地下白堊統(tǒng)地層發(fā)育較全，登婁庫組沉積時(shí)期的地層普遍缺失[3]，說明在登婁庫組沉積前發(fā)生過普遍的伸展或裂陷作用[4]。佳—伊斷裂在古近紀(jì)發(fā)生右旋走滑斷陷作用，形成了伊通地塹，而其附近的永吉、雙陽、上河灣、遼源盆地與其類似，沉積了古近系地層，其他盆地未有古近系沉積[5]。

敦—密斷裂附近盆地三疊系普遍缺失，侏羅系僅有中統(tǒng)侯家屯組(帽兒山組)、且廣泛分布，下白堊統(tǒng)廣泛沉積，近三棵榆樹(登婁庫組)普遍有缺失，可見其地層沉積過程與佳—伊斷裂類似，早白堊世均經(jīng)歷了伸展—短暫擠壓—伸展的過程，不同的是中侏羅世敦—密斷裂的活動(dòng)產(chǎn)生普遍構(gòu)造沉降。

鴨綠江斷裂附近盆地中、新生界地層分布較為特殊，上三疊統(tǒng)長白組和小河口組普遍沉積，侏羅系普遍缺失，下白堊統(tǒng)僅有集安盆地地層序列較全、其他盆地均為斷續(xù)沉積。這與鴨綠江斷裂的演化密切相關(guān)，鴨綠江斷裂的活動(dòng)比佳—伊和敦—密斷裂早，經(jīng)歷壓性作用的時(shí)間較多，使中、新生界地層缺失較多。

通過對(duì)地層的發(fā)育特征和對(duì)地層發(fā)育與斷裂的關(guān)系的分析，可見吉林東部鴨綠江斷裂帶、佳—伊斷裂帶與敦—密斷裂帶控制著斷裂帶內(nèi)及兩側(cè)的中生代沉積建造與巖漿巖分布，并對(duì)區(qū)內(nèi)中新生代盆地的形成和演化具有明顯的控制作用。

2 斷裂系統(tǒng)對(duì)盆地形成和構(gòu)造演化的控制作用

2.1 鴨綠江斷裂帶改造型盆地的形成

鴨綠江斷裂可能發(fā)生于海西—印支期構(gòu)造旋回時(shí)期，斷裂北段控制海西晚期和印支早期的基性-超基性巖巖體群。鴨綠江斷裂自侏羅紀(jì)至第四紀(jì)主要經(jīng)歷壓扭—張性—壓性三個(gè)階段，侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)受北西—南東向的拉張作用，白堊紀(jì)末復(fù)又壓剪性質(zhì)。因此鴨綠江斷裂為一個(gè)多旋回多期運(yùn)動(dòng)斷裂，對(duì)松江、撫松、集安、長白盆地的形成和改造有重要影響。

鴨綠江斷裂在晚侏羅世—早白堊世經(jīng)歷擠壓造山—走滑拉分—初始張裂的過程，由于太平洋伊澤奈崎板塊高速、低角度斜向俯沖，該時(shí)期仍以擠壓造山作用和左行剪切為主，形成中生代的斷陷盆地，在擠壓造山作用的間歇或松弛階段，處于相對(duì)拉張構(gòu)造環(huán)境下，中侏羅世晚期開始了北東向的裂陷作用，并被東西向構(gòu)造切割[6]。燕山運(yùn)動(dòng)第二幕造成歐亞板塊東緣處于擠壓應(yīng)力場狀態(tài)之下，沿鴨綠江斷裂形成的登婁庫組之前的原型盆地隆升剝蝕并受到沿鴨綠江斷裂的一系列逆沖作用而分割成改造型盆地。

結(jié)合吉林油田對(duì)CEMP5剖面的地質(zhì)解釋，認(rèn)為撫松盆地及周邊大部分地區(qū)為新生界玄武巖和侏羅—白堊系地層，其下推測有古生界海相地層分布，厚度變化較大，0.5～3 km不等，元古代下部為變質(zhì)巖，上部為海相碳酸鹽巖地層。CEMP5測線中可見中生界和古生界地層連續(xù)分布，為后期斷層切割，推測為鴨綠江斷裂在后期活動(dòng)中形成次生斷裂作用的結(jié)果；斷裂切割盆地基地的太古界、元古界地層，地表出露太古界變質(zhì)巖和燕山期花崗巖侵入體，推測為受次生斷裂逆沖推覆作用抬升至地表，并接受后期侵蝕的結(jié)果。因此，該地區(qū)具明顯的原型盆地遭受后期斷裂系統(tǒng)改造的痕跡(圖3)。

圖3 撫松盆地橫切鴨綠江斷裂帶CEMP5二維地震測線及地質(zhì)解釋剖面圖(位置見圖1)(據(jù)吉林油田修改)

現(xiàn)今的集安盆地受鴨綠江斷裂及次級(jí)斷裂的逆沖作用而分割成四個(gè)小的盆地，疊瓦逆沖構(gòu)造非常發(fā)育；松江盆地西部發(fā)育北東向逆沖斷層，為該盆地的控盆斷裂；長白盆地推測為在三疊紀(jì)之后，鴨綠江斷裂北西向地層推覆到長白盆地之上，形成地形隆起。沿鴨綠江斷裂分布的盆地在燕山運(yùn)動(dòng)第二幕普遍抬升至地表遭受剝蝕。

古近紀(jì)開始，太平洋板塊向東亞大陸邊緣低速正向俯沖導(dǎo)致鴨綠江斷裂復(fù)又拉張，但拉張程度差，地表形跡不明顯，控盆作用微弱，此時(shí)期僅在其北段發(fā)育有琿春盆地琿春組含煤層系，琿春盆地呈橢圓形，受東南緣北東向斷層控制，盆地南部地層沉積較厚，最近研究證明，其本質(zhì)為一個(gè)坳陷型盆地，形成機(jī)制與鴨綠江斷裂帶晚期活動(dòng)關(guān)系較小。由此也反映出此期鴨綠江斷裂的活動(dòng)對(duì)其附近盆地改造作用較小。

新近紀(jì)到更新紀(jì)期間，此區(qū)以侵蝕作用為主，使某些地區(qū)變丘陵和高原。中新世曾有中性巖漿沿裂隙侵入。玄武巖被剝蝕，老松花江開始形成。喜山運(yùn)動(dòng)第二幕，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)仍較強(qiáng)烈，形成了斷裂，與斷裂相伴發(fā)生了大規(guī)模的玄武巖噴發(fā)[7]。

2.2 佳—伊斷裂帶與敦—密斷裂帶改造型盆地的形成

燕山運(yùn)動(dòng)第一幕以后，佳伊斷裂和敦密斷裂左旋走滑、張扭，地殼活動(dòng)以斷陷為主，形成一系列小型山間盆地，總體展布北東向(如輝樺、柳河、通化、蛟河)，但個(gè)體盆地的方向則北西向(如謂津，遼源)、近南北向(如雙陽)，以含煤火山碎屑建造為主。LH01測線可見柳河盆地和通化盆地的兩個(gè)凹陷中生界原為連續(xù)分布，后期被逆沖推覆構(gòu)造所分隔，形成兩個(gè)盆地(圖4)。

圖4 柳河—通化盆地橫切敦密斷裂帶LH01電法測線地質(zhì)解釋剖面(位置見圖1)(據(jù)吉林油田)

早白堊世末期，佳伊斷裂和敦密斷裂逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚龎号?，地殼運(yùn)動(dòng)形成大的區(qū)域性隆起，燕山運(yùn)動(dòng)第二幕再次造成吉林東部整體抬升，斷裂活動(dòng)，原型盆地完全遭受破壞，部分盆地小型斷陷發(fā)育，沉積少量干旱條件下發(fā)育的砂礫巖。從此各盆地進(jìn)入獨(dú)立發(fā)展階段。

古近紀(jì)開始，太平洋板塊向東亞大陸邊緣低速正向俯沖，佳伊、敦密斷裂開始右旋走滑拉張形成地塹盆地[8]，位居吉東山區(qū)中部的敦密斷裂帶其地表形跡清晰可見，帶內(nèi)從南到北一次控制了梅河口、樺甸、敦化、額穆等盆地的演化過程。吉林東部山區(qū)最西側(cè)的佳伊斷裂控制的伊通盆地，最寬達(dá)20 km，總長約300 km，基底最大埋深約5 900 m，為新生代盆地之首。伊通盆地附近的上河灣盆地、永吉盆地、平崗盆地在此時(shí)期也沉積了巨厚的古近系沉積。

新近紀(jì)之后，玄武巖噴溢作用較強(qiáng)，其強(qiáng)度由西到東增加，佳伊斷裂帶多為中心式噴發(fā)和廣泛的溢流，將部分中生代盆地掩蓋其下，全區(qū)大面積的玄武巖蓋主要分布在敦密斷裂以東，巖蓋厚度10～150 m。

3 在巖石圈斷裂作用下盆地群的形成與演化

通過晚白堊世以來的構(gòu)造演化可以看出，吉林東部中新生代盆地是在原型盆地的基礎(chǔ)上經(jīng)過伸展或擠壓作用、在斷裂系統(tǒng)的控制作用下陸續(xù)形成的，某些盆地是在相同構(gòu)造活動(dòng)基礎(chǔ)上形成的，具有相似的沉積和構(gòu)造特征。吉林東部盆地群的成盆與構(gòu)造演化過程經(jīng)歷了盆地基底改造階段、佳伊和敦密控盆斷裂形成階段、白堊系斷陷盆地形成階段、晚白堊世抬升剝蝕階段、走滑裂陷及新生代盆地形成階段和玄武巖噴發(fā)及抬升剝蝕階段6個(gè)演化階段(圖5)。

圖5 吉林東部巖石圈斷裂對(duì)盆地形成和改造的控制作用及盆地群的演化階段

3.1 盆地基底改造階段

印支期是不列因—佳木斯地塊、華北古板塊、揚(yáng)子—華南古板塊三者相繼碰撞、拼合構(gòu)成古東亞大陸主體的時(shí)期，這種拼合運(yùn)動(dòng)造成三疊紀(jì)的沉積間斷。燕山運(yùn)動(dòng)早、中期是我國東部南北碰撞機(jī)制向太平洋構(gòu)造域運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)換過渡的時(shí)期，南北部的陸相沉積開始早晚有差別，南部陸相沉積自早三疊世開始，而北部三疊紀(jì)為海陸交互沉積，侏羅紀(jì)開始才過渡為陸相沉積。鴨綠江斷裂在三疊紀(jì)之前就已經(jīng)形成，控制海西晚期和印支早期的基性-超基性巖巖體群。

3.2 佳伊、敦密控盆斷裂形成階段(J22—J3)

中晚侏羅世，受太平洋伊澤奈崎板塊向NNW向加速俯沖的影響，形成近東西—北東東向的佳伊、敦密控盆斷裂帶，在吉林南部開始發(fā)育柳河、撫松等盆地，盆地的形成與分布方向依然后前期造山帶構(gòu)造及其深斷裂的控制，主體方向?yàn)榻鼥|西或近北東東向，侏羅紀(jì)盆地主要為斷陷盆地，屬伸展盆地性質(zhì)，區(qū)域伸展方向?yàn)楸北蔽鳌夏蠔|[9]。

3.3 白堊系斷陷盆地形成階段(J3末—K1)

晚侏羅世—早白堊世由于太平洋庫拉板塊以北北西向運(yùn)動(dòng)并向古亞洲大陸下俯沖消減，導(dǎo)致了異常地幔侵殼和區(qū)域反扭作用的加強(qiáng)，在薄殼作用強(qiáng)烈地帶形成了地塹系，在厚殼作用強(qiáng)烈地帶形成了一系列沖斷后效型斷陷盆地[10]。受依舒和敦密兩條大型走滑斷裂帶的反扭作用影響，出現(xiàn)了一系列剪切擴(kuò)張型斷陷盆地[11]，研究區(qū)的大部分盆地在此階段形成。

3.4 抬升剝蝕階段(K2)

早白堊世末期，太平洋板塊近直角俯沖于東亞大陸邊緣之下，佳伊斷裂和敦密斷裂逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚龎号ぃ貧み\(yùn)動(dòng)形成大的區(qū)域性隆起與坳陷，晚白堊紀(jì)吉林東部整體上為抬升剝蝕狀態(tài)，僅在西拉木倫河縫合帶以北、敦密斷裂以東的延吉地區(qū)，受敦密斷裂走滑作用的影響，向南西方向大力擠壓，以及巖石圈熱收縮的影響而形成坳陷，較大的下白堊統(tǒng)湖湘沉積形成于此，如延吉盆地、松江盆地、羅子溝盆地等。燕山運(yùn)動(dòng)第二幕再次造成吉林東部整體抬升，斷裂活動(dòng)，原型盆地完全遭受破壞，部分盆地小型斷陷發(fā)育，沉積少量干旱條件下發(fā)育的砂礫巖。從此各盆地進(jìn)入獨(dú)立發(fā)展階段。

3.5 走滑裂陷及新生代盆地形成階段(E)

新生代開始太平洋板塊向東亞大陸邊緣低速正向俯沖，吉林東部地區(qū)轉(zhuǎn)化為非造山環(huán)境下的拉張環(huán)境，進(jìn)入新生代陸內(nèi)裂陷期，受同生坳陷及北東向斷裂的復(fù)合作用，形成北東向狹長斷陷。佳伊斷裂和敦密斷裂在古近紀(jì)發(fā)生右旋走滑斷陷作用，形成了伊通地塹，而其附近的永吉、雙陽、上河灣、遼源盆地與其類似，沉積了古近系地層。

3.6 玄武巖噴發(fā)及抬升剝蝕階段(N—Q)

新近紀(jì)喜山運(yùn)動(dòng)大量玄武巖噴發(fā)，覆蓋了部分地層，更新紀(jì)以來，此區(qū)以侵蝕作用為主，使某些地區(qū)變?yōu)榍鹆旰透咴?，區(qū)內(nèi)盆地群再次遭受改造，造就了各盆地現(xiàn)今的地貌特征。(圖5)

4 結(jié)論

(1)吉林東部具明顯的原型盆地遭受后期斷裂系統(tǒng)改造作用的痕跡，鴨綠江斷裂帶、佳—伊斷裂帶與敦—密斷裂帶控制著斷裂帶內(nèi)及兩側(cè)的中生代沉積建造與巖漿巖分布，并對(duì)區(qū)內(nèi)中新生代盆地群的形成和演化具有明顯的控制作用。

(2)吉林東部盆地群的成盆與構(gòu)造演化過程經(jīng)歷了盆地基底改造階段(T—J21)、佳伊和敦密控盆斷裂形成階段(J22—J3)、白堊系斷陷盆地形成階段(J3末—K1)、抬升剝蝕階段(K2)、走滑裂陷及新生代盆地形成階段(E)和玄武巖噴發(fā)及抬升剝蝕階段(N—Q)6個(gè)演化階段。