中国东北的构造背景

(1)中国东北中、新生代板块的动力环境

晚古生代至中生代早三叠世,欧亚大陆充分拼接,形成统一的欧亚板块。此后,以南北向挤压为主的板块体系解体,板块作用来自纳丹哈达地体的向西拼接、太平洋板块向西北的俯冲挤压和印度板块向北的碰撞挤压。中国东北进入了新的构造演化阶段和环太平洋构造域发展阶段(图1-1)。

图1-1中国各地主要大地构造单元。

(据王涛1997)

由于欧亚大陆板块相对稳定,其他周边板块如伊佐乃其板块、太平洋-菲律宾海板块和印度-澳大利亚板块的活动特征成为控制中国东部板块主应力方向和变形强度的主导因素。相邻板块的运动和平衡补偿是控制中国东部中、新生代变形和应力场主应力方向变化的主要动力机制(万天峰,1993)。

中国东部中新生代盆地的热系统明显受中国东部地球动力学背景控制,是印度板块和太平洋板块共同作用的结果。从晚三叠世开始,可分为四个演化阶段(乔汉生、方等。, 2003).

第一阶段(晚三叠世-侏罗纪):这一时期,特提斯域的汇聚、扬子地块与中朝地块的碰撞、太平洋板块与扬子地块的斜向碰撞,使整个中国东部处于挤压收缩状态。在此期间,热活动并不发达,整个地壳处于相对寒冷的状态。

第二阶段(晚侏罗世晚期—早白垩世):这一时期,特提斯域内碰撞加强,太平洋板块斜滑碰撞减弱。整个东部形成右旋伸展环境,在已有的褶皱基底上形成一组断陷盆地。这一阶段的主要特征是地壳的脆性伸展和深部的突然热涌。大多数盆地的基底发育火山岩,盆地的形成和演化受构造作用和热作用的双重控制,但构造作用是主要的。

第三阶段(晚白垩世-古近纪):该阶段太平洋板块自东向西俯冲,整个东部形成伸展环境。在伸展背景下,盆地的形成演化经历了脆性变形阶段的裂谷期和塑性变形阶段的坳陷期。地壳深部热活动频繁,从脆性变形阶段的局部热上涌,到塑性变形阶段的软流圈明显上涌。

第四阶段(新近纪-第四纪):主要受太平洋板块自东向西俯冲的影响,整个东部仍处于伸展环境。

在上述中、新生代板块动力学环境下,东北地区发育了两期构造。前中生代属于古亚洲洋形成、发展、消亡和不同阶段造山带形成的构造演化阶段,称为古亚洲构造域;中新生代是一个全新的构造阶段,西太平洋板块与亚洲大陆东部大陆边缘的相互作用成为控制中国东北地区构造演化的主要因素,称之为环太平洋构造域。在这两种构造背景的控制下,形成了两种不同的断裂系统,即古亚洲构造域的断裂系统和环太平洋构造域的断裂系统。

作为洋壳俯冲消减的产物,古亚洲构造域的断裂系统多以构造破碎带的形式出现,并伴有大量出露的蛇绿岩套或混合堆积,一般深入地壳乃至软流圈,成为重要的基底构造边界,且多呈弧形展布。主要断裂有赤峰-开原断裂、德尔贝主干断裂、河根山断裂、西拉木伦断裂、兴化-塔源断裂、逊河铁力断裂和牡丹江断裂。

环太平洋构造域的断裂系统与西太平洋板块向亚洲大陆东部不同方向和角度的俯冲有关,控制了中新生代盆地的构造演化,一般属于中上地壳脆性变形范畴,走向以NE-NNE向为主。主要断裂有嫩江断裂、大兴安岭西段断裂、孙吴-双辽断裂、四平-哈尔滨断裂、依兰-伊通断裂、敦化-密山断裂、大河镇断裂和鸭绿江断裂。

在中新生代环太平洋构造域的影响下,古亚洲构造域的断裂系统有不同程度的复活,这也成为影响盆地发展的直接因素。

(2)中国东北中、新生代盆地的形成与分布。

东北地区主要发育晚侏罗世晚期至早白垩世、晚白垩世和古近纪三个中新生代成盆期。晚侏罗世以来,古太平洋板块的俯冲-碰撞对中国东北地区的构造演化起了重要的控制作用(李娟等,2002;赵海玲等人,1996,1998;尹昌建等,2000)。古太平洋在晚三叠世开始向亚洲东部俯冲,俯冲高峰在晚侏罗世-白垩纪。其产物为钙碱性系列中酸性火山-侵入杂岩带和弧后盆地,发育于晚古生代甚至更早的近东西向陆壳基底上。低角度高速俯冲可以使海洋岩石圈俯冲到大陆以下很远的地方。因此,海洋以低角度向西北方向快速俯冲是东亚大陆边缘东北宽火山带和弧后盆地形成的重要动力学原因。由于大陆边缘总体呈南北走向,而145 ~ 85 Ma洋壳在东北方向的运动属于斜向俯冲,东亚大陆边缘的断层和岩浆带多为东北方向,同时形成了与俯冲带平行的左旋走滑断层。在100 ~ 90 Ma期间,东亚大陆边缘发生了强烈的碰撞造山运动。这一事件的原因是洋壳上的古陆块向东亚大陆边缘拼贴和增生,从而形成了多个变质带、蛇绿岩混杂带和推覆-走滑韧性剪切带(李娟等,2002)。

这次碰撞事件后,中国东北地区发生了晚白垩世-古近纪伸展减薄和裂解活动,其动力学原因与俯冲带的陡倾角、弧后区域的微扩张及其壳幔相互作用有关,属于转换拉应力背景。主要地质标志为弧及弧后地区晚白垩世-古近纪裂谷盆地的形成,并伴有少量碱性岩浆作用(刘等,1994;李娟等,2002)。

根据中、新生代盆地的形成、演化、大地构造位置和沉积特征,东北地区中、新生代盆地可分为以三江、勃利、鸡西、虎林为代表的东部盆地群,以松辽盆地为代表的中部盆地群和以海拉尔盆地、二连盆地(乔汉生、方等)为代表的西部盆地群。, 2003).

纵观三带盆地群,可以看出盆地分带明显,多为追踪基底断裂网络发育,以ne向为主,NW向次之,形成东西分带、南北分块的总体构造格局。其次,盆地在基底断裂的影响下强烈分段,制约了盆地地区地壳的成熟度。第三,同生断陷盆地占绝对多数,中西部带中生代断陷盆地埋藏深,保存完好或完整;东部带中生代断陷盆地埋藏浅,后期改造强烈,现为残留盆地。

根据中国东北中生代沉积盆地的地质特征、区域地层分布和火山发育旋回,将中生代盆地期划分为晚侏罗世-早白垩世裂谷盆地期和晚白垩世裂谷盆地期。断陷盆地期形成北北东向分布的盆山体系,断裂和岩浆活动强烈。盆地在断层的控制下下降沉积。似乎西部断陷带比中部断陷带发育早,或者下部的伸展过程更长。

晚白垩世裂陷盆地时期,盆地发展总体趋势东移。西部带的坳陷层薄,而中部带松辽盆地的许多小断层连成一体,形成一个巨大的坳陷盆地。东部盆地群总体仍处于抬升剥蚀状态,也有新发育的小型断陷盆地,如延吉盆地。无论是断陷还是坳陷,这一阶段构造岩浆活动明显减弱。

盆地自西向东的形成不仅具有随时间东移的时序规律,而且盆地的垂向演化规律也明显不同。西带仅发育早期断陷盆地和一个薄的坳陷层。中带松辽盆地具有断陷和构造反转的三段式演化模式。东带的同江-鸡西断裂西部为断陷盆地,东部为坳陷盆地。盆地形成时序和空间位置的不同演化模式表明了壳幔深部相互作用和区域构造背景的差异。