晚侏罗世以来的地质演化
晚白垩世，约85Ma前，由于太平洋板块库拉海脊的强烈扩张，进一步加剧了断层复活和裂谷形成。随着板块作用弧后扩张的不断发展，上述盆地和断层逐渐发展为地堑和裂谷。目前东北地区公认的裂谷有松辽-结雅地堑、伊通-依兰裂谷、敦化-密山裂谷和三江-阿穆尔地堑。这些方向相同的平行裂谷，包括相邻的断陷盆地，统称为东北大陆裂谷系(图1-4和图1-5)。
图1-4东北地区裂谷系和莫霍面厚度图
(1)裂谷系统概述
东北大陆裂谷系是一个整体，其形成和演化如下。
1.松辽-结雅地堑
位于大兴安岭东部和辽西山区，小兴安岭西部、东部山区和辽东山区，长约1400km，东西宽20 ~ 350 km。以松嫩盆地为主体，向北通过孙吴地堑与俄罗斯的洁雅盆地相连，向南通过松辽流域与下辽河盆地相连。南端与华北裂谷系中的渤海湾-中原裂谷相连。晚侏罗世至早白垩世发生强烈坳陷，接受厚度6 ~ 7 km的河流和湖泊沉积。晚白垩世末至古新世发生了大量火山喷发(60 ~ 86 ma前),表明地堑已经开裂。这一地质事件发生在太平洋板块库拉海脊强烈扩张的同时(80 ~ 85 Ma前)。49 ~ 27ma前，双辽和下辽河有强烈的火山喷发，表明地堑活动加剧，裂谷发展到高潮。新近纪以来，火山活动基本平息，表明裂谷开始收缩闭合。第四纪早中期，松嫩平原以孙吴-安达深大断裂为界，东部强烈收缩隆升，西部断陷接受厚度约200米的第四纪沉积物。
图1-5东北大陆裂谷系演化过程图
(刘嘉琦，1985)
2.伊通-依兰裂谷
位于松辽-结雅地堑东部，白垩纪开始活动，但仍与松辽-结雅地堑相连。至中新世早期，独立成谷，14 ~ 13ma前，火山喷发达到高峰，含超镁铁质包体的碱性玄武质岩浆自南向北溢出裂谷。证明裂谷活动极其强烈，裂谷最深。此后11 ~ 7 Ma前，喷发玄武岩一般不含深部包裹体，表明裂谷活动趋于减弱。之后没有火山爆发，裂谷关闭。
3.敦化-密山裂谷
位于伊通-依兰裂谷东侧，约45Ma前开始移动。裂谷存在的直接证据是这一时期有一次小规模的玄武岩喷发。一直到16 ~ 14ma和11 ~ 7ma前，有两次裂谷活动高峰，但后者含有更多的深部包裹体，表明裂谷活动时间往回走了。第四纪仍有强烈的火山喷发，证明裂谷仍有活动。
4.三江-阿穆尔地堑
它由俄罗斯的三江平原和阿穆尔平原组成。它呈北东向延伸，西部为向北延伸的伊通-依兰裂谷，东部为敦化-密山裂谷。裂谷存在的证据如下:
(1)三江盆地和阿穆尔盆地形成一条向东北延伸的巨型坳陷带。总面积为89，000平方公里。也是地幔隆起带(莫霍面深度32 ~ 32~33km)。两侧隆起带莫霍面深度为35 ~ 37 km。
(2)盆地两侧受岩石圈断裂控制，是张性引起的正断层。
(3)有强烈的火山活动和地震。
(4)盆地内有厚层的陆相河流和湖泊沉积。
(5)具有较高的重磁异常。
由于三江-阿穆尔地堑是中国东北裂谷系的一员，它的形成和发展必然受到裂谷系的制约。
晚侏罗世末开始活动，接受了近2000 ~ 2500 m的侏罗纪-白垩纪沉积物。由于后期日本海的强烈扩张(后述)，裂谷的发展受到限制，直到日本盆地开始萎缩，三江-阿穆尔地堑复活，约13 ~ 10 Ma前，大量玄武岩溢出。三江平原绥滨凹陷和前进凹陷均有该期玄武岩钻遇。一般被新近系富锦组覆盖，以碱性玄武岩为主，含有大量深部包裹体。说明裂谷发展在此期间达到高潮，之后活动性减弱。第四纪时，玄武岩浆仍有溢出，证明裂谷仍有间歇性活动。
需要指出的是，该区东南部的兴凯湖盆地(虎林盆地)火山活动十分强烈，主要在第四纪。如果和南边的长白山联系起来看，会形成一条平行于敦化-密山裂谷的东北火山带。长白山火山喷发很强烈，最早开始于渐新世(28.4Ma前)，中新世喷发规模相对较小。上新世-早更新世(4.2-2.0 Ma前)火山活动达到高峰，中晚更新世和全新世至1702年仍有强烈喷发。这样，如果分布在长白山、东宁、兴凯湖的晚新生代火山岩与一些断陷盆地相关联，就可能存在发育中的裂谷。
(2)裂谷系统的形成机制和演化
综上所述，晚侏罗世以来由于太平洋板块的俯冲而在东亚发育的裂谷系(东北大陆裂谷系和华北大陆裂谷系)经历了拉张、坳陷和挤压；伸展、断裂和收缩的交替演化过程。随着岛弧扩张的不断发展，岛弧逐渐远离大陆，使太平洋板块俯冲带向东南方向移动，导致大陆板块俯冲作用减弱。岛弧实际上起到了屏蔽大陆的作用，而裂谷本身已经出露，裂谷之间的相互作用明显加强，控制了该地区晚新生代以来的地质演化。
1.松辽裂谷的形成机制和演化。
东亚裂谷系的延伸方向与大陆边缘平行，换言之，与板块俯冲带的走向一致。这不是一个耦合的地质现象。表明地幔上涌的动力来源(图1-6)。当太平洋板块的贝尼奥夫带俯冲到上地幔时，一方面对上地幔施加了强大的压力，同时由于温度的上升，俯冲带的前端被熔融，熔融的岩浆低于地幔，不可避免地向上移动，驱动地幔拱起。随着板块的不断俯冲，地幔上涌处容易释放强烈的压应力，加剧地幔上涌。这样就把上地幔的高热能和隆升压力引入了地壳。因为地壳是结晶的刚性岩石，受到来自深部的垂直挤压后，产生水平拉应力，使地壳破裂或使旧断层复活。张力继续发展，凹陷盆地逐渐形成。松辽—揭阳平原就是在这种背景下形成于晚侏罗世—早白垩世的伸展盆地。由于莫霍面的起伏和上地幔物质的不均匀性，松辽-结雅地堑由三个相对独立的盆地(自北向南依次为结雅盆地、松嫩盆地和下辽河盆地)组成。随着俯冲带前端的不断熔融，岩石圈深部的热运动不断进行，低密度、高热能的地幔物质不断流向莫霍面的隆起，最终导致地幔破裂。这一时期大约相当于晚白垩世至古新世，即85 ~ 70 Ma前。
图1-6三江平原构造示意图
在上地幔破裂之前，地壳一直处于膨胀、压缩和高热流状态。它的水平运动是由深拱挤压造成的。这是裂谷形成的早期阶段，可称为拉张、坳陷和挤压阶段(图1-7a)。
地幔破裂发生后，上地幔大量物质急剧上涌，造成底部裂解和侧向扩张，使以前的整体挤压转化为整体拉伸。这一时期的总体特征是:基性玄武质岩浆沿上地幔断裂带溢流，盆地裂谷作用加剧，形成裂谷。由于上地幔有大量岩浆，不断消耗内部能量，压力和温度降低，地幔物质溢出减少，导致上地幔收缩，所以裂谷闭合。就像松辽-结雅地堑在45Ma左右，裂谷达到顶峰后收缩。这一时期是裂谷发展的成熟阶段，可称为伸展、裂陷和收缩阶段(图1-7b)。
2.其他断裂的形成和演化
这里提到的其他裂谷包括伊通-依兰裂谷、敦化-密山裂谷和三江-阿穆尔地堑。它们的形成机制和演化过程并不完全受板块俯冲的控制，而主要受西部裂谷(西部的松辽-结雅地堑和东部的日本盆地)的拉张和收缩控制。因此，有必要简要描述一下日本海盆的形成过程。
图1-7盆地形成模型图
关于日本盆地的成因众说纷纭，但共识是分裂成因论。即在弧后扩张作用下，由大陆边缘解体形成。其裂解时间约在45Ma前，裂解高峰约在25Ma前，约在10Ma开始收缩，并趋于稳定。第四纪进一步收缩，引起两岸火山喷发。无疑，日本盆地的收缩必然会给双方带来强烈的紧张。
以松辽-结雅地堑为主体的中国东北大陆裂谷系正逐渐向大陆边缘扩展。裂谷的形成和演化时间依次倒退。松辽-结雅地堑约在85Ma前开裂，40-45 ma达到高峰，25Ma开始萎缩。伊通-依兰裂谷在晚白垩世活动，在14 ~ 13 Ma前达到高峰，之后转为收缩。敦化-密山裂谷在45Ma前开始活动，在11 ~ 7 ma前达到高峰。它在第四纪时仍然活跃。可以看出，松辽-结雅地堑开裂时伊通-依兰裂谷开始活动，松辽-结雅裂谷达到顶峰时依兰-伊通裂谷开始开裂。这时，敦化-密山裂谷开始移动。当伊通-依兰裂谷达到开裂高峰时，敦化-密山裂谷开始开裂。伊通-依兰裂谷活动减弱，敦化-密山裂谷裂解达到高峰。然而，三江-阿姆山地堑是个例外。它几乎与松辽-结雅地堑同时开始运动，但它的张开时间较晚，大约与敦化-密山裂谷同时。这是因为三江-阿穆尔地堑受到了日本盆地(45-25ma前)的强烈裂解和扩张挤压。日本盆地的强烈收缩(约100 Ma前)导致三江-阿穆尔地堑开裂。
上述事实表明，松辽-结雅地堑和日本盆地是东北大陆裂谷系中的主要裂谷，其形成机制和演化过程与板块俯冲密切相关。它们之间的裂谷(伊通-依兰)(敦化-密山和三江-阿穆尔地堑)的形成机制和演化不完全受板块运动控制，更重要的是受两侧裂谷作用控制。