內蒙古東部漠河盆地構造特征及演化

1地質構造特征及地質意義莫河盆地位于黑龍江省西北部，行政單位為莫河市和塔河市。坐標為北緯12130126，北緯5254。盆地以西為蒙古，東至黑龍江省。大地構造上歸屬蒙古—鄂霍茨克褶皺帶中的額爾古納微板塊(圖1)。該微板塊是中國東北拼貼板塊的一部分(謝鳴謙,2000),其北、西與西伯利亞板塊相鄰,東與布烈雅微板塊相接,南與大興安嶺北端相接,處于西伯利亞板塊和中國東北拼貼板塊碰撞縫合的部位。在現今大地構造上,特別是在東北亞大地構造演化上占有重要的地位。本文研究范圍僅限于中國境內部分的漠河盆地(圖1)。對研究區地層層序、構造特征的研究,始于20世紀80年代,前人依據露頭資料,從野外地質普查角度做了有意義的研究(黑龍江省地質礦產局,1988);20世紀90年代以來,運用煤田地質基本原理對沉積地層、構造特征進行了進一步的分析(毛建民等,1996);近年來,結合東北亞大地構造演化史又對其構造演化進行初步研究(謝鳴謙,2000;任建業等,2000)。綜合上述及已有研究成果(魯金偉等,1992;曹熹等,1994;毛建民等,1996;王駿等,1997;李錦鐵等,1999;謝鳴謙,2000;任建業等,2000),中國東北及鄰區大地構造演化歷史可概括為三個階段:(1)寒武紀至二疊紀眾多微板塊分離到聚合的過程;(2)早、中三疊世中國東北拼貼板塊與西伯利亞板塊拼貼的過程;(3)晚三疊世至晚白堊世中國東北拼貼板塊與西伯利亞板塊之間的蒙古—鄂霍茨克洋張開到閉合的過程。上述成果對研究本區地層層序、構造特征及成盆演化有著重要作用,但就其研究的系統性、全面性尚嫌不足。本文以野外地層露頭、二維地震測線、重磁資料、少量地質探井和煤田鉆井為基礎,對研究區的地層層序、構造特征、構造單元和盆地演化過程等進行了較為系統研究,這對該區中生界油氣勘探有著重要的理論和現實意義。2中下奧爾河盆地漠河盆地基底為三疊紀結晶變質巖和前寒武紀花崗巖(毛建民等,1996)。蓋層為中、晚侏羅世陸相湖泊沉積巖及晚侏羅世和白堊紀火山巖,上覆新生界礫石及砂礫互層沉積巖(圖2)。侏羅系自下而上劃分為繡峰組、二十二站組、額木爾河組、開庫康組和塔木蘭溝組,其層序、巖性和接觸關系見表1。各組主要沉積特征為:繡峰組下部為巖屑填隙崩裂巖、殘積巖塊巖和風化殼型粘土巖;中部主要由一套成熟度很低的巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖組成,發育槽狀層理,夾薄層粉、細砂巖和煤線;上部由一二十二站組以長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖夾粉、細砂巖、粉砂質泥巖和煤線沉積為特征。額木爾河組主要由灰黑、黑色中粗粒、中細粒巖屑長石砂巖及長石巖屑砂巖、粉細砂巖、泥巖夾雜色礫巖及煤層組成。開庫康組以灰、灰白、灰黃色礫巖、砂礫巖和細砂巖沉積為主。塔木蘭溝組位于侏羅系頂部,與下伏開庫康組呈平行不整合接觸,與上覆下白堊統上庫力組成角度不整合接觸。巖性由黑紫、紫紅、紫褐、紫灰、深灰色玄武巖、杏仁狀玄武巖類組成,底部沉積細礫巖和玄武質含礫晶屑巖屑凝灰巖。漠河盆地的白堊系由火山巖夾晶屑凝灰質砂巖組成,自下而上分為下白堊統上庫力組和上白堊統伊列克得組,兩者之間為平行不整合接觸(表1);與下伏侏羅系成角度不整合接觸;與上覆新生界呈整合接觸。新生界由黃褐色巨礫巖層、礫石層夾粘土層和細砂巖組成。綜上所述,漠河盆地蓋層的下部是侏羅系陸相煤系地層,上部是白堊系火山巖地層,巖性上具有典型的二元結構特點。3區域地質構造及構造單元漠河盆地發育逆掩斷層、走滑斷層和張性正斷層,走向有北東向、北西向、北東東向、南北向和東西向5組。南北向和東西向斷裂數量少,但規模大,一般深切基底,控制盆地的構造格局及火山巖分布(圖2)。如F16斷裂不僅控制盆地南部邊界還控制該地區的火山巖分布;F13、F14和F15斷裂控制盆地中部的構造格局并控制塔木蘭溝組、上庫力組和伊列克得組火山巖分布;F17和F20斷裂控制盆地東部二十二站一帶的二級構造單元,使該區僅沉積了繡峰組地層,形成一個走向近東西的基底隆起帶。北東向斷裂主要分布在盆地東部和西部,其中F12,F19,F21為三條深切基底的大型左旋走滑斷裂,F21斷裂控制盆地東部邊界,F12和F19斷裂分別控制盆地西部上庫力組和東部伊列克得組火山巖分布,其余為小型蓋層斷裂。北西向斷裂不發育,只在盆地中部和東部零星分布。北東東向斷裂主要是逆掩斷層,分布在盆地西部老溝、北極村、北紅、烏蘇里、二十七站、二十五站、漠河、門都里一帶,形成一個逆沖推覆構造帶,帶內發育9條逆掩斷層,其中F9最長,其南起漠河鎮北達黑龍江,延伸長度近100km,各相鄰逆掩斷層相互合并分叉使斷裂帶復雜化,分析帶內各逆掩斷層的發育特征、巖石的變質變形程度,得知該逆沖推覆構造帶具有明顯的分帶性,即由北西向南東沿著北極村—老溝—漠河一線可分為根部帶—中部帶—前鋒帶,形成一個完整的逆沖推覆構造帶。4長各站、海表深斷裂分布漠河盆地火山巖主要分布在中部和東南部(圖2),約占盆地總面積的1/3。根據火山巖平面分布特征可劃分5個火山巖帶。即:二十八站—二十七站火山巖帶、二十五站—馬倫火山巖帶、長纓—二十五站火山巖帶、圖強—盤古—蒙克山火山巖帶和二十一站—蒙克山火山巖帶。其中二十八站—二十七站火山巖帶、長纓—二十五站火山巖帶和二十一站—蒙克山火山巖帶呈北東向平行分布,其余兩個火山巖帶呈東西向平行分布。長纓—二十五站火山巖帶的南端和北端分別與圖強—盤古—蒙克山火山巖帶及二十五站—馬倫火山巖帶相交于長纓和二十五站,二十一站—蒙克山火山巖帶與圖強—盤古—蒙克山火山巖帶相交于蒙克山,在這三個交匯點處是火山的活動中心,火山作用最強烈,遠離交匯點火山活動減弱,火山巖的出露明顯減少。火山巖帶的分布受控于各大斷裂,并與相關大斷裂的走向基本一致,長纓—二十五站火山巖帶受F13,F14和F15斷裂控制,二十八站—二十七站火山巖帶受F12斷裂的北延部分控制,二十一站—蒙克山火山巖帶受F19斷裂控制,圖強—盤古—蒙克山火山巖帶受F16和F18斷裂控制,二十五站—馬倫火山巖帶受F22斷裂控制。根據火山活動方式、巖石組合及火山噴發期次劃分出3個旋回(邵濟安等,1999):(1)晚侏羅世晚期的塔木蘭溝旋回,主要為玄武巖、安山玄武巖類,作用方式以裂隙式溢出為主;(2)早白堊世的上庫力旋回,主要為流紋巖、英安巖及火山碎屑,作用方式以中心爆發式為主;(3)晚白堊世的伊列克得旋回,主要為橄欖玄武巖,作用方式以裂隙式溢出為主。3期火山巖均具有雙峰式巖石組合,屬于鈣堿性偏堿性系列(邵濟安等,1999)。因此,漠河盆地晚侏羅世晚期—晚白堊世盆地中部和東南部處于伸展拉張環境。5構造單元劃分根據漠河盆地基底形態特征、斷裂特征、火山巖和沉積巖發育特征,將其劃分出5個一級構造單元。由西向東依次為:洛古河坳陷,額木爾河推覆帶,阿木爾坳陷,二十二站隆起和腰站坳陷(圖3)。5.1羅古河坍塌洛古河坳陷位于盆地西部,部分在蒙古國境內,形態近似圓形,是最小的一個構造單元。5.2推覆帶區域地質背景該帶位于盆地西部,是最大的構造單元。西與洛古河坳陷相接,東與阿木爾坳陷相鄰,東西長近100km,寬約70km。蓋層為侏羅紀的煤系地層,從東南向西北依次出露繡峰組、二十二站組、額木爾河組,時代由老逐漸變新(圖4),基底最大埋藏深度6000m。額木爾河推覆帶的特點是越接近黑龍江巖石變質變形越強烈,特別在北極村一帶,巖石變質變形最為強烈,而由北西向南東沿著北極村—老溝—漠河一線其變質變形程度遞減。因此,根據巖石變質、變形特征劃分出韌性剪切帶、脆-韌性剪切帶和脆性剪切帶,并由此進一步劃分出根部帶、中部帶、前鋒帶和前陸帶。F9斷裂以東為前陸帶;F9與F7或F5斷裂之間為前鋒帶;F7或F5與F2斷裂之間為中部帶;F2斷裂到北極村為根部帶。總體推覆方向為北西向南東,根據平衡剖面研究結果地層縮短量在64km以上,推覆時間發生在晚侏羅世早期,因該帶整體缺少額木爾河組后期的火山巖地層。帶內發育9條逆掩斷層,走向為北東東,F9斷裂在中部呈現向東突出的弧形,其南起漠河鎮北達黑龍江,延伸長度近100km,是最長的一條逆掩斷層。各斷層的滑脫面均沿著泥巖層或煤層發育,傾角一般不超過30°,且向地層深處有變小的趨勢(圖4)。5.3構造單元及構造意義該坳陷位于盆地的中部(圖3),總體走向為北東向,主要以晚侏羅世塔木蘭溝組與下伏地層的不整合接觸線為邊界,四周被盆地邊界和斷裂所控制,區內地層發育較完整,包括侏羅系和白堊系。根據蓋層分布和基底形態分為兩個二級構造單元,即:圖強凹陷和長纓斷陷。圖強凹陷沉積了白堊系和下伏侏羅系,基底埋深一般不超過3000m;長纓斷陷大部分沉積了侏羅系,只在北部二十五站至馬倫一線發育白堊系,基底埋深達8000m。阿木爾坳陷普遍發育了晚侏羅世至白堊紀火山巖。表明該坳陷是在晚侏羅世盆地遭受擠壓西部形成逆沖推覆構造之后伸展拉張環境下形成的火山盆地。5.4東南角緣成巖帶該坳陷位于盆地的東部(圖3),基底埋深3000～4000m,總體走向北東。二十一站—蒙克山火山巖帶位于坳陷西南部,在東南部依西肯—二十站—二十一站一帶地層北傾,并由南向北依次沉積了侏羅系繡峰組、二十二站組和額木爾河組,缺少晚侏羅世和白堊紀火山巖沉積(參見圖2)。因此,腰站坳陷可進一步劃分為兩個二級構造單元,即:蒙克山凹陷和依西肯單斜。5.5侏羅系繡峰組—二十二站隆起二十二站隆起位于阿木爾坳陷和腰站坳陷之間,走向北東東,四周以侏羅系繡峰組與上覆地層的不整合接觸線及F20,F17斷裂為界,基底埋深1000～2000m,區內大部分出露繡峰組,只在二十二站以北有小面積侏羅系二十二站組和額木爾河組出露。6中、晚侏羅世盆地形成演變寒武紀末,額爾古納及周邊微板塊從西伯利亞板塊分離出來,其間被浩瀚的古大洋隔開。早二疊世中國東北各微板塊,包括額爾古納微板塊、佳木斯微板塊、松遼微板塊、伊勒呼里微板塊、托托尚微板塊等相互聚合、拼貼,形成一個完整的東北拼貼板塊。三疊紀初該拼貼板塊與西伯利亞板塊拼接形成統一的大陸,三疊紀中、晚期兩大板塊再次分離(圖5a),其間形成蒙古-鄂霍茨克洋,該大洋由西向東呈喇叭口狀敞開,并與太平洋連通(謝鳴謙,2000),在此大地構造背景下,漠河盆地進入了自身的形成演化階段。漠河盆地的演化總體分為原型盆地形成階段、擠壓回返階段、火山斷陷盆地形成階段和抬升萎縮4個階段(圖5)。早、中侏羅世,蒙古—鄂霍茨克洋開始由西向東關閉,洋殼向中國東北拼貼板塊下俯沖,使額爾古納微板塊發生張裂、形成弧后斷陷盆地(圖5b),盆地開始接受沉積。此時,因地勢差異較大,形成山麓沖積—洪積扇體系,沉積了以巨礫、粗礫為主的繡峰組,沿斷裂還有微弱的火山活動和巖漿侵入。晚侏羅世早期,盆地經歷了坳陷和萎縮階段(圖5c),水體由加深、擴大到逐漸變淺、湖面縮小。此時形成了二十二站組和額木爾河組湖相中細粒碎屑巖,及具有湖沼相含重要煤層的細碎屑夾粗碎屑沉積,最大沉積厚度超過6000m。其中在二十二站—盤古一帶接受了繡峰組沉積之后發生局部隆起,而未沉積二十二站組和額木爾河組,說明當時盆地各斷塊間地形差異較大。晚侏羅世中期,蒙古—鄂霍茨克洋逐漸向東封閉,西伯利亞板塊與中國東北拼貼板塊碰撞后進一步擠壓,使盆地褶皺抬升回返,形成蒙古—鄂霍茨克褶皺帶。同時,由于太平洋庫拉板塊向北北西擠壓與西伯利亞板塊向南擠壓共同作用,使該區產生左旋壓扭性應力場(許浚遠,1997),在盆地的西部這一應力場表現為北西—南東向的強烈擠壓,至使巖石強烈變質巖層變形,并形成多條北東東走向相互合并分叉的逆掩斷層(圖5d,圖2)。晚侏羅世晚期至晚白堊紀,漠河盆地進入西太平洋構造域演化階段,由于太平洋板塊向西俯沖加劇(王瑜,1996;任建業等,2000),弧后擴張作用在漠河盆地形成拉張環境,使盆地中部和西部地殼裂陷導致巖漿上涌,先后發生了三期大規模的火山噴發,沿著盆地內大型斷裂發育了5個火山巖帶,形成了上侏羅統塔木蘭溝組中基性火山巖、白堊系上庫力組中酸性火山巖和伊列克得組基性火山巖,并在該區形成火山斷陷盆地(圖5e),斷陷最大深度達8000m。白堊世末至第三紀,地殼整體抬升,盆地干涸,廣泛遭受剝蝕(王錫魁等,1994)。第四紀時期,構造運動大部分改變了中生代的地貌形態,形成了現代的山地輪廓。7斷裂發育模式研究區漠河盆地的蓋層由侏羅系陸相煤系地層和白堊系火山巖地層組成,具有典型的二元結構特點。盆地斷裂類型多,斷層走向復雜,其中北東向、南北向和東西向發育大型深切基底的張性和左旋走滑斷裂,控制著盆地邊界和火山巖分布,北東東向主要發育逆掩斷層