东北亚地区晚中生代东北亚地区晚侏罗白垩纪构造格架主体特点

东北亚地区晚中生代东北亚地区晚侏罗白垩纪构造格架主体特点

0中国东北晚侏罗—古空间大区域构造分析在应用于大陆架结构研究的大陆架结构理论之后，对大地构造学的新老观念之间进行了冲突。随着新认识的不断形成,更多学者在思考板块运动中的大陆动力学特点和新全球构造观笔者认为:将中国东北地区区域构造特征置于东北亚或全球层面进行大区域构造分析,既是深刻认识中国东北地区晚侏罗—白垩纪区域构造格架主体特点的基础,也是深入辨析新-旧理念的一种方法和途径;这对于分析前述重大基础地质问题,了解现今大陆边缘地质环境与灾害的形成背景及发展趋势,以及认识中国东部中生代成矿地质背景及区域成矿规律等方面都具有特殊意义。1带—日本海沟—日本东北部东北亚地区是全球最复杂的构造区之一(图1)。其大体以Verkhoyansk(威尔霍杨斯克)造山主带—鄂霍茨克海(Okhotsk)西北边缘—Sakhalin(萨哈林)岛(库叶岛)—日本北海道的Hidaka(日高)主带—日本海沟—日本本州中央构造线南侧—琉球海沟一线为界,可分为东西两部分。东侧从北向南依次为古北美板块(包括克雷马—阿玛隆超地体、鄂霍茨克海微板块)、太平洋板块和菲律宾海板块;西侧则是经历了中元古—古生代古亚洲洋构造域演化历史,且由一系列古陆地块与褶皱系交织构成的古欧亚大陆。东北亚地区复杂的大地构造背景,使得对中国东北地区晚侏罗—白垩纪大地构造特征及演化的深入研究,必须以对蒙古—鄂霍茨克褶皱带、威尔霍杨斯克造山带、楚科奇—克雷马陆缘火山弧带、日本北海道日高—萨哈林(库页岛)碰撞带、勘察加(Kamchatka)—千岛群岛火山岛链等毗邻地区主要构造特征的了解为基础,在地质构造特征对比分析中,研究东北亚地区晚中生代以来的地球动力学背景、重大地质事件对中国东北地区地质构造发展的影响。1.1晚三叠—中侏罗—新生代构造发展期卡尼期蒙古—鄂霍茨克褶皱带(Mongolia-Okhotskfoldbelt)G.Badarch等有关蒙古—鄂霍茨克褶皱带起源及演化的争论,主要源于对蒙古北部杭盖—肯特古生代浊积盆地时代及属性的认识。对其起源,学者们曾提出山弧转动模式晚古生代安哥拉植物群化石在中国东北地区广泛分布,表明在石炭—早二叠世,西伯利亚古陆与中蒙古—额尔古纳—佳木斯等微陆块群是连接在一起的。晚二叠世华夏植物群与安哥拉植物群化石的混生现象,在东乌珠穆沁旗北部B.M.Jahn等在阿尔丹—斯塔诺夫地盾的南雅库斯克,早—中侏罗至下白垩世陆相含煤沉积不整合于太古宇结晶基底及元古宇—寒武纪地层之上,其南侧发育向北的晚中生代逆冲构造。距上黑龙江盆地北大约120km的Nyukzha断陷盆地,由砾岩和砂岩(夹泥岩层)组成的白垩纪陆相含煤沉积(厚约600m)不整合于晚太古代黑云片麻岩之上。位于斯塔诺夫花岗-绿岩区和蒙古—鄂霍茨克褶皱带之间的Uda-Verkhnezeya盆地也发育晚侏罗—早白垩世含煤沉积。蒙古—鄂霍茨克褶皱带最东段的Torom沉积盆地叠加于蒙古—鄂霍茨克褶皱带之上,其晚三叠(卡尼期)—新生代沉积序列构成晚三叠—中侏罗世和晚侏罗—新生代2个独立的构造发展阶段。盆地向西南方向的海相沉积物有增厚趋势,覆盖相的晚白垩世火山岩和花岗质侵入岩被盆地中部的断裂切割,这个北东走向的左行滑动断裂随白垩纪剪切位错,在新生代裂陷过程中扮演重要角色上黑龙江盆地的地层学及构造研究成果,揭示了在晚侏罗世发生由北向南的逆冲推覆应当指出的是,外贝加尔地区震源机制和现代GPS测量结果,证明现今应力场和断裂活动方式依然是强大的南北挤压及南侧地块的右旋转动1.2中—晚侏罗世造山带威尔霍杨斯克造山带位于东北亚地区最北端,是古欧亚大陆与古北美大陆之间碰撞形成的中—晚侏罗世造山带。该造山带范围向东包括克雷马—阿玛隆超地体V.S.Oxman1.3家湖岩带F.L.Mishin等鄂霍茨克—楚科奇陆缘火山-深成岩带位于威尔霍杨斯克造山带南部,叠置于古陆边缘的晚侏罗—早白垩世的Uda-Murgal火山弧增生楔上,其面积超过50万km锡霍特—阿林火山深成岩带沿鞑靼海峡西岸分布,北东延伸1500km,宽100km。依据岩浆岩特征分为4个组合:近断裂盆地玄武岩和安山岩(诺曼期);流纹岩和英安岩(土伦期—桑托期);火山锥和火口相过碱性喷出岩(马斯特里赫特期—达宁期);双峰式火山岩(下第三纪)。L.P.Karsakov等根据鄂霍茨克—楚科奇火山深成岩带与锡霍特—阿林火山深成岩带在形成时代、岩浆起源及大地构造背景方面的相似性,可认为它们整体构成晚白垩世—古近纪大陆边缘火山环,反映了鄂霍茨克海微板块在晚白垩世早期向北和向西的俯冲,唯一的区别是锡霍特—阿林火山-深成岩带的新生代岩浆组分向碱性方向转化(出现双峰式火山岩)。1.4日本板块间相互作用的历史范围日本列岛地处汇聚型大陆边缘,其中—新生代以来的地质演化揭示了欧亚大陆、阿穆尔(新生代)、鄂霍茨克海(古北美)、太平洋和菲律宾海5个板块之间相互作用的历史。大体可以本州中部Itoigawa-ShizuokaTectonicLine(ISTL)为界,将日本分为北东与南西2个构造区。在板块构造划分方面,有学者认为日本北海道日高带—俄罗斯萨哈林(库页岛)构造带是古北美板块在亚洲地区的西部边界1.4.1古生代大陆边缘增生期岩块和外带南西日本以MedianTectonicLine(MTL)为界,分内带(北部区)和外带(南部区)。内带出露较多古生代岩块,且以石炭—二叠纪和三叠纪岩块逆掩在侏罗纪增生杂岩之上为特点;外带则主要出露晚中生代以来的大陆边缘增生楔。南西日本的早中生代高压变质带被认为是中国华南与中朝古陆碰撞带的东延部分,自二叠—侏罗纪,经历了华南与中朝古陆之间古洋的演化,形成二叠—侏罗纪大陆边缘增生楔。O.Kinoshita1.4.2事件的构造背景及构造演化期北东日本地区自晚侏罗世以来的构造演化大体被分为5个时段K.Arita等L.Jolivet等纵观日本列岛的主要特点,可以概略划分为4个大的构造演化时段:晚古生代—早中生代(P—J应当指出的是,日本列岛东侧晚白垩—第三纪增生楔的发育情况,揭示了ISTL两侧大洋板块的俯冲作用条件与背景不同:ISTL以西地区,为韧性俯冲增生边界;ISTL以东地区,为刚性俯冲侵蚀边界。2011年3月11日的东日本大地震即发生于刚性俯冲侵蚀边界。1.5库页岛岩石学因素萨哈林岛(库页岛)与欧亚大陆东缘的锡霍特—阿林地区以鞑靼海峡相隔。该岛的地质构造与日本北海道相连,同属晚中生代—早新生代北海道—萨哈林(库页岛)褶皱系。A.E.Zharov南萨哈林岛(库页岛)的Susunai群被认为是日本北海道日高变质带的北延部分,N.Gouchi等1.6区域大地构造环境地质意义M.L.Bazhenov等A.V.Soloviev等D.M.Pechersky等H.S.Gnibidenko等笔者认为,千岛群岛火山岛链的年代学及构造演化历史研究成果,在东北亚区域大地构造分析中具有特殊意义。应当引起特别注意的是,千岛群岛在白垩纪的火山活动时段与鄂霍茨克海微板块和威尔霍杨斯克造山带的碰撞、鄂霍茨克海微板块向古欧亚大陆下的俯冲,及北海道—萨哈林(库页岛)带晚侏罗世—白垩纪构造混杂岩的形成具有同时性,揭示了古欧亚板块与古北美板块之间的古洋盆消失,乃至亚洲东部大陆边缘的大型坳陷盆地的形成,与古欧亚大陆东侧太平洋盆地的持续扩张及太平洋板块向西俯冲的地球动力学背景有关。2晚代体系构造研究中国东北地区的中生代地质构造复杂,盆-岭系统及火成岩发育,且分布广泛。2002—2005年,中国地质调查局沈阳地质调查中心组织了东北地区中生代地质构造特征研究,并分东北地区中生代构造格架、东北地区中生代盆山体系和东北地区中生代火成岩组合及热事件年代格架3个方面开展专题研究,对涉及东北地区中生代地质构造的一些重要问题进行初步研究和总结2.1开鲁—松辽盆地东北地区晚侏罗—早白垩世形成的火山-断陷沉积盆地众多,到晚白垩世,逐步由小型断陷盆地群发展为坳陷盆地。在沉积组合特征方面,早期为火山-沉积,晚期为碎屑含煤(油)沉积。由于大陆边缘断块活动及古构造格架的控制作用,各地区盆-岭的走向及火山-沉积组合特征均有差别,大体以依兰—伊通断裂为界,可分东西2个地层区。依兰—伊通断裂以西地区,盆-岭构造主要为北北东向,且大多为伸展型断陷盆地,以阜新—义县断陷盆地、大杨树断陷盆地和松辽中央断陷盆地最为典型。冀北—辽西—大兴安岭地区的盆地类型相似,以小型断陷盆地群发育为特色。南部地区以陆相火山-火山碎屑沉积组合、类复理石(含油)碎屑沉积组合和陆相类磨拉石(含煤)沉积组合为特点;海拉尔地区以陆相火山-沉积、火山碎屑沉积组合、类复理石(含油)沉积组合和陆相湖泊火山碎屑(含煤)沉积组合为特点。西部地层区在嫩江断裂以东,开鲁和松辽盆地的晚侏罗和早白垩世地层主要以类复理石火山碎屑-沉积组合、陆相半深湖复理石(含油)沉积组合和陆相湖泊-杂色碎屑岩沉积组合为特点。晚白垩世的大型坳陷盆地,则以半深湖泥岩-粉砂岩(夹油页岩)沉积组合和陆相杂色碎屑岩沉积组合为特点。依兰—伊通断裂以东地区,盆-岭构造以北东、北北东、东西和北西的多方向展布为特点,既有断陷盆地,也有坳陷盆地。其沉积组合序列具多样性,具体表现为:吉林南部地区为陆相火山-杂色碎屑岩沉积组合、陆相类复理石(含油)沉积组合和类磨拉石(含煤)沉积组合;辽东地区为陆相火山-碎屑岩组合、类复理石碎屑岩沉积组合、陆相火山-碎屑(含煤)沉积组合;吉林中部地区为陆相火山岩组合、陆相火山-碎屑沉积组合和陆相火山-碎屑(含煤)沉积组合;蛟河—延吉地区为陆相火山-碎屑岩沉积组合、类磨拉石碎屑(含煤)沉积组合;黑龙江东部三江地区为浅海相-海陆交互相陆源碎屑(含煤)沉积组合。这说明大陆边缘地壳活动的伸展作用、走滑断裂和挤压作用同时存在。2.22.2.1岩浆成因类型东北地区侏罗纪火成岩分布较广,张广才岭和大兴安岭地区大面积的花岗岩基大多形成于该时期。侏罗纪早期岩石的轻稀土明显富集或轻重稀土比值较高,与Adakite特征类似;而晚期的岩石富铝,并向轻重稀土比值较低的方向演化。早白垩世火成岩发育广泛、岩石类型众多,依目前的研究程度难以全面刻画出其岩石组合特征,暂分区概述如下:张广才岭早白垩世双峰式侵入岩组合,在吉林省中部地区发育的代表性岩体有白石磊子碱性花岗岩、青阳崴子辉长岩-闪长岩与和平屯花岗岩组合,其化学成分分析显示了双峰式的特点,锆石U-Pb年龄分布在120~130Ma。由于Sr-Nd同位素地球化学及形成时代上的相同性,暂认为它们是同一源区起因的杂岩体,代表伸展背景下的岩浆岩组合。大兴安岭早白垩世双峰式火山岩组合,大致以北纬47°线为界,分南、北2个分区。北部区的塔木兰沟和伊列克得组玄武岩类主要由粗面玄武岩、玄武粗安岩和粗安岩组成,无斑或含橄榄石、单斜辉石和斜长石斑晶,绝大多数橄榄石伊丁石化、绿泥石化、碳酸盐化,常含杏仁石。南部区的玛尼吐组和梅勒图组玄武岩类则主要由玄武岩、玄武安山岩、安山岩、粗安岩组成,含单斜辉石、斜长石和角闪石斑晶,有时出现橄榄石和紫苏辉石斑晶,也出现大量杏仁石。根据早白垩世的流纹岩类微量元素地球化学特征及与玄武岩类的成因关系,可以划分出低Sr和高Sr流纹岩区。南部区,闹牛山一带白音高老组英安岩-流纹岩绝大多数属于高Sr流纹岩,而玛尼吐组、梅勒图组玄武岩-玄武安山岩属于亚碱性系列,两者紧密伴生,在火山岩层序中常构成酸性→中酸性→中基性喷发旋回。在扎兰屯等地区时常见到高Sr流纹岩脉和亚碱性玄武岩脉同时侵入燕山期白岗岩。北部区,塔木兰沟组、伊列克得组玄武岩类绝大多数属于碱性系列,常与低Sr流纹岩在火山岩层序中呈现基性→酸性喷发旋回,在库都尔岭顶铁路边见到低Sr流纹岩脉和碱性系列玄武岩脉交叉出现,说明2类流纹岩与玄武岩类之间在空间分布上存在着一定的伴生关系。高Sr流纹岩类的地球化学特征类似于分异作用成因的大陆溢流玄武岩省的流纹岩类,而低Sr流纹岩类则类似于地壳熔融成因的大陆裂谷流纹岩。辽东地区早白垩世火成岩以花岗岩为主,但岩石类型较多。从成因类型上看,主要为I型和A型花岗岩。同位素年代学测试表明,二长花岗岩的锆石U-Pb年龄为122~118Ma,镁铁质包体中角闪石的2.2.2晚新生代岩浆活动东北地区不同区域之间的岩浆活动年谱完全可以对比,依据其近年获得大量同位素测年数据,建立了东北地区中生代火成岩热事件年代格架大量同位素测年数据表明,东北地区除东北部的少量印支期岩浆活动外,晚中生代岩浆活动尤为强烈,且主要发育在2个时段。第一期岩浆活动主要发育于155~190Ma,该期花岗岩常呈大规模的岩基状产出;第二期岩浆活动主要发育在115~140Ma,同位素年龄数据的均值在125Ma左右。2个构造岩浆活动期分别与东北地区2个重要成矿期对应。2.3古生代残余海或陆表海水的退出和全面退出自晚泥盆世—石炭纪晚期发生华北与西伯利亚板块碰撞后,晚古生代的残余海(或陆表海)水在晚二叠世全面退出,相继形成广泛的陆相沉积序列;华北及其以北地区的晚古生代沉积建造反映的古亚洲洋构造域碰撞-超碰撞过程一直延续到中三叠世2.3.1夜间侏罗-早白垩世的小型沉降盆地晚侏罗—早白垩世,除俄罗斯远东南部地区一些学者对中生代断陷盆地形成的大地构造背景进行了讨论2.3.2辽南变质核杂岩阶段自古北美科迪勒拉造山带第三纪变质核杂岩发现后,地质学家相继在蒙古—鄂霍茨克构造带辽南变质核杂岩由拆离断裂带、元古宙—中生代沉积岩盖层和核杂岩,以及太古宙TTG岩系、片麻岩及花岗质侵入体组成,韧性剪切带出露长150km。吴福元等2.3.3大陆边缘岩石圈-地壳结构的构造环境晚侏罗—早白垩世,古欧亚大陆地壳在南(早期,特提斯洋扩张及海洋板块向欧亚板块之下的俯冲;晚期,印度洋扩张使印度板块与欧亚大陆碰撞)北(古北美大陆与古欧亚大陆之间碰撞)向的强大挤压动力学背景下,大陆地壳向东蠕散,伴随发育广泛的伸展作用和走滑断裂,大陆边缘地区以块体差异升降及转动为主。岩石圈-地壳结构的这一特点在地震层析成像图上显示清楚(图2)。120km层面的北东向构造格局与地表盆-岭及大地热流特征的分布格局基本一致。在日本海—贝加尔湖的层析成像剖面图上可以看出,400~100km为水平与纵向结构过渡带,400km以下为层圈结构。东经125°以东地区,大陆边缘块体结构构造明显。吉林延边地区位置处于佳木斯地块和龙岗地块之间。其西部隆升区主要出露花岗岩和深层次变质构造岩,发育北西走向、近直立的晚侏罗—早白垩世大型韧性剪切带。广泛发育的钾质细脉显示了西部区大范围构造隆升与扩容。张允平2.3.4构造-沉积演化阶段中国东北地区晚侏罗—早白垩世的大型北东向走滑断裂有敦化—密山断裂、依兰—伊通断裂、鸭绿江断裂、嫩江—八里罕断裂、医巫闾山断裂及东西向左行走滑的上黑龙江盆地断裂(127~130Ma敦化—密山断裂带航磁和重力特征明显,北东延伸,宽约6km;整体体现为切割深的中新生代火山-构造-岩浆活动带;断裂带控制白垩—第三纪沉积盆地和玄武岩喷发,沿断裂分布的脉岩K-Ar年龄集中于125Ma和180Ma,与东北地区构造岩浆活动的2个峰期对应;敦化—密山断裂糜棱岩的单矿物K-Ar测年则为161Ma依兰—伊通断裂带位于松嫩平原与东部山区过渡的重力梯度陡变带上,切割深度达岩石圈,且在地震层析图上有显示;断陷活动始于白垩纪—第三纪,第三纪(含油)沉积受走滑断裂活动控制鸭绿江断裂大致与敦密断裂平行,主干断裂由辽宁丹东,经吉林省大栗子向北延入长白山玄武岩之下,在北部两江—安图等地断续出露。沿朝鲜中江地区断裂带形成120Ma侵入岩嫩江—八里罕断裂位于大兴安岭巨型重力梯度带东缘,地球物理特征明显,是一条控制松嫩平原西缘构造发展的多期活动断裂,其左行走滑断裂活动时代为113~134Ma医巫闾山断裂带位于下辽河平原西侧,主体变质核杂岩西侧断裂也是早白垩世义县盆地发育的东缘断裂,其左旋走滑时代为116~127Ma万年丰等总之,以郯—庐、敦—密、嫩江—八里罕、牟平、荣成、米山、石岛和医巫闾山为代表的左行走滑断裂活动时间大致集中于113~160Ma,与晚侏罗—早白垩世广泛发育的变质核杂岩和断陷盆地形成时代大体相当。3大基础地质命题东北亚地区晚中生代大地构造特征与地球动力学背景,是大地构造学家普遍关心的重大基础地质命题。所见文献在分析东北亚大地构造演化时,大多考虑了欧亚大陆与印度板块、太平洋板块的相互作用笔者试图在综合考虑上述因素的基础上,结合东北地区晚侏罗—白垩纪构造格架的主体特点,对东北亚地区几个重大基础地质问题进行探讨。3.1晚—中中新世构造格局变化根据东北亚地区主要大地构造单元特征的共性和个性,可将中生代—新近纪大地构造演化概略地划分为5个构造演化时段。古亚洲洋构造域大陆地壳进一步固结,并与特提斯洋构造域相互作用,导致华南与华北古陆之间的碰撞,产生苏鲁大别—日本西南地区的高压变质带;碰撞对东北地区南部产生重要影响,形成近东西向挤压构造。古北美板块与西伯利亚板块之间的汇聚与碰撞,形成威尔霍杨斯克造山带和威尔霍杨—克雷马超地体;持续的挤压作用导致蒙古—鄂霍茨克湾闭合,发生南北2个方向的构造逆冲和蒙古—鄂霍茨克深层次构造逆冲带,并在华北地块北部边缘地区产生远距离构造叠加效应。)晚侏罗世伴随古欧亚大陆南北的持续挤压,以及古太平洋盆地的持续扩张和太平洋板块的斜俯冲,构成了与产生现代滑移线场类似的动力学背景;伴随亚洲东部大陆地壳向东蠕散和伸展,发生大陆边缘块体活动;同期,古太平洋(或Izanaqi板块)向古欧亚大陆下的俯冲,在鄂霍茨克海微板块北侧—萨哈林(库页岛)—日本一线形成大陆边缘增生楔(混杂岩和沉积棱柱体)。太平洋的持续扩张,致使鄂霍茨克微陆块与欧亚古板块之间发生俯冲和多次碰撞,在大陆边缘增生楔的基础上叠加形成鄂霍茨克—楚科奇火山带和锡霍特—阿林火山带;在鄂霍茨克海北侧碰撞带形成晚白垩世—早新生代磨拉石沉积。100~45Ma,亚洲东部大陆边缘地壳减薄和地幔类型发生转变)太平洋板块的斜向俯冲,致使鄂霍茨克海南缘的库叶前弧板条与亚洲大陆再次沿日本日高和南萨哈林(库页岛)一线发生强烈碰撞;松嫩盆地同期发生大规模快速沉降,大兴安岭巨型重力梯度带的形成,可能与这一时期大地构造背景有关。早—中中新世,大陆边缘结合带的裂开形成日本海;晚中新世,沿日本海东缘发育东倾的第四纪俯冲断裂。3.2等通过印度板块与欧亚之间的碰撞G.Kimura等由于印度板块与欧亚大陆之间的碰撞发生于50~35Ma3.3岩石学和地质背景蒙古—鄂霍茨克构造带的起源和演化问题,很大尺度上取决于对杭盖—肯特浊积盆地和该带侏罗—白垩纪构造及古地磁数据的认识。北部地区花岗岩锆石SHRIMPU-Pb年龄和浊积岩盆地碎屑锆石研究成果都证明,杭盖—肯特浊积盆地形成于早石炭世后期,浊积盆地南北两侧都存在太古—古元古代结晶地块。构造背景及碎屑锆石年龄说明浊积盆地形成于早石炭世末—中侏罗世,是一个向东开口、且具有上叠断陷盆地属性的海湾。考虑到蒙古南部地区的伸展作用3.4晚侏罗—早白垩世内生热隆期岩石圈的形成古北美与古欧亚大陆板块的碰撞及特提斯洋扩张的联合作用,在东北亚形成巨大的威尔霍杨斯克造山带和晚侏罗—早白垩世勒拿河前陆盆地,并导致蒙古—鄂霍茨克湾的闭合;同时,在亚洲大陆内部产生强烈的构造复合叠加)欧亚大陆东部广泛发育与大陆地壳蠕散(与巨厚地壳的均衡作用有关)及大陆地壳伸展(与深部裂解作用有关)有关的小型断陷盆地群、变质核杂岩、碱性-过碱性岩浆岩体及相关的喷出岩;同期,伴随东部大陆块体的差异升降和走滑活动,中国东北部地块发生右旋转动。外贝加尔地区热隆发生于140~120Ma,吉林延边地区隆起发生于143~109Ma,辽东旅大地区热隆发生于120~110Ma。这一时期,由于沿东北亚大陆边缘的威尔霍杨—阿玛隆南缘、勘察加岛北缘—西缘,以及鄂霍茨克海微板块西缘的萨哈林(库页岛)—日本北海道、西南日本南侧的四万十构造带,普遍发育晚侏罗—早白垩世增生楔;并且古欧亚大陆与鄂霍茨克海微板块之间的古太平洋(或伊泽纳奇)消失。因此,可以认为晚侏罗—早白垩世,在东北亚地区依然存在特提斯洋扩张、古欧亚大陆和古北美大陆碰撞,及其与太平洋构造域联合作用的地球动力学背景。)由于太平洋持续扩张和向西俯冲,导致鄂霍茨克海微板块与欧亚大陆之间古洋(古太平洋或伊泽