黑龙江东部盆地群的形成时代及盆地演化

黑龙江东部盆地群的形成时代及盆地演化

0区域地质背景黑龙江省东部盆地群系是指牡丹断裂带以东的一系列中生代和新生代盆地，分布在吉-伊断裂和敦米断裂之间（图1）。该地区是中国东北的主要产煤区之一，也是松辽盆地周边的主要勘探区之一。尽管针对该区中、新生代沉积盆地的构造、沉积相、岩浆作用、区域构造等领域已经开展了大量的研究工作,但是多数研究主要集中于某一单个盆地、局部地区、某一层系或某一科学问题等,系统的研究该区中、新生代构造演化及其区域动力学背景尚属薄弱环节。因此,本文通过最新的区域地质资料、岩石地层、砾石统计、同位素年龄、野外构造观察以及岩相古地理等方面对该区中、新生代构造演化及其区域动力学背景进行详细的研究。1民国时期推行的盆地群黑龙江东部盆地群现今被桦南隆起和密山隆起所分割(图1)。桦南隆起位于黑龙江东部,主要包含佳木斯、桦南、宝清和双鸭山地区,大地构造位置上,位于佳木斯地块中部,是黑龙江东部最主要的隆起,四周分布有三江盆地和勃利盆地,其上主要分布有双鸭山盆地和双桦盆地;密山隆起位于鸡西盆地以北,分隔勃利盆地和鸡西盆地。桦南隆起和密山隆起的结晶基底主要由麻山群、兴东群褶皱变质岩及古、中、新元古代的花岗片麻岩组成。对于黑龙江东部盆地群的构造演化史,目前有两种不同的观点:一种观点1认为这些盆地是被桦南隆起和密山隆起分割的、孤立的断陷盆地,各单元是独立的含油气系统;另一种观点认为这些现今孤立的盆地在白垩世不是偶然的空间并存,而是互有密切关联的一个系统,很可能为统一的原型盆地。目前比较倾向认为黑龙江东部盆地群在早白垩世为统一的原型盆地。1.1东方海相夹层黑龙江东部盆地群滴道组(裴德组)地层分布局限,但是在各个盆地内均充填了城子河组(云山组)和穆棱组(珠山组)地层(表1)2,其最典型的特征为具有海相夹层。大量的古生物化石已经证明:黑龙江东部龙爪沟群(裴德组、七虎林组、云山组、珠山组)和鸡西群(滴道组、城子河组、穆棱组、东山组)的时代均为早白垩世,两群时代大体相近,基本上可以对比。龙爪沟群的裴德组可能大体相当于鸡西群滴道组,龙爪沟群的七虎林组及云山组大体相当于鸡西群的城子河组,珠山组与鸡西群的穆棱组相当;而且城子河组和穆棱组中的海相夹层在各个盆地间可以连通对比,从而证明城子河组(云山组)和(珠山组)沉积时期为统一的原型盆地。1.2岩相古地理的恢复黑龙江东部中生代盆地群目前表现为改造型盆地(残余盆地),盆地的边界多由逆断层限定,在逆冲断裂的下降盘上保存下来,并呈现今的残留盆地,难以找到边缘相。岩相古地理恢复结果(3)也显示,黑龙江东部各盆地在城子河组(云山组)穆棱组(珠山组)沉积时期并没有各自的汇水中心而显示出泛盆的特征。这都说明城子河组(云山组)和(珠山组)沉积时期黑龙江东部盆地群为统一的原型盆地。2黑龙江省东盆地群破坏时间2.1变质岩砾石的来源对围绕着桦南隆起和密山隆起分布的砾岩层中的砾岩进行了野外成分统计(图1)。表2和图2显示砾石成分主要为石英脉岩、花岗片麻岩、含石墨片麻岩、云母片岩、安山玢岩、流纹岩、凝灰岩以及少量的煤矸石、砂岩和泥岩等,其中花岗片麻岩、含石墨片麻岩、云母片岩和大理岩等变质岩的砾石,主要来源于古老的麻山群结晶基底;安山玢岩、流纹岩和凝灰岩等火山岩类,这些砾石可能来自滴道组(裴德组)和东山组的沉积;煤矸石、砂岩和泥岩等沉积岩砾石,主要来自城子河组和穆棱组含煤地层。花岗片麻岩、含石墨片麻岩、云母片岩和大理岩砾石的出现说明桦南隆起和密山隆起快速隆升,上覆地层被剥蚀殆尽,部分地区剥蚀到了基底;煤矸石的出现也进一步反映桦南隆起和密山隆起快速隆升,近距离搬运沉积。桦南隆起和密山隆起的快速隆升导致其周围沉积了厚层砾岩和砂砾岩,沉积相以河流-冲积扇为主,代表了地貌反差大,快速陆相充填沉积环境。2.2逆冲断层特征黑龙江东部盆地中,大多数盆地南缘发育有一些逆冲断裂,从地震剖面解释看1,这些边界断层在城子河组和穆棱组沉积时期,对盆地沉积并没有明显的控制作用。现今黑龙江东部孤立盆地的边界断裂为破坏性断裂,由一系列走向近东西的逆冲断裂组成,逆冲断层切割了滴道组、城子河组(云山组)-穆棱组(珠山组)地层。例如,双鸭山盆地南部边界大型逆冲断裂(图3)位于寒葱沟水库大坝西,断层上盘的麻山群花岗质片麻岩逆冲到城子河组之上。勃利盆地的南界同样为规模较大的逆冲断裂(图4),该断裂位于兴农镇北4km处,麻山群逆冲到滴道组之上。分析表明,现今盆地的边界断裂均为对盆地有破坏作用的逆断层,根据它们所切割的地层,结合区域构造演化,这些逆断层可能形成于晚白垩世—古近纪之间。反映晚白垩开始发生区域挤压,这与桦南隆起以及密山隆起的隆起时间一致,应为统一构造事件的产物。2.3区域构造背景利用磷灰石裂变径迹测年得出桦南隆起有两次快速的隆升,时间为115.8Ma和76.9Ma1。115.8Ma说明在东山组之后区域发生了大的构造挤压事件,桦南隆起快速隆升,沉积了猴石沟组的砾岩。76.9Ma说明海浪组之后桦南隆起又一次的逆冲事件,在晚白垩世—古近纪,桦南隆起至少有两次脉动式的隆升,进一步说4明在猴石沟组和海浪组沉积时期,黑龙江东部盆地群随着桦南隆起和密山隆起的快速隆升而被破坏,转向各个盆地的独立演化。3区域构造背景及构造应力场特征根据中、新生代板块构造环境、区域构造演化背景以及研究区各盆地的构造演化特征、区域构造应力场特征,将黑龙江东部盆地群中、新生代构造演化分为6个阶段(图5)。3.1重新活动的岩相古地理晚侏罗世,蒙古—鄂霍茨克洋西部封闭,佳蒙地块与东西伯利亚大陆南缘碰撞,区域上处于挤压环境,形成近东西—北东东向的蒙古—鄂霍茨克褶皱系。与此同时,在与主应力方向平行的近南北向的牡丹江断裂重新活动,主要构造行迹走向为南北向,形成南北向的断陷槽,古鄂霍次克海沿狭窄的通道南侵,形成绥滨组和东荣组的海相沉积。主要依据是绥滨组为一套岩性较粗的海相沉积,是海进期产物,不整合于前中生界基底之上,东荣组为一套岩性相对较细的滨海-浅海相沉积。双桦盆地东荣组中含有海相瓣鳃类化石,三江盆地,双鸭山盆地和双桦盆地中又同时分布有绥滨组—东荣组的岩石地层(表1),因此可以推断此时海水漫过桦南地区到达双桦盆地的南部边界,桦南隆起在晚侏罗世并不存在(图5a)。晚侏罗世末发生一次以断块抬升为主的构造活动,导致绥滨组和东荣组与上覆的滴道组、城子河组存在明显的角度不整合。3.2改性前的区带早白垩世中国东部已经进入滨太平洋构造体系发展阶段,太平洋板块在145～135Ma期间以5.3cm/a的速度向东亚大陆边缘正向俯冲,构造活动从晚侏罗世晚期强烈的陆内挤压造山和地壳增厚作用演化为早白垩世以来强烈的陆内引张裂陷和岩石圈减薄作用,伴随着火山岩喷发和岩浆侵入活动,黑龙江东部形成一系列孤立的断陷盆地(图5b)。黑龙江东部乃至东北北部地区的大量资料表明,多数火山岩在盆地充填剖面中出现的层位通常是盆地形成的开始阶段,即成盆期的开始。滴道组(裴德组)中含有大量的火山碎屑及火山岩说明此时黑龙江东部开始形成许多断陷盆地。绥滨坳陷古水流的研究结果表明1,在滴道组沉积时期,三江盆地西部主要存在自东北向西南的古水流,盆地东部为近似自西向东的古水流,西部和东部古水流方向基本相反,盆地无统一的汇水中心。这也说明了在滴道组沉积时期,现今的绥滨地区、鸡西地区和勃利地区很可能为孤立的分割盆地,此时桦南隆起、密山隆起以及周边地区形成一系列小型的断陷盆地,黑龙江东部盆地群表现为孤立的小型断陷盆地。3.3沉积期子河组—城子河组(云山组)—穆棱组(珠山组)沉积时期(K21)该时期泛太平洋板块与欧亚大陆板块之间的相互运动和拆沉作用造成的伸展体制对我国东部区域构造和盆地形成演化产生了重大的影响,我国东部岩石圈的拆沉作用开始时间大约在160Ma,在130～120Ma达到高潮,因此,城子河组(云山组)—穆棱组(珠山组)沉积时期,全区基本进入下沉坳陷阶段,南北隆坳格局消失,整体构成一个坳陷带,按照沉积相带的分布,城子河组和穆棱组几乎遍布全区(图5c),该时期黑龙江东部盆地群形成统一的原型盆地。3.4主造地核心标志—东山组沉积时期(K31)东山组沉积时期,由于完达山褶皱带将海水完全割断,演化为一大型陆相盆地,伴随着燕山运动的发生,此时的构造应力场为NW-SE向拉伸,三江盆地、鸡西盆地、勃利盆地及双鸭山盆地出现了以火山碎屑岩为主夹有正常碎屑岩的建造,火山岩喷发时代为118～98Ma,它的出现是黑龙江东部地区进入引张裂陷的标志。此时黑龙江东部盆地群形成一系列的裂陷,在形成裂陷的地方接受火山碎屑岩的沉积,此时桦南隆起和密山隆起及周边地区表现为局部断陷的特征(图5d)。3.5中带级逆冲断层猴石沟组沉积时期,依泽奈崎板块以北北西向、高速率(23.5cm/a)向欧亚板块俯冲,区域应力场发生明显的改变。NS向的持续挤压作用,形成一系列近EW向的逆冲断层。由于断裂活动强烈,沉积了以河流-冲积扇为主的快速陆相充填型沉积地层。桦南隆起和密山隆起快速隆升,使统一的黑龙江东部盆地群遭到破坏,转向各个盆地的独立演化(图5e)。在区域南北左旋压扭构造应力场作用下的这种全区性的构造反转事件,持续到古新统,经历从112.2Ma到55Ma,持续时间为57.2Ma。3.6构造盆地条件进入新生代以后,太平洋板块在40Ma向亚洲大陆下由北北西向俯冲转变为北西西向俯冲,导致地壳应力场发生重大改变,双鸭山盆地、勃利盆地、鸡西盆地和虎林盆地等一些壳断裂控制的或原有坳陷继承性发育的盆地,发生差异性沉降,构成现今构造面貌(图5f)。中新世后期,由于太平洋板块转为向西俯冲,日本海强烈扩张并形成了新的洋壳,导致了桦南隆起及黑龙江东部各盆地因受到强烈挤压作用而全面抬升,使原来的断陷-坳陷盆地进一步剥蚀,致使现今构造格局最后定位。4区域地质演化(1)黑龙江东部盆地群的地层特征,岩相古地理以及沉积盆地的边界特征表明黑龙江东部盆地群早白垩世为统一的原型盆地,随着猴石沟组沉积时期桦南隆起和密山隆起的隆升而被破坏。(2)黑龙江东部盆地群中、新生代的构造演化分成6个阶段:①绥滨组—东荣组沉积时期,黑龙江东部盆地群的北部三江、桦南、双鸭山等地区整体处于坳陷阶段,海水漫过桦南地区到达双桦盆地的南部边界,桦南隆起在晚侏罗世并不存在;②滴道组(裴德组)沉积时期,黑龙江东部盆