中生代盆地分布特征与地球动力学背景.doc

中国东部大陆内部中生代盆地分布特征与地球动力学背景探讨杜旭东薛林福邬光辉摘要在编制和分析中国东部大陆内部中生代盆地分布图的基础上，对中国东部大陆内部的松辽盆地、辽西盆地群、渤海湾地区盆地分布、规模等进行了对比，认为是由于地球动力学背景、岩石圈厚度等不同所致，并提出中国东部内部的大陆盆地动力学模式，即伊泽奈崎板块以不同角度的对欧亚板块的俯冲，同时认为华北板块与华南板块碰撞后期效应不容忽视。关键词中国东部大陆内部中生代盆地地球动力学中图分类号P542.1DISTRIBUTION OF MESOZOIC BASIN AND DISCUSSIONGEODYNAMICS OF CONTINENT INTERIOR IN THE EASTERN CHINADu Xudong(Beijing 4351# China Nation Logging Corporation，Beijing 100043)Xue Linfu(Changchun University of Science and Technology)Wu Guanghui(TLIM Oil and Gas Exploration and Development department）AbstractOn the basis of the analysis of the Mesozoic basinsdistribution in the continental interior of eastern China, the paper gives out the comparison of the distrbution and scale of the Songliao basin, Liaoxi Basin Group and the Bohai Basin. These basins are different in several aspects such as geodynamic evolution, the thickness of crust and lithorsphere, and so on. The paper then puts forward a basin dynamic model in the eastern China which is defined by the subduction of the lzanagi Plate towards Europe-Asian Plate during Cretaceous Period in a oblique direction and by the collision effects of the North China and South China plates.Key wordscontinent interior，eastern China, Mesozoic basin, geodynamics1中国东部大陆内部中生代盆地期次、分布及类型划分1.1中国东部大陆内部中生代盆地期次与分布中国东部大陆内部中生代成盆期可分为早中三叠世、晚三叠世-早中侏罗世、晚侏罗世-早白垩世、晚白垩世等四期。1）早中三叠世盆地：大型坳陷型盆地和分布在其周边的小型断陷盆地或山间盆地。2）晚三叠世-早中侏罗世盆地：在霍茨克、锡霍特阿林和那丹哈达岭地区为洋盆。东北地区大部分以隆起为主，零星分布小型裂陷型陆相碎屑含煤盆地，局部有中基性火山活动。华北地区东部与东北地区相似；华北地区西部发育大型的近东西向的坳陷盆地，而且范围在逐渐缩小，如鄂尔多斯盆地。南华北发育有陆陆碰撞产生的（类）前陆盆地。3）晚侏罗世早白垩世盆地：在东北区形成以松辽盆地为代表的一系列裂谷盆地；在华北由于同时受华北板块与扬子板块俯冲碰撞的影响，发育以隆起为背景的小型断陷和坳陷的盆地群，并产生郯庐断裂带，在其周围发育走滑拉分和走滑挠曲盆地（群）。这里主要讨论晚侏罗世白垩世盆地的特征，其分布从南到北，盆地范围在扩大，断陷和坳陷强烈程度在增大，尤其是坳陷阶段。同时，盆地时代从南到北在变老，即北部晚侏罗世以断陷为主，而南部则在早白垩世断陷发育。4）晚白垩世盆地：晚白垩世以区域隆起为主，除松辽地区为大面积热坳陷外，其余地区为小型热坳陷。1.2中国东部大陆内部中生代盆地类型划分盆地分类历来是盆地研究中的重要内容。对于中国东部含油气盆地的研究和分类习惯把中新生代合起来进行13。中国东部中、新生代盆地与压性缝合线有关，伴随远侧断块作用，但没有伴随A型俯冲带4。最近研究表明，中国东部中、新生代成盆的地球动力学背景不同，在中生代（J3-K1）发育与俯冲作用有关的二连等大陆裂谷系和大陆内裂谷坳陷盆地；在新生代（E）发育渤海湾等与俯冲无关的大陆内裂谷坳陷及依兰-伊通大陆内裂谷（E）5。笔者认为中国东部大陆内部中生代盆地分布、规模等主要受俯冲造山和陆陆碰撞的二力源控制，在挤压背景下发育，同时受多种地质条件制约，所以盆地类型仍是多种多样。中国东部大陆内部中生代盆地分类，按力学性质可分为三大类：裂陷盆地（群），（类）前陆盆地（群），走滑盆地（群）。裂陷盆地：根据盖层的厚薄分为断陷盆地，如辽西地区（J3），渤海中西部（J3-K1、K1）和断陷-坳陷性盆地，如松辽盆地（J3-K）， 以及华南地区断陷盆地（K1）。（类）前陆盆地： 与前陆盆地的区别是范围比较小，如秦岭构造带J3-K1盆地，华北地台东部的J1-2盆地。走滑盆地：主要与郯庐断裂带有关。走滑拉分盆地如莱阳盆地（K1），和郯庐断裂西侧的一系列NW向小型裂陷盆地；走滑挠曲盆地如埕东的NW向J-K的坳陷盆地。2中国东部中生代岩石圈和地壳厚度特征目前对于岩石圈和地壳厚度研究主要依靠地球物理场来进行。对于新生代岩石圈和地壳厚度的研究虽已取得了重大的成果，但对于已叠加了新生代强烈的大陆裂陷作用2，6，7的中国东部中生代岩石圈和地壳厚度，利用地球物理资料来认识，推断性比较大。因此，对于中国东部中生代岩石圈和地壳厚度的认识存在分歧。一种意见认为中生代中国东部是地壳挤压加厚的过程8，9；另一种意见认为中生代中国东部是地壳拉张减薄的过程2，6。笔者认为中国东部中生代岩石圈和地壳厚度，受不同的地球动力学控制，其不同的构造位置，不同的地质时期，不同的构造阶段，所具有的边界条件不同，板块之间的相互作用方式不同等，最终使岩石圈和地壳厚度变化将不相同。总体来讲，中生代是一个地壳增厚的过程。在华北地区和华南地区，中生代地壳是挤压加厚的过程，而在东北（亚）地区，中生代后期（J3-K）是以地壳减薄导致强烈裂陷作用为特征的10，11，但裂陷作用的伸展量非常有限，如松辽盆地南部J3到K1伸展率仅为9.8%，这与渤海湾盆地第三纪大于30%的伸展率是无法相比的。年轻俯冲带中Rb与Sr分布可指示地壳厚度12。对于中国东部，本文仅选择三个典型地区（大兴安岭，黄骅盆地，下扬子地区），对其中生代火山岩的Rb与Sr进行投影和对比，结果表明大兴安岭地壳厚度变化是动态过程，地壳厚度大致为30 km13，这体现了松辽地区地壳的不稳定性和基底的活动性。下扬子地区晚侏罗-早白垩世时，地壳厚度大于30 km8。黄骅盆地晚侏罗世-早白垩世时，地壳厚度也大于30 km。因此可以粗略概括出中国东部中生代地壳厚度总体大于30 km，有从南向北变薄的趋势。俯冲带火山岩的极性与地壳厚度（K2O与厚度）之间关系密切8，12。在下扬子地区从东到西，地壳厚度在加厚，最厚可达70100 km，并发育了钾玄岩系列和高钾钙碱性系列，且认为地壳是加厚的过程，在去掉新生代地壳拉伸减薄作用后，新生代早期的地壳平均最小厚度为44 km8。对于渤海湾盆地仅根据其与下扬子地区具有Eu不明显的负异常和相同的火山岩系以及相似的K2O变化特点等，推测地壳也是加厚的过程，即渤海湾地区新生代早期的地壳平均最小厚度为44 km左右。燕辽地区中生代地壳厚度为5360 km9。最近，在吉林九台市官马山英安岩（J3）中发现辉石巨晶，温压研究表明其形成相当于42 km的深度，这可能为中生代该区的地壳深度14。松辽盆地内部的现今地壳厚度基本能反映当时的地壳厚度，但略偏小。虽然不同方法得出中国东部中生代的地壳厚度绝对值不同，但总趋势是一致的，即南厚北薄。另外，中国东部中生代火山岩广泛具有Eu不明显的负异常，这是岩石圈和地壳增厚的标志8，9。总之，中国东部中生代地壳厚度较大，除松辽地区可能为过渡型地壳外，其余为大陆型地壳，均比新生代地壳厚度大。对于中生代岩石圈的厚度估算更困难，但已取得一定的认识。利用大地热流法，估算中国东部新生代无火山岩作用的隆起带岩石圈厚度为120180 km15。华北地区岩石圈厚度为70120 km，松辽地区与华北相接区的岩石圈厚度为60100 km。松辽南部九台地区晚侏罗-早白垩世的岩石圈厚度为7080 km14，松辽盆地中央坳陷的岩石圈厚度更小。对于华南和下扬子地区，在无新生代火山岩作用的山区隆起带，大地电磁测深表明，岩石圈厚度为120180km8，9。虽然对中生代岩石圈的厚度估算精度有限，但反映一个变化趋势，从南到北中生代岩石圈的厚度总体在减薄。中国东部中生代岩石圈的厚度变化范围（60180 km）可与现代俯冲型安第斯大陆边缘造山带的岩石圈厚度相比较（70150 km），与现代典型陆陆碰撞造山带喜马拉雅地区的地壳厚度（100 km）也可对比。因此从岩石圈厚度较大的这一特点，可看出中国东部中生代成盆环境与造山带有关。(超声波探伤仪)王东坡等.下辽河盆地及其外围中生代区域构造和深部构造研究.辽河勘探局，长春地质学院，19943中国东部大陆内部中生代成盆地球动力学模型3.1中国东部大陆内部早中侏罗世成盆地球动力学模型在中生代早期（J）伊泽奈崎板块以6.58.0 cm/a的运动速度向近N或NNW向运动，与欧亚大陆边缘呈较小角度（2842）相交16。 这种小角度斜向俯冲，对欧亚大陆边缘的作用是走滑挤压17。因此在早中侏罗世时，中国东部整体表现为区域隆升，并在华北板块东部形成以郯庐断裂带为代表的强烈走滑隆起带和板片带，向西部减弱；西部以大型大陆挠曲性盆地向西萎缩为特征；东北地区以隆起为主，缺乏沉积，其地球动力学模式如图1。图1中国东部中生代(J12)华北型大陆边缘模式图Fig.1Subduction in oblique direction of small angle model map of Huabei style in eastern China在早中侏罗世时，扬子板块与华北板块碰撞是影响成盆的一个重要因素。二者碰撞一般认为开始在中三叠世末，终止于中白垩世末。其不仅使华北板块东部隆起，华北西部挤压成盆大陆挠曲性盆地，而且在深部使华北板块的地壳和岩石圈具有增厚效应。这种地壳增厚效应虽然不同造山带其机制和程度不同，但地壳增厚的事实是可以确认的。已有几种陆-陆碰撞造山模式如雅鲁藏布江式等18都说明了这一点。陆-陆碰撞效应还表现在同时产生了郯庐断裂19。早中侏罗伊泽奈崎板块的斜向俯冲强化了郯庐断裂的走滑活动。因此早中侏罗世时，由于滨太平洋域和扬子板块与华北板块碰撞域的相互作用，在中国东部形成了以挤压隆起为总体背景下的NE-NNE向构造和NW-NWW向构造，而且二者在一定范围相互叠加、交错，使构造复杂化。中国东部地区以隆起挤压为主，成盆范围和规模有限。 钱祥麟.华北平原及东部邻区盆地构造成因华北板块受扬子板块碰撞的响应，19953.2中国东部大陆内部晚侏罗-早白垩世成盆地球动力学模型中国东部内陆晚侏罗-早白垩世成盆的地球动力学约束条件如下：1）原确定的碱性岩系列为橄榄安粗岩系，2）橄榄安粗岩系、高钾钙碱性岩系、拉斑玄武岩系，这种岩石系列单极性组合是俯冲作用存在的标志，3）火成岩的西界线NWW向分布，4）中国大陆东部的褶皱、裂陷盆地、火山-岩浆活动带逐步从西向东、从大陆到大洋时代变新，5）火山岩K2O含量从南到北减小（秦岭-祁连构造带以北更明显），6）地壳和岩石圈厚度从南到北减小，而且松辽地区在三叠纪时地壳厚度明显变薄，7）火山岩三大岩区分界线呈NEE向，不平行于当时的海沟方向，与其相交为锐角，代表伊泽奈崎板块运动的垂线，并反映岩浆形成的深度自南向北的变化远大于东西向的变化20，8）南北向火山岩活动的年龄变新大于东西向的变化21，22。 因此，由火山岩岩石成分、火山岩活动强度的迁移、岩石系列等特征表明中国东部中生代火山岩活动具有其特殊性，9）中生代中国大陆板块东部以NNE向为边界，10）盆地基底刚性不同，刚性基底不利于板块俯冲下插，以表现走滑挤压为特点；塑性基底则刚好相反，11）中国东部中生代存在着强烈的走滑构造郯庐断裂带，且走滑位移大，活动时间长，尤其在华北地台东部表现明显23,24,17。其北延到东北地区几条大型的NE-NNE向断裂，在中生代具有走滑挤压，但断距明显小于郯庐断裂。松辽盆地内也发育多条NE-NNE向走滑断裂带，但断距并不大。另外，对东北地区火山岩研究也表明其与走滑作用有关13。图2模型可解释中国东部中生代（J3-K1）板块之间的相互作用。两板块（A，B）相互作用，接触边界是斜向的。板块B向板块A斜向俯冲，在板块A内产生走滑等一系列地质现象。随着二者相交的角度变大，走滑量在变小，弧后伸展量在增大。因此由板块之间作用的方向和接触边界等因素，决定了板块之间和板块内变形、成盆、岩浆活动等一系列的地质作用。中生代（J3-K1）中国东部伊泽奈崎板块向欧亚板块的NW-NNW向俯冲，以及伊泽奈崎板块与欧亚板块接触边界总体为NNE向，决定了伊泽奈崎板块与中国大陆板块在华北地区和华南地区为小角度相交，笔者定义为小角度斜向俯冲；在东北地区为大角度相交，故定义为大角度斜向俯冲。小角度斜向俯冲，在华北板块东部继承并强化了郯庐断裂带为代表的强烈走滑隆起带，走滑隆起带向西部逐渐减弱，即在渤海湾地区发育有走滑断距较小的聊城-盐山-新港断裂带和走滑断距更小的太行山山前断裂带，且三者的走滑距离为不同的数量级；西部以弧后弱伸展形成的小型断陷为主。大角度斜向俯冲，形成东北地区的弧后扩张，发育大型裂陷-坳陷盆地，含油气丰富如松辽盆地。此模型不仅可解释华北地台东部三条走滑构造带并存且从东向西走滑作用由强变弱的特征，而且也可解释中国东部中生代火山活动、构造活动、成盆作用等一系列的地质现象。图2中生代中国东部伊泽奈崎板块斜向俯冲理论模式图Fig.2Izanagi plate oblique subduction model map in eastern China on Mesozonic从早侏罗世开始的俯冲挤压造山运动，后期的伸展形成了中国大陆东部NNE-NE向的地貌、构造和地球物理场特征。即滨太平洋域作用从侏罗世开始，早中侏罗世以俯冲挤压走滑隆起为主如图1，晚侏罗-早白垩世，受边界等条件的限制，在东北区以弧后扩张为主，发育大型裂陷-坳陷盆地，含油气丰富如图3；在华北以剪切挤压隆升拱张为主，东部形成走滑断裂带和西部的弧后弱扩张区如图4，因此中国东部中生代大陆边缘的性质随时间和空间而变化。总之，中国东部中生代动力学背景与伊泽奈崎板块向欧亚板块的斜向俯冲有关。渤海湾中生代盆地与伊泽奈崎板块向欧亚板块的斜向小角度俯冲有关；松辽中生代大型盆地与伊泽奈崎板块向欧亚板块的斜向大角度俯冲有关。因此中国东部中生代成盆地球动力学背景主要受控于滨太平洋构造域。图3中国东部中生代(J3K1)华北型大陆边缘模式图Fig.3Subduction in oblique direction of small angle model map of Huabei style in eastern China图4中国东部中生代(J3K1)松辽型大陆边缘模式图Fig.4Subduction in oblique direction of big angle model map of Songliao style in eastern China4中国东部松辽盆地与渤海湾中生代成盆环境对比中国东部发育松辽盆地（J3-K）和渤海湾盆地（R）两大含油气盆地，二者产油量占我国石油产量的80以上。因此许多地质学家欲了解渤海湾地区在中生代成盆情况，是否具有形成松辽大型中生代盆地的地质条件？答案是否定的。渤海湾地区的中生代（J-K）原型盆地恢复表明，发育了受断裂活动带控制的小型断陷盆地群、走滑盆地群、类前陆盆地群。与松辽盆地规模等完全不同，这是与它们所处的地球动力学背景，岩石圈厚度和刚度等不同所致。首先，中国东部中、新生代是完全不同的两种地球动力学背景。中生代晚期盆地火山的岩石类型为中基性-酸性熔岩，岩石系列属高钾钙碱性系列和钾玄岩系列，具岩浆岩成分单极性特点，即与伊泽奈崎板块向中国东部大陆的斜向俯冲造山有关。而新生代岩石类型为基性熔岩，主要为碱性系列，拉斑玄武岩次之，为岩浆岩成分的双极性系列，即与库拉菲律宾板块边缘海弧沟系后退引起的区域伸展作用有关25。同时在火山岩各种构造判别图解上均不相同。故以火山岩特征为约束条件的中国东部中、新生代成盆地球动力学背景完全不同。前者以挤压走滑为主，空间上，从东向西，从南到北，走滑在逐渐减弱；后者仅在总体伸展的背景上叠加了小规模的走滑7。因此中国东部中、新生代盆地是两个不同时代的盆地。第二，中生代伊泽奈崎板块在东北地区，平面上大角度斜向俯冲造山，剖面上表现为“铲式俯冲带”，致使弧后伸展强烈，形成了松辽大型中生代盆地。而渤海湾地区在中生代（J3-K1)时，平面上为小角度斜向俯冲。二者虽然发育的火山岩系列相同，但渤海湾地区火山岩发育强度弱，平面分布范围窄。同时扬子板块与华北板块陆-陆碰撞效应亦不容忽视。二者碰撞，其不仅使华北板块东部隆起，华北西部挤压成盆，而且在深部使华北板块岩石圈具有增厚效应，而这种效应对松辽盆地影响要小得多。因此即使二者东侧受相同的俯冲效应，在华北地区的裂陷作用也必须再有一个去山根过程拆沉作用，这样就要消耗更多的能量，削弱成盆的强度。若扬子板块对华北板块的碰撞作用，用滑移场理论来解释，华北地区则处于相对挤压区，松辽处于相对拉张区，因此，南北向受力作用对渤海湾地区中生代成盆不利。最后，盆地基底及地壳和岩石圈性质二者明显不同。华北地区为刚性基底，地壳和岩石圈较厚；松辽为褶皱基底，刚性较小，地壳和岩石圈较薄。大地电磁测深已表明华北地区与松辽地区岩石圈厚度是截然不同的。松辽地区岩石圈平均厚度比华北板块岩石圈厚度减薄25 km。因此对于中生代盆地，岩石圈厚度等的不同，决定了中生代成盆作用、大小、规模等都将是不同的，最终导致其含油气性完全不同。总之，松辽地区中生代（J3-K1）成盆环境与渤海湾地区中生代成盆环境不同，其控盆因素对比见表1。表1松辽盆地与渤海湾地区中生代盆地控盆因素对比Table 1Comparing control basin factors between Mesozoic Songliao basin and Bohai bay basin控盆因素松辽盆地渤海湾中生代盆地滨太平洋构造域大角度俯冲小角度俯冲秦岭-祁连构造域弱（张性）压性岩石圈地壳（基底）性质褶皱（塑性）、薄地台（刚性）、厚火山活动和火山岩强、面积大、面状分布较弱、面积小、带状分布5结论中国东部大陆内部中生代盆地分布、规模不同，这取决于其所处的地球动力学背景，即松辽大型盆地与伊泽奈崎板块的大角度斜向俯冲有关，而渤海湾地区小型盆地群与伊泽奈崎板块的小角度斜向俯冲有关。同时华北板块与华南板块的碰撞，对渤海湾盆地成盆不利，而松辽盆地成盆更有利些。另外还与岩石圈厚度等有关。第一作者简介杜旭东男32岁博士石油地质学专业已发表“沉降量约束下的黄骅裂谷形成的地球动力学模式”等论文作者单位：杜旭东(北京石景山区4351#中油测井，北京 100043)薛林福(长春科技大学地球科学学院，长春 130026)邬光辉(塔里木石油勘探开发指挥部综合研究室，库尔勒 841000）参考文献1朱夏,陈焕疆.中国中、新生代构造与含油气盆地.地质学报，1983,57(3):2352422王鸿祯，杨森南，李思田.中国东部及邻区中新生代盆地发育及大陆边缘区的构造发展.地质学报，1983,57(3):2132233郭令智,施央申，马瑞士.西太平洋中新生代活动大陆边缘和岛弧构造的形成与演化.地质学报，1983,57(1):11214Bally A W, Snelson. 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