松辽大型移置体和大兴安岭隆起机制探讨

1、第21卷第2期物探与化探Vol. 21 ,No. 21997年 4月GEOPHYSICAL & GEOCHEMICAL EXPLORATI ONApr. ,1997松辽大型移置体和大兴安岭隆起机制探讨张振法(内蒙古地质矿产勘查处、内蒙古第一物化勘查院,呼和浩特010020)摘要地质 、地球物理和钻探资料证明,松辽盆地为前寒武古板块。然而 , 在中生代早侏罗纪,大兴安岭东缘和松辽构造区还是西太平洋敞开着的深海沟环境6 , 怎么会出现前寒武古板块呢?显然 ,只有大规模的板块漂移活动,才能把松辽前寒武板块移置到中生代深海沟区。所以 ,松辽板块是大型移置体,而大兴安岭则是松辽板块与蒙古板块(兴蒙古生代

2、褶皱系 ) 挤压碰撞活动的产物。关键词松辽板块,动力学环境,板块漂移,大兴安岭,重力梯级带 。1 松辽板块性质及其形成机制1. 1 重磁场特征-52- 52松辽板块以重力高 (周边被重力低 (02010)为特征0 )所环绕m s,- 110 10m s(图 ) 。在东北深部重力异常图和平均重力异常图上这种特征表现得更加清楚( 图2) 。1,图 1 东北地区布格重力异常图图 2 东北地区平均重力异常图1 正异常 ; 2 负异常 ; 3 零等值线松辽板块又是以北东向负磁异常(0) 为主要特征,周边被正磁异常(0)- 100nT100nT1995 年 10 月 16 日收稿。?92?物探与化探21

3、卷所环绕(图 3)。这种特征 ,随着上延高度的增加,表现得更加突出()。图 4图 4东北航磁T 化极上延 100km 异常图图 3东北区域磁场图1 正异常 ; 2 负异常 ; 3 零值线由图1图4可知 松辽板块的总体特征就是负磁场、重力高 。就其深部重磁场特征看,负磁场和重力高表现得愈益明显。如果根据地磁场极性年表古生界地层基本上都是反向磁化(基亚曼极性段 ) 认为松辽板,块负磁场是古生界地层反向磁化的结果,即松辽板块基底也是由类似于大兴安岭的古生界地层组成 ( 周伏洪,1987年 ) 。那么 松辽板块重力高怎么解释?古生界地层密度较小就地壳因,素而言 松辽古生界构造层怎么会引起比大兴安岭古生

4、界构造层高出 -52的重,80 100 10ms力高异常呢 ? 况且 , 区域性负磁场一般都是元古代和太古代老地层的反映(管志宁等 ,1987年 ) 。松辽古生界构造层不可能同时既引起区域性重力高异常又产生区域性负磁场的双重现,象。所以 松辽板块基底构造层不可能是由古生界地层所组成。,什么岩层才能既引起区域性重力高,又产生负磁场呢? 就目前所掌握的资料看,内蒙地轴太古代集宁群 、胶东台隆元古代粉子山群、太古代胶东群和泰山杂岩系等等是形成区域性重力高和负磁场的主要地层。当然 ,松辽区域性重力高除与古老基底构造层有关外,还与下地壳和地幔因素有关 。准确的说 ,松辽重力高是由多种因素引起的,其中最主

5、要的是由前寒武古老结晶基底构造层所致。因此 松辽板块基底必须由前寒武弱磁性、密度大的老地层组成才能既,引起重力高 、又产生负磁场的双重现象。也就是说 ,从重磁场特征看,松辽板块应该是前寒武就已经形成刚性陆壳的古板块。1. 2 地震测深结果1. 2. 1丹东 东乌珠穆沁旗地震剖面北段4由图 5 可见 ,西拉木伦河(槽台界线 )以南内蒙地轴和辽东台隆地壳层速度结构与华北地台区乐亭张家口 、柏格庄 正兰旗 、海兴 大同 、石家庄 喀喇沁旗 、东胜 白云鄂博等地2 期张振法 : 松辽大型移置体和大兴安岭隆起机制探讨?93?震剖面的地壳层速度结构是相同的。中新生界盖层之下,上地壳层速度 6. 1 6.

6、2 6. 4kms;中地壳层速度5. 5 速度倒转 为低速层未见康氏界面;下地壳层速度6. 1km s ,6.4 7.9莫霍面。中地壳普遍发育低速高导层,上地壳和下地壳结构形式及其各速度层km s ,8. 0km s物质成分基本相似1,说明在前寒武纪就已经形成了刚性陆, 都属于华北地台形陆壳结构壳4。前人不分槽区和台区曾推断地壳中间层为康腊面康腊德在东阿尔卑斯山地记录的地震,波速在通过康腊间断面时从 增大到6. 4。而整个华北地台区测定的地壳, 6. 1km s6. 7km s中间层(5. 5),也就是说康腊面在华北地台区是不存6. 1kms 地震波速不是上升而是下降的在的 。这是由于康腊把地

7、槽褶皱带地壳层速度结构和地台区地壳层速度结构给混淆了或者,康腊测定的地壳中间层地震波速值不够准确。图 5敖汉 东乌珠穆沁旗地壳结构图1 莫霍面 ;p速度等值线( km s); 3地壳层速度垂向模式2 v图 5 还表明 ,西拉木伦河以北,地震剖面穿过大兴安岭隆起和二连盆地群( 兴蒙古生代地槽褶皱区 ) 。中新生界盖层之下上地壳和中地壳层速度均为下地壳层速度6. 4,6. 2km s ;8. 莫霍面。由层速度可见上地壳和中地壳古生界未变质和浅变质岩层巨厚,可0km s ,8. 1km s,达30km左右,这与费宝生划分的兴蒙古生代地槽褶皱系构造层厚度30基本一致 2。40km中地壳既未见低速层,也

8、未见康腊面 。按照康腊面 () 速度值标准,地槽区康腊面6. 4 - 6. 7km s出现在下地壳与传统观点不一致。下地壳为变基性、超基性岩层,属于早期地幔的产物。其,总体特征为地槽型陆壳结构,是在古生代才由塑性洋壳逐渐转化为刚性陆壳的3。整个兴蒙,古生代地槽褶皱区(包括外蒙古 )7。地壳结构都属于这种类型上述表明 ,西拉木伦河以南属于华北地台型陆壳结构,是在前寒武就已经形成了刚性陆壳;西拉木伦河以北属于兴蒙古生代地槽型陆壳结构是在古生代才由洋壳转化为刚性陆壳,二者的地壳结构形式和物质组成存在着极大的差别4。1. 2. 2 闾阳 秀水河 长春地震剖面北段由图6可见 松辽板块地壳层速度(中新生界

9、盖层之下上地壳层速度6. 1中地,6. 3km s;壳 6. 0 6. 1kms ,为低速层 ; 下地壳 6. 5 7. 9kms ,莫霍面 8. 0kms) 结构与西拉木伦河以南内蒙地轴 、辽东台隆以及整个华北地台地壳速度结构是相同的; 而与西拉木伦河以北古生代地槽区陆壳层速度结构是完全不同的,反映出松辽板块应该是华北地台北缘东段的分裂体。既然松辽板块地壳结构与华北地台完全相同,而与兴蒙古生代地槽区完全不同,那就证明松辽基底构造层不会是由类似于大兴安岭的古生界地层所组成,肯定是由前寒武古老地层所?94?物探与化探21卷图 6秀水河 长春地壳结构图1 vp 速度等值线 ( kms) ; 2 莫

10、霍面 ; 3 地壳层速度垂向模式组成 。也就是说地壳层速度结构证明松辽板块是前寒武就已经形成刚性陆壳的古板块4。,1. 3 松辽板块钻探资料大庆油田钻探开发有余口井钻遇前震旦系变质岩层(An z) 。其中较有代表性的松基, 101井 于深度见到前震旦系变质岩层;岭1井于1285m处见到前震旦系变质岩层;保8井, 1762m于683m处见到前震旦系变质岩层。自南向北分布的保8井 、岭1井和松基1井 正好位于松,辽板块中部 (见图、),显然具有极大的代表性和极其重要的实证价值。联系重 、磁场特征和2 4地震资料解释结果,可以肯定的说,松辽板块在中新生界和部分古生界沉积盖层之下,其基底构造层为前寒武

11、纪老地层所组成。也就是说 钻探资料证明松辽板块为前寒武古板块。,地质 、地球物理资料还表明,大兴安岭以东,西伯利亚和中朝地台东段之间,除松辽前寒武板块之外尚有兴凯 、佳木斯等前寒武块体和延边、朝鲜等古生代褶皱系存在。,早中生代古地磁资料表明西伯利亚和中朝地台东段之间相隔约83000km也就是说中,生代大兴安岭东缘和松辽构造区是敞开着的西太平洋深海环境(图 7) 。怎么会在中生代深海沟区出现前寒武古板块和古生代褶皱系呢? 显然 ,松辽板块、兴凯板块 、佳木斯板块和延边古生代褶皱系等等,是大 、中型移置体 。它们是从内蒙地轴东段、胶辽台隆北段及其北缘的古生代褶皱区分裂出去随着大规模的左旋剪切构造运

12、动漂移到中生代深海沟区的69。,2 东亚中生代地球动力学环境晚古生代末 随着古特提斯蒙古洋的关闭中亚古生代褶皱区形成 。中亚褶皱带有早古生,代缝合带 Pz1 、中古生代缝合带Pz2和晚古生代缝合带 Pz3(图 ) 这是不同地球动力学环境7 9 ,的产物 ,是古生代大洋由洋壳逐渐转化为陆壳的演化结果35。中生代东亚构造区有蒙古 鄂霍茨克中生代缝合带、阿穆尔中生代缝合带等等,是中生,代西太平洋构造环境的产物。东亚中生代构造演化主要为俯冲活动和碰撞活动; 一方面太平洋板块向亚洲大陆东缘之下俯冲;另一方面则是大规模的左旋剪切构造活动和板块漂移运动。所以 ,东亚中生代褶皱区出现了松辽、佳木斯 、兴凯等大

13、 、中型移置体和一系列左旋剪切构造(郯庐 、锡霍特阿林等 ) 69 。恢复中生代东亚古构造格架9,西伯利亚和中朝地台东段之间,一目了然 ,大兴安岭以东原来是敞开着的深海沟环境()。太平洋板块向亚洲大陆东缘之下的俯冲活动,产生了大图 72 期张振法 : 松辽大型移置体和大兴安岭隆起机制探讨?95?规模的左旋剪切构造运动。原来位于内蒙地轴东段和胶辽台隆北段的佳木斯、兴凯和松辽板块等等 随着近南北向的大规模左旋剪切构造运动向北漂移,原来位于中朝地台东南远方的锡,霍特阿林和日本等也随着南北向剪切运动逐渐向北漂移,郯庐等一系列左旋剪切构造系统开始形成6 。图 7东亚早侏罗纪古构造示意图(2亿年)图 8

14、东亚白垩纪古构造示意图(1亿年)1 岩石圈板块俯冲边界岩浆弧 ;1 内陆逆掩构造带 ; 2 古地台 ; 3 前寒武纪板块 ;2 大洋板块和亚洲大陆板块运动方向;4 大洋板块 ;5 缝合带 ;6 剪切带 ;7 深海沟 (俯冲带 ) ;早古生代缝合带Pz1; Pz 中古生代缝合带 ;28 岩浆弧 ; 9 板块运动方向 ; 10 增生褶皱带 ;晚古生代缝合带Pz3; 大兴安岭俯冲带 ;c3c3兴安鄂霍茨克俯冲带 ; 其余图例见图 9c3 蒙古鄂霍茨克俯冲带 ; 其余图例见图 9由图 8 可见 ,白垩纪中期 ,佳木斯 、兴凯和松辽板块等等几乎就要漂移到了现代构造位置,蒙古 鄂霍茨克中生代缝合带和阿尔穆

15、中生代缝合带也已经或正在形成。由于西伯利亚板块与华南板块和印度板块的夹击挤压,中朝地台继续向东被挤出,直到现代构造位置 。由图 7 、图 8 、图 9 可见 , 从早侏罗纪 (2 亿年 ) 到新生代期间, 楔状的中期地台被向东挤出约600 。白垩纪晚期 佳木斯 、兴凯 、松辽古板块和延边等古生代褶皱体等已经漂移到了现代800km,构造位置96。锡霍特阿林和日本等也相继漂移到现代构造位置,由图 8 、图 9 可见 ,西伯利亚和中朝地台东段之间( 大兴安岭以东 ) 为中生代构造区,其间的松辽 、佳木斯等前寒武块体 ,是从内蒙地轴东段和胶辽台隆北段分裂出去,沿着中生代近南北向剪切构造系统漂移到现代构

16、造位置6。既然东亚构造区为中生代褶皱区,怎么还会在中生代褶皱区出现延边、朝鲜等古生代褶皱系呢 ?众所周知,中朝地台北侧有大面积的古生代褶皱系。一是在中朝地台被向东挤出的过程中 ,其北侧的古生代褶皱系也同时被向东迁移; 二是内蒙地轴东段和胶辽台隆北段的分裂体?96?物探与化探21卷图 9 东亚现代构造格架示意图1 古地台 ; 2 前寒武板块 ; 3 增生褶皱带 ; 4 大洋板块和深海盆 ; 5 中新生代岩浆带 ;6 缝合带 ; 7 剪切带 ; 8 深海沟 (俯冲带 ) ; C松辽板块 ; 大兴安岭 ; 佳木斯板块 ; 兴凯板块 ; 小兴安岭 ; 图兰斯克 ; 锡霍特阿林 ; 阿穆尔中生代缝合带

17、; Oc 蒙古鄂霍茨克中生代缝合带; Pz 早古生代缝合带 ; Pz 中古生代缝合带 ; Pz 晚古生代缝合带123(松辽 、佳木斯等 ) 随着近南北向左旋剪切运动向北漂移的同时,其北缘的部分古生代褶皱系也相伴向北漂移。所以在东亚中生代褶皱区不但有前寒武块体( 大 、中型移置体) , 而且还有6郯庐断裂是中生代太平洋板块向亚洲大陆东缘之下俯冲活动所引起的大规模左旋剪切构造运动的产物,所以其形成时间是在晚三叠纪之后 。郯庐断裂的巨大平移错开则应当是在晚侏罗纪末期到白垩纪末期。因为在白垩纪之前, 东亚中生代构造区陆壳尚未形成(图 7、图 8) ,还处在深海环境 9。图 10 是在徐嘉炜先生 “郯庐

18、断裂平移图”的基础上摘要绘制的 。根据地质 、地球物理和钻探资料综合解释结果 ,增绘了松辽前寒武板图 10郯庐断裂带和松辽大型移置体块 ( 大型移置体 ) 构造区 。很清楚 ,原内蒙地轴东段和胶辽台隆北段 ,在中朝地台被向东挤出1 内蒙地轴 ; 2 鲁西 辽北隆起带 ; 3 松辽板块 ; 4 淮阴 辽南地块 ; 5 燕辽台褶带 ; 6 黄骅坳陷 ; 7 山海关隆起带 ; 8 古生代褶皱带 ; 9 平移断裂 (郯庐等 )2 期张振法 : 松辽大型移置体和大兴安岭隆起机制探讨? 97?和太平洋板块向亚洲大陆东缘之下俯冲活动的过程中9,沿着中生代近南北向左旋剪切构造运动,被推移到了现代构造位置形成了

19、大型移置体松辽前寒武板块 。,郯庐左旋剪切构造系统, 在鲁西 辽北隆起区(由太古代组成) 左旋平移幅度巨大( 图10) ,其巨大平移错开可达740km(徐嘉炜 ,1987) 。显然 ,原内蒙地轴东段和胶辽台隆北段分裂体 ,向北漂移到松辽中生代深海沟区,是大规模左旋剪切构造运动的必然结果。3 大兴安岭的形成与崛起按岩石化学特征说,大兴安岭火山岩带与俯冲岩浆活动带相符,属于太平洋型俯冲岩浆活动带 ( 徐公愉)是中生代太平洋板块向大兴安岭古生代褶皱系之下俯冲活动初期阶段的,1983,产物 。当松辽板块在白垩纪漂移到现代构造位置的时候,地球动力学环境发生了变化,大兴安岭俯冲带转化为松辽前寒武板块与蒙古

20、古生代板块的挤压碰撞带6。大兴安岭初期造山作用以热能为主要动力其主要特征是太平洋型俯冲岩浆活动带和火山岩带广泛分布;大兴安岭后,期造山作用以机械能为主要动力其主要特征是硅铝、硅镁质混合型山根巨厚( 大兴安岭的火,山根厚度可达8km 左右 ) 。广泛分布于大兴安岭的火山岩带和花岗岩体分布带, 其走向与松辽块体西缘近于平行,表明这些火山岩带和花岗岩带的形成,既与俯冲活动有关,又与松辽板块向西挤压碰撞有关。从地球物理场特征看:2 到()- 5沿松辽板块西缘,大兴安岭重力梯级带呈北北东向展布,梯度由 0. 5 10mkm?s1-5 ?2且大兴安岭重力梯度带是松辽重力高(0- 5 2 ) 与大兴安岭重力

21、低1 10m km s ,2010m s(- 52显然是两大性质不同板块间的挤压碰撞带和- 60- 120ms ) 之间正负异常过渡带10,断裂带的反映 (图 1、图 2);()松辽板块与大兴安岭之间为正负磁场过渡带,区域磁场零值线基本上呈线状沿大兴2安岭重力梯级带展布(图3、图 ) 。明显是不同性质板块间挤压碰撞带和断裂带的反映;4( 3)沿大兴安岭重力梯级带,莫霍面等深线亦呈北北东向线性展布(从东到西莫霍面等深线由34km变化到)表现为地壳厚度陡变带,显然是不同性质板块间挤压碰撞带和深大42km,断裂带的反映 ;()与大兴安岭重力梯级带和地壳厚度陡变带(深部构造变异带 ) 相对应的均衡重力

22、异常4-52值可达60,地壳中剩余质量大,巨大的均8010ms ,明显为均衡失调区 。均衡补偿过剩衡作用力,使地壳迅速下降、增厚 ,减少超荷负载,以调整地壳内超载的过剩质量。地壳快速下降 ,均衡调整过程加快 ,是活动构造带的表现 。这是由于板块间挤压碰撞带继续活动引起的新构造运动所致 ;( 5) 大兴安岭重力梯级带是强烈的地震活动带,显然是松辽板块与蒙古板块间挤压碰撞活动引起深部构造变异、均衡失调 、新构造活动频繁、能量释放突变的结果 ;( ) 北北东向大兴安岭重力梯级带,在巴林左旗 林西 赤峰 喀喇沁旗段 总体形成一6,个“ ”形弯曲 。与之对应的莫霍面带状等深线亦呈“ ”形弯曲 。这是由于

23、松辽板块向西挤压SS(特别是松辽西南缘 ),内蒙地轴被向东挤出的过程中在松辽板块西南缘 、兴蒙褶皱带东南缘,和内蒙地轴东北端的挤压碰撞三角区遗留下的挤压碰撞活动最突出、最典型的痕迹 。上述地,球物理场特征均表明,白垩纪松辽板块漂移到现代构造位置之后,大兴安岭俯冲带转化为松辽和蒙古板块间的挤压碰撞活动带。由于松辽和蒙古板块挤压碰撞活动逐渐增强,导致第三纪以后大兴安岭山体迅速抬升 。,?98?物探与化探21卷兴安镇附近,兴安期夷平面高程为1200m ,其北部地区为1600m,目前布西期夷平面处于500m高程位置说明古新世之后早期夷平面被抬升近1000m左右 ( 俞建章);新第三纪以来,大,1979

24、兴安岭主脊地区上升幅度达460m ,目前大兴安岭南段山体切割深度大于600m(王振中),1984 ,由此可见大兴安岭快速崛起是在晚第三纪以后。大兴安岭火山岩带雏型形成于中生代太平洋板块向亚洲大陆东缘俯冲活动初期阶段,大兴安岭的迅速崛起却是在晚第三纪以后其迅速抬升的原因则是在强大的近东西向水平挤压,应力场中松辽板块与蒙古板块挤压碰撞活动的结果6。,4 结束语地质 、地球物理和钻探资料证明,松辽和佳木斯等为前寒武古板块。它们是从内蒙地轴东段和胶辽台隆北段分裂出去,沿着中生代近南北向剪切构造系统,向北漂移到现代构造位置的大中型移置体。大兴安岭则是松辽板块与蒙古板块挤压碰撞活动的结果。既然松辽板块等为

25、移置体,那么随之而来的一系列地质问题、构造问题以及矿产的形成和分布规律等等,就需要重新加以认识。因为 ,地质问题 、构造问题和矿产问题等等,无疑都会直接或间接地受松辽板块等等大中型移置体的控制。在本文撰写过程中 ,邵和明 、黄占起 、赵云 、刘士毅 、李超英 、曹汉平 、牛颖智 、何志国等曾提供资料和宝贵意见 ,在此一并致谢 。参考文献1 张振法 ,内蒙中部地壳结构浅论,物探与化探 ,No. 2 ,1990 年。2 费宝生 ,二连盆地构造演化特征及其与油气关系,大地构造与成矿学,No. 2 ,1985 年。3 张振法 ,显生宙蒙古洋地球动力学环境及有关问题探讨,地质科技情报内蒙古,No. 3

26、,1990 年。4 张振法 ,根据深部地球物理资料和古板块构造格架重新厘定槽台界线,内蒙古地质 ,No. 1 - 2 ,1994 年。5 张振法 ,西伯利亚板块和中朝板块间古地球动力学环境及两大板块中段缝合位置,地质科技情报内蒙古,No. 1 ,1993 年。6 张振法 ,内蒙古东部区地壳结构及大兴安岭和松辽大型移置板块中生代构造演化的地球动力学环境,内蒙古地质 ,No. 2 , 1993 年。7 . . . ., -, , No. 2 ,1993.8 MCELhinny M. W , Zhang Z. K, Fragementationof Asia in the Permian Natur

27、e V. 293. P. 212 - 215 , 1981.9. . . , . . , , CCCP, , No. 1 , 1991.A PRELIMINAR Y DISCUSSION ON THE MECHANISM OF SONGLIAO LARGE - SIZE ALLOCHTH ON AND DAHINGGAN LING UPLIFTZhang Zhenfa( No . 1 Institute of Geophysical and Geochemical Exploration of Inner Mongolia , Hohhot 010020)AbstractGeological , geophysic and drilling data show that Songliao basin is a Precambrian paleoplate. Neverthe(下转 90 页)?90?物探与化探21卷图 8河北南宫地区航空电磁电阻率图像1 咸水区域()(14); 3()14 ; 2 半淡水区域 23淡水区23 Key wordsairborne geophysical survey , best fit , gridded.第一作者简介闫永利 ,男 ,1957