内蒙古东部漠河盆地构造特征及演化

内蒙古东部漠河盆地构造特征及演化

1地质构造特征及地质意义莫河盆地位于黑龙江省西北部，行政单位为莫河市和塔河市。坐标为北纬12130126，北纬5254。盆地以西为蒙古，东至黑龙江省。大地构造上归属蒙古—鄂霍茨克褶皱带中的额尔古纳微板块(图1)。该微板块是中国东北拼贴板块的一部分(谢鸣谦,2000),其北、西与西伯利亚板块相邻,东与布烈雅微板块相接,南与大兴安岭北端相接,处于西伯利亚板块和中国东北拼贴板块碰撞缝合的部位。在现今大地构造上,特别是在东北亚大地构造演化上占有重要的地位。本文研究范围仅限于中国境内部分的漠河盆地(图1)。对研究区地层层序、构造特征的研究,始于20世纪80年代,前人依据露头资料,从野外地质普查角度做了有意义的研究(黑龙江省地质矿产局,1988);20世纪90年代以来,运用煤田地质基本原理对沉积地层、构造特征进行了进一步的分析(毛建民等,1996);近年来,结合东北亚大地构造演化史又对其构造演化进行初步研究(谢鸣谦,2000;任建业等,2000)。综合上述及已有研究成果(鲁金伟等,1992;曹熹等,1994;毛建民等,1996;王骏等,1997;李锦铁等,1999;谢鸣谦,2000;任建业等,2000),中国东北及邻区大地构造演化历史可概括为三个阶段:(1)寒武纪至二叠纪众多微板块分离到聚合的过程;(2)早、中三叠世中国东北拼贴板块与西伯利亚板块拼贴的过程;(3)晚三叠世至晚白垩世中国东北拼贴板块与西伯利亚板块之间的蒙古—鄂霍茨克洋张开到闭合的过程。上述成果对研究本区地层层序、构造特征及成盆演化有着重要作用,但就其研究的系统性、全面性尚嫌不足。本文以野外地层露头、二维地震测线、重磁资料、少量地质探井和煤田钻井为基础,对研究区的地层层序、构造特征、构造单元和盆地演化过程等进行了较为系统研究,这对该区中生界油气勘探有着重要的理论和现实意义。2中下奥尔河盆地漠河盆地基底为三叠纪结晶变质岩和前寒武纪花岗岩(毛建民等,1996)。盖层为中、晚侏罗世陆相湖泊沉积岩及晚侏罗世和白垩纪火山岩,上覆新生界砾石及砂砾互层沉积岩(图2)。侏罗系自下而上划分为绣峰组、二十二站组、额木尔河组、开库康组和塔木兰沟组,其层序、岩性和接触关系见表1。各组主要沉积特征为:绣峰组下部为岩屑填隙崩裂岩、残积岩块岩和风化壳型粘土岩;中部主要由一套成熟度很低的岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩组成,发育槽状层理,夹薄层粉、细砂岩和煤线;上部由一二十二站组以长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩夹粉、细砂岩、粉砂质泥岩和煤线沉积为特征。额木尔河组主要由灰黑、黑色中粗粒、中细粒岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩、粉细砂岩、泥岩夹杂色砾岩及煤层组成。开库康组以灰、灰白、灰黄色砾岩、砂砾岩和细砂岩沉积为主。塔木兰沟组位于侏罗系顶部,与下伏开库康组呈平行不整合接触,与上覆下白垩统上库力组成角度不整合接触。岩性由黑紫、紫红、紫褐、紫灰、深灰色玄武岩、杏仁状玄武岩类组成,底部沉积细砾岩和玄武质含砾晶屑岩屑凝灰岩。漠河盆地的白垩系由火山岩夹晶屑凝灰质砂岩组成,自下而上分为下白垩统上库力组和上白垩统伊列克得组,两者之间为平行不整合接触(表1);与下伏侏罗系成角度不整合接触;与上覆新生界呈整合接触。新生界由黄褐色巨砾岩层、砾石层夹粘土层和细砂岩组成。综上所述,漠河盆地盖层的下部是侏罗系陆相煤系地层,上部是白垩系火山岩地层,岩性上具有典型的二元结构特点。3区域地质构造及构造单元漠河盆地发育逆掩断层、走滑断层和张性正断层,走向有北东向、北西向、北东东向、南北向和东西向5组。南北向和东西向断裂数量少,但规模大,一般深切基底,控制盆地的构造格局及火山岩分布(图2)。如F16断裂不仅控制盆地南部边界还控制该地区的火山岩分布;F13、F14和F15断裂控制盆地中部的构造格局并控制塔木兰沟组、上库力组和伊列克得组火山岩分布;F17和F20断裂控制盆地东部二十二站一带的二级构造单元,使该区仅沉积了绣峰组地层,形成一个走向近东西的基底隆起带。北东向断裂主要分布在盆地东部和西部,其中F12,F19,F21为三条深切基底的大型左旋走滑断裂,F21断裂控制盆地东部边界,F12和F19断裂分别控制盆地西部上库力组和东部伊列克得组火山岩分布,其余为小型盖层断裂。北西向断裂不发育,只在盆地中部和东部零星分布。北东东向断裂主要是逆掩断层,分布在盆地西部老沟、北极村、北红、乌苏里、二十七站、二十五站、漠河、门都里一带,形成一个逆冲推覆构造带,带内发育9条逆掩断层,其中F9最长,其南起漠河镇北达黑龙江,延伸长度近100km,各相邻逆掩断层相互合并分叉使断裂带复杂化,分析带内各逆掩断层的发育特征、岩石的变质变形程度,得知该逆冲推覆构造带具有明显的分带性,即由北西向南东沿着北极村—老沟—漠河一线可分为根部带—中部带—前锋带,形成一个完整的逆冲推覆构造带。4长各站、海表深断裂分布漠河盆地火山岩主要分布在中部和东南部(图2),约占盆地总面积的1/3。根据火山岩平面分布特征可划分5个火山岩带。即:二十八站—二十七站火山岩带、二十五站—马伦火山岩带、长缨—二十五站火山岩带、图强—盘古—蒙克山火山岩带和二十一站—蒙克山火山岩带。其中二十八站—二十七站火山岩带、长缨—二十五站火山岩带和二十一站—蒙克山火山岩带呈北东向平行分布,其余两个火山岩带呈东西向平行分布。长缨—二十五站火山岩带的南端和北端分别与图强—盘古—蒙克山火山岩带及二十五站—马伦火山岩带相交于长缨和二十五站,二十一站—蒙克山火山岩带与图强—盘古—蒙克山火山岩带相交于蒙克山,在这三个交汇点处是火山的活动中心,火山作用最强烈,远离交汇点火山活动减弱,火山岩的出露明显减少。火山岩带的分布受控于各大断裂,并与相关大断裂的走向基本一致,长缨—二十五站火山岩带受F13,F14和F15断裂控制,二十八站—二十七站火山岩带受F12断裂的北延部分控制,二十一站—蒙克山火山岩带受F19断裂控制,图强—盘古—蒙克山火山岩带受F16和F18断裂控制,二十五站—马伦火山岩带受F22断裂控制。根据火山活动方式、岩石组合及火山喷发期次划分出3个旋回(邵济安等,1999):(1)晚侏罗世晚期的塔木兰沟旋回,主要为玄武岩、安山玄武岩类,作用方式以裂隙式溢出为主;(2)早白垩世的上库力旋回,主要为流纹岩、英安岩及火山碎屑,作用方式以中心爆发式为主;(3)晚白垩世的伊列克得旋回,主要为橄榄玄武岩,作用方式以裂隙式溢出为主。3期火山岩均具有双峰式岩石组合,属于钙碱性偏碱性系列(邵济安等,1999)。因此,漠河盆地晚侏罗世晚期—晚白垩世盆地中部和东南部处于伸展拉张环境。5构造单元划分根据漠河盆地基底形态特征、断裂特征、火山岩和沉积岩发育特征,将其划分出5个一级构造单元。由西向东依次为:洛古河坳陷,额木尔河推覆带,阿木尔坳陷,二十二站隆起和腰站坳陷(图3)。5.1罗古河坍塌洛古河坳陷位于盆地西部,部分在蒙古国境内,形态近似圆形,是最小的一个构造单元。5.2推覆带区域地质背景该带位于盆地西部,是最大的构造单元。西与洛古河坳陷相接,东与阿木尔坳陷相邻,东西长近100km,宽约70km。盖层为侏罗纪的煤系地层,从东南向西北依次出露绣峰组、二十二站组、额木尔河组,时代由老逐渐变新(图4),基底最大埋藏深度6000m。额木尔河推覆带的特点是越接近黑龙江岩石变质变形越强烈,特别在北极村一带,岩石变质变形最为强烈,而由北西向南东沿着北极村—老沟—漠河一线其变质变形程度递减。因此,根据岩石变质、变形特征划分出韧性剪切带、脆-韧性剪切带和脆性剪切带,并由此进一步划分出根部带、中部带、前锋带和前陆带。F9断裂以东为前陆带;F9与F7或F5断裂之间为前锋带;F7或F5与F2断裂之间为中部带;F2断裂到北极村为根部带。总体推覆方向为北西向南东,根据平衡剖面研究结果地层缩短量在64km以上,推覆时间发生在晚侏罗世早期,因该带整体缺少额木尔河组后期的火山岩地层。带内发育9条逆掩断层,走向为北东东,F9断裂在中部呈现向东突出的弧形,其南起漠河镇北达黑龙江,延伸长度近100km,是最长的一条逆掩断层。各断层的滑脱面均沿着泥岩层或煤层发育,倾角一般不超过30°,且向地层深处有变小的趋势(图4)。5.3构造单元及构造意义该坳陷位于盆地的中部(图3),总体走向为北东向,主要以晚侏罗世塔木兰沟组与下伏地层的不整合接触线为边界,四周被盆地边界和断裂所控制,区内地层发育较完整,包括侏罗系和白垩系。根据盖层分布和基底形态分为两个二级构造单元,即:图强凹陷和长缨断陷。图强凹陷沉积了白垩系和下伏侏罗系,基底埋深一般不超过3000m;长缨断陷大部分沉积了侏罗系,只在北部二十五站至马伦一线发育白垩系,基底埋深达8000m。阿木尔坳陷普遍发育了晚侏罗世至白垩纪火山岩。表明该坳陷是在晚侏罗世盆地遭受挤压西部形成逆冲推覆构造之后伸展拉张环境下形成的火山盆地。5.4东南角缘成岩带该坳陷位于盆地的东部(图3),基底埋深3000～4000m,总体走向北东。二十一站—蒙克山火山岩带位于坳陷西南部,在东南部依西肯—二十站—二十一站一带地层北倾,并由南向北依次沉积了侏罗系绣峰组、二十二站组和额木尔河组,缺少晚侏罗世和白垩纪火山岩沉积(参见图2)。因此,腰站坳陷可进一步划分为两个二级构造单元,即:蒙克山凹陷和依西肯单斜。5.5侏罗系绣峰组—二十二站隆起二十二站隆起位于阿木尔坳陷和腰站坳陷之间,走向北东东,四周以侏罗系绣峰组与上覆地层的不整合接触线及F20,F17断裂为界,基底埋深1000～2000m,区内大部分出露绣峰组,只在二十二站以北有小面积侏罗系二十二站组和额木尔河组出露。6中、晚侏罗世盆地形成演变寒武纪末,额尔古纳及周边微板块从西伯利亚板块分离出来,其间被浩瀚的古大洋隔开。早二叠世中国东北各微板块,包括额尔古纳微板块、佳木斯微板块、松辽微板块、伊勒呼里微板块、托托尚微板块等相互聚合、拼贴,形成一个完整的东北拼贴板块。三叠纪初该拼贴板块与西伯利亚板块拼接形成统一的大陆,三叠纪中、晚期两大板块再次分离(图5a),其间形成蒙古-鄂霍茨克洋,该大洋由西向东呈喇叭口状敞开,并与太平洋连通(谢鸣谦,2000),在此大地构造背景下,漠河盆地进入了自身的形成演化阶段。漠河盆地的演化总体分为原型盆地形成阶段、挤压回返阶段、火山断陷盆地形成阶段和抬升萎缩4个阶段(图5)。早、中侏罗世,蒙古—鄂霍茨克洋开始由西向东关闭,洋壳向中国东北拼贴板块下俯冲,使额尔古纳微板块发生张裂、形成弧后断陷盆地(图5b),盆地开始接受沉积。此时,因地势差异较大,形成山麓冲积—洪积扇体系,沉积了以巨砾、粗砾为主的绣峰组,沿断裂还有微弱的火山活动和岩浆侵入。晚侏罗世早期,盆地经历了坳陷和萎缩阶段(图5c),水体由加深、扩大到逐渐变浅、湖面缩小。此时形成了二十二站组和额木尔河组湖相中细粒碎屑岩,及具有湖沼相含重要煤层的细碎屑夹粗碎屑沉积,最大沉积厚度超过6000m。其中在二十二站—盘古一带接受了绣峰组沉积之后发生局部隆起,而未沉积二十二站组和额木尔河组,说明当时盆地各断块间地形差异较大。晚侏罗世中期,蒙古—鄂霍茨克洋逐渐向东封闭,西伯利亚板块与中国东北拼贴板块碰撞后进一步挤压,使盆地褶皱抬升回返,形成蒙古—鄂霍茨克褶皱带。同时,由于太平洋库拉板块向北北西挤压与西伯利亚板块向南挤压共同作用,使该区产生左旋压扭性应力场(许浚远,1997),在盆地的西部这一应力场表现为北西—南东向的强烈挤压,至使岩石强烈变质岩层变形,并形成多条北东东走向相互合并分叉的逆掩断层(图5d,图2)。晚侏罗世晚期至晚白垩纪,漠河盆地进入西太平洋构造域演化阶段,由于太平洋板块向西俯冲加剧(王瑜,1996;任建业等,2000),弧后扩张作用在漠河盆地形成拉张环境,使盆地中部和西部地壳裂陷导致岩浆上涌,先后发生了三期大规模的火山喷发,沿着盆地内大型断裂发育了5个火山岩带,形成了上侏罗统塔木兰沟组中基性火山岩、白垩系上库力组中酸性火山岩和伊列克得组基性火山岩,并在该区形成火山断陷盆地(图5e),断陷最大深度达8000m。白垩世末至第三纪,地壳整体抬升,盆地干涸,广泛遭受剥蚀(王锡魁等,1994)。第四纪时期,构造运动大部分改变了中生代的地貌形态,形成了现代的山地轮廓。7断裂发育模式研究区漠河盆地的盖层由侏罗系陆相煤系地层和白垩系火山岩地层组成,具有典型的二元结构特点。盆地断裂类型多,断层走向复杂,其中北东向、南北向和东西向发育大型深切基底的张性和左旋走滑断裂,控制着盆地边界和火山岩分布,北东东向主要发育逆掩断层