吉林東部中新生代盆地群受斷裂帶的控制作用及其形成與演化

高寧寧，單玄龍

1.甘肅有色冶金職業技術學院，甘肅 金昌 737100；2.吉林大學 地球科學學院，吉林 長春 130000

0 引言

吉林東部中新生代陸相盆地分布廣泛、數量眾多，這類盆地以中、小型盆地為主[1]，其在地層分布特征、構造演化和盆地形成上有很大的相似性，隨著新一輪地質填圖和礦產資源普查的開展，對吉林省東部中新生代盆地開展了大規模的基礎地質調查和石油地質勘探，但由于這些中、新生界地層分布連續性差，且受火山作用影響，給地層橫向對比和盆地形成和構造演化研究造成了較大困難，目前缺少對中新生代盆地群成盆與演化模式的系統性研究。因此，對吉林東部斷裂系統對盆地地層分布特征、盆地形成和演化的控制和改造作用的系統研究，不僅能針對性的系統分析區內盆地群的成盆和構造演化過程，建立吉林東部盆地群的演化模式，還對指導油氣勘探開發具有重要意義。

1 盆地分布與地層發育特征

1.1 盆地分布規律

吉林東部中、新生代盆地眾多，新生代盆地包括輝樺盆地和琿春盆地，其余為中生代盆地，面積為1.493萬平方千米，其中，集安盆地、馬鞍山盆地、長白盆地、撫松盆地、松江盆地、延吉盆地、地蔭溝盆地、羅子溝盆地沿鴨綠江斷裂帶呈串珠狀斷續分布；通化盆地、柳河盆地、輝樺盆地、永吉盆地、蛟河盆地、敦化盆地、春陽盆地沿敦—密斷裂帶呈北東東向展布；平崗—遼源盆地、葉赫盆地、伊通盆地、雙陽盆地、上河灣盆地沿佳—伊斷裂斷裂帶呈串珠狀斷續分布，從這些盆地的分布特征來看，其受吉林東部巖石圈深大斷裂帶控制明顯(圖1)。其中面積大于1 000平方千米有6個，為撫松盆地、輝樺盆地、平崗—遼源盆地、通化盆地、柳河盆地、集安盆地；大于200平方千米的16個。

圖1 吉林東部盆地構造劃分及盆地分布圖

1.2 地層分布特征及其受斷裂帶的控制作用

根據吉林東部中、新生代盆地地層的填充序列、盆地構造和區域動力學背景等資料，對區域地層分布特征進行分析和對比，并結合前人的認識，將吉林東部地區劃化為3個小區：吉中、吉南、延邊小區，分別以敦密斷裂和赤峰—開源斷裂為界(圖1)，區內的盆地由于所處的大地構造位置不同，形成和演化的時期不同，因而具有不同的沉積特征。

全區范圍內三疊系地層分布較少，吉南地區和延邊地區只發育上三疊統，下侏羅統和上侏羅統幾乎被剝蝕殆盡，中侏羅統僅在部分盆地有分布；下白堊統地層在全區內均有分布，上白堊統在延邊小區廣泛分布，在其他小區剝蝕嚴重；古近系在區內普遍缺失，新近系在吉南地區和延邊地區廣泛分布，吉中地區僅在永吉盆地有出露(圖2)。

圖2 吉林東部盆地中新生代地層對比圖[2]

整個吉林東部地區在佳—伊斷裂附近盆地下白堊統地層發育較全，登婁庫組沉積時期的地層普遍缺失[3]，說明在登婁庫組沉積前發生過普遍的伸展或裂陷作用[4]。佳—伊斷裂在古近紀發生右旋走滑斷陷作用，形成了伊通地塹，而其附近的永吉、雙陽、上河灣、遼源盆地與其類似，沉積了古近系地層，其他盆地未有古近系沉積[5]。

敦—密斷裂附近盆地三疊系普遍缺失，侏羅系僅有中統侯家屯組(帽兒山組)、且廣泛分布，下白堊統廣泛沉積，近三棵榆樹(登婁庫組)普遍有缺失，可見其地層沉積過程與佳—伊斷裂類似，早白堊世均經歷了伸展—短暫擠壓—伸展的過程，不同的是中侏羅世敦—密斷裂的活動產生普遍構造沉降。

鴨綠江斷裂附近盆地中、新生界地層分布較為特殊，上三疊統長白組和小河口組普遍沉積，侏羅系普遍缺失，下白堊統僅有集安盆地地層序列較全、其他盆地均為斷續沉積。這與鴨綠江斷裂的演化密切相關，鴨綠江斷裂的活動比佳—伊和敦—密斷裂早，經歷壓性作用的時間較多，使中、新生界地層缺失較多。

通過對地層的發育特征和對地層發育與斷裂的關系的分析，可見吉林東部鴨綠江斷裂帶、佳—伊斷裂帶與敦—密斷裂帶控制著斷裂帶內及兩側的中生代沉積建造與巖漿巖分布，并對區內中新生代盆地的形成和演化具有明顯的控制作用。

2 斷裂系統對盆地形成和構造演化的控制作用

2.1 鴨綠江斷裂帶改造型盆地的形成

鴨綠江斷裂可能發生于海西—印支期構造旋回時期，斷裂北段控制海西晚期和印支早期的基性-超基性巖巖體群。鴨綠江斷裂自侏羅紀至第四紀主要經歷壓扭—張性—壓性三個階段，侏羅紀—白堊紀受北西—南東向的拉張作用，白堊紀末復又壓剪性質。因此鴨綠江斷裂為一個多旋回多期運動斷裂，對松江、撫松、集安、長白盆地的形成和改造有重要影響。

鴨綠江斷裂在晚侏羅世—早白堊世經歷擠壓造山—走滑拉分—初始張裂的過程，由于太平洋伊澤奈崎板塊高速、低角度斜向俯沖，該時期仍以擠壓造山作用和左行剪切為主，形成中生代的斷陷盆地，在擠壓造山作用的間歇或松弛階段，處于相對拉張構造環境下，中侏羅世晚期開始了北東向的裂陷作用，并被東西向構造切割[6]。燕山運動第二幕造成歐亞板塊東緣處于擠壓應力場狀態之下，沿鴨綠江斷裂形成的登婁庫組之前的原型盆地隆升剝蝕并受到沿鴨綠江斷裂的一系列逆沖作用而分割成改造型盆地。

結合吉林油田對CEMP5剖面的地質解釋，認為撫松盆地及周邊大部分地區為新生界玄武巖和侏羅—白堊系地層，其下推測有古生界海相地層分布，厚度變化較大，0.5～3 km不等，元古代下部為變質巖，上部為海相碳酸鹽巖地層。CEMP5測線中可見中生界和古生界地層連續分布，為后期斷層切割，推測為鴨綠江斷裂在后期活動中形成次生斷裂作用的結果；斷裂切割盆地基地的太古界、元古界地層，地表出露太古界變質巖和燕山期花崗巖侵入體，推測為受次生斷裂逆沖推覆作用抬升至地表，并接受后期侵蝕的結果。因此，該地區具明顯的原型盆地遭受后期斷裂系統改造的痕跡(圖3)。

圖3 撫松盆地橫切鴨綠江斷裂帶CEMP5二維地震測線及地質解釋剖面圖(位置見圖1)(據吉林油田修改)

現今的集安盆地受鴨綠江斷裂及次級斷裂的逆沖作用而分割成四個小的盆地，疊瓦逆沖構造非常發育；松江盆地西部發育北東向逆沖斷層，為該盆地的控盆斷裂；長白盆地推測為在三疊紀之后，鴨綠江斷裂北西向地層推覆到長白盆地之上，形成地形隆起。沿鴨綠江斷裂分布的盆地在燕山運動第二幕普遍抬升至地表遭受剝蝕。

古近紀開始，太平洋板塊向東亞大陸邊緣低速正向俯沖導致鴨綠江斷裂復又拉張，但拉張程度差，地表形跡不明顯，控盆作用微弱，此時期僅在其北段發育有琿春盆地琿春組含煤層系，琿春盆地呈橢圓形，受東南緣北東向斷層控制，盆地南部地層沉積較厚，最近研究證明，其本質為一個坳陷型盆地，形成機制與鴨綠江斷裂帶晚期活動關系較小。由此也反映出此期鴨綠江斷裂的活動對其附近盆地改造作用較小。

新近紀到更新紀期間，此區以侵蝕作用為主，使某些地區變丘陵和高原。中新世曾有中性巖漿沿裂隙侵入。玄武巖被剝蝕，老松花江開始形成。喜山運動第二幕，區域內構造活動仍較強烈，形成了斷裂，與斷裂相伴發生了大規模的玄武巖噴發[7]。

2.2 佳—伊斷裂帶與敦—密斷裂帶改造型盆地的形成

燕山運動第一幕以后，佳伊斷裂和敦密斷裂左旋走滑、張扭，地殼活動以斷陷為主，形成一系列小型山間盆地，總體展布北東向(如輝樺、柳河、通化、蛟河)，但個體盆地的方向則北西向(如謂津，遼源)、近南北向(如雙陽)，以含煤火山碎屑建造為主。LH01測線可見柳河盆地和通化盆地的兩個凹陷中生界原為連續分布，后期被逆沖推覆構造所分隔，形成兩個盆地(圖4)。

圖4 柳河—通化盆地橫切敦密斷裂帶LH01電法測線地質解釋剖面(位置見圖1)(據吉林油田)

早白堊世末期，佳伊斷裂和敦密斷裂逐漸轉變為右旋壓扭，地殼運動形成大的區域性隆起，燕山運動第二幕再次造成吉林東部整體抬升，斷裂活動，原型盆地完全遭受破壞，部分盆地小型斷陷發育，沉積少量干旱條件下發育的砂礫巖。從此各盆地進入獨立發展階段。

古近紀開始，太平洋板塊向東亞大陸邊緣低速正向俯沖，佳伊、敦密斷裂開始右旋走滑拉張形成地塹盆地[8]，位居吉東山區中部的敦密斷裂帶其地表形跡清晰可見，帶內從南到北一次控制了梅河口、樺甸、敦化、額穆等盆地的演化過程。吉林東部山區最西側的佳伊斷裂控制的伊通盆地，最寬達20 km，總長約300 km，基底最大埋深約5 900 m，為新生代盆地之首。伊通盆地附近的上河灣盆地、永吉盆地、平崗盆地在此時期也沉積了巨厚的古近系沉積。

新近紀之后，玄武巖噴溢作用較強，其強度由西到東增加，佳伊斷裂帶多為中心式噴發和廣泛的溢流，將部分中生代盆地掩蓋其下，全區大面積的玄武巖蓋主要分布在敦密斷裂以東，巖蓋厚度10～150 m。

3 在巖石圈斷裂作用下盆地群的形成與演化

通過晚白堊世以來的構造演化可以看出，吉林東部中新生代盆地是在原型盆地的基礎上經過伸展或擠壓作用、在斷裂系統的控制作用下陸續形成的，某些盆地是在相同構造活動基礎上形成的，具有相似的沉積和構造特征。吉林東部盆地群的成盆與構造演化過程經歷了盆地基底改造階段、佳伊和敦密控盆斷裂形成階段、白堊系斷陷盆地形成階段、晚白堊世抬升剝蝕階段、走滑裂陷及新生代盆地形成階段和玄武巖噴發及抬升剝蝕階段6個演化階段(圖5)。

圖5 吉林東部巖石圈斷裂對盆地形成和改造的控制作用及盆地群的演化階段

3.1 盆地基底改造階段

印支期是不列因—佳木斯地塊、華北古板塊、揚子—華南古板塊三者相繼碰撞、拼合構成古東亞大陸主體的時期，這種拼合運動造成三疊紀的沉積間斷。燕山運動早、中期是我國東部南北碰撞機制向太平洋構造域運動方式轉換過渡的時期，南北部的陸相沉積開始早晚有差別，南部陸相沉積自早三疊世開始，而北部三疊紀為海陸交互沉積，侏羅紀開始才過渡為陸相沉積。鴨綠江斷裂在三疊紀之前就已經形成，控制海西晚期和印支早期的基性-超基性巖巖體群。

3.2 佳伊、敦密控盆斷裂形成階段(J22—J3)

中晚侏羅世，受太平洋伊澤奈崎板塊向NNW向加速俯沖的影響，形成近東西—北東東向的佳伊、敦密控盆斷裂帶，在吉林南部開始發育柳河、撫松等盆地，盆地的形成與分布方向依然后前期造山帶構造及其深斷裂的控制，主體方向為近東西或近北東東向，侏羅紀盆地主要為斷陷盆地，屬伸展盆地性質，區域伸展方向為北北西—南南東[9]。

3.3 白堊系斷陷盆地形成階段(J3末—K1)

晚侏羅世—早白堊世由于太平洋庫拉板塊以北北西向運動并向古亞洲大陸下俯沖消減，導致了異常地幔侵殼和區域反扭作用的加強，在薄殼作用強烈地帶形成了地塹系，在厚殼作用強烈地帶形成了一系列沖斷后效型斷陷盆地[10]。受依舒和敦密兩條大型走滑斷裂帶的反扭作用影響，出現了一系列剪切擴張型斷陷盆地[11]，研究區的大部分盆地在此階段形成。

3.4 抬升剝蝕階段(K2)

早白堊世末期，太平洋板塊近直角俯沖于東亞大陸邊緣之下，佳伊斷裂和敦密斷裂逐漸轉變為右旋壓扭，地殼運動形成大的區域性隆起與坳陷，晚白堊紀吉林東部整體上為抬升剝蝕狀態，僅在西拉木倫河縫合帶以北、敦密斷裂以東的延吉地區，受敦密斷裂走滑作用的影響，向南西方向大力擠壓，以及巖石圈熱收縮的影響而形成坳陷，較大的下白堊統湖湘沉積形成于此，如延吉盆地、松江盆地、羅子溝盆地等。燕山運動第二幕再次造成吉林東部整體抬升，斷裂活動，原型盆地完全遭受破壞，部分盆地小型斷陷發育，沉積少量干旱條件下發育的砂礫巖。從此各盆地進入獨立發展階段。

3.5 走滑裂陷及新生代盆地形成階段(E)

新生代開始太平洋板塊向東亞大陸邊緣低速正向俯沖，吉林東部地區轉化為非造山環境下的拉張環境，進入新生代陸內裂陷期，受同生坳陷及北東向斷裂的復合作用，形成北東向狹長斷陷。佳伊斷裂和敦密斷裂在古近紀發生右旋走滑斷陷作用，形成了伊通地塹，而其附近的永吉、雙陽、上河灣、遼源盆地與其類似，沉積了古近系地層。

3.6 玄武巖噴發及抬升剝蝕階段(N—Q)

新近紀喜山運動大量玄武巖噴發，覆蓋了部分地層，更新紀以來，此區以侵蝕作用為主，使某些地區變為丘陵和高原，區內盆地群再次遭受改造，造就了各盆地現今的地貌特征。(圖5)

4 結論

(1)吉林東部具明顯的原型盆地遭受后期斷裂系統改造作用的痕跡，鴨綠江斷裂帶、佳—伊斷裂帶與敦—密斷裂帶控制著斷裂帶內及兩側的中生代沉積建造與巖漿巖分布，并對區內中新生代盆地群的形成和演化具有明顯的控制作用。

(2)吉林東部盆地群的成盆與構造演化過程經歷了盆地基底改造階段(T—J21)、佳伊和敦密控盆斷裂形成階段(J22—J3)、白堊系斷陷盆地形成階段(J3末—K1)、抬升剝蝕階段(K2)、走滑裂陷及新生代盆地形成階段(E)和玄武巖噴發及抬升剝蝕階段(N—Q)6個演化階段。