孫吳—嘉蔭盆地沾河斷陷構造變形及其對沉積作用的制約

摘要：

為了揭示孫吳—嘉蔭盆地的構造特征、構造變形及其對沉積作用的制約，本文對沾河斷陷的地震剖面進行了精細地質解釋和相應的研究工作。沾河斷陷為孫吳—嘉蔭盆地的一個一級構造單元，自白堊紀開始主要經歷了2個構造變形階段：下白堊統寧遠村組—淘淇河組上段下部沉積時期為NW—SE向伸展作用階段，形成NE向大型犁式正斷層及由其控制的箕狀斷陷，盆地連續接受沉積，斷陷的沉降中心始終位于控陷正斷層上盤靠近斷層的部位，斷陷盆地的規模與沉積范圍隨著控陷斷層規模和斷距的增大逐漸擴展，盆地具有裂谷盆地的性質；下白堊統淘淇河組上段上部—新近系孫吳組沉積時期為NW—SE向擠壓作用階段，形成反轉構造、斷層傳播褶皺和走滑構造。在反轉作用過程中，早期伸展斷陷受到強烈改造，不僅在斷層上盤靠近斷層的部位形成大型反轉背斜，而且使遠離控陷斷層的斷陷緩坡帶發生旋轉式隆升，盆地的沉降中心遷移到盆地中間部位；隨著反轉背斜的隆升速率逐漸大于斷陷緩坡帶的隆升速率，盆地的沉降中心也逐漸向盆地的NW側遷移，盆地絕大部分區域的沉降速率、沉積速率始終大于隆升速率，地層是連續沉積的，不存在沉積間斷。僅在永安村組—魚亮子組沉積時期，反轉背斜帶較高部位的隆升速率大于沉積速率，形成一系列超覆不整合，使永安村組、太平林場組和魚亮子組的部分地層在構造高部位缺失。孫吳—嘉蔭盆地在NW—SE向擠壓作用階段處于活動大陸邊緣的陸內區域，盆地性質應屬于陸內擠壓坳陷盆地。孫吳—嘉蔭盆地與松遼盆地在構造演化方面存在差異，晚期NW—SE向擠壓作用的強度較弱，與擠壓作用相伴沉積的生長地層的厚度遠小于松遼盆地的坳陷層。與松遼盆地相似，孫吳—嘉蔭盆地規模較大的斷陷中白堊系—新近系為一套連續沉積建造。

關鍵詞：構造特征；生長地層；變形期次；沉降中心；沾河斷陷；孫吳—嘉蔭盆地

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20220047

中圖分類號：P54

文獻標志碼：A

收稿日期：2022-02-28

作者簡介：劉希雯（1989—），女，工程師，主要從事基礎地質和工程地質方面的研究，E-mail： 751964119@qq.com

通信作者：劉志宏（1962—），男，教授，博士，博士生導師，主要從事造山帶演化與盆地構造方面的研究，E-mail： liuzhih@jlu.edu.cn

基金項目：中國地質調查局工作項目（1212011085484）；國家自然科學基金項目（41072150）

Supported by the Project of China Geological Survey （1212011085484） and the National Natural Science Foundation of China （41072150）

Structural Deformation of Zhanhe Fault Depression and Its Constrains on Sedimentation in Sunwu-Jiayin Basin，NE China

Liu Xiwen1， Liu Zhihong2， 3， Gao Xiang4

1. Jilin Provincal Water Resources and Hydropower Consultative Company， Changchun 130021， China

2." College of Earth Sciences， Jilin University， Changchun 130061， China

3. Key Laboratory of Mineral Resources in Northeast Asia， Ministry of Natural Resources， Changchun 130061， China

4." Research Institute of Exploration and Development， Daqing Oil Field Company， Ltd. ， PetroChina， Daqing163712， "Heilongjiang， China

Abstract：

The Sunwu-Jiayin basin is a Mesozoic-Cenozoic continental basin which superimposed on the Late Paleozoic orogenic belt between the North China plate and the Siberian plate. In order to reveal the structural characteristics， structural deformation and its constrains on sedimentation in Sunwu-Jiayin basin， this paper has carried out detailed geological interpretation and corresponding research on the seismic profile of Zhanhe fault depression. The Zhanhe fault depression is a first-order structural unit in the Sunwu-Jiayin basin. It has experienced two tectonic deformation stages since the Cretaceous： 1） The NW-SE trending extension occurred during the depositional period of Ningyuancun Formation to the lower strata of the upper member of the Taoqihe Formation of the Lower Cretaceous， forming a large NE-trending listric normal fault and the half-graben. The basin received sediment continuously， and the subsidence center of the fault depression was always located near the fault on the hanging wall of the depression-controlling normal fault. The scale and depositional range of the basin gradually expands with the increase of the scale and offset of the depression-controlling faults， and the basin has the properties of a rift basin. 2） The NW-SE trending compression occurred during the depositional period of the upper strata of the upper member of the Taoqihe Formation of the Lower Cretaceous to Sunwu Formation of Neogene， forming inversion structures， fault-propagation folds and strike-slip structures. The early extensional fault depression was strongly reformed during the inversion process， which not only formed a large-scale inversion anticline near the fault on the hanging wall of the depression-controlling fault， but also caused a rotary uplift of the half-graben gentle slope zone far from the depression-controlling fault. The subsidence center migrated to the middle of the basin. As the uplift rate of the inversion anticline was gradually greater than the uplift rate of the half-graben gentle slope belt， the subsidence center of the basin also gradually migrated to the NW side of the basin. The subsidence rate and deposition rate in most areas of the basin are always higher than the uplift rate. The strata are deposited continuously without depositional discontinuity. The uplift rate of the higher part of the inversion anticline was greater than the deposition rate during the depositional period of Yongancun Formation to Yuliangzi Formation， and a series of overlying unconformities were formed， which made some strata of the Yongancun Formation， Taipinglinchang Formation and Yuliangzi Formation missing at the structural high. The Sunwu-Jiayin basin was located in the intracontinental area of the active continental margin during the NW-SE compression stage， and the properties of the basin should belong to the intracontinental compression-depression basin. There are differences in the tectonic evolution between the Sun Wu-Jiayin basin and the Songliao basin. The intensity of the late NW-SE trending compression is weaker， and the thickness of the growth strata deposited with the compression is much smaller than that of the depression strata in the Songliao basin. Similar to the Songliao basin， the Cretaceous-Neogene in the large-scale fault depression of the Sunwu-Jiayin basin is a set of continuous sedimentary formations.

Key words：

structural characteristics; growth strata; deformation stage; subsidence center; Zhanhe fault depression; Sunwu-Jiayin basin

0 引言

孫吳—嘉蔭盆地位于黑龍江省北部，南鄰小興安嶺，北隔黑龍江與俄羅斯境內的結雅—布列亞盆地相連，前人認為該盆地與南部的松遼盆地和北部的結雅—布列亞盆地具有相似的構造環境和演化歷史［1-5］。孫吳—嘉蔭盆地的絕大部分區域被新生界沉積物所覆蓋，盆地的研究程度很低。20世紀6070年代地質部門開展了1∶200 000區域地質填圖，對盆地及周圍區域的地質特征有了初步了解。自1991年開始，大慶油田陸續開展了重磁勘探和石油地質研究工作，認為孫吳—嘉蔭盆地主要受NE向斷層控制，并根據斷層的發育和基底結構將盆地劃分為孫吳斷陷、茅欄河隆起、沾河斷陷、富饒隆起和嘉蔭斷陷5個一級構造單元（圖1）［2］，2005年大慶油田在重磁解釋的有利區沾河斷陷和嘉蔭斷陷開展了二維地震勘探，對盆地的構造格局有了進一步認識［2］。楊國良等［6］認為孫吳—嘉蔭盆地是一個具有雙層結構的中—新生代火山-沉積盆地，經歷了早白堊世伸展斷陷期（寧遠村組、淘淇河組沉積時期）、晚白堊世坳陷沉降期（永安村組、太平林場組沉積時期）和晚白堊世晚期的盆地反轉期（魚亮子組沉

積時期）3個階段。田夢［3］認為孫吳—嘉蔭盆地經歷了熱隆張裂（三疊紀—早白堊紀）、裂陷（寧遠村組沉積時期）、坳陷（永安村組—太平林場組沉積時

期）、萎縮（烏云組沉積末期和孫吳組沉積末期）4個演化階

段。楊建國等［2］認為孫吳—嘉蔭盆地的形成和演化與松遼盆地頗為相似，大致經歷了前裂陷期（前白堊紀）、斷陷期（寧遠村組沉積時期）、坳陷期（淘淇河組—魚亮子組沉積時期）和萎縮期4個階段。趙學欽等［4］認為中生代以來孫吳—嘉蔭盆地的形成和演化可以劃分為早白堊世斷陷盆地、晚白堊世坳陷盆地和新生代擠壓改造３個重要時期，共經歷了一期伸展事件、兩期擠壓縮短事件和一期壓扭事件。由此可見，盡管各位學者認為孫吳嘉蔭盆地及結雅布列亞盆地的形成和演化與南部的松遼盆地相似［7-11］，但對其構造特征、構造演化的認識卻不盡相同，存在較大差異。本文選擇孫吳—嘉蔭盆地中西部地震勘探程度最高、地震品質最好的沾河斷陷開展精細地震剖面解釋工作，對研究區的構造特征、構造與沉積作用的關系和構造演化等方面提出了與前人不同的看法。

1 區域地質概況

孫吳—嘉蔭盆地是疊置于華北板塊和西伯利亞板塊之間的晚古生代碰撞造山帶之上的中—新生代陸相盆地，具有斷、坳雙重結構。盆地的基底主要由古生界變質巖系和晚古生代花崗巖組成，盆地中主要發育白堊系和新生界，自下而上為下白堊統寧遠村組、淘淇河組，上白堊統永安村組、太平林場組和魚亮子組，古新統烏云組，新近系孫吳組，第四系（表1）。寧遠村組火山巖之上的淘淇河組、永安村組、太平林場組、魚亮子組和烏云組為連續沉積地層，各組之間沒有較大范圍的不整合［1］。寧遠村組是盆地中最下部的火山-沉積建造，主要巖性為流紋質凝灰熔巖、安山玄武巖夾泥巖、粉砂巖。淘淇河組以沖積扇相、扇三角洲相和湖泊相沉積為主，局部夾火山碎屑巖，主要巖性為黃綠色粉中—細砂巖、粉砂巖和泥巖夾薄層礫巖、含礫粗砂巖、火山凝灰巖、泥巖和煤線。永安村組、太平林場組以曲流河相、曲流河三角洲相和湖泊相沉積為主，主要巖性為黑色泥巖、泥質粉砂巖、細粒長石砂巖和油頁巖。魚亮子組和烏云組以辮狀河相 、辮狀河三角洲相和湖泊相沉積為主，主要巖性為砂礫巖、含礫砂巖、泥質粉砂巖、泥巖夾煤層。孫吳組以沖積扇相沉積為主，主要巖性為砂巖、泥巖和砂礫巖。第四系主要為淺黃色黏土、亞黏土，棕黃-褐黃色細砂、粗砂和砂礫石。

2 構造變形及其對沉積作用的控制

沾河斷陷位于孫吳—嘉蔭盆地的中西部，為盆地的一個一級構造單元，主要呈NE向展布（圖1），與松遼盆地具有相似的構造特征，不僅發育伸展構造，而且發育擠壓構造和反轉構造［8， 12-16］。通過二維地震剖面解釋與分析，發現沾河斷陷在下白堊統寧遠村組—淘淇河組上段下部沉積過程中主要由大型犁式正斷層控制的NE向伸展構造樣式，在下白堊統淘淇河組上段上部—新近系孫吳組沉積過程中主要發育呈NE向展布的擠壓構造樣式和反轉構造

樣式，晚期構造活動受早期構造影響較大。

2.1 寧遠村組—淘淇河組上段下部沉積時期沾河斷陷主要受到伸展作用，形成了控陷正斷層組合及由其控制的單斷型箕狀斷陷。在平面上，主要控陷正斷層F1（圖1，2）和同向調節正斷層F11（圖2）都呈NE向分布，反映了沾河斷陷在這一時期主要受到NW—SE向伸展作用。

在地震剖面（圖2）中，沾河斷陷為一個由正斷層F1控制的單斷型箕狀斷陷，斷層F1傾向NW，斷層面上部傾角較大，下部傾角較小，具有典型犁式正斷層的幾何學特征，是一個長期活動的生長斷層，控制了盆地的形成與演化；斷層F11形成較晚且規模較小，對盆地的形成主要起調節作用。在寧遠村組—淘淇河組上段下部（T5—T3-01）沉積時期，控陷正斷層F1下盤沉積厚度相對較小且穩定或沒有沉積；隨著斷層上盤的持續下降，斷層的斷距和規模持續增大，沉積物的厚度和沉積范圍也逐漸增大，盆地中主要沉積了一套陸相碎屑巖建造和雙峰式火山巖建造。在斷層附近沉積物的厚度最大、粒徑最大，遠離斷層處沉積物的厚度、粒徑逐漸減小，盆地的沉降中心自始至終位于控陷正斷層上盤靠近斷層的部位。在遠離控陷正斷層F1的緩坡帶，寧遠村組—淘淇河組上段下部（T5—T3-01）由下至上普遍發育超覆不整合，稍晚形成的沉積地層向緩坡帶逐漸上超（圖2），盆地的規模和沉積范圍隨之增大。寧遠村組—淘淇河組上段下部（T5—T3-01）為伸展作用過程中連續沉積的同構造生長地層［17-18］。其反映了研究區在上述地層沉積過程中一直受到伸展作用控制，斷層上盤處于持續下降狀態，盆地的沉降速率始終大于隆升速率，盆地連續接受沉積；斷陷盆地的規模與沉積范圍也隨著控陷斷層規模和斷距的增大逐漸擴展，其與控陷正斷層共同記錄了沾河斷陷早期的伸展變形過程。

2.2 淘淇河組上段上部—孫吳組沉積時期

沾河斷陷的構造格局發生了重大轉變，早期的控陷正斷層F1發生反轉作用，在其上盤形成大型反轉背斜［19-20］，并且在研究區還形成了NE向小型斷層傳播褶皺，反映了沾河斷陷由早期的NW—SE向伸展作用轉變為這一時期的NW—SE向擠壓作用。

淘淇河組上段上部—孫吳組（T3-01之上）為一套陸相碎屑巖建造，在剖面上呈現“碟形盆地”的特征，此時斷陷的沉降中心由早期靠近控陷斷層的部位轉移到斷陷中間部位，盆地的性質也由斷陷盆地轉化為坳陷盆地。在淘淇河組上段上部（T3-01—T3）沉積過程中，沾河斷陷沉積物的厚度在盆地的中間部位最大，向盆地NW、SE兩側地層的厚度逐漸減小，顯示地層向盆地兩側逐漸上超的沉積特征（圖2）。說明在淘淇河組上段上部沉積過程中早期控陷正斷層F1轉變為逆斷層，發生反轉作用，使該斷層上盤靠近斷層的部位形成反轉背斜而隆升［19-20］；遠離早期控陷斷層F1的斷陷緩坡帶此時也處于隆升狀態，可能與控陷斷層F1在反轉作用過程中深部的逆沖滑移在淺部受阻導致斷層上盤斷陷斜坡帶（相當于大型斷層相關褶皺前翼）的旋轉式隆升有關［21］。由沾河斷陷NW、SE兩側地層的厚度變化可以確定，這一時期斷陷緩坡帶的隆升速率大于反轉背斜的隆升速率，盆地的沉降中心位于盆地的中部偏向反轉背斜一側（即SE側）（圖2）。在永安村組—孫吳組（T3-01以上地層）沉積過程中，沾河斷陷繼承了淘淇河組上段上部沉積時期的構造特征。由于控陷斷層F1的反轉作用，盆地NW、SE兩側繼續隆升；但斷層上盤反轉背斜帶的隆升速率明顯大于遠離控陷斷層的斷陷緩坡帶，斷陷SE側的地層厚度小于NW側；與淘淇河組上段上部（T3-01—T3）沉積時期相比，自永安村組沉積時期開始盆地的沉降中心持續向NW遷移（圖2）。在永安村組—魚亮子組沉積時期，反轉背斜帶較高部位的隆升速率大于此時的沉積速率，導致盆地SE側沉積地層由盆地的沉降中心逐漸向反轉背斜隆升較高區域上超，形成一系列超覆不整合，使永安村組、太平林場組和魚亮子組部分地層在反轉背斜的構造高部位缺失（圖2）；但沾河斷陷絕大部分區域的沉降速率、沉積速率始終大于隆升速率，淘淇河組上段上部—孫吳組（T3-01以上地層）是連續沉積的，不存在沉積間斷。在盆地NW側還發育一由斷層F2控制的小型斷層傳播褶皺［22-23］，斷層F2走向NE、傾向SE，由SE向NW逆沖，上覆背斜NW翼較短、SE翼較長，在變形過程中背斜的隆升速率始終小于沉積速率，一直接受沉積。背斜上部的永安村組—孫吳組在構造高部位沉積較薄，在兩側的向斜部位沉積厚度較大，并且這一特點在永安村組中表現得最為明顯；說明該斷層傳播褶皺自永安村組沉積時期開始形成，一直活動到孫吳組沉積時期。在永安村組沉積時期，該背斜的構造活動比較強烈，隆升幅度較大；在太平林場組、魚亮子組、烏云組和孫吳組沉積時期，該背斜的活動強度逐漸減弱。此外，在沾河斷陷NW側還發育2個規模較小，走向近E-W、傾角近直立的走滑斷層F3、F4，這2個斷層切割了永安村組及其下的地層，并且在靠近斷層的部位永安村組的沉積厚度也受到斷層的影響；說明上述走滑斷層F3、F4是永安村組沉積時期形成的，可能為NW—SE向擠壓作用派生的次級構造。

上述研究表明，淘淇河組上段上部—孫吳組（T3-01以上地層）主要為一套與NW—SE向擠壓作用相伴沉積的生長地層［24-26］，其與反轉構造、斷層傳播褶皺和走滑斷層共同記錄了沾河斷陷晚期的擠壓變形過程。

3 討論

孫吳嘉蔭盆地位于松遼盆地的北部，緊鄰蒙古—鄂霍茨克造山帶東段，但該盆地的形成基本不受蒙古鄂霍茨克造山帶變形作用的影響，因為蒙古鄂霍次克洋東段最終關閉及其兩側地體的碰撞造山活動發生在中晚侏羅世［11， 27-29］。孫吳嘉蔭盆地、松遼盆地及中國東部的其他盆地自白堊紀以來的形成、演化主要與古太平洋板塊俯沖方向、角度和速率的變化有關［7， 10， 30-32］。孫吳嘉蔭盆地自白堊紀開始形成，主要經歷了2個構造變形階段，與松遼盆地存在一定差異［14-16， 33-34］。在早白堊世早期的伸展斷陷期，孫吳—嘉蔭盆地與松遼盆地十分相似，都受到NW—SE向伸展作用，形成一系列NE向伸展斷陷，具有裂谷盆地的特征，盆地中單個斷陷的規模和其中的陸相沉積建造、火山巖建造特征幾乎沒有多大差異，只是松遼盆地的范圍遠大于孫吳嘉蔭盆地，松遼盆地中伸展斷陷的數量更多。孫吳嘉蔭盆地自早白堊世晚期（淘淇河組上段上部沉積時期）開始至新近紀（孫吳組沉積時期）主要受到NW—SE向擠壓作用，而松遼盆地自早白堊世晚期（營城組碎屑巖段沉積時期）開始至新生代（依安組沉積時期），主要經歷了NW—SE向擠壓作用、近NS向離散型走滑作用和近E—W向擠壓作用3個構造演化階段［16］；盡管孫吳嘉蔭盆地與松遼盆地在這一時期構造演化方面存在一定差異，但二者自早白堊世晚期以來主要受到NW—SE向或近E—W向擠壓作用，都具有陸內擠壓坳陷盆地的性質。自晚白堊世四方臺組沉積時期（79.1 Ma）開始，松遼盆地的擠壓構造應力場為近E—W向，而孫吳嘉蔭盆地的擠壓構造應力場為NW—SE向，這一時期應力場在空間上的變化機制目前還不清楚，需要進一步深入研究。與松遼盆地相比，孫吳—嘉蔭盆地受到NW—SE向擠壓作用的強度較弱，單個斷陷（如沾河斷陷）的反轉程度較弱，反轉構造的規模較小，新形成的斷層相關褶皺的規模也較小，盆地周圍由于擠壓作用形成的隆升區域（物源供給區）的隆升幅度也很小，致使盆地中與擠壓作用相伴沉積的生長地層的厚度遠小于松遼盆地的坳陷層厚度。

關于孫吳—嘉蔭盆地中地層的接觸關系，前人也存在不同看法［1， 3， 6］：楊國良［6］認為沾河斷陷中缺失魚亮子組、烏云組；楊建國等［1］認為盆地中各組之間沒有較大范圍的不整合；田夢［3］認為盆地中T3反射界面代表了淘淇河組之上、永安村組（或太平林場組）之下的構造不整合界面，是孫吳—嘉蔭盆地2個演化階段的重要分界面。本次研究發現孫吳—嘉蔭盆地與松遼盆地相似，盡管受到了多期變形作用的疊加改造，但沾河斷陷大部分區域的白堊系—新近系主要為一套連續沉積建造。沾河斷陷中T3反射界面是淘淇河組與永安村組的分界面，不是構造不整合界面，更不是盆地的斷、坳轉化界面。孫吳嘉蔭盆地由早期伸展斷陷盆地轉換為晚期陸內擠壓坳陷盆地發生在淘淇河組上段沉積時期，轉換界面為T3-01。

4 結論

1）孫吳—嘉蔭盆地沾河凹陷自白堊紀開始形成，主要經歷了2個構造變形階段：在下白堊統寧遠村組—淘淇河組上段下部沉積時期為NW—SE向伸展作用階段，形成由NE向大型犁式正斷層及由其控制的箕狀斷陷；在下白堊統淘淇河組上段上部—新近系孫吳組沉積時期為NW—SE向擠壓作用階段，形成反轉構造、斷層傳播褶皺和走滑構造。

2）在下白堊統寧遠村組—淘淇河組上段下部沉積時期的NW—SE向伸展作用過程中，沾河斷陷的沉降中心自始至終位于控陷正斷層上盤靠近斷層的部位，稍晚形成的沉積地層向緩坡帶上超形成超覆不整合，箕狀斷陷的沉降速率和沉積速率始終大于隆升速率，盆地連續接受沉積，斷陷盆地的規模與沉積范圍也隨著控陷斷層規模和斷距的增大逐漸向外擴展，盆地具有裂谷盆地的性質。

3）在下白堊統淘淇河組上段上部—新近系孫吳組沉積時期的NW—SE向擠壓作用過程中，沾河斷陷中早期的伸展構造發生反轉作用。不僅使早期控陷正斷層發生逆沖作用，在斷層上盤靠近斷層的部位形成大型反轉背斜；而且使遠離控陷斷層的斷陷緩坡帶發生旋轉式隆升，盆地的沉降中心由早期伸展作用時期靠近控陷斷層附近遷移到盆地的中間部位。隨著反轉背斜的隆升速率逐漸大于斷陷緩坡帶的隆升速率，盆地的沉降中心也由盆地的中間部位逐漸向盆地的NW側遷移。盆地絕大部分區域的沉降速率和沉積速率始終大于隆升速率，地層是連續沉積的，不存在沉積間斷；僅在永安村組—魚亮子組沉積時期，反轉背斜帶較高部位的隆升速率大于的沉積速率，形成一系列超覆不整合，使永安村組、太平林場組和魚亮子組的部分地層在構造高部位缺失。孫吳嘉蔭盆地在這次擠壓作用過程中處于活動大陸邊緣的陸內區域，盆地性質應屬于陸內擠壓坳陷盆地。

4）孫吳—嘉蔭盆地與松遼盆地在構造演化方面存在差異，晚期NW—SE向擠壓作用的強度較弱，與擠壓作用相伴沉積的生長地層的厚度遠小于松遼盆地的坳陷層。與松遼盆地相似，孫吳嘉蔭盆地規模較大的斷陷中白堊系—新近系為一套連續沉積建造。

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