松辽盆地构造演化与中国东部构造体制转换

６１　３　地质论评　ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬ　ＲＥＶＩＥＷ　Ｖｏ１．５６　Ｎｏ．２Ｍａｒ．　２０１　０　松辽盆地构造演化与中国东部构造体制转换　葛荣峰，张庆龙，王良书，解国爱，徐士银，陈娟，王锡勇　南京大学地球科学与工程学院，南京，２１００９３　

内容提要：本文综合应用盆地构造解析、平衡地质剖面恢复、构造物理模拟等方法，探讨了松辽盆地构造演化及　其地球动力学背景。松辽盆地基底是前侏罗纪古亚洲洋构造域众多微板块、地体拼贴形成的复合陆块。中一晚侏　罗世，盆地基底受到郯（城）一庐（江）断裂系北段大规模左旋走滑活动的强烈改造，派生ＮＮＥ、ＮＮＷ和近ＮＳ向次级　断裂，控制了基底构造格局、断陷盆地分布及其构造。断陷期可划分为早、晚两个脉冲式伸展阶段，早期阶段受多方　向平面式正断层控制发育堑～垒构造，具有双向纯剪伸展的特点，但ＮＮＥ向拉伸更显著，可能是深部岩石圈拆沉引　起热穹窿与基底断裂持续左旋走滑拉分的叠加；晚期阶段受低角度犁式正断层控制发育西断东超的复合半地堑，受　控于近ＥＷ向单剪伸展机制，是区域性地壳伸展拆离与岩石圈减薄的结果。拗陷期大规模热沉降是对古太平洋构　造域向东迁移的响应。白垩纪末期盆地受到Ｎｗｗ向脉冲式挤压而发生反转，可能与伊泽纳奇板块消亡、太平洋板　块开始俯冲这一转换过程中的地体拼贴有关。　

关键词：松辽盆地；构造演化；构造体制转换；郯庐断裂系；地球动力学　

松辽盆地是我国最大的油气产地，自１９５９年大　庆油田发现以来对我国的石油事业作出了巨大的贡　献。松辽盆地是晚中生代以来发育的大型陆内裂陷　盆地（Ｒｅｎ　ｅｔ　ａ１．，２００２），具有典型的断陷一坳陷复　合结构。盆地浅部巨厚的坳陷层陆相碎屑沉积是传　统油气勘探开发的重点，大庆等大型油田均产于坳　陷层，因而以往研究大多数专注于盆地沉降和后期　反转（Ｌｉｎ　ｅｔ　ａ１．，１９９７；Ｓｏｎｇ，１９９７；Ｈｕ　ｅｔ　ａ１．，　１９９８）。近年来人们将目光投向了深部断陷层，并在　火成岩储层天然气藏等多个领域取得了一系列突　破，为深入研究断陷期构造演化及其动力学背景奠　定了基础。　松辽盆地处于古亚洲洋构造域与古太平洋太　平洋构造域的复合交切部位，是一个动力学背景十　分复杂的盆地。前人对成盆动力学做了许多卓有建　树的论证，然而观点不尽相同，归纳起来主要有以下　几种：①强调古太平洋板块俯冲（刘和甫等，２０００；　李娟和舒良树，２００２），或②蒙古一鄂霍次克海板　块俯冲（Ｗａｎｇ　ｅｔ　ａ１．，２００２ａ，ｂ），认为松辽盆地是一　个大型弧后裂谷盆地，或者③是俯冲产生的岩浆弧　上的裂谷盆地（闫全人等，２００２）；④强调地幔柱作　用（肖龙等，２０Ｏ４）；⑤强调基底断裂的走滑作用，　认为松辽盆地是一个拉分盆地，但对走滑性质的认　识存在分歧（Ｗａｎｇ　ｅｔ　ａ１．，１９９８；任建业等，１９９８）。　大量研究表明，中国东部晚中生代构造体制发　生了由陆块拼合、挤压造山向区域伸展、裂陷成盆的　重大转换，形成大量裂谷盆地、变质核杂岩及与之相　应的强烈火山作用。松辽盆地是中国东部晚中生代　以来裂谷盆地群中发育最早（Ｒｅｎ　ｅｔ　ａｌ，２００２）、保　存最完好的盆地，是中国东部岩石圈减薄的中心之　

一（刘俊来等，２００８），因此，其形成演化代表了中国　东部晚中生代构造体制转换的过程。本文综合应用　盆地构造解析、平衡地质剖面恢复、构造物理模拟等　方法，结合近年来盆地基底和断陷层研究的新数据、　新资料，概括了松辽盆地不同演化阶段的地质特征，　并从构造体制转换的角度对盆地地球动力学背景进　行了探讨。　

１　地质背景　松辽盆地位于我国东北地区中部，盆地四面环　山，盆山之间以深大断裂为界，西界为嫩江一白城断　裂和大兴安岭，东界为依兰一伊通断裂和张广才岭，　

注：本文为中石化东北油气分公司科技部项目（编号ＤＢＫＴ２００６一ＹＪ一０２２）的成果。　收稿日期：２００９—０６　２０；改回日期：２００９　１２　０７；责任编辑：章雨旭。　作者简介：葛荣峰，男，１９８６年生。硕士研究生，构造地质学专业。Ｅｍａｉｌ：ｇｅｒｏｎｇｆｅｎｇ１９８６＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ。通讯作者：张庆龙，男，１９４９年生。　教授，博士生导师。主要从事构造地质学　盆地构造研究。通讯地址：２１００９３，南京市鼓楼区汉１２１路２２号，南京大学地球科学与工程学　院；Ｅｍａｉｌ：ｑｌｚｈａｎｇ＠ｎｉｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。　１８２　地质论评　２０１０正　时　问　地　层　岩　性　构造～沉积特征　

纪　世　年龄　纽名　深度　ＳＲ．　（Ｍａ）　

第　纪　泰康绢　ｔ　２　；　：Ｉ　１　８　Ｏｆ　．－－　・　・．　一　—　新近纪　５　８　人安组　２．２　：・：、；：：：：：－　盆地总体处于抬升剥蚀阶段，期间几次　

３６　２　Ｎｄ　５ＯＯ’　・…………一　微弱的伸展和挤压事什影ｌ响有限，沉积　刿　不连续且范围有限。　古近纪　４０　３　依安组　（ｍ）　

；。毒　—　墨　．　５３．５　Ｅ　２ｙ　Ｔ　０　域性构造反转，盆地整体萎缩，早期　６５．５　

明水组　ｌ０００－　反转构造被叠加或破坏，盆地　｝－西部轻　微反转，结束沉积。　Ｋ２ｍ　

：之之之．二：：：：：　；　区域性构造反转，断　期正断层选拌性　

叫方台组　Ｋ　２　Ｔ０　７３．０　

ｌ　５ＯＯ－　复活并强烈逆向活动，沉积盖层发牛褶　

赳　，镀，盆地东南部被强烈抬升遭受剥蚀．　

嫩江组　沉积结束。　Ⅲ　Ｋ２　２０００・　最大湖泛期，整体快速热沉降，形成统‘　

８１　Ｏ　Ｔ】　的大型湖盆，发育巨厚的深湖丰Ｈ暗色泥岩　姚家组　．＿．・．・．・．・

．・．

‘－　二　和页岩。　

Ｋ２　８８．Ｏ　２５００・　Ｔ１　

青山口组　兰薹　汪　Ｋ　

ｚｑ　９９．６　Ｔ　２　微弱伸展，彤成切穿Ｔ　的小　模同沉积　

３０００‘　ｉ　止断层，湖盆力ｌ＿深，发育细粒碎屑沉积。　构造稳定

，缓慢沉降。主要为氧化环境　下的河流利和二角洲梢粗碎屑岩沉平Ｊ。　泉头组　雾）０一　：　：：　ＩＫ，ｑ　３５００・　丑　

ｌＩＯ．Ｏ　Ｔｊ　盆地东部被普遍抬升并遭受小同程度的　反转剥蚀，间｛＝ｒ【＝　断层停止活动。　登楼『辛组　４０００－　‘●●。……一ｏ　Ｏ

Ｖ　Ｖ　

Ｋ．ｄ　・・・・・…、　

１２０．０　Ｔ４　勺　・　火山活动减弱，盆地中西部人多数同沉　Ｖ　ｖ　ｖ・Ｖ　ｖ…・・　

Ｖ　’Ｖ…－一　积断层活动趋于停止。　Ⅲ　４５００－　

…－一一一一一一・，　再次强烈伸展，伴随蝗烈中一酸性活动，　营城组　Ｋｌ　形成大型断陷盆地。主要为湖相沉积，　Ｖ…・一一一一一一－　夹人量火ｆ　ｃＪ岩和火ｉｆＪ碎眉岩。　５０００・　ｖ　ｖ……一一　＼　Ｖ・Ｖ－Ｖ－……一＼　ｖ　ｖ・ｖ－Ｖ　ｖ　Ｏ…　

ｌ３Ｏ　Ｏ　Ｔ　．：：：：　：’：　．　局部构造反转

，　覆地层被不同程度抬　

沙河子组　５５ＯＯ－　譬：：：：曼兰三　ｌ丁ｆ剥蚀。　

火山作用暂时减弱，断陷盆地规模｛ｒ大，　Ｋ　Ｓ　・一：：＝＝　控制含煤细碎屑沉积。　

１　ｌ４５．５　６０００・　Ｔ　．　Ｉ　

Ｉ　垂ｌ　边界断层形成并快速裂陷，构成小型断陷　

火石岭组　５５Ｏ０一　盆地群，拧制中一基性火ｉＩＩ岩、火Ｉｆ『碎眉　

Ｊ　ｈ　、　岩和湖柏沉移｛。　、　

１　５７．２　ｒ，　；　若日　基底降升，遭受剥蚀。裂谷作用开始，　：　

；　ＮＮＥ走向基底断层丌始伸展，将基底划分　前晚侏罗世　基底　：　为若干个断陷带，并伴有大规模火山活动。　，　

：　

圈　日２目　日　圈ｓ圈　圈，圆ｓ囫　地质论评　迁就、改造古老的构造线，以ＮＥ～ＮＮＥ向向北扩　展，切过华北、东北，直达鄂霍次克海，成为欧亚大陆　东缘最显著的构造之一。最新的锆石Ｕ—Ｐｂ定年　（Ｗａｎｇ，２００６）和　。Ａｔ／∞Ａｒ定年（Ｚｈｕ　ｅｔ　ａ１．，２００９）　结果显示，郯庐断裂带后碰撞左旋走滑发生在晚侏　罗世，而之前报道的早白垩世（殷长建等，２００５；朱　光等，２００５）年龄大多数为走滑冷却年龄（张岳桥和　董树文，２００８）。　对郯庐断裂带北延问题的认识存在较大的分歧　（张庆龙等，２００５）。目前普遍认为，敦化一密山断裂　带和依兰一伊通断裂带晚中生代发生了大规模的左　旋走滑，其走滑位移量分别约１５０ｋｍ（李碧乐等，　２００２）。钻井揭示，松辽盆地中央断裂带（孙吴～双　辽断裂带）也是一条ＮＮＥ向左旋走滑韧性剪切带　（汪筱林等，１９９４）。最近有研究表明，盆地西缘嫩　江一白城断裂带发育大规模左旋走滑拉伸线理，其　走滑位移约５０ｋｍ（韩国卿等，２００９）。我们认为，这　些ＮＥ－－ＮＮＥ向走滑断裂带共同组成了规模宏大　的“郯庐断裂系”的北段，对松辽盆地基底产生了强　烈的改造。在ＮＮＥ向左旋走滑体制之下，盆地基　底派生近ＮＳ向挤压的次级应力场，产生ＮＮＥ、　ＮＮＷ共轭断裂系统，前者左旋，后者右旋（图３）。　这些基底断裂的形成为其后断陷盆地的发育奠定了　基础，也对后期盆地沉积、沉降、油气生成、运移、成　藏有重要的控制作用。例如，ＮＮＥ向断裂是断陷盆　地群东西分带的界限，而ＮＷ向断裂则对断陷期伸　展构造具有调节作用，同时控制油气的大区域分布。　３　伸展裂陷　经历了中一晚侏罗世强烈构造一热事件之后，　在晚侏罗世末期松辽盆地开始了伸展裂陷，构造体　制由左旋压扭逐渐向伸展转变，地壳和岩石圈经历　了强烈的减薄和拉张，形成了数目众多、大小不一、　构造样式多样的彼此分割的断陷盆地，同裂陷沉积　厚度可达５ｋｍ。这些断陷盆地沿三个ＮＮＥ向的断　陷带分布，断陷盆地分布总体具有东西分带、南北斜　列的特点，反映了ＮＮＥ向基底断裂的分割和ＮＷ　向基底断裂的调节。　受构造位置、基底不均一性等因素影响，不同断　陷盆地构造特征具有差异性，但它们形成于统一的　动力学背景，有着密切的成因联系。本研究主要通　过对长岭断陷的精细构造解析和构造演化史定量恢　复进行说明。长岭断陷位于松辽盆地中央断陷带南　部，是松辽盆地面积最大的断陷盆地，其地层发育齐　全，构造样式多样，资源储量丰富，因此演化过程在　松辽盆地具有代表性。　３．１断陷期构造特征　本研究在二维地震剖面和部分三维地震数据体　构造解释的基础上，系统编绘了长岭断陷各个时期　的古构造图（葛荣峰等，２００９ａ），揭示了其断陷期复　杂的断裂系统（图３ｂ）。长岭断陷主要发育ＮＥ～　ＮＮＥ、ＮＷ￣ＮＮＷ和近ＮＳ走向的三组断裂。这三　组断裂在松辽盆地断陷层普遍发育，控制了多方向　断陷盆地的形成。ＮＥＥ向断层延伸与松辽盆地轴　向一致，是大多数断陷盆地的边界断层，控制断陷层　沉积。ＮＮＷ向断层与盆地轴向斜交，但同样显示　强烈的伸展，控制了ＮＮＷ向展布的断陷层沉积，如　长岭断陷南部北正镇一龙风山断层、徐家围子断陷　徐西断层和宋西断层。长岭断陷南部主要受ＮＮＷ　向断层控制，而北部则受ＮＮＥ向断层控制，构成独　特的“（”形断裂系统。近ＮＳ向断裂在松辽盆地断　陷层也广泛发育，例如十屋断陷边界主断层一桑树　台断层。长岭断陷内ＮＳ向断层规模较大者位于盆　地内部，如查干花断裂，规模较小者多斜列分布于　ＮＮＥ、ＮＮＷ向大断裂旁侧。　上述三组断层在松辽盆地断陷期均有强烈的伸　展活动。如果基底均一，三组不同走向的断层在同　一时期均强烈伸展的现象用简单的拉伸难以解释。　笔者认为，这种复杂的断裂系统是在中一晚侏罗世　ＮＮＥ向基底断裂左旋走滑派生的共轭Ｘ型断裂和　追踪张裂等基底软弱面的基础上发育起来的，反映　了早期基底构造活动对断陷盆地的控制。为了验证　这一认识，我们设计了ＮＮＥ向基底断裂左旋走滑　派生次级断裂的构造物理模拟实验（图３ｃ），实验结　果完整再现了ＮＥ—ＮＮＥ、ＮＷ—ＮＮｗ和近ＮＳ这　三组次级断裂的发育过程（图３ｄ），与库伦一莫尔破　裂理论预测的结果一致，模拟出的“＜”形和弧形破裂　带分别与长岭断陷、十屋断陷的边界主断层形态相　吻合，主要破裂均沿着ＮＮＥ向走滑断裂带分布，这　很好地解释了断陷盆地呈ＮＮＥ向带状分布的现　象。　可见，中一晚侏罗世ＮＮＥ向基底断裂的左旋　走滑不但改造了基底格局，对断陷盆地分布及其构　造也产生了直接的影响。在ＮＮＥ向基底断裂持续　走滑影响下，断陷早期可能存在沿ＮＮＷ向断裂的　掎分作用，这被平衡剖面伸展量分析证实（见下文）。　但是，值得指出的是，断陷期以广泛的伸展构造发育　为特征，走滑作用可能是局部的、短暂的。