劉志宏，梅 梅，高軍義，吳相梅，黃超義，林東成，孫理難

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061 2.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712

東北東部虎林盆地的構(gòu)造特征、成盆機(jī)制及敦-密斷裂帶北東段的形成時(shí)代

劉志宏1，梅 梅1，高軍義2，吳相梅2，黃超義1，林東成2，孫理難1

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061 2.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712

虎林盆地位于黑龍江省東部，是疊置在佳木斯地塊之上的中、新生代斷陷-坳陷盆地，其構(gòu)造變形可以劃分為3個(gè)構(gòu)造演化階段：早白堊世為NW-SE向伸展作用階段，主要形成一系列各自獨(dú)立的NE向箕狀斷陷群；晚白堊世為NW-SE向擠壓作用階段，使部分早期控陷正斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)，形成反轉(zhuǎn)構(gòu)造，虎林盆地轉(zhuǎn)化為具有多個(gè)沉降中心的NE向擠壓坳陷盆地群；古近紀(jì)-第四紀(jì)為NNW-SSE向擠壓作用階段，虎林盆地的構(gòu)造格局發(fā)生了重大變化，不僅使部分早期控陷正斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)作用形成大型反轉(zhuǎn)構(gòu)造，而且在七虎林河凹陷與中央隆起之間形成NEE向大型逆沖斷層(敦-密斷裂)和斷層傳播褶皺，它們共同控制了盆地的形成和沉積作用，虎林盆地轉(zhuǎn)化為具有1個(gè)中央隆起和南、北2個(gè)坳陷的NEE向擠壓坳陷型盆地。東北地區(qū)自白堊紀(jì)以來始終處于活動(dòng)大陸邊緣的大地構(gòu)造背景，包括虎林盆地在內(nèi)的東北東部盆地群的形成與伊澤納奇板塊、太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用有關(guān)。敦-密斷裂帶總體上呈NE向展布，具有左行走滑的性質(zhì)，在靠近虎林盆地的北東段轉(zhuǎn)變?yōu)镹EE向展布，斷層的性質(zhì)也轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏇_斷層，敦-密斷裂帶北東段的逆沖作用很可能與該斷裂帶的NE向左行走滑作用在NEE向的轉(zhuǎn)換擠壓有關(guān)。敦-密斷裂帶自古近紀(jì)始新世-漸新世虎林期開始活動(dòng)，一直持續(xù)活動(dòng)到第四紀(jì)。

構(gòu)造特征；變形期次；變形時(shí)間；成盆機(jī)制；逆沖推覆構(gòu)造；虎林盆地；敦-密斷裂北東段

0 引言

虎林盆地位于黑龍江省東部，北部與完達(dá)山地體相接，西部以大河鎮(zhèn)斷裂為界與樺南次隆起相鄰，是疊置在佳木斯-興凱地塊之上的中-新生代斷陷-坳陷盆地，面積約6 500 km2(圖1)。近年來，部分學(xué)者認(rèn)為虎林盆地、三江盆地、勃利盆地、雙鴨山盆地、雞西盆地等在早白堊世曾經(jīng)是一個(gè)統(tǒng)一的大陸邊緣近海坳陷型盆地[1-2]，稱其為“大三江盆地”，具有前陸盆地的性質(zhì)[3-4]。在早白堊世晚期-晚白堊世，佳-依斷裂和敦-密斷裂之間的區(qū)域發(fā)育一系列近EW向逆沖構(gòu)造，使大三江盆地受到強(qiáng)烈破壞和改造[1-4]。但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為上述盆地在早白堊世為一系列相互獨(dú)立的伸展斷陷盆地群[5-9]，盡管部分相鄰的伸展斷陷或斷陷盆地在伸展作用晚期(早白堊世晚期)可能存在相連的現(xiàn)象，但各個(gè)斷陷盆地基本上是各自獨(dú)立的，始終沒有形成所謂的“大三江盆地”[10]。

虎林盆地的研究程度較低。1958-1980年，煤田、地礦、石油等部門相繼在該盆地開展了部分基礎(chǔ)地質(zhì)和勘探工作；1981-1993年，大慶油田勘探開發(fā)研究院在虎林盆地開展了野外石油勘探工作，先后投入了重磁勘探和部分鉆探工作；1994年開始大慶油田勘探開發(fā)研究院在虎林盆地部署了二維地震勘探工作，對(duì)盆地的構(gòu)造單元?jiǎng)澐?、?gòu)造特征有了初步認(rèn)識(shí)。在七虎林河坳陷鉆探了虎參1井，發(fā)現(xiàn)了較好的烴源巖，但后續(xù)的油氣勘探工作和基礎(chǔ)地質(zhì)工作基本處于停滯狀態(tài)。

1. 第四系；2. 虎林盆地中的坳陷；3. 虎林盆地中的隆起；4. 完達(dá)山地體；5. 樺南次?。?. 地質(zhì)界線；7. 盆地中構(gòu)造單元界線；8. 斷層及編號(hào)；9. 推測斷層；10. 國界；11. 鉆井位置及編號(hào)；12.地震剖面位置。圖1 虎林盆地地質(zhì)略圖Fig. 1 Sketched geological map of the Hulin basin

關(guān)于虎林盆地關(guān)鍵地質(zhì)問題的認(rèn)識(shí)，長期以來一直存在很大爭議。楊丙中等[11]根據(jù)重力、航磁、大地電磁測深和地面石油地質(zhì)調(diào)查等工作成果，將虎林盆地劃分了7個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，認(rèn)為虎林盆地存在一個(gè)大型推覆構(gòu)造，經(jīng)歷了拉張、推覆、第三紀(jì)盆地形成3個(gè)階段；曹成潤等[12]通過對(duì)前人解釋的地震反射剖面和地質(zhì)資料分析，認(rèn)為虎林盆地的構(gòu)造格局為3個(gè)斷隆與3個(gè)斷陷相間排列成壘塹式組合樣式，經(jīng)歷了兩次沉降、成盆與兩次反轉(zhuǎn)、改造過程，影響和控制沉積蓋層的形成與變形、變位的斷裂主要是不同期次的張扭性高角度正斷層或走滑-正斷層；張鳳旭等[13]根據(jù)重力資料、大地電磁測深和地層對(duì)比，認(rèn)為虎林盆地的南、北兩部分的地質(zhì)和地球物理性質(zhì)完全不同，將虎林盆地以敦-密斷裂為界劃分為南部和北部2個(gè)獨(dú)立的盆地。上述關(guān)于虎林盆地地質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征和變形期次等方面認(rèn)識(shí)，不同學(xué)者的觀點(diǎn)大相徑庭，說明目前有關(guān)虎林盆地的構(gòu)造格局、構(gòu)造演化、成盆機(jī)制及其與敦-密斷裂的關(guān)系等科學(xué)問題仍然沒有解決。

前人研究虎林盆地主要采用精度較低的重力、航磁、大地電磁測深等地球物理方法，地球物理資料的品質(zhì)較差，存在多解性。本次研究是在對(duì)大慶油田2005年重新處理的二維地震剖面進(jìn)行精細(xì)地質(zhì)解釋的基礎(chǔ)上，結(jié)合大慶油田近年來的工作和前人研究成果，針對(duì)研究區(qū)存在的科學(xué)問題，對(duì)虎林盆地的構(gòu)造特征、構(gòu)造對(duì)沉積作用的控制、變形期次和成盆機(jī)制等進(jìn)行論述，同時(shí)探討了敦-密斷裂北東段(穿切虎林盆地的部分)的性質(zhì)和形成時(shí)代。

1 構(gòu)造特征

虎林盆地內(nèi)部次級(jí)構(gòu)造單元總體上呈NEE向隆、坳相間的條帶狀分布，并以中央隆起為界劃分為北部坳陷和南部坳陷3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。其中，北部坳陷由云山凸起、迎春凸起和七虎林河凹陷3個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元組成，南部坳陷由穆棱凹陷、金銀庫凸起、興凱凹陷和興凱南凸起4個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元組成(圖1)。中央隆起位于盆地的中部，主要由麻山群變質(zhì)巖系組成，其中發(fā)育韌性剪切帶和與逆沖推覆作用相伴產(chǎn)出的逆掩斷層和緊閉褶皺[11]，上部幾乎沒有中、新生代地層分布。由于中央隆起邊部的隆升高度有限，其邊部的部分白堊系得以保留，新生代地層則以超覆不整合覆蓋在中央隆起的南、北邊界之上。中央隆起的北部邊界斷層為敦-密斷裂帶，該斷裂帶控制了虎林盆地新生代的構(gòu)造格局和構(gòu)造演化。

虎林盆地主要發(fā)育下白堊統(tǒng)裴德組(K1p)、七虎林組(K1q)、云山組(K1y)、珠山組(K1z)、東山組(K1d)，上白堊統(tǒng)松木河組(K2s)，古近系始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)虎林組(E2-3h)，新近系中新統(tǒng)富錦組(N1f)和第四系。下白堊統(tǒng)主要為一套碎屑巖建造夾中酸性火山角礫巖、凝灰?guī)r和煤系，下部含有大量海相化石(菊石及海相雙殼等)，上部植物化石增多。上白堊統(tǒng)和新生界主要為一套碎屑巖建造夾煤系[10]。

系統(tǒng)的地震剖面的解釋結(jié)果表明:虎林盆地的下白堊統(tǒng)裴德組-東山組主要發(fā)育在相互獨(dú)立的箕狀斷陷中，其沉積作用明顯受犁式正斷層控制，斷陷中靠近控陷斷層部位地層的沉積厚度最大，遠(yuǎn)離斷層地層的沉積厚度逐漸變??；上白堊統(tǒng)松木河組的沉積厚度自斷陷中心向靠近控陷斷層的部位逐漸變薄，有的部位由于控陷斷層反轉(zhuǎn)量較大而使下白堊統(tǒng)的部分地層被剝蝕；古近系-第四系主要發(fā)育在擠壓坳陷之中，七虎林河凹陷是虎林盆地中最大的擠壓坳陷，凹陷兩側(cè)由于逆沖作用而隆升，盆地的規(guī)模逐漸萎縮，地層的沉積厚度在凹陷中心部位最大，向兩側(cè)隆升區(qū)域逐漸減小。根據(jù)上述特征并參考區(qū)域研究成果[10]，將虎林盆地的構(gòu)造變形可以劃分為3個(gè)構(gòu)造演化階段，早白堊世為伸展斷陷形成階段，晚白堊世和古近紀(jì)-第四紀(jì)均為擠壓坳陷形成階段，每一構(gòu)造演化階段的構(gòu)造特征、變形機(jī)制明顯不同。

1.1 早白堊世

在下白堊統(tǒng)裴德組-東山組沉積時(shí)期，虎林盆地主要受伸展構(gòu)造體制控制，形成一系列由NE向犁式正斷層控制的各自獨(dú)立的NE向伸展斷陷。從地震剖面(圖2)看，控陷斷層上盤、靠近斷層一側(cè)，地層的沉積厚度較大，遠(yuǎn)離斷層地層的厚度逐漸減小，地層的沉積作用明顯受控陷正斷層控制，具有同構(gòu)造生長地層的特征。圖2a中的下白堊統(tǒng)分別由犁式正斷層F1、F2、F3、F6控制,構(gòu)成4個(gè)箕狀斷陷，其中由斷層F6控制的斷陷規(guī)模較小，位于中央隆起之上；圖2b中的下白堊統(tǒng)則由犁式正斷層F1、F2、F3、F4、F5、F7、F8控制,構(gòu)成7個(gè)箕狀斷陷，其中由斷層F4、F5、F7、F8控制的4個(gè)斷陷規(guī)模較小，由F7、F8控制的斷陷位于中央隆起之上。如果將上述地質(zhì)解釋成果投影在平面圖上就會(huì)發(fā)現(xiàn)，控陷斷層和由其控制的伸展斷陷都呈NE向展布，與地震剖面線的方向并不垂直，現(xiàn)在布置的地震剖面線的方向與新生代擠壓坳陷盆地的邊界相垂直。在下白堊統(tǒng)裴德組-東山組沉積時(shí)期，虎林盆地處于強(qiáng)烈伸展時(shí)期，在各自獨(dú)立的箕狀斷陷中主要發(fā)育一套碎屑巖建造和火山巖建造，在斷陷形成早期以粗碎屑巖建造和火山巖建造為主，中晚期細(xì)碎屑巖建造逐漸增加、火山巖建造逐漸減少。根據(jù)伸展斷陷盆地的幾何學(xué)模型[14-15]，可以確定虎林盆地在早白堊世具有伸展斷陷盆地的特征，主要受到NW-SE向持續(xù)的伸展作用，一系列NE向犁式正斷層控制了各自獨(dú)立的NE向箕狀斷陷的形成和沉積作用。

1.2 晚白堊世

在上白堊統(tǒng)松木河組沉積時(shí)期，虎林盆地主要受擠壓構(gòu)造控制，由早白堊世多個(gè)NE向各自獨(dú)立的伸展斷陷轉(zhuǎn)化為具有多個(gè)沉降中心的NE向擠壓坳陷盆地(圖2)，早期控陷正斷層的表現(xiàn)出現(xiàn)分化，斷層F1、F2、F4、F6、F7、F8基本都處于不活動(dòng)狀態(tài)，斷層F3和F5發(fā)生反轉(zhuǎn)作用[16]轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏀鄬樱箶鄬由媳P靠近斷層的部位均發(fā)生隆升，沉積物的厚度從盆地的中心部位向靠近控陷斷層F3和F5方向逐漸變薄。由于斷層F3在早白堊世早期的反轉(zhuǎn)量比較大，導(dǎo)致斷層上盤下白堊統(tǒng)的部分地層被剝蝕，形成明顯削截(圖2b)，出現(xiàn)上白堊統(tǒng)松木河組與下白堊統(tǒng)在某些區(qū)域?yàn)榻嵌炔徽辖佑|?；⒘峙璧厣习讏捉y(tǒng)沉積時(shí)期受到擠壓作用的影響，出現(xiàn)類似于海拉爾盆地紅旗凹陷的反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征[17]。由圖2可知，早期由斷層F3和F5控制的伸展斷陷在后期反轉(zhuǎn)作用過程中，斷陷的NW、SE兩側(cè)都發(fā)生隆升，在早期伸展斷陷的中部形成一個(gè)構(gòu)造低部位，與這期構(gòu)造變形同時(shí)形成的沉積地層為上白堊統(tǒng)松木河組的碎屑巖建造。在構(gòu)造低部位沉積厚度最大，向兩側(cè)厚度逐漸減小，并且出現(xiàn)上超現(xiàn)象，在空間上形成了呈NE向展布的2個(gè)擠壓凹陷?；⒘峙璧卦谕戆讏资乐饕练e了一套碎屑巖建造，在盆地邊部主要沉積了一套粗碎屑巖建造，向盆地沉降中心，沉積物的粒度逐漸變細(xì)。根據(jù)虎林盆地晚白堊世形成的多個(gè)擠壓凹陷在空間上呈NE向展布的特征，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造成果[10]，認(rèn)為虎林盆地在晚白堊世受到NNW-SSE向擠壓作用。

a. 地震剖面HL95-114；b. 地震剖面HL95-126。剖面位置見圖1。T1. 新近系富錦組頂界；T2. 古近系虎林組頂界；T21. 古近系虎林組二段頂界；T22. 古近系虎林組一段頂界；T23. 古近系虎林組一段下部頂界；T24. 上白堊統(tǒng)松木河組頂界；T3. 下白堊統(tǒng)東山組頂界；T4. 下白堊統(tǒng)裴德組頂界；T5. 基巖頂界；ON. 上超；TR. 削截。F1-F9. 斷層編號(hào)；F9. 敦-密斷裂。t0.雙程地震波走時(shí)。圖2 虎林盆地地震剖面解釋圖Fig.2 Geological interpretation of seismic profiles in the Hulin basin

1.3 古近紀(jì)-第四紀(jì)

在古近系-第四系沉積時(shí)期，雖然虎林盆地依然表現(xiàn)為擠壓坳陷型盆地的特征，但其構(gòu)造格局發(fā)生了重大變化，由晚白堊世具有多個(gè)沉降中心的NE向擠壓坳陷盆地轉(zhuǎn)化為具有1個(gè)中央隆起和南、北2個(gè)坳陷的NEE向擠壓坳陷型盆地(圖1、圖2)。盆地中主要沉積了一套碎屑巖建造夾煤系地層。在古近系始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)虎林組、新近系中新統(tǒng)富錦組和第四系沉積過程中，早期的NE向控陷正斷層F1、F2、F3、F5的逆沖作用比較明顯，斷層F6、F8的逆沖量很小，斷層F4、F7基本上處于不活動(dòng)狀態(tài)(圖2)。在擠壓作用中，斷層F1、F2的前端基本上沒有滑動(dòng)，但斷層深部都存在一定量的逆沖滑動(dòng)，其表現(xiàn)類似于斷層傳播褶皺的特征[18]，斷層深部的逆沖量通過斷層上盤地層的褶皺作用得以消化，在斷層上盤形成了比較寬緩的背斜構(gòu)造；斷層F3前端的逆沖量也比較小，在虎林組一段下部地層沉積時(shí)期表現(xiàn)為逆斷層的特征，地層厚度在斷層上盤、向靠近斷層F3的方向逐漸變薄。自虎林組一段上部沉積時(shí)期開始，斷層F3前端的逆沖滑動(dòng)就已停止，但斷層F3的深部逆沖滑動(dòng)量非常顯著。把七虎林河凹陷的NW斜坡作為由斷層F3控制的大型斷層傳播褶皺的背斜前翼，由于斷層F3前端逆沖滑動(dòng)受阻，使這個(gè)背斜前翼在古近系-第四系沉積過程中發(fā)生整體旋轉(zhuǎn)式隆升[7]，表現(xiàn)為上述地層自沉降中心向凹陷NW斜坡方向的上超現(xiàn)象。斷層F5在虎林組一段沉積時(shí)期表現(xiàn)為逆斷層的特征，虎林組一段在斷層上盤、向靠近斷層F5的方向，地層的厚度逐漸變薄，自虎林組二段沉積時(shí)期開始，斷層F5也停止活動(dòng)，但在斷層F5的上盤又形成一個(gè)小型逆沖斷層，由于其逆沖活動(dòng)，在上盤形成了一個(gè)小型斷層傳播褶皺。在虎林組二段、富錦組下部地層沉積過程中處于隆升狀態(tài)，出現(xiàn)上述地層向背斜高部位的上超現(xiàn)象。

七虎林河凹陷的南部以斷層F9為界與中央隆起相隔，前人稱之為敦-密斷裂(圖1)。由地震剖面(圖2)可知，斷層F9為一個(gè)由SSE向NNW方向逆沖的大型逆沖斷層，并沒有出露地表，而是終止于盆地深部的古近系-新近系之中，其上部發(fā)育一個(gè)大型斷層傳播褶皺，七虎林河凹陷的南部斜坡實(shí)際上是這個(gè)大型斷層傳播褶皺的前翼。由盆地中地層的沉積特征可以發(fā)現(xiàn)，斷層F9并不控制白堊系的沉積，但古近系始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)虎林組、新近系中新統(tǒng)富錦組和第四系都由盆地中心向背斜前翼(盆地的南部邊界)上超。根據(jù)同構(gòu)造生長地層特征可以確定,由斷層F9控制的大型斷層傳播褶皺背斜的前翼在上述地層沉積過程中一直處于旋轉(zhuǎn)式隆升狀態(tài)，所以可以確定斷層F9在新生代為虎林盆地的控陷斷層，開始形成于古近紀(jì)始新世，此后該斷層和由其控制的大型傳播褶皺始終處于逆沖活動(dòng)之中，虎林盆地在整個(gè)新生代長期處于擠壓狀態(tài)。根據(jù)虎林盆地的展布方向和斷層F9的產(chǎn)狀和逆沖方向，可以確定虎林盆地在古近紀(jì)-第四紀(jì)受到NNW-SSE向的擠壓作用。

由上述研究可知:在古近系-第四系沉積過程中，由于受到NNW-SSE向擠壓作用，七虎林河凹陷的北部和南部邊界分別受到下伏逆沖作用的影響,始終處于旋轉(zhuǎn)式隆升狀態(tài);盆地的中間部位處于構(gòu)造低部位，沉積厚度最大，向盆地的北部和南部邊界地層的沉積厚度逐漸減小;從盆地的沉降中心分別向北部邊界和南部邊界、自下而上出現(xiàn)大量超覆不整合現(xiàn)象，有的部位還出現(xiàn)削截現(xiàn)象(圖2)，在新生代七虎林河凹陷呈現(xiàn)“碟形”坳陷型盆地的特征。此外，在古近系-新近系沉積過程中還發(fā)育小型斷層轉(zhuǎn)折褶皺(如在斷層F1、F2的上盤和斷層F9的上盤)，在盆地內(nèi)部形成局部的隆升與沉降，控制了沉積作用在空間上的變化，但對(duì)整個(gè)盆地的形成與演化影響很小。由于斷層F9由SSE向NNW方向的逆沖推覆和其上盤斷層傳播褶皺的隆升作用，在盆地的中部形成了呈NEE向展布的中央隆起，虎林盆地由具有多個(gè)沉降中心的NE向擠壓坳陷盆地轉(zhuǎn)化為具有1個(gè)中央隆起和南、北2個(gè)坳陷的NEE向擠壓坳陷型盆地(圖1)。

2 成盆機(jī)制

東北地區(qū)甚至整個(gè)東北亞地區(qū)在早白堊世都處于伸展的構(gòu)造背景[5-6]，形成一系列NE向箕狀斷陷，包括虎林盆地、三江盆地、勃利盆地、雙鴨山盆地、雞西盆地等在內(nèi)的東北東部盆地群當(dāng)時(shí)也并沒有連通，基本上是各自獨(dú)立的，沒有形成一個(gè)所謂的“大三江盆地”[10]，每一個(gè)盆地也是由若干個(gè)箕狀斷陷構(gòu)成，隨著伸展量的增加，某些箕狀斷陷出現(xiàn)不同程度的連通現(xiàn)象。在斷陷盆地中主要發(fā)育一套碎屑巖建造和火山巖、火山碎屑巖建造，在斷層上盤、靠近控陷斷層一側(cè)主要為粗碎屑巖建造和火山巖、火山碎屑巖建造，地層的沉積厚度較大，遠(yuǎn)離控陷斷層碎屑巖的粒度逐漸變細(xì)，地層的沉積厚度也逐漸減小。早白堊世火山巖、火山碎屑巖具有鈣堿性系列巖石的特征。東北中部的松遼盆地在早白堊世形成一系列NE-NNE向箕狀斷陷，當(dāng)時(shí)并沒有形成一個(gè)完整的大型伸展盆地，而是形成了許多各自獨(dú)立的箕狀斷陷盆地群，盆地的構(gòu)造特征、沉積特征與東北東部盆地群基本相同，但盆地中的火山巖、火山碎屑巖建造的成分存在差異，主要為一套雙峰式火山巖。由盆地群的構(gòu)造特征和火山巖、火山巖的地球化學(xué)特征可以判斷，早白堊世處于活動(dòng)大陸邊緣的拉張背景，在東北地區(qū)形成廣泛分布的NE-NNE向伸展斷陷盆地群和盆地間的斷壘構(gòu)造，構(gòu)成NE向伸展盆山耦合系統(tǒng)。東北中部(現(xiàn)今松遼盆地所在的位置)處于弧后盆地的構(gòu)造背景，包括虎林盆地在內(nèi)的東北東部盆地群處于島弧的構(gòu)造背景，其形成機(jī)制可能與隸屬于古太平洋構(gòu)造域的伊澤納奇板塊由SE向NW方向持續(xù)的低角度俯沖[19]導(dǎo)致的弧后盆地-島弧區(qū)域的大面積伸展作用有關(guān)。

晚白堊世東北地區(qū)普遍受到NNW-SSE向擠壓作用，在東北東部包括虎林盆地在內(nèi)的盆地群中發(fā)育呈NE-NNE向展布的反轉(zhuǎn)構(gòu)造或大型逆沖推覆構(gòu)造，所形成的盆地具有擠壓坳陷型盆地的特征，早白堊世形成的伸展斷陷由于反轉(zhuǎn)作用或逆沖推覆作用被強(qiáng)烈破壞或改造[10]。上白堊統(tǒng)為粗粒碎屑巖建造，是與逆沖推覆作用相伴沉積的磨拉石建造。東北中部的松遼盆地自早白堊世末期(即營城組四段沉積時(shí)期)開始，也進(jìn)入了擠壓作用階段*劉志宏, 韓淑霞, 張春芬,等. 松遼盆地南部伏龍泉斷陷構(gòu)造解釋與構(gòu)造分析. 長春: 中國石油化工股份有限公司東北油氣分公司，2008.，盆地也由早期的伸展斷陷盆地轉(zhuǎn)化為擠壓坳陷型盆地，其中的火山活動(dòng)逐漸減弱，主要為一套陸相碎屑巖建造。東北地區(qū)在晚白堊世處于擠壓構(gòu)造背景，形成了NE-NNE向展布的逆沖推覆構(gòu)造與擠壓坳陷型盆地并存的盆山耦合系統(tǒng)。東北中東部地區(qū)晚白堊世逆沖推覆構(gòu)造與擠壓坳陷型盆地并存的構(gòu)造格局可能受控于伊澤納奇板塊的高角度俯沖、消亡和太平洋板塊俯沖開始這一過程中的洋脊俯沖、地體拼貼和俯沖帶受阻后退等過程，是對(duì)古太平洋構(gòu)造域向太平洋構(gòu)造域過渡的響應(yīng)[20]。

自古近紀(jì)開始，東北東部主要受到近NS向擠壓作用，不僅使早期形成的NE-NNE向構(gòu)造受到疊加改造，同時(shí)也在研究區(qū)形成了疊加于白堊紀(jì)盆地之上、與NS向擠壓作用相伴產(chǎn)生的擠壓坳陷型盆地，構(gòu)成了廣泛發(fā)育的近EW向展布的隆起和被破壞的早期盆地并存的盆山耦合系統(tǒng)[10]?；⒘峙璧匦律绲某练e作用直接受敦-密斷裂帶北東段分支斷裂的逆沖作用所控制，虎林新生代坳陷型盆地的形成與敦-密斷裂帶NE向左行走滑作用在NEE向的轉(zhuǎn)換擠壓有關(guān)。東北東部的近NS向擠壓作用和敦-密斷裂帶的左行走滑作用可能與太平洋板塊在新生代近NS-NNW向的快速俯沖導(dǎo)致的活動(dòng)大陸邊緣近NS向擠壓有關(guān)[19]。

3 敦-密斷裂北東段的性質(zhì)、形成時(shí)代

敦-密斷裂帶是我國東北地區(qū)東部的大型斷裂帶，貫穿遼、吉、黑三省, 在黑龍江省東部穿切虎林盆地延伸至俄羅斯境內(nèi)(圖1)，整體呈NE-NEE向延伸，很多學(xué)者認(rèn)為該斷裂帶是郯-廬斷裂帶的重要組成部分，與佳-伊斷裂共同構(gòu)成了郯-廬斷裂帶的北延分支[21-22]。關(guān)于敦-密斷裂帶的性質(zhì)和形成時(shí)間前人已經(jīng)做了很多研究工作:張宏[23]認(rèn)為敦-密斷裂帶具有走滑的特征，主要左行走滑的時(shí)間為晚侏羅世晚期-早白堊世;李碧樂等[22]認(rèn)為敦-密斷裂帶長期活動(dòng)，南段形成很早，北段形成晚，斷層的活動(dòng)時(shí)間可能從前寒武紀(jì)一直持續(xù)到新生代，斷層的性質(zhì)在不同時(shí)代也表現(xiàn)為不同的特征，但規(guī)模左行走滑的時(shí)間從早侏羅世開始，延續(xù)到晚侏羅世；孫曉猛等[24]對(duì)采自敦-密斷裂帶中的糜棱巖黑云母進(jìn)行測試，獲得40Ar/39Ar等時(shí)線年齡為(161±3) Ma，認(rèn)為敦-密斷裂帶在中侏羅世末期發(fā)生強(qiáng)烈的左旋走滑運(yùn)動(dòng)。目前有關(guān)敦-密斷裂的性質(zhì)和形成時(shí)間的認(rèn)識(shí)仍然存在很大分歧。

敦-密斷裂帶在吉林省和黑龍江省斷續(xù)分布，在絕大部分地區(qū)被第三紀(jì)和第四紀(jì)玄武巖所覆蓋。某些學(xué)者[12-13, 25]主要依據(jù)重、磁和大地電磁測深(MT)剖面資料認(rèn)為敦-密斷裂帶穿切虎林盆地。張鳳旭等[13]認(rèn)為敦-密斷裂帶在虎林盆地有南、北2個(gè)分支，其中南支斷裂(即中央隆起與北部七虎林河凹陷的邊界斷裂)是主干斷裂, 控制著其南部和北部斷塊的走滑及盆地的形成和演化過程，具有左行走滑的性質(zhì)；根據(jù)下白堊統(tǒng)的地層對(duì)比認(rèn)為，虎林盆地的七虎林河凹陷與俄羅斯阿爾昌盆地的茲梅茵-斯托爾博夫坳陷曾經(jīng)同屬一個(gè)盆地，敦-密斷裂帶導(dǎo)致二者在平面上的左行錯(cuò)移，據(jù)此將現(xiàn)在的虎林盆地劃分為南部和北部2個(gè)獨(dú)立盆地。本次地震剖面解釋發(fā)現(xiàn)，七虎林河凹陷與中央隆起的分界斷裂F9為一條逆沖斷層，該斷層的斷層端線終止于大型斷層傳播褶皺前翼向斜，并沒有出露地表，根據(jù)其產(chǎn)狀和上盤斷層傳播褶皺的幾何學(xué)特征判斷，斷裂F9的逆沖推覆距離有限，最大也不會(huì)超過10 km，并不具有走滑構(gòu)造的特征，有關(guān)敦-密斷裂帶北東段具有走滑性質(zhì)的認(rèn)識(shí)顯然是不合適的。楊丙中等[11]在虎林盆地中央隆起上出露的基底巖石中發(fā)現(xiàn)了逆掩斷層和大量與逆沖推覆作用的有關(guān)證據(jù)，說明在虎林盆地的中央隆起上也發(fā)育與逆沖斷裂F9控制的斷層傳播褶皺伴生的逆沖推覆構(gòu)造，它們共同導(dǎo)致了中央隆起的隆升。盡管目前對(duì)敦-密斷裂帶的性質(zhì)存在爭論，但大多數(shù)學(xué)者的研究認(rèn)為該斷裂帶具有左行走滑的特征，由于第四系覆蓋原因，研究工作主要集中于斷裂的中、南段。敦-密斷裂帶總體上呈NE向展布，在靠近虎林盆地的北東段斷層走向發(fā)生轉(zhuǎn)變，在虎林盆地內(nèi)部形成NEE向分支斷裂(七虎林河凹陷與中央隆起的分界逆沖斷裂F9規(guī)模較大，此外在中央隆起上還發(fā)育一些規(guī)模較小的逆掩斷層[11])(圖1)。根據(jù)敦-密斷裂帶中、南段的性質(zhì)和走滑斷層次級(jí)破裂面在空間上的展布特征，推斷敦-密斷裂帶北東段分支斷裂的逆沖作用很可能與該斷裂帶的NE向左行走滑作用在NEE向的轉(zhuǎn)換擠壓有關(guān)，就是說敦-密斷裂帶中、南段的左行走滑位移量在北東段主要以逆沖推覆的方式予以調(diào)解和消耗。

關(guān)于敦-密斷裂帶形成時(shí)間，前人主要依據(jù)斷裂帶與相鄰地層或火山巖之間的關(guān)系進(jìn)行推斷[22-23]，缺乏斷裂帶形成時(shí)間的直接證據(jù)。孫曉猛等[24]采自出露在密山市知一鎮(zhèn)敦-密地塹東部邊界上的糜棱巖樣品40Ar/39Ar年齡能否代表敦-密斷裂帶的形成時(shí)間值得商榷。由地震剖面的地質(zhì)解釋(圖2)發(fā)現(xiàn)，虎林盆地中發(fā)育于七虎林河凹陷與中央隆起之間的敦-密斷裂(斷層F9)在古近紀(jì)之前并不存在，自古近系虎林組沉積時(shí)期才開始活動(dòng)，控制了虎林盆地的古近系始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)虎林組、新近系中新統(tǒng)富錦組和第四系的沉積作用，上述地層從盆地沉降中心逐漸向斷層F9上盤的斷層傳播褶皺前翼(盆地的南部邊界)上超和生長，由此可以確定敦-密斷裂帶的形成時(shí)間為自古近紀(jì)始新世-漸新世虎林期開始活動(dòng)，一直持續(xù)活動(dòng)到第四紀(jì)。

4 結(jié)論

1)虎林盆地是疊置在佳木斯-興凱地塊之上的中、新生代斷陷-坳陷盆地，其構(gòu)造變形可以劃分為3個(gè)構(gòu)造演化階段，每一構(gòu)造演化階段的構(gòu)造特征、形成機(jī)制明顯不同:早白堊世為NW-SE向伸展作用階段，主要形成一系列各自獨(dú)立的NE向箕狀斷陷群；晚白堊世為NW-SE向擠壓作用階段，使部分早期控陷正斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)作用，形成反轉(zhuǎn)構(gòu)造，虎林盆地由各自獨(dú)立的NE向箕狀斷陷群轉(zhuǎn)化為具有多個(gè)沉降中心的NE向擠壓坳陷盆地群，但擠壓凹陷的數(shù)量明顯少于早期的伸展斷陷；古近紀(jì)-第四紀(jì)為NNW-SSE向擠壓作用階段，虎林盆地的構(gòu)造格局發(fā)生了重大變化，不僅使部分早期控陷正斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)作用形成大型反轉(zhuǎn)構(gòu)造，而且在七虎林河凹陷與中央隆起之間形成NEE向大型逆沖斷層(敦-密斷裂)和斷層傳播褶皺，它們共同控制了盆地的形成和沉積作用，虎林盆地由早期各自獨(dú)立的NE向小型伸展斷陷群、擠壓凹陷群構(gòu)成的具有多個(gè)沉降中心的盆地轉(zhuǎn)化為具有1個(gè)中央隆起和南、北2個(gè)坳陷的NEE向擠壓坳陷型盆地。

2)東北中部(現(xiàn)今松遼盆地所在的位置)處于弧后盆地的構(gòu)造背景，包括虎林盆地在內(nèi)的東北東部盆地群處于島弧的構(gòu)造背景，其形成機(jī)制可能與隸屬于古太平洋構(gòu)造域的伊澤納奇板塊由SE向NW方向持續(xù)的低角度俯沖導(dǎo)致的弧后盆地-島弧區(qū)域的大面積伸展作用有關(guān)。東北中東部晚白堊世NE-NNE向逆沖推覆構(gòu)造與擠壓坳陷型盆地并存的構(gòu)造格局可能受控于伊澤納奇板塊的高角度俯沖、消亡和太平洋板塊俯沖開始等過程，是對(duì)古太平洋構(gòu)造域向太平洋構(gòu)造域過渡的響應(yīng)。虎林新生代坳陷型盆地的形成與敦-密斷裂帶NE向左行走滑作用在NEE向的轉(zhuǎn)換擠壓有關(guān)。東北東部的近NS向擠壓作用和敦-密斷裂帶的左行走滑作用可能與太平洋板塊在新生代近NS-NNW向的快速俯沖導(dǎo)致的活動(dòng)大陸邊緣近NS向擠壓作用有關(guān)。

3)敦-密斷裂帶總體上呈NE向展布，具有左行走滑的性質(zhì)，在靠近虎林盆地的北東段轉(zhuǎn)變?yōu)镹EE向展布，斷層的性質(zhì)也轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏇_斷層，敦-密斷裂帶北東段的逆沖作用很可能與該斷裂帶的NE向左行走滑作用在NEE向的轉(zhuǎn)換擠壓有關(guān)。敦-密斷裂在古近紀(jì)之前并不存在，自古近紀(jì)始新世-漸新世虎林期開始活動(dòng)，一直持續(xù)活動(dòng)到第四紀(jì)。

在論文成文過程中劉永江教授與作者就有關(guān)地質(zhì)問題進(jìn)行了探討，在此表示感謝！

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Structural Features, Formation Mechanism of Hulin Basin and Deformation Time of Northeastern Segment of Dunhua-Mishan Fault Zone in Northeast China

Liu Zhihong1,Mei Mei1,Gao Junyi2,Wu Xiangmei2,Huang Chaoyi1,Lin Dongcheng2,Sun Linan1

1.CollageofEarthSciences,JilinUniversity,Changchun130061,China2.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,DaqingOilFieldCompany,Ltd.,PetroChina,Daqing163712,Heilongjiang,China

The Hulin basin is a Meso-Cenozoic, down-warped, faulted basin located in the eastern part of Heilongjiang Province, which superimposed on the Jiamusi uplift. The structural evolution can be divided into 3 stages, and the structural characteristics and deformation mechanism for each stage are significantly different. 1)A series of separate NE trending half-graben fault depressions developed at the NW-SE-directed extensional stage in the Early Cretaceous. 2)Some of the early depression-controlling normal faults reversed and formed inversion structures during NW-SE compressional stage in Late Cretaceous, the Hulin basin switched into a depression basin with multi-depocenters under the NW-SE-directed compression depression. 3)The tectonic framework changed significantly at the NNW-SSE-directed compression stage in the Paleogene-Quaternary, not only some of the early depression-controlling normal faults reversed, resulting in large-scale inversion structures, but also the NEE trending large-scale thrust faults (Dunhua-Mishan fault zone) and fault-propagation-related folds between the Qihulinhe depression and the central uplift formed, which together controlled the formation and sedimentation of the basin, and the Hulin basin transformed into a NNE trending, down-warped compressional basin which are composed of the central uplift, the south and the north depressions. The Northeast China has been always in an active continental margin tectonic setting since the Cretaceous. The formation mechanism of Hulin basin, which is included in the eastern basin groups of the Northeast China, is related to the subduction of Izawa Naqi plate, the Pacific plate to the Eurasian plate. The Dunhua-Mishan fault zone are NE trending sinistral strike-slip faults, and the NE segment near the the Hulin basin transform into the NEE trending thrust fault, the thrusting of the NE segment of the Dunhua-Mishan fault zone may be related to the NEE trending transformed compression of the NE trending sinistral strike-slip of the fault. The Dunhua-Mishan fault zone developed at the Hulin period of Eocene-Oligocene, and showed continuously activities from the Hulin period to Quaternary.

structural feature; deformation stage; deformation time; basin formation mechanism; overthrusting structure; Hulin basin; northeastern segment of Dunhua-Mishan fault zone

10.13278/j.cnki.jjuese.201402107.

2013-07-10

中國地質(zhì)調(diào)查局工作項(xiàng)目(1212011085484)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41072150)

劉志宏(1962-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事造山帶演化與盆地構(gòu)造研究，E-mail:liuzhih@jlu.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201402107

P618.13;P542

A

劉志宏，梅梅，高軍義,等.東北東部虎林盆地的構(gòu)造特征、成盆機(jī)制及敦-密斷裂帶北東段的形成時(shí)代.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2014,44(2):480-489.

Liu Zhihong,Mei Mei,Gao Junyi,et al.Structural Features,Formation Mechanism of Hulin Basin and Deformation Time of Northeastern Segment of Dunhua-Mishan Fault Zone in Northeast China.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(2):480-489.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201402107.