黑龙江东部中-新生代构造演化与低温热年代学研究

摘要

中国东北广泛发育的数十个中-新生代沉积盆地，不仅是我国油气、煤炭资源最为富集的地区之一，而且为认识东北亚大陆边缘的复杂构造演化历史和大地构造过程提供了重要信息。黑龙江东部是中国东北中-新生代沉积盆地最为发育的地区之一，空间上多期盆地叠合发育，构造面貌尤为复杂。虽然目前对这些盆地的地层、构造特征和演化开展了一定的研究，但这些盆地的地层发育时代、构造属性和演化阶段仍然存在一定的分歧。本论文充分利用野外地质调查资料和盆地内部的地震、钻井等勘探资料，以黑龙江东部中-新生代盆地群为主要研究对象，通过对火山灰夹层年代学研究，完善了黑龙江东部中-新生界年代地层格架;通过对中-新生代盆地的构造解剖和构造平衡恢复分析，重建了盆地构造演化史;在此基础上，开展了两条近东西向贯穿黑龙江东部主要盆-岭单元的低温热年代学剖面研究，取得了以下成果和认识:
　　黑龙江东部鸡西群滴道组形成时代为Hauterivian-Aptian早中期(～133-117Ma)，城子河组沉积时代为Aptian中晚期至Albian早期(～116-110Ma)，穆棱组沉积时代为Albian期(～110-101Ma)，东山组的沉积时代为Albian末期(～101Ma);猴石沟组为Cenomanian期，海浪组为Coniacian-Santonian期，七星河组为晚Santonian-Campanian早期，雁窝组为Campanian-Maastrichtian早期。
　　通过对三江盆地和鸡西盆地的构造解剖，认为黑龙江东部从中侏罗世晚期至早白垩世早中期为两期断陷盆地发育，早白垩世晚期为坳陷盆地发育，晚白垩世经历两期挤压变形改造;而方正断陷和汤原断陷的构造变形分析则表明黑龙江东部在新生代期间主要表现为古新世-始新世伸展、晚始新世右旋走滑改造、渐新世斜向伸展和晚中新世右旋走滑改造，古新世-始新世的伸展作用要强于渐新世，晚始新世和晚中新世的走滑改造对盆地演化以及盆地内部烃源岩和储层的发育均有着重要影响。
　　通过两条区域性低温热年代学剖面的研究表明，黑龙江东部主要山岭隆起单元的冷却剥露过程具有显著的时间和空间差异:东小兴安岭和张广才岭在早中侏罗世～200-170Ma时期存在快速冷却过程，平均冷却速率为～2.3-3℃/Ma;在中侏罗世-早白垩世(～165-101Ma)时期则为缓慢冷却阶段，平均冷却速率为～0.08-0.29℃/Ma;在晚白垩世(～95-70Ma)时期，那丹哈达岭、鸡西盆地和张广才岭具有快速冷却历史，平均冷却速率为～1.0-8.5℃/Ma，而东小兴安岭则表现为缓慢冷却(～100-65Ma)，平均冷却速率为～0.08℃/Ma;古近纪时期，东小兴安岭和三江盆地桦川-富锦隆起进入快速冷却阶段(～50-30Ma)，平均冷却速率为～3-8℃/Ma，而那丹哈达岭和张广才岭表现为缓慢冷却阶段(～65-23Ma)，平均冷却速率为～0.14℃/Ma;新近纪-第四纪(～23-0Ma)时期，黑龙江东部地区普遍经历了较为缓慢的冷却阶段，平均冷却速率为0.14-0.3℃/Ma。
　　综合盆地构造变形和主要盆-岭单元的低温热年代学分析，以及前人的碎屑锆石年代学、沉积古地理、构造变形和低温热年代学研究，认为早侏罗世-中侏罗世初期(～200-170Ma)小兴安岭-张广才岭的快速剥露隆升可能与佳木斯地块与松辽地块的碰撞造山有关，而这一时期松辽地块上可能发育周缘前陆盆地与其构成时空耦合过程;中侏罗世-早白垩世(～165-101Ma)小兴安岭-张广才岭处于缓慢剥露阶段，大致对应于包括黑龙江东部在内的中国东北广泛的多期伸展裂陷作用以及紧随其后的大型热沉降坳陷作用过程，形成了以松辽盆地和黑龙江东部大三江盆地为代表的大型坳陷盆地，这一区域性陆内伸展过程可能与蒙古-鄂霍茨克造山带垮塌和古太平洋板块俯冲后撤两大动力体系的联合作用有关;晚白垩世时期(～100-66Ma)中国东北遭受到逐步增强的挤压应力作用，经历了自东向西的挤压隆升扩展过程，黑龙江东部地区快速隆升发生在～95-70Ma，而松辽盆地在70-65Ma期间才开始发生大规模构造挤压和反转抬升，可能反映了东北亚活动型陆缘由西太平洋型向安第斯型的转变;古近纪期间(～50-30Ma)，小兴安岭和三江盆地内部桦川隆起快速隆升可能记录了新生代伸展背景下的控陷正断层下盘的被动隆升剥露过程，反映了太平洋板块新生代俯冲后侧引起的东亚陆缘广泛的伸展过程。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文选题的目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 区域大地构造演化

1．2．2 黑龙江东部中-新生代盆地地层年代学

1．2．3 黑龙江东部中-新生代盆地构造属性与演化

1．2．4 中国东北及邻区低温热年代学

1．3 科学问题的提出

1．4 论文研究内容与研究思路

1．5 论文工作量

1．6 论文创新点

2 区域地质概况

2．1 大地构造背景

2．1．1 古生代：中国东北重要的基底地块拼合阶段

2．1．2 中-新生代：蒙古-鄂霍茨克洋闭台与太平洋俯冲作用

2．2 黑龙江东部深大断裂特征

2．3 黑龙江东部中-新生代盆地地质概况

2．3．1 黑龙江东部中-新生代盆地基底

2．3．2 黑龙江东部中-新生代地层序列

3 黑龙江东部中-新生代年代地层格架

3．1 鸡西盆地城子河组火山灰夹层锆石年代学

3．1．1 锆石U-Pb年代学分析方法简介

3．1．2 实验样品特征

3．1．3 定年结果

3．2 黑龙江东部盆地中-新生界年代学格架

3．3 黑龙江东部盆地白垩系与松辽盆地白垩系对比

3．4 小结

4 黑龙江东部中-新生代构造变形与演化研究

4．1 三江盆地构造特征与演化

4．1．1 三江盆地构造特征

4．1．2 三江盆地构造演化史

4．2 鸡西盆地构造特征与演化

4．2．1 鸡西盆地构造特征

4．2．2 鸡西盆地构造演化史

4．3 方正断陷构造特征与演化

4．3．1 方正断陷构造特征

4．3．2 方正断陷构造演化史

4．4 汤原断陷构造特征与演化

4．4．1 汤原断陷构造特征

4．4．2 汤原断陷构造演化史

4．5 黑龙江东部中-新生代盆地构造演化序列

4．5．1 中侏罗世-早白垩世中期伸展裂陷

4．5．2 早白垩世晚期坳陷沉降

4．5．3 晚白垩世挤压变形

4．5．4 新生代盆地的形成和演化

4．6 小结

5 黑龙江东部低温热年代学研究

5．1 低温热年代学方法简介

5．1．1 裂变径迹测年原理

5．1．2 裂变径迹的退火

5．1．3 裂变径迹实验流程

5．2 低温热年代学构造剖面的构建与采样信息

5．3 低温热年代学样品测试结果

5．3．1 北部剖面FT1

5．3．2 南部剖面FT2

5．4 低温热年代学结果的热历史模拟

5．4．1 北部剖面FT1

5．4．2 南部剖面FT2

5．5 低温热年代学结果的讨论

5．5．1 早侏罗世快速剥露冷却事件

5．5．2 晚白垩世快速剥露冷却事件

5．5．3 新生代快速剥露冷却事件

5．6 小结

6 黑龙江东部及邻区中-新生代盆山耦合过程与动力学探讨

6．1 中-新生代盆山耦合过程分析

6．1．1 早侏罗世-中侏罗世初期：山岭快速隆升与大型前陆盆地沉降耦合

6．1．2 中侏罗世-早白垩世中期：山岭缓慢隆升与两期裂陷沉降耦合

6．1．3 早白垩世晚期：山岭缓慢隆升与裂陷后坳陷沉降耦合

6．1．4 晚白垩世：山岭快速隆升与大型前陆盆地沉降耦合

6．1．5 古近纪：山岭快速隆升与两期裂陷沉降耦合

6．1．6 新近纪-第四纪：山岭缓慢隆升与裂陷后坳陷沉降耦合

6．2 中-新生代构造演化的地球动力学背景

7 结论

参考文献

作者简介