依兰-伊通断裂带构造特征与演化历史

摘要

北东走向、延伸超过900km的依兰-伊通断裂带是中国东北地区重要的大型断裂构造。然而，关于其起源问题及演化历史却长期存在着较大的认识上分歧。作为著名的郯庐断裂带的北段，正确认识该断裂带的起源构造，不仅可完善和检验郯庐断裂带自身复杂的起源与演化历史，还有助于理解东北地区中生代以来大地构造动力学过程和背景。
　　通过系统的野外观察与室内综合分析，表明依兰-伊通断裂带在白垩-古近纪地堑外侧仍保存着走滑断层或韧性剪切带，代表了其起源期构造。这些走滑构造在其中部与北部多为脆性平移断层，仅在南部威远堡-叶赫段和中部舒兰段出露为韧性剪切带。这两段剪切带走向NE-SW，具有陡倾的糜棱面理和缓倾的矿物拉伸线理。露头与显微构造及石英C轴组构均指示剪切带为左行走滑运动，并具有小幅度的逆冲分量。显微构造指示，威远堡-叶赫段剪切带的变形温度为400～450℃，而舒兰段剪切带为350～400℃。一系列剪切带内变形与未变形岩体或岩脉的锆石U-Pb定年，限定了其走滑活动时限为160～126Ma。再依据研究区主要地质事件的对比，推断该断裂带起源时间为早白垩世初。由此表明，起源于中三叠世的郯庐断裂带中-南段，在早白垩世初区域挤压作用下（相当于燕山运动B幕）以左行平移活动方式向北扩展进入东北地区，从而形成依兰-伊通断裂带。该断裂带在早白垩世初的出现应是东部太平洋区伊泽纳崎板块的高速斜向俯冲与西北部蒙古-鄂霍茨克洋最终关闭联合动力作用下的结果，但前者的动力贡献占主导地位。
　　依兰-伊通断裂带左行错移华北克拉通北界已被多数学者所认同。但是，由于长期以来对辽北地区华北克拉通北缘出露的变质岩系的原岩时代、构造属性和变形历史的认识不足，导致了该段华北克拉通与辽源地体之间的边界（即白云鄂博-赤峰-开原断裂）至今未被精确限定。野外调查发现，北侧辽源地体内的前侏罗纪岩石均卷入了NWW-SEE走向、上盘向SSW逆冲的韧性剪切带变形。显微构造分析显示，这期变形温度为450～500℃。而南侧华北克拉通内出露的太古代基底和二叠纪岩体呈现类似的变形特征，并且中元古代沉积盖层发育了NWW-SEE向褶皱，也显示受到了区域性的NNE-SSW向挤压事件的影响。综合分析认为，该挤压事件是古亚洲洋沿索伦克缝合线东段最终闭合造成的。辽源地体内最年轻变形岩体年龄和最老未变形岩体年龄将这期韧性变形时间限制于241～193Ma之间。本次研究所获得的同变形混合岩化作用时间为234～229Ma，进一步限定了辽源地体东段古亚洲洋（索伦克洋）最终闭合时间为中三叠世。这一结果也与前人提出的古亚洲洋自西向东“剪刀式”闭合模式吻合。综合研究区岩石类型和年代学、锆石εHf(t)值和二阶段Hf模式年龄以及锆石年龄谱的空间变化，本次工作准确地限定了辽源地体与华北克拉通之间的边界位置。这一边界在依兰-伊通断裂带的西侧和东侧分别沿辽河和太古代基底岩石出露区北界（开原-李家台-山城一线）展布。该边界实际为白云鄂博-赤峰-开原断裂带所在。本次工作表明，在中三叠世碰撞造山事件中，白云鄂博-赤峰-开原断裂呈现上盘向SSW的逆冲。依兰-伊通断裂带在早白垩世初的左行平移，错开这一边界断裂，左行位移量为35km。
　　依兰-伊通断裂带在新生代期间出现强烈的伸展活动，控制发育了一条长约600km、最大宽度不超过25km的狭长地堑。该地堑自北东向南西可进一步划分为汤原地堑、方正地堑、舒兰地堑和伊通地堑四个次一级地堑。依兰-伊通地堑边界断层为NE-SW走向，但内部发育了多方位断层系统，以近东西走向正断层在数量上占优势。地堑的主体结构与沉积格局主要受NE-SW向边界断层控制，但也明显受到近东西向正断层的影响。该地堑主体呈不对称的地堑结构，仅北部汤原地堑呈半地堑结构。综合野外观察、应力场反演以及前人油气勘探资料，指示依兰-伊通地堑新生代以来先后经历了古近纪地堑发育阶段、古近纪末挤压反转阶段、新近纪弱伸展拗陷阶段和第四纪以来近东西向挤压活动阶段。在古近纪地堑发育阶段，区域应力状态为近南北向拉张，早期形成的依兰-伊通左行平移断裂带被斜向拉张而复活，呈正右行平移活动。由此其所发育的依兰-伊通地堑属于张扭性盆地或走滑伸展盆地，而并非前人所认为的正向拉张盆地或走滑拉分盆地。区域对比表明，依兰-伊通地堑新生代构造演化历史与整个中国东部具有相似性，只是构造活动强度在不同地区具有差异。本文认为，中国东部大陆新生代以来大地构造与动力学的演变是与周边板块相互作用的结果。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 前言

1．1 课题来源与研究目的

1．2 研究现状

1．3．1 断裂构造几何学研究

1．3．2 断裂构造的运动学及变形温度研究

1．3．3 起源期年代学及动力学背景分析

1．3．4 华北克拉通北缘变质岩系变形特征及构造属性研究

1．3．5 断裂带水平位移量的限制

1．3．6 新生代构造演化及动力学背景研究

1．4 完成工作量

第二章 区域地质概况

2．1 郯庐断裂带概况

2．2 华北克拉通及燕山褶断带

2．3 兴蒙造山带

2．4 依兰-伊通断裂带地质概况

2．5 依兰-伊通断裂带沿线地层

2．6 研究区岩浆岩

2．7 研究区变质岩

第三章 依兰-伊通断裂起源期构造特征

3．1 走滑韧性剪切带构造变形特征

3．1．1 威远堡-叶赫段剪切带

3．1．2 舒兰段剪切带

3．2 尚志隆起上起源期脆性构造特征

3．3．1 显微构造

3．3．2 石英C轴组构

3．4 剪切带内侵入岩锆石U-Pb定年

3．4．1 测试方法

3．4．2 剪切带带内变形岩体

3．4．3 剪切带内不变形岩体与岩脉

3．4．4 剪切带外岩体

3．5 起源型式、时间与动力学背景的讨论

3．5．1 断裂起源型式

3．5．2 起源时间

第四章 辽源地体变形规律、南界位置及对依兰-伊通断裂平移距离的指示

4．1 辽北地区岩石特征

4．2 变形特征

4．2．1 依兰-伊通断裂带东侧

4．2．2 依兰-伊通断裂带西侧

4．3 定年样品描述

4．4 测试方法

4．4．1 错石U-Pb定年

4．4．2 锆石原位Hf同位素分析

4．5 测试结果

4．5．1 锆石U-Pb年龄

4．6 锆石Hf同位素

4．6．2 依兰-伊通断裂带西侧

4．7 问题讨论

4．7．1 研究区韧性变形的成因

4．7．2 韧性变形时间与大地构造意义

4．7．3 华北克拉通与辽源地体界线

4．7．4 依兰-伊通断裂带平移距离

第五章 依兰-伊通地堑新生代构造特征、形成机制与演化历史

5．1 新生代沉积序列

5．2 断裂系统

5．3 盆地结构

5．4 舒兰地堑新生代断裂演化

5．4．1 第一期断层(D1)

5．4．2 第二期断层(D2)

5．4．3 第三期断层(D3)

5．5 叶赫盆地断裂活动期次

5．6 古应力场反演

5．6．1 舒兰地堑

5．6．2 叶赫盆地

5．7 构造与应力场演化总结

5．7．1 古近纪伸展活动

5．7．2 古近纪末挤压反转

5．7．3 新近纪拗陷阶段

5．7．4 第四纪以来挤压活动

5．8 古近纪地堑形成机制

5．9 动力学背景分析

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表论文