晚中生代中国东北及邻区地层、构造演化：以二连盆地和漠河盆地为例

摘要

中国东北及邻区位于欧亚板块东北部，包括西伯利亚板块南缘、中亚造山带东段和华北板块北缘，由一系列微陆块及其间的碰撞拼合带构成，是地球上最复杂的构造区之一。该区在晚中生代经历了规模宏大的陆内变形，发育了强烈的岩浆活动和大量的沉积盆地、变质核杂岩，以及褶皱逆冲带等，近年来一直是地质工作者研究的焦点。然而，该区晚中生代地层、构造演化历史，及其与区域大地构造的关系始终没有认识清楚，尤其是该区众多侏罗-白垩纪发育的沉积盆地，其地层厘定和构造演化的研究程度依然相对薄弱，甚至处于空白。本文选取漠河盆地和二连盆地作为主要研究对象，通过沉积建造分析、地震反射剖面分析、同位素地质年代学分析、裂变径迹低温热年代学分析等方法，对漠河盆地和二连盆地晚中生代地层、构造演化进行了系统的研究。在重建漠河盆地和二连盆地晚中生代演化历史的基础上，结合中国东北及邻区其他盆地、造山带已有的地质资料，本文重新厘定了晚中生代中国东北及邻区整体地层、构造演化的历史，并初步建立了晚中生代中国东北及邻区演化与区域大地构造的关系。
　　漠河盆地位于中国东北最北部，与俄罗斯上阿穆尔盆地属于同一盆地。本文通过系统的岩性、沉积序列、古生物化石资料、地层分布，和顶、底界面接触关系分析，首次建立了漠河盆地与上阿穆尔盆地侏罗系-下白垩统下部地层的对比关系。通过砂岩碎屑锆石U-Pb年龄分析，结合前人古生物化石资料和零星搜集到的同位素定年资料，本文精确厘定了漠河盆地侏罗系-下白垩统下部地层的沉积年龄:绣峰组沉积年龄为晚侏罗世晚钦莫利期(ca.155-152Ma)，二十二站组沉积年龄为晚侏罗世提塘期(ca.152-145Ma)，额木尔河组沉积年龄为早白垩世贝里阿斯期-早瓦兰今期(ca.145-137Ma)，开库康组沉积年龄为早白垩世晚瓦兰今期(ca.136-133Ma)，塔木兰沟组沉积年龄为早白垩世欧特里夫期及之后(≤ca.133Ma)。依据碎屑锆石U-Pb年龄分布和地层沉积特征，结合前人报道的断层、古水流等资料，本文重建了漠河盆地侏罗纪-早白垩世初沉积物源演化历史、古地理演化历史和构造演化历史。在绣峰组和二十二站组沉积时期，漠河盆地处于伸展拉张应力环境，盆地为伸展断陷盆地，沉积物的主要物源区为盆地以南的中国东北地区，盆地以北地区几乎不向盆地提供沉积物。在额木尔河组沉积时期，漠河盆地西北部隆起，盆地内部形成内陆湖盆，此时盆地开始接收到少量剥蚀、搬运自上阿穆尔盆地北缘泥盆-石炭系的沉积物。在开库康组沉积时期，漠河盆地和上阿穆尔盆地处于挤压构造环境，转变成为磨拉石盆地，此时上阿穆尔盆地北缘的泥盆-石炭系成为漠河盆地主要沉积物源区。开库康组沉积之后，漠河盆地重新进入伸展环境，发育大规模的岩浆活动。
　　二连盆地位于中国东北的中西部地区。本文在对盆地地层岩性、沉积序列、古生物化石资料和地层界面接触关系等进行系统分析的基础上，根据新获得夹层火山岩和砂岩锆石U-Pb年龄资料，重新建立了二连盆地与燕山地区侏罗系-下白垩统下部地层的对比关系，精确限定了二连盆地侏罗系-下白垩统下部地层的沉积年龄。二连盆地阿其图组-齐哈组沉积年龄为中侏罗世阿林期-巴通期早期(ca.174-167Ma)，兴安岭群沉积年龄为晚侏罗世牛津期-钦莫利期早期(ca.163-153Ma)，呼格吉勒图组沉积年龄为晚侏罗世，早白垩世提塘期-瓦兰今期早期(ca.151-139Ma)，阿尔善组沉积开始于早白垩世瓦兰今期(ca.138Ma)。依据地震反射剖面资料、锆石和磷灰石裂变径迹资料，结合邻区构造演化，本文初步确定了二连盆地侏罗纪-早白垩世初地层、构造演化历史。本文提出二连盆地在中侏罗世-早白垩世初经历过五期构造应力场的交替演化:中侏罗世阿林期-巴通期早期(ca.174-167Ma)伸展;中侏罗世巴通期晚期-卡洛夫期(ca.166-164Ma)挤压;晚侏罗世牛津期-钦莫利期早期(ca.163-153Ma)伸展;晚侏罗世末-早白垩世初钦莫利期晚期-瓦兰今期早期(ca.153-138Ma)挤压;早白垩世瓦兰今期早期(ca.138Ma)之后重新进入伸展环境。
　　二连盆地在下白垩统赛汉塔拉组和上白垩统二连组沉积之间经历过一期强烈的挤压构造作用。根据对大量地震反射剖面的解释和分析，本文将这期挤压作用主应力方向限定为NW-SE向。此外，通过砂岩碎屑锆石U-Pb定年，结合前人古生物化石资料、古地磁资料和二连盆地西缘银根-额济纳旗盆地中与赛汉塔拉组沉积于同一时期的苏红图组和银根组已有的同位素定年资料，本文将赛汉塔拉组沉积年龄限定为早白垩世阿普特期末-阿尔布期(ca.115-101Ma)，将二连组沉积年龄限定为晚白垩世塞诺曼期初期以后(≤ca.96Ma)。结合新获得的磷灰石裂变径迹年龄和热演化史，本文将二连盆地赛汉塔拉组沉积之后、二连组沉积之前的这期挤压构造作用的时间限定在晚白垩世初塞诺曼期。
　　通过对漠河盆地和二连盆地晚中生代地层、构造演化的研究，结合区域上其他盆地、造山带构造演化资料，本文对晚中生代中国东北及邻区构造演化进行了系统梳理和分析，发现中国东北及邻区在中侏罗世-晚白垩世经历过多期交替出现的伸展和挤压构造作用，并初步提出了中国东北及邻区晚中生代演化与区域大地构造的关系。本文认为，中侏罗世早期，中国东北及邻区处于伸展构造环境，其动力可能来源于蒙古-鄂霍茨克洋西段关闭之后，加厚地壳发生重力垮塌。中侏罗世晚期，中国东北及邻区处于挤压构造环境，其动力可能来源于喀喇昆仑-拉萨板块西北缘碰撞亚洲大陆南缘导致的远程效应。晚侏罗世早期，中国东北及邻区处于伸展构造环境，可能是由于喀喇昆仑-拉萨板块的西北缘与亚洲大陆南缘碰撞，持续的陆陆碰撞导致了东北亚地区强烈的走滑活动和向北东方向挤出逃逸，进而激发了加厚地壳的进一步重力垮塌。晚侏罗世末-早白垩世初，中国东北及邻区处于挤压构造环境，可能是由于Kolyma-Omolon板块碰撞西伯利亚板块东北缘、西伯利亚板块碰撞Amuria板块，以及拉萨板块碰撞亚洲大陆南缘的远程效应的联合作用。早白垩世，中国东北及邻区处于伸展构造环境，其动力可能来源于拉萨陆块持续碰撞亚洲大陆南缘，导致东北亚地区进一步向北东方向挤出，并且伴随强烈的走滑断层活动，进而引起了中国东北及邻区加厚地壳的重力垮塌和岩石圈地幔的拆沉。晚白垩世早期，中国东北及邻区处于挤压构造环境，可能与鄂霍茨克陆块碰撞亚洲大陆东缘有关。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1．1 中国东北及邻区地质概况与研究现状

1．1．2 漠河盆地地质概况与研究现状

1．1．3 二连盆地地质概况与研究现状

1．1．4 存在问题

1．2 研究内容、思路和方法

1．3 论文工作量

第2章 研究方法

2．2 砂岩碎屑颗粒统计

2．3 锆石U—Pb年龄分析

2．4 锆石和磷灰石裂变径迹分析

2．5 地震反射剖面分析

第3章 侏罗纪－早白垩世初漠河盆地地层、构造演化

3．1 前言

3．2 漠河盆地岩石地层和沉积特征

3．2．1 绣峰组

3．2．2 二十二站组

3．2．3 额木尔河组

3．2．4 开库康组

3．2．5 塔木兰沟组

3．3 漠河盆地与俄罗斯上阿穆尔盆地地层对比

3．3．1 上阿穆尔盆地岩石地层和沉积特征

3．3．2 漠河盆地与上阿穆尔盆地地层对比

3．4 地层年龄限定

3．4．1 碎屑锆石U—Pb定年结果

3．4．2 锆石U－Pb年龄对盆地地层年龄的限定

3．5 物源区分析

3．5．1 砂岩碎屑颗粒统计

3．5．2 碎屑锆石U—Pb年龄分析

3．6 盆地古地理和地层、构造演化

3．6．1 中侏罗世一晚侏罗世早期

3．6．2 晚侏罗世晚期(晚钦莫利期－提塘期)

3．6．3 早白垩世初期(贝里阿斯期－早瓦兰今期)

3．6．4 早白垩世早期(瓦兰今期)

3．6．5 早白垩世中晚期(欧特里夫期及之后)

3．7 小结

第4章 侏罗纪－早白垩世初二连盆地地层、构造演化

4．1 前言

4．2．1 阿其图组、格日勒组和齐哈组

4．2．2 呼格吉勒图组

4．2．3 兴安岭群

4．2．4 阿尔善组

4．3 地层年龄限定

4．3．1 锆石U－Pb定年结果

4．3．2 锆石U－Pb年龄对盆地地层年龄的限定

4．3．3 区域地层对比和更进一步的地层年龄限定

4．4 裂变径迹热年代学分析

4．4．1 磷灰石和锆石裂变径迹年龄

4．4．2 磷灰石裂变径迹热史反演

4．5 侏罗纪－早白垩世初二连盆地演化

4．5．1 中侏罗世早期

4．5．2 中侏罗世晚期

4．5．3 晚侏罗世早期

4．5．4 晚侏罗世末－早白垩世初

4．5．5 早白垩世

4．6 小结

第5章 晚白垩世初二连盆地构造反转

5．1 前言

5．2 白垩系岩石地层和沉积、构造特征

5．2．1 下白垩统巴彦花群

5．2．2 早白垩世末－晚白垩世初构造反转

5．2．3 上白垩统二连组

5．3 地层年龄限定

5．3．1 古生物和古地磁年龄

5．3．2 砂岩碎屑锆石U－Pb年龄

5．3．3 综合地层年龄限定

5．4 裂变径迹热年代学分析

5．4．2 磷灰石裂变径迹热史反演

5．5 早白垩世－晚白垩世初二连盆地地层、构造演化

5．6 小结

第6章 晚中生代中国东北及邻区演化与区域大地构造的关系

6．1 前言

6．2 晚中生代中国东北及邻区地层、构造演化

6．2．1 中侏罗世早期伸展环境

6．2．2 中侏罗世晚期挤压环境

6．2．3 晚侏罗世早期伸展环境

6．2．4 晚侏罗世末－早白垩世初挤压环境

6．2．5 早白垩世伸展环境

6．2．6 晚白垩世初挤压环境

6．3 晚中生代中国东北及邻区演化与区域大地构造的关系

6．3．1 中侏罗世早期：伸展构造与蒙古－鄂霍茨克洋西段关闭后重力垮塌

6．3．2 中侏罗世晚期：挤压构造与喀喇昆仑板块碰撞亚洲大陆南缘

6．3．3 晚侏罗世早期：伸展构造与东北亚挤出逃逸

6．3．4 晚侏罗世末－早白垩世初：挤压构造与多板块碰撞联合作用

6．3．5 早白垩世：伸展构造与东北亚挤出逃逸

6．3．6 晚白垩世初：挤压构造与鄂霍茨克陆块碰撞亚洲大陆东缘

6．4 小结

第7章 结论

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果