徐 強

(中國煤炭地質總局勘查研究總院，北京 100039)

二連盆地是我國北方重要的大型陸相斷陷盆地群(省)[1-4]，內部富含煤炭、石油、鈾礦等多種礦產(chǎn)資源[5-13]。盆地內發(fā)育大量的由NE—NNE向伸展-伸展走滑斷裂控制的中生代凹陷[14-16]，凹陷內沉積地層以下白堊統(tǒng)為主，局部沉積少量上白堊統(tǒng)。目前，勘探成果揭示盆地內各類礦產(chǎn)資源主要富集層位為下白堊統(tǒng)，且與構造活動密切相關[5, 9]。前人研究揭示二連盆地乃至整個中蒙邊界上發(fā)育的諸如海拉爾盆地、銀根盆地及東戈壁盆地等均呈現(xiàn)低伸展率、寬裂陷的伸展特征[3, 16]，盆地內部凹陷沿走向的延伸長度遠大于其寬度，平面上呈顯著的帶狀形態(tài)(圖1)。然而不同凹陷構造變形在服從于整個構造演化背景的同時又存在著顯著差異，也正是這些差異性決定了不同凹陷的礦產(chǎn)富集程度有所不同。因此，歸納凹陷構造變形的共同點，解釋其中的差異性對于研究礦產(chǎn)資源富集規(guī)律具有重要的意義。

腦木根凹陷是二連盆地南部烏蘭察布坳陷內NNE走向展布的帶狀凹陷，目前已在該凹陷內發(fā)現(xiàn)有煤炭和鈾礦等礦產(chǎn)資源[6, 17-18]。然而，受早期勘探程度及復雜的地質條件所限，相較于其他勘探程度較高的凹陷來說，該凹陷的早白堊世構造變形研究一直比較薄弱。因此，本文利用地球物理資料與野外地面地質資料相結合的方式分析該凹陷與盆地其它凹陷早白堊世構造變形的異同點，研究該凹陷的構造變形、構造沉降及構造演化過程，為進一步的礦產(chǎn)資源勘探打牢地質研究基礎。

1 研究區(qū)地質背景

二連盆地是興蒙構造帶上發(fā)育的早白堊世斷陷盆地群之一，它西臨東戈壁盆地與海拉爾盆地，東靠大興安嶺隆起，北與外蒙古接壤，南靠陰山、燕山山脈，面積近10×104km2。盆地位于華力西期褶皺基底之上，主體為中生界，內部發(fā)育了50余個由區(qū)域基底規(guī)模正斷層或兼具張扭性質斷層控制地層充填的、大小不等且形態(tài)各異的中生代凹陷[3, 14-16]。這些凹陷在平面上總體呈長條狀展布，受單條或多條NE—NNE向主干邊界斷層控制形成簡單半地塹或多個小型半地塹組成的復式半地塹(圖2)。多個凹陷彼此連接形成盆地二級負向構造單元(坳陷)，少數(shù)零星的斷陷位于盆地二級正向構造單元上(隆起)。根據(jù)下白堊統(tǒng)的分布，盆地整體可劃分為烏尼特、馬尼特、烏蘭察布、川井、騰格爾5個坳陷與巴音寶力格、溫都爾廟、東烏珠穆沁、蘇尼特4個隆起，整體呈現(xiàn)隆-坳相間的構造格局(圖1)。

二連盆地由老至新可劃分三套構造層序序列。前中生代基底構造層包括太古界結晶變質巖類、元古代以及古生代沉積巖類，在歷經(jīng)多期構造旋回后(由早至晚包括加里東期、華力西期、印支期及燕山期)，基底主要呈現(xiàn)為一系列大小不等的塊體、島弧及充填其間的古地層[19-25]?；装l(fā)育兩條重要的構造縫合帶，即二連-賀根山縫合帶與索倫山-西拉木倫縫合帶[22-24]，前者為島弧之間碰撞/拼接而成，通常被認為是古亞洲洋與華北克拉通在興蒙褶皺帶東翼的縫合線[26-27]，是一條超巖石圈尺度的斷裂帶，在盆地內延伸近680 km，沿斷裂帶有大量的蛇綠巖體及花崗巖體等出露。后者為一條超巖石圈尺度的韌性剪切帶，在盆地內延伸近700 km，沿構造帶亦出露大量的蛇綠巖體及花崗巖體[27-29]。中生代構造層序是二連盆地的主體，主要包括侏羅系、下白堊統(tǒng)以及部分凹陷殘留的少量上白堊統(tǒng)，全盆缺失三疊系。其中，侏羅系全盆分布廣泛，以火山碎屑、火山巖等為主，地層厚度整體變化不大，在近大興安嶺及盆地各隆起區(qū)廣泛出露[4]；下白堊統(tǒng)是二連盆地主要的礦產(chǎn)資源富集層位，主要充填一系列的碎屑巖層，地層厚度變化明顯受斷裂活動控制，橫向變化劇烈[30]；上白堊統(tǒng)僅在部分凹陷零星分布；新近系—第四系構造層序主要沉積于下沉坳陷區(qū)。

圖1 二連盆地早白堊世構造-沉積單元輪廓圖及腦木根凹陷構造位置(據(jù)參考文獻[14]修改)Figure 1 Outline map of Erenhot Basin Early Cretaceous structural and sedimentation units, along with Nomgen sag position(after reference [14], modified)

腦木根凹陷為烏蘭察布坳陷中部地區(qū)發(fā)育的三級負向構造單元，是一個由兩條近NNE—NE走向斷層控制地層發(fā)育、多個小型斷陷串聯(lián)而成的狹長復式斷陷?？傮w發(fā)育下白堊統(tǒng)巴彥花群，自下而上分別為阿爾善組(K1a)、騰格爾組一段(K1t1)、騰格爾組二段(K1t2)和賽漢塔拉組(K1s)(圖3)。

2 早白堊世凹陷復合類型與構造特征

2.1 二連盆地早白堊世凹陷復合類型

二連盆地早白堊世凹陷的發(fā)育演化主要由NE—NNE走向主干斷層控制，由單條主干基底斷層控制則形成簡單斷陷，由多條基底主干斷層共同控制形成復式斷陷。前人根據(jù)地震地質資料總結二連盆地凹陷復合類型主要有4種，即串聯(lián)式(A)、并聯(lián)式(B)、斜列式(C)和交織式(D)(圖2)。串聯(lián)式表現(xiàn)為至少2條走向基本相同且位于同一構造帶上的基底斷層，各自上盤的小型斷陷沿走向擴展彼此連接形成統(tǒng)一的復式斷陷帶，每條基底斷層至少控制一個沉降-沉積中心[5]。這類復合類型斷陷在二連盆地內最為發(fā)育，表現(xiàn)為狹長帶狀展布特征。并聯(lián)式表現(xiàn)為至少2條走向基本相同且位于同一構造帶上的基底斷層大致平行排列并控制其上盤地層沉積，各自上盤小型斷陷的沉降-沉積中心大致平行并置并沿走向擴展復合形成復式斷陷。該類復合型斷陷在二連盆地內也較為發(fā)育，表現(xiàn)為2個或多個小型斷陷并聯(lián)復合。斜列式表現(xiàn)為至少2條走向基本相同且位于同一構造帶上的基底斷層呈雁列式排列，各自上盤的小型斷陷沿走向擴展并呈雁列式展布，每條基底斷層也至少控制一個沉降-沉積中心。交織式表現(xiàn)為至少2條走向不同的基底斷層交織在一起，各自上盤的小型斷陷彼此聯(lián)合形成統(tǒng)一的復式斷陷，斷陷內發(fā)育多個沉降-沉積中心，但因主控斷層走向不同，因此斷陷的擴展方向亦不同。結合二連盆地斷陷發(fā)育情況，馬尼特坳陷與烏蘭察布坳陷多發(fā)育串聯(lián)式和并聯(lián)式復合類型，烏尼特坳陷、川井坳陷及騰格爾坳陷多發(fā)育斜列式復合類型，少量發(fā)育交織式復合類型。

圖2 二連盆地復式斷陷分類模型(據(jù)參考文獻[5]修改)Figure 2 Erenhot Basin composite fault depression classification model (after reference [5], modified)

2.2 腦木根凹陷組合類型與構造特征

構造樣式對油氣、煤炭等沉積礦產(chǎn)的控制和改造作用明顯[31]。腦木根凹陷位于烏蘭察布坳陷中部，結合前人總結的二連盆地早白堊世凹陷復合類型與腦木根凹陷的平面、剖面結構可以得出腦木根凹陷在不同構造位置其凹陷的復合方式不盡相同。腦木根凹陷北部主要受1條NNE走向延伸的主干基底斷層控制發(fā)育，其上盤發(fā)育一個主要的沉降-沉積中心，因此，在該區(qū)域凹陷呈現(xiàn)簡單的半地塹(圖3剖面A-A＇)；向中部延伸，凹陷逐漸受到3條NNE走向延伸的主干基底斷層控制斷陷發(fā)育演化，其中由SSE傾向的2條并行排列主干基底斷層控制兩個沉降-沉積中心發(fā)育，該區(qū)域凹陷呈并聯(lián)式復合類型(圖3剖面B-B＇)；向南部延伸，東部邊界斷層對地層沉積的控制作用逐漸減弱，西部邊界斷層對地層的控制作用逐漸增加，斷陷逐漸由東斷西超過渡至西斷東超的半地塹形態(tài)。該區(qū)域內凹陷又表現(xiàn)為1條主干邊界斷層控制地層沉積，呈簡單半地塹特征(圖3剖面C-C＇與剖面D-D＇)。因此，凹陷由北向南，主干邊界斷層彼此首尾相連，其上盤的小型斷陷亦彼此串聯(lián)成為統(tǒng)一的復式半地塹，局部地區(qū)表現(xiàn)為并聯(lián)式復式半地塹。由此可見，一個凹陷的復合類型并非一成不變，隨著主干基底斷層的發(fā)育演化，凹陷沿走向其斷陷復合類型可以不同，斷陷的極性也可以發(fā)生變化。

從地震地質解釋剖面上可以看出，腦木根凹陷總體受NE—NNE走向基底主干斷層控制，斷層在淺層呈高角度正斷層，向深層延伸相對變緩。剖面上主干斷層與次級斷層往往組合形成不同類型的構造樣式，如若斷層傾向同向，則與地層共同組成掀斜斷塊，如若主、次級斷層傾向相反，則與地層共同形成背向的“壘式”或相向的“塹式”的構造樣式。腦木根凹陷局部地區(qū)還發(fā)育走滑構造樣式，其在深層呈有根的“負花狀”，即斷層向深層收斂至一個近于直立的斷層面上，地層與斷層組合形成近于“塹式”，在淺層則形成近于“正花狀”，即地層與斷層組合形成近于“壘式”(圖3剖面D-D＇)。該地區(qū)呈現(xiàn)局部的走滑構造樣式可能與基底構造有關。在該區(qū)域基底發(fā)育近東西向展布的索倫山-西拉木倫縫合帶，而該時期二連盆地整體受近NW-SE向的伸展作用，因此腦木根凹陷局部地區(qū)受基底走向與伸展方向斜交的影響可能會形成一些伸展走滑構造或是走滑構造。

圖3 腦木根凹陷北西向結構剖面圖(剖面B-B＇據(jù)參考文獻[25]修改)Figure 3 Nomgen sag NW structural sections(section B-B＇, after reference [25], modified)

2.3 腦木根凹陷構造沉降特征

伸展斷陷的沉降特征往往可以反映出構造演化過程，而沉降特征分析通常通過對盆地模擬軟件對沉積地層進行逐層回剝的手段進行研究。本文選取凹陷中部地區(qū)典型剖面B-B＇對構造沉降特征進行重點分析。剖面總長約18km，總體呈現(xiàn)兩個構造沉降中心。由剖面地質解釋可以看出侏羅系厚度變化不大，基本不受斷層活動控制，下白堊統(tǒng)為地層沉積主體，沉積地層包括阿爾善組(K1a)、騰格爾組一段(K1t1)及騰格爾組二段(K1t2)。分別過兩個沉降中心選取虛擬井n1及n2，通過盆地模擬軟件對沉積地層進行逐層回剝，統(tǒng)計各個沉積時期基底埋藏深度，結合地層巖性特征分析其沉降過程。通過分析得知，凹陷的裂陷期主要沉積地層為K1a、K1t1及K1t2，呈現(xiàn)出較高的沉降速率，其中K1a沉積時期開始沉降，K1t1沉積時期快速沉降，K1t2沉積時期緩慢沉降，地層沉積總厚度在920～1 600 m，平均構造沉降1 000 m。盆地進入上白堊統(tǒng)沉積時期，整體的沉降速率明顯降低，進入坳陷期，地層厚度約620 m，構造沉降約410 m，裂后熱沉降期為古近系—新近系沉積時期，盆地的總沉降速率已相當小，幾乎不發(fā)生構造沉圖(圖4)。選取的虛擬井n1和井n2的沉降史曲線形態(tài)整體相似，但也具有一定的差異性，主要表現(xiàn)在虛擬井n2在整個裂陷期沉降曲線的斜度略于虛擬井n1，表明虛擬井n2所在區(qū)域的盆地裂陷活動相對較強，對沉積地層的控制作用較大，這也反映出即使是同一個凹陷，不同構造部位沉積地層的沉降過程受構造控制具有差異性。

3 腦木根凹陷構造演化過程

在研究盆地各個沉積時期斷裂活動及地層沉積-沉降特征過程中最常用的手段即構造平衡恢復法，其主要是在對沉積地層進行逐層回剝過程中分析地層的沉積厚度、沉降量以及不同級別斷裂的活動量及活動速率等[32]。本次研究選取盆地結構相對完整且構造要素發(fā)育較全的南部地區(qū)進行平衡恢復(圖5)，既可以反映出伸展盆地的整個沉積演化過程，也可以突顯出局部地區(qū)發(fā)育的走滑構造變形對沉積演化的影響。

晚侏羅世至早白堊世早期， 東北亞地區(qū)的地殼

(a)井n1和n2的剖面位置；(b)井n1沉降曲線；(c)井n2沉降曲線圖4 腦木根凹陷地質剖面B-B’沉降特征Figure 4 Nomgen sag subsidence features showing on section B-B’

一直處于過熱狀態(tài)，表現(xiàn)為大面積、長時間、持續(xù)性的巖漿活動[33]，該時期太平洋板塊向歐亞大陸快速俯沖，東北亞地區(qū)火山活動頻繁，并發(fā)育一系列的斷陷盆地群。因此，二連盆地在晚侏羅世主要沉積的是火山碎屑建造，但此時盆地內部的伸展斷層活動并未對侏羅系的沉積起到明顯的控制作用。早白堊，二連盆地構造活動加劇，盆地內斷層活動非常劇烈，斷距明顯加大，主干斷層兩盤地層沉積厚度明顯不同，盆地呈現(xiàn)出典型的伸展裂陷特征。腦木根凹陷位于烏蘭察布坳陷中部地區(qū)，整體呈現(xiàn)伸展構造演化特征，但受前中生代基底構造帶影響，亦表現(xiàn)出獨有的演化特征，現(xiàn)將其演化過程詳述如下：

早白堊世早期，即K1a沉積時期，腦木根凹陷處于裂陷初期，與下伏的上侏羅統(tǒng)形成區(qū)域性角度不整合。此時東、西兩側邊界主干斷層活動并控制沉積充填，但此時以西側邊界斷層活動為主，地層主要呈楔狀體，由西向東逐漸減薄，開始形成半地塹的雛形。但該時期斷層形態(tài)尚未形成鏟式，仍處于高角度的板式(圖5E)，而東側斷層亦未表現(xiàn)出明顯的走滑特征。

圖5 腦木根凹陷C-C＇地質剖面構造演化Figure 5 Nomgen sag structural evolutionary processshowing on section C-C＇

K1t1沉積時期，斷陷的伸展量增大，湖盆面積向東擴張，西側的主干斷層活動極為強烈，對地層起到明顯的控制作用，沿著西側主干邊界斷層，地層逐漸向東側減薄。此時，邊界斷層開始逐漸由早期的板式形態(tài)過渡至鏟式形態(tài)，斷陷的楔形構造更加明顯。同時，凹陷中部的次級斷層對地層沉積厚度也具有一定的控制作用，呈現(xiàn)出兩個沉積沉降中心。東側主干邊界斷層開始與其分支斷層組成負花狀構造樣式，此時開始表現(xiàn)出走滑構造特征。該時期，次級斷裂也相對發(fā)育，起到調節(jié)主干斷層位移量的作用(圖5D)。

K1t2沉積時期，邊界斷層活動相對減弱，地層沉積厚度明顯減小，沉積中心主要位于凹陷的中心部位。該時期，斷陷中部的主干斷層對地層不再起到控制作用，即使斷陷內部亦會再發(fā)育一些小型的次級斷層，但斷層活動減弱，基本對地層沉積不起控制作用。該時期，東部的走滑斷層活動亦開始減弱(圖5C)。

K1s沉積時期，主干邊界斷層活動量基本停止，研究區(qū)逐漸由斷陷向拗陷階段轉換，但斷層仍具有少量的斷距，但對地層沉積基本不控制作用。該沉積時期，研究區(qū)的沉積中心開始逐漸由靠近邊界斷層處向凹陷中心遷移。此時，東部原發(fā)育伸展走滑作用的構造部位又呈現(xiàn)出走滑特征，但表現(xiàn)為正花狀構造，說明該時期局部呈現(xiàn)壓扭特征，這可能與該沉積末期局部的反轉隆升伴隨近東西向基底(西拉木倫縫合帶)受NW-SE向構造作用有關。該時期斷陷內部的次級斷層也基本停止活動，未切割至K1s頂部(圖5B)。

古近紀以來凹陷斷層不再活動，整體呈現(xiàn)裂后熱沉降特征，地層沉積幾乎不受構造作用影響(圖5A)。

綜上所述，腦木根凹陷整體經(jīng)歷了K1a沉積時期的早期裂陷，地層沉積開始受到主干斷層控制，凹陷初具半地塹雛形；K1t1沉積時期的強烈裂陷，邊界斷層及內部主干次級斷層活動加劇，明顯控制地層沉積，整體呈復式半地塹形態(tài)；K1t2沉積時期的弱裂陷期，地層沉積受到主干斷層控制，但是控制作用明顯減弱；K1s沉積時期裂陷活動進一步減弱，局部地還呈現(xiàn)出反轉隆升特征，至此，整個裂陷過程結束；古近紀以來，地層整體沉降，地層沉積不再受到斷層活動控制。但是在整個演化過程中，由于不同構造部位的主干邊界活動強烈程度不同，局部構造應力有所差異，因此斷陷內部所發(fā)育的次級斷層類型、規(guī)模及數(shù)量等的有所差異。

4 結論

通過總結前人對二連盆地斷陷盆地群的斷陷復合類型，分析腦木根凹陷復合類型及特征，探討早白堊世展構造沉降及構造演化過程，得到以下幾個結論。

1)二連盆地為晚中生代斷陷盆地群，斷陷總體呈串聯(lián)式、并聯(lián)式、斜列式及交織式4類復合類型，串聯(lián)式與并聯(lián)式最為發(fā)育。腦木根凹陷呈現(xiàn)串聯(lián)式形式，但在中北部地區(qū)表現(xiàn)為并聯(lián)式，且沿凹陷走向，主干邊界斷層逐漸發(fā)生轉移，斷陷極性發(fā)生轉變。

2)腦木根凹陷早白堊世以伸展構造為主，局部發(fā)育伸展走滑構造。凹陷總體呈現(xiàn)三期構造沉降特征，即K1a沉積時期整體開始沉降；K1t1沉積時期沉降速率明顯增大，表現(xiàn)出顯著裂陷沉降特征；K1t2沉積時期沉降速率開始變緩，裂陷作用逐漸減弱；K1s沉積時期沉降速率進一步減小，呈現(xiàn)裂陷向坳陷轉換的特征；古近紀以來整體熱沉降，幾乎沒有構造沉降。不同構造部位受主干斷層及內部次級斷層活動影響，沉降特征有所差異。

3)腦木根凹陷整體經(jīng)歷K1a沉積時期的初始裂陷，地層沉積開始受主干斷層控制，凹陷初具半地塹雛形；K1t1沉積時期的強裂陷期，邊界斷層活動加劇，明顯控制地層沉積，整體呈復式半地塹形態(tài)；K1t2沉積時期的緩慢裂陷期，邊界斷層活動減弱，對地層控制作用逐漸減弱；K1s沉積時期裂陷活動進一步減弱，局部地區(qū)邊界斷層開始停止活動，裂陷過程基本結束；古近紀以來，地層整體熱沉降，地層基本不受邊界斷層控制。整個演化過程中，受主干斷層及上盤次級斷層活動差異性影響，地層的沉積厚度與沉積中心亦有所不同。