圖5.9布格重力異常延伸140km等值線圖(單位:毫伽)
圖5.10 70km布格重力異常等值線圖(單位:毫伽)
5.3.1.1孟醒巖石圈塊體
這個巖石圈塊體在中國被稱為埃爾貢-興安塊體，其西北包括俄國的埃爾貢塊體和任剛塊體，西南包括蒙古的克魯倫塊體。中國巖石圈塊體以大興安嶺為特征，平均海拔1000米以上..與此地形相對應，該地塊是孟醒-吉黑地區巖石圈和地殼厚度最大的地區，平均地殼厚度超過40公裏。雖然電性結構和速度結構反映的巖石圈厚度差異較大，分別約為110km和150km，但說明該區最大巖石圈厚度是清楚的。該區在巖石圈尺度上的另壹個重要特征是莫霍面形態復雜(圖5.12)。突出的表現是莫霍面不是簡單連續的界面，而是具有壹定厚度和內部結構的過渡帶，在橫向上不連續。最復雜的莫霍面出現在大興安嶺主脊下，呈透鏡狀，長約200km，最大厚度12km。這部分對應著本區地殼厚度最大的區域，達到43km，地殼厚度向兩側逐漸減小，特別是向東，西部最薄約37km，東部最薄約32km。地殼中的地震波速度在6km以上有壹個相對穩定的速度層，6km以下沒有明顯的水平速度層，速度層越深波動越大。在本區中部博克圖以西6 ~ 15 km深處和東部齊齊哈爾存在壹個向西傾斜的低速楔，這兩個低速楔分別對應地表出露的新林-西貴圖蛇綠巖帶(李瑞山，1991)和嫩江-開魯斷裂帶。特別是齊齊哈爾以西低速楔的位置、產狀和深度與齊齊哈爾以西MT揭示的向西臥的低阻體完全壹致(圖2.16)。因此，可以肯定松嫩地塊和興安地塊之間存在向西俯沖的古俯沖帶。結合該帶重力資料反映明顯，但新林-西貴圖帶不明顯，新林-西貴圖帶形成較早，深部物質基本平衡，嫩江-開魯俯沖帶形成較晚。這也是我們把埃爾貢-興安地塊作為壹個單元的原因之壹。
圖5.11孟醒-吉黑巖石圈塊體的構造劃分
圖5.12埃爾貢-興安地區巖石圈速度結構剖面(根據滿洲裏-綏芬河地質剖面，張義霞等，1988)。
1)地殼結構特征。隨著深度的增加，孟醒巖石圈塊體的地殼結構變得越來越復雜。雖然本區中下地殼垂直速度分層不明顯，但從總體速度結構來看，本區地殼在垂直方向上大致可分為三個速度結構單元。下部單元從20km壹直到莫霍面，表明上地幔頂部形態和莫霍面過渡帶的復雜變化對應著中下部地殼速度的劇烈波動。中間單元從6km到20km，特點是沿水平方向高速塊和低速塊交替，被兩個向西傾斜的低速楔分割；上層單元從地表到6公裏深處，其特征是壹個相對穩定的速度層。這種三要素速度結構分層反映了該區地殼結構的基本特征。根據三個單元的速度結構漸變穩定的變化趨勢分析，該區地殼淺部結構乃至地表形態的形成與深部構造密切相關，深部構造的強度大於水平構造，這也說明該區深部巖石圈結構的形成時間晚於淺部構造。
圖5.13大興安嶺中生代火山巖銣-鍶圖解(根據許，1994簡化)
2)地殼的構造-熱演化特征。孟醒地區地表出露的巖石主要有兩類，能反映巖石圈塊體的深部物質組成和構造-熱演化條件，包括變質巖、晚古生代花崗巖和中生代火山巖。壹套變質巖系稱為興化渡口群，主要出露於本區西北部，主要由角閃巖斜長片麻巖、角閃巖和角閃巖片巖組成，具中低角閃巖相條件，屬活動大陸邊緣型構造。該套變質巖的密度為2.68 ~ 2.84 g/cm3，變質礦物組合反映的地層溫度約為650℃，壓力為0.5 ~ 0.55 GPA，估算的地層深度約為17km。另壹套變質巖系紮蘭屯群主要出露在本區東部，由壹套絹雲母石英片巖、綠泥石片巖、石英巖和千枚巖、大理巖、酸性和基性凝灰巖組成，形成於低綠片巖相變質條件下，屬於被動大陸邊緣沈積建造。該套巖石的密度為2.61 ~ 2.71g/cm3，變質礦物組合反映的地層溫度約為450℃，壓力為0.2~0.35GPa，估算的地層深度約為10km。這兩套變質巖的構造和形成條件特征表明，它們是形成於完全不同環境的兩套巖石。根據它們在地層深度約7km的成分不連續性，說明它們雖然在表面上是伴生的，但並不處於上下層序關系。本區分布的火山巖主要為中生代玄武質粗安巖-粗安巖和粗安巖-流紋巖。根據銣鍶二元圖解(圖5.13)，前壹個組合的巖漿源區深度大於30公裏，後壹個組合的巖漿源區深度為20 ~ 30公裏(徐，1994)。在此深度，本區中下地殼的P-T條件應屬角閃巖相-麻粒巖相。這兩套火山巖屬於堿性和鈣堿性系列，稀土元素分布豐富，總稀土元素隨時間演化而增加(JBOY3樂隊-K1)。火山巖的初始Sr值在0.7063 ~ 0.7064之間，明顯低於變質沈積巖，表明該區地殼深部的次生變質巖並不占優勢。結合巖石熔融實驗結果和巖石密度、波速測試資料，本區中下地殼(20 ~ 30km)主要由花崗質和閃長質片麻巖、角閃巖組成，其中閃長質片麻巖為流紋質火山巖的烴源巖，30km以下為與角閃巖成分相同的麻粒巖相變質巖，如角閃巖-角閃巖麻粒巖，在本區產生玄武質粗安山巖。
5.3.1.2吉黑巖石圈塊體
該區塊西起嫩江-開魯斷裂，東至中俄界河烏蘇裏江，南與西拉木倫河斷裂-長春-延吉斷裂毗鄰華北板塊。在區域構造上，自西向東依次有三個具有代表性的二級構造單元:即以松遼盆地—小興安嶺和張廣才嶺盆山體系為代表的西部構造單元，以三江盆地、佳木斯地塊和完達山地體為代表的東部構造單元，以延吉盆地、太平嶺和老爺嶺為代表的南部構造單元。這三個構造單元在巖石圈尺度上具有相似的結構，巖石圈厚度為80 ~ 60 km，地殼厚度為29 ~ 40 km，與孟醒巖石圈塊體明顯不同。特別是在這個巖石圈單元中，地殼中速度結構的分層特征非常明顯。主要構造單元的地殼結構特征如下:
1)松嫩地塊。該區塊的構造地貌特征主要表現在由松遼盆地和小興安嶺-張廣才嶺山脈組成的盆山體系中。前人研究認為，松遼盆地是壹個地幔隆起之上的克拉通復合盆地，盆地本身在水平方向上表現為壹個隆起兩個凹陷，在垂直方向上表現為下裂陷的雙層結構。根據滿洲裏-綏芬河地學斷面的研究成果，松遼盆地中央隆起東側存在壹系列向東傾斜的構造滑脫面，這些滑脫面匯聚成壹個近水平的反射界面，深度約為15km。這壹反射界面的發現和確定，為認識以松遼盆地和張廣才嶺山脈為代表的盆山體系的形成及其地殼深部結構特征提供了重要證據。滿洲裏-綏芬河地學斷面結果表明，在15km範圍內，該區速度隨深度逐漸增大，但在15km深度處，盆山體系速度結構橫向變化明顯。從15km到張廣才嶺以下25km，速度從6.10km/s增加到6.50km/s，而在阿城和尚誌之間的過渡帶，同樣深度出現了壹個低速層，速度只有6.0 km/s根據鉆井巖心資料，盆地中央隆起主要是強烈變形的花崗質巖石。這些特征表明松遼盆地基底可能是由不同構造層次的巖塊或巖片組成的復合基底。滿洲裏-綏芬河地學斷面的反射地震剖面和大地電磁測深剖面的結果也表明，松遼盆地中心與軟流圈隆起成鏡像，而與莫霍面不成鏡像。松遼盆地下最大的莫霍面隆起位於盆地東部哈爾濱附近，莫霍面埋深僅29公裏。根據李思田等人(1989)的資料，松遼盆地下莫霍面埋深具有隨時間逐漸東移變淺的演化特征(圖5.14)。根據我們近年來對中國大陸東部主要盆地深部構造特征的研究，中國大陸東部主要盆地下莫霍面的最大隆升並不對應於盆地的中心，而是大致向東傾斜。這壹現象可能對解釋中國東部大陸的動力學演化具有重要意義。對於松遼盆地來說，地殼中壹系列向東傾斜的拆離帶的形成可能與莫霍面隆起的東移有關。
圖5.14松二地震剖面莫霍面隨時間的變化(根據李思田等1989資料整理)
2)佳木斯地塊。佳木斯地塊是吉黑巖石圈地塊中壹個非常重要的地質構造單元，其構造意義壹直受到人們的廣泛關註。前人研究認為該構造單元是巨型海西褶皺帶中的壹個穩定地塊，其成分主要由太古宙馬山群、元古宙黑龍江群和大面積元古宙花崗質巖石組成。但90年代以來的壹系列研究證明(張興洲等，1991；曹等，1992；WildeS.et.al .，2000)，佳木斯地塊兩套所謂的早前寒武紀變質地層單位，即所謂的黑龍江群和馬山群，在時代和性質上與傳統認識有較大差異。所謂黑龍江群，不是壹個正常的變質地層單位，而是壹套含有解體蛇綠巖殘片，並遭受高壓變質作用的構造混雜巖。所謂馬山群的麻粒巖相變質作用不是發生在早前寒武紀，而是發生在早古生代。滿洲裏-綏芬河地學斷面的地震測深資料表明，牡丹江地區的構造混雜巖可向西延伸至少25km，並在張廣才嶺下向西楔入，反映其早期為俯沖帶(圖5.15)。由於剖面位置的原因，滿洲裏-綏芬河地學剖面只揭示了佳木斯地塊南端的壹小部分，所以不能從地震學角度了解佳木斯地塊的巖石圈厚度和地殼速度結構特征。
鑒於此，本項目研究期間在完達山地體以東佳木斯地塊中部開展了樺南-饒河MT測深，全長240km。結果表明，佳木斯地塊具有規則的二維形態和穩定的巖石圈厚度(約90km)，在15km深度的地殼內存在穩定的高導層。高導層上方有幾個高電阻率區塊和切片，被高導體隔開，尤其是在地塊的東部邊緣(見圖2.20和圖2.21)。電性結構特征表明，佳木斯地塊東部邊界的位置在地表和深部有明顯差異。從表面上看，它位於寶卿的東部，而近垂直的深邊界位於寶卿的西部，相差約40公裏。MT資料顯示，樺南隆起下存在明顯的低阻層，結合佳木斯地塊早白堊世以後樺南隆起明顯的逆沖推覆特征(趙等，2011)，表明佳木斯地塊東部邊界在地表和深部的差異可能與地殼淺部向東的逆沖構造有關。該區逆沖推覆構造的存在已被確切的地質證據所證實。佳木斯地塊南部，早白堊世穆棱組煤系地層上侵出麻粒巖相高級變質巖。
圖5.15漫綏地學斷面東段地殼速度結構(單位:km/s)
變質巖組合和變質礦物組合的研究也證明佳木斯地塊存在強烈的逆沖構造。主要表現為該區出露的兩套變質巖系分別遭受了麻粒巖相和角閃巖相變質作用。同位素定年證據表明，兩者的最後壹次區域變質作用發生在早古生代，年齡約為500Ma。雖然它們目前都出露於地表並伴生在壹起，但它們的區域產狀並不壹致。麻粒巖相變質巖主要出露在南部，呈東西向展布，角閃石相變質巖主要出露在麻粒巖以北的廣大地區，呈南北或北北向展布。以變質泥質巖為例，南部的麻粒巖相變質礦物組合反映了800 ~ 850℃的形成溫度和0.70 ~ 0.5 GPA的壓力，北部的高角閃巖相變質礦物組合反映了600 ~ 700℃的形成溫度和0.4 ~ 0.5 GPA的壓力，低角閃巖相變質礦物組合反映了530 ~ 560℃的形成溫度和壓力。可以看出，同壹原巖在同壹時期遭受了不同程度的變質作用，這反映了它們在形成深度上的差異。根據變質礦物組合的溫壓條件，深度結果表明麻粒巖相巖石的形成深度約為25 ~ 27 km，高角閃巖相巖石的形成深度約為15 ~ 18 km，低角閃巖相巖石的形成深度約為9 ~ 15 km。這種關系表明，高角閃巖相和低角閃巖相的巖石在形成深度上是連續的，可以代表佳木斯地塊變質時9 ~ 18 km深度的地殼剖面，而麻粒巖相和角閃巖相的巖石在形成深度上是不連續的，它們之間有約7km的間隙。這無疑反映了壹種結構性的聯系關系。麻粒巖相變質沈積巖和基性侵入巖都具有較高的密度，前者為2.89，後者為3.01，這不僅反映了它們形成於較深的深度，而且經歷了較快速的構造擡升。變質巖系的P-T-t-T演化軌跡也反映出該變質巖系經歷了壹個快速的減壓過程(圖5.438+06)。
圖5.16佳木斯地塊孔茲巖系變質作用的P-T-t-t演化軌跡。
3)完達山地體。完達山地體位於佳木斯地塊東部，是孟醒-吉黑地區唯壹壹個擁有中生代海相地層的構造單元。該構造單元作為東部巨大的斯霍特-阿林地體的壹部分，對了解吉黑東部乃至東北亞大陸邊緣現今巖石圈結構的形成和動力學演化具有重要意義。許多研究者對該地區的生物地層學、巖石學、構造地質學和古地磁進行了詳細的研究工作，證明完達山地體主要由壹套近南北走向的超鎂鐵質、鎂鐵質堆積巖、基性熔巖、矽質巖和泥質巖組成。矽質巖和泥質巖中的放射蟲等化石屬於中-晚三疊世-早-中侏羅世(黑龍江省區域地質，1993)。古地磁資料也表明完達山地體在中三疊世位於赤道附近(KojimaS.et.al，1987；kojimas . 1989；嵇紹安等，1995；楊惠新等，1989)，地體中的新含碳-早二疊世灰巖塊，三疊紀矽質巖中的褐珊瑚、珊瑚和放射蟲均屬低緯度暖水動物群；而早-中侏羅世矽質巖中放射蟲的古生態反映此時水域緯度明顯升高，具有明顯的冷水型和中高緯度生態特征(KojimaS.et.al，1987；嵇紹安等，1995；張慶龍等人，1997)。到了晚侏羅世，完達山地體已經位於北緯43.5°附近(KojimaSandMizutaniS。, 1987;kojimas . 1989；張世鴻等人，1991；張慶龍等人，1997)。上述證據表明，完達山地體在早中侏羅世從低緯度向中緯度快速遷移，晚侏羅世位於佳木斯地塊東緣。目前壹致的認識是，該組合是壹個具有蛇綠巖性質的外來地體。這裏僅根據樺南-饒河MT測深剖面結果(圖2.20和圖2.21)，對完達山地體的構造和演化作壹個可能的分析。大地電磁測深結果表明，佳木斯地塊以東的完達山地體之下沒有規則的電性結構，基本無法確定低阻層的頂底邊界。總的來說，全區以高導為主，高導區有4個規模為20 ~ 30公裏的相對高阻區塊。高阻塊之間的低阻層幾乎是垂直的，從50 ~ 6~8km深到6~8km深被壹個近水平的低阻層切割。結合地表地質和構造特征，6～8km厚的高導層可能是完達山地體中壹個重要的構造界面。如果這個認識是正確的，那麽東部出露的完達山蛇綠巖組合可能是向西逆沖的巖片，深度不到8公裏。最近，我們發現侵入完達山蛇綠巖分布區的花崗巖中含有堇青石。鋯石U-Pb年齡為124 ~ 131 Ma。這壹重要發現的意義在於，完達山地體在131Ma(早白堊世早期)之前已被逆沖推覆到富鋁地殼上。值得註意的是，堇青石花崗巖具有過鋁-強過鋁花崗巖的地球化學特征，屬於S型花崗巖，其中鋯石有時捕獲為463Ma(程瑞宇等，2006)，這是佳木斯地塊高級變質和花崗質巖漿作用最重要的年齡(WildeS等，2000，2003)，表明巖漿的形成和侵位過程與佳木斯地塊不同。但由於含堇青石的S型花崗巖的源巖主要來自風化沈積巖，且花崗巖中鋯石具有176Hf/177Hf的高比值和εHf(t)的正值，說明堇青石花崗巖的源區不完全是帶基底的馬山群，可能存在前中生代沈積地層。根據區域地質資料，佳木斯地塊東緣有兩套陸緣沈積，壹套是泥盆系-石炭系；另壹套為上三疊統-下侏羅統。這兩個組合分布在俄羅斯北部的布雷亞地塊東緣和俄羅斯南部的興凱地塊東緣(KirillovaGL。，2003，2005)，表明當時布列亞-佳木斯-興凱地塊東緣廣泛發育陸緣沈積。因此，不能排除過鋁-強過鋁花崗巖的形成與這兩套沈積巖有關。按照這樣壹個思路，完達山地體下面可能有壹個上古生界或者中生代早期。地體下的高阻塊體可能是大洋板塊向佳木斯地塊東緣增生過程中拼貼的隱伏地體，但不排除是佳木斯地塊東緣早期開裂的塊體。它們之間的低阻體可能是增生塊體之間的早期大洋沈積物，近垂直的低阻帶可能與晚期走滑構造和新生代玄武巖噴發有關。
綜上所述，孟醒-吉黑巖石圈地塊由埃爾貢-興安地塊、松嫩地塊和佳木斯地塊三個早古生代固結地塊和最東端完達山中生代增生地體組成。其中，埃爾貢-興安地塊和松嫩地塊為黑河-嫩江-開魯古縫合帶，松嫩地塊和佳木斯地塊為嘉蔭-牡丹江古縫合帶。這兩條古縫合帶作為相對薄弱的構造帶，具有多期活動的特點，對本區巖石圈結構的形成具有最重要的制約作用，成為孟醒-吉黑巖石圈塊體內部重要的構造分帶邊界。總的來說，這兩條構造帶早期以向西俯沖為特征，導致相鄰西部地區地殼和巖石圈厚度增加，深部結構復雜。
1)黑河-嫩江-開魯古縫合帶以西的埃爾貢-興安地塊是該區巖石圈厚度和地殼厚度最大的地塊，但其下的莫霍面形狀復雜，起伏較大，在縫合帶出現明顯的莫霍面。下地殼沒有穩定的速度層，速度結構與莫霍面形態壹致；中上部地殼速度結構相對穩定，以高速體和低速體交替分布為特征；地殼淺部的速度層是連續而穩定的。由於黑河-嫩江-開魯古縫合帶被該區廣泛分布的晚石炭世-二疊紀沈積物所覆蓋，說明該縫合帶至少形成於晚石炭世之前。同時，根據該帶東西兩側松遼盆地沈降與大興安嶺隆升之間良好的耦合關系，表明該斷裂在白堊紀仍是控制大興安嶺隆升和松遼盆地沈降的重要邊界。該區復雜的殼幔結構似乎反映了這樣壹個復雜的演化過程，也表明該區深部正處於壹個殼幔平衡調整的劇烈階段。
2)嘉蔭-牡丹江古縫合帶以西的小興安嶺-張廣才嶺地區也是孟醒-吉黑巖石圈塊體中地殼和巖石圈厚度最大的地區之壹。軟流圈隆起對應於地殼增厚帶西部的松遼盆地，兩者呈鏡像關系，但莫霍面最大隆起位於盆地東部，與盆地沒有表現出良好的鏡像關系。松遼盆地下地殼至23km深度普遍低速(Vp為6.00 ~ 6.08 km/s)，但在盆地中央隆起下13 ~ 18 km深度之間存在速度高達6.8km/s的高速體。在高速體的東側出現壹系列向東傾斜的反射界面，界面上部較陡，減速收斂到約65438的深度。張廣才嶺下拆離界面明顯向東變陡，使得張廣才嶺下地殼厚度明顯增加。這些證據表明，嘉蔭-牡丹江古俯沖帶也增厚了松嫩地塊的地殼或巖石圈。根據小興安嶺東部泥盆紀-早石炭世化石組合不同於佳木斯地塊東緣同時代化石組合的特征，推測該縫合帶的形成時間應在早石炭世以後。另壹方面，張廣才嶺地區的地殼增厚也可能與松遼盆地地殼的東拆離有關，因為盆地基底的東拆離界面已經明顯延伸到張廣才嶺以下，達到40km的深度。因此，松遼盆地基底地殼的東移對張廣才嶺地區的地殼增厚做出了重要貢獻。