0 引言

关于松辽盆地的构造特征和构造演化一直存在着争论。以高瑞琪等^[1]为代表的多数学者^{[1, 2, 3, 4, 5]}都认为，松辽盆地自白垩纪以来经历了断陷、坳陷和反转3个构造演化阶段，相应地沉积了3套地层层序:下部断陷层序,包括下白垩统火石岭组、沙河子组和营城组；中部断陷后层序(亦称坳陷层序),包括下白垩统登娄库组—嫩江组；上部反转层序,包括上白垩统四方台组、明水组—新生界。断陷期为多个小型断陷组成的分割断陷盆地群，坳陷期和反转期为统一的松辽盆地。李娟等^[6]认为松辽盆地自断陷期以来发生了两次明显区域构造应力场的转换:第一期发生在印支期碰撞造山之后，由古生代地层中变形构造显示的NS向主压应力转换为断陷期以来NW—SE向区域引张应力背景；第二次发生在早晚白垩世之交，从嫩江期末开始到明水期末结束，是一次从区域伸展向挤压推覆的应力转换。舒良树等^[7]认为松辽盆地的形成和演化大致经历了热隆张裂、裂陷、塌陷和萎缩4个阶段。陈发景等^[8]认为松辽盆地经历了初始断陷期、强烈断陷期和断坳转化期(或断陷萎缩期)3个不同演化时期。胡望水等^[9]认为松辽盆地自断陷期以来构造演化经历了10个阶段，形成了“下断中坳上隆顶平”的盆地结构。史双双等^[10]认为松辽盆地白垩纪经历了2个构造演化阶段：火石岭组—登娄库组沉积期为引张裂陷构造阶段，形成断陷盆地群；泉头组—明水组沉积期为裂陷后热沉降阶段，形成了统一的大型坳陷型盆地。笔者结合二维和三维地震剖面及区域地质特征，在对伏龙泉断陷构造变形的几何学和运动学特征及变形时间研究的基础上，阐述了松辽盆地伏龙泉断陷的构造演化。

松辽盆地是叠置于华北板块和西伯利亚板块之间的晚古生代碰撞造山带之上的中、新生代大型陆相沉积盆地，前人^[11]对其形成的动力学背景做了许多卓有建树的论证，观点不尽相同,但多数学者认为松辽盆地的形成与演化主要与太平洋板块向欧亚大陆的俯冲作用有关。伏龙泉断陷位于松辽盆地的一级构造单元东南隆起之上，与中央坳陷区相接(图 1)。断陷面积约1 000 km²，最大埋深5 000 m，与社里断陷、哈拉海断陷、榆树断陷、德惠断陷、柳条断陷、十屋断陷共同构成了东南部隆起之上的二级负向构造单元^[12]。伏龙泉断陷呈北东向展布，自白垩纪以来经历了多个构造演化阶段，具有断、坳双重结构。伏龙泉地区和与之相邻的中央坳陷区，自下而上发育下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组，上白垩统四方台组、明水组及新生界。断陷型构造层形成于早白垩世火石岭组—营城组沉积期早期，在这一时期暗色泥岩发育，夹少量煤、煤线及火山岩，近源粗碎屑沉积丰富，与早白垩世中后期形成的坳陷型构造层内的储层、盖层组合匹配良好。从地震剖面分析，断陷期地层最厚可达4 600 m，一般为1 500~2 000 m。自营城组沉积期晚期，盆地开始向坳陷型盆地转化，在晚白垩世为坳陷型盆地的鼎盛时期，受松辽大湖盆两次湖侵影响，泥岩颜色自下而上表现出两次红—黑变化，沉积物呈下粗上细的正旋回特征。晚白垩世末期—古近纪构造反转作用^{[3, 4, 6]}使松辽盆地东南隆起区大幅度隆升，并且在明水组沉积末期反转抬升之后长期处于隆起状态，导致伏龙泉断陷的坳陷构造层部分受到剥蚀^{[13, 14]}，在伏龙泉背斜顶部的青山口组已经出露地表，这次变形作用对油气的运移、聚集和分布具有重要影响。

图 1 松辽盆地南部构造单元划分 Fig. 1 Structural unit map of southern Songliao basin

图选项

伏龙泉断陷与松辽盆地其他断陷具有类似的特征，不仅发育伸展构造，而且发育挤压构造、反转构造和走滑构造。通过大量二维、三维地震剖面解释与分析发现，伏龙泉断陷及邻区的构造样式比较复杂，在火石岭组营城组下部中主要发育一系列由犁式正断层控制的近NS向展布的半地堑组合构成的伸展构造样式(图 2a)，在营城组上部登娄库组中主要发育呈近NS向展布的挤压构造样式和反转构造样式(图 2b)；在泉头组上段及其以上的地层中既发育挤压构造样式、反转构造样式，也发育伸展构造样式、走滑构造样式。上述构造与早期构造具有一定的继承性，在空间上也主要呈近NS向或NNE向展布。

a. 基底顶界(Ts); b. 泉头组下段顶界(T23)构造图 图 2 松辽盆地伏龙泉断陷构造图 Fig. 2 Structural map of Fulongquan sag in songliao basin

图选项

在火石岭组营城组下部(T₅—T_4c)沉积时期，研究区主要受到伸展作用，在研究区形成了走向近NS的控陷正断层组合及由其控制的单断型箕状断陷群^{[15, 16]}。在平面上，控陷断层主要呈近NS向分布(图 2a)，反映了伏龙泉地区在这一时期主要受近EW向伸展作用;但大型控陷正断层的某些地段具有NNW或NNE向展布的特点，反映了这些地段的断层是沿着早期近EW向伸展体制下形成的剪切面发生破裂的，随着递进变形，最初的剪切破裂面由剪切性质逐渐转化为张剪性特征，NNW向控陷正断层具有右行剪切分量，NNE向控陷正断层具有左行剪切的分量。

伏龙泉断陷主要由断层F₁和F₂等一系列控陷断层及其与之伴生的箕状断陷群构成，控陷断层总体上呈近NS向延伸。断层F₁和F₂是研究区规模最大的2个控陷断层，其中断层F₁的主体部分呈近NS向或NNE向展布，断层F₂呈近NS向或NW向展布(图 2a)。

在地震剖面In-line2330、In-line2650中，伏龙泉断陷由断层F₁和F₂或F₁控制的2个或1个单断型箕状断陷(图 3a、图 3b)组成，断层主要倾向西，断层面上部倾角较大，下部倾角较小，二者都具有典型犁式正断层的几何学特征，是长期活动的生长断层。在火石岭组营城组下部沉积时期，控陷正断层F₁下盘沉积厚度较小且稳定或没有沉积；断层上盘沉积厚度较大，在靠近断层附近沉积物的厚度最大，沉积物的粒度也较大，远离断层沉积物的厚度逐渐减小，粒度也相应减小，为伸展作用过程中形成的同构造生长地层^{[17, 18]}，反映了研究区在火石岭期营城期早期处于伸展作用状态。

T2. 泉头组顶界；T2222. 泉头组中段顶界；T23. 泉头组下段顶界；T3. 登娄库组顶界；T4. 营城组顶界；T4c. 营城组火山岩段顶界；T414. 沙河子组顶界；T42. 火石岭组顶界；T5. 基底顶界；t0.双程地震波走时。剖面位置见图2。图 3 松辽盆地伏龙泉断陷In-line2330(a)和In-line2650(b)地震剖面解释图 Fig. 3 Geological interpretation of seismic profile In-line2330 (a) and In-line2650 (b) of Fulongquan sag in Songliao basin

图选项

在营城组上部登娄库组(T_4c—T₃)沉积时期，研究区主要受到挤压作用，不仅使研究区早期形成的控陷正断层F₁、F₂发生反转作用在其上盘形成反转构造，而且在研究区形成轴向近NS的断层传播褶皱和双重构造，反映了伏龙泉地区在这一时期主要受近EW向挤压作用。

在地震剖面In-line2330、In-line2650中，营城组上部—登娄库组在断层F₁上盘远离断层的部位沉积厚度较大，向靠近断层F₁方向沉积物的厚度逐渐减小，显示地层逐渐上超的特征(图 3)，说明在上述地层沉积过程中断层F₁出现逆冲作用使其上盘处于隆升状态，此时该断层发生反转作用^[19]。在这次变形过程中，由于挤压作用较弱，断层F₁上盘的隆升速率始终小于沉积速率，一直接受沉积，营城组上部登娄库组为一套生长地层，由断陷内部向边部逐渐超覆于断层F₁之上，沉积厚度逐渐减小。断层F₁下盘、靠近断层F₁的部位地层的沉积厚度最大，远离断层地层的沉积厚度逐渐减小，这主要由断层F₁下盘新形成的一系列走向近NS、与断层F₁逆冲方向相反的断层F₀₁、F₀₂、F₀₃的逆冲作用有关，这些逆冲断层在空间上构成了双重构造^[20](图 3b)；上述断层的逆冲作用导致断层F₁下盘的整体隆升，但隆升速率小于沉积速率，营城组上部登娄库组在超覆于断层F₁之后，仍然向其下盘的断隆区超覆(图 3)，根据双重构造上覆生长地层可以确定其形成于营城组上部—登娄组沉积过程中，此时可以把伏龙泉凹陷看做双重构造的前翼向斜。另外，在剖面中还发育一由断层F₃控制的呈NS向展布的断层传播褶皱^{[21, 22]}，下伏台阶状逆断层F₃发育于沙河子组—营城组中，下盘断坡倾角较小，终止于沙河子组滑脱层中。在断层传播褶皱顶部营城组上部登娄库组的沉积厚度最小，向背斜两翼地层的厚度逐渐增大，在背斜前、后翼向斜部位地层的沉积厚度最大(图 3a)，这套地层是与该背斜形成伴生的生长地层^[23]，反映了该断层传播褶皱形成于营城期—晚期登娄库期，挤压应力的方向为近EW向。

在泉头组下段—中段沉积时期，地层的厚度比较稳定，在研究区东部泉头组下段—中段(T₃—T²₂)的沉积厚度略大于西部地区(图 3、图 4)，说明在泉头组下段—中段沉积时期，研究区的东部处于隆升状态；从构造变形的几何学推断，这期隆升作用可能与断层F₁下盘的双重构造的逆冲作用有关，但变形作用的强度十分微弱。

T02. 第三系底界；T02-1. 明水组一段顶界；T1. 姚家组顶界；T2. 泉头组顶界；T22. 泉头组中段顶界；T23. 泉头组下段顶界；T3. 登娄库组顶界；T4. 营城组顶界；T41. 沙河子组顶界；T42. 火石岭组顶界；T5.基底顶界；剖面位置见图1、图2图 4 松辽盆地CL520地震剖面解释图 Fig. 4 Geological interpretation of seismic profile CL520 in Songliao basin

图选项

在泉头组上段—嫩江组(T²₂—T₀₃)沉积时期，研究区发育多个走向近NS的负花状构造(图 2b、图 3、图 4)，反映了伏龙泉地区在这一时期受到走向近NS的离散型走滑作用。

在地震剖面In-line2330、In-line2650和CL520中，泉头组上段—嫩江组中发育一系列走向近NS的陡倾正断层组合(图 3、图 4)，有的断层组合在地震剖面中显示典型负花状构造的特征(图 4)，反映了研究区经历了离散型走滑作用，所形成走向近NS的陡倾正断层为具有倾向正滑移分量的走滑断层组合；走滑断层在泉头组上段嫩江组沉积过程中每一时期都有发育，表现在同沉积生长断层上盘地层的厚度略大于下盘(图 3、图 4)，但由于离散型走滑位移量不大，地层厚度在空间上的总体变化不大。上述特征说明在泉头组上段嫩江组沉积时期研究区受到走向近NS的离散型走滑作用，但走滑断层的规模和走滑位移量都十分有限。

在四方台组—新生界下部地层沉积时期，研究区内形成轴向近NS大型断层传播褶皱—伏龙泉背斜(图 2)，反映了伏龙泉地区在这一时期受到近EW向挤压作用。

在地震剖面In-line2330、In-line2650和CL520(图 3、图 4)中，研究区发育一轴向近NS的大型背斜构造，即伏龙泉背斜，该背斜是在近EW向挤压作用形成的。由地震剖面可知，早期伸展期形成的箕状断陷在晚期挤压过程中发生强烈反转，不仅使早期控陷正断层F₁在深部显示逆断层的特征，而且在浅部形成了研究区规模最大的背斜构造。由于早期控陷正断层F₁上部的倾角较大，在后期挤压作用过程中不利于断层上盘的逆冲运动而受阻，控陷断层F₁在浅部的逆冲量十分有限，伏龙泉背斜前翼的突破断层^[24]并不发育，所以伏龙泉背斜的形态比较完整，呈现断层传播褶皱的特征^{[21, 22]}。

在伏龙泉背斜顶部，青山口组下部已出露地表，青山口组上部、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组已经被剥蚀殆尽，仅在伏龙泉背斜西翼平顶部位和西部倾斜区保留了部分地层(图 4)。从地层厚度看，在远离伏龙泉背斜的西部区域，四方台组明水组(T₀₃—T₀₂)厚度较大，向背斜方向地层的厚度逐渐减小，反映了伏龙泉背斜自四方台组沉积开始发生隆升，但最初隆升的速度和高度都十分有限。由背斜西翼四方台组厚度的变化趋势和产状推测，伏龙泉背斜顶部曾经有四方台组沉积，但沉积厚度较小，在之后的隆升过程中被风化剥蚀。由伏龙泉背斜的西翼向斜至翼部，明水组的厚度减小很快，反映了在明水期伏龙泉背斜发生快速隆升，背斜上部的隆升速率明显大于沉积速率，青山口组上部及其以上地层遭受风化剥蚀，使青山口组下部地层出露地表。这说明伏龙泉地区在四方台期—明水期受到了近EW向强烈挤压作用。在新生界下部沉积时期，伏龙泉背斜的隆升速率明显降低，其西翼大部分地区的隆升速率都小于沉积速率而接受沉积，在研究区形成了规模最大的角度不整合，但背斜顶部的隆升速率仍大于沉积速率而没有接受沉积。在远离伏龙泉背斜的西部区域地层的沉积厚度较大，向背斜方向地层的沉积厚度逐渐减小，并且出现了地层的上超现象(图 4)，反映了受断层F₁控制的轴向NS的伏龙泉背斜在新生代初期还处于缓慢隆升状态，说明伏龙泉地区自上白垩统四方台组沉积早期开始直至新生代早期持续受到近EW向挤压作用，但晚白垩世晚期变形强度较大，在新生代早期变形强度较小。

在伏龙泉断陷二维和三维地震剖面精细地质解释基础上，对伏龙泉断陷及邻区的构造变形的几何学、运动学特征及变形时间等方面进行深入研究，确定伏龙泉断陷自白垩纪以来主要经历了4个构造演化阶段：

1)近EW向伸展作用阶段

在火石岭组—营城组下部沉积时期(图 5a)，研究区主要受近EW向的伸展作用，形成一系列走向近NS的犁式正断层组合，在上述正断层上盘发育箕状断陷、滚动背斜(rollover)及与之伴生的生长地层，共同构成了本区特有的伸展构造样式，伏龙泉凹陷具有伸展断陷盆地的特征。由于早白垩世控陷断层活动强烈，断陷快速沉降，断陷初期火山活动强烈，火石岭组以火山岩、火山碎屑岩为主，夹碎屑岩建造，以角度不整合于基底之上。

a.火石岭期沙河子期；b.营城期；c.登娄库期；d.泉头期早期中期；e.泉头期晚期；f.青山口期嫩江期；g.现在。其他图例同图3。图 5 松辽盆地伏龙泉断陷地震剖面In-line2650构造发育史剖面图 Fig. 5 Seismic profile In-line2650 of the structural development of Fulongquan sag in Songliao basin

图选项

2)近EW向挤压作用阶段

在营城组上部—泉头组中段沉积时期(图 5b-d)，研究区的区域应力场逐渐由早期的近EW向伸展作用转化为近EW向挤压作用，使伏龙泉断陷的早期控陷正断层F₁发生反转作用，在断层上盘形成反转背斜构造，在研究区中部还形成一由断层F₃控制的呈NS向展布的断层传播褶皱背斜，在断层F₁下盘形成由逆断层F₀₁、F₀₂、F₀₃构成的双重构造。但由于挤压作用相对较弱，构造的隆升速率明显小于沉积速率，构造隆升区域始终接受沉积，在研究区保留了与挤压作用相伴沉积的生长地层。尽管伏龙泉凹陷在营城组下部—泉头组中段沉积时期的构造格局、变形强度及由其控制的沉积作用在空间上、时间上都有一定的变化，但凹陷始终受到挤压构造体控制，具有挤压坳陷盆地的特征。

3)近NS向离散型走滑作用阶段

泉头组上段—嫩江组沉积时期(图 5e、f)，研究区受到近NS向离散型走滑作用，形成一系列走向近NS的具有倾向正滑移分量的走滑断层组合及负花状构造，但走滑断层的规模和走滑位移量都不大。在研究区主要形成一些规模较小的走滑断陷，对早期构造格局的改造作用十分有限，同构造生长地层的厚度在断层上盘靠近断层的部位略大于下盘，但泉头组上段—嫩江组厚度在空间上变化不大，整体上呈现出坳陷型盆地的特征。由于这一时期研究区小型走滑断陷的广泛存在，此时的盆地性质应属于走滑断陷盆地。

4)近EW向强烈挤压作用阶段

在四方台组—新生界下部沉积时期(图 5g)，研究区再次受到近EW向挤压作用。在四方台组沉积时期控陷断层F₁的逆冲量较小，伏龙泉背斜的隆升幅度很小；在明水组沉积时期，研究区受到强烈挤压作用，由早期控陷断层F₁控制的箕状断陷发生强烈反转作用，在浅部形成研究区规模最大的断层传播褶皱及与之伴生的生长地层，在背斜顶部由于背斜的隆升速率明显大于沉积速率，使青山口组及其以上的地层受到风化剥蚀；在新生界下部沉积时期，伏龙泉背斜的隆升速率明显降低。研究区自上白垩统四方台组沉积早期开始直至新生代早期持续受到近EW向挤压作用，具有挤压坳陷型盆地的特征。

关于松辽盆地的形成机制的认识长期以来一直存在争论，先后有众多学者提出了多种成因模式^{[1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 25, 26]}。近年来研究表明，环太平洋活动大陆边缘至少于晚侏罗世已经形成^[27]，太平洋板块的俯冲带并不是现今板块俯冲的位置，当时的日本海还没有形成，俯冲带很可能位于中国大陆附近，松辽盆地的伸展、挤压、走滑应力场的变化可能与板块俯冲的角度变化有关，伸展、挤压、走滑方向的变化主要受太平洋板块俯冲方向、速率的变化影响。下白垩统火石岭组—营城组下部沉积时期的近EW向伸展可能与太平洋板块向欧亚大陆低角度俯冲^[28]导致的弧后伸展作用有关；下白垩统营城组下部—泉头组中段沉积时期的近EW向挤压可能与太平洋板块的快速高角度俯冲导致的挤压作用有关^{[29, 30]}；下白垩统泉头上段—上白垩统嫩江组沉积时期的近NS的离散型走滑可能与太平洋板块向欧亚大陆斜向俯冲导致的大陆边缘走滑作用有关；上白垩统四方台组新生界下部沉积时期的近EW向挤压作用可能与太平洋板块的快速扩张和日本海张开导致的大陆边缘挤压作用有关。

1)伏龙泉断陷自白垩纪以来主要经历了4个构造演化阶段：①火石岭组—营城组下部沉积时期为近EW向伸展作用阶段；②营城组上部—泉头组中段沉积时期为近EW向挤压作用阶段；③泉头上段—嫩江组沉积时期为近NS的离散型走滑作用阶段；④四方台组—新生界下部沉积时期为近EW向挤压作用阶段。

2)伏龙泉断陷的4期构造变形作用使其构造特征复杂化。第一期伸展作用主要形成以大型犁式正断层为控陷断层的近NS向箕状半地堑和滚动背斜；第二期挤压作用使早期控陷正断层发生反转作用而转化为逆断层，靠近控陷断层的西部边界由于断层上盘的逆冲而隆升，在断陷的中部形成NS向断层传播褶皱，在控陷断层下盘形成双重构造；第三期离散型走滑作用形成具有倾向滑移分量的走滑断层组合和负花状构造；第四期挤压作用使早期控陷断层再次表现为上盘逆冲的特征，在断层上盘形成一大型反转背斜。

3)松辽盆地的伸展、挤压、走滑应力场的变化可能与太平洋板块的俯冲角度、方向和速率的变化有关。