敦化—牡丹江南坪玄武巖時代的探討

趙衛(wèi)民，龐大鵬，聞久成

中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計院有限公司，吉林 長春 130000

0 引言

討論區(qū)位于敦化市城區(qū)北側(cè)，城市規(guī)劃的工業(yè)區(qū)邊緣。在1∶20萬區(qū)域地質(zhì)圖（1978年版）上，該區(qū)域位于馬連河玄武巖（βQ3m）分布區(qū)，在1∶25萬區(qū)域報告（2003年版）名稱為南坪玄武巖βQ3n。

1 問題的提出

根據(jù)現(xiàn)有基礎(chǔ)地質(zhì)資料，研究區(qū)位于敦化市城區(qū)北側(cè)，城市規(guī)劃的工業(yè)區(qū)邊緣馬連河玄武巖（βQ3m）（1978年版）、（2003年版）名稱為南坪玄武巖（βQ3n），時代為晚更新世玄武巖，玄武巖單層厚度不均一、中間夾有不同厚度的第四系夾層。各層厚度不均一、動力學(xué)性質(zhì)差異較大。

通過分析現(xiàn)有資料，發(fā)現(xiàn)存在明顯不合理之處。在1∶20萬敦化幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告中對晚更新世馬連河組玄武巖描述極為簡略，將其暫定為晚更新世。沒有說明確定的依據(jù)，且沒有發(fā)現(xiàn)火山口。2003年1∶25萬敦化幅報告中，延續(xù)原來結(jié)論，定為南坪玄武巖（βQ3n）。

區(qū)域內(nèi)新構(gòu)造活動，古新世晚期到漸新世山地逐漸隆起，并伴隨斷裂活動，沿依蘭—伊通和敦化—密山斷裂帶等形成地塹式的斷陷盆地，接受了1 000～1 500 m厚的河湖相沉積，同時有玄武巖漿噴發(fā)。

漸新世晚期至中新世初，構(gòu)造運動再次相對平靜，塑造了布西期夷平面，在張廣才嶺現(xiàn)今標(biāo)高海拔500 m左右。中新世中期到上新世中期，地殼又一次活動，山地繼續(xù)上升，盆地相對沉降，接受了新近紀(jì)的河湖相沉積，沉積物厚度變化較大，由幾十米到800余米。與此同時，伴有大量玄武巖噴發(fā)。上新世晚期到第四紀(jì)初，地殼活動減弱，山前地帶形成剝蝕面。

斷裂帶附近的玄武巖分布范圍與斷裂帶上5處新生代盆地范圍一致，主要為船底山期(βN1）和軍艦山期（βQ1）玄武巖，唯獨敦化市北部出現(xiàn)了晚更新世玄武巖，與斷裂帶及新構(gòu)造特點等整體活動（西支斷裂在Q1有過活動）特點不符。早更新世玄武巖分布于殘丘頂部，反映第四紀(jì)以來本地區(qū)處于緩慢抬升狀態(tài)。而牡丹江的陡峭河谷特征，也驗證了本地區(qū)的抬升特征。

如果為晚更新世玄武巖，沿牡丹江河谷流淌并充填古牡丹江河谷，那么觀察一下區(qū)域地質(zhì)圖中的A區(qū)（圖1），該區(qū)位于土門子組內(nèi)，土門子組砂巖強(qiáng)度很低，雖然自然狀態(tài)下可以形成少量的小塊體，但擾動即散，當(dāng)?shù)鼐用裰饕獙⑵洚?dāng)沙源使用。但圖中牡丹江正好從玄武巖中間通過，而不是避開堅硬的玄武巖而沿邊部沖刷更軟的砂巖。同樣，圖中B區(qū)和C區(qū)，河流不是沖刷邊緣的接觸帶，而是在邊部留出狹窄的玄武巖條帶，而邊部為玄武巖與結(jié)晶基底接觸帶，玄武巖厚度呈現(xiàn)逐漸尖滅。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，否定了該玄武巖是沿牡丹江古河谷形成的觀點。后面將提出更加充分的證據(jù)進(jìn)行說明。

2 盆地內(nèi)玄武巖分布

根據(jù)中國活動斷層研究資料，敦化—密山斷裂帶的樺甸—雞西段，形成了5個新生代構(gòu)造盆地。這5個新生代構(gòu)造盆地沿斷裂帶呈左列式分布，敦化市位于中5個盆地最南側(cè)的明川屯—高松樹新生代盆地東部邊緣。

明川屯—高松樹盆地與雁鳴湖盆地分布的玄武巖主要為白金玄武巖（軍艦山期）。這里需要說明一下，下面圖2中明川屯—高松樹盆地標(biāo)注為白金玄武巖是為了和1∶20萬區(qū)域地質(zhì)圖一致。而在1∶50萬中國地質(zhì)圖上將其標(biāo)注為船底山期(βN1c）。

從圖2中可以看出，南坪玄武巖主要分布于明川屯—高松樹盆地的東北部，盆地邊緣，或殘丘邊部。地質(zhì)圖上和野外觀察，早更新世玄武巖分布于殘丘頂部（βQ1）。這一現(xiàn)象說明早更新世以來，該地區(qū)處于緩慢上升區(qū)。明川屯—高松樹盆地邊緣有土門子組地層零星出露。

圖 1 1:20萬區(qū)域地質(zhì)圖中的玄武巖分布特點Fig.1 Basalt distribution features in 1:200000 regional geological map

圖 2 明川屯—高松樹盆地南坪玄武巖分布Fig.2 Distribution of Nanping basalt of Mingchuantun-Gaosongshu basin

圖2中南坪玄武巖分布范圍比較大，與河流分布形態(tài)進(jìn)行比較沒有發(fā)現(xiàn)明顯的相關(guān)性（現(xiàn)在的河道位置并不等同于古河道位置，但第四紀(jì)以來地貌相對形態(tài)變化并不大，大致形態(tài)是相似的。），在沒有河流分布的地區(qū)也有大量的分布。如果說西南側(cè)為火山口位置，那么東北側(cè)即沒有大的河流，又是兩個盆地的分水嶺阻隔位置，相距又最遠(yuǎn)，南坪玄武巖是如何延伸過去的（見圖1官地鄉(xiāng)東北部）？

實際上，看看圖中右側(cè)結(jié)晶基底邊部分布的土門子組地層就明白原因了。那就是土門子組與南坪玄武巖都位于相對低洼的地方（土門子組中存在多層玄武巖），相對高的位置有土門子組地層出露，與結(jié)晶基底接觸。軍艦山期玄武巖在噴發(fā)時期分布范圍應(yīng)該比較大，相當(dāng)于一個玄武巖臺地。由于土門子組砂巖強(qiáng)度低，透水性強(qiáng)，易于剝蝕，所以侵蝕強(qiáng)烈。而結(jié)晶基底上的玄武巖，由于相對耐侵蝕，現(xiàn)在就形成了殘丘正地形。下面通過野外與鉆孔方面的資料來驗證這個推論。

3 敦化城區(qū)鉆孔資料與野外觀察分析

根據(jù)敦化市城區(qū)與開發(fā)區(qū)工程勘察的鉆孔資料，盆地普遍分布有玄武巖，覆蓋層最厚達(dá)12 m(牡丹江西側(cè)最厚為8 m)。當(dāng)?shù)乜辈靻挝煌扑]4～12 m深度覆蓋層的地基承載力特征值為400 kPa，這一級別承載力的地層，在巖土工程中應(yīng)該為半成巖或全風(fēng)化層才能夠達(dá)到。

南坪玄武巖露頭只在牡丹江與沙河沿岸可以觀察到。牡丹江流域整體上呈現(xiàn)NE走向，但在盆地范圍內(nèi)出現(xiàn)NW走向的河段與南北走向河段長度基本相等。沿著這些河段觀察，南坪玄武巖基本呈水平狀，層位穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)層位錯亂與出現(xiàn)夾層的情況，這一現(xiàn)象說明南坪玄武巖是大范圍分布的，而不是僅僅沿河谷形成。

在黑石鄉(xiāng)西崴子水庫大壩路邊見土門子組凝灰質(zhì)玄武巖與砂巖露頭，玄武巖層近于水平。砂巖中見凝灰質(zhì)玄武巖塊體（圖3）。凝灰質(zhì)玄武巖呈現(xiàn)灰白色，風(fēng)化嚴(yán)重，厚度約1 m左右，其下的玄武巖分層明顯，單層厚度不同，耐風(fēng)化程度差異明顯：層厚比較大、氣孔少，耐風(fēng)化，露頭上呈塊石狀；而耐風(fēng)化程度較差的層位呈碎塊狀。

在敦化市城區(qū)牡丹江河道處，觀察到南坪玄武巖不是一次噴發(fā)產(chǎn)物，河谷斷面（人工揭露）可觀察到約10 m厚的玄武巖。在觀察剖面上，大致可以分為4層，上層單層厚度10～30 cm，第二層單層厚度可達(dá)1 m，第三層氣孔極為發(fā)育，第四單層厚度可達(dá)1 m。這4個層位沒有明顯的間斷。這樣的剖面特征說明目標(biāo)玄武巖不可能是河谷形成的。因為每次玄武巖巖漿沿河谷流淌，固結(jié)成巖，都會使河流形成不同規(guī)模的堰塞湖。巖漿噴發(fā)在地質(zhì)上間隔很短，但卻足以使河道產(chǎn)生改道。這樣，前后兩次噴發(fā)的玄武巖，不可能在各處都呈水平、連續(xù)分布，并且中間沒有夾層或沖刷痕跡。

圖 3 土門子組中凝灰質(zhì)玄武巖與砂巖Fig.3 The tuffaceous basalt and sandstone of Tumenzi Formation

在敦化市城市北側(cè)的下石樁子村東側(cè)有一個探查鉆孔，地面高程約513 m。從8 m開始見玄武巖，玄武巖分為多層，中間沒有十分明顯的間隔。70 m仍然沒有打穿玄武巖。如此巨厚的玄武巖，本地區(qū)不太可能在晚更新世時期形成，而且晚更新世時期也不可能出現(xiàn)如此大的沉降，然后再在玄武巖層上形成侵蝕階地。這與區(qū)域內(nèi)新構(gòu)造運動整體過程相矛盾，與早更新世玄武巖分布于殘丘頂部的反映第四紀(jì)以來的抬升特點相矛盾，也沒有敦化—密山斷裂帶極強(qiáng)烈活動的證據(jù)支持。而該鉆孔南側(cè)就有土門子組砂巖出露（圖4）。砂巖上部存在侵蝕面接觸的堅硬狀態(tài)粉質(zhì)粘土，厚度0.5～1.0 m。該層粉質(zhì)粘土的特征表明其形成時代要早于晚更新世。

在敦化市城北開發(fā)區(qū)正在進(jìn)行的工程勘察，2 m左右見到玄武巖。鉆孔揭露該層玄武巖風(fēng)化嚴(yán)重，低速合金鉆頭鉆出物呈現(xiàn)灰白色粉末狀與碎塊狀。

由于敦化市牡丹江沿岸高程相對比較低，出露高程基本低于玄武巖頂面，因此不利于其上覆蓋層的保存。萬幸的是在敦化市城區(qū)北側(cè)牡丹江河岸一處斷面上，觀察到礫巖直接覆蓋在目標(biāo)玄武巖上（見圖5、圖6、圖7，圖5為剖面照片、圖7為礫巖標(biāo)本）。這個直接證據(jù)證實了前面的分析判斷。那就是，牡丹江沿岸的玄武巖為土門子組內(nèi)（這里不考慮與區(qū)域內(nèi)土門子組的關(guān)系）的玄武巖，敦化市牡丹江沿岸沒有所謂的晚更新世玄武巖存在。

4 結(jié)論

圖 4 敦化城北開發(fā)區(qū)土門子組砂巖采砂場Fig.4 Tumenzi formation sandstone quarry of North Development Zone of Dunhua City

圖 5 敦化市城北玄武巖與礫巖Fig.5 Basalt and conglomerate of North Development Zone of Dunhua City

圖 6 敦化市城北玄武巖與礫巖接觸關(guān)系素描圖Fig.6 Sketch map of the contact relationship between theBasalt and conglomerate of Fig.5

圖 7 圖5中礫巖照片F(xiàn)ig.7 Conglomerate photograph in the Fig.5

本文通過區(qū)域構(gòu)造背景、結(jié)晶基底與盆地特點、牡丹江流域玄武巖分布特征、敦化市城區(qū)鉆孔資料進(jìn)行分析論證，最后通過野外剖面觀察到礫巖直接覆蓋在南坪玄武巖上的有力證據(jù)，從而明確認(rèn)定敦化的所謂晚更新世南坪玄武巖是中新世土門子組內(nèi)的玄武巖。該層玄武巖厚度巨大，鉆孔揭露厚度超過60 m(中間可能存在小的間斷或夾層)。

[1] 吉林省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊.1:20萬敦化縣幅區(qū)域 地質(zhì)調(diào)查報告及附圖[R].中國地質(zhì)圖制印廠制版印刷,1978.

[2]吉林省地質(zhì)調(diào)查院.1:25萬 敦化幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].2003.

[3] 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局.吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1988.