敦化—牡丹江南坪玄武巖時代的探討

趙衛民，龐大鵬，聞久成

中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130000

0 引言

討論區位于敦化市城區北側，城市規劃的工業區邊緣。在1∶20萬區域地質圖（1978年版）上，該區域位于馬連河玄武巖（βQ3m）分布區，在1∶25萬區域報告（2003年版）名稱為南坪玄武巖βQ3n。

1 問題的提出

根據現有基礎地質資料，研究區位于敦化市城區北側，城市規劃的工業區邊緣馬連河玄武巖（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、動力學性質差異較大。

通過分析現有資料，發現存在明顯不合理之處。在1∶20萬敦化幅區域地質調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，且沒有發現火山口。2003年1∶25萬敦化幅報告中，延續原來結論，定為南坪玄武巖（βQ3n）。

區域內新構造活動，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。

漸新世晚期至中新世初，構造運動再次相對平靜，塑造了布西期夷平面，在張廣才嶺現今標高海拔500 m左右。中新世中期到上新世中期，地殼又一次活動，山地繼續上升，盆地相對沉降，接受了新近紀的河湖相沉積，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。上新世晚期到第四紀初，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了晚更新世玄武巖，與斷裂帶及新構造特點等整體活動（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，反映第四紀以來本地區處于緩慢抬升狀態。而牡丹江的陡峭河谷特征，也驗證了本地區的抬升特征。

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，那么觀察一下區域地質圖中的A區（圖1），該區位于土門子組內，土門子組砂巖強度很低，雖然自然狀態下可以形成少量的小塊體，但擾動即散，當地居民主要將其當沙源使用。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區和C區，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晶基底接觸帶，玄武巖厚度呈現逐漸尖滅。這些現象的出現，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進行說明。

2 盆地內玄武巖分布

根據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個新生代構造盆地。這5個新生代構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—高松樹盆地標注為白金玄武巖是為了和1∶20萬區域地質圖一致。而在1∶50萬中國地質圖上將其標注為船底山期(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）。這一現象說明早更新世以來，該地區處于緩慢上升區。明川屯—高松樹盆地邊緣有土門子組地層零星出露。

圖 1 1:20萬區域地質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，與河流分布形態進行比較沒有發現明顯的相關性（現在的河道位置并不等同于古河道位置，但第四紀以來地貌相對形態變化并不大，大致形態是相似的。），在沒有河流分布的地區也有大量的分布。如果說西南側為火山口位置，那么東北側即沒有大的河流，又是兩個盆地的分水嶺阻隔位置，相距又最遠，南坪玄武巖是如何延伸過去的（見圖1官地鄉東北部）？

實際上，看看圖中右側結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，與結晶基底接觸。軍艦山期玄武巖在噴發時期分布范圍應該比較大，相當于一個玄武巖臺地。由于土門子組砂巖強度低，透水性強，易于剝蝕，所以侵蝕強烈。而結晶基底上的玄武巖，由于相對耐侵蝕，現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 敦化城區鉆孔資料與野外觀察分析

根據敦化市城區與開發區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12 m(牡丹江西側最厚為8 m)。當地勘察單位推薦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，在巖土工程中應該為半成巖或全風化層才能夠達到。

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NE走向，但在盆地范圍內出現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，層位穩定，沒有出現層位錯亂與出現夾層的情況，這一現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。

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

在敦化市城區牡丹江河道處，觀察到南坪玄武巖不是一次噴發產物，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1 m，第三層氣孔極為發育，第四單層厚度可達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，固結成巖，都會使河流形成不同規模的堰塞湖。巖漿噴發在地質上間隔很短，但卻足以使河道產生改道。這樣，前后兩次噴發的玄武巖，不可能在各處都呈水平、連續分布，并且中間沒有夾層或沖刷痕跡。

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

在敦化市城市北側的下石樁子村東側有一個探查鉆孔，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如此大的沉降，然后再在玄武巖層上形成侵蝕階地。這與區域內新構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以來的抬升特點相矛盾，也沒有敦化—密山斷裂帶極強烈活動的證據支持。而該鉆孔南側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粉質粘土，厚度0.5～1.0 m。該層粉質粘土的特征表明其形成時代要早于晚更新世。

在敦化市城北開發區正在進行的工程勘察，2 m左右見到玄武巖。鉆孔揭露該層玄武巖風化嚴重，低速合金鉆頭鉆出物呈現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北側牡丹江河岸一處斷面上，觀察到礫巖直接覆蓋在目標玄武巖上（見圖5、圖6、圖7，圖5為剖面照片、圖7為礫巖標本）。這個直接證據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（這里不考慮與區域內土門子組的關系）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 結論

圖 4 敦化城北開發區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Fig.7 Conglomerate photograph in the Fig.5

本文通過區域構造背景、結晶基底與盆地特點、牡丹江流域玄武巖分布特征、敦化市城區鉆孔資料進行分析論證，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，從而明確認定敦化的所謂晚更新世南坪玄武巖是中新世土門子組內的玄武巖。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] 吉林省地質局區域地質調查大隊.1:20萬敦化縣幅區域 地質調查報告及附圖[R].中國地質圖制印廠制版印刷,1978.

[2]吉林省地質調查院.1:25萬 敦化幅區域地質調查報告[R].2003.

[3] 吉林省地質礦產局.吉林省區域地質志[M].北京：地質出版社，1988.