敦化—牡丹江南坪玄武岩时代的探讨

赵卫民，庞大鹏，闻久成

中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，吉林 长春 130000

0 引言

讨论区位于敦化市城区北侧，城市规划的工业区边缘。在1∶20万区域地质图（1978年版）上，该区域位于马连河玄武岩（βQ3m）分布区，在1∶25万区域报告（2003年版）名称为南坪玄武岩βQ3n。

1 问题的提出

根据现有基础地质资料，研究区位于敦化市城区北侧，城市规划的工业区边缘马连河玄武岩（βQ3m）（1978年版）、（2003年版）名称为南坪玄武岩（βQ3n），时代为晚更新世玄武岩，玄武岩单层厚度不均一、中间夹有不同厚度的第四系夹层。各层厚度不均一、动力学性质差异较大。

通过分析现有资料，发现存在明显不合理之处。在1∶20万敦化幅区域地质调查报告中对晚更新世马连河组玄武岩描述极为简略，将其暂定为晚更新世。没有说明确定的依据，且没有发现火山口。2003年1∶25万敦化幅报告中，延续原来结论，定为南坪玄武岩（βQ3n）。

区域内新构造活动，古新世晚期到渐新世山地逐渐隆起，并伴随断裂活动，沿依兰—伊通和敦化—密山断裂带等形成地堑式的断陷盆地，接受了1 000～1 500 m厚的河湖相沉积，同时有玄武岩浆喷发。

渐新世晚期至中新世初，构造运动再次相对平静，塑造了布西期夷平面，在张广才岭现今标高海拔500 m左右。中新世中期到上新世中期，地壳又一次活动，山地继续上升，盆地相对沉降，接受了新近纪的河湖相沉积，沉积物厚度变化较大，由几十米到800余米。与此同时，伴有大量玄武岩喷发。上新世晚期到第四纪初，地壳活动减弱，山前地带形成剥蚀面。

断裂带附近的玄武岩分布范围与断裂带上5处新生代盆地范围一致，主要为船底山期(βN1）和军舰山期（βQ1）玄武岩，唯独敦化市北部出现了晚更新世玄武岩，与断裂带及新构造特点等整体活动（西支断裂在Q1有过活动）特点不符。早更新世玄武岩分布于残丘顶部，反映第四纪以来本地区处于缓慢抬升状态。而牡丹江的陡峭河谷特征，也验证了本地区的抬升特征。

如果为晚更新世玄武岩，沿牡丹江河谷流淌并充填古牡丹江河谷，那么观察一下区域地质图中的A区（图1），该区位于土门子组内，土门子组砂岩强度很低，虽然自然状态下可以形成少量的小块体，但扰动即散，当地居民主要将其当沙源使用。但图中牡丹江正好从玄武岩中间通过，而不是避开坚硬的玄武岩而沿边部冲刷更软的砂岩。同样，图中B区和C区，河流不是冲刷边缘的接触带，而是在边部留出狭窄的玄武岩条带，而边部为玄武岩与结晶基底接触带，玄武岩厚度呈现逐渐尖灭。这些现象的出现，否定了该玄武岩是沿牡丹江古河谷形成的观点。后面将提出更加充分的证据进行说明。

2 盆地内玄武岩分布

根据中国活动断层研究资料，敦化—密山断裂带的桦甸—鸡西段，形成了5个新生代构造盆地。这5个新生代构造盆地沿断裂带呈左列式分布，敦化市位于中5个盆地最南侧的明川屯—高松树新生代盆地东部边缘。

明川屯—高松树盆地与雁鸣湖盆地分布的玄武岩主要为白金玄武岩（军舰山期）。这里需要说明一下，下面图2中明川屯—高松树盆地标注为白金玄武岩是为了和1∶20万区域地质图一致。而在1∶50万中国地质图上将其标注为船底山期(βN1c）。

从图2中可以看出，南坪玄武岩主要分布于明川屯—高松树盆地的东北部，盆地边缘，或残丘边部。地质图上和野外观察，早更新世玄武岩分布于残丘顶部（βQ1）。这一现象说明早更新世以来，该地区处于缓慢上升区。明川屯—高松树盆地边缘有土门子组地层零星出露。

图 1 1:20万区域地质图中的玄武岩分布特点Fig.1 Basalt distribution features in 1:200000 regional geological map

图 2 明川屯—高松树盆地南坪玄武岩分布Fig.2 Distribution of Nanping basalt of Mingchuantun-Gaosongshu basin

图2中南坪玄武岩分布范围比较大，与河流分布形态进行比较没有发现明显的相关性（现在的河道位置并不等同于古河道位置，但第四纪以来地貌相对形态变化并不大，大致形态是相似的。），在没有河流分布的地区也有大量的分布。如果说西南侧为火山口位置，那么东北侧即没有大的河流，又是两个盆地的分水岭阻隔位置，相距又最远，南坪玄武岩是如何延伸过去的（见图1官地乡东北部）？

实际上，看看图中右侧结晶基底边部分布的土门子组地层就明白原因了。那就是土门子组与南坪玄武岩都位于相对低洼的地方（土门子组中存在多层玄武岩），相对高的位置有土门子组地层出露，与结晶基底接触。军舰山期玄武岩在喷发时期分布范围应该比较大，相当于一个玄武岩台地。由于土门子组砂岩强度低，透水性强，易于剥蚀，所以侵蚀强烈。而结晶基底上的玄武岩，由于相对耐侵蚀，现在就形成了残丘正地形。下面通过野外与钻孔方面的资料来验证这个推论。

3 敦化城区钻孔资料与野外观察分析

根据敦化市城区与开发区工程勘察的钻孔资料，盆地普遍分布有玄武岩，覆盖层最厚达12 m(牡丹江西侧最厚为8 m)。当地勘察单位推荐4～12 m深度覆盖层的地基承载力特征值为400 kPa，这一级别承载力的地层，在岩土工程中应该为半成岩或全风化层才能够达到。

南坪玄武岩露头只在牡丹江与沙河沿岸可以观察到。牡丹江流域整体上呈现NE走向，但在盆地范围内出现NW走向的河段与南北走向河段长度基本相等。沿着这些河段观察，南坪玄武岩基本呈水平状，层位稳定，没有出现层位错乱与出现夹层的情况，这一现象说明南坪玄武岩是大范围分布的，而不是仅仅沿河谷形成。

在黑石乡西崴子水库大坝路边见土门子组凝灰质玄武岩与砂岩露头，玄武岩层近于水平。砂岩中见凝灰质玄武岩块体（图3）。凝灰质玄武岩呈现灰白色，风化严重，厚度约1 m左右，其下的玄武岩分层明显，单层厚度不同，耐风化程度差异明显：层厚比较大、气孔少，耐风化，露头上呈块石状；而耐风化程度较差的层位呈碎块状。

在敦化市城区牡丹江河道处，观察到南坪玄武岩不是一次喷发产物，河谷断面（人工揭露）可观察到约10 m厚的玄武岩。在观察剖面上，大致可以分为4层，上层单层厚度10～30 cm，第二层单层厚度可达1 m，第三层气孔极为发育，第四单层厚度可达1 m。这4个层位没有明显的间断。这样的剖面特征说明目标玄武岩不可能是河谷形成的。因为每次玄武岩岩浆沿河谷流淌，固结成岩，都会使河流形成不同规模的堰塞湖。岩浆喷发在地质上间隔很短，但却足以使河道产生改道。这样，前后两次喷发的玄武岩，不可能在各处都呈水平、连续分布，并且中间没有夹层或冲刷痕迹。

图 3 土门子组中凝灰质玄武岩与砂岩Fig.3 The tuffaceous basalt and sandstone of Tumenzi Formation

在敦化市城市北侧的下石桩子村东侧有一个探查钻孔，地面高程约513 m。从8 m开始见玄武岩，玄武岩分为多层，中间没有十分明显的间隔。70 m仍然没有打穿玄武岩。如此巨厚的玄武岩，本地区不太可能在晚更新世时期形成，而且晚更新世时期也不可能出现如此大的沉降，然后再在玄武岩层上形成侵蚀阶地。这与区域内新构造运动整体过程相矛盾，与早更新世玄武岩分布于残丘顶部的反映第四纪以来的抬升特点相矛盾，也没有敦化—密山断裂带极强烈活动的证据支持。而该钻孔南侧就有土门子组砂岩出露（图4）。砂岩上部存在侵蚀面接触的坚硬状态粉质粘土，厚度0.5～1.0 m。该层粉质粘土的特征表明其形成时代要早于晚更新世。

在敦化市城北开发区正在进行的工程勘察，2 m左右见到玄武岩。钻孔揭露该层玄武岩风化严重，低速合金钻头钻出物呈现灰白色粉末状与碎块状。

由于敦化市牡丹江沿岸高程相对比较低，出露高程基本低于玄武岩顶面，因此不利于其上覆盖层的保存。万幸的是在敦化市城区北侧牡丹江河岸一处断面上，观察到砾岩直接覆盖在目标玄武岩上（见图5、图6、图7，图5为剖面照片、图7为砾岩标本）。这个直接证据证实了前面的分析判断。那就是，牡丹江沿岸的玄武岩为土门子组内（这里不考虑与区域内土门子组的关系）的玄武岩，敦化市牡丹江沿岸没有所谓的晚更新世玄武岩存在。

4 结论

图 4 敦化城北开发区土门子组砂岩采砂场Fig.4 Tumenzi formation sandstone quarry of North Development Zone of Dunhua City

图 5 敦化市城北玄武岩与砾岩Fig.5 Basalt and conglomerate of North Development Zone of Dunhua City

图 6 敦化市城北玄武岩与砾岩接触关系素描图Fig.6 Sketch map of the contact relationship between theBasalt and conglomerate of Fig.5

图 7 图5中砾岩照片Fig.7 Conglomerate photograph in the Fig.5

本文通过区域构造背景、结晶基底与盆地特点、牡丹江流域玄武岩分布特征、敦化市城区钻孔资料进行分析论证，最后通过野外剖面观察到砾岩直接覆盖在南坪玄武岩上的有力证据，从而明确认定敦化的所谓晚更新世南坪玄武岩是中新世土门子组内的玄武岩。该层玄武岩厚度巨大，钻孔揭露厚度超过60 m(中间可能存在小的间断或夹层)。

[1] 吉林省地质局区域地质调查大队.1:20万敦化县幅区域 地质调查报告及附图[R].中国地质图制印厂制版印刷,1978.

[2]吉林省地质调查院.1:25万 敦化幅区域地质调查报告[R].2003.

[3] 吉林省地质矿产局.吉林省区域地质志[M].北京：地质出版社，1988.