晚白堊世，約85Ma前，由於太平洋板塊庫拉海脊的強烈擴張，進壹步加劇了斷層復活和裂谷形成。隨著板塊作用弧後擴張的不斷發展，上述盆地和斷層逐漸發展為地塹和裂谷。目前東北地區公認的裂谷有松遼-結雅地塹、伊通-依蘭裂谷、敦化-密山裂谷和三江-阿穆爾地塹。這些方向相同的平行裂谷，包括相鄰的斷陷盆地，統稱為東北大陸裂谷系(圖1-4和圖1-5)。
圖1-4東北地區裂谷系和莫霍面厚度圖
(1)裂谷系統概述
東北大陸裂谷系是壹個整體，其形成和演化如下。
1.松遼-結雅地塹
位於大興安嶺東部和遼西山區，小興安嶺西部、東部山區和遼東山區，長約1400km，東西寬20 ~ 350 km。以松嫩盆地為主體，向北通過孫吳地塹與俄羅斯的潔雅盆地相連，向南通過松遼流域與下遼河盆地相連。南端與華北裂谷系中的渤海灣-中原裂谷相連。晚侏羅世至早白堊世發生強烈坳陷，接受厚度6 ~ 7 km的河流和湖泊沈積。晚白堊世末至古新世發生了大量火山噴發(60 ~ 86 ma前),表明地塹已經開裂。這壹地質事件發生在太平洋板塊庫拉海脊強烈擴張的同時(80 ~ 85 Ma前)。49 ~ 27ma前，雙遼和下遼河有強烈的火山噴發，表明地塹活動加劇，裂谷發展到高潮。新近紀以來，火山活動基本平息，表明裂谷開始收縮閉合。第四紀早中期，松嫩平原以孫吳-安達深大斷裂為界，東部強烈收縮隆升，西部斷陷接受厚度約200米的第四紀沈積物。
圖1-5東北大陸裂谷系演化過程圖
(劉嘉琦，1985)
2.伊通-依蘭裂谷
位於松遼-結雅地塹東部，白堊紀開始活動，但仍與松遼-結雅地塹相連。至中新世早期，獨立成谷，14 ~ 13ma前，火山噴發達到高峰，含超鎂鐵質包體的堿性玄武質巖漿自南向北溢出裂谷。證明裂谷活動極其強烈，裂谷最深。此後11 ~ 7 Ma前，噴發玄武巖壹般不含深部包裹體，表明裂谷活動趨於減弱。之後沒有火山爆發，裂谷關閉。
3.敦化-密山裂谷
位於伊通-依蘭裂谷東側，約45Ma前開始移動。裂谷存在的直接證據是這壹時期有壹次小規模的玄武巖噴發。壹直到16 ~ 14ma和11 ~ 7ma前，有兩次裂谷活動高峰，但後者含有更多的深部包裹體，表明裂谷活動時間往回走了。第四紀仍有強烈的火山噴發，證明裂谷仍有活動。
4.三江-阿穆爾地塹
它由俄羅斯的三江平原和阿穆爾平原組成。它呈北東向延伸，西部為向北延伸的伊通-依蘭裂谷，東部為敦化-密山裂谷。裂谷存在的證據如下:
(1)三江盆地和阿穆爾盆地形成壹條向東北延伸的巨型坳陷帶。總面積為89，000平方公裏。也是地幔隆起帶(莫霍面深度32 ~ 32~33km)。兩側隆起帶莫霍面深度為35 ~ 37 km。
(2)盆地兩側受巖石圈斷裂控制，是張性引起的正斷層。
(3)有強烈的火山活動和地震。
(4)盆地內有厚層的陸相河流和湖泊沈積。
(5)具有較高的重磁異常。
由於三江-阿穆爾地塹是中國東北裂谷系的壹員，它的形成和發展必然受到裂谷系的制約。
晚侏羅世末開始活動，接受了近2000 ~ 2500 m的侏羅紀-白堊紀沈積物。由於後期日本海的強烈擴張(後述)，裂谷的發展受到限制，直到日本盆地開始萎縮，三江-阿穆爾地塹復活，約13 ~ 10 Ma前，大量玄武巖溢出。三江平原綏濱凹陷和前進凹陷均有該期玄武巖鉆遇。壹般被新近系富錦組覆蓋，以堿性玄武巖為主，含有大量深部包裹體。說明裂谷發展在此期間達到高潮，之後活動性減弱。第四紀時，玄武巖漿仍有溢出，證明裂谷仍有間歇性活動。
需要指出的是，該區東南部的興凱湖盆地(虎林盆地)火山活動十分強烈，主要在第四紀。如果和南邊的長白山聯系起來看，會形成壹條平行於敦化-密山裂谷的東北火山帶。長白山火山噴發很強烈，最早開始於漸新世(28.4Ma前)，中新世噴發規模相對較小。上新世-早更新世(4.2-2.0 Ma前)火山活動達到高峰，中晚更新世和全新世至1702年仍有強烈噴發。這樣，如果分布在長白山、東寧、興凱湖的晚新生代火山巖與壹些斷陷盆地相關聯，就可能存在發育中的裂谷。
(2)裂谷系統的形成機制和演化
綜上所述，晚侏羅世以來由於太平洋板塊的俯沖而在東亞發育的裂谷系(東北大陸裂谷系和華北大陸裂谷系)經歷了拉張、坳陷和擠壓；伸展、斷裂和收縮的交替演化過程。隨著島弧擴張的不斷發展，島弧逐漸遠離大陸，使太平洋板塊俯沖帶向東南方向移動，導致大陸板塊俯沖作用減弱。島弧實際上起到了屏蔽大陸的作用，而裂谷本身已經出露，裂谷之間的相互作用明顯加強，控制了該地區晚新生代以來的地質演化。
1.松遼裂谷的形成機制和演化。
東亞裂谷系的延伸方向與大陸邊緣平行，換言之，與板塊俯沖帶的走向壹致。這不是壹個耦合的地質現象。表明地幔上湧的動力來源(圖1-6)。當太平洋板塊的貝尼奧夫帶俯沖到上地幔時，壹方面對上地幔施加了強大的壓力，同時由於溫度的上升，俯沖帶的前端被熔融，熔融的巖漿低於地幔，不可避免地向上移動，驅動地幔拱起。隨著板塊的不斷俯沖，地幔上湧處容易釋放強烈的壓應力，加劇地幔上湧。這樣就把上地幔的高熱能和隆升壓力引入了地殼。因為地殼是結晶的剛性巖石，受到來自深部的垂直擠壓後，產生水平拉應力，使地殼破裂或使舊斷層復活。張力繼續發展，凹陷盆地逐漸形成。松遼—揭陽平原就是在這種背景下形成於晚侏羅世—早白堊世的伸展盆地。由於莫霍面的起伏和上地幔物質的不均勻性，松遼-結雅地塹由三個相對獨立的盆地(自北向南依次為結雅盆地、松嫩盆地和下遼河盆地)組成。隨著俯沖帶前端的不斷熔融，巖石圈深部的熱運動不斷進行，低密度、高熱能的地幔物質不斷流向莫霍面的隆起，最終導致地幔破裂。這壹時期大約相當於晚白堊世至古新世，即85 ~ 70 Ma前。
圖1-6三江平原構造示意圖
在上地幔破裂之前，地殼壹直處於膨脹、壓縮和高熱流狀態。它的水平運動是由深拱擠壓造成的。這是裂谷形成的早期階段，可稱為拉張、坳陷和擠壓階段(圖1-7a)。
地幔破裂發生後，上地幔大量物質急劇上湧，造成底部裂解和側向擴張，使以前的整體擠壓轉化為整體拉伸。這壹時期的總體特征是:基性玄武質巖漿沿上地幔斷裂帶溢流，盆地裂谷作用加劇，形成裂谷。由於上地幔有大量巖漿，不斷消耗內部能量，壓力和溫度降低，地幔物質溢出減少，導致上地幔收縮，所以裂谷閉合。就像松遼-結雅地塹在45Ma左右，裂谷達到頂峰後收縮。這壹時期是裂谷發展的成熟階段，可稱為伸展、裂陷和收縮階段(圖1-7b)。
2.其他斷裂的形成和演化
這裏提到的其他裂谷包括伊通-依蘭裂谷、敦化-密山裂谷和三江-阿穆爾地塹。它們的形成機制和演化過程並不完全受板塊俯沖的控制，而主要受西部裂谷(西部的松遼-結雅地塹和東部的日本盆地)的拉張和收縮控制。因此，有必要簡要描述壹下日本海盆的形成過程。
圖1-7盆地形成模型圖
關於日本盆地的成因眾說紛紜，但共識是分裂成因論。即在弧後擴張作用下，由大陸邊緣解體形成。其裂解時間約在45Ma前，裂解高峰約在25Ma前，約在10Ma開始收縮，並趨於穩定。第四紀進壹步收縮，引起兩岸火山噴發。無疑，日本盆地的收縮必然會給雙方帶來強烈的緊張。
以松遼-結雅地塹為主體的中國東北大陸裂谷系正逐漸向大陸邊緣擴展。裂谷的形成和演化時間依次倒退。松遼-結雅地塹約在85Ma前開裂，40-45 ma達到高峰，25Ma開始萎縮。伊通-依蘭裂谷在晚白堊世活動，在14 ~ 13 Ma前達到高峰，之後轉為收縮。敦化-密山裂谷在45Ma前開始活動，在11 ~ 7 ma前達到高峰。它在第四紀時仍然活躍。可以看出，松遼-結雅地塹開裂時伊通-依蘭裂谷開始活動，松遼-結雅裂谷達到頂峰時依蘭-伊通裂谷開始開裂。這時，敦化-密山裂谷開始移動。當伊通-依蘭裂谷達到開裂高峰時，敦化-密山裂谷開始開裂。伊通-依蘭裂谷活動減弱，敦化-密山裂谷裂解達到高峰。然而，三江-阿姆山地塹是個例外。它幾乎與松遼-結雅地塹同時開始運動，但它的張開時間較晚，大約與敦化-密山裂谷同時。這是因為三江-阿穆爾地塹受到了日本盆地(45-25ma前)的強烈裂解和擴張擠壓。日本盆地的強烈收縮(約100 Ma前)導致三江-阿穆爾地塹開裂。
上述事實表明，松遼-結雅地塹和日本盆地是東北大陸裂谷系中的主要裂谷，其形成機制和演化過程與板塊俯沖密切相關。它們之間的裂谷(伊通-依蘭)(敦化-密山和三江-阿穆爾地塹)的形成機制和演化不完全受板塊運動控制，更重要的是受兩側裂谷作用控制。