山东省古生代沉积-构造古地理

Answer 1

山东省古生代地层分布于沂沭断裂带（安丘-莒县断裂）以西广大地区，鲁东地区缺失这一阶段的地层分布，但研究表明，鲁东地区同鲁西地区一样曾广布古生代沉积盖层，由于后来的造山运动被剥蚀殆尽。古生代时，鲁西地区属华北板块陆表海盆地，鲁东北地区处于被动大陆边缘，鲁东南地区与苏北地区共同构成大别-苏鲁裂谷盆地（图5.1）。

以奥陶系与石炭系之间的不整合面为界，上、下古生界间沉积-构造古地理格局发生重大变化，下古生界以较稳定的海相为主，上古生界则为海陆交互相震荡沉积。古生代地层划分及沉积相见表5.1。

图5.1 山东省古生代大地构造单元

Fig.5.1 The Paleozoic tectonic units of Shandong province

1—华北板块陆表海盆地；2—鲁东被动大陆边缘；3—大别-苏鲁裂谷盆地

5.2.1 早古生代海相稳定沉积阶段

早古生代山东地区结束了新元古代末的裂陷活动，进入全域同步沉降期。沉积相以浅海相为主体，滨海相出现于早寒武世，沉积-构造古地理格局的地理总趋势是东深西浅。

（1）寒武纪沉积-构造古地理

早寒武世早期沉积沿沂沭断裂带分布，沧浪铺期首先沉积了李官组滨海陆屑滩砂砾岩相；沧浪铺晚期—龙王庙初期，海侵范围稍有扩大，海水相对变深，早期沉积以薄层灰岩为主且富含三叶虫化石。该阶段海岸大致在寿光、蒙阴、费县、薛城一线，以西为古陆，以东为海域（图5.2），海侵方向由南东向北西超覆。早寒武世陆源碎屑物质来源于鲁西古陆，由于陆源物质供给丰富，在沉降盆地中形成厚达百米的石英砂岩沉积，即为补偿性盆地沉积，特别是在枣庄西北一带含有较多的砾岩，该砾岩应为古河道滞留沉积，说明该地区为陆源物供给的主要通道。

龙王庙早、中期：以碳酸盐台地沉积为主，沉积环境包括潮间-潮上带萨布哈，潮间带-浅潮下带及浅潮下带三种环境。龙王庙中期的海侵首次将鲁西古陆淹没（图5.3），鲁西地区与华北海连成一体。海水仍由南东向北西漫进，鲁西东部地区海水相对较深，处于浅潮下带碳酸盐岩高能环境中；而鱼台—宁阳—新泰—蒙阴—临朐—寿光一线以西地区古地形相对较高，加之陆表海的自然障壁作用而处于局限台地潮间—潮上带萨布哈沉积环境中，此时期气候干旱炎热，海水蒸发量较大，在相对较封闭的海湾形成石膏沉积。薛城、滕州、邹县、曲阜、泗水、平邑、新泰地区及潍坊、安丘地区处于二者的过渡地带，属潮间带—浅潮下带环境。

龙王庙中晚期：总体沉积环境为浅潮下带至潮间带砂泥坪，沉积盆地分为南北两个，南部枣庄一带沉积盆地比北部济南一带要浅些，两沉积盆地之间为曲阜—平邑—沂山相对水下古隆起所分隔。

中寒武世毛庄期以细碎屑沉积为主，主体形成于潮间带砂坪，陆源碎屑来源于北西地区的古陆。

徐庄期与毛庄期有较大的区别，以砂岩沉积为基本特征，属滨海砂坝相沉积，主要分布于山东中南部地区，呈“半圆环状”分布，其北部边界在临青—泰安—新泰—昌乐一线，该线以北地区为滩间盆地沉积，沉积物为钙质页岩。

表5.1 古生代地层划分及沉积相　Table5.1 Stratigraphic Units and associated Sedimentary Facies of the Shandong Paleozoic strata

张夏期为标准的碳酸盐台地至中深缓坡沉积，自东向西由台缘斜坡相向台地礁滩相过渡（图5.4）。台地礁滩相位于滨州—泰安—东平—汶上—济宁—泗水—费县—枣庄一线以西的大部地区，该线以东地区为台缘斜坡相，海水较深，有较多页岩沉积，两相带之间存在一条狭长的过渡带，相当于台地的前缘斜坡，在该带多见滑塌的藻泥丘。从沉积物的厚度来看，东部盆地区属补偿性质，沉积物沉降速率近等于构造沉降速率。张夏期海侵由北支和南支两个方向分别由南东向北西，由北东向南西漫进。

张夏期是寒武纪沉积环境、沉积相及沉积物组合的重要转折时期，张夏期以前水体相对较浑浊，沉积物中陆源碎屑占绝对优势，说明其沉积场所总体离古陆较近，水体相对较浅；而在张夏期以后，寒武纪总体处于相对较深水区沉积，以发育碳酸岩为主要特征，很少含有陆源碎屑物质，出现风暴沉积。

图5.2 早寒武世沧浪铺晚期—龙王庙早期岩相古地理^[10]

Fig.5.2 The distribution of sedimentary facies and inferred paleogeographic map during the Changlangpu to Earlier Longwangmiao Stages，Early Cambrian^[10]

晚寒武世崮山期是寒武纪最大一次海侵，主要表现为钙质页岩、薄层灰岩及瘤状灰岩沉积，由北东向南西逐渐出现风暴岩沉积。崮山期总体处于中深缓坡沉积相区，在惠民—泰安—泗水—沂南一线以东地区属深缓坡相沉积；在陵县—平阴—东平—巨野—鱼台一线以东，上述深缓坡沉积相区以西的半环状区域内，属中深缓坡沉积相区；该相区以西的广大地区属中浅缓坡沉积相区。从古地理环境分析，由北东向南西海水依次变浅，代表深水—静水沉积的钙质页岩逐渐减少，而瘤状灰岩、薄层灰岩及风暴岩逐渐增多加厚。

长山期以中深缓坡的风暴岩夹泥质条带灰岩沉积为主，沉积较均一，沉积相带分异不明显。

凤山期在东部以潟湖相白云岩沉积为主，大致在青州—淄川—沂源—蒙阴—莱芜—泰安—泗水—滕州—邹县—汶上—巨野—鄄城一线东南部地区为潟湖相，而西北的广大地区为浅缓坡沉积相区；在昌乐—沂水—枣庄一线以东地区及东明、定陶、单县地区属深潟湖相区；两相区之间的过渡地带处于浅潟湖相区。

图5.3 早寒武世龙王庙中期岩相古地理^[10]

Fig.5.3 The distribution of sedimentary facies and inferred paleogeographic map during the Middle Longwangmiao Stage，Early Cambrian^[10]

（2）奥陶纪沉积-构造古地理

早奥陶世新厂期与晚寒武世凤山期为连续沉积，其海域和古地理轮廓与凤山期末基本一致。新厂期末，由于怀远运动的影响而上升成陆遭受剥蚀。新厂期为白云岩沉积，总体环境为局限台地潟湖，特别是新厂早期地层中含有“小竹叶”砾屑白云岩，说明当时处于中—深潟湖环境。

道堡湾期早期是继怀远运动上升剥蚀后再次沉降接受海侵的产物，海侵初期在不整合面之上多存在厚数厘米的砾岩。砾石成分相对较复杂，个别地区可见较多的石英砾石，说明此间断的时间间隔较长。早期为局限台地潟湖，普遍含有膏溶角砾岩，局部地区可达4层；中晚期以开阔台地浅潮下带为主，局部为潮间带。

图5.4 中寒武世张夏期岩相古地理^[10]

Fig.5.4 The distribution of sedimentary facies and inferred paleogeographic map at the Zhangxia Stage，Middle Cambrian^[10]

道堡湾期晚期与道堡湾期早期沉积环境相似。早期同样为局限台地潟湖沉积，各地均可见明显的膏溶现象，中晚期为开阔台地浅潮下带沉积环境。当时的沉积盆地中心在沂沭断裂带附近的中东部地区，盆地呈箕状，向东南方向开口，盆地的西北边缘地形相对较陡，坡降较大（图5.5）。

中奥陶世包括大湾期和达瑞威尔期两个时期。大湾期为局限台地潟湖相沉积，潟湖海水相对较深，个别地区发育页岩及薄层白云质灰岩，膏溶角砾岩相对不发育，说明当时的海水流通相对较畅。达瑞威尔期早期为开阔台地浅潮下带沉积环境，以中厚层质纯的灰岩为主，生物化石丰富，而达瑞威尔期晚期的沉积环境又转化为局限台地潟湖，以藻席白云岩、岩（膏）溶角砾白云岩为主，其海水深度与大湾期相比则浅许多，海水不流通。达瑞威尔晚期海水退出山东，结束了奥陶纪的沉积历史。

图5.5 早奥陶世道堡湾晚期岩相古地理^[10]

Fig.5.5 The distribution of sedimentary facies and inferred paleogeographic map at the Late Daobaowan Stage，Early Ordovician^[10]

综观山东奥陶纪沉积环境，局限台地与开阔台地交互出现，处于局限台地潟湖沉积时期多形成石膏及白云岩，而处于开阔台地沉积时期多形成质纯的厚层灰岩，其内的颗粒物质多为藻屑，其能量相对较低，水体清洁、安静。

5.2.2 晚古生代海陆交互震荡沉积阶段

进入晚古生代，沉积-构造古地理格局发生了重大转变，构造活动区域活化，开始为缓慢沉降，很快便转为缓慢隆升，从海陆交互相沉积转为陆相沉积。

（1）晚石炭世沉积-构造古地理

本溪期区内地壳下沉发生海侵，海侵方向大致由南而北，大量的古风化壳物质沉积下来，由于风化壳中铁、铝质矿物较多，首先形成了一套铁铝质岩，局部为铝土岩，构成本溪组。受当时古地形等影响，各地铁铝质岩沉积厚度不一。此时海水相对较深，属浅海相沉积环境。

晚石炭世—早二叠世晋祠—太原期早期，海侵达到最高峰，沉积了一层相当于最大海泛面沉积的灰岩层，之后进入了海退时期，沉积环境由浅海相转入潮坪相，沉积物主要为泥岩、粉砂岩夹几层灰岩，由于当时气候湿润，植被发育，大部分地区有煤层形成。中期，全区普遍发生了一次规模较大的海侵，沉积了一层较厚的灰岩，继而又海退至潮坪-潮汐三角洲沉积环境，形成了一套砂、泥岩组合，砂岩含量普遍增多，在三角洲平原环境下形成了多层煤炭。末期，区内发生了第三次海侵，形成了太原组顶部潟湖相灰岩沉积。沉积厚度大体上南厚北薄、东厚西薄，其岩相古地理见图5.6。

图5.6 晚石炭世—早二叠世晋祠—太原期岩相古地理^[10]

Fig.5.6 The distribution of sedimentary facies and inferred paleogeographic map during the

Jinci-Taiyuan stages，Late Carboniferous to Early Permian^[10]

（2）二叠纪沉积-构造古地理

早二叠世山西期，表现为较快速的海退，进入了浅水三角洲沉积环境，从区内岩石分布看，海退方向为北西方向，南部地区主要为三角洲砂岩相环境，形成以砂岩为主夹泥岩及煤层沉积，北部地区则形成以泥岩为主夹砂岩及薄煤层沉积（图5.7）。沉积厚度大体上北厚南薄。

图5.7 早二叠世山西期岩相古地理

Fig.5.7 The distribution of sedimentary facies and inferred paleogeographic map at the Shanxi Stage，Early Permian

山西期沉积结束后，区内完全进入了陆相沉积期，石盒子期黑山砂岩段沉积时，全区均表现为河流相沉积；万山泥岩段沉积早期，地壳整体下沉，发育了一套湖相泥岩沉积物，继而湖泊退缩，形成一套河流三角洲砂、泥岩沉积物；至奎山砂岩段沉积时，区内处于低水位期，河流冲洗作用强烈，发育了大套的砂坝相中粗粒石英砂岩沉积；孝妇河泥岩段沉积时，区内又发生了两次湖扩与湖退过程，分别形成了以泥岩与砂泥为主的湖相—滨湖相沉积物，从沉积物成分及厚度上可以看出，该时期陆相盆地整体趋于萎缩过程。

5.2.3 鲁东地区古生代沉积-构造古地理

鲁东地区至今未发现确切的古生代沉积盖层。有研究者曾认为在蓬莱群中发现了腕足类古生物化石^[105]，因此提出蓬莱群形成于泥盆纪；后来山东地勘局经过专题研究认为，所谓的“腕足”类化石实际是由黄铁矿结核形成的假化石，故仍然坚持蓬莱群形成于震旦纪^[106]。因此，前人多认为，古生代期间鲁东地区是持续隆起的古陆。20世纪80年代中期以来，陆续发现了一些有意义的信息，对鲁东古陆提出了质疑。

郭振一等^[107]首次报道在诸城市皇华店镇莱阳群下部发现石灰岩和鲕粒石灰岩砾石，并于砾石中找到宽松苏伯特

Schubertella Lata；有孔虫：古串珠虫（未定种）Palaeotxtu⁃raria sp.，梯状虫（未定种）Climacammina sp.，四排虫（未定种）Tetrataxis sp.，始瘤虫（未定种）Eotubertina sp.等化石，认为属石炭—二叠纪南方型古生物化石组合，由此提出在胶南隆起上曾存在厚度约9～10km 的震旦纪—古生代盖层沉积。中国地质大学（1991）在开展1∶5万区域地质调查时，在同一层位的石灰岩砾石中除发现较多有孔虫化石外，还发现腕足、棘皮、软体、介形类和珊瑚生物碎屑，认为化石特征与见于苏北滨海县、苏南江宁县、宜兴县、句容县同期地层中的化石相似，因此认为莱阳群中的灰岩砾石来自于苏北一带的石炭纪—二叠纪地层。牛保祥等^[108]将发现于莱阳群中的8个有孔虫化石种属与鲁西地区石炭纪地层中有孔虫化石对比发现，除不等双球虫和巴东虫外，前者均包含于后者之中，因此认为鲁东地块与鲁西地块在中生代以前有共同的沉积历史。山东地质矿产局八院及原长春地质学院，在中楼盆地莱阳群灰岩夹层中采集到疑源类微古化石^[109]，认为这些化石主要出现于古生代，提出它们是苏鲁造山带古生代地层化石再沉积的产物。山东地质矿产局组织的地质填图在胶莱盆地南缘莱阳群中发现有较多灰岩砾石，并且有许多来自于胶南隆起变质基底超高压变质带的砾石，说明胶莱盆地南侧的物源区为苏鲁超高压变质带。

长春地质学院在填图过程中，在五莲坤山地区石英岩和大理岩中发现丰富的红藻类、绿藻、甲藻以及真菌化石^[110]，其中红藻类管孔藻科分子化石相当丰富，说明管孔藻类在当时的海洋中是相当繁盛的，是当时重要的生物类群之一。管孔藻是红藻门真红藻亚纲最重要的化石之一，世界其他地区最早见于寒武纪地层中，在我国震旦纪陡山沱组已有报道，这是迄今为止发现最早的管孔藻化石。五莲一带的管孔藻类可与最典型的管孔藻相比较，无论是细胞分化（可能保存生殖器官），还是形态特征都表现出高级藻类特点，因此认为该地区可能有震旦纪—寒武纪地层残留。

部分研究者基于对苏鲁造山带的构造研究、高压变质岩石研究、同位素测年和区域构造分析，推测苏鲁造山带中可能存在过古生代的沉积盖层^[111，112]。

本书通过对鲁西地区的沉积-构造古地理分析表明，早古生代海水在沂沭断裂带附近最深，向西逐渐变浅，海侵方向主要为南东方向，沉积物等厚线明显被沂沭断裂截切。寒武纪时这种现象尤其明显，而且早寒武世鲁西大部分地区为古陆区。晚古生代，沉积沉降中心虽然逐渐远离沂沭断裂，但沉积物等厚线仍然被沂沭断裂截切。这种现象说明，古生代时鲁东地区同鲁西地区一样为海水覆盖，且向南东海水逐渐变深，沉积物变厚。中生代以来强烈的构造运动使鲁东地区古生代地层被剥蚀殆尽。

综上所述，认为鲁东地区曾存在过古生代盖层，在古生代期间鲁东地区同鲁西地区一样为广袤的海水所覆盖，而且由鲁西西部向鲁东地区海水深度逐渐变大，鲁东地区的古生代地层应是华北地层系统的延伸。有研究认为，从新元古代开始，扬子和华北板块之间形成秦岭-大别洋^[113]。鲁东的苏鲁造山带地区，是秦岭-大别造山带的东延，古生代期间是否形成大洋，目前尚无确切证据证实，但至少位于比较接近洋的位置，可能具有三叉裂谷性质。而鲁东北地区很可能同华北板块东南缘^[113]一样，早古生代处于被动大陆边缘盆地，晚古生代转化为前陆复理石盆地，当时沉积-构造古地理格局的地理总趋势是南深北浅。

研究表明，中国中央造山带经历了泥盆纪和三叠纪二次碰撞造山，早古生代造山带的形成是中、晚泥盆世冈瓦纳超大陆边部古特提斯洋盆初始扩张的产物^[114]。苏鲁造山带中的超高压变质岩同秦岭-大别地区一样，出现早古生代晚期—晚古生代早期（435～313Ma）同位素年龄^[94]，表明在泥盆纪前后沿苏鲁地区发生过强烈的板块汇聚作用。