張?jiān)銎?,陳軍,付英,楊波,劉?shū)才,杜圣賢,侯建華,劉鳳臣
(1.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250013;2.濟(jì)南市國(guó)土資源局,山東 濟(jì)南 250000;3.濟(jì)南市城市園林綠化局,山東 濟(jì)南 250000;4.山東省地質(zhì)調(diào)查院,山東 濟(jì)南 250013)
千佛山地區(qū)位于濟(jì)南市南部,地處魯中南低山丘陵與魯西北沖積平原的交接帶,地勢(shì)由南東向北西傾斜,地層出露較好,最高點(diǎn)海拔460.4m,最低點(diǎn)海拔58m,有千佛山、平頂山、橛山(佛慧山)、羅袁寺頂、金雞嶺、饃饃山、蚰蜒山、蝎子山、羊頭山和臥虎山等大小山峰29座。
研究區(qū)及周邊地區(qū)的早古生代地層在我國(guó)北方極具代表性,故前人在該區(qū)的地質(zhì)調(diào)查開(kāi)展較早并做了大量工作:早期(1958年以前)有零星國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查,如德國(guó)人Richthofen(1869)、英國(guó)人B.Willis、E.Blackwelder(1903),我國(guó)有孫云鑄(1924)、譚錫疇(1924)、盧衍豪(1953)、董南庭(1953)等,他們對(duì)該區(qū)以南的饅頭山、崮山等地進(jìn)行了考察并取得一些成果;隨后(1958—1979年)進(jìn)入系統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查階段,一些地勘單位和地質(zhì)院校在區(qū)內(nèi)開(kāi)展了地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查、普查、勘探及專題研究工作,同時(shí)還開(kāi)展了物探、化探、重砂測(cè)量、水文地質(zhì)測(cè)量、環(huán)境地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查及遙感地質(zhì)調(diào)查等工作,積累了大量的地質(zhì)礦產(chǎn)資料和科技文獻(xiàn)資料;改革開(kāi)放后(1980—1999年)隨著地質(zhì)調(diào)查工作的不斷進(jìn)展,對(duì)研究區(qū)及周邊地區(qū)的地層、構(gòu)造、巖漿巖等進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究并取得了顯著的成績(jī);近年來(lái),隨著前面工作的積累,有關(guān)該區(qū)的一批重要成果逐漸出現(xiàn)。
該文將在前人研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)野外調(diào)查工作,對(duì)千佛山及其周邊地區(qū)的巖石地層格架、沉積構(gòu)造特征、沉積相和層序地層等進(jìn)行總結(jié),并結(jié)合山東省乃至我國(guó)北方構(gòu)造體系進(jìn)一步探討該區(qū)的區(qū)域構(gòu)造演化。
千佛山地區(qū)在大地構(gòu)造單元中地處華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(qū)(Ⅱ)、魯中隆起(Ⅲ)、泰山-濟(jì)南斷隆(Ⅳ)、泰山凸起(Ⅴ)的北緣,是隆起地塊的北側(cè)單斜構(gòu)造帶[1]。區(qū)內(nèi)地層南老北新,主要由廣泛發(fā)育的古生代及新生代地層組成。古生代地層由出露好且較齊全的寒武系—奧陶紀(jì)碳酸鹽巖沉積地層;新生代地層主要為第四紀(jì)地層(圖1)。千佛山西南側(cè)出露有千佛山斷裂,長(zhǎng)約25km,呈320°~350°走向,向南西傾,傾角78°,斷裂帶內(nèi)發(fā)育有張性角礫巖,寬度從5~6m至數(shù)十厘米不等,角礫成分主要為斷裂兩側(cè)巖石,經(jīng)前人研究屬于先張后壓扭的斷裂,斷裂西盤近斷層西處地層產(chǎn)狀變化大,局部形成小型向斜褶曲。千佛山斷裂帶及文化橋斷裂帶斷裂將整個(gè)單斜構(gòu)造帶切成塊狀,奠定了該區(qū)的構(gòu)造基礎(chǔ)。
調(diào)查區(qū)及周邊地區(qū)早古生代地層主要為寒武—奧陶紀(jì)九龍群及馬家溝群,分布于調(diào)查區(qū)及南部的廣大地區(qū),巖性為一套厚度達(dá)1800余米海相碳酸鹽巖沉積建造(圖2)。該套地層整體呈NWW向或者NEE向展布,與下伏新太古代基底花崗巖為角度不整合接觸,被上覆的第四系地層覆蓋,巖石中含豐富的三葉蟲(chóng)、頭足類及牙形石化石。因地層連續(xù)且露頭良好,研究程度相對(duì)較高,可詳細(xì)劃分為3個(gè)群、12個(gè)組、8個(gè)巖性段。在區(qū)域?qū)Ρ壬希瑓^(qū)內(nèi)朱砂洞組僅發(fā)育白云巖段,饅頭組洪河砂巖段不發(fā)育,張夏組缺失盤車溝頁(yè)巖段[2]。
1—晚寒武世-早奧陶世炒米店組;2—中奧陶世三山子組c段;3—中奧陶世三山子組a段;4—中奧陶世東黃莊組;5—中奧陶世北閹莊組;6—新近紀(jì)更新統(tǒng)大站組;7—第四紀(jì)全新統(tǒng)沂河組;8—早白堊世閃長(zhǎng)玢巖脈;9—平行不整合接觸;10—斷裂及其產(chǎn)狀;11—推測(cè)斷裂;12—地層產(chǎn)狀;13—河流;14—水庫(kù);15—地名;16—山峰圖1 千佛山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖
1—灰?guī)r;2—疊層石灰?guī)r;3—頁(yè)巖;4—生物碎屑灰?guī)r;5—豹皮灰?guī)r;6—藻灰?guī)r;7—礫屑灰?guī)r;8—條帶狀灰?guī)r;9—白云巖;10—藻白云巖;11—條帶狀白云巖;12—砂礫巖;13—細(xì)粒輝長(zhǎng)巖;14—閃長(zhǎng)玢巖;15—斷層;16—泉水;張夏組上灰?guī)r段;∈3-4g—崮山組;炒米店組;O1sa—三山子組a段;O2d—東黃莊組;O2b—北閹莊組;Qpd—大站組;K1vJyc—早白堊世燕山晚期濟(jì)南燕翅山細(xì)粒輝長(zhǎng)巖;K1δu—早白堊世閃長(zhǎng)玢巖脈圖2 研究區(qū)內(nèi)地層格架示意圖
2.1.1 張夏組
該組巖性主要為厚層鮞?;?guī)r、疊層石藻礁灰?guī)r、藻凝塊灰?guī)r及薄層灰?guī)r等,與上覆崮山組和下伏饅頭組均為整合接觸。依據(jù)巖石組合特征,將張夏組至上而下劃分為下灰?guī)r段及上灰?guī)r段2個(gè)巖性段,較區(qū)域上缺失盤車溝頁(yè)巖段;下灰?guī)r段以鮞粒灰?guī)r發(fā)育為特征,上灰?guī)r段以藻灰?guī)r、藻礁灰?guī)r發(fā)育為特征,兩段在地貌上常形成高10余米的陡坎。
2.1.2 崮山組
該組巖性以黃綠色頁(yè)巖、灰色薄層疙瘩狀或鏈條狀灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r為主,夾灰色薄板狀灰?guī)r、鮞?;?guī)r、砂屑灰?guī)r。其與上覆炒米店組和下伏張夏組均為整合接觸。
2.1.3 炒米店組
巖性多為灰色薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、云斑灰?guī)r及中厚層竹葉狀灰?guī)r,其間夾鮞狀灰?guī)r、厚層藻凝塊灰?guī)r,局部發(fā)育柱狀疊層石(圖3A)。其與上覆三山子組均為整合接觸。前人研究認(rèn)為整合接觸,與該組具有穿時(shí)性;近年來(lái),劉書(shū)才、武桂春等在濟(jì)南長(zhǎng)清區(qū)張夏—崮山地區(qū)、青州市堯王山地區(qū)和萊蕪黃山地區(qū),根據(jù)牙形石“Cordyloduslindstromi”,準(zhǔn)確確定的寒武系—奧陶系界線均位于該組內(nèi)部,分別距炒米店組頂9.05m、58.10m和4.00m[3-6]。
2.1.4 三山子組
研究區(qū)三山子組巖性為中厚層微晶白云巖及含燧石條帶、燧石結(jié)核白云巖(圖3B),依據(jù)巖性組合特征,劃分為a段和b段。其上因“懷遠(yuǎn)間斷”與馬家溝群東黃山組呈平行不整合接觸,下與炒米店組呈整合接觸。
2.2.1 東黃山組
東黃山組巖性以泥晶、微晶白云巖、土黃色角礫狀泥質(zhì)白云巖為主,底部見(jiàn)復(fù)成分礫巖(圖3C)。其下與三山子組呈平行不整合接觸,上頂與北庵莊組呈整合接觸,地層較薄,一般厚9~40m。
2.2.2 北閹莊組
北庵莊組巖性為灰色厚層微晶灰?guī)r、厚層含云斑白云質(zhì)灰?guī)r、中厚層微晶白云巖(圖3D),上部層位夾少量生物碎屑灰?guī)r,巖層中發(fā)育大量平行層理(圖3F)和生物擾動(dòng)構(gòu)造(圖3E、G)。與下伏東黃山組和上覆與土峪組均為整合接觸;因構(gòu)造滑塌影響多形成一系列近EW向的褶皺構(gòu)造,未見(jiàn)頂部層位。
區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層分布較多,發(fā)育程度與古地貌和現(xiàn)今地貌有關(guān),其物質(zhì)組成主要是更新世以來(lái)的松散堆積物,以河流相、沖洪積相的碎屑沉積物為主,主要分布于調(diào)查區(qū)的河流兩岸、山間凹地及水庫(kù)周圍等。
調(diào)查區(qū)早古生代地層主要為寒武紀(jì)及奧陶紀(jì)的九龍群和馬家溝群,期間被懷遠(yuǎn)間段面分為上下2部分:下部為寒武系至奧陶系下統(tǒng),上部為奧陶系中上統(tǒng)。該次工作在取得野外第一手資料的基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步在更廣泛的區(qū)域上充分了解并研究沉積環(huán)境及層序特征,筆者收集和利用了大量前人資料,結(jié)合區(qū)域資料對(duì)古生代寒武—奧陶紀(jì)沉積相及層序地層特征進(jìn)行了分析。
研究區(qū)及其周邊地區(qū)的整套地層為典型的海相沉積地層,早寒武世,該區(qū)處于潮坪環(huán)境(以潮上泥坪為主),主要沉積形成了黃灰色、紫紅色灰質(zhì)白云巖夾部分泥巖;中寒武世早、中期,由潮坪(砂泥坪)
A—炒米店組地層;B—三山子組a段地層;C—東黃莊組地層及手標(biāo)本;D—北閹莊組地層;E—北閹莊組中的蟲(chóng)跡構(gòu)造1;F—北閹莊組中的平行層理;G—北閹莊組中的蟲(chóng)跡構(gòu)造2圖3 地層沉積特征
逐漸向臺(tái)地邊灘過(guò)渡,沉積形成了紫灰色砂質(zhì)云母頁(yè)巖夾鮞粒灰?guī)r、礫屑灰?guī)r和部分薄層砂巖,晚期開(kāi)始由淺海灘相向臺(tái)地邊緣礁相過(guò)渡,沉積了大套鮞粒灰?guī)r和藻凝塊灰?guī)r;晚寒武世海水加深,該區(qū)變化于臺(tái)地前緣斜坡和陸棚內(nèi)緣斜坡相帶間,沉積形成了礫屑灰?guī)r、云斑泥晶灰?guī)r和瘤狀泥灰?guī)r沉積夾層;奧陶系初期,該區(qū)繼承了晚寒武世陸棚內(nèi)緣斜坡相,沉積形成了一套泥晶質(zhì)沉積物,隨后出現(xiàn)大量白云巖化,形成三山子組白云巖,而當(dāng)時(shí)沉積物種的膠凝狀硅質(zhì)集中形成了燧石結(jié)核或條帶;東黃山組沉積環(huán)境屬于局限臺(tái)地瀉湖相沉積,表現(xiàn)為深瀉湖相沉積以微晶白云巖為主,淺瀉湖相則以角礫狀白云巖;北庵莊組沉積環(huán)境以開(kāi)闊臺(tái)地潮下帶—潮間帶沉積為主,露頭上見(jiàn)由潮下帶—潮間帶沉積類型組成的地層重復(fù),反映了水體的深淺變化規(guī)律[7,8]。
依據(jù)地層巖石組合、沉積構(gòu)造、層序特征及層序界面等將研究區(qū)內(nèi)的早古生代地層劃分為3個(gè)二級(jí)層序,13個(gè)三級(jí)層序;對(duì)懷遠(yuǎn)間段面之下寒武紀(jì)-早奧陶世地層劃分為2個(gè)二級(jí)層序,8個(gè)三級(jí)層序;懷遠(yuǎn)間段面相當(dāng)于1個(gè)二級(jí)層序界面;懷遠(yuǎn)間段面之上奧陶紀(jì)馬家溝群劃分為5個(gè)三級(jí)層序[9](表1)。
地層間的接觸關(guān)系是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地質(zhì)發(fā)展歷史的記錄,基本上可分為整合接觸和不整合接觸關(guān)系。其中,由于地殼的抬升而產(chǎn)生的沉積間斷為平行不整合,其上下產(chǎn)狀基本一致,其是研究地質(zhì)發(fā)展歷史、鑒定地殼運(yùn)動(dòng)和確定構(gòu)造變形時(shí)期的重要依據(jù)。該次調(diào)查區(qū)內(nèi)存在一個(gè)重要的不整合界面,即懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)沉積間斷面。
由前人結(jié)果可知寒武—奧陶紀(jì)三山子組與晚奧陶世馬家溝群東黃山組之間的平行不整合界面,由懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)引起。不整合面上下巖性差異性和其他地質(zhì)特征并不十分明顯(圖4B、C),界面下部為三山子組白云巖(圖4A),上部為東黃莊組的復(fù)成分礫巖和泥晶微晶白云巖、土黃色角礫狀泥質(zhì)白云巖(圖4B),由此表明懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)在該區(qū)并不強(qiáng)烈。結(jié)合前人研究和區(qū)域上的對(duì)比發(fā)現(xiàn),該不整合面具有一定的穿時(shí)效應(yīng),不整合間斷時(shí)間自山東省的南東向北西逐漸變短:懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)首先造成魯中南地區(qū)隆起,海水逐漸向西北退去,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)結(jié)束后,海水又逐漸從北西向南東侵入。不整合面上的初始沉積物主要為礫巖,礫石成分來(lái)源于下部地層,結(jié)構(gòu)、成分成熟度均較低,反映間斷的時(shí)間不太長(zhǎng)。懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)前后沉積環(huán)境有明顯變化,之前地層中常見(jiàn)泥砂質(zhì)沉積物,之后均為碳酸鹽沉積,屬清水沉積環(huán)境,沉積區(qū)再無(wú)碎屑物加入,說(shuō)明陸緣區(qū)已完全準(zhǔn)平原化。此間斷可能與秦嶺-大別洋殼向華北板塊之下的俯沖作用有關(guān)。
該不整合界面后期被改造為構(gòu)造滑脫面,因此研究區(qū)及周邊地區(qū)其上覆地層馬家溝群北庵莊組普遍發(fā)育軸向近EW向的褶皺構(gòu)造。
古生代中國(guó)及鄰區(qū)的演化受2個(gè)地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的控制:南為岡瓦納的離散,北為西伯利亞古陸的增生。位于西伯利亞古陸和華北微大陸之間的古亞洲洋,是一個(gè)開(kāi)闊的陸間洋[10,11]。岡瓦納大陸的裂離經(jīng)歷了早古生代的原特提斯和晚古生代的古特提斯2個(gè)階段[12]。華北板塊中新元古代表現(xiàn)為巨厚沉積集中于板塊內(nèi)或邊緣裂陷沉降帶內(nèi),為非全區(qū)域的沉積蓋層。至早古生代進(jìn)入了全域同步沉降期,沉積相以淺海相為主體,濱海相多出現(xiàn)于早寒武世。目前已有充分的證據(jù)證明華北板塊在中元古代—古生代的漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)期基本上漂移于赤道兩側(cè)低緯度氣候帶內(nèi)[13]。
山東省古生代地層主要分布于沂沭斷裂帶以西的廣大地區(qū),該研究區(qū)即位于此區(qū)西北部。古生代時(shí),魯西地區(qū)屬于華北板塊陸表海盆地。因此,該研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)演化史與魯西地區(qū)的演化史相通。
縱觀該區(qū)乃至魯西地質(zhì)史,自太古代至元古代的漫長(zhǎng)時(shí)期,地殼處于巖漿活動(dòng)和構(gòu)造作用十分強(qiáng)烈的階段,中元古代之后地殼基本固化(即克拉通化),基底形成,并成為穩(wěn)定的地體長(zhǎng)期處于隆起、剝蝕狀態(tài)[14-16]。在經(jīng)歷了中晚元古代漫長(zhǎng)的風(fēng)化剝蝕歷史后,于寒武紀(jì)開(kāi)始下降接受沉積,開(kāi)啟了古生代海相沉積地層的歷史。
早古生代初期沉積以淺海相為主,有較多潮坪泥砂質(zhì)沉積及少量濱海砂礫巖沉積;進(jìn)入早寒武世晚期,海平面逐漸升高,海水從東南方向沿沂沭海槽逐漸侵入內(nèi)陸,整個(gè)華北平原被海水淹沒(méi).古老的陸地慢慢沉入海底,開(kāi)始了濱海相地層沉積的歷史。
滄浪鋪期首先沉積了李官組的濱海陸屑砂礫巖相,這在該區(qū)范圍內(nèi)并未見(jiàn)到;隨后至龍王廟初期海侵范圍稍有擴(kuò)大,沉積了以薄層灰?guī)r為主且富含三葉蟲(chóng)化石的地層;龍王廟晚期沉積環(huán)境以淺潮下帶至潮間帶的砂泥坪為主,在區(qū)域?qū)Ρ戎性搮^(qū)的沉積盆地較魯西南要淺。中寒武世毛莊期以細(xì)碎屑沉積為主,屬潮間帶砂坪,而隨后的徐莊期則以鈣質(zhì)頁(yè)巖
A—三山子組地層特征;B—東黃莊組地層,圖中紅線為疑似不整合面;C—懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)不整合界面處短剖面,圖中卷尺長(zhǎng)2m圖4 懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)不整合界面示意圖
為基本特征,為灘間盆地沉積,這個(gè)時(shí)期的沉積在該研究區(qū)往南不遠(yuǎn)的張夏—崮山地區(qū)可見(jiàn)。張夏期為標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鹽臺(tái)地至中深緩坡沉積,也是寒武紀(jì)沉積環(huán)境、沉積相及沉積物組合的重要轉(zhuǎn)折時(shí)期,其之前水體相對(duì)渾濁,沉積物種陸緣碎屑占優(yōu)勢(shì),在說(shuō)明沉積場(chǎng)所離古陸較近,水體相對(duì)較淺,而之后總體處于相對(duì)較深水區(qū)沉積,以發(fā)育碳酸鹽為主要特征,很少含有陸緣碎屑物質(zhì),并可見(jiàn)風(fēng)暴沉積。至崮山期區(qū)內(nèi)發(fā)生了寒武紀(jì)時(shí)期最大的一次海侵事件,總體處于中深緩坡沉積區(qū),主要表現(xiàn)為鈣質(zhì)頁(yè)巖、薄層灰?guī)r及瘤狀灰?guī)r沉積。至長(zhǎng)山期該區(qū)及整個(gè)魯西以中深緩坡的風(fēng)暴巖夾泥質(zhì)條帶灰?guī)r為主,沉積均一;鳳山期該區(qū)水體變淺轉(zhuǎn)為淺緩坡沉積。
進(jìn)入奧陶系,最早期的新廠期延續(xù)了晚寒武世鳳山期的沉積特征,古地理環(huán)境與鳳山期基本一致。而到了新廠期末,由于受到懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響該區(qū)整體上升成陸遭受剝蝕。隨后研究區(qū)隨整體再次沉降接受海侵,初期在不整合面之上形成數(shù)厘米厚的砂礫巖,隨后多為局限的臺(tái)地澙湖并普遍含有膏溶角礫巖,再隨后以開(kāi)闊臺(tái)地潮下帶為主,形成了質(zhì)純的厚層灰?guī)r。
至古生代晚期,區(qū)域上又經(jīng)歷了多次的整體升降運(yùn)動(dòng)。中生代該區(qū)長(zhǎng)期處于新華夏系第二隆起帶上,因此一直是抬升狀態(tài),尤其是在距今180Ma的中侏羅世發(fā)生的燕山運(yùn)動(dòng),濟(jì)南地區(qū)沉積的石灰?guī)r層同南部的泰山地區(qū)一起抬升成山并遭受剝蝕;在經(jīng)歷了長(zhǎng)期剝蝕后,該區(qū)自北閹莊組以上的地層均剝蝕殆盡。同時(shí)在中生代時(shí)期,因受新華夏系的影響產(chǎn)生了一系列規(guī)模不大的張性斷裂,期間有少量中生代基性巖脈侵入。
新生代該區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)隨著喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)明顯加劇,致使該區(qū)強(qiáng)烈上隆,并一直延續(xù)至今。而這種垂直運(yùn)動(dòng)的差異使得剝蝕、沉積在該區(qū)內(nèi)同時(shí)進(jìn)行,高地遭受剝蝕,而在低洼處則形成了大量第四系的山前陸相沉積,同時(shí)也形成了如今千佛山地區(qū)內(nèi)多樣的地形地貌景觀。
致謝:對(duì)濟(jì)南千佛山景區(qū)管委會(huì)及相關(guān)工作人員在野外地質(zhì)調(diào)查中給予的支持與幫助表示感謝!另外,還要感謝該文審稿人提出的評(píng)審意見(jiàn)和有益建議,以及編輯們負(fù)責(zé)、細(xì)致和辛苦的工作。
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