任天龍

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

膠萊盆地位于山東半島中部，介于膠北、蘇魯造山帶之間，西以沂沭斷裂帶為界，向東延伸到黃海(圖1)。對于膠萊盆地的研究，早期以地層對比、沉積序列以及火山巖年代學(xué)為主[1-3]。近年來，人們通過典型剖面的觀測以及沉積充填序列的分析、對比，建立了盆地地層層序格架，并對萊陽期膠萊盆地原型進(jìn)行了恢復(fù)[4-7]。但是，前人的研究工作主要集中在沉積序列完整的盆地北緣萊陽地區(qū)及南緣諸城一帶，而盆地東緣即墨溫泉—海陽一帶研究程度較低。

以往認(rèn)為盆地東緣王村—水島一帶，萊陽群主要以河流相沉積為主，并不發(fā)育典型的湖相沉積。膠萊盆地東緣是否存在典型的湖相沉積，盆地充填序列是否可與盆地北緣、南緣進(jìn)行對比？早期盆地沉積格架、盆地演化等問題需要統(tǒng)一認(rèn)識。

基于上述問題的考慮，在盆地東部邊緣即墨溫泉地區(qū)進(jìn)行了大量的野外工作，從地層特征、構(gòu)造特征、古生物特征、沉積相、古水流方向等分析入手，查明了盆地早期萊陽群的沉積序列，建立了沉積格架，探討了巖相古地理等。

1 地質(zhì)概況

膠萊盆地早期沉積為萊陽群，分布于研究區(qū)東部沿海一帶，為一套陸源碎屑沉積巖建造，角度不整合于新太古代變質(zhì)深成巖之上，被青山群火山巖系所覆蓋，沉積地層中普遍發(fā)育中生代燕山晚期侵入體。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為區(qū)域性牟(平)-即(墨)斷裂帶的主干及分支斷裂，規(guī)模較大的有朱吳斷裂、郭城斷裂、海陽斷裂等，斷裂方向多為30°～50°，由于斷裂構(gòu)造的后期破壞作用，萊陽群多疊置重復(fù)出現(xiàn)，但朱吳斷裂以東盆地較完整，破壞程度較小。盆地整體呈NE向帶狀展布，展布方向40°左右(圖1)。

1—第四系；2—流紋斑巖；3—安山玢巖；4—基底花崗巖；5—早白堊世花崗巖；6—王氏群；7—青山群；8—萊陽群；9—同位素年齡位置；10—實測斷層；11—推測斷層；12—角度不整合；13—古生物化石；14—礫石統(tǒng)計及編號；15—波痕；16—古水流方向；17—剖面編號及位置；18—采樣位置及編號圖1 膠萊盆地東緣地質(zhì)略圖及構(gòu)造位置圖

2 盆地充填序列

膠萊早期盆地東緣在王村—水島地區(qū)出露較全，為一套厚達(dá)2500m的中生代陸相碎屑沉積，夾少量的火山巖—火山碎屑巖。以往的地質(zhì)工作，將研究區(qū)劃分為山麓沖洪積相止鳳莊組、河湖相沉積楊家莊組及河流相沉積曲格莊組3個組級單位(表1)。地質(zhì)調(diào)查過程中，在原劃止鳳莊組頂部發(fā)現(xiàn)一套富含生物化石(狼鰭魚、植物、孢粉)的頁片狀粉砂巖、泥巖且夾大量泥晶灰?guī)r的巖石組合(圖2、圖3)，其上部為一套湖前三角洲相的厚層砂巖、粉砂巖，該巖石組合特征與姜在興[8]、張增奇[9]、吳智平[10]等在膠萊盆地北緣劃分的水南組、龍旺莊組基本一致。通過對比，認(rèn)為膠萊盆地東緣盆地充填序列自下而上分別為止鳳莊組、水南組、龍旺莊組及曲格莊組4個組級單位(表1)。

各巖性組的差異不僅表現(xiàn)在巖性組合上，同時在層序地層，尤其是準(zhǔn)層序類型也有明顯不同。秦杰等[11]將萊陽地區(qū)中生代陸相沉積地層劃分為3個二級層序，分別對應(yīng)萊陽群、青山群及王氏群地層，萊陽群對應(yīng)的層序底界面為與基底變質(zhì)的角度不整合界線，頂界面為與青山群火山巖的噴發(fā)不整合界線，均為區(qū)域性構(gòu)造轉(zhuǎn)換面。以更小一級的巖性突變界面為界，通過萊陽群地層剖面對準(zhǔn)層序、準(zhǔn)層序組進(jìn)行識別(圖4)，對地層演化過程進(jìn)行研究。

2.1 止鳳莊組

為不整合于基底變質(zhì)巖之上的粗碎屑沉積，以礫巖發(fā)育為特征，礫石巖性有花崗片麻巖、花崗巖、脈石英、灰?guī)r及閃長巖等，說明其物源的多樣性。止鳳莊組巖石巖性為含砂礫巖、含礫砂巖、粗砂巖、中砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，以灰黃、灰綠色調(diào)為主。止鳳莊組早期為礫石—砂巖組成的進(jìn)積、加積型準(zhǔn)層序組；晚期為礫巖—砂巖—泥質(zhì)粉砂巖組成退積型準(zhǔn)層序。發(fā)育疊瓦狀礫石、斜層理等沉積構(gòu)造。

2.2 水南組

巖石類型為泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、頁片狀粉砂巖、泥灰?guī)r等，底部夾砂礫巖(圖2)，早期為砂礫巖—細(xì)砂巖—泥質(zhì)粉砂巖組成的退積型層序，中期為泥質(zhì)粉砂巖—微晶灰?guī)r組成的加積型層序，晚期為泥質(zhì)粉砂巖—細(xì)砂巖組成的進(jìn)積型層序。水南組發(fā)育水平層理、對稱波痕等沉積構(gòu)造，古生物化石豐富，見植物碎片、孢粉及Lycoptera sinensis(中華狼鰭魚)等。

表1 膠萊盆地東緣即墨一帶萊陽群地層對比劃分

圖2 水南組泥巖—灰?guī)r組合

圖3 水南組中狼鰭魚化石

2.3 龍旺莊組

以細(xì)碎屑沉積為主，較水南組粒度粗，單層厚度較厚。巖性為灰黃、灰綠色中厚、厚層細(xì)粒長石砂巖、中細(xì)粒長石砂巖，薄層泥質(zhì)粉砂巖夾粗粒長石砂巖及砂礫巖(圖2)。發(fā)育中粗粒砂巖—中細(xì)粒砂巖—泥質(zhì)粉砂巖的層序，形成進(jìn)積型準(zhǔn)層序組。水平層理、小型交錯層理、泥裂及波痕等沉積構(gòu)造發(fā)育。

2.4 曲格莊組

不整合于青山群火山巖之下，巖性為灰黃色厚層砂巖、砂礫巖、礫巖夾泥質(zhì)粉砂巖(圖2)，以礫巖—砂礫巖—砂巖沉積旋回為主，上部出現(xiàn)中細(xì)粒砂巖—泥質(zhì)粉砂巖沉積韻律。沉積構(gòu)造非常發(fā)育，見底沖刷、大型槽狀交錯層理、楔狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理、粒序?qū)永怼⒛嗔?、蟲跡、重荷模等沉積構(gòu)造，反映水動力較強(qiáng)。

準(zhǔn)層序組的準(zhǔn)確識別，有利于沉積體系域的劃分。研究區(qū)萊陽期盆地止鳳莊早期為進(jìn)積、加積型準(zhǔn)層序組，劃分為低水位體系域(LLST)；止鳳莊晚期—水南早期的退積型準(zhǔn)層序組對應(yīng)湖泊擴(kuò)展體系域(LEST)；水南中期加積型準(zhǔn)層序組對應(yīng)湖相密集段(LCS)；水南晚期—龍旺莊期進(jìn)積型準(zhǔn)層序組對應(yīng)湖泊收縮體系域(LCST)；曲格莊期沉積對應(yīng)非湖泊體系域(NLST)。這種沉積體系域組合反映了萊陽期湖盆演化的完整旋回。

1—沖洪積礫巖；2—礫巖；3—粗砂巖；4—細(xì)砂巖；5—泥質(zhì)粉砂巖；6—泥巖；7—灰?guī)r；8—底沖刷構(gòu)造；9—槽狀交錯層理；10—楔狀交錯層理；11—平行層理；12—板狀交錯層理圖4 萊陽群各組準(zhǔn)層序特征

3 沉積相分析

研究區(qū)盆地充填序列反映了沉積物由粗—細(xì)—粗的演化，水南組為該時期湖盆演化的鼎盛期。根據(jù)巖石組合類型、沉積構(gòu)造、粒度特征、成因標(biāo)志及縱向變化等，將萊陽群主要劃分為沖洪積相、湖相、三角洲相及河流相。

3.1 沖洪積相

以礫巖發(fā)育為特征，由沖洪積扇及殘坡積物組成，沖洪積扇詳細(xì)劃分為扇根、扇中及扇緣三個亞相。扇根亞相對應(yīng)止鳳莊組下部層位，由分選差，無組構(gòu)混雜礫巖，具疊瓦狀構(gòu)造礫巖和砂礫巖組成，礫巖呈厚層—巨厚層狀，礫石呈棱角—次棱角狀，分選差，雜亂堆積，砂質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)，礫石統(tǒng)計樣品LS01(n=126)顯示礫石大小在3～15cm之間，平均球度0.68，以滾動式為主，在礫石含量統(tǒng)計直方圖上(圖5)，呈多個峰值，屬沖積礫巖。扇中(亞相)為止鳳莊組的中上部，具有明顯的牽引流沉積作用，由成分復(fù)雜、分選差的砂巖、雜砂巖、砂礫巖和礫巖組成，發(fā)育交錯層理，砂礫巖、礫石呈中—厚層狀，礫石呈次棱角狀—次圓狀，泥、砂質(zhì)膠結(jié)，礫石統(tǒng)計樣品LS02(n=130)顯示礫石大小在1～10cm不等，具有明顯的單峰式，多數(shù)測點集中在1～4cm之間，平均球度在0.63，以滾動式為主，具扇面河流沉積特征。由于扇體直接進(jìn)入湖泊，扇緣不發(fā)育，形成于水南組的相變巖性組合。

圖5 礫石含量統(tǒng)計直方圖

3.2 湖相

以泥巖、頁片狀粉砂巖及灰?guī)r發(fā)育為特征，且含大量的植物碎片，豐富的魚化石，對應(yīng)水南組及龍旺莊組，以水南組最為典型。巖石色調(diào)較深，以灰黑、灰黃、灰綠色為主；粒度較細(xì)，為粉砂巖、細(xì)砂巖、泥巖、頁巖；灰?guī)r為微晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，呈層狀、透鏡狀產(chǎn)出。細(xì)砂巖中碎屑顆粒以長石、石英組成，石英含量高達(dá)60%，成分成熟度較好，為經(jīng)過改造長距離搬運的產(chǎn)物；膠結(jié)物以粉砂及綠泥石為主，含云母碎片，鐵質(zhì)結(jié)核等，反映了水體穩(wěn)定的湖相沉積的特點。

3.3 三角洲相

以大套的中厚層—厚層中細(xì)粒長石砂巖發(fā)育為特征，對應(yīng)龍旺莊組。巖性為灰黃色長石砂巖、細(xì)砂巖、少量的砂礫巖、粉砂巖等；由遠(yuǎn)岸到近岸，有砂礫巖—長石砂巖—細(xì)砂巖、粉砂巖的碎屑顆粒由粗到細(xì)的變化規(guī)律；其中細(xì)粒砂巖碎屑顆粒以長石、石英為主，含少量的白云母，膠結(jié)物主要為粘土、氧化鐵、及碳酸鹽等。磨圓度中等，為次圓—次棱角狀。

3.4 河流相

以礫巖、砂巖發(fā)育為特征，沉積構(gòu)造發(fā)育，積物粗細(xì)相間，具二元結(jié)構(gòu)特點，對應(yīng)止鳳莊組上部、龍旺莊組、曲格莊組，以曲格莊組最為典型。巖性以含礫砂巖、砂礫巖為主，次之為不同粒度的砂巖夾礫巖，局部見有粉砂或泥巖，曲格莊組發(fā)育由河底滯留沉積的沖刷構(gòu)造、泥礫等，向上為大型交錯層理發(fā)育的曲流點沙壩沉積，天然堤不發(fā)育。礫巖、砂礫巖呈中層—中厚層狀，礫石以安山質(zhì)、長英質(zhì)為主，呈次棱角狀—次圓狀，礫石統(tǒng)計樣品LS03(n=115)，LS04(n=127)，LS05(n=148)均顯示礫石礫徑集中在1～4cm，含量直方圖上為明顯的單峰式(圖5)，說明其分選較好，水動力長期作用的結(jié)果，屬河成礫巖。砂巖為巖屑石英長石砂巖、巖屑砂巖等，碎屑顆粒以長石、石英、巖屑為主，一般長石含量均大于石英含量，巖屑較多，最高可達(dá)70%，表明砂巖成分成熟度較差，具有靠近物源區(qū)堆積特征。

4 古水流方向

在不同位置進(jìn)行了5處礫石統(tǒng)計及3處波痕產(chǎn)狀統(tǒng)計，統(tǒng)計礫石一般在100～130個，并用吳氏網(wǎng)投影法對上述礫石產(chǎn)狀進(jìn)行校正，以恢復(fù)其沉積時的原始產(chǎn)狀。將校正后的礫石傾向數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類處理，作出玫瑰花圖解。流水波痕主要統(tǒng)計由定向水流形成的不對稱波痕，對層理產(chǎn)狀、陡坡產(chǎn)狀及緩坡產(chǎn)狀進(jìn)行統(tǒng)計，并結(jié)合玫瑰花圖解(圖6)，進(jìn)而確定其水流方向。從水流方向可以看出萊陽時期朱吳、海陽斷裂帶為一匯水中心，斷裂帶以西水流方向大致為由NW—SE向，斷裂帶內(nèi)溫泉水流方向為SW—NE向，而斷裂帶以東水流方向則為由SE—NW向(水島水流方向為53.05°，可能為靠近湖盆的波浪所致)。

(a)—溫泉龍旺莊組波痕陡坡產(chǎn)狀(n=9);(b)—垛山曲格莊組礫石長軸(n=148);(c)—西店子曲格莊組礫石長軸(n=115);(d)—金口曲格莊組礫石長軸(n=127)(e)—店集曲格莊組波痕陡坡產(chǎn)狀(n=10)；(f)—火石山止鳳莊組礫石長軸(n=126);(g)—周格莊止鳳莊組波痕陡坡產(chǎn)狀(n=13)；(h)—水島止鳳莊組礫石長軸(n=130)圖6 萊陽群古水流方向玫瑰花圖解

5 沉積格架分析

膠萊盆地東緣萊陽期盆地由于遭受后期的強(qiáng)烈改造，尤其是牟(平)-即(墨)斷裂構(gòu)造帶的多期活動造成地層的多次重復(fù)，盆地原型難以恢復(fù)。為此，在不同構(gòu)造位置進(jìn)行了剖面控制，建立了巖石地層格架(圖7)。

萊陽群不整合于基底變質(zhì)巖系之上，被中生代火山巖所覆蓋，在W—E向地層柱狀剖面圖上可以看到，沉積時期的沉降中心(沉積最厚部位)位于海陽斷裂東側(cè)一帶，沉積厚度大于2500m，沉積物以砂礫巖、砂巖、粉砂巖為主。沉積中心(深色頁巖、灰?guī)r發(fā)育部分)位于朱吳斷裂及海陽斷裂之間，水南組湖相地層發(fā)育，厚度超過600m，代表湖水最深的地方。研究區(qū)東部以細(xì)碎屑沉積的水南組、龍旺莊組發(fā)育為特征；西部河流相曲格莊組發(fā)育。整體上，由東至西萊陽群逐漸變薄，盆地早期沉積的止鳳莊組、水南組、龍旺莊組逐漸變薄，晚期河流相曲格莊組則逐漸變厚；從構(gòu)造位置而言，朱吳斷裂以東斷裂凹陷區(qū)沉積厚度大，反映了靠近基底區(qū)，構(gòu)造活動強(qiáng)烈，沉積物的補(bǔ)給豐富；斷裂以西則為比較平和的緩慢剝蝕沉積階段。

1—泥巖；2—泥質(zhì)粉砂巖；3—粉砂巖；4—鈣質(zhì)砂巖；5—細(xì)砂巖；6—長石砂巖；7—巖屑長石砂巖；8—粗砂巖；9—砂礫巖；10—礫巖；11—灰?guī)r；12—元古代基底花崗巖；13—止鳳莊組沖洪積扇相沉積；14—水南組湖相沉積；15—龍旺莊組三角洲相沉積；16—曲格莊組河流相沉積；17—青山群火山巖圖7 膠萊盆地東緣萊陽群巖石地層沉積格架圖

6 巖相古地理分析

萊陽期膠萊盆地原型表征為2個狹長的斷陷帶(圖8左)，一個沿著盆地南緣和西南緣的諸城凹陷發(fā)育；另一個沿著牟(平)-即(墨)斷裂帶發(fā)育[7]。研究區(qū)正位于牟(平)-即(墨)斷裂帶，實測的古水流方向反映了朱吳、海陽斷裂帶內(nèi)為匯水中心，而沉積等厚線顯示膠萊盆地東緣即墨—王村一帶萊陽期盆地沉積中心位于海陽以東區(qū)域(圖8右)，止鳳莊期盆地東南緣為膠南隆起區(qū)的基底變質(zhì)巖，由于盆地演化初期的NW—SE向伸展[7,12]，在剝蝕基底周緣沉積了一套與原巖色調(diào)相似、分選性和磨圓度均很差的砂質(zhì)礫巖、礫巖和含砂礫巖組合。隨著盆地繼續(xù)沉積，形成了較大的水系，而周圍古陸的相對抬升又使水流切割加劇，為盆地的沉積提供了豐富的物質(zhì)來源；由于強(qiáng)大的流水和快速堆積，水流湍急，堆積了雜亂無章、大小不一的礫石，礫石磨圓均差，反映了近距離搬運、堆積的特點。水南—龍旺莊期，盆地相對趨于穩(wěn)定，聚水增多，多個低洼地帶形成匯水盆地，在盆地邊緣形成了扇三角洲相沉積的砂礫巖、砂巖的巖石組合，總體由邊緣到中心，粒度逐漸變細(xì)。中期，盆地緩慢沉降，多個積水洼地相連，形成了廣水、靜水的湖泊，沉積了泥質(zhì)粉砂巖、微晶灰?guī)r、頁片狀粉砂巖的巖石組合。之后，隨構(gòu)造應(yīng)力由伸展—擠壓轉(zhuǎn)換，沉降作用的減弱，地殼逐漸抬升，湖盆逐漸被淤塞，發(fā)育了曲格莊組河流相沉積。

1—泥巖；2—砂巖;3—砂礫巖；4—礫巖；5—剝蝕基底；6斷層；7—古水流方向；8—巖相界線；9—沉積等厚線左圖：膠萊盆地早白堊世萊陽期原型恢復(fù)；右圖：膠萊盆地東緣萊陽群止鳳莊組-龍旺莊組沉積等厚線及巖相古地理圖圖8 膠萊盆地萊陽期巖相古地理(據(jù)張岳橋等，2008年)[7]

7 結(jié)論及討論

研究區(qū)萊陽期發(fā)育沖洪積相、湖相、三角洲相、河流相沉積，反映了盆地從形成—鼎盛—消亡的完整歷程。任鳳樓等[6]認(rèn)為萊陽期盆地發(fā)育2個獨立的槽狀斷陷帶：一個沿牟(平)-即(墨)斷裂構(gòu)造帶發(fā)育，另一個沿沭河裂谷帶和諸城凹陷發(fā)育；在萊陽一帶盆地有兩個中心，一個是萊陽凹陷，另一個為牟(平)-即(墨)斷裂帶[8]；區(qū)內(nèi)古水流方向表明盆地中心處于牟即斷裂帶的海陽、朱吳兩條主干斷裂內(nèi)，說明在萊陽—即墨一帶該時期湖水在牟(平)-即(墨)斷裂帶內(nèi)是相通的，形成了與斷裂帶方向一致呈NE向展布的狹長的帶狀水域，在巖相古地理圖上顯示出區(qū)內(nèi)沉積作用、構(gòu)造作用在斷裂帶內(nèi)及附近表現(xiàn)最為明顯，沉積作用受斷裂構(gòu)造活動控制。另外，膠萊盆地在白堊紀(jì)—古新世之間經(jīng)歷了伸展—擠壓應(yīng)力體制的交替演化，萊陽期主要為早期NW—SE向伸展和晚期近W—E向擠壓，拉張和擠壓作用導(dǎo)致了萊陽早期盆地的形成及消亡[7,12]。斷裂構(gòu)造作為構(gòu)造應(yīng)力的主要表現(xiàn)，牟(平)-即(墨)斷裂帶經(jīng)歷了張性—左旋壓扭—張性—右旋壓扭—張性5期活動，斷裂活動與區(qū)域應(yīng)力相吻合，該斷裂帶早期張性及左旋壓扭性活動控制萊陽期盆地的形成及消亡。