膠萊盆地東緣早白堊世萊陽群沉積序列及巖相古地理

任天龍

(山東省地質調查院，山東 濟南 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行了恢復[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、南緣進行對比？早期盆地沉積格架、盆地演化等問題需要統一認識。

基于上述問題的考慮，在盆地東部邊緣即墨溫泉地區進行了大量的野外工作，從地層特征、構造特征、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 地質概況

膠萊盆地早期沉積為萊陽群，分布于研究區東部沿海一帶，為一套陸源碎屑沉積巖建造，角度不整合于新太古代變質深成巖之上，被青山群火山巖系所覆蓋，沉積地層中普遍發育中生代燕山晚期侵入體。區內斷裂構造發育，主要為區域性牟(平)-即(墨)斷裂帶的主干及分支斷裂，規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°，由于斷裂構造的后期破壞作用，萊陽群多疊置重復出現，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 膠萊盆地東緣地質略圖及構造位置圖

2 盆地充填序列

膠萊早期盆地東緣在王村—水島地區出露較全，為一套厚達2500m的中生代陸相碎屑沉積，夾少量的火山巖—火山碎屑巖。以往的地質工作，將研究區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)。地質調查過程中，在原劃止鳳莊組頂部發現一套富含生物化石(狼鰭魚、植物、孢粉)的頁片狀粉砂巖、泥巖且夾大量泥晶灰巖的巖石組合(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在巖性組合上，同時在層序地層，尤其是準層序類型也有明顯不同。秦杰等[11]將萊陽地區中生代陸相沉積地層劃分為3個二級層序，分別對應萊陽群、青山群及王氏群地層，萊陽群對應的層序底界面為與基底變質的角度不整合界線，頂界面為與青山群火山巖的噴發不整合界線，均為區域性構造轉換面。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層序、準層序組進行識別(圖4)，對地層演化過程進行研究。

2.1 止鳳莊組

為不整合于基底變質巖之上的粗碎屑沉積，以礫巖發育為特征，礫石巖性有花崗片麻巖、花崗巖、脈石英、灰巖及閃長巖等，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、中砂巖夾泥質粉砂巖，以灰黃、灰綠色調為主。止鳳莊組早期為礫石—砂巖組成的進積、加積型準層序組；晚期為礫巖—砂巖—泥質粉砂巖組成退積型準層序。發育疊瓦狀礫石、斜層理等沉積構造。

2.2 水南組

巖石類型為泥質粉砂巖、細砂巖、頁片狀粉砂巖、泥灰巖等，底部夾砂礫巖(圖2)，早期為砂礫巖—細砂巖—泥質粉砂巖組成的退積型層序，中期為泥質粉砂巖—微晶灰巖組成的加積型層序，晚期為泥質粉砂巖—細砂巖組成的進積型層序。水南組發育水平層理、對稱波痕等沉積構造，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—灰巖組合

圖3 水南組中狼鰭魚化石

2.3 龍旺莊組

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

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、礫巖夾泥質粉砂巖(圖2)，以礫巖—砂礫巖—砂巖沉積旋回為主，上部出現中細粒砂巖—泥質粉砂巖沉積韻律。沉積構造非常發育，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、粒序層理、泥裂、蟲跡、重荷模等沉積構造，反映水動力較強。

準層序組的準確識別，有利于沉積體系域的劃分。研究區萊陽期盆地止鳳莊早期為進積、加積型準層序組，劃分為低水位體系域(LLST)；止鳳莊晚期—水南早期的退積型準層序組對應湖泊擴展體系域(LEST)；水南中期加積型準層序組對應湖相密集段(LCS)；水南晚期—龍旺莊期進積型準層序組對應湖泊收縮體系域(LCST)；曲格莊期沉積對應非湖泊體系域(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—細砂巖；5—泥質粉砂巖；6—泥巖；7—灰巖；8—底沖刷構造；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 萊陽群各組準層序特征

3 沉積相分析

研究區盆地充填序列反映了沉積物由粗—細—粗的演化，水南組為該時期湖盆演化的鼎盛期。根據巖石組合類型、沉積構造、粒度特征、成因標志及縱向變化等，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

以礫巖發育為特征，由沖洪積扇及殘坡積物組成，沖洪積扇詳細劃分為扇根、扇中及扇緣三個亞相。扇根亞相對應止鳳莊組下部層位，由分選差，無組構混雜礫巖，具疊瓦狀構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、泥質膠結，礫石統計樣品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，由成分復雜、分選差的砂巖、雜砂巖、砂礫巖和礫巖組成，發育交錯層理，砂礫巖、礫石呈中—厚層狀，礫石呈次棱角狀—次圓狀，泥、砂質膠結，礫石統計樣品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。由于扇體直接進入湖泊，扇緣不發育，形成于水南組的相變巖性組合。

圖5 礫石含量統計直方圖

3.2 湖相

以泥巖、頁片狀粉砂巖及灰巖發育為特征，且含大量的植物碎片，豐富的魚化石，對應水南組及龍旺莊組，以水南組最為典型。巖石色調較深，以灰黑、灰黃、灰綠色為主；粒度較細，為粉砂巖、細砂巖、泥巖、頁巖；灰巖為微晶灰巖、泥晶灰巖，呈層狀、透鏡狀產出。細砂巖中碎屑顆粒以長石、石英組成，石英含量高達60%，成分成熟度較好，為經過改造長距離搬運的產物；膠結物以粉砂及綠泥石為主，含云母碎片，鐵質結核等，反映了水體穩定的湖相沉積的特點。

3.3 三角洲相

以大套的中厚層—厚層中細粒長石砂巖發育為特征，對應龍旺莊組。巖性為灰黃色長石砂巖、細砂巖、少量的砂礫巖、粉砂巖等；由遠岸到近岸，有砂礫巖—長石砂巖—細砂巖、粉砂巖的碎屑顆粒由粗到細的變化規律；其中細粒砂巖碎屑顆粒以長石、石英為主，含少量的白云母，膠結物主要為粘土、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、砂巖發育為特征，沉積構造發育，積物粗細相間，具二元結構特點，對應止鳳莊組上部、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，曲格莊組發育由河底滯留沉積的沖刷構造、泥礫等，向上為大型交錯層理發育的曲流點沙壩沉積，天然堤不發育。礫巖、砂礫巖呈中層—中厚層狀，礫石以安山質、長英質為主，呈次棱角狀—次圓狀，礫石統計樣品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70%，表明砂巖成分成熟度較差，具有靠近物源區堆積特征。

4 古水流方向

在不同位置進行了5處礫石統計及3處波痕產狀統計，統計礫石一般在100～130個，并用吳氏網投影法對上述礫石產狀進行校正，以恢復其沉積時的原始產狀。將校正后的礫石傾向數據進行了分類處理，作出玫瑰花圖解。流水波痕主要統計由定向水流形成的不對稱波痕，對層理產狀、陡坡產狀及緩坡產狀進行統計，并結合玫瑰花圖解(圖6)，進而確定其水流方向。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烈改造，尤其是牟(平)-即(墨)斷裂構造帶的多期活動造成地層的多次重復，盆地原型難以恢復。為此，在不同構造位置進行了剖面控制，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、灰巖發育部分)位于朱吳斷裂及海陽斷裂之間，水南組湖相地層發育，厚度超過600m，代表湖水最深的地方。研究區東部以細碎屑沉積的水南組、龍旺莊組發育為特征；西部河流相曲格莊組發育。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；從構造位置而言，朱吳斷裂以東斷裂凹陷區沉積厚度大，反映了靠近基底區，構造活動強烈，沉積物的補給豐富；斷裂以西則為比較平和的緩慢剝蝕沉積階段。

1—泥巖；2—泥質粉砂巖；3—粉砂巖；4—鈣質砂巖；5—細砂巖；6—長石砂巖；7—巖屑長石砂巖；8—粗砂巖；9—砂礫巖；10—礫巖；11—灰巖；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育；另一個沿著牟(平)-即(墨)斷裂帶發育[7]。研究區正位于牟(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域(圖8右)，止鳳莊期盆地東南緣為膠南隆起區的基底變質巖，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相似、分選性和磨圓度均很差的砂質礫巖、礫巖和含砂礫巖組合。隨著盆地繼續沉積，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來源；由于強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。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，沉積了泥質粉砂巖、微晶灰巖、頁片狀粉砂巖的巖石組合。之后，隨構造應力由伸展—擠壓轉換，沉降作用的減弱，地殼逐漸抬升，湖盆逐漸被淤塞，發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；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(據張岳橋等，2008年)[7]

7 結論及討論

研究區萊陽期發育沖洪積相、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]認為萊陽期盆地發育2個獨立的槽狀斷陷帶：一個沿牟(平)-即(墨)斷裂構造帶發育，另一個沿沭河裂谷帶和諸城凹陷發育；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]；區內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，說明在萊陽—即墨一帶該時期湖水在牟(平)-即(墨)斷裂帶內是相通的，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內沉積作用、構造作用在斷裂帶內及附近表現最為明顯，沉積作用受斷裂構造活動控制。另外，膠萊盆地在白堊紀—古新世之間經歷了伸展—擠壓應力體制的交替演化，萊陽期主要為早期NW—SE向伸展和晚期近W—E向擠壓，拉張和擠壓作用導致了萊陽早期盆地的形成及消亡[7,12]。斷裂構造作為構造應力的主要表現，牟(平)-即(墨)斷裂帶經歷了張性—左旋壓扭—張性—右旋壓扭—張性5期活動，斷裂活動與區域應力相吻合，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。