濟(jì)南千佛山地區(qū)沉積地層特征地質(zhì)構(gòu)造演化及古地理

張?jiān)銎?，陳軍，付英，楊波，劉書才，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)

0 引言

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北方極具代表性，故前人在該區(qū)的地質(zhì)調(diào)查開展較早并做了大量工作：早期(1958年以前)有零星國內(nèi)外學(xué)者對(duì)該地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，如德國人Richthofen(1869)、英國人B.Willis、E.Blackwelder(1903)，我國有孫云鑄(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)還開展了物探、化探、重砂測量、水文地質(zhì)測量、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；近年來，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。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

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)。

2 巖石地層格架概況

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、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—早白堊世閃長玢巖脈；9—平行不整合接觸；10—斷裂及其產(chǎn)狀；11—推測斷裂；12—地層產(chǎn)狀；13—河流；14—水庫；15—地名；16—山峰圖1 千佛山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖

1—灰?guī)r；2—疊層石灰?guī)r；3—頁巖；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)粒輝長巖；14—閃長玢巖；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)粒輝長巖；K1δu—早白堊世閃長玢巖脈圖2 研究區(qū)內(nèi)地層格架示意圖

2.1 九龍群

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，劉書才、武桂春等在濟(jì)南長清區(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 馬家溝群

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，未見頂部層位。

2.3 第四紀(jì)地層

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、山間凹地及水庫周圍等。

3 層序地層及沉積相特征

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。

3.1 沉積相研究

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—北閹莊組中的蟲跡構(gòu)造1；F—北閹莊組中的平行層理；G—北閹莊組中的蟲跡構(gòu)造2圖3 地層沉積特征

逐漸向臺(tái)地邊灘過渡，沉積形成了紫灰色砂質(zhì)云母頁巖夾鮞粒灰?guī)r、礫屑灰?guī)r和部分薄層砂巖，晚期開始由淺海灘相向臺(tái)地邊緣礁相過渡，沉積了大套鮞?；?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)境以開闊臺(tái)地潮下帶—潮間帶沉積為主，露頭上見由潮下帶—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]。

3.2 層序地層研究

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)。

4 重要的構(gòu)造界面

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。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)再無碎屑物加入，說明陸緣區(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。

5 區(qū)域地質(zhì)演化及古地理

古生代中國及鄰區(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)定的地體長期處于隆起、剝蝕狀態(tài)[14-16]。在經(jīng)歷了中晚元古代漫長的風(fēng)化剝蝕歷史后，于寒武紀(jì)開始下降接受沉積，開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.古老的陸地慢慢沉入海底，開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。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，在說明沉積場所離古陸較近，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)頁巖、薄層灰?guī)r及瘤狀灰?guī)r沉積。至長山期該區(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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