白堊紀(jì)的山東平邑盆地
——沒(méi)有恐龍光顧的湖泊

李 越

平邑縣位于山東省蒙山西南部，平：地貌緩而舒展，邑：小鎮(zhèn)，但從整個(gè)縣境范圍看卻有點(diǎn)名不副實(shí)，周緣山地環(huán)繞，北有磅礴的蒙山，主要是15 億年前的火成巖和變質(zhì)巖， 南有4-5億年左右寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)石灰?guī)r的尼山。 全縣山地是平地的5 倍多， 這1/6 平地僅限于縣城附近的小斷陷盆地中央地帶。 現(xiàn)代的平邑盆地是主要農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)， 但它的歷史可追溯1 億多年前，經(jīng)歷了早期斷陷、中期坳陷和晚期收縮3 個(gè)發(fā)展階段。 形成的初期這里是個(gè)湖泊，也正是恐龍演化最高峰的白堊紀(jì)。 站在平邑盆地的任何一個(gè)位置眺望周圍的山， 南邊的尼山和北邊的蒙山山腳（圖1），就是白堊紀(jì)當(dāng)時(shí)的湖岸。平邑盆地的湖泊是一個(gè)復(fù)雜多變的動(dòng)力系統(tǒng)，湖相沉積明顯受古氣候、 古水動(dòng)力條件和古水質(zhì)性質(zhì)等因素的控制。 平邑盆地上白堊統(tǒng)固城組多為河流相礫巖－粉砂巖沉積， 碎屑物來(lái)源于盆地周緣陸源剝蝕區(qū)活化的產(chǎn)物， 此時(shí)的碎屑巖顆粒成熟度特征指示盆地尚未完全封閉，河流應(yīng)該具有通向盆地外的出口； 固城組之后由于盆地受構(gòu)造因素控制而封閉形成內(nèi)陸湖區(qū)的卞橋組沉積。

圖1 前面的蒙山山腳距離拍照位置約2公里，所以我們拍照點(diǎn)就是離白堊紀(jì)湖泊北岸2公里的位置

晚白堊世馬斯特里赫特期與古新世之交干旱氣候背景下，平邑盆地的物源碎屑供給量偏少，湖水長(zhǎng)期維持高清澈度，平邑-費(fèi)縣地區(qū)卞橋組厚度數(shù)百米的灰?guī)r序列，是當(dāng)時(shí)湖水碳酸鈣超飽和狀態(tài)的沉積記錄，也是目前所知中國(guó)同期陸相湖盆中罕見(jiàn)連續(xù)穩(wěn)定沉積灰?guī)r的地層單元，也可能是累計(jì)厚度最大的灰?guī)r地層，含中等豐度的蕨類植物孢子、裸子植物和被子植物花粉、輪藻、鈣藻類、介形類，和極少量的小型腹足類、雙殼類化石。奇怪的是這個(gè)湖泊環(huán)境形成的白堊紀(jì)卞橋組地層中， 至今沒(méi)有見(jiàn)到大名鼎鼎的恐龍化石， 其原因可能與湖泊極高的鈣化水體有關(guān)。

平邑盆地卞橋組碳酸鹽巖巖相沉積分異是存在的， 源于沂蒙山物源區(qū)的河流帶入湖盆沉積區(qū)碎屑顆粒的量值存在顯著差別， 西部剖面碎屑巖相對(duì)豐富， 而東部諸如柏林剖面則幾乎全為碳酸鹽巖沉積， 證明在西部更能長(zhǎng)期能維持清澈水體的穩(wěn)定碳酸鹽巖生產(chǎn)力。 平邑盆地生物地層學(xué)和沉積學(xué)的研究者特別關(guān)注卞橋組中的核型石以及含石膏礦的層序地層和環(huán)境標(biāo)志意義， 湖相灰?guī)r中經(jīng)?？梢钥吹礁鞣N暖水型成因的碳酸鈣沉積， 大量的核形石和根形石多與湖泊微生物和植物生長(zhǎng)有關(guān)， 而泉華和石膏能靈敏地反應(yīng)古氣候條件。

核形石

圖2 卞橋組的核形石

藍(lán)綠藻類等鈣質(zhì)微生物圍繞生物碎屑或巖屑核心通過(guò)分泌粘液來(lái)捕獲、 粘結(jié)鈣質(zhì)顆粒及碳酸鈣沉淀物， 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間形成具有微晶質(zhì)同心圈層的橢球體，這就是核形石?，F(xiàn)代核形石形成在從淡水湖泊、 河流和沼澤到海洋的潮間和潮下帶等廣泛多變的環(huán)境中。 平邑盆地白堊紀(jì)晚期的湖相核形石可能集中在湖濱淺水環(huán)境。

維管植物根形石和莖形石

在中國(guó)著名的名勝景區(qū)九寨溝和黃龍，來(lái)自高山上含碳酸鈣的冰川融水流到低海拔區(qū)呈超飽和狀態(tài)，包結(jié)在沿途攜帶的樹(shù)根和莖，形成現(xiàn)代根形石和莖形石。 看地質(zhì)歷史時(shí)期的根形石和莖形石，平邑可算首選之地。晚白堊世的平邑湖盆淺水區(qū)或湖岸應(yīng)該有許多植物， 這些植物的根或莖碎片經(jīng)常會(huì)被流水?dāng)y帶到湖中，湖水高濃度的碳酸鈣圍繞這些植物碎片沉淀后，就形成了大量的根形石或莖形石（圖3）。

當(dāng)許多樹(shù)根很規(guī)則朝一個(gè)方向排列是，就很可能是須根植物（圖4）。

圖3：卞橋組的根形石或莖形石

圖4 須根植物根形石

泉華

中國(guó)最著名的碳酸鈣泉華風(fēng)景區(qū)在九寨溝和黃龍，是冰川融水到山溝中析出碳酸鈣，屬現(xiàn)代泉華沉積。 湖泊中的湖底灰?guī)r沉積物會(huì)短期暴露到水面之上， 當(dāng)含高碳酸鈣的地下水泉水流出地表時(shí)，因壓力降低、溫度升高，在泉口附近形成的疏松多孔的碳酸鈣就稱為鈣質(zhì)泉華。平邑卞橋組氣候干熱背景下湖泊水量的強(qiáng)蒸發(fā)導(dǎo)致碳酸鈣濃度超飽和， 并且在最強(qiáng)干熱期湖面下降，局部出現(xiàn)暴露以及泉華沉積。局部層有白堊紀(jì)末期的泉華沉積（圖4）。

石膏

圖5 幾個(gè)小圓圈是泉眼， 周圍環(huán)繞的大圈是泉華

圖6 卞橋組石膏層

建材行業(yè)是目前平邑縣的主要經(jīng)濟(jì)支撐，很重要的原因是卞橋組進(jìn)入古近紀(jì)后的地層中蘊(yùn)藏著豐富的石膏礦，埋藏淺，開(kāi)采條件良好，品味和產(chǎn)量都很高。石膏的成分是硫酸鈣，賦膏地層為卞橋組上部時(shí)代屬于古近紀(jì)的紫紅、灰綠相間雜色巖系，從沉積特征中方能看出干燥、濕潤(rùn)交替出現(xiàn)的古氣候特征依據(jù)。 濕潤(rùn)氣候水量豐富帶來(lái)大量成礦物質(zhì)，氣候變干燥時(shí)，湖水蒸發(fā)濃縮，最終導(dǎo)致成礦物質(zhì)的沉淀（圖6）。

恐龍多在陸地上生活， 但肯定也離不開(kāi)水源， 所以中生代的湖泊沉積中找到恐龍化石的幾率是很大的， 但平邑盆地的卞橋組屬白堊紀(jì)的地層中動(dòng)物化石非常少， 至今也沒(méi)找到像樣的恐龍化石，因?yàn)檫@個(gè)湖盆太特殊了，周緣的蒙山和尼山隆起暴露區(qū)碎屑風(fēng)化和搬運(yùn)力度小，它在白堊紀(jì)晚期的卞橋組下部灰?guī)r多是碳酸鈣沉積。 我們推測(cè)這里白堊紀(jì)晚期很有可能處于特別炎熱干旱的氣候， 碳酸鈣溶液隨著溫度的升高溶解度降低， 湖相灰?guī)r沉積時(shí)的湖底深度在透光帶之上， 有利于大量鈣質(zhì)微生物和少量鈣藻通過(guò)光合作用生長(zhǎng)， 它們構(gòu)成湖泊生物生產(chǎn)力的主體， 也是各種灰?guī)r沉積顆粒的主要成分。 干熱氣候區(qū)的湖水中后生動(dòng)物骨骼含量極低，脊椎動(dòng)物飲多了這種水恐怕會(huì)得結(jié)石病，恐龍當(dāng)然就不喜歡頻繁光顧了， 想通過(guò)化石記錄了解恐龍的末期演化是不可能的。

在全球許多地方留下了白堊紀(jì)末彗星撞擊地球的災(zāi)難證據(jù)，就是地球上含量非常低、而外星體中含量很高的銥元素富集層， 也被稱為魚粘土(fish clay)層之上，中生代侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)盛極億年的恐龍， 在禍從天降的瞬間徹底滅絕了， 地球歷史進(jìn)入了新生代哺乳類和鳥類高度發(fā)展的時(shí)期， 延續(xù)到現(xiàn)在人類塑造的地球生物圈， 這層魚粘土出現(xiàn)是劃分中生代-新生代界線的最佳地球化學(xué)標(biāo)志。 若有可能在平邑盆地卞橋組白堊-古近紀(jì)界線上找到銥元素富集層，那可是個(gè)重大科研進(jìn)展。

通過(guò)輪藻化石的變化能確認(rèn)中生代和新生代的界線是在卞橋組中穿過(guò)的， 卞橋組下部中生代的輪藻藏卵器的個(gè)頭要小得多， 到了新生代就明顯變大了。 結(jié)合卞橋組白堊系－古近系上下的沉積序列， 可認(rèn)定卞橋組下部屬白堊紀(jì)末馬斯特里赫特階碳酸鹽巖為主體的巖相形成于長(zhǎng)尺度干熱期， 周緣暴露區(qū)的碎屑風(fēng)化搬運(yùn)力度小， 湖區(qū)維系清水環(huán)境。 通過(guò)對(duì)核形石、根形石、泉華等特殊碳酸鹽巖微相分析，獲得研究區(qū)湖相蒸發(fā)巖指標(biāo)，認(rèn)為強(qiáng)蒸發(fā)導(dǎo)致陸水碳酸鈣濃度超飽和， 氣候干熱背景是碳酸鹽巖沉積的主要控制因素， 并且在最強(qiáng)干熱期湖面下降， 局部出現(xiàn)暴露以及泉華沉積。

平邑盆地晚白堊世－早古新世古氣候演化過(guò)程體現(xiàn)為一次明顯的長(zhǎng)期干熱向干熱/濕熱交替之轉(zhuǎn)換。 古近紀(jì)開(kāi)始頻繁出現(xiàn)的紅色和其它顏色的粉砂、 泥質(zhì)碎屑巖相也是靈敏的環(huán)境變化載體， 這種古氣候敏感沉積物與灰?guī)r沉積背景有別， 紅層指示高溫濕熱氣候下陸源區(qū)剝蝕力度增高， 大氣降水注入的增加也同時(shí)降低湖水碳酸鈣的飽和度，抑制了灰?guī)r沉積。古近紀(jì)的紅層與陸相灰?guī)r交替出現(xiàn)指示古近紀(jì)早期古環(huán)境指標(biāo)中的干旱－潮濕氣候交替。 因此，卞橋組上段數(shù)期膏巖沉積指示當(dāng)時(shí)湖區(qū)強(qiáng)烈干旱氣候造成了鹽度數(shù)次常增高， 最后湖盆達(dá)到完全干化消亡階段， 頻繁出現(xiàn)山麓帶的泥石流和洪積扇堆積（圖7）。

圖7 平邑盆地古近紀(jì)早期的山麓泥石流和洪積扇堆積