魯東棲霞地區(qū)新元古代蓬萊群構造演化

朱學強

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟南 250013)

0 引言

蓬萊群是分布于魯東地區(qū)太古-古元古宙中高級變質(zhì)結晶基底之上的蓋層，發(fā)育較強變形構造的淺變質(zhì)海相沉積巖。其分布于中生代盆地的邊緣[1]，角度不整合于古元古代粉子山群之上，中生代萊陽群之下。近年來經(jīng)過大量的碎屑鋯石研究，蓬萊群的鋯石年齡在0.99～2.9Ga之間，根據(jù)最年輕的碎屑鋯石年齡，確定其沉積時代為新元古代，沉積時代應晚于986Ma[2-4]。

蓬萊群大地構造位置位于華北克拉通東南緣，與蘇魯造山帶毗鄰。由于其處于特殊的大地構造位置，對于蓬萊群的研究不僅有助于古大陸的重建[5]，同時對解決華北與揚子板塊的聚合歷史也至關重要[6]。

前人研究多針對蓬萊群的地層屬性，在巖石地層、古生物以及形成時代研究的基礎上進行討論，而蓬萊群中的變形構造研究則相對較少。王沛成[1]認為，蓬萊群在燕山運動前至少發(fā)生了兩幕構造變形。第一幕形成了順層的韌性剪切帶、透入性的板劈理、順層掩臥、平臥小褶皺、拉伸線理等構造共生組合。第二幕則形成了伴有板劈理發(fā)育的較寬緩的向斜構造。在此基礎上，共同經(jīng)受了燕山期強烈的左旋壓扭性作用的影響。朱光等[7]認為，膠北蓬萊群廣泛經(jīng)歷了“蓬萊運動”，在NNE—SSW向擠壓應力作用下產(chǎn)生了NNW向陡傾褶皺及軸面劈理，并發(fā)生同構造低綠片巖相變質(zhì)，是揚子板塊與華北板塊碰撞的結果。

該文通過對蓬萊群中發(fā)育的劈理、褶皺、韌性剪切帶等構造形變的研究，結合前人關于沉積、變質(zhì)、構造的對比，探討其大地構造屬性及變質(zhì)變形演化史。

1 地質(zhì)背景

蓬萊群主要分布于棲霞、蓬萊、龍口及廟島群島，主要巖性為板巖、大理巖、石英巖與千枚巖、泥灰?guī)r及灰?guī)r。

研究區(qū)位于魯東棲霞地區(qū)，是蓬萊群分組標準剖面所在地區(qū)，也是蓬萊群出露最為齊全的地區(qū)(圖1)。由下而上分為豹山口組、輔子夼組、南莊組和香夼組，豹山口組主要巖性為板巖，輔子夼組主要巖性為石英巖，南莊組主要巖性為板巖夾大理巖，香夼組主要巖性為灰?guī)r，發(fā)育疊層石及臼齒構造等特殊巖性層。蓬萊群的原巖為一套碎屑巖、泥巖、碳酸鹽巖建造。巖石可見粒級層、波痕、斜層理，板巖中的微層理等變余原生構造，經(jīng)歷了低綠片巖相變質(zhì)作用，且有向上變質(zhì)程度漸淺的趨勢。

1—第四系；2—王氏群；3—青山群；4—萊陽群；5—香夼組；6—南莊組；7—輔子夼組；8—豹山口組；9—粉子山群；10—荊山群；11—雨山序列；12—郭家?guī)X序列；13—玲瓏序列；14—萊州序列；15—大柳行序列；16—官道序列；17—棲霞序列；18—馬連莊序列；19—石英二長斑巖脈；20—金礦脈；21—地質(zhì)界線；22—韌性斷層接觸界線；23—斷層；24—韌性剪切帶圖1 研究區(qū)大地構造位置圖(a)和地質(zhì)簡圖(b)

2 蓬萊群中的構造形變

棲霞地區(qū)蓬萊群宏觀上為一套基本上能按時代新老劃分的層序正常的單斜巖層，總體產(chǎn)狀為向N傾，傾角較陡，大致為340°～20°∠60°～80°。而實際上經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)巖層變形強烈，普遍發(fā)育順層劈理、層間劈理及軸面劈理，順層掩臥褶皺、斜歪褶皺以及復式褶皺，具有多期次性。

(1)順層劈理

發(fā)育于豹山口組一段板巖、二段大理巖以及輔子夼組一段薄層石英巖夾板巖、南莊組二段大理巖以及香夼組一段薄層灰?guī)r夾板巖中，片狀-千枚狀構造發(fā)育。

(2)順層掩臥褶皺

發(fā)育于豹山口組底部板巖、大理巖段以及南莊組三段底部的板巖中，褶皺形態(tài)連續(xù)(圖2a)，主要發(fā)育于巖性相對軟弱的巖層。褶皺的形態(tài)有Z，S，M型，褶皺軸面產(chǎn)狀與所賦存的層型界面產(chǎn)狀基本一致，褶皺翼間角為0°～10°，以S0為變形面，并不同程度被S1置換。

其中，在豹山口組底部板巖中褶皺軸面產(chǎn)狀317°～325°∠60°～66°，樞紐產(chǎn)狀284°∠55°，并且使蓬萊群與下伏白云石英片巖的接觸界面一同褶皺，反映了早期不整合界面受后期構造改造的特征。經(jīng)統(tǒng)計順層掩臥褶皺的軸面產(chǎn)狀317°～330°∠58°～66°之間，樞紐產(chǎn)狀260°～284°∠58°～60°之間。

(3)順層韌性剪切帶

主要發(fā)育于不同能干性巖性層的接觸變化部位，如大理巖與板巖接觸部位、豹山口組底部等(圖2b)，往往作為邊界控制著順層掩臥褶皺的發(fā)育，具有一定的分帶性，并不牽動和擾亂大套層序。糜棱面理傾向N，傾角較陡，在板巖中多表現(xiàn)為明顯的糜棱結構，而在相對強弱互層巖層中發(fā)育明顯的S-C組構及多米諾骨牌式構造等，其剪切方向反映了平面上的左行走滑特征，剖面上具正斷層性質(zhì)。拉伸線理傾伏向NW，產(chǎn)狀315°∠50°。

(4)層間劈理

劈理在整個蓬萊群中普遍發(fā)育，包括豹山口組板巖、南莊組板巖、輔子夼組板巖及香夼組薄層泥灰?guī)r中均明顯發(fā)育，原巖為泥質(zhì)巖-粉砂質(zhì)巖石等相對能干性弱的巖層中，原始沉積韻律層發(fā)育的可見原始沉積層理(S0)。另外，在輔子夼組石英巖發(fā)育段及香夼組泥灰?guī)r段中的較薄的巖性層中也可見及，其中劈理與層理多有一定的角度相交(圖2c)，劈理域主要為絹云母、綠泥石及少量方解石組成。根據(jù)層理與劈理的夾角平面上反映了左行剪切，剖面上具正斷層性質(zhì)。

(5)軸面劈理

軸面劈理是強烈褶皺的巖層中產(chǎn)狀平行于或大致平行于褶皺軸面的劈理(圖2d)，軸面劈理形成于褶皺作用的晚期，是典型的擠壓應變面，與最大主壓應力方向相垂直，而且在不同巖性層中經(jīng)常發(fā)生劈理折射現(xiàn)象。

(6)斜歪褶皺

該類褶皺普遍發(fā)育，同時多數(shù)伴有軸面劈理的發(fā)育，因巖層的能干性差異形成由協(xié)調(diào)-不協(xié)調(diào)的褶皺(圖2e)。常發(fā)育有間隔劈理以及在褶皺兩翼形成扇形劈理，在不同巖性層中經(jīng)常發(fā)生劈理折射現(xiàn)象。利用軸面與層理的關系判斷平面上具有左行剪切的特征。

其中豹山口組地層中發(fā)育的褶皺軸面產(chǎn)狀為355°∠65°，樞紐產(chǎn)狀54°∠46°。輔子夼組地層中發(fā)育的褶皺軸面產(chǎn)狀為60°～75°∠65°，樞紐產(chǎn)狀25°～50°∠38°～55°。南莊組地層中發(fā)育的褶皺軸面產(chǎn)狀為45°∠35°，樞紐產(chǎn)狀75°∠30°。香夼組地層中發(fā)育的褶皺軸面產(chǎn)狀為105°∠60°～75°，樞紐產(chǎn)狀55°～65°∠25°～45°。整體上樞紐產(chǎn)狀向北東傾伏，傾角中等。

(7)順層結晶脈

順層結晶脈是構造變形之前已經(jīng)形成的大致順層發(fā)育的脈體，多為石英脈，多發(fā)育于泥質(zhì)巖變質(zhì)的板巖中，由于其能干性較強，厚度不大，多發(fā)生等厚褶皺，而泥巖中多表現(xiàn)為劈理發(fā)育，褶皺軸面基本平行劈理發(fā)育(圖2f)。

3 討論

(1)蓬萊群構造形變表現(xiàn)為3個期次。早期主要為中深層次，在伸展構造體制下，以固態(tài)塑性流變?yōu)樽冃螜C制的褶疊層構造。以順層劈理(片理)、順層掩臥褶皺和順層韌性剪切帶最為發(fā)育，發(fā)生橫向構造置換作用。由于不同組段地質(zhì)體巖性的不均勻性，往往導致構造變形型式的差別。礦物拉伸線理產(chǎn)狀表明是自SE向NW伸展。

中期，由于熱隆導致的基底不斷抬升和溫度、壓力條件自下而上逐漸降低，促使蓬萊群底部至頂部原巖發(fā)生依次降低的變形、變質(zhì)作用，形成具有分化性的構造帶。該期變形是在剪切-收縮體制下，以不同尺度的斜歪褶皺、復式褶皺以及軸面劈理、層間劈理等為標志的構造變形，由中深層次向中淺層次剪切變形過渡。

早中期構造形變是在經(jīng)歷了三疊紀華北板塊與揚子板塊間的陸陸碰撞形成蘇魯造山帶之后俯沖—折返后期的板上伸展構造(韌性拆離構造)不同階段的反映[8]。梁鳳華等[9]對剪切帶中糜棱巖進行的U-Pb測年反映伸展構造的形成和活化時間為153±2Ma和128.5±1.5Ma，并經(jīng)歷了高溫(>650℃)到低溫(350℃)的組構演化過程，使蓬萊群變形同時發(fā)生綠片巖相變質(zhì)作用。

a—豹山口組大理巖中順層掩臥褶皺；b—豹山口組底部的糜棱巖化帶；c—南莊組板巖中層理與劈理(南莊)；d—豹山口組三段的褶皺及軸面劈理；e—輔子夼組薄層石英巖中斜歪褶皺；f—順層石英脈褶皺圖2 蓬萊群構造形變

晚期主要表現(xiàn)為軸面NE向的寬緩縱彎褶皺，該期褶皺作用形成了大致以臧家莊盆地為核部的向斜構造，但是由于斷裂活動，北翼缺失，僅保留少量香夼組灰?guī)r地層。由于褶皺作用，盆地兩側(cè)地層產(chǎn)狀傾向相對，同時中生代地層也具有相似的產(chǎn)狀特征，反映了該期褶皺至少發(fā)生于萊陽群地層沉積之后。該期褶皺必然對早期構造進行改造，主要表現(xiàn)為：①層間劈理發(fā)生寬緩的褶皺(圖3)，同時可見切割早期劈理的膝折構造、褶劈理，產(chǎn)狀為315°∠60°，部分產(chǎn)狀傾向南東為118°∠68°，總體走向30°～45°。②通過統(tǒng)計不同組內(nèi)地層中層間劈理的產(chǎn)狀以及褶皺軸面的產(chǎn)狀變化，可以看出具有整體寬緩的弧形變化，通過構造解析得出，軸面產(chǎn)狀319°∠84°(樞紐產(chǎn)狀40°∠63°)(圖4)，與膝折構造的產(chǎn)狀基本一致。③在相對能干性的巖層中，如石英巖、厚層灰?guī)r的層面，均發(fā)育層間滑動形成的滑動線理，滑動線理與褶皺樞紐近于垂直。據(jù)膠萊盆地內(nèi)發(fā)育NE向向斜構造判斷，該期構造變形受控于早白堊世末期的NW—SE向擠壓應力，可能與伊澤納崎板塊脈動式向歐亞板塊俯沖有關[10-11]。

圖3 層間劈理發(fā)育寬緩褶皺

圖4 根據(jù)軸面劈理對晚期褶皺構造解析

(2)蓬萊群與下伏前寒武紀結晶基底的接觸關系，林偉等認為膠東地區(qū)蓬萊群與下部的變質(zhì)巖石之間被向北滑落的拆離正斷層所分割[12]。梁鳳華等也認為粉子山群與蓬萊群之間為深層次的韌性拆離斷層接觸[9]。

實際的野外現(xiàn)象表明，在蓬萊群底部斷續(xù)發(fā)育石英巖、石英巖狀礫巖，尤其是寨里于家一帶最為發(fā)育(圖5a)，為蓬萊群底部底礫巖，證明了蓬萊群與變質(zhì)結晶基底之間角度不整合接觸關系的存在[13-14]，二者并不是完全表現(xiàn)為韌性斷層接觸，僅局部可見以白云母石英片巖構成的韌性剪切帶與下伏地層接觸，并一同發(fā)生了掩臥褶皺(圖5b)。并且該白云母石英片巖帶并不完全沿蓬萊群底部分布，部分分布于下伏的粉子山群地層內(nèi)部。這說明蓬萊群與下伏結晶基底之間早期以角度不整合接觸，后期則受到構造作用的改造，而早期深層次的韌性拆離斷裂并不是完全沿著角度不整合界面作用。

a—蓬萊群底部的底礫巖；b—板巖與白云石英片巖接觸并發(fā)生褶皺圖5 蓬萊群與下伏結晶基底接觸界面特征

4 結論

蓬萊群經(jīng)歷了三期構造演化：早期為伸展構造體制下的褶疊層構造，中期為剪切-收縮體制下中淺層次剪切變形，它們分別是蘇魯造山帶俯沖折返后期的板上伸展構造不同階段的反映，形成、活化時間分別為(153±2)Ma和(128.5±1.5)Ma。晚期則受控于太平洋板塊向歐亞板塊俯沖造成的早白堊世末期NW—SE向擠壓應力作用形成軸向北東的寬緩縱彎褶皺。

蓬萊群與下伏結晶基底之間為角度不整合接觸，后期則受到早期構造作用的改造，卷入褶疊層構造之中，深層次的韌性拆離斷裂并不是完全沿著角度不整合界面作用。