胶莱盆地东缘早白垩世莱阳群沉积序列及岩相古地理

任天龙

(山东省地质调查院，山东 济南 250013)

0 引言

胶莱盆地位于山东半岛中部，介于胶北、苏鲁造山带之间，西以沂沭断裂带为界，向东延伸到黄海(图1)。对于胶莱盆地的研究，早期以地层对比、沉积序列以及火山岩年代学为主[1-3]。近年来，人们通过典型剖面的观测以及沉积充填序列的分析、对比，建立了盆地地层层序格架，并对莱阳期胶莱盆地原型进行了恢复[4-7]。但是，前人的研究工作主要集中在沉积序列完整的盆地北缘莱阳地区及南缘诸城一带，而盆地东缘即墨温泉—海阳一带研究程度较低。

以往认为盆地东缘王村—水岛一带，莱阳群主要以河流相沉积为主，并不发育典型的湖相沉积。胶莱盆地东缘是否存在典型的湖相沉积，盆地充填序列是否可与盆地北缘、南缘进行对比？早期盆地沉积格架、盆地演化等问题需要统一认识。

基于上述问题的考虑，在盆地东部边缘即墨温泉地区进行了大量的野外工作，从地层特征、构造特征、古生物特征、沉积相、古水流方向等分析入手，查明了盆地早期莱阳群的沉积序列，建立了沉积格架，探讨了岩相古地理等。

1 地质概况

胶莱盆地早期沉积为莱阳群，分布于研究区东部沿海一带，为一套陆源碎屑沉积岩建造，角度不整合于新太古代变质深成岩之上，被青山群火山岩系所覆盖，沉积地层中普遍发育中生代燕山晚期侵入体。区内断裂构造发育，主要为区域性牟(平)-即(墨)断裂带的主干及分支断裂，规模较大的有朱吴断裂、郭城断裂、海阳断裂等，断裂方向多为30°～50°，由于断裂构造的后期破坏作用，莱阳群多叠置重复出现，但朱吴断裂以东盆地较完整，破坏程度较小。盆地整体呈NE向带状展布，展布方向40°左右(图1)。

1—第四系；2—流纹斑岩；3—安山玢岩；4—基底花岗岩；5—早白垩世花岗岩；6—王氏群；7—青山群；8—莱阳群；9—同位素年龄位置；10—实测断层；11—推测断层；12—角度不整合；13—古生物化石；14—砾石统计及编号；15—波痕；16—古水流方向；17—剖面编号及位置；18—采样位置及编号图1 胶莱盆地东缘地质略图及构造位置图

2 盆地充填序列

胶莱早期盆地东缘在王村—水岛地区出露较全，为一套厚达2500m的中生代陆相碎屑沉积，夹少量的火山岩—火山碎屑岩。以往的地质工作，将研究区划分为山麓冲洪积相止凤庄组、河湖相沉积杨家庄组及河流相沉积曲格庄组3个组级单位(表1)。地质调查过程中，在原划止凤庄组顶部发现一套富含生物化石(狼鳍鱼、植物、孢粉)的页片状粉砂岩、泥岩且夹大量泥晶灰岩的岩石组合(图2、图3)，其上部为一套湖前三角洲相的厚层砂岩、粉砂岩，该岩石组合特征与姜在兴[8]、张增奇[9]、吴智平[10]等在胶莱盆地北缘划分的水南组、龙旺庄组基本一致。通过对比，认为胶莱盆地东缘盆地充填序列自下而上分别为止凤庄组、水南组、龙旺庄组及曲格庄组4个组级单位(表1)。

各岩性组的差异不仅表现在岩性组合上，同时在层序地层，尤其是准层序类型也有明显不同。秦杰等[11]将莱阳地区中生代陆相沉积地层划分为3个二级层序，分别对应莱阳群、青山群及王氏群地层，莱阳群对应的层序底界面为与基底变质的角度不整合界线，顶界面为与青山群火山岩的喷发不整合界线，均为区域性构造转换面。以更小一级的岩性突变界面为界，通过莱阳群地层剖面对准层序、准层序组进行识别(图4)，对地层演化过程进行研究。

2.1 止凤庄组

为不整合于基底变质岩之上的粗碎屑沉积，以砾岩发育为特征，砾石岩性有花岗片麻岩、花岗岩、脉石英、灰岩及闪长岩等，说明其物源的多样性。止凤庄组岩石岩性为含砂砾岩、含砾砂岩、粗砂岩、中砂岩夹泥质粉砂岩，以灰黄、灰绿色调为主。止凤庄组早期为砾石—砂岩组成的进积、加积型准层序组；晚期为砾岩—砂岩—泥质粉砂岩组成退积型准层序。发育叠瓦状砾石、斜层理等沉积构造。

2.2 水南组

岩石类型为泥质粉砂岩、细砂岩、页片状粉砂岩、泥灰岩等，底部夹砂砾岩(图2)，早期为砂砾岩—细砂岩—泥质粉砂岩组成的退积型层序，中期为泥质粉砂岩—微晶灰岩组成的加积型层序，晚期为泥质粉砂岩—细砂岩组成的进积型层序。水南组发育水平层理、对称波痕等沉积构造，古生物化石丰富，见植物碎片、孢粉及Lycoptera sinensis(中华狼鳍鱼)等。

表1 胶莱盆地东缘即墨一带莱阳群地层对比划分

图2 水南组泥岩—灰岩组合

图3 水南组中狼鳍鱼化石

2.3 龙旺庄组

以细碎屑沉积为主，较水南组粒度粗，单层厚度较厚。岩性为灰黄、灰绿色中厚、厚层细粒长石砂岩、中细粒长石砂岩，薄层泥质粉砂岩夹粗粒长石砂岩及砂砾岩(图2)。发育中粗粒砂岩—中细粒砂岩—泥质粉砂岩的层序，形成进积型准层序组。水平层理、小型交错层理、泥裂及波痕等沉积构造发育。

2.4 曲格庄组

不整合于青山群火山岩之下，岩性为灰黄色厚层砂岩、砂砾岩、砾岩夹泥质粉砂岩(图2)，以砾岩—砂砾岩—砂岩沉积旋回为主，上部出现中细粒砂岩—泥质粉砂岩沉积韵律。沉积构造非常发育，见底冲刷、大型槽状交错层理、楔状交错层理、板状交错层理、平行层理、粒序层理、泥裂、虫迹、重荷模等沉积构造，反映水动力较强。

准层序组的准确识别，有利于沉积体系域的划分。研究区莱阳期盆地止凤庄早期为进积、加积型准层序组，划分为低水位体系域(LLST)；止凤庄晚期—水南早期的退积型准层序组对应湖泊扩展体系域(LEST)；水南中期加积型准层序组对应湖相密集段(LCS)；水南晚期—龙旺庄期进积型准层序组对应湖泊收缩体系域(LCST)；曲格庄期沉积对应非湖泊体系域(NLST)。这种沉积体系域组合反映了莱阳期湖盆演化的完整旋回。

1—冲洪积砾岩；2—砾岩；3—粗砂岩；4—细砂岩；5—泥质粉砂岩；6—泥岩；7—灰岩；8—底冲刷构造；9—槽状交错层理；10—楔状交错层理；11—平行层理；12—板状交错层理图4 莱阳群各组准层序特征

3 沉积相分析

研究区盆地充填序列反映了沉积物由粗—细—粗的演化，水南组为该时期湖盆演化的鼎盛期。根据岩石组合类型、沉积构造、粒度特征、成因标志及纵向变化等，将莱阳群主要划分为冲洪积相、湖相、三角洲相及河流相。

3.1 冲洪积相

以砾岩发育为特征，由冲洪积扇及残坡积物组成，冲洪积扇详细划分为扇根、扇中及扇缘三个亚相。扇根亚相对应止凤庄组下部层位，由分选差，无组构混杂砾岩，具叠瓦状构造砾岩和砂砾岩组成，砾岩呈厚层—巨厚层状，砾石呈棱角—次棱角状，分选差，杂乱堆积，砂质、泥质胶结，砾石统计样品LS01(n=126)显示砾石大小在3～15cm之间，平均球度0.68，以滚动式为主，在砾石含量统计直方图上(图5)，呈多个峰值，属冲积砾岩。扇中(亚相)为止凤庄组的中上部，具有明显的牵引流沉积作用，由成分复杂、分选差的砂岩、杂砂岩、砂砾岩和砾岩组成，发育交错层理，砂砾岩、砾石呈中—厚层状，砾石呈次棱角状—次圆状，泥、砂质胶结，砾石统计样品LS02(n=130)显示砾石大小在1～10cm不等，具有明显的单峰式，多数测点集中在1～4cm之间，平均球度在0.63，以滚动式为主，具扇面河流沉积特征。由于扇体直接进入湖泊，扇缘不发育，形成于水南组的相变岩性组合。

图5 砾石含量统计直方图

3.2 湖相

以泥岩、页片状粉砂岩及灰岩发育为特征，且含大量的植物碎片，丰富的鱼化石，对应水南组及龙旺庄组，以水南组最为典型。岩石色调较深，以灰黑、灰黄、灰绿色为主；粒度较细，为粉砂岩、细砂岩、泥岩、页岩；灰岩为微晶灰岩、泥晶灰岩，呈层状、透镜状产出。细砂岩中碎屑颗粒以长石、石英组成，石英含量高达60%，成分成熟度较好，为经过改造长距离搬运的产物；胶结物以粉砂及绿泥石为主，含云母碎片，铁质结核等，反映了水体稳定的湖相沉积的特点。

3.3 三角洲相

以大套的中厚层—厚层中细粒长石砂岩发育为特征，对应龙旺庄组。岩性为灰黄色长石砂岩、细砂岩、少量的砂砾岩、粉砂岩等；由远岸到近岸，有砂砾岩—长石砂岩—细砂岩、粉砂岩的碎屑颗粒由粗到细的变化规律；其中细粒砂岩碎屑颗粒以长石、石英为主，含少量的白云母，胶结物主要为粘土、氧化铁、及碳酸盐等。磨圆度中等，为次圆—次棱角状。

3.4 河流相

以砾岩、砂岩发育为特征，沉积构造发育，积物粗细相间，具二元结构特点，对应止凤庄组上部、龙旺庄组、曲格庄组，以曲格庄组最为典型。岩性以含砾砂岩、砂砾岩为主，次之为不同粒度的砂岩夹砾岩，局部见有粉砂或泥岩，曲格庄组发育由河底滞留沉积的冲刷构造、泥砾等，向上为大型交错层理发育的曲流点沙坝沉积，天然堤不发育。砾岩、砂砾岩呈中层—中厚层状，砾石以安山质、长英质为主，呈次棱角状—次圆状，砾石统计样品LS03(n=115)，LS04(n=127)，LS05(n=148)均显示砾石砾径集中在1～4cm，含量直方图上为明显的单峰式(图5)，说明其分选较好，水动力长期作用的结果，属河成砾岩。砂岩为岩屑石英长石砂岩、岩屑砂岩等，碎屑颗粒以长石、石英、岩屑为主，一般长石含量均大于石英含量，岩屑较多，最高可达70%，表明砂岩成分成熟度较差，具有靠近物源区堆积特征。

4 古水流方向

在不同位置进行了5处砾石统计及3处波痕产状统计，统计砾石一般在100～130个，并用吴氏网投影法对上述砾石产状进行校正，以恢复其沉积时的原始产状。将校正后的砾石倾向数据进行了分类处理，作出玫瑰花图解。流水波痕主要统计由定向水流形成的不对称波痕，对层理产状、陡坡产状及缓坡产状进行统计，并结合玫瑰花图解(图6)，进而确定其水流方向。从水流方向可以看出莱阳时期朱吴、海阳断裂带为一汇水中心，断裂带以西水流方向大致为由NW—SE向，断裂带内温泉水流方向为SW—NE向，而断裂带以东水流方向则为由SE—NW向(水岛水流方向为53.05°，可能为靠近湖盆的波浪所致)。

(a)—温泉龙旺庄组波痕陡坡产状(n=9);(b)—垛山曲格庄组砾石长轴(n=148);(c)—西店子曲格庄组砾石长轴(n=115);(d)—金口曲格庄组砾石长轴(n=127)(e)—店集曲格庄组波痕陡坡产状(n=10)；(f)—火石山止凤庄组砾石长轴(n=126);(g)—周格庄止凤庄组波痕陡坡产状(n=13)；(h)—水岛止凤庄组砾石长轴(n=130)图6 莱阳群古水流方向玫瑰花图解

5 沉积格架分析

胶莱盆地东缘莱阳期盆地由于遭受后期的强烈改造，尤其是牟(平)-即(墨)断裂构造带的多期活动造成地层的多次重复，盆地原型难以恢复。为此，在不同构造位置进行了剖面控制，建立了岩石地层格架(图7)。

莱阳群不整合于基底变质岩系之上，被中生代火山岩所覆盖，在W—E向地层柱状剖面图上可以看到，沉积时期的沉降中心(沉积最厚部位)位于海阳断裂东侧一带，沉积厚度大于2500m，沉积物以砂砾岩、砂岩、粉砂岩为主。沉积中心(深色页岩、灰岩发育部分)位于朱吴断裂及海阳断裂之间，水南组湖相地层发育，厚度超过600m，代表湖水最深的地方。研究区东部以细碎屑沉积的水南组、龙旺庄组发育为特征；西部河流相曲格庄组发育。整体上，由东至西莱阳群逐渐变薄，盆地早期沉积的止凤庄组、水南组、龙旺庄组逐渐变薄，晚期河流相曲格庄组则逐渐变厚；从构造位置而言，朱吴断裂以东断裂凹陷区沉积厚度大，反映了靠近基底区，构造活动强烈，沉积物的补给丰富；断裂以西则为比较平和的缓慢剥蚀沉积阶段。

1—泥岩；2—泥质粉砂岩；3—粉砂岩；4—钙质砂岩；5—细砂岩；6—长石砂岩；7—岩屑长石砂岩；8—粗砂岩；9—砂砾岩；10—砾岩；11—灰岩；12—元古代基底花岗岩；13—止凤庄组冲洪积扇相沉积；14—水南组湖相沉积；15—龙旺庄组三角洲相沉积；16—曲格庄组河流相沉积；17—青山群火山岩图7 胶莱盆地东缘莱阳群岩石地层沉积格架图

6 岩相古地理分析

莱阳期胶莱盆地原型表征为2个狭长的断陷带(图8左)，一个沿着盆地南缘和西南缘的诸城凹陷发育；另一个沿着牟(平)-即(墨)断裂带发育[7]。研究区正位于牟(平)-即(墨)断裂带，实测的古水流方向反映了朱吴、海阳断裂带内为汇水中心，而沉积等厚线显示胶莱盆地东缘即墨—王村一带莱阳期盆地沉积中心位于海阳以东区域(图8右)，止凤庄期盆地东南缘为胶南隆起区的基底变质岩，由于盆地演化初期的NW—SE向伸展[7,12]，在剥蚀基底周缘沉积了一套与原岩色调相似、分选性和磨圆度均很差的砂质砾岩、砾岩和含砂砾岩组合。随着盆地继续沉积，形成了较大的水系，而周围古陆的相对抬升又使水流切割加剧，为盆地的沉积提供了丰富的物质来源；由于强大的流水和快速堆积，水流湍急，堆积了杂乱无章、大小不一的砾石，砾石磨圆均差，反映了近距离搬运、堆积的特点。水南—龙旺庄期，盆地相对趋于稳定，聚水增多，多个低洼地带形成汇水盆地，在盆地边缘形成了扇三角洲相沉积的砂砾岩、砂岩的岩石组合，总体由边缘到中心，粒度逐渐变细。中期，盆地缓慢沉降，多个积水洼地相连，形成了广水、静水的湖泊，沉积了泥质粉砂岩、微晶灰岩、页片状粉砂岩的岩石组合。之后，随构造应力由伸展—挤压转换，沉降作用的减弱，地壳逐渐抬升，湖盆逐渐被淤塞，发育了曲格庄组河流相沉积。

1—泥岩；2—砂岩;3—砂砾岩；4—砾岩；5—剥蚀基底；6断层；7—古水流方向；8—岩相界线；9—沉积等厚线左图：胶莱盆地早白垩世莱阳期原型恢复；右图：胶莱盆地东缘莱阳群止凤庄组-龙旺庄组沉积等厚线及岩相古地理图图8 胶莱盆地莱阳期岩相古地理(据张岳桥等，2008年)[7]

7 结论及讨论

研究区莱阳期发育冲洪积相、湖相、三角洲相、河流相沉积，反映了盆地从形成—鼎盛—消亡的完整历程。任凤楼等[6]认为莱阳期盆地发育2个独立的槽状断陷带：一个沿牟(平)-即(墨)断裂构造带发育，另一个沿沭河裂谷带和诸城凹陷发育；在莱阳一带盆地有两个中心，一个是莱阳凹陷，另一个为牟(平)-即(墨)断裂带[8]；区内古水流方向表明盆地中心处于牟即断裂带的海阳、朱吴两条主干断裂内，说明在莱阳—即墨一带该时期湖水在牟(平)-即(墨)断裂带内是相通的，形成了与断裂带方向一致呈NE向展布的狭长的带状水域，在岩相古地理图上显示出区内沉积作用、构造作用在断裂带内及附近表现最为明显，沉积作用受断裂构造活动控制。另外，胶莱盆地在白垩纪—古新世之间经历了伸展—挤压应力体制的交替演化，莱阳期主要为早期NW—SE向伸展和晚期近W—E向挤压，拉张和挤压作用导致了莱阳早期盆地的形成及消亡[7,12]。断裂构造作为构造应力的主要表现，牟(平)-即(墨)断裂带经历了张性—左旋压扭—张性—右旋压扭—张性5期活动，断裂活动与区域应力相吻合，该断裂带早期张性及左旋压扭性活动控制莱阳期盆地的形成及消亡。