鲁西南汶上凹陷官庄群沉积特征及演化分析

王永魁

(山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021)

汶上凹陷位于鲁西南潜隆起区，并且全区被第四系覆盖，第四系厚度在100～350 m，由于区内没有发现大型矿产地，地质工作程度较低，缺少整体系统的研究。区内地质资料主要以水文地质调查、小比例尺区域地质调查、矿产勘查、水资源调查为主，且形成年代较久，对古今纪地层系统研究较薄弱。本文通过收集以往地质资料，结合最新1∶5万区调资料对汶上凹陷内古近纪地层进行系统分析和划分对比，建立区内古近纪地层格架，为后期盆地原型恢复及构造演化提供基础资料[1]，探讨其成矿的可能性。

1 地质背景

汶上凹陷大地构造位置位于华北板块东南缘[2]，属于鲁西南潜隆起区，菏泽—兖州潜断隆，汶上—宁阳潜凹陷(图1)。

图1 研究区大地构造位置图Fig.1 Geotectonic location map of the study area1—二级单元界线；2—三级单元界线；3—四级单元界线;4—五级单元界线;5—断层及推测断层;6—不整合界线;7—凹陷区;8—隆起区;9—研究区

北与东平凸起相邻，西连菏泽潜凸起，东至宁阳凹陷，南为嘉祥潜凸起。周边以断裂为界，北侧为汶泗断裂，南侧为郓城断裂，西侧为嘉祥断裂，东侧为孙氏店断裂。

研究区地表均被第四系覆盖，第四系之下自上至下发育古近纪官庄群地层，石炭—二叠纪石盒子群、月门沟群地层，寒武—奥陶纪九龙群地层[3]。

2 官庄群地层特征

汶上凹陷内古近纪地层发育官庄群，为隐伏地层，据收集钻孔资料显示，根据岩石组合特征将官庄群由老到新划分为常路组、朱家沟组、大汶口组(表1，图2)，底部与二叠纪石盒子群地层角度不整合接触[4]，顶部与第四纪地层角度不整合接触。

表1 汶上凹陷古近纪地层划分表

图2 研究区前第四系基岩地质图Fig.2 Geological map of the former quaternary bedrock of the study area1—大汶口组；2—常路组；3—朱家沟组；4—石炭一二叠纪地层；5—马家沟群；6—新太古代花岗闪长岩；7—泰山岩群山草峪组；8—隐伏地质界线；9—隐伏平行不整合界线；10—隐伏角度不整合界线；11—隐伏断裂；12—钻孔位置及编号

2.1 常路组

根据钻孔资料，常路组隐伏于汶上凹陷大部分地区，底与石盒子群孝妇河组角度不整合接触，辛店断裂以西，常路组顶与第四纪小埠岭组角度不整合接触，或与朱家沟组整合接触，在辛店断裂以东其顶与大汶口组整合接触。岩性为一套棕红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹薄层砾岩，沉积环境主要为河流相—浅湖相沉积[5-7]，厚度约为205.7～237.6 m。

常路组自下至上发育1种基本层序，为灰色砾岩—粉、细砂岩—紫红色—褐黄色粉砂质泥岩—泥岩，局部缺失其中某些组分，表现为砾岩层向上厚度逐渐变厚，泥岩逐渐变薄的进积型基本层序(图3a)。整体表现为向上粒度变粗、厚度变大的进积型准层序组，反映向上水体变浅，沉积环境为浅湖相—河流相沉积变化特征。

2.2 朱家沟组

为新1∶5万东平汶上区调新划分出地层，仅在汶泗断裂南部沙河站镇附近SSZK01、ZK67钻孔见到，分布于寅寺镇一带，与下伏地层常路组整合接触，岩性主要为灰褐、灰红色砾岩，厚度大于88.42 m。

朱家沟组为一套灰—灰紫色砾岩，砾石成分复杂，上部砾石以花岗斑岩、安山岩、辉绿岩等为主，少量灰岩砾石，向下灰岩砾石逐渐增多。为山麓冲洪积相沉积[8]。与蒙阴地区朱家沟组对比，汶上凹陷内砾石成分较蒙阴地区复杂，岩浆岩砾石较多。

2.3 大汶口组

区域上大汶口组为含盐岩地层，根据钻孔资料，大汶口组分布在辛店乡与郭仓乡一带，以汶泗断裂为北界，辛店断裂为西界，沉积厚度为210.61 m。

大汶口组发育2种基本层序，下部为由泥质粉砂岩—粉砂质泥岩—泥岩—泥灰岩组成的基本层序，总体向上泥灰岩含量增加，沉积物粒度变细的退积型副层序组，沉积环境为由滨湖—浅湖相沉积；上部为由灰岩、泥灰岩—泥岩—石膏组成的基本层序[9]，向上粒度变粗，水体变浅的加积型副层序组，沉积环境为盐湖相沉积(图3b，c)。

图3 官庄群基本层序图Fig.3 Basic sequence diagram of Guanzhuang group

根据岩石组合大汶口组具明显三分性，可分为下段、中段、上段。

下段：岩性主要为暗紫红、灰绿色泥岩，底部粉砂含量较高，厚约13.12 m，该段形成环境为浅湖相沉积。

中段：为含膏盐矿层，主要岩性为灰色、深灰色、黑色泥岩、钙质泥岩、泥灰岩不等厚互层夹石膏层及泥膏岩。石膏呈粒状、层状和纤维状，含量较高，厚约177.99 m。该段形成于盐湖相沉积环境。

上段：岩性以灰色、灰白色灰岩与褐灰色钙质页岩、泥岩不等厚互层，富含介形虫碎屑，厚约19.5 m。该段形成于浅湖相沉积环境。

2.4 地层对比

根据钻孔资料(图4)，汶上凹陷内官庄群发育常路组、朱家沟组、大汶口组。古近纪早期首先发育河流—浅湖相沉积(常路组)，此时盆地尚处于形成初期，受汶泗断裂影响，沉积厚度自南向北逐渐增厚，也有局部受地形影响沉积厚度较薄(ZK067孔)；随着盆缘断裂活动增强在汶泗断裂附近沉积朱家沟组，岩性主要为山麓洪积相复成分砾岩；而后湖盆增大，沉积中心向东移动，在辛店断裂以东沉积大汶口组下段、中段，沉积滨湖—浅灰相沉积，古近纪晚期沉积滨湖相大汶口上段，湖盆逐渐消失。

图4 汶上凹陷官庄群钻孔柱状对比图Fig.4 Borehole column comparison of Guanzhuang group in Wenshang sag

3 汶上凹陷充填序列

汶上凹陷自下而上分为常路组、朱家沟组和大汶口组(图5)，可分为始新世早期和始新世晚期—渐新世2个沉积序列，分别代表新生代盆地的2个发展阶段[10]。

图5 汶上凹陷古近系充填序列(据李临华，2009年5月，修改)Fig.5 The paleogene period filling sequence in Wenshang sag1—砂砾岩；2—砂岩；3—粉砂质泥岩；4—泥岩；5—灰岩；6—泥灰岩；7—含膏泥灰岩

3.1 始新世早期

始新世早期，沉积常路组和朱家沟组。

常路组是以泥岩、砂岩与砾岩不等厚互层为主的河流相、湖泊相沉积组合，在汶上凹陷内厚度大于300 m，与下伏晚古生代地层角度不整合接触。

朱家沟组为山麓冲积相组合，由灰褐色、红灰色砾岩夹少量砂岩及泥岩组成，在汶上凹陷内厚度大于92 m。

3.2 始新世晚期—渐新世

始新世晚期—渐新世，盆地沉积中心向东迁移，主要集中于研究区东部，汶上一带，沉积了一套含石膏的滨浅湖—浅湖—半深湖相—浅湖相沉积组合，即大汶口组。

4 汶上凹陷形成与演化

汶上凹陷同整个鲁西隆起一起，在古生代以前经历了强烈的构造岩浆活动及结晶基底变质旋回；到显生宙下沉，接受了早古生代寒武—奥陶纪海相碳酸盐岩沉积；至中奥陶纪末期，抬升露出海面经受长期的风化剥蚀；到了晚古生代石炭—二叠纪又接受了海陆交互相沉积，形成了含煤建造[11]。

进入中生代，由于汶上凹陷处于鲁西隆起区边缘，距沂沭断裂带较远，区内地质运动不强烈，总体处于剥蚀阶段，因此缺失中生代侏罗纪—白垩纪地层。

新生代以来，受喜马拉雅运动的影响，汶泗断裂活动加强，断裂性质以张扭性为主，后期伴随压性、压扭性活动，断裂上盘持续下降，汶上凹陷进入发展阶段，沉积了古近纪官庄群，前期沉积常路组、朱家沟组等发育边缘相的粗碎屑沉积，沉积物来源为盆缘的寒武—奥陶纪灰岩及前寒武纪基底花岗岩，随着汶泗断裂持续活动，断裂上盘继续下降，沉积大汶口组一段、二段浅湖—深湖相沉积(图6a，b)。

至古近纪晚期，盆地进入消亡阶段，沉积了滨湖相大汶口三段(图6c)。

图6 汶上凹陷不同演化阶段断面示意图Fig.6 Sectional diagram of different evolutionary stages of Wenshang sag1—大汶口组三段；2—大汶口组二段；3—大汶口组一段；4—朱家沟组；5—常路组；6—石炭—二叠系；7—寒武—奥陶系；8—新太古代花岗闪长岩

汶上凹陷官庄群为一完整的沉积旋回，从碎屑岩逐渐过渡为碳酸盐岩、蒸发岩，最后又以碎屑岩而告终。所表现的湖相变化为：浅水相→深水相→咸水相→浅水相，与盆地的形成→发展→萎缩→消亡相对应。

5 成矿地质条件分析

区域上官庄群大汶口组为含盐岩地层，以大汶口盆地为典型[12]，其古近纪沉积厚度在3 000 m左右，根据岩石特征可划分为下石膏段(>150 m)、中含盐段(345.68 m)、上硬石膏段(>230 m)，形成环境为干旱盐湖环境[13]。

根据现有资料汶上凹陷发育含盐地层大汶口组，沉积厚度210.61 m，其中大汶口组中段为含石膏层，厚度177 m，多为硬石膏且以薄层为主，局部可见星点状自然硫、煤线等。其特征与大汶口盆地中大汶口组下硬石膏段相似，沉积环境亦为干旱盐湖环境。

汶上凹陷受东西向汶泗断裂控制，随着汶泗断裂不断活动，逐渐形成北断南超、北陡南缓、北深南浅的构造格局。凹陷北部与前寒武纪变质基底断裂接触，南部官庄群地层超覆于古生代地层之上。构造特征与大汶口盆地构造特征基本一致。

汶上凹陷周边亦广泛发育寒武—奥陶纪地层，其内方解石、白云石、石膏、硬石膏等长期风化势必为凹陷内沉积膏盐提供物源条件。

综合上述分析，汶上凹陷的构造特征、物源条件、岩石组合及沉积环境特征均与大汶口凹陷特征基本一致，因此存在成盐条件。并且汶上凹陷内找盐地质工作程度较低，仅在20世纪80年代开展，仅有1个钻孔控制，对区内大汶口组控制明显不足。

6 结论

区域上官庄群自下而上发育固城组、卞桥组、常路组、朱家沟组、大汶口组，为一完整从粗碎屑岩—碳酸岩、蒸发岩—碎屑岩—碳酸岩、蒸发岩结束，形成湖扩—萎缩—湖扩—萎缩的两个沉积韵律。通过对比分析，汶上凹陷官庄群未发育固城组和卞桥组，只形成一个由碎屑岩—碳酸岩、蒸发岩岩石组合，沉积环境由河流相—滨湖相、浅湖相—滨湖相。形成始新世早期和始新世晚期—渐新世2个充填序列，汶上凹陷为新生代发展起来的断陷盆地。汶上凹陷构造特征、物源条件、岩石组合及沉积环境特征与大汶口盆地特征基本一致，存在成盐条件。