山东及皖北上侏罗统及与邻区对比的大地构造意义

任凤楼,柳忠泉,姜慧超,张交东

(中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院,山东东营 257015)

山东及皖北上侏罗统及与邻区对比的大地构造意义

任凤楼,柳忠泉,姜慧超,张交东

(中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院,山东东营 257015)

通过对研究区中生代地层典型剖面或代表性剖面系统考察和综合研究,对上侏罗统及其上覆、下伏岩石地层进行进一步系统清理和修订:(1)将济阳坳陷原上侏罗统蒙阴组划归下白垩统,与之相对应的是鲁西南地区为杨家庄组;将山东地区中—上侏罗统三台组界定为中侏罗统;(2)将皖北地区合肥盆地圆筒山组划入中—上侏罗统;原上侏罗统周公山组认为是跨时代地层单元(J3K1)。(3)大别山北麓北淮阳六安、金寨地区的凤凰台组、三尖铺组定为晚侏罗世早期。在此基础上建立了中国东部地区准确可行的地层对比关系,提出了与国际接轨的地层划分与对比表。对比结果表明中国东部晚侏罗世除了在南北缘存在沉积外,整个地区缺失上侏罗统。该现象表明中国东部在晚侏罗世仍为挤压应力环境甚至比早中侏罗世更为强烈,甚至一直维持到早白垩世初。

济阳坳陷;鲁西;合肥盆地;晚侏罗世;蒙阴组;构造挤压

山东地区晚侏罗纪地层和辽宁地区一样历来是研究的热点[1-7],其中均涉及到了晚侏罗世的地层划分问题。在山东地区中生代盆地研究中,晚侏罗世—早白垩世地层亦是盆地构造属性期次划分的重点[8-9]。前人对晚侏罗世—早白垩世的地层的研究往往将其作为一个构造层,并认为其力学性质是早期挤压,后期拉张,或者在不同地区表现存在差异[10-13],或者认为中上侏罗统为一个构造层[14]。事实上该时期是中国东部构造体制转折研究的重点时期[15-22]。合肥盆地晚侏罗世地层的归属及其在地震剖面上的标定对于反演区域大地构造体制亦有很大意义[23-24]。盆地与造山带耦合研究亦依赖与地层学年代的约束,如近年来有学者提出了中国东部中生代构造演化机制的新见解[25-27],这些新认识也主要涉及到晚侏罗世—早白垩世这一关键时期。因此,山东及皖北地区晚侏罗世地层的准确归属及与邻区对比不仅对于油气勘探,而且对于大地构造体制转折等重大地质问题亦具有重要意义。本文将山东及皖北地区晚侏罗世地层进行系统的划分厘定,通过区域对比揭示其大地构造意义。研究区区域位置见图1。

图1 研究区盆地及地表区域构造位置Fig.1 Regional structural location of the basin and surface of the study area

1 山东地区

山东岩石地层名称经清理后,中生代地层特别是上侏罗统—下白垩统被详细划分,名称改变较大。1991年出版的《山东省区域地质志》[3]将坊子组、三台组分别置于下—中侏罗统和中—上侏罗统,将分水岭组置于上侏罗统,将青山组划归下白垩统,但在时代讨论中,又保留了将分水岭组(蒙阴组)划归白垩纪的倾向[28]。为便于讨论,将新、老地层名称对照关系列于表1。该区中生界主要问题是蒙阴组或与其相当的杨家庄组(地表露头区)的归属问题,前人研究多将其归入晚侏罗世,本文依据化石组合及地层学研究将其归为早白垩世。

表1 山东地区侏罗系划分沿革表Tab.1 Stratigraphic division of Jurassic in Shandong Area

1.1 盆地覆盖区(济阳坳陷)

济阳坳陷中生界仅发育侏罗系和白垩系,主要见于凸起、低隆起或周边斜坡地带,凹陷中部埋深大,钻井资料较少。侏罗系自下而上分为中下侏罗统坊子组和三台组。白垩系分为下白垩统蒙阴组、西洼组和上白垩统王氏组。

蒙阴组(K1m)岩性及化石组合:以桩古14井为例,可分为上、下两段:下段以浅灰、杂色含砾砂岩、砾岩、凝灰质粗砂岩、岩屑砂岩为主夹少量薄层灰质泥岩。上段中—下部为浅灰色厚层凝灰质粗砂岩与浅灰、灰色泥岩不等厚互层,夹薄层粉砂岩、安山岩及安山质玄武岩;上段上部为浅灰色薄层凝灰岩与灰、浅灰色泥岩不等厚互层,厚度325.5 m。分布较局限,见于沾化凹陷东部的5号桩地区。蒙阴组(K1m)含Classopollis—Todisporites—Piceites孢粉组合,孢粉贫乏。其中裸子植物花粉占优势(约占71%),蕨类植物孢子较低(约29%)。裸子植物花粉中Classopollis达到该区中生界最高含量,具双气囊的松科花粉类型和含量较三台组大有增加。蕨类植物中Todisporites有一定含量,海金沙科分子常见,如Lygodiumsporites。该组合的时代应为早白垩世早期。最近鲁东地区新钻井莱参1井的孢粉资料表明,鲁东地区的莱阳组分析出来的Cicatricosisporites含量为32%,Classopollis含量为10.3%,Schizaeoisporites含量仅为1.3%。因此,莱阳组时代明显新于蒙阴组。但最近在靠近郯庐断裂东侧的鲁东诸城坳陷的诸参1井4 000余米深部的泥质粉砂岩中,发现单调的孢粉化石, Classopollis含量高达80%,而Cicatricosisporites很少,因此,在靠近郯庐断裂的鲁东地区,莱阳组底部可能存在与西部蒙阴组相当的地层[28]。

三台组(J2s)岩性及化石组合:除了济阳坳陷钻孔有揭示外,还集中出露在新泰、蒙阴、淄博、章丘一带及菏泽、济宁地区,岩性以紫红色为主夹有灰绿、黄白等色调的砂岩,有时夹有较多的砾岩,与下伏坊子组及上覆蒙阴组多为平行不整合、不整合接触,有时与坊子组整合接触,代表性剖面在淄博市昆仑镇三台山,剖面厚330 m,至今未找到化石,但按区域地层序列,大致可以与河北后城组对比,时代定为中侏罗世。油田钻孔中找到主要是中侏罗世晚期的Converucosisporites—Maculatisporites—Callialasporites孢粉组合[28]。其中蕨类植物孢子含量(54.5%)略多于裸子植物花粉(45.6%),Converrucosisporites sparsus和Maculatisporites含量高,分别占24%和9%。Classopollis和Cycadopites在裸子植物花粉中占主要地位,分别占22%和17%。具双气囊的松科花粉含量不高。该组合的时代属于中侏罗世。

1.2 山东地表露头区

杨家庄组(K1y)岩性及生物组合:主要见于诸城、高密、胶州、胶南、即墨等地。鲁西主要发育在蒙阴盆地和章丘一带,济阳坳陷、临清坳陷也有揭示,为原蒙阴组。杨家庄组与水南组和龙旺庄组为同期异相沉积,主要岩性为黄色、黄绿色、灰黄色中粒长石砂岩、含砾砂岩夹粉砂岩,其下与止凤庄组或林寺山组整合接触,其上与杜村组或曲格庄组整合接触,有时呈过渡现象,厚度56.39～4 698.2 m。代表性剖面位于高密市柴沟镇李家庄—胶州市铺集镇苏家。杨家庄组(K1y):产叶肢介Eosestheriasp.,属于早白垩世早中期的Eosestheria群。双壳类为Mengyinaia mengyinensis—Sphaerium jeholense组合,有蒙阴蒙阴蚌Mengyinaia mengyinensis,M. tugrigensis,珠蚌Unio grabaui,球蚬Sphaerium jeholense,S.sp.,中蓝蚬Mesocorbicula tetoriensis等。胜利油田科研人员在杨家庄组(原蒙阴组)还发现Classopollis—Todisporites—Piceites孢粉组合,与胜利油气区内蒙阴组孢粉组合基本一致。近期的孢粉研究,在鲁西北覆盖区和鲁西南露头区建立了统一的早白垩世早期特征的Classopollis—Todisporites—Piceites孢粉化石组合。除此之外,还有丰富的昆虫类、双壳类、腹足类、介形类和鱼类动物化石。其中,昆虫类重要的有双翅目蚊类、鞘翅目的甲虫类、膜翅目的蜂类和半翅目的蝽类等;双壳类有Sphaerium jeholense,S.wiljuicum;腹足类有Probaicaliacf.gerassimovi,P.vitimensis;介形类有Cypridea mengyinensis,C.rubra,C.spp.,Darwinula contracta,Timiriaseviacf.opinabilis;鱼类有Lycopterasp.等[28]。上述生物群中的所有化石门类均为北方热河生物群的重要成员,因此这些地层大致与义县组,甚至与九佛堂组的层位相当,属早白垩世早期。

汶南组(J1+2w)岩性及生物组合:主要出露于鲁西地层分区南部的一些断陷盆地中,在沂源、莱芜、新泰—蒙阴、平邑等盆地均可见及,为紫红色砂砾岩夹紫、黄绿色页岩,其下与上石炭统或下二叠统不整合接触,或与奥陶系灰岩假整合接触,其上被蒙阴组平行不整合覆盖,厚度>100～400 m。代表性剖面在新泰市分水岭村之南。汶南组(J1+2w)发现的生物组合有Palaeolimnadia chuanbeiensis, P.longgenshanensis,P.baitianbaensis,Euestheria taniiformis,E.shandanensis,E.shandongensis等,属于早侏罗世Palaeolimnadia baitianbaensis叶肢介动物群。汶南组孢粉中Classopollis占96.5%,次为Leiotriletes,Alisporites,Cycadopites等,与坊子地区的坊子组相近,时代属于早、中侏罗世。与汶南组对应的济阳坳陷区内为坊子组(J1+2f)。

2 皖北合肥盆地及大别山北麓

以往合肥盆地及皖中地区中生代地层名称很混乱,经姜立富等[29]1997年岩石地层清理后,仍有不少问题。经野外考察和综合研究,将本文引用的中生代地层名称和以往引用的地层名称对照关系列于表2。

表2 合肥盆地及大别山北麓侏罗系划分沿革表Tab.2 Stratigraphic division of Jurassic in Hefei basin&North edge of Dabieshan

2.1 合肥盆地

周公山组(J3z)及圆筒山组(J2y):两组地层变动较大(表2),1996年“合肥盆地区域综合研究联队”采用《安徽地质志》的意见,统称周公山组,分出上、下两段,时代划归中侏罗世;而韩树等[30](1996)认为应分出圆筒山组(中侏罗世)与周公山组(晚侏罗世),分歧依然较大。周公山组(J3z)分布于淮河南岸及合肥盆地,岩性为暗紫红、紫红色砂岩、砾岩,不整合于圆筒山组之上,未见顶,厚度> 700 m。代表性剖面为肥西县圆筒山—周公山剖面。圆筒山组(J2z)下段为紫红、紫灰色厚层中粗砂岩夹砂质泥岩。井下圆筒山组下段产Classopollis—Stereisporites—Cycadopites孢粉组合,相当于华北地层区的Cyathidites—Quadraeculina—Osmundacidites—Chasmatosporites孢粉组合,可以与义马组、坊子组对比;圆筒山组中段为土黄色、浅紫灰色河流相细砂岩、粉砂岩,产Neoraistrickia—Piceites—Converrucosisporites—Quadraeculina组合,可与三台组、马凹组和东孟村组对比;圆筒山组上段以紫红色含砾中厚层砂岩为主,孢粉类型单调,Classopollis含量高达85.5%,属晚侏罗世晚期的Classopollis—Psophosphaera孢粉组合。因此圆筒山组下段、中段和上段的时代应分别为早侏罗世—中侏罗世的早期、中侏罗世晚期—晚侏罗世早期和晚侏罗世晚期3个时期。周公山组产出了常见的Cyathidites australis,Cyathidites minor等侏罗纪的分子。因此,本文把周公山组视为跨纪的地层单元,属晚侏罗世到早白垩世[28]。

新庄组(K1x):分布于淮南、合肥盆地(盆地内称为朱巷组),下部为灰黄色砾岩、砂砾岩为主,夹粉砂岩、粉砂质泥岩;上部为杂色砂岩、粉砂岩、钙质泥岩、泥岩、页岩等。其下与五河杂岩不整合接触,上未见顶,区域上与上覆邱庄组均为整合接触,地层厚度大于1 120 m。代表性剖面为五河县新庄剖面。安徽嘉山地区新庄组下部见轮藻Triclypella calcitrapa—Sphaerocharasp.1组合,有Triclypellacalcitrapa,L ucernellasp.,Mesocharacf.volute,Sphaerocharasp.等。Triclypella calcitrapa见于西班牙北部下Barremian,英国、阿根廷Barremian,湖南衡阳盆地东井组,内蒙古固阳盆地李三沟组,内蒙古二连盆地巴彦花群腾格尔组,甘肃酒泉盆地下沟组和中沟组,甘肃徽县东河群化垭组,是国内外巴雷姆期的重要标志化石。Sphaerocharasp.1曾见于塔里木盆地库车坳陷巴什基奇克组和内蒙古巴彦浩特盆地巴彦浩特组,新庄组的时代为早白垩世巴雷姆期。

2.2 大别桐柏地区(六安—霍山)

毛坦厂组(K1m):毛坦厂组中上部产介形类Cypridea huoshanensis,C.sp.,Damonellasp.1,Djungarica?sp.,Darwinula leguminella等。毛坦厂组产腹足类3属4种:A mnicolasp.,Reesidella robusta,R.rubra,Probaicaliasp.。其中Probaicalia属是苏联外贝加尔地区,蒙古东南部及我国西北、东北地区和东部沿海陆相下白垩统中的特有分子。该组的口盖化石较大,盖质可分三层,腹面微凸起,左旋,核具反时针方向旋转的二圈半螺旋纹,其外饰有不等距的粗同心纹,粗同心纹以外纹饰不清,背面微凹下,属旋轮形。它们与辽宁喀左义县组所产的口盖化石极为相似,而且义县组的口盖化石也与Probaicalia共生。毛坦厂组的腹足类组合与义县组可以对比。该组产叶肢介Eosestheriacf.middendorfii,E.cf.peipiaoensis,E.elongata,E.xiaotianensis,E. orbcularis,E.shuchengensis,E.maotanchangensis, Diestheriaaff.suboblonga等,属于Eosestheria群的Eosestheria—Diestheria叶肢介组合。Eosestheria群著名的代表分子是Eosestheria middendorfii,发现于东外贝加尔的图尔加地区、蒙古和我国的大兴安岭、辽西、河西走廊、河南信阳、山东蒙阴。Eosestheria elongata和E.peipiaoensis曾发现于辽宁北票、房身等地,也是东方叶肢介群常见的分子,属于早白垩世。Diestheria suboblonga原产于辽宁义县周家屯车站附近义县组火山岩系的一个沉积夹层中,称做大康堡含化石沉积岩夹层,这个夹层位于义县组上部。义县组的下部和底部还有两个含化石的沉积岩夹层,分别被称做上园含化石沉积岩夹层和尖山含化石沉积岩夹层。在这些夹层中东方叶肢介类和叠饰叶肢介类密切共生,其生长带上的微细纹饰从下而上有变复杂的趋势,网络状装饰的网孔有从大变小的趋势。E.aff.iddendorfii在义县组产于其最顶部的金刚山含化石沉积岩夹层。E.shuchengensis,E.xiaotianensis和E. orbicularis三个种的壳瓣大小、网状纹饰都与义县组上部的两个沉积夹层中的东方叶肢介类很相近。根据叶肢介化石,毛坦厂组可与辽西义县组对比,属于早白垩世。毛坦厂组双壳类有额尔古纳蚌Arguniella lingyunensis,A.yashanensis,A.spp.,球蚬Sphaerium jeholense,与辽西义县组和冀北大北沟组的面貌一致。

三尖铺组(J3s)和凤凰台组(J3f):三尖铺组分布于金寨—霍山地区,为紫红色具白色条带的细粒石英长石砂岩、长石石英砂岩,底部为红色砂砾岩,具大型交错层理和红、白相间条带,不整合于前侏罗纪地层之上,整合于凤凰台组或火山岩系之下,厚度683～2 700 m,代表性剖面为霍山县三尖铺剖面。凤凰台组分布于金寨—六安地区,为红色巨厚层砾岩夹紫红、红色石英长石砂岩、砂岩凸镜体,整合于三尖铺组之上,厚度1 704～3 000 m,代表性剖面为六安市张家店凤凰台剖面。二组地层无确切的化石证据,以往只能依据岩性特征和地层序列,姚益民[28]等利用黏土矿物同位素年龄测定将其归入中侏罗世的晚期至晚侏罗世早期。

3 与邻区晚侏罗世—早白垩世地层的对比

冀中地区侏罗系沉积建造类型、地层发育厚度等特征与周边已知地区侏罗系剖面具有显著差异。该地区原窑坡组可细分为葛渔城组(J1g)、杨村组(J2y)、苏桥组(J2s)[31-32]。辽西地区义县组的时代目前多数观点为早白垩世早期[33-35],本文研究结果支持这一观点。根据以上山东地区、合肥盆地及大别山北缘的晚侏罗世—早白垩世地层分析,结合邻区的研究成果,其晚侏罗世—早白垩世地层对比见表3。

表3 山东、皖北及邻区晚侏罗世-早白垩世地层对比Fig.3 Stratigraphy correlation of Later Jurassic-Earlier Cretaceous of Shandong,North Anhui and adjacent areas

4 讨论

沿着秦岭大别造山带北缘与三尖铺组、凤凰台组相对应的这套砂岩层从豫西济源地区马凹组顶部、义马地区东孟村组顶部至千秋镇组,以及油田资料证实的豫南地区的朱集组顶部至段集组都明显地表现出在晚侏罗世,沿着华北地台的南侧,秦岭—大别造山带的北缘沉积了一套以具交错层理的红色砂岩为特征的红层及其上覆的巨厚的红色杂色砾岩层,往西,陕甘宁地区的安定组及其上覆的芬芳河组,河西走廊的博罗组,新疆的齐古组及其上覆的喀拉扎组均体现出这一特征。因此可以推测,西以喀拉扎组,东以凤凰台组所代表的砾岩是华南和华北两个古板块与晚侏罗世陆内挤压造山作用下同构造沉积。该特征表明晚侏罗世甚至白垩世初中国东部仍带有强烈的特提斯构造域特征,可以说是印支运动很强烈的尾幕。事实上在以洋陆转换、开合、盆山耦合的构造事件为主线的活动论思维指导下到底应该归印支还是燕山已经并不重要了。

中国东部侏罗纪—早白垩世发育多期逆冲推覆,尤其在南北缘及苏鲁造山带,比如大别山北淮阳地区及周边盆地,尽管许多学者研究了逆冲推覆构造及期次[36-39],也涉及到胶东半岛地区[40-41]。但对于晚侏罗世—早白垩世初这期挤压推覆往往忽略或者没有作为重点,主要是因为晚侏罗世整个研究区抬升缺失该套地层,造成了期次划分上的模糊。事实上该期逆冲推覆是中生代里最强烈的一次,推测起因于特提斯洋(苏鲁洋)的俯冲、消减与碰撞,西部表现为陆内造山,中间为郯庐断裂的剪切造山,东部的碰撞造山[25-27]。

衷心感谢中国石化股份胜利油田分公司地质科学研究院原总地质师姚益民教授的悉心指导!

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Tectonic significance of stratigraphic correlation between Upper Jurassic in Shandong/north Anhui&adjacent areas

Ren Fenglou,Lui Zhongquan,Jiang Huichao,Zhang Jiaodong
(Geological Scientif ic Research Institute of SINOPEC Shengli Oilf ield Company,Dongying257015)

Basedon studyof typical stratigraphic sections&well core in Mesozoicof Shandong&north Anhui areas, systematic study revision have been done on the Upper Jurassic and its underlying as well as overlying strata. Through this study,Mengyin Formation has been divided into the Lower Cretaceous,Corresponding to Yangjiazhuang Formation in southwest of Shandong area,Santai Formation has been divided into the Middle Jurassic,not in Late;and Zhougongshan Formation of Hefei basin(north Anhui)has been divided into the Late Jurassic to Early Cretaceous,Yuantongshan Formation in Middle-upper Jurassic.Fenghuangtai&Sanjianpu Formation at the north edge of Dabieshan has been divided into early phase of Late Jurassic.Based on this study, accurate and feasible stratigraphic correlation has been established.The correlation results indicate that Late Jurassic is absent in Huabei and Ludong areas,even to beginning of Cretaceous,because compress stress has dominated in the region since Yinzhi movement,and continued to the Early Cretaceous.

Jiyang depression;west of Shandong;Hefei basin;Late Jurassic;Mengyin Formation;structure compress

book=6,ebook=32

TE121.3+4

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.028

1008-2336(2010)02-0028-08

2009-11-17;改回日期:2010-03-01

任凤楼,1970年生,男,高级工程师,1994年毕业于中国海洋大学地质系,现从事石油地质勘探研究工作。E-mail:dzyrfl@slof. com。