济南千佛山地区沉积地层特征地质构造演化及古地理

2014-03-20张增奇陈军付英杨波刘书才杜圣贤侯建华刘凤臣

山东国土资源 2014年10期

张增奇，陈军，付英，杨波，刘书才，杜圣贤，侯建华，刘凤臣

(1.山东省地质科学研究院，山东济南 250013；2.济南市国土资源局，山东济南 250000；3.济南市城市园林绿化局，山东济南 250000；4.山东省地质调查院，山东济南 250013)

0 引言

千佛山地区位于济南市南部，地处鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带，地势由南东向北西倾斜，地层出露较好，最高点海拔460.4m，最低点海拔58m，有千佛山、平顶山、橛山(佛慧山)、罗袁寺顶、金鸡岭、馍馍山、蚰蜒山、蝎子山、羊头山和卧虎山等大小山峰29座。

研究区及周边地区的早古生代地层在我国北方极具代表性，故前人在该区的地质调查开展较早并做了大量工作：早期(1958年以前)有零星国内外学者对该地区进行地质调查，如德国人Richthofen(1869)、英国人B.Willis、E.Blackwelder(1903)，我国有孙云铸(1924)、谭锡畴(1924)、卢衍豪(1953)、董南庭(1953)等，他们对该区以南的馒头山、崮山等地进行了考察并取得一些成果；随后(1958—1979年)进入系统地质调查阶段，一些地勘单位和地质院校在区内开展了地质矿产调查、普查、勘探及专题研究工作，同时还开展了物探、化探、重砂测量、水文地质测量、环境地质、灾害地质调查及遥感地质调查等工作，积累了大量的地质矿产资料和科技文献资料；改革开放后(1980—1999年)随着地质调查工作的不断进展，对研究区及周边地区的地层、构造、岩浆岩等进行了较系统的研究并取得了显著的成绩；近年来，随着前面工作的积累，有关该区的一批重要成果逐渐出现。

该文将在前人研究的基础上，通过野外调查工作，对千佛山及其周边地区的岩石地层格架、沉积构造特征、沉积相和层序地层等进行总结，并结合山东省乃至我国北方构造体系进一步探讨该区的区域构造演化。

1 区域地质背景

千佛山地区在大地构造单元中地处华北板块(Ⅰ)、鲁西隆起区(Ⅱ)、鲁中隆起(Ⅲ)、泰山-济南断隆(Ⅳ)、泰山凸起(Ⅴ)的北缘，是隆起地块的北侧单斜构造带[1]。区内地层南老北新，主要由广泛发育的古生代及新生代地层组成。古生代地层由出露好且较齐全的寒武系—奥陶纪碳酸盐岩沉积地层；新生代地层主要为第四纪地层(图1)。千佛山西南侧出露有千佛山断裂，长约25km，呈320°～350°走向，向南西倾，倾角78°，断裂带内发育有张性角砾岩，宽度从5～6m至数十厘米不等，角砾成分主要为断裂两侧岩石，经前人研究属于先张后压扭的断裂，断裂西盘近断层西处地层产状变化大，局部形成小型向斜褶曲。千佛山断裂带及文化桥断裂带断裂将整个单斜构造带切成块状，奠定了该区的构造基础。

2 岩石地层格架概况

调查区及周边地区早古生代地层主要为寒武—奥陶纪九龙群及马家沟群，分布于调查区及南部的广大地区，岩性为一套厚度达1800余米海相碳酸盐岩沉积建造(图2)。该套地层整体呈NWW向或者NEE向展布，与下伏新太古代基底花岗岩为角度不整合接触，被上覆的第四系地层覆盖，岩石中含丰富的三叶虫、头足类及牙形石化石。因地层连续且露头良好，研究程度相对较高，可详细划分为3个群、12个组、8个岩性段。在区域对比上，区内朱砂洞组仅发育白云岩段，馒头组洪河砂岩段不发育，张夏组缺失盘车沟页岩段[2]。

1—晚寒武世-早奥陶世炒米店组；2—中奥陶世三山子组c段；3—中奥陶世三山子组a段；4—中奥陶世东黄庄组；5—中奥陶世北阉庄组；6—新近纪更新统大站组；7—第四纪全新统沂河组；8—早白垩世闪长玢岩脉；9—平行不整合接触；10—断裂及其产状；11—推测断裂；12—地层产状；13—河流；14—水库；15—地名；16—山峰图1 千佛山地区区域地质简图

1—灰岩；2—叠层石灰岩；3—页岩；4—生物碎屑灰岩；5—豹皮灰岩；6—藻灰岩；7—砾屑灰岩；8—条带状灰岩；9—白云岩；10—藻白云岩；11—条带状白云岩；12—砂砾岩；13—细粒辉长岩；14—闪长玢岩；15—断层；16—泉水；张夏组上灰岩段；∈3-4g—崮山组；炒米店组；O1sa—三山子组a段；O2d—东黄庄组；O2b—北阉庄组；Qpd—大站组；K1vJyc—早白垩世燕山晚期济南燕翅山细粒辉长岩；K1δu—早白垩世闪长玢岩脉图2 研究区内地层格架示意图

2.1 九龙群

2.1.1 张夏组

该组岩性主要为厚层鲕粒灰岩、叠层石藻礁灰岩、藻凝块灰岩及薄层灰岩等，与上覆崮山组和下伏馒头组均为整合接触。依据岩石组合特征，将张夏组至上而下划分为下灰岩段及上灰岩段2个岩性段，较区域上缺失盘车沟页岩段；下灰岩段以鲕粒灰岩发育为特征，上灰岩段以藻灰岩、藻礁灰岩发育为特征，两段在地貌上常形成高10余米的陡坎。

2.1.2 崮山组

该组岩性以黄绿色页岩、灰色薄层疙瘩状或链条状灰岩、竹叶状灰岩为主，夹灰色薄板状灰岩、鲕粒灰岩、砂屑灰岩。其与上覆炒米店组和下伏张夏组均为整合接触。

2.1.3 炒米店组

岩性多为灰色薄层泥质条带灰岩、生物碎屑灰岩、砾屑灰岩、云斑灰岩及中厚层竹叶状灰岩，其间夹鲕状灰岩、厚层藻凝块灰岩，局部发育柱状叠层石(图3A)。其与上覆三山子组均为整合接触。前人研究认为整合接触，与该组具有穿时性；近年来，刘书才、武桂春等在济南长清区张夏—崮山地区、青州市尧王山地区和莱芜黄山地区，根据牙形石“Cordyloduslindstromi”，准确确定的寒武系—奥陶系界线均位于该组内部，分别距炒米店组顶9.05m、58.10m和4.00m[3-6]。

2.1.4 三山子组

研究区三山子组岩性为中厚层微晶白云岩及含燧石条带、燧石结核白云岩(图3B)，依据岩性组合特征，划分为a段和b段。其上因“怀远间断”与马家沟群东黄山组呈平行不整合接触，下与炒米店组呈整合接触。

2.2 马家沟群

2.2.1 东黄山组

东黄山组岩性以泥晶、微晶白云岩、土黄色角砾状泥质白云岩为主，底部见复成分砾岩(图3C)。其下与三山子组呈平行不整合接触，上顶与北庵庄组呈整合接触，地层较薄，一般厚9～40m。

2.2.2 北阉庄组

北庵庄组岩性为灰色厚层微晶灰岩、厚层含云斑白云质灰岩、中厚层微晶白云岩(图3D)，上部层位夹少量生物碎屑灰岩，岩层中发育大量平行层理(图3F)和生物扰动构造(图3E、G)。与下伏东黄山组和上覆与土峪组均为整合接触；因构造滑塌影响多形成一系列近EW向的褶皱构造，未见顶部层位。

2.3 第四纪地层

区内第四纪地层分布较多，发育程度与古地貌和现今地貌有关，其物质组成主要是更新世以来的松散堆积物，以河流相、冲洪积相的碎屑沉积物为主，主要分布于调查区的河流两岸、山间凹地及水库周围等。

3 层序地层及沉积相特征

调查区早古生代地层主要为寒武纪及奥陶纪的九龙群和马家沟群，期间被怀远间段面分为上下2部分：下部为寒武系至奥陶系下统，上部为奥陶系中上统。该次工作在取得野外第一手资料的基础上，为进一步在更广泛的区域上充分了解并研究沉积环境及层序特征，笔者收集和利用了大量前人资料，结合区域资料对古生代寒武—奥陶纪沉积相及层序地层特征进行了分析。

3.1 沉积相研究

研究区及其周边地区的整套地层为典型的海相沉积地层，早寒武世，该区处于潮坪环境(以潮上泥坪为主)，主要沉积形成了黄灰色、紫红色灰质白云岩夹部分泥岩；中寒武世早、中期，由潮坪(砂泥坪)

A—炒米店组地层；B—三山子组a段地层；C—东黄庄组地层及手标本；D—北阉庄组地层；E—北阉庄组中的虫迹构造1；F—北阉庄组中的平行层理；G—北阉庄组中的虫迹构造2图3 地层沉积特征

逐渐向台地边滩过渡，沉积形成了紫灰色砂质云母页岩夹鲕粒灰岩、砾屑灰岩和部分薄层砂岩，晚期开始由浅海滩相向台地边缘礁相过渡，沉积了大套鲕粒灰岩和藻凝块灰岩；晚寒武世海水加深，该区变化于台地前缘斜坡和陆棚内缘斜坡相带间，沉积形成了砾屑灰岩、云斑泥晶灰岩和瘤状泥灰岩沉积夹层；奥陶系初期，该区继承了晚寒武世陆棚内缘斜坡相，沉积形成了一套泥晶质沉积物，随后出现大量白云岩化，形成三山子组白云岩，而当时沉积物种的胶凝状硅质集中形成了燧石结核或条带；东黄山组沉积环境属于局限台地泻湖相沉积，表现为深泻湖相沉积以微晶白云岩为主，浅泻湖相则以角砾状白云岩；北庵庄组沉积环境以开阔台地潮下带—潮间带沉积为主，露头上见由潮下带—潮间带沉积类型组成的地层重复，反映了水体的深浅变化规律[7，8]。

3.2 层序地层研究

依据地层岩石组合、沉积构造、层序特征及层序界面等将研究区内的早古生代地层划分为3个二级层序，13个三级层序；对怀远间段面之下寒武纪-早奥陶世地层划分为2个二级层序，8个三级层序；怀远间段面相当于1个二级层序界面；怀远间段面之上奥陶纪马家沟群划分为5个三级层序[9](表1)。

4 重要的构造界面

地层间的接触关系是构造运动和地质发展历史的记录，基本上可分为整合接触和不整合接触关系。其中，由于地壳的抬升而产生的沉积间断为平行不整合，其上下产状基本一致，其是研究地质发展历史、鉴定地壳运动和确定构造变形时期的重要依据。该次调查区内存在一个重要的不整合界面，即怀远运动沉积间断面。

由前人结果可知寒武—奥陶纪三山子组与晚奥陶世马家沟群东黄山组之间的平行不整合界面，由怀远运动引起。不整合面上下岩性差异性和其他地质特征并不十分明显(图4B、C)，界面下部为三山子组白云岩(图4A)，上部为东黄庄组的复成分砾岩和泥晶微晶白云岩、土黄色角砾状泥质白云岩(图4B)，由此表明怀远运动在该区并不强烈。结合前人研究和区域上的对比发现，该不整合面具有一定的穿时效应，不整合间断时间自山东省的南东向北西逐渐变短：怀远运动首先造成鲁中南地区隆起，海水逐渐向西北退去，构造运动结束后，海水又逐渐从北西向南东侵入。不整合面上的初始沉积物主要为砾岩，砾石成分来源于下部地层，结构、成分成熟度均较低，反映间断的时间不太长。怀远运动前后沉积环境有明显变化，之前地层中常见泥砂质沉积物，之后均为碳酸盐沉积，属清水沉积环境，沉积区再无碎屑物加入，说明陆缘区已完全准平原化。此间断可能与秦岭-大别洋壳向华北板块之下的俯冲作用有关。

该不整合界面后期被改造为构造滑脱面，因此研究区及周边地区其上覆地层马家沟群北庵庄组普遍发育轴向近EW向的褶皱构造。

5 区域地质演化及古地理

古生代中国及邻区的演化受2个地球动力学系统的控制：南为冈瓦纳的离散，北为西伯利亚古陆的增生。位于西伯利亚古陆和华北微大陆之间的古亚洲洋，是一个开阔的陆间洋[10，11]。冈瓦纳大陆的裂离经历了早古生代的原特提斯和晚古生代的古特提斯2个阶段[12]。华北板块中新元古代表现为巨厚沉积集中于板块内或边缘裂陷沉降带内，为非全区域的沉积盖层。至早古生代进入了全域同步沉降期，沉积相以浅海相为主体，滨海相多出现于早寒武世。目前已有充分的证据证明华北板块在中元古代—古生代的漫长地质时期基本上漂移于赤道两侧低纬度气候带内[13]。

山东省古生代地层主要分布于沂沭断裂带以西的广大地区，该研究区即位于此区西北部。古生代时，鲁西地区属于华北板块陆表海盆地。因此，该研究区的区域地质演化史与鲁西地区的演化史相通。

纵观该区乃至鲁西地质史，自太古代至元古代的漫长时期，地壳处于岩浆活动和构造作用十分强烈的阶段，中元古代之后地壳基本固化(即克拉通化)，基底形成，并成为稳定的地体长期处于隆起、剥蚀状态[14-16]。在经历了中晚元古代漫长的风化剥蚀历史后，于寒武纪开始下降接受沉积，开启了古生代海相沉积地层的历史。

早古生代初期沉积以浅海相为主，有较多潮坪泥砂质沉积及少量滨海砂砾岩沉积；进入早寒武世晚期，海平面逐渐升高，海水从东南方向沿沂沭海槽逐渐侵入内陆，整个华北平原被海水淹没.古老的陆地慢慢沉入海底，开始了滨海相地层沉积的历史。

沧浪铺期首先沉积了李官组的滨海陆屑砂砾岩相，这在该区范围内并未见到；随后至龙王庙初期海侵范围稍有扩大，沉积了以薄层灰岩为主且富含三叶虫化石的地层；龙王庙晚期沉积环境以浅潮下带至潮间带的砂泥坪为主，在区域对比中该区的沉积盆地较鲁西南要浅。中寒武世毛庄期以细碎屑沉积为主，属潮间带砂坪，而随后的徐庄期则以钙质页岩

A—三山子组地层特征；B—东黄庄组地层，图中红线为疑似不整合面；C—怀远运动不整合界面处短剖面，图中卷尺长2m图4 怀远运动不整合界面示意图

为基本特征，为滩间盆地沉积，这个时期的沉积在该研究区往南不远的张夏—崮山地区可见。张夏期为标准的碳酸盐台地至中深缓坡沉积，也是寒武纪沉积环境、沉积相及沉积物组合的重要转折时期，其之前水体相对浑浊，沉积物种陆缘碎屑占优势，在说明沉积场所离古陆较近，水体相对较浅，而之后总体处于相对较深水区沉积，以发育碳酸盐为主要特征，很少含有陆缘碎屑物质，并可见风暴沉积。至崮山期区内发生了寒武纪时期最大的一次海侵事件，总体处于中深缓坡沉积区，主要表现为钙质页岩、薄层灰岩及瘤状灰岩沉积。至长山期该区及整个鲁西以中深缓坡的风暴岩夹泥质条带灰岩为主，沉积均一；凤山期该区水体变浅转为浅缓坡沉积。

进入奥陶系，最早期的新厂期延续了晚寒武世凤山期的沉积特征，古地理环境与凤山期基本一致。而到了新厂期末，由于受到怀远运动的影响该区整体上升成陆遭受剥蚀。随后研究区随整体再次沉降接受海侵，初期在不整合面之上形成数厘米厚的砂砾岩，随后多为局限的台地澙湖并普遍含有膏溶角砾岩，再随后以开阔台地潮下带为主，形成了质纯的厚层灰岩。

至古生代晚期，区域上又经历了多次的整体升降运动。中生代该区长期处于新华夏系第二隆起带上，因此一直是抬升状态，尤其是在距今180Ma的中侏罗世发生的燕山运动，济南地区沉积的石灰岩层同南部的泰山地区一起抬升成山并遭受剥蚀；在经历了长期剥蚀后，该区自北阉庄组以上的地层均剥蚀殆尽。同时在中生代时期，因受新华夏系的影响产生了一系列规模不大的张性断裂，期间有少量中生代基性岩脉侵入。

新生代该区的构造活动随着喜马拉雅运动明显加剧，致使该区强烈上隆，并一直延续至今。而这种垂直运动的差异使得剥蚀、沉积在该区内同时进行，高地遭受剥蚀，而在低洼处则形成了大量第四系的山前陆相沉积，同时也形成了如今千佛山地区内多样的地形地貌景观。

致谢：对济南千佛山景区管委会及相关工作人员在野外地质调查中给予的支持与帮助表示感谢！另外，还要感谢该文审稿人提出的评审意见和有益建议，以及编辑们负责、细致和辛苦的工作。

参考文献：

[1] 张增奇，张成基，王世进，等.山东省地层侵入岩构造单元划分对比意见[J].山东国土资源，2014，30(3)：1-23.

[2] 张增奇，刘书才，杜圣贤，等.山东省地层划分对比厘定意见[J].山东国土资源，2011，27(9)：1-9.

[3] 刘书才.山东青州地区炒米店组上部白云岩的时代及三山子组底界穿时性[J].现代地质(中国地质大学研究生院学报)，1999：246-247.

[4] 杜圣贤，张义江，张俊波，等.山东莱芜黄羊山晚寒武世牙形石组合及寒武系与奥陶系界线的确定[J].山东国土资源，2009，25(5)：13-19.

[5] 武桂春，姚建新，纪占胜，等.山东省青州地区寒武-奥陶系界线研究的新进展[J].古生物学报，2005，44(1)：106-116.

[6] 杜圣贤，张瑞华，张贵丽，等.山东张夏-崮山地区华北寒武系标准剖面上寒武统研究新进展[J].山东国土资源，2007，23(10)：1-6.

[7] 邢吉辉.鲁西地块寒武纪岩相古地理研究[D].山东科技大学，2008.

[8] 宋明春，徐军祥，王沛成，等.山东省大地构造格局和地质构造演化[M].地质出版社，2009：34-116.

[9] 李庆平，董仁国，李秀章，等.鲁西寒武系-下奥陶统层序地层研究新进展[J].地层学杂志，2005，29(4)：376-386.