山东省地质螺旋构造分析

赵胜利，黄 波，杨 涛，曹其琛，孙芳芳

(1.山东黄金集团国际矿业开发有限公司，济南 250000； 2.贵州理工学院 资源与环境工程学院，贵阳 550003； 3.贵州省有色金属和核工业地质勘查局物化探总队，贵州 都匀 558000； 4.中国冶金地质总局 山东正元地质勘查院，济南 250101； 5.山东正元地质资源勘查有限责任公司，济南 250101)

山东省地处华北陆块与扬子陆块北东缘接触部位，经历了漫长的地质演化过程，成为国内地质研究最早的地区之一，具代表性的研究主要有：1)李四光等的“地质力学”认为山东处于新华夏系第二隆起与第二沉降层两个构造之上，划分出经(纬)向构造、(新)华夏式、鲁东“入”字型构造和旋转构造(鲁北帚状、鲁西旋卷及胶西北“S”型构造等)[1-2]；2)黄汲青与姜春发等的“多旋回槽台说”认为山东是大陆边缘活动带，并把山东分属胶辽台隆、鲁西断隆、华北断坳，是华北准地台的次级构造单元[3-4]；3)陈国达等 “地洼说”认为山东新元古代以前为地槽发展阶段，新元古代至中生代为地台发展阶段，中新生代为地洼发展阶段，鲁东为地穹、鲁西为地洼[5]；4)张文佑等的“断块说”认为基底断裂对盖层断裂和褶皱起着控制作用，强调郯庐断裂在地质构造发展中的作用[6]。

随着20世纪80年代末马晓旻的“旋涡”学说(简称“马氏旋涡”)[7-8]，我们提出了螺旋学说，进一步总结了地处东亚螺旋NE方向的山东省大地构造特征，提出了三个构造分区，成为中国大陆较典型区域性的螺旋构造体系。

1 全球螺旋构造

地球自转产生的惯性偏向力(北半球向右偏转而南半球向左偏转)[9]，最早由法国科学家CORIOLIS于1835年提出(简称“科氏力”Fб，图1)，大气环流和洋流是“科氏力”作用下在北半球产生顺时针方向和南半球逆时针的流体“旋涡”[7-13]。20世纪80年代末马晓旻对地壳“旋涡”的研究提出了12个“全球旋涡”构造[7-8]，我们提出了全球“螺旋”构造(图1、图2及图3)[14-17]，螺旋边界的勘定以重要构造及相邻应力作用判断；螺旋中心以周围构造和中心应力特征等判断，如张震培等与杨少敏等对中国大陆GPS速度场的变形分析[18-19]，确定了东亚螺旋中心位于四川冕宁南部的大致范围(图4)。

O—地心；F1—地心引力；F2—自转动力；φ—与赤道面夹角(纬度)； Fб—地球自转偏向力(科氏力)；F—向心挤压应力；б0—旋转动力图1 地球螺旋单元产生及应力示意图(据黄波等[14-17]略有修改)Fig.1 Schematic diagram of the vortex global spiral tectonic units and stress (Modified slightly according to HUANG Bo et al.[14-17])

图2 螺旋状大气环流和洋流(流体向心内螺旋)(据黄波等[10]和王安强[12]修编)Fig.2 Spiral atmospheric circulation and ocean currents(Fluid centripetal spiral) (Modified according to HUANG Bo[10]and WANG Anqiang[12])

1—螺旋边界；2—顺时针方向螺旋；3—逆时针方向螺旋；4—螺旋中心图3 全球螺旋构造平面略图(固体向心内螺旋)(据马力克等修编[17])Fig.3 Sketch map of the vortex global Spiral geotectonics(modified from MA Like et al[17])

随着螺旋构造的产生，在内外因作用下，圆心、半径及速度呈特定规律变化，对原有螺旋不断调整，经过漫长的演化重新产生新螺旋构造和相对稳定的背景，完成螺旋演化旋回；因此，毛德宝等与李文渊认为地球从太古代—中新生代最少经历了7次超大陆构造旋回[21-22]，如新元古代的Rodinia、古生代的Gondwana与中新生代Pangaea等超大陆旋回[21-22]，是不同旋回的演化过程；东亚螺旋属于中新生代Pangaea演化旋回，其应力主要表现为相互垂直的顺时针旋转动力和向心挤压力。

图4 东亚螺旋：中国大陆的顺时针旋转应力示意图(据张培震等[18]和杨少敏等[19]整理成图)Fig.4 East Asian vortex：diagram of clockwise rotation stress in mainland China (modified from ZHANG Peizhen et al[18]and YANG Shaomin et al[19]))

2 区域地质背景

山东省经历了从太古代—中新生代漫长的地质演化，以中新生代Pangaea演化旋回为主的构造格局，对应的中新生代沉积、构造与岩浆等作用，覆盖或改造—叠加了前期构造形迹。

2.1 地层

山东地层出露较齐全，以中新生代为主，其次为古生代，元古代分布局限，太古代零星分布(表4)。以鲁西分区地层发育较全；鲁东分区出露不全，主要为白垩系、古近—新近系及第四系等地层；华北分区主要为第四系厚—巨厚层的覆盖(图5)[1]。

太古代零星分布，主要为鲁西地区各类火山岩和碎屑岩经历了中高区域变质变形作用形成的“表壳岩类”；古元古代主要为胶北角闪岩相-麻粒岩相和绿片岩相-低角闪岩相的碎屑岩-碳酸盐岩建造；中元古代为低角闪岩相的碎屑岩建造；新元古代为碎屑岩-碳酸盐岩建造和低绿片岩相变质的碎屑岩建造[21-23]。寒武-奥陶系广泛分布于鲁西地区稳定型陆表海沉积；石炭-三叠系分布于鲁西地区稳定型海陆交互相-陆相含煤碎屑建造；侏罗-白垩系发育广泛含煤碎屑岩、陆源碎屑及基性酸性火山岩建造；古近纪主要分布于鲁西北平原地区河湖相的碎屑岩系，含丰富石油、天然气。新近纪主要为河湖相碎屑岩系；第四系广布全省，地层厚度、成因类型多变，多为冲洪积、海湖积有关的砂砾、粉细砂、泥质与黄土等。

2.2 构造

山东构造非常发育，鲁西地区以NNW—NW向与倾向SE为主的叠瓦式褶皱、断裂及穹隆组合形成隆起区，沂沭(郯庐)断裂带内褶皱则较杂乱，鲁东地区以NE—NNE向左旋压扭性断裂构造为主的隆起区，NW向断裂次之，其余方向少见；而鲁西南—鲁西北坳陷区因第四系的厚层—巨厚层覆盖，相应的地质信息有限。重要的断裂构造主要为沂沭断裂与五莲—即墨—牟平断裂(图5及图6)，前者东部的昌邑—大店断裂为鲁西与鲁东的分界，后者主要为胶莱坳陷与苏鲁造山带的分界。

1)沂沭(郯庐)断裂带

沂沭断裂是郯庐断裂的山东段，从山东中东部通过，最北端为昌邑以北地区，经莒县西部，南至郯城以南地区，长约330 km，总体走向10°～25°，平均17°，宽约20～60 km，北宽南窄。带内地质构造复杂，每条主干断裂都由一组近于平行的断面组成，其构造变形强烈而复杂，对两侧的沉积与岩浆作用有明显的控制作用，为陡倾深达地幔的断裂，其中昌邑-大店断裂切入莫霍面33 km左右，属超壳断裂[1]。

图5 山东省区域地质简图Fig.5 Regional geological map of Shandong province

2)五莲—即墨—牟平断裂带

该断裂是扬子—华北陆块的分界断裂，北起牟平，经即墨和五莲，南西至莒县，全长约310 km，总体走向NE，倾向NNW，倾角60°～80°。构成了苏鲁造山带与胶辽隆起区分界，其中五莲—即墨断裂为胶莱坳陷的边界断裂。带内构造岩为碎裂岩化岩石、构造角砾岩及断层泥发育；主要蚀变为硅化、褐铁矿化、碳酸盐化，并有角闪二长斑岩—闪长玢岩脉、煌斑岩脉、正长斑岩脉、石英脉等岩脉(群)发育。

2.3 岩浆岩

山东省岩浆活动强烈，从太古代到新生代均有发育，主要出露于鲁西与鲁东分区。

1)火山岩

山东火山岩从太古代到新生代，以中生代活动最为强烈。从超基性、基性、中基性、偏碱-中酸性熔岩及火山碎屑岩、潜火山岩等。根据其分布特点，分为新太古代、元古代、中生代和新生代四个期次，其中前南华纪火山岩受到不同程度的区域变质作用，具明显的区带特征(表1)。

表1 山东省火山岩特征简表Table 1 The simplified chart of characteristics of volcanic rocks in Shandong province

2)侵入岩

山东省侵入岩类发育，广泛出露于东南沿海、半岛北部、沂沭断裂带内及鲁西等广大地区，面积约3.1万km2，具明显分带性和多旋回特点，主要以中生代侵入岩最为发育(表2)。

表2 山东省主要侵入岩特征简表

2.4 苏鲁造山带

该带位于扬子陆块与华北陆块接合的南部，五莲—即墨—牟定断裂以南的北东向隆起区(图5、图6)；北东起威海，经青岛至临沭，出露长约470 km，出露宽度20～50 km，并延伸入江苏境内的洪泽湖，全长约600 km，自北向南分为7个高压—超高压变质带(表3)。

表3 苏鲁造山带七个主要高压—超高压岩相变质带简表

资料来源：山东区域地质志(下)(2017)整理，P1381。

3 构造演化

山东经历了从太古代—中新生代的地质演化，各时代的沉积作用、岩浆活动、变质作用及构造旋回，划分为五个阶段、九个构造旋回及主要的构造事件等(表4)，以中新生代汇聚造山作用的Pangaea超大陆旋回尤为突出，对应的沉积、构造与岩浆等作用，覆盖或改造—叠加了前期构造形迹，形成了前中生代与中新生代Pangaea演化旋回的构造格局。

1)前中生代构造演化旋回

阜平旋回及更老：是最重要的地壳增生期，通过地壳裂陷沉积绿岩以及上地幔分异的TTG类岩浆加积和加厚增生；吕梁旋回鲁东发育海相地层及裂谷型基性—超基性岩，鲁西缺失，胶北地区表壳岩变形强烈；晋宁旋回完成了克拉通化过程；扬子旋回中，华北克拉通自新元古代至早寒武期处于稳定隆升阶段，而扬子克拉通有大规模增生型岩浆活动与盆地发育；加里东旋回鲁西主要表现为被动大陆边缘盆地和陆表海沉积，在晚奥陶世大规模的隆起和伴有幔源金伯利岩侵入，晚奥陶-早石炭世的剥蚀以鲁东缺失尤突出；华力西旋回是鲁西区最重要的成煤期，鲁东缺失，该期构造以升降运动为主[22-24]。

2)中新生代构造演化旋回

对应的印支—燕山—喜马拉雅旋回，其中印支运动扬子板块开始向华北克拉通俯冲，两板块对接碰撞，拼合成Pangaea超大陆，形成统一的中国大陆，开始了由从前的南、北差异，转变成东西分野的另一重要构造演化期，开启Pangaea超大陆的演化旋回。燕山旋回是山东最为显著的构造运动，奠定了当今构造格局；尤其是沂沭断裂带的左行走滑断裂强烈活动，伴随岩浆活动较强烈及构造盆地发育。喜马拉雅旋回为裂陷及断块活动，在燕山期断裂基础上重新活动，新生断裂较少。

表4 山东省大地构造发展及构造旋回划分

4 山东省螺旋构造分析

1)山东省经历了漫长的地质演化过程，各时代地层出露较齐全，以中新生代为主；岩浆活动从太古代到新生代，以中生代活动强烈，尤其以燕山旋回最为显著，奠定了当今构造格局；由此对应的中新生代沉积、构造与岩浆等作用，覆盖或改造—叠加了前期构造形迹，形成了以中新生代Pangaea演化旋回和东亚螺旋作用为主的构造格局，并成为中国大陆螺旋构造中较为典型的区域性构造。

2)苏鲁造山带是全球规模最大的超高压变质带，多具榴辉岩相的高压—超高压变质作用(表3)，众多学者如许志琴等、胡建等与杨经绥等认为发生在印支期的220～240 Ma[25-28]，属印支期Pangaea超大陆初始拼合产物[1，20-21]，呈NE—SW向展布，为扬子板块向华北板块俯冲的产物，或为太平洋板块向欧亚板块碰撞产生[1，29-30]；从鲁东地区主要的断裂构造来看，倾角多集中于60°～80°或更陡，均为左旋(行)压扭，以及鲁东的隆起，其主应力方向来自于NE向SW的挤压，与东亚螺旋向心挤压力与顺时针旋转的方向一致。

3)沂沭(郯庐)断裂总体呈NNE向展布的左行走滑断裂，走滑量约760 km，南端延伸至湖北武穴，向北穿越东北三省延伸，总长约3 000 km，北宽南窄，北部最宽处约200 km，南部一般10～20 km[30-31]；在山东境内北部宽约60 km，南部20 km，具明显螺旋作用的向中心收缩特点。

乔秀夫等[31]认为沂沭断裂在太古代或元古代产生，具多期性活动特点；朱光等[32]认为在古生代—中生代早期伴随秦岭造山带的板块俯冲产生走滑断裂；梁光河则认为其形成于侏罗世[33]；我们认为以上学者的争议虽大，从沂沭(郯庐)断裂内主要盖层褶皱轴向混乱，表明其经历了多期次构造活动与叠加或改造，在受到东亚螺旋向心挤压力与顺时针旋转作用时，伴随沂沭断裂的NNE—NE向滑动的转换作用。

4)鲁西区的构造特征以NNW—NW向构造组合与隆起为特点，主要的褶皱多呈NNW—NW向褶皱与穹隆，形成大致的NNW—NW向叠瓦式褶皱组合，与其东侧的沂沭断裂，则形成鲁西分区特有的“入”字弧状构造、牵引帚状构造、扇状构造、环状构造、近放射状张性断裂、铲式断裂体、锯齿状断裂体及负花状断裂体等多种构造体系[1]，具明显的螺旋(或局部)特征。因此以李四光为代表的“地质力学”划分出经(纬)向构造、(新)华夏式、鲁东“入”字型构造和旋转构造(鲁北帚状、鲁西旋卷及胶西北“S”型构造等)[1-2]，具明显的螺旋构造特征。

5)印支运动引起的扬子块向华北块俯冲，或太平洋板块向欧亚板块碰撞过程，是东亚螺旋作用产生的向心挤压作用与顺时针旋转作用(图6)的结果，产生沿威海—临沭的NE向苏鲁高压—超高压变质带、胶莱坳陷与胶辽隆起的鲁东地区的NNE—NE向构造体系，向西经沂沭滑动断裂的转换，到达鲁西地区，由于鲁西地区的阻挡，形成一系列NNW—NW构造及叠瓦褶皱组合的鲁西隆起，往鲁西南—鲁西北的华北分区，形成了华北坳陷区及广泛分布的第四系，其分布范围大致为“3∶4∶3”的特点，造就了山东独特的“343”式“丫”字形大地构造背景。

6)鲁东区由胶辽隆起、胶莱坳陷及苏鲁造山带组成(图6)，苏鲁造山带以高压—超高压变质为特点，主要为榴辉岩相的前期基底原岩在印支运动的区域性强变质作用[1，34]，对金的活化具重要作用，提供了重要的成矿物源；胶莱以坳陷盆地为特点，是苏鲁隆起与胶辽隆起的过渡带，不利于金的富集与沉淀；而胶辽隆起为NNE—NE向构造及穹隆等组合，为后期以金为主的热液提供了相对集中的富集背景。

7)山东省螺旋构造分区及划分依据

总的来说，山东位于东亚螺旋NE28°～42°方向1 400～2 200 km范围(图6)，顺时针旋转动力与向心挤压力，在中新生代Pangaea超大陆演化过程和东亚螺旋作用下，对应构造应力为向心挤压力(F)与顺时针方向旋转动力(б0)的共同作用，随着中新生代的沉积、构造及岩浆活动等作用，覆盖或改造—叠加了前期构造形迹，形成了以济宁—聊城—齐河—广饶—昌邑沿线和沂沭(郯庐)断裂为界，划分为华北场坳陷(I1)、鲁西隆起(I2)与鲁东隆起(I3)三个构造分区；鲁东分区由北向南进一步划分为胶辽隆起(I31)、胶(州)莱(阳)坳陷(I32)与苏鲁造山带(I33)，苏鲁造山带与胶莱坳陷分界为五莲—即墨—牟平断裂，而胶莱坳陷与胶辽隆起大致以平度—莱阳沿线为界；其中华北坳陷(I1)以第四系(Q)厚—巨厚层沉积为特点，各具不同的地质背景，并作为划分依据。

8)山东省以多期强烈的构造旋回、沉积作用与岩浆活动为特点，提供了丰富的深源性高密度成矿物质，尤其是中生代强烈的岩浆活动[33-35]与苏鲁造山带的超高压变质过程，对应的温度、压力与流体的强动力作用，活化了前期岩体中以金为代表的成矿物质的叠加，往西的鲁西隆起及NNW—NW向构造组合及叠瓦式褶皱的阻挡，使以金为主要的成矿物质封闭于烟台至高密一带，基本以招远为中心的成矿带，造就了全国最大金矿成矿带及我国最重要的资源大省之一[1，14-16，35-36]。

I1—华北坳陷；I2—鲁西隆起；I3—鲁东隆起；I31—胶辽隆起； I32—胶(州)莱(阳)坳陷；I33—苏鲁造山带；б0—旋转动力；F—向心挤压力图6 东亚螺旋与山东省大地构造分区略图Fig.6 East Asian spiral and geological structural unit map of Shandong province

5 结论

1)山东中新生代沉积、构造与岩浆等作用，覆盖或改造—叠加了前期构造形迹，形成了以中新生代Pangaea演化旋回和东亚螺旋作用为主的构造格局，成为中国大陆螺旋构造中较为典型的区域性构造。

2)山东位于东亚螺旋NE28°～42°方向1 400～2 200 km范围，中新生代东亚螺旋作用产生的向心挤压作用与顺时针旋转作用下，产生了鲁东隆起的NNE—NE向构造体系，向西经沂沭(郯庐)滑动断裂的转换，形成了鲁西隆起的NNW—NW向构造体系，以及鲁西南—鲁西北坳陷区，造就了山东独特的“343”式“丫”字形的大地构造背景。

3)山东以多期强烈的构造旋回、沉积作用与岩浆活动为特点，提供了丰富的深源性高密度成矿物质，中生代强烈的岩浆活动与苏鲁造山带的超高压变质过程，活化了前期岩体中以金为代表的成矿物质的叠加，往西部鲁西的隆起及NNW—NW向构造组合的阻挡，使以金为主的成矿物质封闭于烟台至高密一带有利成矿部位，形成大致以招远为中心的国内最大金矿成矿带，使山东省成为我国最重要的资源大省之一。