Question

古元古代鲁东裂陷盆地

Answer 1

鲁东地区古元古代构造环境与鲁西地区有显著差异，主要特点是出现大量滨-浅海相复理石沉积（荆山群、粉子山群）和部分高成熟度滨海碎屑沉积（芝罘群），而仅有很少量基性-超基性岩组合和钙碱性花岗岩。

3.6.1 滨-浅海相复理石沉积建造

包括荆山群和粉子山群，二者岩性组合和形成时代均较相近，同位素年龄数据集中于2484～2019Ma；但二者在形成环境、变质程度、构造变形等方面存在明显不同，被认为是同时异相的产物。

3.6.1.1 荆山群

荆山群主要围绕栖霞花岗-绿岩带分布，总体呈北东东向的带状展布，变质程度达麻粒岩相-角闪岩相。主要岩性为石榴矽线黑云片岩、大理岩、透辉岩、石墨片麻岩、长石石英岩、黑云变粒岩、麻粒岩等，具孔兹岩系岩石组合特点^[58]。由于原始沉积和后期改造作用的差异，在各地发育程度不一，厚度有异。牟平祥山地区发育齐全，厚度最大，为2798m；平度明村仅发育野头组和陡崖岩组（顶部片岩仅剩少量残留），厚度为1084m。

荆山群的原岩主要为一套正常浅海相的泥质岩、碎屑岩、碳酸盐岩及钙镁硅酸盐岩。三个组大致代表了三个不同的沉积旋回，禄格庄组岩性组合，反映了一种稳定的正常浅海相沉积环境；野头组的原岩除正常沉积的碎屑岩和钙镁硅酸盐岩和碳酸盐岩外，尚有大量的表征基性火山喷发的斜长角闪岩类，尤其是在祥山段，其横向和纵向上的岩相快速频繁相变反映了当时处于一种地壳不稳定的沉积环境；陡崖组的岩性组合及其稳定延伸昭示着，该组沉积时地壳处于稳定状态，其中石墨的出现，表征着本地区第一次大规模出现有机质成分，其原岩主要为一套含碳质的碎屑岩及粘土岩，反映了一种浅海相的沉积环境。

3.6.1.2 粉子山群

总体分布于荆山群的南北两侧，高绿片岩相-低角闪岩相变质程度。主要岩性为大理岩、黑云变粒岩、透闪岩、石墨透闪岩、浅粒岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩、矽线黑云片岩等。其在各地发育程度不一，在莱州地区发育相对比较齐全，下部岩性变化比较大，厚3151m；在五莲地区、粉子山群发育不全，下未见底，上未见顶，厚仅1323m。从岩性总体组合看，粉子山群原岩下部以碎屑岩为主，中部以碳酸盐岩为主，上部则以泥质岩系为主。其中在莱州地区、五莲地区下部的碎屑岩中发育较多的基性火山岩夹层，且碎屑岩的成熟度比较低，主要为长石砂岩类；而在福山、蓬莱地区的粉子山群下部则主要为成熟度比较高的长石石英砂岩、石英砂岩，底部为泥质岩。从整体看，粉子山群是形成于滨海相至浅海相的大陆边缘构造环境。

3.6.1.3 荆山群、粉子山群沉积大地构造背景

在胶北中部地区广泛分布着鲁东地区古元古界底部最发育的泥质岩系——荆山群高铝片岩，在其南北两侧则主要为粉子山群底部的碎屑岩及基性火山岩系。显然，二者形成于不同的沉积环境，碎屑岩形成于滨海到浅海相，而泥质岩则形成于相对深水区。所以，胶北中部地区栖霞大庄头—莱阳旌旗山—莱西直角山—平度明村北东东向的高铝片岩发育区，是古元古代沉积盆地的核心，即沉积沉降中心。这个沉降中心在盆地发展的早期阶段处于相对稳定的沉积环境；而在盆地南北两侧分布的祝家夼组、小宋组变质碎屑岩及基性火山岩系，则形成于半稳定一较活动的沉积环境。粉子山群底部变质碎屑岩系和变质基性岩系的岩石化学成分，分别与活动陆缘碎屑岩和大陆裂谷拉斑玄武岩相似（表3.5，表3.6）。

表3.5 粉子山群底部变质碎屑岩系主元素化学成分与典型构造环境同类岩石化学成分对比　Table3.5 A comparison in major element contents of the Fenzishan group metaclastic with those from typical tectonic settings

注：括号内为样品数，典型构造环境化学成分数据据张本仁等^[59]，粉子山群下部样品数据据宋明春等^[10]

表3.6 粉子山群底部变质基性岩主要化学成分构造环境对比　Table3.6 A comparison in major element contents of the Fenzishan group metamafic rocks with those from typical tectonic settings

注：不同大地构造环境的拉斑玄武岩数值引自Condie（1982），莱州、五莲地区各为3件样品平均数^[10]

随着盆地的不断拓宽，沉积盆地的水体不断加深，各地的沉积环境趋于相同，从而使各地古元古界中上部的原岩建造显示出良好的可比性，以滨浅海相碳酸盐岩—泥质岩为主。总的认为，荆山群、粉子山群形成于新太古代末—古元古代初板块碰撞后拉张阶段的裂陷盆地环境，是具有三叉裂谷性质的裂陷盆地（或坳拉谷），其形成时代与全球Kenor⁃land裂解事件^[34]相吻合。

3.6.2 滨海碎屑沉积建造

系指分布于烟台市芝罘岛及其邻近岛屿上的芝罘群，总体呈北西向展布。锆石U-Pb同位素年龄为2171Ma。主要岩性为石英岩、钾长石英岩夹磁铁矿层，有少量钾长片麻岩、砾状石英岩、砾岩、蛇纹大理岩及黑云母片岩等。岩石中含电气石、十字石、蓝晶石等矿物，表明其变质程度为中压相系低角闪岩相。芝罘群中发育大量的原生沉积组构——斜层理、粒序层等，指示其原岩是一套高成熟度的石英砂岩、长石石英砂岩夹碳酸岩沉积，反映了一种滨海相的沉积环境。

芝罘群岩石化学成分在碎屑沉积岩的主元素化学成分判别图解中，投点于被动大陆边缘和活动大陆边缘区，多分布于被动大陆边缘区及附近（图3.22），与荆山群、粉子山群多投点于活动大陆边缘附近形成明显对照。指示芝罘群形成于被动陆缘滨海相稳定的沉积构造环境，而荆山群、粉子山群则主要形成于活动大陆边缘环境。

图3.22 变质砂岩类构造环境的判别图解

（底图分别据Bhatia，1983和Roser and Korsch，1986）

Fig.3.22 The discriminate diagram for sandstones to show their possible tectonic settings

（after Bhatia，1983 and Roser and Korsch，1986）

1—芝罘群；2—荆山群、粉子山群；3—济宁岩群；4—蓬莱群；5—朋河石岩组

3.6.3 亚碱性侵入岩

包括莱州基性-超基性岩组合和双顶片麻岩套，前者Sm-Nd等时线年龄为1903～2497Ma之间，后者同位素年龄值集中于2149～2468Ma^[10]。

3.6.3.1 莱州基性-超基性岩组合

零星分布于鲁东地区，岩性由变橄榄岩、变角闪透辉岩、变辉石角闪石岩、变辉长岩和变角闪闪长岩组成，其中变辉长岩分布面积约占该组合总面积的95%。

主元素化学成分，在有关图解中（图3.5，图3.6，图3.7）投点比较分散，总体显示拉斑玄武岩和玄武质科马提岩岩石化学特征，与岛弧火成岩比较接近。是岩石圈拉张减薄地幔物质上涌底侵的产物。

3.6.3.2 双顶片麻岩套

零星分布于栖霞花岗-绿岩带外部，岩性由花岗闪长质片麻岩和二长花岗质片麻岩组成，绝大部分为后者（约占97%）。

岩石化学成分，在有关图解中（图3.15，图3.16，图3.17）分别投点于大陆弧花岗岩区、钙碱性岩趋势区、高钾钙碱性系列区、S型花岗岩区和同碰撞期的花岗岩区附近。与鲁西傲徕山花岗岩相似，是弧-陆碰撞的产物。

3.6.4 鲁东古元古界构造变形

鲁东裂陷盆地闭合过程中，古元古界遭受了强烈的构造变形改造作用，形成了多期褶皱和韧性剪切变形带，虽然这些构造形迹后期又遭受了多次构造运动叠加改造，但仍然保留了基本完整的构造形态，构成了控制鲁东地区总体构造形态的重要构造事件。

3.6.4.1 褶皱构造

古元古界的褶皱变形可以分为三期，早期为线型褶皱，轴向北西向；中期为轴向北东的中常褶皱，这期褶皱基本控制了古元古界构造格局，又称为格架褶皱；晚期是轴向北西的宽缓褶皱，晚期对早期的叠加显示出异轴异面干涉图像。

莱阳荆山地区是鲁东古元古界褶皱的代表性地区，显示有强烈而复杂的多期褶皱形态（图3.23）。早期F₁为紧闭的线型褶皱，强烈改造置换了原始层理，形成与褶皱轴面完全平行的透入性片理（S₁）。该期褶皱常常表现为轴面、两翼、片理面产状一致，较大规模的褶皱在野外往往难以准确识别，需要在地质图上进行构造分析方能确定；第二期褶皱叠加改造了早期褶皱，其轴面与先期的褶皱轴近直交，为北东向。这期褶皱往往表现为直立或斜歪中常褶皱，较大规模的褶皱可以通过岩层产状的变化识别出来，是野外最易识别的一期褶皱。第二期褶皱基本相当于J.G.Ramsay的第二类叠加干涉型。早期褶皱形态属单斜对称型，晚期则为斜方对称型。第三期褶皱构造，形态宽缓，轴向NW，对前两期褶皱的改造比较弱。该区的片理极点投影（图3.23），显示不规则的大圆环带，枢纽产状倾向70°、倾角26°，轴面近直立，总体反映了第二期变形的斜方对称特点，但明显有晚期叠加改造的成分，致使环带弥散，对称程度降低。

3.6.4.2 韧性变形带

鲁东古元古代地质体中韧性变形带广泛发育，并具有明显的顺层展布特征，尤其是在高铝质岩系内或与其上、下相邻的岩性界面上。按变形机制的不同有顺层剪切（正滑和走滑）变形和推覆剪切变形之分，主要韧性变形带特征见表3.7。

（1）顺层剪切滑移韧性变形带

主要沿古元古界底面发育，是古元古界中最早期的变形构造，遭受了后期褶皱改造。胶北地区古元古界与下伏岩系之间大都显示为这种顺层剪切滑移韧性变形带接触，古元古界顶部高铝片岩与其下伏的岩性界面也显示为这种构造特征。

图3.23 莱阳荆山地区褶皱构造地质图

Fig.3.23 Geologic map showing the fold pattern of Jingshan area，Laiyang county

1—第四系；2—白垩系；3—伟晶花岗岩；4—古元古代荆山群

表3.7 胶北地区韧性变形带　Table3.7 List of the ductile shear zones developed in Jiaobei（northern Shandong peninsula）area

在该类韧性变形带的上覆岩系中，发育有一系列的平卧、钩状不对称褶皱，其轴面与区域片麻理近于平行，据其轴面与包络面的关系，推断上覆岩系自北向南滑移。但由于这种韧性变形带在许多地段被晚期构造所叠加，因此，往往显示为沿不同方向顺层剪切的特征。古元古界在1∶5万填图尺度上可以识别出三期褶皱变形，而其下伏的太古宙岩系仅显示出片麻岩穹隆或紧闭褶皱，远不及上覆古元古界褶皱构造复杂，这说明，太古宙与元古宙岩系之间的这一界面在变形过程中已演化成一个构造应力场的不连续界面。

（2）韧性推覆变形带

代表性韧性推覆变形带，为发育于栖霞塔顶地区的荆山群禄格庄组安吉村段与粉子山群界面上的糜棱岩带。该变形带在平面上呈舒缓波状展布，出露长逾20km，宽几十米至数百米。总体产状向SE倾斜，倾角多在 20°～30°之间，缓者不足10°。变形带产状与上覆荆山群产状平行，而与下伏粉子山群产状大角度交切，造成荆山群底部的禄格庄组安吉村片岩段叠置于粉子山群祝家夼组、张格庄组、巨屯组等不同层位之上，深部叠加于荆山群与太古宙岩系之间的顺层剪切滑移韧性变形带上，并直接覆于太古宙岩系之上（图3.24）。变形岩石主要为糜棱化黑云片岩、构造片岩，其内发育有大量的A型褶皱和SC组构，拉伸线理具透入性，优选方位明显。地质特征指示，上覆岩系是自SE向NW方向推覆的外来系统。

图3.24 栖霞塔顶韧性推覆变形带剖面图

Fig.3.24 Structural profile showing the ductile napes in Tading area，Qixia county

1—粉子山群；2—荆山群；3—新太古代TTG岩系；4—花岗岩

3.6.5 鲁东古元古代地壳演化

鲁东古元古代的主要特点是发育了一套半稳定-较稳定构造环境下的滨、浅海相沉积建造，其地壳演化大致可划分为两个阶段。

（1）盆地形成阶段

新太古代末—古元古代初，由于鲁西陆块岛弧与西侧陆块发生碰撞，在鲁西发育大面积同碰撞花岗岩的同时，鲁东地区出现少量碰撞型花岗岩。强烈造山期后构造松弛地壳拉张产生具三叉裂谷性质的裂陷盆地。盆地边部构造活动较活跃，形成了含较多火山物质的粉子山群底部沉积岩系；盆地内大部分地区处于半稳定-稳定环境，形成长英质细碎屑岩和粘土质风化产物及钙镁质碳酸盐化学沉积三者的混杂沉积建造。许多高精度的锆石U-Pb定年表明，地球在2.45Ga发生了重大的镁铁质岩浆事件，标志着新太古代超大陆破裂的开始^[60]，鲁东莱州基性—超基性岩组合形成时代大致与这一全球岩浆事件相当，可能指示华北克拉通于古元古代开始发生大陆裂解。

（2）褶皱造山阶段

新元古代晚期，鲁东裂陷盆地闭合，出现陆内俯冲作用，古元古代地层发生强烈变形，发育大量褶皱和韧性剪切变形构造，形成褶皱造山带。